penulisan ilmiah

BAB 1

PENDAHULUAN

1.1  Latar Belakang

Kemajuan Ilmu Pengetahuan dan teknologi telah mendorong manusia untuk berusaha mengatasi segala permasalahan yang timbul di sekitarnya. Salah satunya teknologi mikrokontroler yang tidak hanya berperan dalam satu bidang saja, melainkan disegala bidang kehidupan manusia. Banyak hal yang mungkin saat ini untuk menyelesaikan permasalahan manusia membutuhkan biaya, waktu, tenaga yang cukup besar penyelesaiannya. Tetapi dengan adanya kemajuan teknologi mikrokontroler, hal-hal tersebut dapat ditekan seminimal mungkin.

Di dalam restoran dan tempat perbelanjaan seperti mall proses pencucian tangan masih banyak dilakukan secara manual sangatlah tidak efisien, kurang akurat kebersihannya dan membutuhkan waktu yang relatif lama. Sebenarnya jika proses pelayanan tersebut dapat diotomatisasikan akan sangat menguntungkan, baik itu bagi perusahaan yang bersangkutan maupun bagi pengguna itu sendiri. Dari sinilah penulis tertarik untuk membuat alat otomatisasi yang diberi nama “sistem pencuci tangan otomatis dengan mikrokontroler AT89S51”.  

Komponen yang digunakan dalam pembuatan alat sistem pencuci tangan otomatis dengan mikrokontroler AT89S51 sangat banyak dipasaran. Sebagian besar komponen berasal dari bahan semi konduktor. Simulasi sistem pencuci tangan otomatis dengan mikrokontroler AT89S51 menggunakan ldr sebagai input utama untuk menentukan posisi tangan sehingga air bisa mengalir. Mikrokontroler dalam  simulasi sistem pencuci tangan otomatis dengan mikrokontroler AT89S51 sebagai unit pemroses data, dengan output berupa relay untuk menggerakkan pompa, dan LCD sebagai tampilan yang berupa pesan teks.

1.2  Batasan Masalah

Batasan masalah yang akan dibahas pada penulisan ini, penulis membatasi  permasalahan pada cara kerja dari relay sebagai penggerak pompa, serta fungsi komponen pendukung dari LCD sebagai tampilan yang berupa pesan teks dan sistem pencuci tangan otomatis dengan mikrokontroler AT89S51 hanya dapat digunakan untuk melakukan pencucian tangan saja secara otomatis.

1.3  Tujuan Penulisan

Tujuan dari penulisan ilmiah adalah untuk mempermudah pengunjung suatu restoran dan pengunjung pasar modern seperti mall, dalam pencucian tangan secara otomatis, tanpa harus menghidupkan kran air terlebih dahulu.

1.4  Metode Penulisan

 Dalam penulisan ilmiah ini, saya menggunakan metode penulisan diantaranya, yaitu :

a.    Studi Pustaka

Studi pustaka dimaksudkan untuk mendapatkan landasan teori, data-data dan informasi sebagai bahan acuan dalam melakukan perencanaan, percobaan, pembuatan dan penyusunan penulisan ilmiah ini.

b. Perencanaan dan Implementasi

Perencanaan ini dimaksudkan untuk memperoleh perancangan dan realisasi simulasi sistem pencuci tangan otomatis dengan AT89S51. Setelah didapatkan suatu rancangan tersebut kemudian dibuat dan dijalankan.

c.    Uji coba alat

Melakukan pengujian secara visual serta melakukan pengujian komponen dan koneksi antara alat secara keseluruhan.

 

1.5  Sistematika Penulisan

Di dalam penulisan ilmiah ini dapat diuraikan menjadi bagian - bagian yang tersusun secara garis besar, sebagai berikut :

Bab I    :            Merupakan pendahuluan yang memperkenalkan materi yang akan dibahas dalam penulisan ilmiah ini, mencakup latar belakang, batasan masalah, tujuan penulisan, metode penulisan, dan sistematika penulisan.

Bab II   :           Merupakan landasan teori yang menguraiakan secara garis besar teori dasar dari rangkaian.

Bab III :            Dalam bab ini berisi analisa dan cara kerja rangkaian secara blok diagram dan cara kerja secara detail.

Bab IV :            Merupakan metode pengujian alat yang terdiri dari beberapa percobaan beserta hasilnya.

Bab V  :            Merupakan penutup yang terdiri dari kesimpulan dan saran - saran.

BAB II

LANDASAN TEORI

Untuk  mengetahui  karakteristik  dari  setiap  komponen  dan  bahasa pemrograman  yang digunakan pada rangkaian ini, maka diperlukan adanya teori yang  dapat  membantu  agar  suatu  rangkaian  dapat  bekerja  dengan  baik,  sehingga di  dapat  hasil  yang  maksimal.  Komponen  dan  bahasa  pemrogramanyang digunakan  dalam  rangkaian “sistem pencuci tangan otomatis dengan mikrokontroler AT89S51”  adalah sebagai berikut :

2.1     Mikrokontroller secara umum

Mikrokontroler  adalah  suatu  pengendali  mikro,  sebagai  suatu  terobosan mikroprosesor  dan  mikrokomputer.  Sebagai  teknologi  baru  yakni  teknologi semikonduktor  dengan  kandungan  transistor  yang  lebih  banyak  namun membutuhkan  ruang  kecil  serta  dapat  diproduksi  dalam    jumlah  yang  banyak. Mikrokontroler  merupakan  sebuah  sistem  komputer  yang  seluruh  atau  sebagian besar  elemennya  dikemas  dalam  satu  chip,  sehingga  sering  disebut  single  chip microcomputer.  Mikrokontroler  merupakan  sebuah  sistem  komputer  yang mempunyai  satu  atau  beberapa  tugas  yang  sangat  spesifik,  berbeda  dengan personal komputer yang memiliki beragam fungsi. Perbedaan yang lainnya adalah perbandingan RAM dan ROM yang sangat berbeda antara  personal komputer  dengan  mikrokontroler. Dalam  mikrokontroler  ROM jauh lebih besar di banding RAM,  sedangkan  dalam  personal  komputer  RAM  jauh  lebih  besar  dibanding ROM.

