7

BAB 2

LANDASAN TEORI

2.1 Charger

Charger adalah alat untuk mengisi daya pada baterai dengan memberikan

tegangan arus untuk gadget dan lain sebagainya, dalam sebuah charger terdapat adaptor

yang menjadi sebuah rangkaian elektronika yang bekerja dengan mengubah tegangan

AC (bolak-balik) yang tingi menjadi DC (searah) yang rendah. Adaptor juga dikatakan

sebagai pengganti batterai atau aki. Jadi dengan terciptanya alat ini, rangkaian

eletronika yang membutuhkan pengisi daya baterai bisa diganti dengan adaptor. Selain

sebagai pengganti baterai, adaptor juga banyak digunakan sebagai power supply atau

charger baterai. Oleh sebab itu, alat ini menjadi penting di dunia elektronika.

(Reko Rivani, dkk 2017)

2.2 Regulator 12V DC

Regulator 12V DC memiliki fungsi untuk mengatur kesstabilan arus yang

mengalir ke rangkaian elektronika. Regulator arus mempunyai seri berbeda-beda,

sedangkan untuk rangkaian terpadu adalah rangkaian regulator yang menghasilkan

tegangan konstan yang dapat membuat suatu rangkaian menjadi aman atau

mempertahankan tegangan pada kafasitas rangkaian tersebut secara sederhana.

Penstabil tegangan yang bebas dari segala gangguan seperti noise (kebisingan) ataupun

fluktuasi (naik turun) sangat diperlukan untuk dapat mengoperasikan rangkaian

elekttronika yang memiliki sifat digital seperti Mikrokontroler ataupun Mikroprosesor.

(Rudiatmadja, 2018)

Gambar 2.1 Komponen Regulator

(Sumber : Teknikelektronika.com)

8

Rangkaian regulator ini banyak ditemukan pada adaptor yang bertugas untuk

memberikan tegangan DC untuk Laptop, Handphone, Konsol Game dan lain

sebagainya. Pada peralatan elektronika yang Power Supply atau catu dayanya

diintegrasi ke dalam unitnya seperti TV, DVD Player dan komputer dekstop, rangkaian

voltage regulator (Pengatur Tegangan) juga merupakan suatu keharusan agar tegangan

yang diberikan kepada rangkaian lainnya stabil dan bebas dari fluktuasi.

2.3 Sensor

Sensor adalah komponen yang digunakan untuk mengkonversi suatu besaran

tertentu menjadi satuan analog sehingga dapat dibaca oleh suatu rangkaian elektronik.

Sensor merupakan komponen utama dari tranduser, sedangkan tranduser merupakan

sistem yang melengkapi agar sensor tersebut mempunyai keluaran yang sesuai

diinginkan dan dapat langsung dibaca pada keluarannya. Sensor adalah tranduser yang

digunakan untuk mengubah besaran mekanis, magnetis, panas, dan kimia menjadi

tegangan dan arus listrik. Sensor sering digunakan untuk pendeteksian pada saat

melakukan pengukuran atau pengendalian.

Sensor dalam teknik pengukuran dan pengaturan secara elektronik berfungsi

mengubah tegangan fisika (misalnya: Temperatur, cahaya, gaya, kecepatan putaran)

menjadi putaran listrik yang profesional. Sensor dalam pengukuran dan pengaturan ini

harus memenuhi persyaratan-persyaratan yakni sebagai berikut:

a. Liniearitas: konversi harus benar-benar proposional, jadi karakteristik konversi

harus linier.

b. Tidak tergantung temperatur: keluaran inverter tidak boleh tergantung pada

temperatur disekelilingnya, kecuali sensor suhu.

c. Kepekaan: kepekaan sensor harus dimiliki sedemikian, sehingga pada nilai-nilai

masukan yang ada dapat diperoleh tegangan listrik yang cukup besar.

d. Waktu tanggapan adalah waktu yang diperlukan keluaran sensor untuk mencapai

nilai akhirnya pada nilai masukan yang berubah secara mendadak. Sensor harus

dapat berubah cepat bila nilai masukan pada sistem tempat sensor terus berubah.

Secara umum berdasarkan fungsi dan penggunaannya sensor dapat

dikelompokkan menjadi tiga bagian, yaitu:

a. Sensor thermal (panas)

b. Sensor mekanis

c. Sensor optik (cahaya)

9

Sensor thermal adalah sensor yang digunakan untuk mendeteksi gejala

perubahan panas/temperatur/suhu pada suatu dimensi benda atau dimensi ruang tertentu.

Contohnya: bimetal, termistor, termokopel, RTD, photo transistor, photo dioda, photo

multiplier, photovoltaik, infrared, hygrometer. Sensor mekanis adalah sensor yang

mendeteksi perubahan gerak mekanis, seperti perpindahan atau pergeseran atau posisi,

gerak lurus dan melingkar, tekanan dan aliran. Contohnya: strain gage, linear variable

deferential transformer(LVDT), proximity, potensiometer,load cell.

Sensor optik atau cahaya adalah sensor yang mendeteksi perubahan cahaya dari

sumber cahaya, pantulan cahaya, atau bias cahaya yang mengenai benda atau ruangan.

Contoh: photo cell, photo dioda.

2.3.1 Jenis-jenis sensor

Beberapa jenis sensor yang banyak digunakan dalam rangkaian elektronik antara

lain sensor cahaya, sensor suhu, sensor tegangan. Jenis sensor secara garis besar dapat

dibagi menjadi dua bagian yaitu:

1. Sensor Fisika

2. Sensor Kimia

Sensor fisika adalah sensor yang mendeteksi suatu besaran berdasarkan hukum-

hukum fisika. Yang termasuk kedalam sensor fisika yaitu:

1. Sensor suara

2. Sensor cahaya

3. Sensor suhu

4. Sensor gaya

5. Sensor percepatan

Sensor kimia adalah sensor yang mendeteksi jumlah pada suatu zat kimia

dengan cara mengubah besaran kimia menjadi besaran listrik. Biasanya ini melibatkan

beberapa reaksi kimia. Yang termasuk kedalam sensor kimia yaitu:

1. Sensor PH

2. Sensor Gas

10

2.3.2 Macam-macam sensor

Sensor digunakan untuk mendeteksi adanya perubahan lingkuangan fisika atau

kimia yang variabel keluaran dari sensor yang diubah menjadi besaran listrik menjadi

tranduser. Disini akan dibahas beberapa macam sensor yang termasuk dibagian sensor

fisika.

