BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1
Pengertian Mikrokontroler Secara umum, mikrokontroler adalah sistem mikroprosesor lengkap yang
terkandung di dalam sebuah chip. Mikrokontroler berbeda dari mikroprosesor serba guna yang digunakan dalam sebuah PC. Sebuah mikrokontroler umumnya telah berisi komponen pendukung sistem minimal mikroprosesor, yakni memori dan antarmuka I/O.[1] Mikrokontroler adalah suatu alat elektronika digital yang mempunyai masukan dan keluaran serta kendali dengan program yang bisa ditulis dan dihapus dengan cara khusus. Cara kerja mikrokontroler sebenarnya membaca dan menulis data. [1] Mikrokontroler merupakan komputer di dalam chip yang digunakan untuk mengontrol peralatan elektronik, yang menekankan efisiensi dan efektifitas biaya. Secara harfiahnya bisa disebut “pengendali kecil” di mana sebuah sistem elektronik
yang
sebelumnya
memerlukan
banyak
komponen-komponen
pendukung seperti IC TTL dan CMOS dapat direduksi/diperkecil dan akhirnya terpusat serta dikendalikan oleh mikrokontroler ini.[1]
Gambar 2.1. Mikrokontroler [1]
5
6
Mikrokontroler populer yang pertama dibuat oleh Intel pada tahun 1976, yaitu mikrokontroler 8-bit Intel 8748. Mikrokontroler tersebut adalah bagian dari keluarga mikrokontroler MCS-48. Sebelumnya, Texas Instruments telah memasarkan mikrokontroler 4-bit pertama yaitu TMS 1000 pada tahun 1974. TMS 1000 yang mulai dibuat sejak 1971 adalah mikrokomputer dalam sebuah chip, lengkap dengan RAM dan ROM. [1] Mikrokontroler (pengendali mikro) adalah sistem mikroprosesor lengkap yang ada di dalam sebuah chip. Mikrokontroler berbeda dengan mikroprosesor serba guna yang digunakan dalam sebuah PC. Sebuah mikrokontroler umumnya telah berisi komponen sistem minimal mikroprosesor, yakni memori, register dan antarmuka I/O yang terintegrasi bersama mikroprosesornya sendiri dalam sebuah chip. [1] Ditinjau dari segi arsitekturnya, mikroprosesor hanya merupakan single chip CPU. Sedangkan mikrokontroler dalam IC-nya selain CPU juga terdapat piranti lain yang memungkinkan mikrokontroler berfungsi sebagai suatu single chip computer. Dalam sebuah IC mikrokontroler telah terdapat ROM, RAM, EPROM, serial interface dan paralel interface, timer, interrupt controller, konverter Analog ke Digital, dan lainnya (tergantung fitur yang melengkapi mikrokontroler tersebut). [1] Sedangkan dari segi aplikasinya, mikroprosessor hanya berfungsi sebagai Central Processing Unit yang menjadi otak komputer. Sedangkan mikrokontroler, dalam bentuknya yang mungil, pada umumnya ditujukan untuk melakukan tugas– tugas yang berorientasi kontrol pada rangkaian yang membutuhkan jumlah komponen minimum dan biaya rendah (low cost). [1]
2.2 Mikrokontroler Board Arduino Mikrokontroler Arduino adalah sebuah platform dari physical computing yang bersifat open source. Yang dimaksud platform dari physical computing adalah sebuah sistem atau perangkat fisik yang menggunakan software dan hardware yang sifatnya interaktif, yaitu dapat menerima rangsangan dari lingkungan dan merespon balik. Physical computing merupakan sebuah konsep
7
untuk memahami hubungan yang manusiawi antara lingkungan yang sifat alaminya gabungan dari sistem analog dengan dunia digital. Dengan konsep inilah, maka sistem dapat diaplikasikan dalam desain – desain alat atau proyekproyek yang menggunakan sensor dan microcontroller sedangkan yang dimaksud dengan sifat arduino yang open source di mana tidak hanya softwarenya saja yang opensource melainkan hardwarenya pun open source adalah diagram rangkaian elektronik arduino yang digratiskan kepada semua orang. Kita bisa bebas mengunduh gambarnya, membeli komponen-komponennya, membuat PCB-nya dan merangkainya sendiri tanpa harus membayar kepada para pembuat Arduino. Arduino tidak hanya sekedar sebuah alat pengembangan, tetapi arduino merupakan kombinasi dari hardware, bahasa pemrograman dan Integrated Development Environment (IDE) yang canggih. IDE adalah sebuah software yang sangat berperan untuk menulis program, meng-compile menjadi kode biner dan meng-upload ke dalam memory microcontroller.[1]
Secara umum Arduino terdiri dari dua bagian, yaitu : 1. Hardware ( papan input/output (I/O)) 2. Software ( Software Arduino meliputi IDE untuk menulis program, driver untuk koneksi dengan komputer, contoh program dan library untuk pengembangan program)
Hardware pada arduino yang dimaksud adalah berupa seperangkat sistem komponen yang telah terkombinasi dengan mikrokontroler sebagai otak dari sistem dan antarmuka ( interface ) yang akan menghubungkan sistem mikrokontroler dengan sistem komputer. Komponen utama di dalam papan Arduino adalah sebuah mikrokontroler 8 bit dengan merk ATmega yang dibuat oleh perusahaan Atmel Corporation. Jenis arduino yang digunakan untuk penelitian ini adalah arduino uno yang memiliki mikrokontroler ATmega 328P sebagai kontrol utamanya. Pada gambar 2.2 diperlihatkan contoh diagram blok sederhana dari mikrokontroler ATmega 328 yang dipakai pada Arduino Uno.[1]
8
Gambar 2.2 Diagram blok mikrokontroler ATmega 328 [2]
Diagram blok pada gambar 2.2. di atas dapat dijelaskan sebagai berikut: 1. Universal Asynchronous Receiver/Transmitter (UART) adalah antar muka yang digunakan untuk komunikasi serial seperti pada RS-232, RS-422 dan RS-485. 2. 2KB RAM pada memory kerja bersifat volatile (hilang saat daya dimatikan), digunakan oleh variable-variabel di dalam program. 3. 32KB RAM flash memory bersifat non-volatile, digunakan untuk menyimpan program yang dimuat dari komputer. Selain program, flash memory juga menyimpan bootloader. Bootloader adalah program inisiasi yang ukurannya kecil, dijalankan oleh CPU saat daya dihidupkan. Setelah bootloader selesai dijalankan, berikutnya program di dalam RAM akan dieksekusi. 4. 1KB EEPROM bersifat non-volatile, digunakan untuk menyimpan data yang tidak boleh hilang saat daya dimatikan. Tidak digunakan pada papan Arduino. 5. Central Processing Unit (CPU), bagian dari mikrokontroler untuk menjalankan setiap instruksi dari program.
9
6. Port input/output, pin-pin untuk menerima data (input) digital atau analog, dan mengeluarkan data (output) digital atau analog.