Mikrokontroler  dapat  dikelompokkan  dalam  satu  keluarga,  masing  –  masing  mikrokontroler  memiliki  spesifikasi  tersendiri  namun  kompatibel/cocok  dalam pemrogramannya. Contoh dari keluarga mikrokontroler :

1.      Keluarga MCS-51

2.      Keluarga MC68HC05

3.      Keluarga MC68HC11

4.      Keluarga AVR

5.      Keluarga PIC 8

Bermula  dari  dibuatnya  IC  (Integrated  Circuit).  Selain  IC,  alat  yang  dapat berfungsi  sebagai  kendali  adalah  chip  sama  halnya  dengan  IC.  Chip  merupakan perkembangan  dari  IC,  dimana  chip  berisikan  rangkaian  elektronika  yang  dibuat dari artikel silicon yang mampu melakukan proses logika. Chip berfungsi sebagai media  penyimpan  program  dan  data,  karena  pada  sebuah  chip  tersedia  RAM dimana  data  dan  program  ini  digunakan  oleh  logic  chip  dalam  menjalankan prosesnya.  Chip  lebih  diidentikkan  dengan  dengan  kata  mikroprosesor. Mikroprosesor  adalah  bagian  dari  CPU  (Central  Processing  Unit)  yang  terdapat pada komputer  tanpa  adanya  memory, I/O yang dibutuhkan oleh sebuah system yang  lengkap.  Selain  mikroprosesor  ada  sebuah  chip  lagi  yang  dikenal  dengan nama  mikrokomputer.  Berbeda  dengan  mikroprosesor,  pada  mikrokomputer  ini telah  tersedia  I/O  dan  memory.  Dengan  kemajuan  teknologi  dan  dengan perkembangan  chip  yang  pesat  sehingga  saat  ini  didalam  sekeping  chip  terdapat CPU  memory  dan  control  I/O.  Chip  jenis  ini  sering  disebut  mikrokontroler. Mikrokontroler  memiliki  kemampuan  untuk  mengolah  serta  memproses  data sekaligus juga dapat digunakan sebagai unit kendali, maka dengan sekeping chip yaitu  mikrokontroler  kita  dapat  mengendalikan  suatu  alat.Mikrokontroler mempunyai  perbedaan  dengan  mikroprosesor  dan  mikrokomputer.Suatu mikroprosesor merupakan bagian dari CPU tanpa memori dan I/O pendukung dari sebuah computer, sedangkan mikrokontroler umumnya terdiri atas CPU, memory, I/O tertentu dan unit – unit pendukung lainnya.

Pada dasarnya terdapat perbedaan sangat mencolok antara mikrokontroler dan  mikroprosesor  serta  mikrokomputer  yaitu  pada  aplikasinya,  karena mikrokontroler  hanya  dapat  digunakan  pada  aplikasi  tertentu  saja.  Kelebihan lainnya yaitu terletak pada perbandingan RAM dan  ROM. Sehingga ukuran board mikrokontroler  menjadi  sangat  ringkas  atau  kecil,  dari  kelebihan  yang  ada terdapat keuntungan pemakaian mikrokontroler dengan mikroprosesor yaitu pada mikrokontroler sudah terdapat RAM dan peralatan I/O pendukung sehingga tidak perlu  menambahnya  lagi.  Pada  dasarnya  struktur  dari  mikroprosesor  memiliki kemiripan dengan mikrokontroler.

Gambar 2.1. Blok Mikrokontroller Secara Umum

Penjelasan masing – masing blok :

a.    CPU (Central Processing Unit)

CPU adalah suatu unit pengolah pusat yang terdiri atas 2 bagian, yaitu unit pengendal  (control  unit  )  dan  unit  logika  (arithmetic  and  logic  unit).  Disamping itu juga, CPU mempunyai beberapa simpanan yang berukuran kecil yang disebut dengan  register.  Adapun  fungsi  utama  dari  unit  pengendali  ini  adalah  mengatur dan  mengendalikan  semua  peralatan  yang  ada  pada  system  computer  dan  juga dapat  mengatur  kapan  alat  input  menerima    data  dan  kapan  data  diolah  serta ditampilkan  pada  alat  output.  Sedangkan  unit  logika  berfungsi  untuk  melakukan semua  perhitungan  aritmatika  yang  terjadi  sesuai  dengan  instruksi  program  dan dapat juga melakukan keputusan dari operasi logika atau pengambilan keputusan sesuai dengan instruksi yang diberikan padanya.

b.   Bus Alamat

Bus  alamat  berfungsi  sebagai  sejumlah  lintasan  saluran  pengalamatan antara  alamat  dengan  sebuah computer.  Pengalamatan  ini  harus  ditentukan terlebih  dahulu  untuk  menghindari  terjadinya  kesalahan  pengiriman  sebuah instruksi  dan  terjadinya  bentrok  antara  dua  buah  alat  yang  bekerja  secara bersamaan.

c.    Bus Data

Bus  data  merupakan  sejumlah  lintasan  saluran  keluar  masuknya  data dalam  suatu  mikrokontroler.  Pada  umumnya  saluran  data  yang  masuk  sama dengan saluran data yang keluar.

d.   Bus Kontrol

Bus control atau bus kendali ini berfungsi untuk menyerempakkan operasi mikrokontroler dengan operasi rangkaian luar.