2.3.3 Sensor Tegangan

Sensor tegangan berfungsi membaca nilai tegangan suatu rangkaian. Arduino

dapat membaca nilai tegangan dengan memanfaatkan pin analog. Jika range tegangan

yang dibaca diantara 0-5V bisa langsung menggunakan pin analog, sedangkan jika

range tegangan yang dibaca >5V harus menggunakan rangkaian tambahan yakni

pembagi tegangan karena pin Arduino bekerja pada max5V. Data yang diterima arduino

berupa nilai ADC, untuk mengkonversi menjadi nilai tegangan menggunakan rumus :

V = ADC/1023 x5V

Dimana :

ADC : Nilai ADC yang terbaca

1023 : Nilai ADC maksimal (10 bit)

5V : Tegangan referensi ADC arduino (default)

Jika tegangan yang diukur >5V maka dapat dilakukan coding atau perbandingan

tegangan pada arduino agar tegangan yang di baca sesuai dengan keinginan.

(Rudiatmadja, 2018)

Gambar 2.2 Rangkaian Sensor Tegangan

(Sumber : Teknikelektronika.com)

11

2.3.4 Cara Kerja Sensor Tegangan

Prinsip kerjanya adalah membuat perbandingan antara tegangan asli dengan

tegangan yang terbaca oleh arduino. Untuk membuat rangkaian pembagi tegangan kita

harus menentukan beberapa parameter yaitu:

1. Tegangan maksimal yang diukur (Vi) = 24 Volt.

2. Tegangan maksimal ADC (Vo) = 4 Volt (atur max 5 Volt).

3. R1 = 1000Ω (bebas menyesuaikan)

Dari ketentuan diatas dapat disimpulkan ketika arduino membaca tegangan

sebesar 4V itu artinya tegangan sebenarnya adalah 24V atau Vi:Vo = 6:1. Berikut cara

menentukan nilai :

R2:R2 = Vo/Vi x (R1+R2)

R2 = 4/24 x(1000+R2)

R2 =200Ω

Berikut contoh sederhana source code sensor tegangan:

1. float vin;

2. float vout;

3. float adc;

4. #define pin_sensorT A0

5. void setup() {

6. pinMode (pin_sensorT, INPUT);

7. }

8. void loop() {

9. adc = analogRead(pin_sensorT);

10. vin = adc/1023 * 5;

11. vout = vin*6;}

2.3.5 Sensor kecepatan

Proses penginderaan sensor kecepatan merupakan proses kebalikan dari suatu

objek, dimana suatu obek berputar pada suatu genarator akan menghasilkan suatu

tegangan yang sebanding dengan kecepatan putaran objek. Kecepatan putar sering pula

diukur dengan menggunakan sensor yang mengindera pulsa magnetis (induksi) yang

timbul saat medan magnetis terjadi.

12

2.4 Relay

Relay adalah saklar (Switch) yang berdasar pada prinsip elektromagnetik untuk

menggerakkan kontak saklar. Kontak saklar akan menghubungkan beban relay ke

sumber lain yang biasanya menggunakan arus atau tegangan yang lebih besar dari pada

arus atau tegangan untuk input coil. Sebagai contoh, dengan relay yang menggunakan

elektromagnet 5V dan 1 mA mampu menggerakan armature relay (yang berfungsi

sebagai saklarnya) untuk menghantarkan listrik 220V/ 2A.

Pada dasarnya, di sebuah relay sederhana terdiri dari 4 komponen dasar yaitu:

1. Electromagnet (Coil).

2. Armature.

3. Switch Contact Point (Saklar).

4. Spring.

Gambar 2.3 Struktur Sederhana Relay

(Sumber : http://www.produksielektronik.com)

Berdasarkan gambar diatas, inti besi yang dililit oleh kumparan (coil) berfungsi

mengendalikan besi tersebut. Apabila kumparan diberikan arus listrik searah, maka akan

timbul gaya elektromagnet yang kemudian menarik armature untuk berpindah dari

posisi (NC) ke posisi baru (NO) sehingga menjadi saklar yang menghantarkan arus

listrik di posisi barunya (NO). Posisi di mana armature tersebut berada sebelumnya

(NC) akan menjadi OPEN atau tidak terhubung. Dalam relay kita mengenal istilah Pole

dan Throw. Pole adalah banyaknya kontak (Contact) yang dimiliki oleh sebuah relay.

Sedangkan Throw merupakan banyaknya kondisi yang dimiliki oleh sebuah kontak.

13

Berdasarkan penggolongan jumlah Pole dan Throw-nya sebuah relay, maka

relay dapat digolongkan menjadi :

1. Single Pole Single Throw (SPST): Relay golongan ini memiliki 4 Terminal, 2 untuk

Saklar dan 2 lagi untuk Coil.

2. Single Pole Double Throw (SPDT): Relay golongan ini memiliki 5 Terminal, 3

untuk Saklar dan 2 lagi untuk Coil.

3. Double Pole Single Throw (DPST): Relay golongan ini memiliki 6 Terminal,

diantaranya 4 Terminal yang terdiri dari 2 Pasang untuk saklar dan2 lainnya untuk

Coil. Relay DPST dapat dijadikan 2 Saklar yang dikendalikan oleh 1 Coil.

4. Double Pole Double Throw (DPDT): Relay golongan ini memiliki Terminal

sebanyak 8 Terminal, 6 Terminal yang merupakan 2 pasang relay SPDT yang

dikendalikan oleh 1 Coil. Sedangkan 2 Terminal lainnya untuk Coil.