2.3
Fungsi
Blok
pada
masing-masing
komponen
dalam
sistem
Mikrokontroller ATmega 328P 2.3.1
AVR CPU Core
Gambar 2.3. Diagram Blok Arsitektur MCU AVR. [2]
Untuk memaksimalkan performansi dan paralelisme, AVR menggunakan arsitektur Harvard dengan pemisahan memory dan bus program dan data. Instruksi dalam memory program dieksekusi dengan single level pipelining. Ketika suatu instruksi sedang dieksekusi, instruksi beikutnya diambil dahulu dari memory program. Konsep ini memungkinkan instruksi dieksekusi setiap siklus clock. Memory program adalah In-System Re-Programmable Flas memory. [2]
10
Fast-access Register File terdiri dari 32 x 8 bit general purpose working registers dengan waktu akses satu siklus clock memungkinkan operasi Arithmetic Logic Unit (ALU) dilakukan dalam satu siklus clock. Pada operasi ALU, dua operand dikeluarkan dari register File, operasi dieksekusi dan hasilnya disimpan kembali ke dalam register file dalam satu clock.[2] Enam dari 32 register dapat dipergunakan sebagai register penunjuk alamat tidak langsung 16-bit untuk pengalamatan data index yang memungkinkan kalkulasi alamat menjadi efisien. Satu dari penunjuk alamat ini dapat dipergunakan sebagai penunjuk alamat untuk look up tables di dalam memory program flash. Ketiga register 16 bit tersebut adalah register X, Y dan Z. [1] ALU mendukung operasi aritmetika dan logika antar register atau antar konstanta dan register. Operasi dengan register tunggal juga dapat dilakukan oleh ALU. Setelah operasi aritmetika dilakukan, register status di-update informasinya sesuai dengan hasil operasi.[1]
Register status adalah SREG dengan penjelasan setiap bitnya sebagai berikut :
11
Gambar 2.4. Diagram Blok AVR CPU General Purpose Working Registers. [2]
Seperti tampak pada gambar 2.5, setiap register menempati satu alamat pada memory data yang dipetakan langsung ke dalam 32 lokasi memory pertama. Meskipun tidak diimplementasikan langsung sebagai lokasi SRAM, organisasi memory ini menyediakan fleksibilitas yang baik dalam mengakses register misalnya register penunjuk X, Y dan Z dapat diset sebagai register indek unutk register lain dalam file. Register R26 sampai dengan R31 memiliki fungsi tambahan. Register ini adalah penunjuk alamat 16 bit untuk pengalamatan tidak langsung dari data space. Tiga register pengalamatan tidak langsung X, Y dan Z digambarkan sebagai berikut:
Gambar 2.5. Tiga register pengalamatan [2]
12
2.3.2
AVR ATMega 328P Memory
2.3.2.1 In-System Reprogrammable Flash Program Memory Mikrokontroler ATMega328P memiliki 8 Kbytes On-chip In-System Reprogrammable Flash memory untuk meyimpan program. Karena semua instruksi AVR lebarnya 16 atau 32 bit, maka memory flash diorganisasi sebagai 4K x 16. Untuk keamanan software, Flash memory space dibagi dalam dua seksi, yaitu : Boot Program section dan Application Program section. Flash memory meiliki ketahanan paling sedikit 10,000 kali siklus write/erase. ATmega328P Program Counter (PC) lebarnya adalah 12 bits yang dapat mengalamati.[1]
Gambar 2.6. Peta Memory Program. [2]
2.3.2.2 SRAM Data Memory Lokasi alamat data memory adalah Register File, I/O Memory dan internal data SRAM. 96 byte lokasi alamat pertama adalah Register File dan I/O Memory. 512 byte lokasi alamat berikutnya adalah internal data SRAM.
13
Gambar 2.7. Peta Memory Data. [2]
Pengalamatan langsung dapat mencapai semua space memory data. Pengalamatan tidak langsung dengan mode displacement hanya dapat mencapai lokasi memory dari alamat dasar yang diberikan oleh register Y atau Z. Ketika menggunakan register mode pengalamatan tidak langsung dengan pre-decrement dan post-increment automatis, isi register X, Y dan Z akan didecrement atau di-incrment. Dengan mode pengalamatan tersebut dapat mengakses 32 general purpose working registers, 64 I/O Registers dan the 512 bytes of internal data SRAM. [2]
2.3.2.3 EEPROM Data Memory ATMega328P memiliki 512 bytes memory data EEPROM yang tahan paling sedikit 100.000 kali siklus write/erase. Ketika EEPROM sedang dibaca, CPU akan berhenti bekerja selama empat siklus clock sebelum instruksi berikutnya diesksekusi. Dan pada saat EEPROM sedang ditulisi CPU akan berhenti selama dua siklus clock.[2] Untuk menulis EEPROM diperlukan waktu programming selama 8,4 ms Register yang berhubungan dengan EEPROM adalah sebagai berikut :
14
Gambar 2.8. Register EEPROM [2]
2.4.
Tata letak setiap komponen Arduino Uno beserta penjelasan fungsi
setiap komponen Pada Gambar 2.9 merupakan tata letak pada Mikrokontroler Arduino Uno ATmega 328P.
Gambar 2.9. Tata letak komponen pada Arduino Uno [2]
15
2.4.1
Memiliki 14 pin input/output digital (0-13) Berfungsi sebagai input atau output, dapat diatur oleh program. Khusus
untuk 6 buah pin 3, 5, 6, 9, 10 dan 11, dapat juga berfungsi sebagai pin analog output di mana tegangan output-nya dapat diatur. Nilai sebuah pin output analog dapat diprogram antara 0 – 255, di mana hal itu mewakili nilai tegangan 0 – 5V.
2.4.2 USB Berfungsi untuk: a.
Memuat program dari komputer ke dalam papan
b.
Komunikasi serial antara papan dan komputer
c.
Memberi daya listrik kepada papan
2.4.3 Sambungan SV1 Sambungan atau jumper untuk memilih sumber daya papan, apakah dari sumber eksternal atau menggunakan USB. Sambungan ini tidak diperlukan lagi pada papan Arduino versi terakhir karena pemilihan sumber daya eksternal atau USB dilakukan secara otomatis.[2] 2.4.4 Q1 – Kristal (quartz crystal oscillator) Jika mikrokontroler dianggap sebagai sebuah otak, maka kristal adalah jantung-nya karena komponen ini menghasilkan detak-detak yang dikirim kepada mikrokontroler agar melakukan sebuah operasi untuk setiap detak-nya. Kristal ini dipilih yang berdetak 16 juta kali per detik (16 MHz).
2.4.5 Tombol Reset 1 Untuk me-reset papan sehingga program akan mulai lagi dari awal. Perhatikan bahwa tombol reset ini bukan untuk menghapus program atau mengosongkan mikrokontroler.[2]
16
2.4.6
In-Circuit Serial Programming (ICSP) Port ICSP memungkinkan pengguna untuk memprogram mikrokontroler
secara langsung, tanpa melalui bootloader. Umumnya pengguna Arduino tidak melakukan ini sehingga ICSP tidak terlalu dipakai walaupun disediakan.[2] 2.4.7 IC 1 – Mikrokontroler ATmega Komponen utama dari papan Arduino yang didalamnya terdapat CPU, ROM dan RAM. 2.4.8 X1 – Sumber daya external – sumber daya eksternal Jika hendak disuplai dengan sumber daya eksternal, papan Arduino dapat diberikan tegangan DC antara 9-12V.
2.4.9 Memiliki 6 Pin input analog (0-5) Pin ini sangat berguna untuk membaca tegangan yang dihasilkan oleh sensor analog, seperti sensor suhu. Program dapat membaca nilai sebuah pin input antara 0 – 1023, di mana hal itu mewakili nilai tegangan 0 – 5V. 2.5
Software Arduino Sehubungan dengan pembahasan untuk saat ini software Arduino yang
akan digunakan adalah driver dan IDE, walaupun masih ada beberapa software lain yang sangat berguna selama pengembangan Arduino.[2] IDE Arduino adalah software yang sangat canggih ditulis dengan menggunakan Java. IDE Arduino terdiri dari: 1. Editor program, sebuah window yang memungkinkan pengguna menulis dan mengedit program dalam bahasa Processing. 2. Compiler, sebuah modul yang mengubah kode program (bahasa Processing) menjadi kode biner. Bagaimanapun sebuah mikrokontroler tidak akan bisa memahami bahasa processing. Yang bisa dipahami oleh mikrokontroler adalah kode biner. Itulah sebabnya compiler diperlukan dalam hal ini.
