BAB 2 LANDASAN TEORI 2.1. Mikrokontroller AVR ATMega...

6

BAB 2

LANDASAN TEORI

2.1. Mikrokontroller AVR ATMega 8535

Mikrokontroller AVR merupakan keluarga mikrokontroler keluaran Atmel

yang di buat berdasarkan architecture RISC (Reduced Instruction Set Computing)

terbaru untuk meningkatkan kecepatan, ukuran program dan penggunaan catu

daya. AVR telah berhasil menggabungkan fast access register file dan single

cycle instruction dengan 32 register x 8 bit. Dengan 32 register AVR dapat

mengeksekusi beberapa instruksi sekali jalan (single cycle), hal inilah yang

membuat AVR relatif lebih cepat bila dibandingkan dengan mikrokontroler 8 bit

lainnya. Enam dari 32 register yang ada dapat digunakan sebagai indirect address

register pointer 16 bit untuk pengalamatan data space, yang memungkinkan

penghitungan alamat yang efisien. AVR mempunyai kecepatan dari 0-16Mhz

bahkan AVR yang telah ditambahkan beberapa alat dapat mencapai kecepatan

20Mhz. AVR merupakan mikrokontroller yang sangat powerful dan efisien dalam

addressing code karena AVR dapat mengakses pogram memori dan data memori.

AVR secara umum terbagi dua jenis yaitu high-voltage dan low-voltage

performance untuk varian ATMega tersebut perbedaan dapat di lihat pada akhiran

nomor seri setiap AVR seperti tipe ATMega 8535 dan ATMega8535L. Setiap tipe

yang berakhiran L merupan versi low-voltage dari AVR yang artinya AVR

tersebut dapat bekerja pada tegangan 2,7 V. Untuk seri ATTiny sendiri juga

terdapat dua jenis varian misalnya pada ATTiny 2313 dan ATTiny 2313V, pada

7

tipe yang berakhiran V berarti very low Voltage yaitu dapat beroperasi pada

tegangan dibawah 2,7V. Secara umum, AVR dapat dikelompokkan menjadi 4

kelas, yaitu keluarga ATTiny, keluarga AT90xx, keluarga ATMega, dan

AT86RFxx. Pada dasarnya yang membedakan masing-masing kelas adalah

memori, perangkat, dan fungsinya. Dari segi arsitektur dan instruksi yang

digunakan, mereka bisa dikatakan hampir sama.

Penjelasan dari masing-masing pin dari ATMega 8535L adalah sebagai berikut :

a) Pin 1 sampai 8 (Port B) merupakan port parallel 8 bit dua arah (bi-

directional) dengan resistor pull-up internal. Port b dapat difungsikan

untuk berbagai keperluan general purpose dan special feature yaitu:

PB7 : SCK ( SPI Bus Serial Clock )

PB6 : MISO ( SPI Bus Master Input /Slave Ouput )

PB5 : MOSI ( SPI Bus Master Output /Slave Input )

PB4 : SS ( SPI Slave Select Input )

PB3 : AIN1 ( Analog Comparator Negatif Input )

OC0 ( Output Compare Timer /Counter 0)

PB2 : AIN0 ( Analog Comparator Positif Input )

INT2 ( External Interupt 2 input )

PB1 : T1 ( Timer /Counter 1 External Counter Input )

PB0 : T0 ( Timer /Counter 0 External Counter Input )

XCK ( USART External Clock Input /Output)

8

b) Pin 9 (Reset) jika terdapat minimimum pulse pada saat active low.

c) Pin 10 (VCC) dihubungkan ke Vcc (2,7 – 5,5Volt).

d) Pin 11 dan 31 (GND) dihubungkan ke Vss atau Ground.

e) Pin 12 (XTAL 2) adalah pin masukan ke rangkaian osilator internal.

Sebuah osilator kristal atau sumber osilator luar dapat digunakan.

f) Pin 13 (XTAL 1) adalah pin keluaran ke rangkaian osilator internal.