Gambar 2.4 Jenis Relay Pole dan Throw

(Sumber : Teknikelektronika.com)

Beberapa fungsi relay yang telah umum diaplikasikan kedalam peralatan

Elektronika diantaranya adalah :

1. Relay digunakan untuk menjalankan fungsi logika (Logic Function).

2. Relay digunakan untuk memberikan fungsi penundaan waktu (Time Delay

Function).

3. Relay digunakan untuk mengendalikan sirkuit tegangan tinggi dengan bantuan dari

signal tegangan rendah.

14

4. Ada juga relay yang berfungsi untuk melindungi motor ataupun komponen lainnya

dari kelebihan tegangan ataupun hubung singkat.

(Rudiatmadja, 2018)

2.5 Baterai/Aki

Baterai adalah perangkat yang mengandung sel listrik yang dapat menyimpan

energi yang dapat dikonversi menjadi daya. Baterai menghasilkan listrik melalui proses

kimia. Baterai atau akkumulator adalah sebuah sel listrik dimana didalamnya

berlangsung proses elektrokimia yang reversible (dapat berkebalikan) dengan

efisiensinya yang tinggi. Yang dimaksud dengan reaksi elektrokimia reversibel adalah

didalam baterai dapat berlangsung proses pengubahan kimia menjadi tenaga listrik

(proses pengosongan) dan sebaliknya dari tenaga listrik menjadi tenaga kimia

(prosespengisian) dengan cara proses regenerasi dari elektroda-elektroda yang dipakai

yaitu, dengan melewatkan arus listrik dalam arah polaritas yang berlawanan didalam

sel. Baterai terdiri dari dua jenis yaitu, baterai primer dan baterai skunder.

Baterai primer merupakan baterai yang hanya dapat dipergunakan sekali

pemakaian saja dan tidak dapat diisi ulang. Hal ini terjadi karena reaksi kimia material

aktifnya tidak dapat dikembalikan. Sedangkan baterai sekunder dapat diisi ulang, karena

material aktifnya didalam dapat diputar kembali. Kelebihan dari pada baterai sekunder

adalah harganya lebih efisien untuk penggunaan jangka waktu yang panjang. Jenis aki

yang sering digunakan adalah jenis asam (lead acid) dan basa (alkali), sehimgga di

bawah akan dibahas kedua jenis baterai tersebut.

2.5.1 Aki Asam (Lead Acid Storage Acid)

Baterai asam yang bahan elektrolitnya adalah larutan asam belerang (sulfuric

acid = H2SO4). Didalam baterai asam, elektroda-elektroda nya terdiri dari plat-plat

timah peroksida PbO2 (Lead Peroxide) sebagai anoda (kutub positif) dan timah murni

PB (lead sponge) sebagai katoda (kutub negatif). Ciri-ciri umumnya:

1. Tegangan nominal per sel 2 volt.

2. Ukuran baterai per sel lebih besar dibandingkan dengan baterai alkali.

3. Nilai berat jenis elektrolit sebanding dengan kapasitas baterai.

4. Suhu elektrolit sangat mempengaruhi terhadap nilai berat jenis elektrolit, semakin

tinggi suhu elektrolit semakin rendah berat jenis dan sebaliknya.

5. Nilai jenis berat standart elektrolit tergantung dari pabrik pembuatnya.

15

6. Umur baterai tergantung pada operasi dan pemeliharaan biasanya bisa mencapai 10-

15 tahun.

7. Tegangan pengisian per sel harus sesuai dengan petunjuk operasi dan pemeliharahan

dari pabrik pembuat. Sebagai contoh adalah:

a. Pengisian awal (Initial Charge) : 2, 7 Volt.

b. Pengisian Floating : 2,18 Volt.

c. Pengisian Equalizing: 2,25 Volt.

d. Pengisian Boozting: 2,37 Volt.

e. Tegangan pengosongan per sel (Discharge) : 2,0 - 1,8 Volt.

2.5.2 Baterai Basa Alkali (Alkaline Storage Battery)

Baterai alkali bahan elektrolitnya adalah larutan alkali (Potassium Hydroxide)

yang terdiri dari:

1. Nickel iron alkaline battery Ni-Fe Battery.

2. Nickel cadmium alkaline battery Ni Cd Battery

Pada umumnya yang paling banyak digunakan adalah baterai alkali admium

(Ni-Cd ). Ciri-ciri umum (tergantung pabrik pembuat) adalah sebagai berikut:

1. Tegangan nominal per sel adalah 1,2 volt.

2. Nilai jenis berat elektroit tidak sebanding dengan kapasitas baterai.

3. Umur baterai tergantung pada penggunaan dan perawatan, biasanya dapat mencapai

15 - 20 tahun.

4. Tegangan pengisian per sel harus sesuai dengan petunjuk operasi dan pemeliharahan

dari pabrik pembuat. Sebagai contoh adalah:

a. Pengisian awal (Initial Charge) : 1,6 – 1,9 Volt.

b. Pengisian Floating : 1,40 – 1,42 Volt.

c. Pengisian Equalizing: 1,45 Volte.

d. Tegangan pengosongan (discharge) = 1 volt

16

2.5.3 Prinsip Kerja Aki

1. Siklus Pemakaian Aki

Gambar 2.5 Siklus PemakaianAki

(Sumber : mitrabaterai.blogspot.com)

Baterai posisi penuh terhubung ke beban, dimana reaksi kimia antara

asam sulfat dan plat aki akan menghasilkan listrik. Pada reaksi ini plat aki

mulai dilapisi sulfat timbal/sulfation yang menyebabkan tegangan aki

menurun.

Gambar 2.6 Sulfation Menutupi Keseluruhan Plat Aki

(sumber : eprints.undip.com)

Pada gambar 2.6 tegangan aki sepenuhnya habis, dimana plat aki hampir

sepenuhnya ditutupi sulfation, merupakan bahan lembut yang dapat dikonversi kembali

menjadi asam sulfat dengan cara dihubungkan ke charger. dimana jika tidak dicharge,

sulfation akan menjadi kristal keras yang tidak dapat dikonversi oleh tegangan charger.