e.    Memori

Didalam  sebuah  mikrokontroller  terdapat  suatu  memori  yang  berfungsi untuk  menyimpan  data  atau  program.  Ada  beberapa  jenis  memori,  diantaranya adalah  RAM  dan  ROM  serta  ada  tingkat  memori,  diantaranya    adalah  register internal,  memori  utama  dan  memori  masal.  Registrasi  internal  adalah  memori yang terdapat didalam ALU. Memori utama adalah  memori yang ada pada suatu sistem,  waktu  aksesnya  lebih  lambat    dibandingkan register  internal.  Sedangkan memori  masal  dipakai  untuk  penyimpanan  berkapasitas  tinggi,  yang  biasanya berbentuk disket, pita magnetic atau kaset.

f.    RAM (Random Access Memory)

RAM  adalah  memori  yang  dapat  dibaca  atau  ditulis.  Data  dalam  RAM bersifat volatile dimana isinya akan hilang begitu IC kehilangan catu daya, karena sifat  yang  demikian  RAM  hanya  digunakan  untuk  menyimpan  data  pada  saat program bekerja.

Kutipan : Lingga, Whardana. 2006.Mikrokontroller Seri AVR 8535.. Yogyakarta:

Andi Offset.

2.2     Mikrokontroler AT89S51

Mikrokontroler tipe AT89S51 merupakan mikrokontroler keluarga MCS-51 dengan konfigurasi yang sama persis dengan AT89C51 yang cukup terkenal, hanya saja AT89S51 mempunyai fitur ISP (In-System Programmable Flash Memory). Fitur ini memungkinkan mikrokontroler dapat diprogram langsung dalam suatu sistem elektronik tanpa melalui Programmer Board atau Downloader Board. Mikrokontroler dapat diprogram langsung melalui kabel ISP yang dihubungkan dengan paralel port pada suatu Personal Computer.
Adapun fitur yang dimiliki Mikrokontroler AT89S51 adalah sebagai berikut :

1. Sebuah CPU (Central Processing Unit) 8 bit yang termasuk keluarga MCS51.
2. Osilator internal dan rangkaian pewaktu, RAM internal 128 byte (on chip).
3. Empat buah Programmable port I/O,masing-masing terdiri atas 8 jalur I/O
4. Dua buah Timer Counter 16 bit.    
5. Lima buah jalur interupsi (2 interupsi external dan 3 interupsi internal )   
6. Sebuah port serial dengan kontrol serial full duplex UART.         
7. Kemampuan melaksanakan operasi perkalian, pembagian dan operasi Boolean (bit)
8. Kecepatan pelaksanaan instruksi per siklus 1 microdetik pada frekuensi clock 12  MHz             
9. 4 Kbytes Flash ROM yang dapat diisi dan dihapus sampai 1000 kali      
10. In-System Programmable Flash Memory

Dengan keistimewaan diatas, pembuatan alat menggunakan AT89S51 menjadi lebih sederhana dan tidak memerlukan IC pendukung yang banyak. Sehingga mikrokontroler AT89S51 ini mempunyai keistimewaan dari segi perangkat keras.

Gambar 2.2 Blok Diagram AT89S51

2.2.1.   Konfigurasi Pin AT89S51

Gambar 2.2.1 Konfigurasi Pin AT89S51

Mikrokontroler AT89S51 memiliki pin berjumlah 40 dan umumnya dikemas dalam DIP (Dual Inline Package). Masing-masing pin pada mikrokontroler AT89S51 mempunyai kegunaan sebagai berikut: 
Port 0 
Port 0 merupakan port dua fungsi yang berada pada pin 32-39 dari AT89S51. Dalam rancangan sistem sederhana port ini sebagai port I/O serbaguna. Untuk rancangan yang lebih komplek dengan melibatkan memori eksternal jalur ini dimultiplek untuk bus data dan bus alamat.         
Port 1 
Port 1 disediakan sebagai port I/O dan berada pada pin 1-8. Beberapa pin pada port ini memiliki fungsi khusus yaitu P1.5 (MOSI), P1.6 (MISO), P1.7 (SCK) yang digunakan untuk jalur download program. 
Port 2 
Port 2 ( pin 21-28 ) merupakan port dua fungsi yaitu sebagai I/O serbaguna, atau sebagai bus alamat byte tinggi untuk rancangan yang melibatkan memori eksternal.

Port 3 
Port 3 adalah port dua fungsi yang berada pada pin 10-17, port ini memiliki multi fungsi, seperti yang terdapat pada tabel 1.1 berikut ini :

BIT NAME BIT ADDRESS ALTERNATE FUNCTION  
P3.0  RXD B0h Receive data for serial port 
P3.1  TXD B1h Transmit data for serial port
P3.2  INT0 B2h External interrupt 0 
P3.3  INT1 B3h External interrupt 1 
P3.4  T0 B4h Timer/counter 0 external input 
P3.5  T1 B5h Timer/counter 1 external input 
P3.6  WR B6h External data memory write strobe   
P3.7 RD B7h External data memory read strobe

2.2.1.1 PSEN  (Program Store Enable)

PSEN (Program Store Enable) adalah sebuah sinyal keluaran yang terdapat pada pin 29. Fungsinya adalah sebagai sinyal kontrol untuk memungkinkan mikrokontroler membaca program (code) dari memori eksternal. Biasanya pin ini dihubungkan ke pin EPROM. Jika eksekusi program dari ROM internal atau dari flash memori (ATMEL AT89SXX), maka berada pada kondisi tidak aktif (high).

