Upload
others
View
1
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
4
BAB II
LANDASAN TEORI
2.1. Perangkat Keras
Perangkat keras atau hardware adalah bagian penting dalam pembuatan
sebuah alat yang akan menentukan sebuah alat itu berjalan atau tidaknya dan
dibawah ini berbagai perangkat keras yang akan diperlukan dalam pembuatan alat
kran air otomatis berbasis arduino uno r3 menggunakan sensor jarak infra merah.
Dalam pembuatan alat ini tentunya harus mengetahui konsep dasar pembuatan
sebuah alat. Dimana ide dan gagasan tentang konsep atau tahapan yang akan dibuat,
agar sesuai dengan konsep yang diingginkan. Perangkat keras yang digunakan dalam
pembuatan alat ini diantaranya sumber tegangan, sensor infra merah, mikrokontroler
Arduino Uno R3 ,dan komponen pendukung yang digunakan.
2.1.1 Teori IC (Integrated Circuit)
Menurut (Maarif dan Fadlilah, 2014:2) mengemukakan bahwa, “IC adalah
singkatan dari Integrated Circuit atau rangkaian terpadu. IC merupakan rangkaian
gabungan dari sejumlah komponen menjadi satu”.
Teknologi IC (Integrated Circuit) memungkinkan seorang perancang
Rangkaian Elektronika untuk membuat sebuah peralatan Elektronika yang lebih
kecil, lebih ringan dengan harga yang lebih terjangkau. Konsumsi daya listrik sebuah
IC juga lebih rendah dibanding dengan Transistor. Oleh karena itu, IC (Integrated
Circuit) telah menjadi komponen Utama pada hampir semua peralatan Elektronika
yang kita gunakan saat ini.
5
Tanpa adanya Teknologi IC (Integrated Circuit) mungkin saat ini kita tidak
dapat menikmati peralatan Elektronika Portable seperti Handphone, Laptop, MP3
Player, Tablet PC, Konsol Game Portable, Kamera Digital dan peralatan Elektronika
yang bentuknya kecil dan dapat dibawa bepergian kemana-mana.
1. ATmega328P
Menurut (Kumar, Beckers, Balasch, Gierlichs dan Verbauwhede, 2018:3)
menjelaskan bahwa “ATmega328P adalah chip yang memberikan beberapa
fitur diantaranya 8 Kb system programmable flash dengan kemampuan read
while write, 1 Kb EEPROM, 2 Kb SRAM, 23 general pupose I/O, 32 register
serbaguna, 3 buah timer/counter, Interrupt internal maupun ekternal, serial
untuk pemrograman dengan menggunakan USART, peripheral interface
(SPI), two wire interface (I2C), 6 port PWM (Pulse Width Modulation), 6
port 10 bit ADC dan Watchdog Timer dengan osilator internal”.
Sumber : AllDataSheet.com
Gambar II.1 Stuktur Pin ATmega328P
Sumber: Nelly Khairani Daulay (2018)
Gambar II.2 IC Atmega328P
6
2. ATmega16U2
Menurut (Sakthipriya, Logeswari, Nishanthi dan Reethika, 2018:3)
menjelaskan bahwa “ATmega adalah tampilan papan yang diprogram sebagai
konverter USB ke serial, revisi 2 dari dewan Uno memiliki resistor menarik
garis 8U2 HWB ke ground, membuatnya lebih mudah untuk dimasukkan ke
mode DFU”.
ATmega16U2 di papan tampilan saluran komunikasi serial ini melalui USB
dan muncul sebagai port com virtual untuk perangkat lunak pada
komputer. Firmware ATmega16U2 menggunakan driver USB COM standar,
dan tidak ada driver eksternal dibutuhkan. Namun, pada Windows, file .inf
diperlukan. Perangkat lunak Arduino termasuk monitor serial yang
memungkinkan data tekstual sederhana untuk dikirim ke dan dari papan
Arduino. Ada dua RX dan TX LED pada papan arduino yang akan berkedip
ketika data sedang dikirim melalui chip USB ke serial dan koneksi USB ke
komputer (bukan untuk komunikasi serial pada pin 0 dan 1). Perangkat Lunak
pustaka serial memungkinkan komunikasi serial pada salah satu pin digital
Uno.