17

2. Siklus Pengisian AKI

A

B

Gambar 2.7 Siklus Pengisian Aki

(sumber : epints.undip.com)

A. Proses charging akiuntuk menghilangkan sulfation

B. Kondisi aki setelah diisi ulang

Pada gambar 2.7 A, aki pada posisi habis dihubungkan ke charger, untuk

menghilangkan sulfation pada plat aki.

Sedangkan pada Gambar 2.7 B, aki telah diisi ulang sehingga dapat dipakai lagi.

Terlihat beberapa sulfation tetap ada di plat, dimana agar plat aki bersih sepenuhnya

maka tegangan output charger harus di naikkan.

(Rudiatmadja, 2018)

2.6 Trafo

Trafo atau transformer paling umum digunakan untuk meningkatkan tegangan

AC rendah pada arus tinggi (transformator step-up) atau mengurangi voltase AC tinggi

pada arus rendah (transformatorstep-down) dalam aplikasi tenaga listrik, dan untuk

menyambungkan tahapan sirkuit pemrosesan sinyal. Trafo juga dapat digunakan untuk

isolasi, di mana tegangan sama dengan tegangan keluar, dengan kumparan terpisah

tidak terikat secara elektrik satu sama lain.

Trafo atau transformator adalah pengubah tegangan listrik bolak balik agar

diperoleh tegangan yang diinginkan (lebih besar atau lebih kecil). Transformator untuk

18

menaikkan tegangan disebut transformator step up, sedangkan transformator penurun

tegangan disebut transformator step down.

Transformator terdiri atas sebuah inti besi yang diberi lilitan primer dan

sekunder. Alat ini bekerja berdasarkan induksi elektromagnetik. Apabila terjadi

perubahan fluks magnet pada kumparan primer, maka akan diteruskan ke kumparan

sekunder dan menghasilkan gaya gerak listrik induksi dan arus induksi.

Gambar 2.8 Trafo atau Transformator

Agar selalu terjadi perubahan fluks magnet, maka arus yang masuk (input)

harus arus bolak balik (AC). Tidak ada transformator yang ideal, sehingga dalam trafo

pasti ada kehilangan energi. Hal ini disebabkan oleh adanya pemanasan joule,

pemanasan arus pusar, dan kebocoran fluks magnet. Oleh karena itu, untuk memperkecil

energi yang hilang, maka transformator dibuat dengan inti besi yang berlapis-lapis dan

dilekatkan dengan bahan isolator. Tujuannya adalah untuk mengurangi arus pusaran

(arus Eddy).

2.7 Mikrokontroler Atmega328

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.

19

Mikrokontroler merupakan chip cerdas yang menjadi tren dalam pengendalian

otomasi, terutama di kalangan mahasiswa. Dengan banyak jenis keluarga, kapasitas

memori, dan berbagai feature, mikrokontroler menjadi pilihan dalam aplikasi prosesor

mini untuk pengendalian skala kecil. Terlihat pada gambar dibawah ini:

Gambar 2.9 Mikrokontroler Atmega328

AVR merupakan seri mikrokontroler CMOS 8 bit buatan Atmel, berbasis

arsitektur RISC (Reduced Instruction Set Computer). Hampir semua instruksi dieksekusi

dalam satu siklus clock. AVR mempunyai 32 register general purpose, timer/counter

fleksibel dengan mode compare, interupt internal dan external, serial UART,

programmable Watchdog Timer, dan mode power saving. Beberapa diantaranya

mempunyai ADC dan PWM internal. AVR juga mempunyai In System Programmable

Flash on chip yang mengijinkan memori program untuk diprogram ulang dalam sistem

menggunakan hubungan serial SPI. Chip AVR yang digunakan untuk Tugas Akhir ini

adalah Atmega328.

Atmega328 adalah mikrokontroler CMOS 8 bit daya rendah berbasis arsitektur

RISC yang ditingkatkan. Kebanyakan instruksi dikerjakan pada satu siklus clock,

Atmega328 mempunyai throughput mendekati 1 MIPS per MHz membuat desain

sistem untuk mengoptimalisasi konsumsi daya versus kecepatan proses. Blok diagram

dari mikrokontroler dapat dilihat pada gambar dibawah ini:

20

Gambar 2.10 Blok Diagram Mikrokontroler Atmega328

21

Mikrokontroler Atmega328 memiliki beberapa fitur diantaranya:

1. 8 bit AVR berbasis RISC dengan performa tinggi dan konsumsi daya rendah.

2. Kecepatan maksimal 16 MHz.

3. Memori:

a. 8 KB Flash

b. 512 byte SRAM

c. 512 byte EFROM

4. Timer/counter:

a. 2 buah 8 bit timer/counter

b. 1 buah 16 bit timer/counter

c. 4 kanal PWM

5. 8 kanal 10/8 bit ADC.

6. Programable serial USART.

7. Komparator analog.

8. 6 pilihan sleep mode untuk penghematan daya listrik.

9. 32 jalur I/O yang bisa diprogram.

2.7.1 Pena-pena Atmega328

Konfigurasi Pin Mikrokontroler Atmega328 dengan kemasan 40 pin DIP (dual

in line package) dapat dilihat pada Gambar 5 Untuk memaksimalkan performa dan

paralelisme, AVR menggunakan arsitektur Harvard (dengan memori dan bus terpisah

untuk program dan data). Arsitektur CPU dari AVR ditunjukkan oleh gambar 6

Instruksi pada memori program dieksekusi dengan 10 pipelining single level. Selagi

sebuah instruksi sedang dikerjakan, instruksi berikutnya diambil dari memori program.

22

Gambar 2.11 konfigurasi Pin Out Mikrokontroler Atmega328

Mikrokontroler Atmega328 memiliki 40 pin untuk model PDIP, dan 44 pin

untuk model TQFP dan PLCC. Konfigurasi Pin Mikrokontroler AVR Atmega328

adalah:

1. VCC untuk tegangan pencatu daya positif.

2. GND untuk tegangan pencatu daya negatif.

3. PortA (PA0-PA7) sebagai port Input/Output dan memiliki kemampuan lain yaitu

sebagai input untuk ADC.