2.2.1.2 ALE (Address Latch Enable)         
            Sinyal output ALE yang berada pada pin 30 fungsinya sama dengan ALE pada microprocessor INTEL 8085, 8088 atau 8086. Sinyal ALE dipergunakan untuk demultiplek bus alamat dan bus data. Sinyal ALE membangkitkan pulsa sebesar 1/6 frekuensi oscillator dan dapat dipakai sebagai clock yang dapat dipergunakan secara umum.

2.2.1.3 EA(External Access)
            Masukan sinyal terdapat pada pin 31 yang dapat diberikan logika rendah (ground) atau logika tinggi (+5V). Jika diberikan logika tinggi maka mikrokontroler akan mengakses program dari ROM internal (EPROM/flash memori). Jika diberi logika rendah maka mikrokontroler akan mengakses program dari memori eksternal.

2.2.1.4 RST (Reset)  
            Input reset pada pin 9 adalah reset master untuk AT89S51. Pulsa transisi dari tinggi selama 2 siklus ke rendah akan mereset mikrokontroler.

2.2.1.5 Oscillator       
            Oscillator yang disediakan pada chip dikemudikan dengan XTAL yang dihubungkan pada pin 18 dan pin 19. Diperlukan kapasitor penstabil sebesar 30 pF. Besar nilai XTAL sekitar 3 MHz sampai 33 MHz. XTAL1 adalah input ke pembalikan penguat osilator (inverting oscillator amplifier) dan input ke clock internal pengoperasian rangkaian. Sedangkan XTAL2 adalah output dari pembalikan penguat osilator.

Gambar 2.2.1.5 Konfigurasi Xtal Osilator

2.2.1.6 Power
            AT89S51 dioperasikan pada tegangan supply +5v, pin Vcc berada pada nomor 40 dan Vss (ground) pada pin 20.

2.2.2.      Peta Memori AT89S51

2.2.2.1   Memori Program

A.  Pemisahan Memori Program dan Data    
Semua divais 8051 mempunyai ruang alamat yang terpisah untuk memori program dan memori data, seperti yang ditunjukkan pada gambar1.1. dan gambar 1.2. Pemisahan secara logika dari memori program dan data, mengijinkan memori data untuk diakses dengan pengalamatan 8 bit, yang dengan cepat dapat disimpan dan dimanipulasi dengan CPU 8 bit. Selain itu, pengalamatan memori data 16 bit dapat juga dibangkitkan melalui register DPTR. Memori program ( ROM, EPROM dan FLASH ) hanya dapat dibaca, tidak ditulis. Memori program dapat mencapai sampai 64K byte. Pada 89S51, 4K byte memori program terdapat didalam chip. Untuk membaca memori program eksternal mikrokontroller mengirim sinyal PSEN ( program store enable ) . Memori data ( RAM ) menempati ruang alamat yang terpisah dari memori program. Pada keluarga 8051, 128 byte terendah dari memori data, berada didalam chip. RAM eksternal (maksimal 64K byte). Dalam pengaksesan RAM Eksternal, mikrokontroller mingirimkan sinyal RD ( baca ) dan WR ( tulis ).

Gambar 2.2.2.1 Struktur memori mikrokontroler keluarga MCS51

Gambar 2.2.2.1.1 Arsitektur Memori Mikrokontroller 8051

B. Memori Program   
Gambar 1.5. menunjukkan suatu peta bagian bawah dari memori program. Setelah reset CPU mulai melakukan eksekusi dari lokasi 0000H. Sebagaimana yang ditunjukkan pada gambar 1.6, setiap interupsi ditempatkan pada suatu lokasi tertentu pada memori program. Interupsi menyebabkan CPU untuk melompat ke lokasi dimana harus dilakukan suatu layanan tertentu. Interupsi Eksternal 0, sebagi contoh, menempatai lokasi 0003H. Jika Interupsi Eksternal 0 akan digunakan, maka layanan rutin harus dimulai pada lokasi 0003H. Jika interupsi ini tidak digunakan, lokasi layanan ini dapat digunakan untuk berbagai keperluan sebagai Memori Program.

Gambar 2.2.2.1.2 Peta Interupsi mikrokontroller 8051

C.  Memori Data        
Pada gambar 2.7. menunjukkan ruang memori data internal dan eksternal pada keluarga 8051. CPU membangkitkan sinyal RD dan WR yang diperlukan selama akses RAM eksternal. Memori data internal terpetakan seperti pada gambar 2.7. Ruang memori dibagi menjadi tiga blok, yang diacukan sebagai 128 byte lower, 128 byte upper dan ruang SFR. Alamat memori data internal selalu mempunyai lebar data satu byte. Pengalamatan langsung diatas 7Fh akan mengakses satu alamat memori, dan pengalamatan tak langsung diatas 7Fh akan mengakses satu alamat yang berbeda. Demikianlah pada gambar 2.7 menunjukkan 128 byte bagian atas dan ruang SFR menempati blok alamat yang sama, yaitu 80h sampai dengan FFh,yang sebenarnya mereka terpisah secara fisik 128 byte RAM bagian bawah dikelompokkan lagi menjadi beberapa blok, seperti yang ditunjukkan pada gambar 8. 32 byte RAM paling bawah, dikelompokkan menjadi 4 bank yang masing-masing terdiri dari 8 register. Instruksi program untuk memanggil register-register ini dinamai sebagai R0 sampai dengan R7. Dua bit pada Program Status Word (PSW) dapat memilih register bank mana yang akan digunakan. Penggunaan register R0 sampai dengan R7 ini akan membuat pemrograman lebih efisien dan singkat, bila dibandingkan pengalamatan secara langsung.

Gambar 2.2.2.1.3 Memori data internal

Gambar 2.2.2.1.4 RAM internal 128 byte paling bawah

Semua pada lokasi RAM 128 byte paling bawah dapat diakses baik dengan menggunakan pengalamatan langsung dan tak langsung. 128 byte paling atas hanya dapat diakses dengan cara tak langsung, gambar 2.9.