Pin ini dipakai bila menggunakan osilator kristal.

g) Pin 14 sampai 21 (Port D) adalah 8-bit dua arah (bi-directional I/O)

port dengan resistor pull-up internal. Selain sebagai I/O 8-bit juga bisa

digunakan untuk general purposee dan special feature seperti :

PD7 : OC2 ( Output Compare Timer /Counter 2)

PD6 : ICP1 ( Timer /Counter 1 Input Capture )

PD5 : OC1A ( Ouput Compare A Timer /Counter 1)

PD4 : OC1B ( Output Compare B Timer /Counter1 )

PD3 : INT1 ( External Interrupt 1 Input )

PD2 : INT2 ( External Interupt 0 input )

PD1 : TXD ( USART transmit )

PD0 : RXD ( USART receive )

h) Pin 22 sampai 29 (Port C) adalah 8-bit dua arah (bi-directional I/O)

port dengan resistor pull-up internal. Selain sebagai I/O 8-bit juga bisa

digunakan untuk general purpose dan special feature seperti :

PC7 : TOSC2 ( Timer Oscillator 2 )

PC6 : TOSC1 ( Timer Oscillator 1 )

9

PC1 : SDA ( Serial Data Input /Output,I2C )

PC0 : SCL ( Serial Clock, I2C )

i) Pin 30 adalah Avcc pin penyuplai daya untuk port A dan A/D converter

dan dihubungkan ke Vcc. Jika ADC digunakan maka pin ini

dihubungkan ke Vcc dengan low pas filter.

j) Pin 32 adalah A REF pin yang berfungsi sebagai referensi untuk pin

analog jika A/D Converter digunakan.

k) Pin 33 sampai 40 (Port A) adalah 8-bit dua arah (bi-directional I/O)

port dengan resistor pull-up internal. Selain sebagai I/O 8 bit, port A

juga dapat berfungsi sebagai masukan 8 channel ADC.

Gambar 2.1 Konfigurasi Pin Mikrokontroller AVR ATMega 8535L

10

Keistimewaan dari AVR ATMega 8535 Low Power:

- 8 bit CPU sebagai pusat pengendalian aplikasi.

- Mempunyai 130 instruksi.

- 32 register umum yang terhubung dengan ALU (Arithmetic Logic Unit).

- Kemampuan memproses instruksi sampai 16 MIPS (Million Instruction

Per Second) pada 18MHz.

- Memiliki 8 Kbyte untuk Flash dalam untuk menyimpan program dan

dapat ditulis ulang hingga 10.000 kali.

- Memiliki 512 Bytes EEPROM dengan endurance : 100,000 Write/Erase

Cycles.

- Memiliki 512 Bytes Internal SRAM (Static Random Access Memory)

digunakan untuk menyimpan sementara data dari program flash.

- ADC (Analog To Digital Converter) internal dengan fidelitas 10 bit

sebanyak 8 channel.

- 32 jalur I/O (Input/Output) yang terpisah dalam empat port yaitu A, port

B, port C, dan Port D.

- 16 bit timer/counter dan 8 bit timer/counter.

- Full Duplex Universal Synchronous Asynchronous Receiver Transmitter

(USART).

- RTC (Real Time Clock) dengan osilator terpisah.

- SPI (Serial Peripheral Interface) untuk komunikasi serial yang memiliki

kecepatan yang relatif tinggi pada jarak dekat.

- Enam pilihan mode sleep menghemat penggunaan daya listrik.

11

- Watchdog timer yang dapat diprogram dengan osilator internal.

- Dapat beroperasi pada tegangan 2,7 – 5,5V.

2.1.1 Interupsi

Interupsi adalah kondisi yang mengharuskan mikrokontroler

menghentikan sementara eksekusi program utama untuk mengeksekusi rutin

interrupt tertentu / Interrupt Service Routine (ISR) Setelah melaksanakan ISR

secara lengkap, maka mikrokontroler akan kembali melanjutkan eksekusi

program utama yang tadi ditinggalkan.