17
3. Uploader, sebuah modul yang memuat kode biner dari komputer ke dalam memori di dalam papan Arduino.
Gambar 2.10 adalah contoh tampilan IDE Arduino dengan sebuah sketch yang sedang diedit.
Gambar 2.10. Tampilan IDE Arduino [2]
2.6
LCD (Liquid Cristal Display)
2.6.1
Tampilan LCD 2 baris x 16 kolom yang memiliki 16 Pin Pada gambar 2.11 merupakan tampilan pada LCD
Gambar 2.11. LCD 2 baris x16 kolom.
a. Jumlah karakter yang dapat ditampilkan adalah 32 karakter dalam 2 baris x 16 kolom. b. Koneksi pengendalian yang digunakan adalah 4 BIT DATA INTERFACE
18
2.6.2 2.6.2.1
Penjelasan 16 Pin pada LCD Pin Vdd, Vss dan Vee Vdd dan Vee merupakan power supply untuk LCD. Vdd di hubungkan ke
power supply DC +5V dan Vee di hubungkan ke power supply DC 0V (ground). Sedangkan Vee di gunakan untuk mengatur kontras LCD.
2.6.2.2
Pin RS (Register Select) Pin RS ini berfungsi untuk mengontrol instruksi LCD. Jika pin RS ini
dibuat low (0), maka instruksi yang dijalankan adalah khusus instruksi LCD. Seperti Instruksi untuk On/Off LCD, Instruksi untuk geser kursor dan lain sebagainya. Jika pin RS ini dibuat high (1), maka instruksi yang dijalankan adalah instruksi untuk mengirim informasi / data ke LCD.
2.6.2.3
Pin R/W (Read / Write) Pin R/W ini berfungsi untuk membaca infromasi dari LCD atau menulis
informasi ke LCD. Jika pin R/W ini dibuat low (0), maka infromasi yang ada pada data bus (D0-D7 jika mode pemogramannya 8 bit, D4-D7 jika mode pemogramnya 4 bit) ditulis ke LCD. Jika pin R/W dibuat high (1), maka infromasi pada LCD dibaca oleh program. Informasi yang dibaca hanya satu informasi saja, yaitu membaca status LCD saja. Status LCD dibaca melalui pin D7. Pin R/W selalu diset low (0), kecuali pada saat membaca status LCD diset high (1).
2.6.2.4
Pin D0 - D7 (Bus data) Pin-pin ini merupakan 8 bus data yang berfungsi untuk membaca /
mengirim informasi dari dan ke LCD. kedelapan bus data tersebut, bisa digunakan dalam 2 kondisi, yaitu : 1. Jika mode pemograman yang digunakan mode 8 bit, maka 8 bus data tersebut digunakan semuanya.
19
2. Jika mode pemograman yang digunakan mode 4 bit, maka hanya 4 bus data saja yang digunakan, yaitu D4 - D7, sedangkan D0 - D3 dihubungkan ke ground.
2.6.2.5
Pin EN (Enable) Pin ini merupakan sinyal enable untuk proses pengiriman data ke LCD.
Pada saat pengiriman data ke LCD, pin ini diset low (0). Untuk lebih detail dari penggunaan dari Pin EN ini bisa dibaca pada penjelasan berikutnya tentang cara membuat rutin program LCD.
2.6.2.6
Special Instruksi LCD LCD mempunyai seperangkat instruksi khusus yang digunakan dalam
pemrograman. Instruksi-instruksi tersebut bisa dipakai semuanya, juga bisa dipakai sebagian saja, tergantung kemauan user.
2.6.2.7
LCD programming Untuk pemograman LCD ada 4 rutin utama yang di butuhkan, yaitu:
1. Rutin untuk LCD Command 2. Rutin untuk sending data / karakter ke LCD 3. Rutin untuk membaca status LCD 4. Rutin untuk inisialisasi LCD
2.6.2.8
Rutin untuk LCD Command Seperti apa yang telah dijelaskan sebelumnya, bahwa LCD mempunyai
seperangkat instruksi khusus, misalnya untuk membuat display on atau kursor on dan lain sebagainya. Untuk menjalankan instruksi tersebut dibutuhkan rutin agar LCD bisa memenuhi apa yang kita inginkan. Rutin program tersebut bisa kita buat dengan prosedur seperti berikut : 1. Siapkan command instruksi untuk dikirim ke data bus LCD 2. Set pin RS ke kondisi Low (0) 3. Set pin R/W ke kondisi High (1)
20
4. Set pin EN ke kondisi High (1) 5. Set pin EN ke kondisi Low (0) 6. Baca status LCD pada pin busy flag (Pin D7) 7. Jika busy flag bernilai 1, tunggu sampai busy flag bernilai 0 8. Kirim command instruksi ke data bus LCD
2.6.2.9
Rutin untuk sending data / karakter ke LCD Setelah mengetahui bagaimana cara membuat rutin LCD command,
selanjutnya dipelajari bagaimana membuat rutin mengirim data ke LCD. Sebenarnya rutin pengiriman data ke LCD hampir sama dengan rutin LCD command. Perbedaannya hanya pada pin RS saja. Kalau pada rutin pengiriman data ke LCD, pin RS diset high (1), sedangkan pada rutin LCD command pin RS diset low (0). Adapun prosedur untuk rutin program pengiriman karakter pada LCD adalah sebagai berikut : 1.
Siapkan data / karakter yang akan di kirim ke LCD
2.
Set pin RS ke kondisi high (1)
3.
Set pin R/W ke kondisi High (1)
4.
Set pin EN ke kondisi High (1)
5.
Set pin EN ke kondisi Low (0)
6.
Baca status LCD pada pin busy flag (Pin D7)
7.
Jika busy flag bernilai 1, tunggu sampai busy flag bernilai 0
8.
Kirim data / karakter ke data bus LCD
2.6.1.10 Rutin untuk membaca status LCD Rutin ini dibutuhkan saat menjalankan instruksi LCD command maupun pengiriman data ke LCD. LCD tidak akan memproses instruksi yang kita jalankan, jika pin busy flag bernilai 1. Artinya untuk menjalan instruksi LCD command dan sending data ke LCD kondisi pin busy flag harus bernilai 0. Jika pin busy flag bernilai 0, berarti LCD dalam kondisi ready untuk menerima data yang di kirim via bus data LCD. Prosedur untuk rutin program pembacaan status LCD adalah sebagai berikut :
21
1. Set port bus data LCD ke kondisi high (1) 2. Set pin EN ke kondisi high (1) 3. Set pin RS ke kondisi low (0) 4. Set pin R/W ke kondisi high (1) 5. Jika pin busy flag bernilai 1, maka set pin EN ke kondisi Low (0), lalu ke kondisi High (1) 6. Tunggu sampai pin busy flag low (0) 7. Set pin EN ke kondisi low (0) 8. Set pin RS ke kondisi low (0) 2.6.2.11 Inisialisasi LCD Setelah power on, LCD memerlukan inisialisasi terlebih dahulu. Tujuannya agar LCD bisa bekerja sesuai dengan yang diharapkan. Contohnya menggunakan LCD 2x16. Apakah LCD itu kita gunakan 1 baris dengan 5x7 dot matrik atau 2 baris dengan 5x7 dot matrik. Hal ini harus di tentukan saat inisialisasi. Setiap LCD sudah ada prosedur untuk melakukan inisialisasi,bisa anda lihat pada datasheet LCD tersebut. Dengan membaca datasheet tersebut dapat diinisialisasi sebagai berikut: 1.