Gambar 2.2.2.1.5 RAM internal 128 byte paling atas

D. Special Function Register
Sebuah peta memori yang disebut ruang special function register ( SFR ) ditunjukkan pada gambar berikut. Perhatikan bahwa tidak semua alamat-alamat tersebut ditempati, dan alamat-alamat yang tak ditempati tidak diperkenankan untuk diimplementasikan. Akses baca untuk alamat ini akan menghasilkan data random, dan akses tulis akan menghasilkan efek yang tak jelas.

E.         Accumulator
ACC adalah register akumulator. Mnemonik untuk instruksi spesifik akumulator ini secara sederhana dapat disingkat sebagai A.

F. Register      
Register B digunakan pada saat opersi perkalian dan pembagian. Selain untuk keperluan tersebut diatas, register ini dapat digunakan untuk register bebas.

G. Program Status Word.      
Register PSW terdiri dari informasi status dari program .

H. Stack Pointer         
Register Pointer stack mempunyai lebar data 8 bit. Register ini akan bertambah sebelum data disimpan selama eksekusi push dan call. Sementara stack dapat berada disembarang tempat RAM. Pointer stack diawali di alamat 07h setelah reset. Hal ini menyebabkan stack untuk memulai pada lokasi 08h.

I. Data Pointer           
Pointer Data (DPTR) terdiri dari byte atas (DPH) dan byte bawah (DPL). Fungsi ini ditujukan untuk menyimpan data 16 bit. Dapat dimanipulasi sebagai register 16 bit atau dua 8 bit register yang berdiri sendiri.

Gambar 2.2.2.1.6 Pemetaan Data Pointer.

2.3              IC Regulator

2.3.1.      IC LM7805

LM7805 merupakan IC pengatur tegangan (IC Regulator) yang menghasilkan tegangan keluaran 5 Volt DC dengan arus pada keluaran dapat mencapai 1 A.

2.4              IC 74HC595

IC 74HC595 (8-bit serial-in/ serial or parallel-output shift register) ini memiliki 8-bit input serial dengan 8-bit output serial atau output paralel dan IC ini juga memiliki storage register yang mana mempunyai pin input pulsa clock yang terpisah dengan shift registernya.

Gambar 2.4 Konfigurasi Pin IC 74HC595

Tabel 2.4.1 Keterangan Pin IC 74HC595

2.5              IC LM 324

IC LM324 merupakan IC Operational Amplifier, IC ini mempunyai 4 buah op-amp yang berfungsi sebagai comparator. IC ini mempunyai tegangan kerja antara +5 V sampai +15V untuk +Vcc dan -5V sampai -15V untuk -Vcc. Adapun definisi dari masing-masing pin IC LM324 adalah sebagai berikut :

Gambar 2.5 Konfigurasi Pin IC LM324

a.       pin 1,7,8,14 (Output)

Merupakan sinyal output.

b.      Pin 2,6,9,13 (Inverting Input)

Semua sinyal input yang berada di pin ini akan mempunyai output yang berkebalikan dari input.

c.       Pin 3,5,10,12 (Non-inverting input)

Semua sinyal input yang berada di pin ini akan mempunyai output yang sama dengan input (tidak berkebalikan).

d.      Pin 4 (+Vcc)

Pin ini dapat beroperasi pada tegangan antara +5 Volt sampai +15 Volt.

e.       Pin 11 (-Vcc)

Pin ini dapat beroperasi pada tegangan antara -5 Volt sampai -15 Volt.

2.6              Komponen Dasar Elektronika

Adapun  kompnen  dasar  elektronika  yang  dibutuhkan  dalam  pembuatan alat ini diantaranya:

2.6.1.      Resistor

Resistor  adalah  sebuah  alat  yang  digunakan  untuk  menghambat  arus listrik.  Pada  sebuah  rangkaian  listrik,  resistor  biasanya  digunakan  untuk mendapatkan arus yang sesuai dengan arus yang dibutuhkan oleh rangkaian.Untuk mengendalikan  arus  dalam  sebuah  rangkaian  listrik,  dipilih  komponen  yang mempunyai  resistansi.  Artinya  komponen  tersebut  memiliki  kemampuan  untuk membatasi  arus  listrik  yang  mengalir  pada  rangkaian.  Bentuk  dan  penggunaan resistor  dapat  dibagi  atas:  Resistor  Tetap  (Fixed  Resistor),  Resistor  Variabel (Potensiometer), dan Resistor yang dapat diubah secara continue (Trimpot).

Resistor Tetap                 Potensiometer                   Trimpot                   LDR

Gambar 2.6.1 Lambang Resistor

Resistor  pada  umumnya  memiliki  nilai  toleransi  1%,  2%,  3%,  5%,  10%, dan  20%.Resistor  yang  memiliki  nilai  toleransi  lebih  kecil  biasanya  lebih  mahal harganya.Resistor  juga  dapat  di  spesifikasikan  menurut  kapasistansinya  untuk mendisipasi (menyerap) daya listrik dan dinyatakan dalam Watt.

Karena  bentuk  fisik  dari  resistor  kecil,  maka  pada  bahannya  diberi  nilai tahanan  dalam  kode  warna  menurut  standart  internasional.  Seperti  terlihat  pada gambar dibawah ini:

Gambar 2.6.2 Warna Gelang Resistor

Keterangan  dari  warna  gelang  resistor.Gelang  ke-1  dan  ke-2  menyatakan angka.Gelang  ke-3  menyatakan  faktor  pengali  (banyaknya  nol).Dan  gelang  ke-4 menyatakan nilai toleransinya.