Sumber: Nelly Khairani Daulay (2018)
Gambar II.3 IC ATmega16U2
7
Sumber : DatasheetATmega16U2
Gambar II.4 Blok Diagram Atmega16U2
3. AMS1117
Menurut (Wang dan Zhao, 2017:2) menjelaskan bahwa “AMS1117 adalah
chip untuk menyesuaikan tegangan, melindungi dari panas berlebih dan
sirkuit pembatas arus yang sesuai untuk komputer laptop, pengisi daya
baterai, terminal aktif SCSI II, ponsel, baterai, sistem catu daya dan Regulator
tegangan post SMPS, dll”.
8
Sumber : wang dan zhao (2017)
Gambar II.5 Pin AMS1117
Pin AMS1117 ditunjukkan pada Gambar II. angka 1 adalah tegangan yang
dapat diatur dan dapat disesuaikan output / ground, angka 2 adalah tegangan
output, dan angka 3 adalah tegangan input.
Sumber: Nelly Khairani Daulay (2018)
Gambar II.6 AMS1117
2.1.2 Sumber Tegangan (Power Supply)
Menurut (Fadlilah dan Arifudin, 2018:2) mengemukakan bahwa, “Sumber
tegangan atau catu daya atau sering disebut dengan power supply adalah sebuah
piranti yang berguna sebagai sumber listrik untuk piranti lain”.
Sistem kerjanya cukup sederhana yakni dengan mengubah daya yang besar
kedalam bentuk aliran dengan daya yang sesuai kebutuhan peralatan elektronik.
9
Sesuai dengan pengertian power supply, maka fungsi utamanya adalah untuk
mengubah arus AC menjadi arus DC yang kemudian diubah menjadi daya atau
energi yang dibutuhkan perangkat elektronik.
Sumber : Ridhamuttaqim, Trisanto dan Nasrullah (2019:5)
Gambar II.7 Skematic Power Supply
Sumber : Damayanti (2017)
Gambar II.8 Bentuk Fisik Power Supply
2.1.3 Komponen Elektronika
Menurut (Suprianto, 2015:1) mengemukakan bahwa, “Komponen
Elektronika adalah elemen terkecil dalam suatu rangkaian elektronika”.
Dalam rangkaian elektronika pada umumnya terdiri dari komponen
aktif dan komponen pasif. Setiap komponen elektronika dibuat dengan nilai dan
fungsi yang berbeda berdasarkan produsen pembuat komponen elektronika tersebut.
Setiap komponen elektronika memiliki tipe, nilai dan simbol yang berbeda-beda.
10
Tipe dan nilai yang melekat pada suatu komponen elektronika memberikan arti
fungsi dan pabrikan pembuatnya. Sedangkan simbol komponen elektronika
ditentukan berdasarkan jenis dan fungsinya tanpa membedakan pabrik pembuat
komponen elektronika tersebut.
1. Komponen Aktif
Menurut (Suprianto, 2015:1) mengemukakan bahwa, “Komponen aktif
adalah komponen elektronika yang dalam pengoperasiannya membutuhkan
sumber tegangan atau sumber arus dari luar”.
Secara umum komponen aktif dibangun mengunakan bahan semikonduktor
yang didesain sedemikian rupa sehingga memiliki fungsi, nilai dan kapasitas
sesuai kebutuhan yang diinginkan.
Komponen-komponen elektronika yang digolongkan sebagai komponen aktif
yaitu:
a. Dioda
Dioda adalah Komponen Elektronika Aktif yang terbuat dari bahan
semikonduktor dan mempunyai fungsi untuk menghantarkan arus listrik
ke satu arah tetapi menghambat arus listrik dari arah sebaliknya. Oleh
karena itu, Dioda sering dipergunakan sebagai penyearah dalam
Rangkaian Elektronika. Dioda pada umumnya mempunyai 2 Elektroda
(terminal) yaitu Anoda (+) dan Katoda (-) dan memiliki prinsip kerja yang
berdasarkan teknologi pertemuan p-n semikonduktor yaitu dapat
mengalirkan arus dari sisi tipe-p (Anoda) menuju ke sisi tipe-n (Katoda)
tetapi tidak dapat mengalirkan arus ke arah sebaliknya.
11
Sumber : Suprianto (2015)
Gambar II.9 Simbol Dioda
Sumber : Suprianto (2015)
Gambar II.10 Dioda
b. Transistor
Transistor merupakan salah satu Komponen Elektronika Aktif yang
paling sering digunakan dalam rangkaian Elektronika, baik rangkaian
Elektronika yang paling sederhana maupun rangkaian Elektronika yang
rumit dan kompleks. Transistor pada umumnya terbuat dari bahan
semikonduktor seperti Germanium, Silikon, dan Gallium Arsenide.