Isi bus data LCD dengan data 0x38. misalnya bus data LCD (D0 - D7) dihubungkan ke port 1 mikrokontroler, maka tulis P1=0x38;
2.
Panggil/jalankan rutin LCD command
3.
Cek status busy flag (D7), tunggu sampai busy flag low (0)
4.
Delay 4.1 ms.
5.
Isi bus data LCD dengan data 0x38.
6.
Panggil/jalankan rutin LCD command
7.
Cek status busy flag (D7), tunggu sampai busy flag low (0)
8.
Delay 100us.
9.
Isi bus data LCD dengan data 0x38.
10. Panggil/jalankan rutin LCD command 11. Cek status busy flag (D7), tunggu sampai busy flag low (0) 12. Isi bus data LCD dengan data 0x0e.
22
13. Panggil/jalankan rutin LCD command 14. Cek status busy flag (D7), tunggu sampai busy flag low (0) 15. Isi lagi bus data LCD dengan data 0x06. 16. Panggil/jalankan rutin LCD command 17. Cek status busy flag (D7), tunggu sampai busy flag low (0) 18. Finish 2.7
Pengertian Arus, Tegangan, Daya dan Energi
2.7.1
Arus Pada pembahasan tentang rangkaian listrik, perlu kiranya kita mengetahui
terlebih dahulu beberapa hal megenai apa itu yang dimaksud dengan listrik. Untuk memahami tentang listrik, perlu kita ketahui terlebih dahulu pengertian dari arus. Arus merupakan perubahan kecepatan muatan terhadap waktu atau muatan yang mengalir dalam satuan waktu dengan simbol i (dari kata Perancis : intensite). Dengan kata lain arus adalah muatan yang bergerak. Selama muatan tersebut bergerak maka akan muncul arus tetapi ketika muatan tersebut diam, maka arus pun akan hilang. Muatan akan bergerak jika ada energi luar yang memepengaruhinya. Muatan adalah satuan terkecil dari atom atau sub bagian dari atom. Dimana dalam teori atom modern menyatakan atom terdiri dari partikel inti (proton bermuatan + dan neutron bersifat netral) yang dikelilingi oleh muatan elektron (-), normalnya atom bermuatan netral. Muatan terdiri dari dua jenis yaitu muatan positif dan muatan negative Arah arus searah dengan arah muatan positif (arah arus listrik) atau berlawanan dengan arah aliran elektron. Suatu partikel dapat menjadi muatan positif apabila kehilangan elektron dan menjadi muatan negatif apabila menerima elektron dari partikel lain.[5] Coulomb adalah unit dasar dari International System of Units (SI) yang digunakan untuk mengukur muatan listrik. Simbol :
Q = muatan konstan q = muatan tergantung satuan waktu muatan 1 elektron = -1,6021 x 10-19 coulomb 1 coulomb = -6,24 x 1018 elektron
23
Secara matematis arus didefinisikan :
.............................................. (2.1)[5]
Satuannya : Ampere (A) Dalam teori rangkaian arus merupakan pergerakan muatan positif. Ketika terjadi beda potensial disuatu elemen atau komponen maka akan muncul arus dimaan arah arus positif mengalir dari potensial tinggi ke potensial rendah dan arah arus negatif mengalir sebaliknya.
1. Arus searah (Direct Current/DC) Arus DC adalah arus yang mempunyai nilai tetap atau konstan terhadap satuan waktu, artinya diaman pun kita meninjau arus tersebut pada wakttu berbeda akan mendapatkan nilai yang sama. [5]
Gambar 2.12. Arus searah (DC) [5]
2.7.2
Tegangan Tegangan atau seringkali orang menyebut dengan beda potensial dalam
bahasa Inggris voltage adalah kerja yang dilakukan untuk menggerakkan satu muatan (sebesar satu coulomb) pada elemen atau komponen dari satu terminal/kutub ke terminal/kutub lainnya, atau pada kedua terminal/kutub akan mempunyai beda potensial jika kita menggerakkan/memindahkan muatan sebesar satu coulomb dari satu terminal ke terminal lainnya.[5] Keterkaitan antara kerja yang dilakukan sebenarnya adalah energi yang dikeluarkan, sehingga pengertian di atas dapat dipersingkat bahwa tegangan adalah energi persatuan muatan.
24
Secara matematis : v
....................................................................... (2.2)[5]
Satuannya : Volt (V)
Gambar 2.13. Terminal/Kutub A dan Kutub B [5]
Pada gambar di atas, jika terminal/kutub A mempunyai potensial lebih tinggi daripada potensial di terminal/kutub B. Maka ada dua istilah yang seringkali dipakai pada Rangkaian Listrik, yaitu : 1. Tegangan turun/ voltage drop Jika dipandang dari potensial lebih tinggi ke potensial lebih rendah dalam hal ini dari terminal A ke terminal B. 2. Tegangan naik/ voltage rise Jika dipandang dari potensial lebih rendah ke potensial lebih tinggi dalam hal ini dari terminal B ke terminal A.
2.7.3
Daya Daya listrik didefinisikan sebagai laju hantaran energi listrik dalam
rangkaian listrik. Satuan SI daya listrik adalah watt. Arus listrik yang mengalir dalam rangkaian dengan hambatan listrik
menimbulkan kerja. Peranti
mengkonversi kerja ini ke dalam berbagai bentuk yang berguna, seperti panas (seperti pada pemanas listrik), cahaya (seperti pada bola lampu), energi kinetik (motor listrik), dan suara (loudspeaker). Listrik dapat diperoleh dari pembangkit listrik atau penyimpan energi seperti baterai.[5] Rata-rata kerja yang dilakukan Daya secara matematis : ........................................................................ ( 2.3 )[5] Satuannya : Watt (W)
25
2.7.4
Energi Kerja yang dilakukan oleh gaya sebesar satu Newton sejauh satu meter.
Jadi energy adalah sesuatu kerja dimana kita memindahkan sesuatu dengan mengeluarkan gaya sebesar satu Newton dengan jarak tempuh atau sesuatu tersebut berpindah dengan selisih jarak satu meter.[5] Pada alam akan berlaku hukum kekekalan energi di mana energi sebetulnya tidak dapat dihasilkan dan tidak dapat dihilangkan, energi hanya berpindah dari satu bentuk ke bentuk yang lainnya. Contohnya pada pembangkit listrik, energi dari air yang bergerak akan berpindah menjadi energi yang menghasilkan energi listrik, energi listrik akan berpindah menjadi energi cahaya jika anergi listrik tersebut melewati suatu lampu, energi cahaya akan berpindah menjadi energi panas jika bola lampu tersebut pemakaiannya lama, demikian seterusnya.[5] Untuk menyatakan apakah energi dikirim atau diserap tidak hanya polaritas tegangan tetapi arah arus juga berpengaruh. Elemen/komponen listrik digolongkan menjadi : 1. Menyerap energi Jika
arus
positif
meninggalkan
terminal
positif
menuju
terminal
elemen/komponen, atau arus positif menuju terminal positif elemen/komponen tersebut.