Table 2.6.3 Kode warna resistor

Contoh dari kode warna:

Coklat                         Hijau                Merah             Emas               Nilai R

1                      5                      x100                 5%                  1500±5%Ohm

Pada  resistor  tidak  dapat  dipolaritaskan,  artinya  jika  pemasangannya bolak-balik tidak akan berpengaruh.

2.6.2.      Kapasitor

Kapasitor adalah suatu komponen elektronika yang dapat menyimpan dan melepaskan  muatan  listrik  atau  energi  listrik.  Kemampuan  untuk  menyimpan muatan listrik pada kapasitor disebut dengan kapasistansi atau kapasitas.

Gambar 2.6.2 Lambang Kapasitor

Kapasitor  dapat  dibedakan  dari  bahan  yang  digunakan  sebagai  lapisan diantara  lempeng-lempeng  logam  yang  disebut  dielektrikum.  Dielektrikum tersebut dapat berupa keramik, mika, mylar, kertas, polyester, ataupun film. Pada umumnya  kapasitor  yang  terbuat  dari  bahan  diatas  nilainya  kurang dari 1 mikrofarad  (1µF).satuan  kapasitor  adalah  Farad,  dimana  1  farad  =  10³  mF  = 10⁶µF  =  10⁹  nF  =  10¹²  pF.  Untuk  mengetahui  besarnya  nilai  kapasitas  pada kapasitor  dapat  dibaca  melalui  kode  angka  pada  badan  kapasitor  tersebut  yang terdiri dari 3 angka.

Angka  pertama  dan  kedua  menunjukkan  angka  atau  nilai  atau  sama dengan  1µF  adalah  kapasitor  elektrolit  (elco).  Kapasitor  ini  memiliki  polaritas (memiliki  kutub  positif  dan  kutub  negatif)  dan  biasa  disebutkan  tegangan kerjanya.  Misalnya:  100µF  16V,  artinya  elco  memiliki  kapasitas  100µF  dan tegangan kerjanya tidak boleh melebihi 16V.

Gambar 2.11. Simbol Elco dan Gambar Elco

2.6.3.      Dioda Pemancar Cahaya (LED)

LED  adalah  kepanjangan  dari  Light  Emitting  Diode  (Dioda  Pemancar Cahaya). Dioda ini akan mengeluarkan cahaya bila diberi tegangan sebesar 1,8V dengan arus 1,5mA. LED banyak digunakan sebagai lampu indikator dan peraga (display).

Gambar 2.12. Simbol dan Gambar LED

2.6.4.      Transistor

Transistor  merupakan  suatu  piranti  semikonduktor  yang memiliki sifat khusus.  Secara  ekivalen  transistor  dapat  dibandingkan  dengan  dua  dioda  dengan satu konfigurasi. Transistor memiliki dua jenis yaitu :

·         Transistor Unipolar

Transistor  Unipolar  adalah  transistor  yang  hanya  memiliki  satu  buah persambungan kutub, contohnya : FET

·         Transistor Bipolar

Transistor  Bipolar  adalah  transistor  yang  memiliki  dua  persambungan kutub, contohnya adalah PNP dan NPN.

Pada   dasarnya   transistor   bekerja   berdasarkan   prinsip pengendalian arus  collector  dengan  menggunakan  arus  basis.  Dengan  kata  lain  arus  basis mengalami  penguatan  hingga  menjadi  sebesar  arus  kolector.    Penguatan    ini  bergantung  pada  faktor  penguatan  masingmasing transistor ( Alpha dan Beta).

Konfigurasi  dasar  dari  rangkaian  transistor  sebagai  penguat  adalah common  base,  common  collector,  dan  common  emitor.  Sifat  transistor  sebagai penguat  akan  saturasi  pada  nilai  tegangan  tertentu  antara  basis  dan  emitor menjadikan transistor dapat berfungsi sebagai saklar elektronik. (Anonim, (2011), 

http://www.google.co.id). 

Gambar 2.13 Transistor NPN dan PNP

Gambar 2.14 Lambang Transistor

2.7              Relay

Relay adalah sebuah alat elektromagnetik yang dapat mengubah kontak-kontak  saklar  sewaktu  alat  ini  menerima  sinyal  listrik.  Sebuah  relay  terdiri  dari satu  kumparan  dan  inti,  yang  mana  bila  dialiri  arus  kumparan  tersebut  akan menjadi  magnet  dan  menutup  atau  membuka  kontak-kontak.  Kontak-kontaknya ada dua macam, yaitu NO (Normally Open) dan NC (Normally Close). Normally Close adalah kontak relay yang terhubung saat belum ada arus. Sewaktu ada arus yang  melewati  kumparan  relay,  inti  besi  lunak  akan  dimagnetisasi,  dan  menarik kontak  sehingga  kontak  yang  open  kini  terhubung.  Keuntungan  dari  relay  ini adalah  dapat  menghubungkan  daya  yang  besar  dengan  memberi  daya  yang  kecil pada kumparannya. Relay digambarkan sebagai berikut :

Gambar 2.15. Simbol Relay

Sumber : IEI Surabaya, Electronics Technology, 1992:5

Karena  relay  adalah  alat  elektromagnetik  yang  dapat  membangkitkan tegangan  mundur,  maka  sebuah  dioda  harus  dipasang  dalam  rangkaian  untuk melindungi transistor yang ada.