Sumber : Suprianto (2015)
Gambar II.11 Transistor Bipolar
12
Sumber : Suprianto (2015)
Gambar II.12 Transistor Unipolar
Sumber : Nugrahanto (2017)
Gambar II.13 Transistor
2. Komponen Pasif
Menurut (Suprianto, 2015:1) mengemukakan bahwa, “Komponen pasif
adalah komponen elektronika yang dalam pengoperasiannya tidak
membutuhkan suber tegangan atau sumber arus tersendiri.”
Komponen pasif pada umumnya digunakan sebagai pembatas arus, pembagi
tegangan, tank circuit dan filter pasif. Komponen elektronika yang
digolongkan sebagai komponen pasif diantarnya adalah resistor, kapsitor dan
induktor.
13
a. Resistor
Resistor merupakan salah satu komponen yang paling sering ditemukan
dalam Rangkaian Elektronika. Hampir setiap peralatan Elektronika
menggunakannya. Pada dasarnya Resistor adalah komponen Elektronika
Pasif yang memiliki nilai resistansi atau hambatan tertentu yang berfungsi
untuk membatasi dan mengatur arus listrik dalam suatu rangkaian
Elektronika. Resistor atau dalam bahasa Indonesia sering disebut dengan
Hambatan atau Tahanan dan biasanya disingkat dengan Huruf “R”.
Satuan Hambatan atau Resistansi Resistor adalah OHM (Ω).
Sumber : Suprianto (2015)
Gambar II.14 Simbol Resistor
Sumber : Suprianto (2015)
Gambar II.15 Resistor
b. Kapasitor
Kapasitor (Capacitor) atau disebut juga dengan kondensator
(Condensator) adalah komponen elektronika pasif yang dapat menyimpan
muatan listrik dalam waktu sementara dengan satuan kapasitansinya
adalah Farad. Satuan kapasitor tersebut diambil dari nama penemunya
yaitu Michael Faraday (1791-1867) yang berasal dari Inggris.
14
Sumber : Suprianto (2015)
Gambar II.16 Simbol Kapasitor
Sumber : Suprianto (2015)
Gambar II.17 Kapasitor
c. Induktor
Induktor merupakan komponen elektronika pasif yang sering ditemukan
dalam rangkaian elektronika, terutama pada rangkaian yang berkaitan
dengan frekuensi radio. induktor atau dikenal juga dengan coil adalah
komponen elektronika pasif yang terdiri dari susunan lilitan kawat yang
membentuk sebuah kumparan. pada dasarnya, induktor dapat
menimbulkan medan magnet jika dialiri oleh arus listrik. medan magnet
yang ditimbulkan tersebut dapat menyimpan energi dalam waktu yang
relatif singkat.
Sumber : Suprianto (2015)
Gambar II.18 Simbol Induktor
15
Sumber : Suprianto (2015)
Gambar II.19 Induktor
2.1.4 Sensor Infra Merah (Infrared)
Sensor infra merah adalah komponen elektronika yang dapat
mengidentifikasi cahaya infra merah. Sensor infra merah atau detektor infra merah
saat ini ada yang dibuat khusus dalam satu modul dan dinamakan sebagai IR
Detector Photomodules. IR Detector Photomodules merupakan sebuah chip detektor
inframerah digital yang di dalamnya terdapat fotodiode dan penguat.
Bentuk dan Konfigurasi Pin IR Detector Photomodules TSOP. Konfigurasi
pin infra red (IR) receiver atau penerima infra merah tipe TSOP adalah output (Out),
Vs (VCC +5 volt DC), dan Ground (GND). Sensor penerima inframerah TSOP (
TEMIC Semiconductors Optoelectronics Photomodules ) memiliki fitur-fitur utama
yaitu fotodiode dan penguat dalam satu chip, keluaran aktif rendah, konsumsi daya
rendah, dan mendukung logika TTL dan CMOS.
Sistem sensor infra merah pada dasarnya menggunakan infra merah sebagai
media untuk komunikasi data antara receiver dan transmitter. Sistem akan bekerja
jika sinar infra merah yang dipancarkan terhalang oleh suatu benda yang
mengakibatkan sinar infra merah tersebut tidak dapat terdeteksi oleh penerima.
Keuntungan atau manfaat dari sistem ini dalam penerapannya antara lain sebagai
pengendali jarak jauh, alarm keamanan, otomatisasi pada sistem. Pemancar pada
sistem ini tediri atas sebuah LED infra merah yang dilengkapi dengan rangkaian
16
yang mampu membangkitkan data untuk dikirimkan melalui sinar infra merah,
sedangkan pada bagian penerima biasanya terdapat foto transistor, fotodioda, atau
inframerah modul yang berfungsi untuk menerima sinar inframerah yang dikirimkan
oleh pemancar.