Gambar 2.2 Eksekusi Program Tanpa Interupsi

Gambar 2.3 Eksekusi Program dengan Interupsi

12

Tabel 2.1 Interrupt Vector pada ATMega 8535L

Vector

No

Program

Address Source Interrupt Definition

1 0x0000 RESET

External Pin, Power-on Reset,

Brown-out Reset and Watchdog

Reset

2 0x0001 INT0 External Interrupt Request 0


4 0x0003 TIMER2 COMP Timer/Counter2 Compare Match

5 0x0004 TIMER2 OVF Timer/Counter2 Overflow

6 0x0005 TIMER1 CAPT Timer/Counter1 Capture Event

7 0x0006 TIMER1

COMPA Timer/Counter1 Compare Match A

8 0x0007 TIMER1

COMPB Timer/Counter1 Compare Match B



11 0x000A SPI, STC Serial Transfer Complete

12 0x000B USART, RXC USART, Rx Complete

13 0x000C USART, UDRE USART Data Register Empty

14 0x000D USART, TXC USART, Tx Complete

15 0x000E ADC ADC Conversion Complete

16 0x000F EE_RDY EEPROM Ready

13

17 0x0010 ANA_COMP Analog Comparator

18 0x0011 TWI Two-wire Serial Interface


20 0x0013 TIMER0 COMP Timer/Counter0 Compare Match

21 0x0014 SPM_RDY Store Program Memory Ready

2.1.2 Timer / Counter

A. Prescaler

Timer pada dasarnya hanya menghitung pulsa clock. Frekuensi pulsa

clock yang dihitung tersebut bisa sama dengan frekuensi crystal yang dipasang

atau dapat diperlambat menggunakan prescaler dengan faktor 8, 64, 256 atau

1024.

Sebuah AVR menggunakan kristal dengan frekuensi 8 MHz dan timer

yang digunakan adalah timer 16 bit, maka maksimum waktu timer yang bisa

dihasilkan adalah :

..........................................................................(2.1)

Untuk menghasilkan waktu timer yang lebih lama dapat digunakan prescaler,

misalnya 1024, maka maksimum waktu timer yang bisa dihasilkan adalah :

.................................................................(2.2)

14

Ketika prescaler digunakan, waktu timer dapat diperpanjang namun

tingkat ketelitiannya menjadi turun. Misalnya dengan prescaler 1024 nilai timer

akan bertambah 1 setiap kelipatan 1024 pulsa dan membutuhkan waktu 1/fCLK x

1024 = 0.125uS x 1024 = 128 uS bandingkan tingkat resolusi ini jika tanpa

prescaler (0.125uS).

B. Timer 16 Bit Normal Mode

Pada mode normal, TCNT1 akan menghitung naik dan membangkitkan

interrupt Timer/Counter 1 ketika nilainya berubah dari 0xFFFF ke 0x0000.

Seringkali penggunaan timer dianggap cukup dengan memasukkan nilai yang

diinginkan ke TCNT1 dan menunggu sampai terjadi interrupt. Ini menjadi benar

pada timer yang menghitung mundur, tetapi untuk timer yang menghitung maju,

maka diharuskan memasukkan nilai 65536-(timer value) ke dalam TCNT1.

Gambar 2.4 Blok Diagram Timer 16 Bit

15

2.1.3 Serial USART AVR

Universal Synchronous Asynchronous Serial Receiver and Transmitter

(USART) merupakan protokol komunikasi serial yang terdapat pada

mikrokontroler AVR. Serial USART biasa digunakan untuk membuat

mikrokontroler dapat berhubungan dengan perangkat luar lainnya. Fasilitas

USART dapat dimanfaatkan untuk menghubungkan mikrokontroler dengan

perangkat PC, handphone, GPS atau bahkan modem, dan banyak lagi peralatan

yang dapat dihubungkan dengan mikrokontroler.

Komunikasi dengan menggunakan USART dapat dilakukan dengan dua

cara. Yang pertama adalah dengan menggunakan mode sinkron dimana pengirim

data mengeluarkan pulsa/clock untuk sinkronisasi data, dan yang kedua dengan

mode asinkron, dimana pengirim data tidak mengeluarkan pulsa/clock, tetapi

untuk proses sinkronisasi memerlukan inisialisasi, agar data yang diterima sama

dengan data yang dikirimkan. Pada proses inisialisasi ini setiap perangkat yang

terhubung harus memiliki baud rate (laju data ) yang sama.