2.8              Motor

Motor  mekanik  mengubah  energi  listrik  menjadi  gerak  mekanik. Gerakan  memutar  yang  merubah  gerak  mekanik  menjadi  gerak  listrik,  itu dilakukan  oleh  dynamo  atau  generator.  Kebanyakan  motor  listrik  bekerja berdasarkan elektromagnetik, tapi motor didasari oleh fenomena elektromagnetik lainnya.  Seperti  gaya  elektrostatis  dan  juga  efek  Piezoelektrik.  Prinsip  yang fundamental  dari  motor  elektromagnetik  yaitu  berdasarkan  dari  tenaga mekaniknya  ketika  kabelnya  dihubungkan  dengan  listrik,  tanpa  adanya  medan magnet.  Tenaga  ini  di  deskripsikan  oleh  hokum  gaya  Lorentz  dan  itulah  yang memisahkan keduanya antara kabel dan medan magnet. Kebanyakan motor listrik bergerak berputar, tetapi bisa juga bergerak linear. Pada motor bagian dalam yang berputar  disebut  rotor  dan  pada  bagian  yang  tidak  bergerak  disebut  stator.  Rotor berputar karena ada kawat dan medan magnet.

2.9              Motor DC

Satu dari motor putar elektromagnetik ditemukan oleh Michael Faraday di tahun 1821 dan terdiri dari kawat yang bebas tergantung yang dimasukkan ke dalam  mercury.  Sebuah  magnet  permanen  diletakkan  ditengah-tengah  mercury. Ketika  arus  listrik  mengalir  ke  kawat,  kawat  tersebut  berputar  mengelilingi magnet.  Itu  menunjukkan  arus  yang  diberikan  bangkit  mengedarkan  medan magnet  disekitar  kawat.  Ini  adalah  bentuk  termudah  dari  motor  listrik  yang disebut motor homopolar.

Gambar 2.16. Motor DC

Kemudian rancangan motor listrik menggunakan penghisap pertukaran ke dalam  solenoid.  Konsep  itu  dapat  dilihat  sebagai  versi  elektromagnetik  dari  dua gerak gaya internal pembakaran mesin. Motor DC modem ditemukan secara tidak sengaja  di  tahun  1873  ketika  Zenobe  Gramme  menghubungkan  sebuah  dynamo yang  sedang  berputar  ke  dynamo  sejenis  yang  kedua,  penggerak  itu  sebagai motor.

Motor DC sebelumnya mempunyai perlindungan rotasi dibentuknya dalam elektromagnetik.  Perpindahan  perputaran  disebut  perputaran  mundur  langsung dari  arus  listrik  yang  sama  setiap  cyclenya.  Untuk  mengalirkan  kutub  dari elektromagnetik  mendorong  dan  menarik  melawan  magnet  permanen  keatas  luar dari  motor.  Kutub  dari  perlindungan  elektromagnetik  melewatkan  kutub  dari magnet permanen. Pertukaran mundur polaritas dari perlindungan eletromagnetik. Pada saat perpindahan polaritas “Inersia” tetap yang membuat motor ini bergerak.

Gambar 2.17. Rotasi 1 Motor DC

Motor  listrik  sederhana,  ketika  koil  diberi  daya,  medan  magnet dibangkitkan disekitar sisi kiri dari armature menekan keluar dari kiri magnet dan menekan ke arah kanan yang disebabkan oleh rotasi.

Gambar 2.18. Rotasi Motor DC

Kecepatan  putaran  dari  motor  DC  sebanding  dengan  arus  listik  yang diberikan  dan  juga  sebanding  dengan  arus  listrik  yang  diberikan.  Pengendali kecepatan dapat mencapai beberapa tingkat kecepatan tergantung dari tipe batere yang  diberikan,  tegangan  yang  diberikan,  resistor  dan  komponen  elektronika lainnya. Keefektifitasan tegangan dapat bervariasi tergantung dari seri motor atau alat  elektronik  yang  dihubungkan  yang  terbuat  dari  thrystor,  transistor.  Di sirkuitnya  terbuat  dari  tembaga,  dan  rata-rata  tegangan  yang  diberikan  ke  motor bervariasi  dengan  pensaklaran,  pemberian  tegangan  sangat  cepat.  Variasi  “ON” dan “OFF” dapat mengubah tegangan yang diberikan.

BAB III

PERANCANGAN ALAT

3.1              Blok Diagram

Secara umum blok diagram Light Detector Robot ( LDR ) sebagai berikut :

Gambar 3.1 Blok Diagram PENCUCI DAN PENGRING TANGAN.

3.1.1.      Blok Aktivator

Pertama sumber tegangan DC dapat berupa baterai atau adaptor. Alat pencuci tangan menggunakan sumber tegangan DC dari adaptor.

3.1.2.      Blok input

3.1.1.                  Switch

Pada saat kabel power sudah terhubung ke sumber tegangan, maka arus akan mengalir melalui Switch, jika switch dalam keadaan ON maka supply tegangan akan mengalir ke dalam rangkaian, dan sebaliknya jika switch dalam keadaan OFF maka supply tegangan tidak ada  yang mengalir.

3.1.2.                  LDR

                        Saat supply tegangan  mengalir ke dalam rangkaian, kondisi awal sensor berlogika 1 ( high ), karena sensor LDR mendapat cahaya dari LED dan resistansi / hambatan LDR menjadi kecil. Ketika sensor mendeteksi keberadaan tangan maka kondisi sensor berlogika 0 ( low ), karena cahaya LED terhalang oleh tangan dan LDR tidak mendapat cahaya sehingga resistansi LDR menjadi besar.

            Output dari sensor kemudian akan diproses oleh mikrokontroller AT89S51 untuk mengendalikan rangkaian driver pompa.

3.1.3.      Blok proses

3.1.3.1.            IC AT89S51

                        IC AT89S51 digunakan untuk mengontrol driver pompa sesuai kondisi pada sensor. Jika sensor 1 berlogika 0 ( low ) maka mikrokontoller akan memberikan logika 1 ( high ) ke dalam rangkaian driver dan mengaktifan relay 1 sebagai sakalar untuk mengaktifkan pompa sampai kondisi sensor berlogika 1 ( high ) kembali. Agar dapat berjalan sesuai algoritma tersebut, maka di buatlah program dan di simpan dalam memory flash IC AT89S51.