Sumber : Instructables.com
Gambar II.20 Prinsip Kerja
Sumber: Agus Faudin (2018)
Gambar II.21 Infra Merah
2.1.5 Relay
Menurut (Daulay, 2018:3) mengemukakan bahwa, “Relay adalah saklar
(switch) yang dioperasikan secara listrik dan merupakan komponen
Electromechanical (Elektromekanikal) yang terdiri dari 2 bagian utama yakni
Elektromagnet (Coil) dan mekanikal (seperangkat kontak saklar atau switch)”.
Komponen relay menggunakan prinsip elektromagnetik sebagai penggerak
kontak saklar, sehingga dengan menggunakan arus listrik yang kecil atau low power,
dapat menghantarkan arus listrik yang yang memiliki tegangan lebih tinggi.
17
Fungsi relay jika diaplikasikan ke dalam rangkaian elektronika, relay
memiliki beberapa fungsi yang cukup unik. Berikut adalah beberapa fungsi
komponen relay saat diaplikasikan ke dalam sebuah rangkaian elektronika:
1. Mengendalikan sirkuit tegangan tinggi dengan menggunakan bantuan signal
tegangan rendah.
2. Menjalankan fungsi logika alias logic function.
3. Memberikan fungsi penundaan waktu alias time delay function.
4. Melindungi motor atau komponen lainnya dari kelebihan tegangan atau
korsleting.
Sumber : Seinstronic.com
Gambar II.22 Skematik Diagram
Sumber: Riyan, Dedi dan Suhardi (2018:120)
Gambar II.23 Relay
18
2.1.6 Waterpump
Waterpump adalah alat yang digunakan untuk memindahkan cairan atau
fluida dari suatu tempat ke tempat lainnya melalui saluran pipa dengan menggunakan
tenaga listrik untuk mendorong air yang dipindahkan secara terus menerus. Disaat
pengoperasiaannya pompa beroperasi dengan prinsip membuat perbedaan di sisi
tekanan dan di sisi bagian hisap, perbedaan tekanan tersebut dihasilkan dari sebuah
mekanisme yang terjadipada roda impler yang membuat sisi hisap menjadi tidak
bergerak. Perbedaan inilah yang menghisap cairan sehingga dapat berpindah dari
suatu reservoir ke tempat lain.
Gambar II.24 Waterpump
2.1.7 Mikrokontroler Arduino Uno R3
Menurut (Daulay, 2018:2) mengemukakan bahwa, “Arduino adalah
pengendali mikro single-board yang bersifat open-source, diturunkan dari Wiring
platform, dirancang untuk memudahkan penggunakan elektronik dalam berbagai
bidang”.
19
Pada Arduino Uno R3 itu sendiri terdapat pin-pin dan fungsi-fungsi yang
berbeda diantara lain yaitu:
1. SPI (Serial Peripheral Interface)
Fungsi dari SPI adalah untuk singkronisasi yang digunakan oleh
mikrokontroller untuk berkomunikasi dengan satu atau lebih perangkat
dengan cepat dalam jarak pendek.
2. SCK (Serial Clock)
SCK berfungsi untuk menseting Clock dari master ke slave.
3. MOSI (Master out, Slave In)
MOSI di gunakan pada SPI, dimana data di transfer dari Master Ke Slave.
4. MISO (Master In, Slave Out)
MISO digunakan pada SPI, dimana data di transfer dari Slave ke master.
5. I2C
Protokol yang menggunakan jalur clock(SCL) dengan (SDA) untuk bertukar
informasi.
6. SCL
Jalur data yang digunakan oleh I2C untuk mengidentifikasi bahwa data sudah
siap di transfer.
7. SDA
Jalur data (dua arah) yang digunakan oleh I2C.
8. ICSP (In Circuit Serial Programming)
ICSP digunakan untuk memprogram sebuah mikrokontroller seperti
Atmega328 menggunakan jalur USB Atmega16U2. ICSP sendiri
menggunakan jalur SPI untuk transfer data.
20
9. VCC
Jalur suplay tegangan biasanya +5V
10. IOREF
Input/Output referensi yang berguna untuk melindungi board agar tidak
terjadi overvoltage
11. Vin
Pin ini berfungsi untuk mensuplay tegangan dari external misal adapter.