A. Baud Rate

Untuk standard kristal dan frekuensi resonansi, baud rate yang yang paling

sering digunakan untuk operasi asinkron dapat di generalisasikan menggunakan

seting UBBR. Rating error yang tinggi masih bisa diterima, tetapi receiver akan

punya resistansi noise yang sedikit pada saat error rating yang tinggi. Untuk

menghitung nilai error dapat digunakan dengan memakai persamaan di bawah

ini:

16

......................................(2.3)

B. Inisialisasi USART

Berikut register yang perlu disetting untuk mengatur komunikasi serial

USART : UBRR (USART Baud Rate Register) digunakan untuk menentukan

baud rate USART dengan rumus : UBRR = (fosc / 16 x baudrate) - 1; UCSRB

(USART Control and Status Register B) digunakan untuk mengaktifkan

penerimaan dan pengiriman data USART; UCSRC (USART Control and Status

Register C) digunakan untuk mengatur mode komunikasi USART.

C. Pengiriman Data

Pengiriman data dilakukan per byte menunggu UDR (USART I/O data

register) kosong (UDR register tempat menyimpan data USART, menjadi satu

dengan register UBRR). Jika kosong, maka bit UDRE (USART Data Register

Empty) pada UCSRA akan set, sehingga siap menerima data baru yang akan

dikirim.

D. Penerimaan Data

Penerimaan data dilakukan dengan memeriksa bit RXC (USART Receive

Complete) pada register UCSRA (USART Control and Status Register A). RXC

akan set 1 jika ada data yang siap dibaca. Data yang diterima akan disimpan pada

register UDR.

17

2.1.4 Two-wire Serial Interface

Two-wire Serial Interface (TWI) adalah protocol yang memperbolehkan

system designer untuk menghubungkan hingga 128 devices berbeda menggunakan

hanya TWI bi-directional bus lines, satu untuk clock (SCL) dan satu lagi untuk

data (SDA). Satu-satunya external hardware yang dibutuhkan untuk

mengimplementasi busnya adalah sebuah pull-up resistor untuk setiap jalur bus

TWI. Semua device yang terhubung ke bus memiliki alamatnya sendiri, dan

mekanisme untuk memecahkan permasalahan bus terdapat pada protocol TWI.

Gambar 2.5 TWI Bus Interconnection

Tabel 2.2 Nilai Pull-up resistor yang digunakan pada jalur TWI

Condition Min Max

fSCL ≤ 100 kHz

fSCL > 100 kHz

Ket : Cb = kapasitas pada satu garis jalur dalam pF

18

A. Mengirimkan data

Setiap bit data yang dikirim pada TWI bus didampingi dengan sebuah

pulse pada jalur clock. Level tegangan pada jalur data harus stabil saat jalur clock

dalam kondisi high. Satu-satunya pengecualian dari peraturan ini adalah untuk

menghasilkan kondisi START dan STOP.

B. Kondisi START dan STOP

Master memulai dan mengakhiri pengiriman data. Pengiriman dimulai saat

master mengeluarkan kondisi START pada bus, dan diakhiri pada saat master

mengeluarkan kondisi STOP. Diantara kondisi START dan STOP, jalur

dinyatakan sibuk dan tidak ada master lain yang mencoba untuk merampas

control bus. Masalah khusus muncul saat sebuah kondisi START baru muncul

diantar kondisi START dan STOP. Hal ini disebut kondisi REPEATED START,

dan digunakan saat master menginginkan memulai pengiriman baru tanpa

melepas control bus. Setelah sebuah REPEATED START, bus menjadi sibuk

sampai STOP berikutnya. Kondisi START dan STOP ditandai dengan merubah

level dari jalur SDA saat jalur SCL high.

Gambar 2.6 Kondisi START, REPEATED START, dan STOP

19

C. Format paket data

Semua paket data yang dikirim pada jalur TWI memiliki panjang sembilan

bit, berisikan satu byte data dan sebuah bit acknowledge. Selama sebuah transfer

data, master menghasilkan clock dan kondisi START dan STOP, saat penerima

bertanggung jawab untuk men-acknowledge yang ditangkap. Sebuah

Acknowledge (ACK) ditandai dengan penerima membuat jalur SDA low selama

putaran SCL kesembilan. Jika penerima membiarkan jalur SDA high itu

menandakan NACK. Saat penerima menerima byte terakhir, atau untuk sebab

lain tidak dapat menerima byte lagi, penerima harus memberitahu pengirim

dengan mengirimkan sebuah NACK setelah byte terakhir. MSB dari byte data

dikirim pertama.