3.1.3.2.            IC LM324

Sensor LDR adalah sensor yang resistansinya berubah terhadap cahaya, semakin terang cahaya maka semakin kecil resistansinya, begitu juga sebaliknya jika semakin redup cahaya yang di dapat maka semakin besar resistansinya. Output sensor LDR terhubung ke kaki inverting IC LM324 yang berfungsi sebagai komparator / pembanding anatar tegangan sensor dan tegangan pada trimpot. Trimpot di gunakan untuk mengatur sensitivitas sensor LDR. Adapun rumus komparator / pembanding yang digunakan sebagai berikut:

Gambar3.1 Rumus Komparator

3.1.3.3.            IC 74HC595

IC 74HC595 yang memiliki paralel output untuk menentukan pergeseran  bit yang digunakan untuk mengendalikan kolom dotmatrix, karena IC ini mempunyai shift register 8 tingkat untuk mengatur/mengubah input data serial menjadi output data paralel. IC ini selain memiliki shift register juga memiliki storage register untuk menyimpan hasil atau data yang didapat dari shift registernya yang mana input pulsa clock untuk storage register terpisah dengan input clock bagi shift registernya. Input data serial berasal dari pin 14 (DS) yang kemudian masuk ke shift register. Untuk pulsa clock pemicu inputan shift register berasal dari pin 11 (SH_CP). Kemudian data paralel yang dihasilkan oleh shift register dikirimkan ke storage register dengan pulsa clock pemicunya berasal dari pin 12 (ST_CP). Lalu data yang telah disimpan pada storage register akan dikeluarkan pada pin Q₀ sampai Q₇ bila pada pin 13 (OE’) diberikan kondisi masukan rendah (LOW).

3.1.3.4.            RELAY

Relay terdiri dari Coil & Contact coil adalah gulungan kawat yang mendapat arus listrik, sedang contactadalah  sejenis saklar yang pergerakannya tergantung dari ada tidaknya arus listrik dicoil.  Contact ada 2 jenis : Normally Open (kondisi awal sebelum diaktifkan open), dan  Normally Closed (kondisi awal sebelum diaktifkan close).  Secara sederhana berikut ini prinsip kerja darir elay : ketikaCoil mendapat energi  listrik (energized), akan timbul gaya elektromagnet yang akan menarik armature yang berpegas, dan contact akan menutup

  Gambar 3.2 Prinsip Kerja Relay

3.1.4.                  Blok output

3.1.4.1.            POMPA AIR

Saat relay 1 dalam kondisi aktif maka POMPA AIR mendapat sumber tegangan dan pompa dapat berputar mengalirkan air saat keberadaan tangan terdeteksi.

3.1.4.2.            Lcd Display

Lcd Display yang terdiri dari 16 x 2 sebanyak 1 buah berguna untuk menampilkan pesan – pesan singkat pada saat tidak ada perubahan sensor ( standby ).

3.3.1.                  3.2.2 BLOK SENSOR

Gambar 3.4 blok sensor

Rangakian sensor ini menggunakan sensor LDR. Sensor LDR adalah sensor yang resistansinya berubah terhadap cahaya, semakin terang cahaya maka semakin kecil resistansinya, begitu juga sebaliknya jika semakin redup cahaya yang di dapat maka semakin besar resistansinya. Output sensor LDR terhubung ke kaki inverting IC LM324 yang berfungsi sebagai komparator / pembanding anatar tegangan sensor dan tegangan pada trimpot. Trimpot di gunakan untuk mengatur sensitivitas sensor LDR. Adapun rumus komparator / pembanding yang digunakan sebagai berikut:

Gambar3.5 Rumus Komparator

3.3.2.                  BLOK RELAY

3.6 Blok rangkaian relay

            Pada rangkaian relay ini menggunakan relay magnetis 12v dan transistor 2n3904 sebagai pengendali relay. Jika kaki basis pada transistor 2n3904 diberi logika 1 maka transistor menjadi saturasi sehingga arus mengalir dari kaki kolektor ke kaki emitor dan relay menjadi aktif dari keaadan NC ( Normaly Close ) menajadi NO ( Normali Open )

3.3.3.                  3.2.5 BLOK CATU DAYA

Gambar 3.8. Blok Catu Daya

Blok catu daya dari tegangan AC 220 diturunkan oleh trafo stepdown K3 menjadi 15V yang kemudian masuk ke dalam dioda bridge untuk dijadikan tegangan DC. Sebagian tegangan tersebut dihubungkan ke IC regulator LM7805 untuk mendapatkan tegangan sebesar 5V sebagai sumber tegangan untuk mengaktifkan keseluruhan IC yang ada pada rangkaian (VCC) yang mana sebagai indikatornya adalah LED.

3.2              ANALISA FLOWCHART

3.3.1.                  Analisa Flowchart

1.      Langkah pertama dimulai dari terminal start dan kemudian tentukan apakah sumber tegangan aktif (Power ON)  jika belum maka akhiri program, jika ya maka ke langkah berikutnya.

2.      Langkah kedua yaitu proses untuk menampilkan message / pesan pada Lcd display.

3.      Langkah ketiga mengambil input dari sensor 1. apakah kondisi sensor 1 berlogika 0 ( low ) , jika ya maka pompa air menyala hingga kondisi sensor 1 berlogika 1 ( high ) .

4.      Langkah keempat mengambil input dari sensor 2. apakah kondisi sensor 2 berlogika 0 ( low ) , jika ya  maka kipas menyala hingga kondisi sensor 2 berlogika 1 ( high ). Langkah kelima jika kondisi sensor 1 dan sensor 2 sama dengan 1 ( high ).