Gambar 2.14. Penyerapan energi [5]
2. Mengirim energi Jika arus positif masuk terminal positif dari terminal elemen/komponen, atau arus positif meninggalkan terminal positif elemen/komponen.
26
Gambar 2.15. Pengiriman energi [5]
Energi yang diserap/dikirim pada suatu elemen yang bertegangan v dan muatan yang melewatinya Δq adalah Δw = vΔq .................................................(2.4)[5] Satuannya : Joule (J)
Tabel 2.1
2.8
Satuan SI dalam electromagnetic
Sel Surya Pemakaian sinar matahari sebagai sumber energi masih terhitung baru
dalam sejarah kehidupan manusia. Meskipun dewasa ini sudah umum kita mendapati sumber energi alternatif itu (sinar matahari) yang dikonversi menjadi
27
daya listrik. Di banyak negara berkembang, termasuk Indonesia, penerapan teknologi sel surya yang mengubah sinar matahari menjadi energi listrik belum dilakukan secara massal. Penggunaan teknologi ini masih dalam skala kecil. Mungkin karena teknologinya masih relatif mahal dan tingkat efisiensinya untuk menghasilkan energi belum maksimal. Meskipun demikian sinar matahari akan menjadi salah satu pilihan utama setelah bahan bakar konvensional mulai habis persediaannya di Bumi ini. Mengingat sinar matahari adalah sumber energi yang tersedia dalam jumlah yang sangat besar. [4] Sejarah pengembangan teknologi sel surya atau yang juga disebut Photovoltaic dimulai ketika seorang fisikawan di Perancis, Antoine-César Becquerel, melakukan serangkaian penelitiannya pada tahun 1839. Becquerel menemukan bahwa tegangan listrik terjadi saat cahaya jatuh pada elektroda yang digunakannya pada penelitian tersebut. Inilah pengamatan yang pertama kali dalam sejarah terhadap efek dari Photovoltaic. Istilah photo atau foto berasal dari bahasa Yunani yang berbunyi "phos" dan berarti cahaya. Sedangkan kata voltaic merupakan pengembangan dari istilah Volt yang diambil dari nama Alessandro Volta, seorang pelopor dalam pengembangan energi listrik. Photovoltaic secara harfiah kurang lebih berarti cahaya listrik. Selanjutnya sebutan Photovoltaic lebih sering disingkat dengan PV saja. [4] Menurut Encylopedia Britannica, orang yang pertama kali membuat sel surya adalah Charles Fritts pada tahun 1883. Ilmuwan berkebangsaan AS ini menggunakan lapisan Selenium sebagai semikonduktor yang sangat tipis dan dilapisi dengan emas. Tapi sinar matahari yang dikonversi menjadi listrik dengan menggunakan sel surya buatannya itu hanya menghasilkan efisiensi sebanyak 1% saja. Bisa dikatakan bahwa sel surya buatannya masih sangat jauh dari efektif.[4] Ilmuwan lain yang punya andil penting dalam pengembangan Photovoltaic adalah Russel Ohl. Sarjana yang bekerja pada AT & T Bell Labs ini juga menjadi ilmuwan yang mempelopori penelitian di bidang semikonduktor. Pada tahun 1941 Ohl menggunakan silicon pada sel surya yang dibuatnya. Sel surya buatan Ohl ini mendapatkan paten bernomor US2402662. Dengan segera nama Russel Ohl dikaitkan dengan pengembangan sel surya modern. [4]
28
Langkah yang lebih besar untuk pengembangan bidang photovoltaic ini terjadi tahun 1954 ketika tiga orang peneliti (Gerald Pearson, Calvin Fuller dan Daryl Chapin) dari Laboratorium Bell secara tidak sengaja menemukan bahwa silicon dengan impurities tertentu menjadi sangat sensitif terhadap cahaya. Dan mereka bertiga pun menjadi orang yang pertama membuat perangkat praktis yang mengkonversi sinar matahari menjadi energi listrik. Sel surya buatan mereka bisa mengubah sinar matahari menjadi tenaga listrik dengan tingkat efisiensi sebanyak 6%. Kemudian battery sel surya pun dibuat pertama kali pada tanggal 25 April 1954. Dan satelit buatan manusia yang pertama kali menggunakan perangkat sel surya adalah Vanguard 1 yang diluncurkan pada bulan Maret 1958. Satelit ini menggunakan battery sel surya yang dibuat oleh perusahaan Hoffman Electronic. Selanjutnya pada tanggal 4 Oktober 1955, perusahaan Bell telah berhasil menggunakan battery sel surya buatannya untuk mengoperasikan system operator telepon di Georgia. [4] Dengan menggabungkan Galium dan Arsenik untuk dijadikan sebagai bahan semikonduktor yang lebih maju, Zhores Ivanovich Alferov seorang ilmuwan Rusia yang juga merupakan politikus dan anggota parlemen di negaranya, telah berhasil membuat sel surya yang lebih efektif. Penemuan ini kemudian dikembangkan oleh para ilmuwan AS hingga bisa dibuat sel surya yang memiliki efisiensi 17% dalam menghasilkan energi listrik. Angka efisiensi ituterus meningkat karena lebih banyak lagi kalangan ilmuwan dan industri yang berperan aktif dalam pengembangan bidang photovoltaic ini. [4]
2.8.1 Prinsip Kerja Sel Surya Sel surya, solar cell, photovoltaic, atau fotovoltaik sejak tahun 1970-an telah telah mengubah cara pandang kita tentang energi dan memberi jalan baru bagi manusia untuk memperoleh energi listrik tanpa perlu membakar bahan baker fosil sebagaimana pada minyak bumi, gas alam atau batu bara, tidak pula dengan menempuh jalan reaksi fisi nuklir. Sel surya mampu beroperasi dengan baik di hampir seluruh belahan bumi yang tersinari matahari, sejak dari Maroko hingga
29
Merauke, dari Moskow hingga Johanesburg, dan dari pegunungan hingga permukaan laut. [4]
Gambar 2.16. Satelit yang menggunakan sel surya [4]
Sel surya dapat digunakan tanpa polusi, baik polusi udara maupun suara, dan di segala cuaca. Sel surya juga telah lama dipakai untuk memberi tenaga bagi semua satelit yang mengorbit bumi nyaris selama 30 tahun. Sel surya tidak memiliki bagian yang bergerak, namun mudah dipindahkan sesuai dengan kebutuhan. [4] Semua keunggulan sel surya di atas disebabkan oleh karakteristik khas sel surya yang mengubah cahaya matahari menjadi listrik secara langsung. Artikel ini sengaja ditulis guna menanggapi banyaknya pertanyaan mengenai bagaimana mekanisme atau prinsip kerja sel surya. Sengaja di sini hanya melibatkan penjelasan kualitatif. [4]
a. Proses konversi Proses pengubahan atau konversi cahaya matahari menjadi listrik ini dimungkinkan karena bahan material yang menyusun sel surya berupa semikonduktor. Lebih tepatnya tersusun atas dua jenis semikonduktor; yakni jenis n dan jenis p. [4] Semikonduktor jenis n merupakan semikonduktor yang memiliki kelebihan elektron, sehingga kelebihan muatan negatif, (n = negatif). Sedangkan semikonduktor jenis p memiliki kelebihan hole, sehingga disebut dengan p ( p = positif) karena kelebihan muatan positif. Caranya, dengan menambahkan unsur
30
lain ke dalam semkonduktor, maka kita dapat mengontrol jenis semikonduktor tersebut, sebagaimana diilustrasikan pada gambar di bawah ini. [4]
Gambar 2.17. Contoh pengontrolan jenis semikonduktor p dan n [4]
Pada awalnya, pembuatan dua jenis semikonduktor ini dimaksudkan untuk meningkatkan tingkat konduktifitas atau tingkat kemampuan daya hantar listrik dan panas semikonduktor alami. Di dalam semikonduktor alami (disebut dengan semikonduktor intrinsik) ini, elektron maupun hole memiliki jumlah yang sama. Kelebihan elektron atau hole dapat meningkatkan daya hantar listrik maupun panas dari sebuah semikoduktor. [4] Misal semikonduktor intrinsik yang dimaksud ialah silikon (Si). Semikonduktor jenis p, biasanya dibuat dengan menambahkan unsur boron (B), aluminum (Al), gallium (Ga) atau Indium (In) ke dalam Si. Unsur-unsur tambahan ini akan menambah jumlah hole. Sedangkan semikonduktor jenis n dibuat dengan menambahkan nitrogen (N), fosfor (P) atau arsen (As) ke dalam Si. Dari sini, tambahan elektron dapat diperoleh. Sedangkan, Si intrinsik sendiri tidak mengandung unsur tambahan. Usaha menambahkan unsur tambahan ini disebut dengan doping yang jumlahnya tidak lebih dari 1 % dibandingkan dengan berat Si yang hendak di-doping. [4] Dua jenis semikonduktor n dan p ini jika disatukan akan membentuk sambungan p-n atau dioda p-n (istilah lain menyebutnya dengan sambungan metalurgi / metallurgical junction) yang dapat digambarkan sebagai berikut. 1. Semikonduktor jenis p dan n sebelum disambung.