4. PortB (PB0-PB7) sebagai port Input/Output dan juga memiliki kemampuan yang

lain.

5. PortC (PC0-PC7) sebagai port Input/Output untuk Atmega328.

6. PortD (PD0-PD7) sebagai port Input/Output dan juga memiliki kemampuan yang

lain.

7. RESET untuk melakukan reset program dalam mikrokontroler.

8. XTAL1 dan XTAL2 untuk input pembangkit sinyal clock.

9. AVCC untuk pin masukan tegangan pencatu daya untuk ADC.

10. AREF untuk pin tegangan referensi ADC.

23

Gambar 2.12 Arsitektur Atmega328

2.7.2 Port Sebagai Input/Output Digital

Atmega328 mempunyai empat buah port yang bernama PortA, PortB, PortC,

dan PortD. Keempat port tersebut merupakan jalur bi directional dengan pilihan

internal pull up. Tiap port mempunyai tiga buah register bit, yaitu DDxn, PORTxn, dan

PINxn. Huruf ‘x’ mewakili nama huruf dari port sedangkan huruf ‘n’ mewakili nomor

bit. Bit DDxn terdapat pada I/O address DDRx, bit PORTxn terdapat pada I/O address

PORTx, dan bit PINxn terdapat pada I/O address PINx. Bit DDxn dalam register DDRx

(Data Direction Register) menentukan arah pin. Bila DDxn diset 1 maka Px berfungsi

sebagai pin output.

Bila DDxn diset 0 maka Px berfungsi sebagai pin input. Bila PORTxn diset 1

pada saat pin terkonfigurasi sebagai pin input, maka resistor pull up akan diaktifkan.

Untuk mematikan resistor pull up, PORTxn harus diset 0 atau pin dikonfigurasi sebagai

pin output. Pin port adalah tri state setelah kondisi reset. Bila PORTxn diset 1 pada saat

pin terkonfigurasi sebagai pin output maka pin port akan berlogika 1. Dan bila PORTxn

diset 0 pada saat pin terkonfigurasi sebagai pin output maka pin port akan berlogika 0.

Saat mengubah kondisi port dari kondisi tri state (DDxn=0, PORTxn=0) ke

kondisi output high (DDxn=1, PORTxn=1) maka harus ada kondisi peralihan apakah itu

24

kondisi pull up enabled (DDxn=0, PORTxn=1) atau kondisi output low (DDxn=1,

PORTxn=0). Biasanya, kondisi pull up enable dapat diterima sepenuhnya, selama

lingkungan impedansi tinggi tidak memperhatikan perbedaan antara sebuah strong high

driver dengan sebuah pull up.

Jika ini bukan suatu masalah, maka bit PUD pada register SFIOR dapat diset 1

untuk mematikan semua pull up dalam semua port. Peralihan dari kondisi input dengan

pull up ke kondisi output low juga menimbulkan masalah yang sama. Maka harus

menggunakan kondisi tri state (DDxn=0, PORTxn=0) atau kondisi output high

(DDxn=1, PORTxn=0) sebagai kondisi transisi. Lebih detail mengenai port ini dapat

dilihat pada manual data sheet dari IC Atmega328.

2.7.3 Organisasi Memori AVR Atmega328

AVR arsitektur mempunyai dua ruang memori utama, ruang data memori dan

ruang program memori. Sebagai tambahan, Atmega328 memiliki feature suatu

EEPROM memori untuk penyimpanan data. Semua tiga ruang memori adalah reguler

dan linier.

2.7.3.1 Peta Memori

Atmega328 berisi 8 Kbytes On Chip di dalam sistem Memori flash

Reprogrammable untuk penyimpanan program. Karena semua AVR instruksi adalah 16

atau 32 bit lebar, Flash adalah berbentuk 4K16. Untuk keamanan perangkat lunak,

Flash Ruang program memori adalah dibagi menjadi dua bagian, bagian boot program

dan bagian aplikasi program. Flash Memori mempunyai suatu daya tahan sedikitnya

10,000 write/erase Cycles. Atmega328 Program Counter (PC) adalah 12 bit lebar,

alamat ini 4K lokasi program memori.

25

Gambar 2.13 Memori Program AVR Atmega328

2.7.3.2 Data Memori

608 lokasi alamat data memori menunjuk register file, I/O memori, dan internal

data SRAM. Yang pertama 96 lokasi alamat file register dan I/O memori penempatan

menunjuk Memori I/O dan yang berikutnya 512 lokasi alamat internal data SRAM.

Lima perbedaan mode pengalamatan data memori cover, Langsung, tidak

langsung dengan jarak, tidak langsung, tidak langsung dengan Pre Decrement, dan tidak

langsung dengan Post Increment. Di dalam file register, register R26 ke R31 memiliki

fitur penunjukan pengalamatan register tidak langsung.

Jangkauan pengalamatan langsung adalah keseluruhan ruang data. Mode tidak

langsung dengan jarak jangkauan 63 lokasi alamat dari alamat dasar yang diberi oleh Y

atau Z Register. Manakala penggunaan register mode tidak langsung dengan

predecrement otomatis dan postincrement, alamat register X, Y, dan Z adalah

decremented atau incremented. 32 tujuan umum kerja register, 64 I/O register, dan 512

bytes data internal SRAM di dalam Atmega 8535 adalah semua dapat diakses melalui

semua mode pengalamatan.

26

Gambar 2.14 Peta Memori Data AVR Atmega328

Mikrokontroler Atmega328 memiliki sejumlah keistimewaan sebagai berikut:

1. Advanced RISC Architecture

1. 130 Powerful Instructions Most Single Clock Cycle Execution

2. 32 x 8 General Purpose Working Registers

3. Fully Static Operation

4. Up to 16 MIPS Throughput at 16 MHz

5. On-chip 2 cycle Multiplier

2. Nonvolatile Program and Data Memories

1. 8 KBytes of In-System Self-Programmable Flash

1. Endurance: 10,000 Write/Erase Cycles

2. Optional Boot Code Section with Independent Lock Bits

1. In-System Programming by On-chip Boot Program

2. True Read-While-Write Operation

3. 512 Bytes EEPROM

1. Endurance: 100.000 Write/Erase Cycles

4. 512 Bytes Internal SRAM

1. Programming Lock for Software Security

27

3. Peripheral Features

1. Two 8-bit Timer/Counters with Separate Prescalers and Compare Modes.

2. One 16-bit Timer/Counter with Separate Prescaler, Compare Mode, and

Capture Mode.