Gambar 2.7 Format Paket Data

20

2.2. Pulse Width Modulation (PWM)

Gambar 2.8 Pulsa PWM dengan perbandingan kondisi High dan Low

Berdasarkan www.visionrobo.com/ apabila ingin membuat kecepatan

motor DC berubah – ubah dari Rotation Per Minute (Rpm) tinggi ke Rpm rendah,

hal yang biasa dilakukan adalah dengan cara menurunkan level tegangannya ke

tegangan yang lebih kecil. Cara seperti itu bukanlah ide yang baik karena dengan

menurunkan level tegangan, maka torsi dari motorpun akan semakin berkurang

sehingga apabila diaplikasikan untuk penggunaan beban yang berat akan menjadi

kurang maksimal. Pulse Width Modulation (PWM) adalah konsep yang bisa

digunakan untuk mengatur kecepatan motor dengan menggunakan pulsa digital

untuk membuat beberapa nilai yang analog selain dari hanya level sinyal high dan

low. Dengan mengatur mode on dan off motor secara simultan dan apabila mode

tersebut dilakukan secara cepat, maka akan didapatkan kecepatan motor yang

diinginkan.

21

2.2.1 Implementasi PWM pada AVR

PWM dapat dibangkitkan pada mikrokontroler AVR dengan cara

menggunakan timer dan frekuensi clock yang ada pada AVR tersebut. Pada

mikrokontroler AVR atmega 8 frekuensi clock mendekati sampai 1 MHz.

………………………………………………………..(2.4)

Untuk mendapatkan frekuensi yang diinginkan dapat dengan cara merubah clock

timer dengan menggunakan prescaler :c

..............................................................(2.5)

Dalam pengimplementasian pada AVR ada beberapa variable yang dibutuhkan

untuk dapat membangkitkan PWM :

- TOP : Jumlah dari siklus clock selama satu waktu periode PWM

……………………………………………………….(2.6)

- OCR : Jumlah dari siklus clock pada saat periode PWM ( output

compare register )

…………………………………………………………(2.7)

- Timer_value : nilai dari timer yang menghitung dari top ke zero dan

zero ke top pada setiap siklus.

Periode waktu untuk gelombang kotak ditentukan dengan 2 variabel Tclk danTOP

sehingga Periode waktu tersebut didapatkan dengan menggunakan rumus:

……………………………………….…………………….(2.8)

atau

………………………...……………………………(2.9)

22

Nilai dari periode waktu yang diinginkan bisa didapatkan dengan mengatur

control bit didalam kontrol register pada kedua variabel tersebut. Pengaturan

dalam PWM menggunakan duty cycle yaitu fraksi waktu sinyal pada keadaan

logika high dalam satu siklus. Duty cycle digambarkan sebagai persen dari nilai

digital high ke nilai digital low yang menunjukkan suatu periode PWM.

……………….………………………………………….(2.10)

Untuk mengetahui output PWM bisa didapatkan dari perbandingan timer value

dan OCR. Apabila timer value lebih besar dari OCR maka output PWM adalah

low, sebaliknya bila timer value lebih kecil dari OCR maka output PWM adalah

high. Kebanyakan sistem digital menggunakan tegangan sebesar 5-volt dari power

supply, sehingga jika mem-filter suatu sinyal yang memiliki 50% duty cycle,

dapat diperoleh tegangn rata-ratanya dari 2.5 volt.

Gambar 2.9 Pulsa PWM dengan Duty Cycle yang berbeda

2.3. Regulator Tegangan (LM – 2576 , LM – 7805 dan AIC 1734 – 33)

Regulator tegangan LM – 2576 dipergunakan untuk mendapatkan

tegangan stabil 5V dengan arus maksimal 3A. Regulator tegangan LM – 7805

23

dipergunakan untuk mendapatkan tegangan stabil 5V dengan arus maksimal 1A.