31
Gambar 2.18. Semikonduktor jenis p dan n sebelum digabungkan [4]
2. Sesaat setelah dua jenis semikonduktor ini disambung, terjadi perpindahan elektron-elektron dari semikonduktor n menuju semikonduktor p, dan perpindahan hole dari semikonduktor p menuju semikonduktor n. Perpindahan elektron maupun hole ini hanya sampai pada jarak tertentu dari batas sambungan awal. [4]
Gambar 2.19. Semikonduktor jenis p dan n digabungkan [4]
3. Elektron dari semikonduktor n bersatu dengan hole pada semikonduktor p yang mengakibatkan jumlah hole pada semikonduktor p akan berkurang. Daerah ini akhirnya berubah menjadi lebih bermuatan positif. [4] Pada saat yang sama. hole dari semikonduktor p bersatu dengan elektron yang ada pada semikonduktor n yang mengakibatkan jumlah elektron di daerah ini berkurang. Daerah ini akhirnya lebih bermuatan positif.
32
Gambar 2.20. Semikonduktor n disatukan dengan hole [4]
4. Daerah negatif dan positif ini disebut dengan daerah deplesi (depletion region) ditandai dengan huruf W. 5. Baik elektron maupun hole yang ada pada daerah deplesi disebut dengan pembawa
muatan
minoritas
(minority
charge
carriers)
karena
keberadaannya di jenis semikonduktor yang berbeda. 6. Dikarenakan adanya perbedaan muatan positif dan negatif di daerah deplesi, maka timbul dengan sendirinya medan listrik internal E dari sisi positif ke sisi negatif, yang mencoba menarik kembali hole ke semikonduktor p dan elektron ke semikonduktor n. Medan listrik ini cenderung berlawanan dengan perpindahan hole maupun elektron pada awal terjadinya daerah deplesi (nomor 1 di atas).
Gambar 2.21. Timbulnya medan listrik internal E [4]
7. Adanya medan listrik mengakibatkan sambungan pn berada pada titik setimbang, yakni saat di mana jumlah hole yang berpindah dari semikonduktor p ke n dikompensasi dengan jumlah hole yang tertarik kembali kearah semikonduktor p akibat medan listrik E. Begitu pula dengan jumlah elektron yang berpindah dari smikonduktor n ke p, dikompensasi dengan mengalirnya kembali elektron ke semikonduktor n akibat tarikan medan listrik E. Dengan kata lain, medan listrik E mencegah
33
seluruh elektron dan hole berpindah dari semikonduktor yang satu ke semiikonduktor yang lain. Pada sambungan p-n inilah proses konversi cahaya matahari menjadi listrik terjadi. Untuk keperluan sel surya, semikonduktor n berada pada lapisan atas sambungan p yang menghadap kearah datangnya cahaya matahari, dan dibuat jauh lebih tipis dari semikonduktor p, sehingga cahaya matahari yang jatuh ke permukaan sel surya dapat terus terserap dan masuk ke daerah deplesi dan semikonduktor p.
Gambar 2.22. Tata letak semikonduktor p dan n [4]
Ketika sambungan semikonduktor ini terkena cahaya matahari, maka elektron mendapat energi dari cahaya matahari untuk melepaskan dirinya dari semikonduktor n, daerah deplesi maupun semikonduktor. Terlepasnya elektron ini meninggalkan hole pada daerah yang ditinggalkan oleh elektron yang disebut dengan fotogenerasi elektron-hole (electron-hole photogeneration) yakni, terbentuknya pasangan elektron dan hole akibat cahaya matahari.
34
Gambar 2.23. Fotogenerasi elektronik hole [4]
Cahaya matahari dengan panjang gelombang (dilambangkan dengan simbol “lambda” sbgn di gambar atas ) yang berbeda, membuat fotogenerasi pada sambungan pn berada pada bagian sambungan pn yang berbeda pula. Spektrum merah dari cahaya matahari yang memiliki panjang gelombang lebih panjang, mampu menembus daerah deplesi hingga terserap di semikonduktor p yang akhirnya menghasilkan proses fotogenerasi di sana. Spektrum biru dengan panjang gelombang yang jauh lebih pendek hanya terserap di daerah semikonduktor n. Selanjutnya, dikarenakan pada sambungan pn terdapat medan listrik E, elektron hasil fotogenerasi tertarik ke arah semikonduktor n, begitu pula dengan hole yang tertarik ke arah semikonduktor p. Apabila rangkaian kabel dihubungkan ke dua bagian semikonduktor, maka elektron akan mengalir melalui kabel. Jika sebuah lampu kecil dihubungkan ke kabel, lampu tersebut menyala dikarenakan mendapat arus listrik, dimana arus listrik ini timbul akibat pergerakan elektron.
35
Gambar 2.24. Contoh saat lampu dipasang pada semikonduktor [4]
Pada umumnya, untuk memperkenalkan cara kerja sel surya secara umum, ilustrasi di bawah ini menjelaskan segalanya tentang proses konversi cahaya matahari menjadi energi listrik.
Gambar 2.25. Ilustrasi cara kerja sel surya [4]
2.9 Antarmuka USB USB ( Universal Serial Bus) adalah standar bus serial untuk perangkat penghubung, biasanya kepada komputer namun juga digunakan di peralatan lainnya seperti konsol permainan, ponsel dan PDA. Untuk gambar dapat dilihat pada gambar 2.26.