3. Real Time Counter with Separate Oscillator.

4. Four PWM Channels.

5. 8 channel, 10 bit ADC.

1. 8 Single-ended Channels

2. 7 Differential Channels for TQFP Package Only

3. 2 Differential Channels with Programmable Gain at 1x, 10x, or 200x for

TQFP Package Only

1. Byte-oriented Two-wire Serial Interface.

2. Programmable Serial USART.

3. Master/Slave SPI Serial Interface.

4. Programmable Watchdog Timer with Separate On chip Oscillator.

5. On chip Analog Comparator.

4. Special Microcontroller Features

1. Two 8 bit Timer/Counters with Separate Prescalers and Compare Modes.

2. One 16 bit Timer/Counter with Separate Prescaler, Compare Mode, and

Capture Mode.

3. Real Time Counter with .

4. 8 channel, 10 bit ADC.

1. 8 Single-ended Channels

2. 7 Differential Channels for TQFP Package Only

3. 2 Differential Channels with Programmable Gain at 1x,10x, or 200x for

TQFP Package Only

1. Byte oriented Two-wire Serial Interface.

2. Programmable Serial USART.

3. Master/Slave SPI Serial Interface..

4. Programmable Watchdog Timer with Separate On chip Oscillator.

5. On chip Analog Comparator.

28

5. Special Microcontroller Features

1. Power on Reset and Programmable Brown-out Detection o Internal Calibrated

RC Oscillator.

2. External and Internal Interrupt Sources.

3. Six Sleep Modes: Idle, ADC Noise Reduction, Power-save, Power down,

Standby and Extended Standby.

6. I/O and Packages

1. 32 Programmable I/O Lines

2. 40-pin PDIP, 44-lead TQFP, 44-lead PLCC, and 44-pad MLF

7. Operating Voltages

1. 2.7-5.5V for Atmega328L

2. 4.5-5.5V for Atmega328

8. Speed Grades

1. 0-8 MHz for Atmega328

2. 0-6 MHz for Atmega328

2.7.4 Persamaan dan Perbedaan Antara Mikrokontroler dan Mikrokomputer

Jika kita bicara tentang Mikrokontroler, maka tidak terlepas dengan pengertian

atau definisi tentang Komputer itu sendiri, ada kesamaan-kesamaan antara

Mikrokontroler dengan Komputer (atau Mikrokomputer), antara lain:

Mikrokontroler adalah versi mini dan untuk aplikasi khusus dari

Mikrokomputer atau Komputer. Berikut ini adalah daftar kesamaan dengan menekankan

pada perbedaan antara Mikrokontroler dan Mikrokomputer antara lain:

1. CPU pada Mikrokomputer berada external dalam suatu sistem, sampai saat ini

kecepatan operasionalnya sudah mencapai tingkat lebih dari 2 GHz, sedangkan CPU

pada Mikrokontroler berada internal dalam sebuah chip, kecepatan bekerja masih

cukup rendah, dalam orde MHz (misalnya, 24 MHz, 40 MHz dan lain sebagainya).

Kecepatan yang relatif rendah ini sudah mencukupi untuk aplikasi-aplikasi berbasis

mikrokontroler.

2. Jika CPU pada mikrokomputer menjalankan program dalam ROM atau yang lebih

dikenal dengan BIOS pada saat awal dihidupkan, kemudian mengambil atau

menjalankan program yang tersimpan dalam hard disk. Sedangkan mikrokontroler

sejak awal menjalankan program yang tersimpan dalam ROM internal nya (bisa

29

berupa Mask ROM atau Flash PEROM). Sifat memori program ini non volatile,

artinya tetap akan tersimpan walaupun tidak diberi catu daya.

3. RAM pada mikrokomputer bisa mencapai ukuran sekian MByte dan bisa di upgrade

ke ukuran yang lebih besar dan berlokasi di luar chip CPU nya, sedangkan RAM

pada mikrokontroler ada di dalam chip mikrokontroler yang bersangkutan dan

ukurannya sangat minim, misalnya 128 byte, 256 byte dan seterusnya dan ukuran

yang relatif kecil ini pun dirasa cukup untuk aplikasi-aplikasi mikrokontroler.

4. Keluaran dan masukan pada mikrokomputer jauh lebih kompleks dibandingkan

dengan mikrokontroler, yang jauh lebih sederhana, selain itu, pada mikrokontroler

tingkat akses keluaran dan masukan bisa dalam satuan per bit.

5. Jika diamati lebih lanjut, bisa dikatakan bahwa Mikrokomputer atau Komputer

merupakan komputer serbaguna atau general purpose computer, bisa dimanfaatkan

untuk berbagai macam aplikasi (atau perangkat lunak). Sedangkan mikrokontroler

adalah special purpose computer atau komputer untuk tujuan khusus, hanya satu

macam aplikasi saja.

Perhatikan gambar berikut agar Anda mendapatkan gambaran tentang

mikrokontroler.

Gambar 2.15 Mikrokontroler AVR Atmega328

ALU, Instruction Decoder, Accumulator dan Control mervupakan Otak nya

mikrokontroler yang bersangkutan. Jantungnya berasal dari detak OSC. Sedangkan di

30

sekeliling ‘Otak’ terdapat berbagai macam periferal seperti SFR (Special Function

Register yang bertugas menyimpan data-data sementara selama proses berlangsung),

Memori RAM (tugas hampir sama seperti SFR hanya saja tidak berhubungan langsung

selama proses operasional mikrokontroler), ADC (untuk mengubah data-data analog

menjadi digital untuk diolah atau diproses lebih lanjut), EEPROM (sama seperti RAM

hanya saja tetap akan menyimpan data walaupun tidak mendapatkan sumber

listrik/daya) dan port-port I/O untuk masukan/luaran, untuk melakukan komunikasi

dengan pihak-pihak eksternal mikrokontroler (sensor dan aktuator).