Regulator tegangan AIC 1734 – 33 dipergunakan untuk mendapatkan tegangan

stabisl 3.3V dengan arus maksimal 300mA.

2.3.1 LM – 2576

Fitur- fitur pada regulator LM-2576:

• Output bisa mencapai 3A

• Adjustable output yang bias diatur dari 3,3V – 15V

• Thermal shutdown dan proteksi pembatas arus

• Kemampuan shutdown TTL, dan daya yang rendah pada mode standby

• Efisiensi tinggi

• Membutuhkan hanya 4 komponen eksternal

Berikut contoh rangkaian regulator tegangan dengan LM-2576:

Gambar 2.10 Contoh Rangkaian Regulator Tegangan dengan LM-2576HV

2.3.2 LM – 7805

Fitur- fitur pada regulator LM 7805:

• Output bisa mencapai 1A

24

• Tegangan output pada 5V

• Thermal Overload Protection

• Short Circuit Protection

• Output Transistor Safe Operating Area Protection

Berikut contoh rangkaian regulator tegangan dengan LM-7805:

Gambar 2.11 Contoh Rangkaian Regulator Tegangan dengan LM-7805

2.3.3 AIC 1734 – 33

Regulator AIC 1734 – 33 mampunyai tiga kaki yang tiap kakinya

mempunyai fungsi yang berbeda-beda yang teridiri dari 1 kaki input, 1 kaki

ground, dan 1 kaki output. Fitur- fitur pada regulator AIC 1734 - 33:

• Output bisa mencapai 300 mA

• Tegangan output pada 3.3V

• Pembatasan arus dan suhu

• Hanya membutuhkan kapasitor 1 μF untuk kestabilan output

Berikut contoh rangkaian regulator tegangan dengan AIC 1734-33:

25

Gambar 2.12 Rangkaian Regulator Tegangan dengan AIC 1734-33

2.4. Radio Frequency Identification Device (RFID)

Radio Frekuensi Identification Device (RFID) adalah suatu perangkat

teknologi komunikasi yang bekerja secara wireless. RFID memungkinkan

pengguna untuk mengidentifikasi objek tag dengan menggunakan frekuensi radio.

Cara kerja dari RFID adalah mendeteksi dan mengidentifikasikannya tag dengan

menggunakan reader, kemudian mentransmisikan data hasil baca ke komputer

host atau perangkat – perangkat yang lainnya untuk diproses lebih lanjut. Secara

umum, terdapat beberapa bagian penting dalam RFID yang digunakan dalam

suatu sistem yaitu reader, tag, dan host (controller).

2.4.1 Readers RFID

Sebuah Reader RFID adalah benar-benar radio, seperti yang ada di dalam

mobil, yang membedakan adalah Reader RFID mengambil menggunakan signal

analog bukan hip-hop. Reader-nya menghasilkan listrik yang mengalir melalui

kabel, listrik tersebut mengenai sebagian logam pada antena dan mengeluarkan

sinyal dengan nilai frekuensi dan panjang gelombang tertentu.

26

Reader tidak hanya menghasilkan sinyal yang dikirim melalui antena ke

angkasa, tetapi juga mendengarkan respon dari tag sehingga reader merupakan

penjembatan antara tag RFID dan modul controller. Reader RFID pada dasarnya

adalah piranti komputer mini yang terdiri dari tiga bagian: antena, modul RF yang

bertugas untuk berkomunikasi dengan tag RFID dan modul controller yang

bertugas untuk berkomunikasi dengan controller. Selain sebagai interrogator,

reader juga berfungsi sebagai pemberi daya (untuk tag pasif) dan menuliskan data

ke dalam tag (untuk smart tag). Reader RFID mengirimkan dan menerima

gelombang analog dan mengubah mereka menjadi untaian nol dan satu, bit dari

informasi digital.

2.4.2 Tag

Tag dapat bekerja dengan mengambil tenaga dari energi gelombang radio

yang dipancarkan oleh reader. Fungsi dari tag adalah memberikan tanggapan

kepada reader dengan mengirimkan sinyal kembali sesaat setelah reader

mengirimkan sinyal radio ke udara.