36
Gambar 2.26. Konektor USB (Tipe A dan B) [10]
Gambar 2.27. Konektor USB Tipe A [10]
Sistem USB mempunyai desain yang asimetris, yang terdiri dari pengontrol host dan beberapa peralatan terhubung yang berbentuk pohon dengan menggunakan peralatan hub yang khusus.[10] Desain USB ditujukan untuk menghilangkan perlunya penambahan expansion card ke ISA komputer atau bus PCI, dan memperbaiki kemampuan plug-and-play
(pasang-dan-mainkan)
dengan
memperbolehkan
peralatan-
peralatan ditukar atau ditambah ke sistem tanpa perlu mereboot komputer. Ketika USB dipasang, ia langsung dikenal sistem komputer dan memroses device driver yang diperlukan untuk menjalankannya.[10] USB dapat menghubungkan peralatan tambahan komputer seperti mouse, keyboard, pemindai gambar, kamera digital, printer, hard disk, dan komponen networking. USB kini telah menjadi standar bagi peralatan multimedia seperti pemindai gambar dan kamera digital.[10] Versi terbaru (hingga Januari 2005) USB adalah versi 2.0. Perbedaan paling mencolok antara versi baru dan lama adalah kecepatan transfer yang jauh meningkat. Kecepatan transfer data USB dibagi menjadi tiga, antara lain: 1. High speed data dengan frekuensi clock 480.00Mb/s dan tolerasi pensinyalan data pada ± 500ppm.
37
2. Full speed data dengan frekuensi clock 12.000Mb/s dan tolerasi pensinyalan data pada ±0.25% atau 2,500ppm. 3. Low speed data dengan frekuensi clock 1.50Mb/s dan tolerasi pensinyalan data pada ±1.5% atau 15,000ppm.
2.9.1 Protokol USB 2.9.1.1 Persinyalan USB USB adalah host-centric bus di mana host/terminal induk memulai semua transaksi. Paket pertama/penanda (token) awal dihasilkan oleh host untuk menjelaskan apakah paket yang mengikutinya akan dibaca atau ditulis dan apa tujuan dari perangkat dan titik akhir. Paket berikutnya adalah data paket yang diikuti oleh handshaking packet yang melaporkan apakah data atau penanda sudah diterima dengan baik atau pun titik akhir gagal menerima data dengan baik. Setiap proses transaksi pada USB terdiri atas: 1.
Paket token/sinyal penanda (Header
yang menjelaskan data yang
mengikutinya) 2.
Pilihan paket data (termasuk tingkat muatan) dan
3.
Status paket (untuk acknowledge/pemberitahuan hasil transaksi dan untuk koreksi kesalahan)
Nomor kaki (dilihat pada soket):
Gambar 2.28. Fungsi dari setiap kaki USB[10]
38
2.9.1.2 Paket data umum USB Data di bus USB disalurkan dengan cara mendahulukan Least Significant Bit(LSB). Paket-paket USB terdiri dari data-data berikut ini: 1.
Sync Semua paket harus diawali dengan data sync. Sync adalah data 8 bit untuk
low dan full speed atau data 32 bit untuk high speed yang digunakan untuk mensinkronkan clock dari penerima dengan pemancar. Dua bit terakhir mengindikasikan dimana data PID dimulai. 2.
PID (Packet Identity/Identitas paket) Adalah field untuk menandakan tipe dari paket yang sedang dikirim. Tabel
dibawah ini menunjukkan nilai-nilai PID: Tabel 2.2. Nilai-nilai pada PID
39
Ada 4 bit PID data, supaya yakin diterima dengan benar, 4 bit di komplementasikan dan diulang, menjadikan 8 bit data PID. Hasil dari pengaturan tersebut adalah sebagai berikut.
Gambar 2.29. Hasil komplementasi 4 bit PID[10]
3.
ADDR (address) Bagian alamat dari peralatan dimana paket digunakan. Dengan lebar 7 bit,
127 peralatan dapat disambungkan. Alamat 0 tidak sah, peralatan yang belum terdaftar harus merespon paket yang dikirim ke alamat 0. 4.
ENDP (End point) Titik akhir dari field yang terdiri dari 4 bit, menjadikan 16 kemungkinan titik
akhir. Low speed devices, hanya dapat mempunyai 2 tambahan end point pada puncak dari pipe default. (maksimal 4 end points) 5.
CRC Cyclic Redundancy Check dijalankan pada data di dalam paket yang dikirim.
Semua penanda (token) paket mempunyai sebuah 5 bit CRC ketika paket data mempunyai sebuah 16 bit CRC. 6.
EOP (End of packet) Akhir dari paket yang disinyalkan dengan satu angka akhir 0 (Single Ended
Zero/SEO) untuk kira-kira 2 kali bit diikuti oleh sebuah J 1 kali. Data yang dikirim dalam bus USB adalah salah satu dari 4 bentuk, yaitu control, interrupt, bulk, atau isochronous.
2.10 Sensor Tegangan dan Arus Sebuah rangkaian yang mengukur tegangan dan arus DC. Saat ini DC ditentukan dengan mengukur perubahan tegangan resistor kemudian dikonversi ke output tegangan analog oleh Texas Instruments INA-169. Pengertian tegangan
40
dilakukan dengan skala untuk rentang ADC 3.3V oleh pembagi resistor. Batas saat ini bertepatan dengan perubahan daya maksimum dari perubahan resistor. [11]
Tabel 2.3 Kinerja sensor tegangan dan arus Maksimum kinerja sensor tegangan dan arus Suhu Operasi
55-125 Centigrade
Tegangan dengan ADC 3.3V
0.3V untuk 51.8V
Tegangan dengan ADC 5V
0.3V untuk 60V
Arus
44.7 / 89,4 / 178,8 Amps
Gambar 2.30. Rangkaian sensor tegangan dan arus [11]
2.11 Rangkaian LM317 Regulator tegangan variabel merupakan rangkaian regulator yang memiliki tegangan output dapat diubah-ubah sesuai kebutuhan. Rangkaian regulator tegangan variabel pada saat ini telah tersedia dalam bentuk chip IC regulator
41
tegangan variabel 3 pin. salah satu contoh regulator tegangan variabel adalah IC LM317. IC LM317 merupakan chip IC regulator tegangan variabel untuk tegangan DC positif. Untuk membuat power supply dengan tegangan output variabel dapat dibuat dengan sederhana apabila menggunakan IC regulator LM317. IC regulator terdiri dari rangkaian internal sebagai berikut :
Gambar 2.31. Rangkaian internal LM317 [8]
Fungsi bagian pada regulator tegangan positif LM317 1. Voltage reference adalah jalur atau bagian yang berfungsi memberikan tegangan referensi kontrol tegangan output pada regulator LM3127. Input tegangan referensi diambil dari rangkaian pembagi tegangan variabel ( R1 dan R2 pada rangkaian bawah ). [8] 2. Komparator berfungsi sebagai pembanding antar tegangan output dan tegangan referensi, dimana besarnya tegangan output dapat dihitung dari persamaan dibawah. [8] 3. Circuit Protection adalah rangkaian pelindung IC LM317 dari terjadinya arus kornsleting dan sebagai pelindung IC dari tegangan kelebihan. [8] 4. Power regulator adalah rangkaian darlinto transistor NPN yang berfungsi untuk memperkuat arus output regulator tegangan variabel LM317. [8]
IC regulator tegangan variabel LM317 memiliki kemampuan mengalirkan arus maksimum sebesar 1,5 ampere dan mampu memberikan tegangan output
42
variabel dari 1,2 volt DC dengan 37 Volt DC. Contoh aplikasi penggunaan regulator tegangan variabel LM317 dapat dilihat pada gambar 2.32.