Ciri khas mikrokontroler lainnya, antara lain:

1. ‘Tertanam’ (atau embedded) dalam beberapa piranti atau yang dikenal dengan istilah

embedded system atau embedded controller.

2. Terdedikasi untuk satu macam aplikasi saja.

3. Hanya membutuhkan daya yang rendah (low power) sekitar 50 mWatt (bandingkan

dengan komputer yang bisa mencapai 50 Watt lebih).

4. Memiliki beberapa keluaran maupun masukan yang terdedikasi, untuk tujuan atau

fungsi-fungsi khusus.

5. Kecil dan relatif lebih murah.

6. Seringkali tahan banting, terutama untuk aplikasi-aplikasi yang berhubungan dengan

mesin atau otomotif atau militer.

31

Bus Data Bus Alamat

Gambar 2.16 Perbedaan Komputer PC dan Mikrokontroler

2.8 LCD 16x2

Mikrokontroler sebagai chip miniatur dari sistem komputer, tentunya

membutuhkan media penampil output layaknya sebuah monitor. Kita dapat

mengkonfigurasi I/O dari chip micro pada kit rangkaian elektronik melalui berbagai

bahasa pemrograman yang mampu mengkompiler menjadi file berekstensi HEX agar

dapat di flashing ke chip micro.

Mikroprosesor

(CPU)

MEMORI

(RAM)

MEMORI

(ROM)

PIRANTI

I/O

Single Chip

Memori

(RAM)

Memori

(ROM)

MIKROPROSESOR

Piranti I/O

32

Gambar 2.17 LCD 2x16

Gambar 2.18 Aplikasi LCD Sederhana

2.9 Dioda

Dioda adalah merupakan jenis komponen pasif. Dioda memiliki dua kaki/kutub

yaitu kaki anoda dan kaki katoda . Dioda terbuat dari bahan semi konduktor tipe P dan

semi konduktor tipe N yang di sambungkan. Semi konduktor tipe P berfungsi sebagai

Anoda dan semi konduktor tipe N berfungsi sebagai katoda. Pada daerah sambungan 2

jenis semi konduktor yang berlawanan ini akan muncul daerah deplesi yang akan

membentuk gaya barier. Gaya barier ini dapat ditembus dengan tegangan sebesar 0.7

volt yang dinamakan sebagai break down voltage, yaitu tegangan minimum dimana

dioda akan bersifat sebagai konduktor/penghantar arus listrik.

Gambar 2.19 Dioda

33

Dioda bersifat menghantarkan arus listrik hanya pada satu arah saja, yaitu jika

kutub anoda kita hubungkan pada tegangan dan kutub katoda kita hubungkan dengan

tegangan (kita beri bias maju dengan tegangan yang lebih besar dari 0.7 volt) maka akan

mengalir arus listrik dari anoda ke katoda (bersifat konduktor). Jika polaritasnya kita

balik (kita beri bias mundur) maka arus yang mengalir hampir nol atau dioda akan

bersifat sebagai isolator. Karena sifat dioda yang bekerja sebagai konduktor jika kita

beri bias maju dan bekerja sebagai isolator pada bias mundur, maka dioda sering

digunakan sebagai penyearah (rectifier) arus bolak balik. Contoh penggunaannya adalah

pada rangkaian adaptor, DC power supply (Catu Daya DC) dan sebagainya:

Gambar 2.20 Simbol Dioda

2.10 Arduino UNO R3

Arduino adalah sebuah platform komputasi fisik opensource berbasiskan

rangkaian input/output sederhana(I/O) dan lingkungan pengembangan yang

mengimplementasikan bahasa Processing. Arduino dapat digunakan untuk

mengembangkan objek interaktif mandiriatau dapat dihubungkan ke perangkat lunak

padakomputer anda (seperti Flash, Pengolahan, VVVV, atau Max / MSP). rangkaiannya

dapat dirakit dengan tanganatau dibeli.

Pada perancangan dan pembuatan tugas akhir ini digunakan jenis papan arduino

Uno R3. Arduino Unoadalah sebuah board mikrokontroler yang didasarkan

padaATmega328.

(SJ Sokop, 2016)

Secara umum arduino terdiri dari dua bagian, yaitu:

1. Hardware papan input atau output (i/o).

2. Software Arduino meliputi Integraded Development Environment (IDE) untuk

menulis program, driver untuk koneksi dengan komputer, contoh program dan

library untuk pengembangan program.

34

Pada saat ini bekerja dengan hardware berarti membuat rangkaian berbagai

komponen elektronik seperti resistor, kapasitor, transistor, dan sebagainya. Setiap

komponen disambungkan secara fisik dengan kabel atau jalur tembaga dengan istilah

“hardwaired” sehingga untuk merubah rangkaian maka sambungan-sambungan itu

harus diputuskan dan disambung kembali. Dengan hadirnya teknologi digital

microprocessor fungsi yang sebelumnya dilakukan dengan hard wired digantikan

dengan program-program software. Ini adalah sebuah revolusi proses didalam

prototyping, software lebih mudah dibandingkan hardware. Dengan beberapa

penekanan tombol kita dapat merubah logika alat secara radikal dan mencoba versi

kedua, ketiga, dan seterusnya dengan cepat tanpa harus mengubah pengkabelan dari

rangkaian.

Bahasa pemrograman dan Integrated Development Environment (IDE)Arduino

bersifat open source adalah sebuah software yang berperan untuk menulis program,

meng-compile, menjadi kode biner dan mengupload ke dalam memory microkontroler.

Ada banyak projek dan alat-alat dikembangkan oleh akademis dan profesional dengan

menggunakan arduino, selain itu juga banyak modul-modul pendukung (sensor,

penggerak, tampilan dan sebagainya) yang dibuat pihak lain dan disambungkan dengan

arduino. Arduino berevolusi menjadi sebuah platform karena ia menjadi pilihan dan

acuan bagi banyak praktisi.