(jangan mensuplay tegangan dari luar bila board anda sudah mendapatkan
suplay dari USB)
12. GND
Jalur Ground
13. USB
Digunakan untuk mentrasfer data dari komputer ke board anda
14. PWM (Pulse Width Modulation)
Pin yang di tandai dengan "~" mendukung Signal PWM, PWM sendiri
berfungsi untuk mengatur kecepatan motor, atau kecerahan lampu dan lain
lain.
15. Analog Pins
A0-A5 merupakan Pin Analog, membaca nilai analog dari 0-1023
Dan berikut ini adalah spesifikasi Arduino Uno R3 pada tabel II.1.
21
Tabel II.1
Spesifikasi Arduino Uno R3
Mikrokontroler ATmega328
Tegangan pengoperasian 5V
Tegangan input yang
disarankan 7-12V
Batas tegangan input 6-20V
Jumlah pin I/O digital 14 (6 di antaranya menyediakan keluaran PWM)
Jumlah pin input analog 6
Arus DC tiap pin I/O 40 Ma
Arus DC untuk pin 3.3V 50 mA
Memori Flash 32 KB (ATmega328), sekitar 0.5 KB digunakan oleh
bootloader
SRAM 2 KB (ATmega328)
EEPROM 1 KB (ATmega328)
Clock Speed 16 MHz
Sumber: Steven, Dringhuzen dan Sherwin(2016)
22
Sumber: electronoobs.com
Gambar II.25 Skematic Dasar Arduino Uno R3
Sumber: Nelly Khairani Daulay (2018)
Gambar II.26 Arduino Uno R3
23
2.2. Perangkat Lunak
Dalam pembuatan sebuah alat tidak hanya membutuhkan perangkat keras
atau hardware saja tapi diperlukan juga sebuah perangkat lunak atau software dalam
menunjang pembuatan alat. Dalam sebuah perangkat lunak terdapat berbagai bahasa
pemrograman diantara lain bahasa Assembler, bahasa C, bahasa Basic dan
sebagainya. Pada pembuatan alat ini penulis menggunakan bahasa pemrograman C
dan aplikasi pengedit untuk mengelola, membuat program penulis menggunakan
aplikasi Arduino IDE.
2.2.1. Bahasa Pemrograman C
Bahasa C adalah bahasa pemrograman yang dapat dikatakan berada di antara
bahasa beraras rendah dan beraras tinggi. Bahasa beraras rendah artinya bahasa yang
berorientasi pada mesin dan beraras tinggi berorientasi pada manusia. Bahasa beraras
rendah, misalnya bahasa assembler, bahasa ini ditulis dengan sandi yang dimengerti
oleh mesin saja, oleh karena itu hanya digunakan bagi yang memprogram
mikroprosesor. Bahasa beraras rendah merupakan bahasa yang membutuhkan
kecermatan yang teliti bagi pemrogram karena perintahnya harus rinci, ditambah lagi
masing-masing pabrik mempunyai sandi perintah sendiri. Bahasa tinggi relatif
mudah digunakan, karena ditulis dengan bahasa manusia sehingga mudah dimengerti
dan tidak tergantung mesinnya. Bahasa beraras tinggi biasanya digunakan pada
komputer.
Pencipta bahasa C adalah Brian W. Kernighan dan Denis M. Ritchi, sekitar
tahun 1972. Penulisan program dalam bahasa C dilakukan dengan membagi dalam
blok-blok, sehingga bahasa C disebut dengan bahasa terstruktur. Bahasa C dapat
digunakan di berbagai mesin dengan mudah, mulai dari PC sampai dengan
24
mainframe, dengan berbagai sistem operasi misalnya DOS, UNIX, VMS dan lain-
lain.
2.2.2. Aplikasi Arduino IDE 1.6.8
IDE (Integrated Development Environment) adalah sebuah perangkat lunak
yang digunakan untuk mengembangkan aplikasi mikrokontroler mulai dari
menuliskan source program, kompilasi, upload hasil kompilasi dan uji coba secara
terminal serial.
Menurut (Daulay, 2018:2) mengemukakan bahwa, “ArduinoIDE adalah
sebuah editor yang digunakan untuk menulis program, mengcompile dan
mengunggah ke papan Arduino, Arduino Development Environment terdiri dari
editor teks, toolbar, dengan tombol-tombol untuk fungsi umum, dan sederet menu”.
Sumber:Aplikasi Android IDE 1.6.8
Gambar II.27 Tampilan Aplikasi Android IDE 1.6.