Gambar 2.32. Rangkaian regulator tegangan variable LM317 [8]
Rangkaian regulator tegangan variabel diatas menggunakan IC LM317 sehingga rangkaian regulator menjadi sederhana. Komponen pendukung regulator tegangan variabel LM317 pada dasarnya adalah rangkaian pembagi tegangan variabel kombinasi R1 dan R2. Kapasitor Ci dan Co berfungsi sebagai tapis input dan output. nilai tegangan referensi pada regulator tegangan diatas ditentukan berdasarkan posisi tuas R2. Besarnya tegangan output pada regulator tegangan variabel dengan IC LM317 (Vo) diatas dapat dihitung dengan persamaan berikut: …………………………………….2.5[8]
spesifikasi regulator tegangan variabel LM3117 1. arus maksimum 1,5 Ampere. 2. Dapat memberikan perubahan output dari 1,2 volt sampai 37 volt DC. 3. dilengkapi dengan proteksi dari hubung singkat (short circuit). 4. Dilengkapi dengan proteksi over heating (panas berlebih).
2.12 Pengenalan Aplikasi Borland Delphi 7.0 Aplikasi adalah adalah suatu subkelas perangkat lunak komputer yang memanfaatkan kemampuan computer langsung untuk melakukan suatu tugas yang diinginkan pengguna Biasanya dibandingkan dengan perangkat lunak sistem yang
43
mengintegrasikan berbagai kemampuan komputer, tapi tidak secara langsung menerapkan kemampuan tersebut untuk mengerjakan suatu tugas yang menguntungkan pengguna. Contoh utama perangkat lunak aplikasi adalah pengolah kata, lembar kerja, dan pemutar media. [9] 1. Visual adalah dapat dilihat. 2. Maka Pemrograman(aplikasi) visual adalah pengembangan bahasa pemrograman untuk mendesain sebuah aplikasi yang user friendly (dapat dilihat oleh alat visual manusia yaitu mata) dan interaktif dengan end-user.
Pendahuluan Borland Delphi 7.0 adalah: 1. Delphi
adalah
sebuah
bahasa
pemrograman
dan
lingkungan
pengembangan perangkat lunak. Produk ini dikembangkan oleh Borland. 2. Dengan menggunakan Free Pascal yang merupakan proyek opensource, bahasa ini dapat pula digunakan untuk membuat program yang berjalan di sistem operasi Mac OS X dan Windows CE. 3. Keunggulan bahasa pemrograman ini terletak pada produktivitas, kualitas, pengembangan perangkat lunak, kecepatan kompilasi, pola desain yang menarik yang menarik serta diperkuat dengan pemrogramannya yang terstruktur[9]
Langkah-Langkah dalam menjalankan Program Delphi 7.0 adalah: a. Klik tombol START b. Pilih All Programs c. Pilih Borland Delphi 7 d. Klik Delphi 7
IDE (Integrated Development Environment) Delphi a. Lingkungan
pengembangan
terpadu
atau
Integrated
Development
Environment (IDE) adalah bagian dari Delphi yang digunakan untuk memungkinkan pemrograman secara visual merancang tampilan untuk para user (antarmuka pemakai) dan menuliskan listing program atau kode.
44
Gambar 2.33. Tampilan untuk para User[9]
1. Menu Bar Berfungsi untuk memilih tugas-tugas tertentu , seperti memulai, membuka, dan menyimpan project, mengompilasi project menjadi file executable (EXE), dan lain-lain
Gambar 2.34. Tampilan menu Bar [9]
2. Tool Bar/Speed Bar Memiliki fungsi yang sama seperti menu bar, tetapi berfungsi seperti jalan pintas karena lebih praktis dalam penggunaannya
Gambar 2.35. Tool Bar [9]
45
3. Component Palette Component Palette berisi kumpulan ikon yang melambangkan komponenkomponen yang terdapat pada VCL (Visual Component Library). Pada Component Palette, akan ditemukan beberapa page control, seperti Standard, Additional, Win32, System, Data Access dan lain-lain. Ikon tombol pointer terdapat di setiap page control[9]
Gambar 2.36. Component Palette [9]
4. Form Form Designer merupakan suatu objek yang dapat dipakai sebagai tempat untuk merancang program aplikasi. Form berbentuk sebuah meja kerja yang dapat diisi dengan komponen-komponen yang diambil dari Component Palette.
Gambar 2.37. Tampilan Form [9]
5. Object Inspector Object Inspector digunakan untuk mengubah properti dan karakteristik dari sebuah komponen. Object Inspector terdii dari dua tab, yaiti Properties dan
46
Events. Tab Properties digunakan untuk mengubah properti komponen. Properti dengan tanda + menunjukkan bahwa propeti tersebut mempunyai subproperti. Tab Events, bagian yang dapat diisi dengan kode program tertentu yang berfungsi unuk menangani event-event (kejadian-kejadian yang berupa sebuah procedure) yang dapat direspon oleh sebuah komponen.[9]
Gambar 2.38. Object Inspector[9]
6. Object Tree View Object Tree View menampilkan diagram pohon dari komponen-komponen yang bersifat visual maupun nonvisual yang telah terdapat dalam form , data module, atau frame. Object Tree View juga menampilkan hubungan logika antar komponen. [9]
47
Gambar 2.39. Object Tree View[9]
7. Code Editor Code Editor merupaka tempat menuliskan kode program atau pernyataanpernyataan dalam Object Pascal. Code Editor dilengkapi dengan fasilitas highlight yang memudahkan pemakai menemukan kesalahan. Title bar yang terletak pada bagian atas jendela code editor menunjukkan nama file yang sedang disunting, serta pada bagian informasi yang perlu untuk diperhatikan, yaitu : Nomor baris/kolom yang terletak pada bagian paling kiri. Bagian ini berfungsi untuk menunjukkan posisi kursor di dalam jendela Code Editor. Modified menunjukkan bahwa file yang sedang disunting telah mengalami perubahan tersebut belum disimpan. Teks ini akan hilang jika telah menyimpan perubahan. Insert/Overwrite yang terletak pada bagian paling kanan menunjukkan bahwa modus pengetikan teks dalam jendela Code Editor. Insert menunjukkan bahwa modus penyisipan teks dalam keadaan aktif, sedangkan Overwrite menunjukkan bahwa modus penimpaan teks dalam keadaan aktif
48
Gambar 2.40. Code Editor[9]
2.13 Analog to Digital Converter ADC merupakan singkatan dari Analog to digital converter. Fitur ini mengubah tegangan analog ke digital yang bisa di proses langsung dengan pemrograman .Fitur ini sudah include di mikrokontroler AVR. ADC internal yang terdapat dalam mikrokontroller AVR sangat membantu khususnya untuk mengurangi penggunaan komponen dan meminimalisir biaya, contoh penggunaan ADC biasanya untuk pembacaan sensor dengan output berupa tegangan analog[13] . Untuk mengakses fitur ini kita harus mengetahui dulu register apasaja yang berhubungan dengan ADC 1. Register ADC ADMUX ( ADC multiplexer selection Register ) ADCSRA ( ADC Control and Status Register A ) ADC Data Register ( tempat menyimpan hasil konversi ADCH=8 bit ,ADCW=10 bit ).
49
2.13.1 Analog to Digital Converter pada pin analog input arduino Arduino memiliki 6 pin analog to digital (A / D) converter . converter ini memiliki resolusi 10 bit dengan rentang nilai 0 sampai dengan 1023. Fungsi utama dari pin analog ini adalah untuk membaca sensor analog, pin analog juga memiliki semua fungsi umum input / output (GPIO) pin (sama dengan pin digital 0-13). Apabila pin output sudah habis terpakai, maka pin input ini dapat digunakan sebagai pin output[13].