Gambar 2.21 Board Arduino UNO R3

(Sumber : Teknikelektronika.com)

BoardArduino UNO memiliki fitur-fitur baru sebagai berikut :

1. Pinout berfungsi : menambahkan SDA dan SCL pin yang dekat ke pin aref dan dua

pin baru lainnya ditempatkan dekat ke pin RESET, dengan I/O REF yang

35

memungkinkan sebagai buffer untuk beradaptasi dengan tegangan yang disediakan

dari board sistem. Pengembangannya, sistem akan lebih kompatibel dengan

prosesor yang menggunakan AVR, yang beroperasi dengan 5V dan dengan Arduino

karena beroperasi dengan 3,3V. Yang kedua adalah pin yang tidak terhubung, yang

disediakan untuk tujuan pengembangannya.

2. Sirkuit reset ATMega 16U2 ganti 8U yang digunakan sebagai konverter USB-to-

serial.

Tabel 2.1 Spesifikasi Arduino UNO R3

No Spesifikasi

1 Mikrokontroler Atmega328

2 Operating Voltage 5V

3 Input Voltage (recommended) 7-12V

4 Input Voltage (limit) 6-20V

5 Digital I/O Pin 14 (of which 6 provide PWM Output

6 Analog Input Pin 6

7 DC Current per I/O Pin 40 mA

8 DC Current for 3.3V pin 50mA

9 Flash Memory 32 KB

10 SRAM 2 KB

11 EEPROM 1 KB

12 Clock Speed 16 MHz

2.10.1 Bagian-bagian Arduino R3

Bagian-bagian arduino dapat juga dijelaskan pada gambar dibawah ini.

Gambar 2.22 bagian Arduino R3

(sumber: habibi028.wordpress.com)

36

1. 14 pin input output digital (0-13)

Berfungsi sebagai input output , dapat diatur oleh program. Khusus untuk 6 buah

pin 2,5,6,9,10 dan 11, dapat juga berfungsi sebagai pin analog output dimana tegangan

outputnya dapat diatur. Nilai pin analognya dapat diprogram antara 0-255, diamana hal

itu dapat mewakili 0-5V.

2. USB

USB memiliki fungsi sebagai :

a. Membuat program dari komputer kedalam papan.

b. Komunikasi serial antara papan dan komputer.

c. Memberi daya listrik ke dalam papan.

3. Sambungan SVI

Sambungan SVI atau jumper berfungsi untuk memilih sumber daya papan,

apakah dari sumber eksternal atau Universal Serial Bus (USB).

2.11 Flowchart

Flowchart atau diagram alir yang digunakan untuk memberikan informasi secara

visual terhadap prosedur dari setiap kegiatan yang ada di perusahaan. Berkaitan dengan

hal tersebut, teknologi informasi dan komunikasi mempunyai peranan dalam rangka

memberikan fasilitas yang dapat memudahkan dan memahami didalam pembuatan

diagram flowchart tersebut.

Perancangan dan desain flowchart memperkenalkan simbol-simbol flowchart

tersebut melalui beberapa media yaitu dengan cara menggambarkannya di papan tulis,

presentase dengan memanfaatkan proyektor dan referensi-referensi lainnya baik melalui

buku-buku literatur, jurnal, sumber-sumber dari internet dan sebagainya. Penggunaan

media belajar untuk memperkenalkan hal tersebut kurang memadai jika tidak ada

pendukung lainnya, dimana teknologi informasi dan komunikasi mempunyai peranan

dalam hal itu.

(Sepridah hanum, 2017)

37

Tabel 2.2 Simbol-simbol Standar dalam Pembuatan Flowchart

Simbol Arti

Input/Output

Merepresentasikan input

data atau output data yang

diproses atau informasi

Proses

Mempresentasikan Operasi

Penghubung

Keluar atau masuk dari

bagian lain Flowchart

khususnya halaman yang

sama

Anak Panah

Merepsentasikan alur kerja

Penjelasan

Digunakan untuk

komentar tambahan

2.12 Diagram Blok

Blok diagram atau diagram blok adalah diagram dari sebuah sistem, dimana

bagian utama atau fungsi utama yang diwakili oleh sebuah blok yang saling terhubung

dengan garis, yang mana menunjukkan sebuah sistem yang bekerja mulai input, proses

sampai dengan output.

Alat ini akan dibuat dengan menggunakan casing akrilik bening, Dengan

komponen yang digunakan yaitu keypad, LCD, dan buzzer. Semua komponen tersebut

akan dikontrol oleh arduino UNO. Diagram blok yang digunakan rangkaian umun

dalam peletakan dan perakitan komponen dalam charger sederhana.

2.13 Resistor

Resistor adalah komponen elektronik dua kutub yang didesain untuk menahan

arus listrik dengan memproduksi tegangan listrik di antara kedua kutubnya, nilai

38

tegangan terhadap resistansi berbanding dengan arus yang mengalir, berdasarkan hukum

Ohm:

Resistor digunakan sebagai bagian dari jejaring elektronik dan sirkuit

elektronik, dan merupakan salah satu komponen yang paling sering digunakan. Resistor

dapat dibuat dari bermacam-macam komponen dan film, bahkan kawat resistansi (kawat

yang dibuat dari paduan resistivitas tinggi seperti nikel kromium).

Karakteristik utama dari resistor adalah resistansinya dan daya listrik yang

dapat dihantarkan. Karakteristik lain termasuk koefisien suhu, desah listrik, dan

induktansi.

Resistor dapat diintegrasikan kedalam sirkuit hibrida dan papan sirkuit cetak

bahkan sirkuit terpadu. Ukuran dan letak kaki bergantung pada desain sirkuit,

kebutuhan daya resistor harus cukup dan disesuaikan dengan kebutuhan arus rangkaian

agar tidak terbakar.

Gambar 2.23 Resistor

Fungsi dari Resistor adalah:

1. Sebagai pembagi arus.

2. Sebagai penurun tegangan.

3. Sebagai pembangkit tegangan.

4. Sebagai penghambat tegangan arus listrik.

39