Tag RFID dibuat dari dua bagian dasar: chip, atau integrated circuit (IC),

dan antenna. chip adalah sebuah komputer kecil yang menyimpan nomor seri unik

dari chip. Chip juga memiliki logika untuk memberitahu dirinya apa yang harus

dilakukan saat berada didepan reader. Antena memungkinkan chip untuk

menerima tenaga dan berkomunikasi, memungkinkan tag RFID untuk bertukar

data dengan reader. Tipe komunikasi yang mengijinkan perpindahan ini terjadi

27

disebut backscatter. Reader mengirimkan gelombang elektromagnetik pada satu

frekuensi yang spesifik. Gelombang itu mengenai Tag RFID, dan tag kemudian

Scatters back gelombangnya dengan frekuensi berbeda dengan menyandikan

informasi dari chip pada gelombang backscatter tersebut.

(Sweeney, 2005, p20)

Tag RFID terdiri dari tiga jenis yaitu:

- Active Tag mempunyai power supply on-board seperti baterai. Ketika tag

ingin mentransmisi data ke reader, tag mengambil daya dari baterai

tersebut untuk mentransmisikan datanya. Karena itu, active tag dapat

berkomunikasi dengan reader yang hanya mempuyai daya kecil dan dapat

mentransmisikan informasi dalam range yang lebih jauh hingga mencapai

10 kaki.

- Semi Passive Tag, mempunyai baterai terintegrasi dan oleh karena itu

tidak memerlukan energi dari medan pembaca untuk menggerakkan chip

itu. Ini memungkinkan tag untuk berfungsi dengan tingkatan sinyal yang

lebih rendah, menghasilkan yang lebih besar sampai 100 meter. Jaraknya

terbatas karena tak tidak mempunyai pemancar terintegrasi, dan masih

perlu menggunakan medan pembaca untuk komunikasi kembali ke

pemancar itu.

- Passive Tag, tidak mempunyai power supply on-board. Tag ini

mendapatkan daya untuk mentransmisikan data dari sinyal yang

dikirimkan dari reader. Oleh karena itu ukurannya lebih kecil dan lebih

28

lebih murah dari active tag. Tetapi range dari passive tag lebih dekat

dibandingkan dengan active tag hanya 2 kaki saja.

Di bawah ini merupakan tabel penjelasan secara spesifik antara tag RFID

aktif dan tag RFID pasif.

Tabel 2.3 Perbedaan antara Active tag dan Passive tag

Active Tag Passive Tag

Sumber energi tag Dari internal ke tag Energi dikirim

menggunakan frekuensi

radio dari reader

Baterai tag Ya Tidak

Keperluan sinyal

kuat dari tag

Sangat kecil Sangat besar

Jarak Di atas 100 m Antara 3-5 m

Kemampuan baca

tag

Pengenalan 1000 buah tag

– lebih dari 100 mph

Beberapa ratus tag dapat

dibaca dalam jarak 300m

dari reader

Penyimpanan data Lebih dari 128 KB atau

baca / tulis dengan

pencarian yang canggih dan

pengaksesan

128 Bytes dari tulis/baca

Ketersediaan Terus menerus Hanya dalam daerah

29

energi jangkauan reader

Tag RFID adalah piranti yang akan menjadi pengganti barcode di masa

yang akan datang. RFID punya kemampuan untuk membaca informasi tanpa

harus memerlukan kontak karena di dalam bagian tag terdapat rangkaian modern

yang terintegrasi. Perbedaan lain yang membuat RFID lebih unggul dibanding

denga barcode adalah fitur RFID yang jauh lebih baik dalam hal teknis.

Tabel 2.4 Perbandingan Teknologi Barcode dengan RFID

Barcode RFID

Transmisi data Optik Elektromagnetik

Ukuran data 48 bit (Code-39) 64-80 bit

Modifikasi data Tidak bisa Bisa & tidak bisa

Posisi pembawa data Kontak cahaya Tanpa kontak

Jarak komunikasi Dari cm sampai meter Dari cm sampai km

Supseptibilitas

Lingkungan

Debu Dapat diabaikan

Pembacaan jarak Tidak bisa Bisa

30

2.4.3 ISO/IEC JT1/SC17

International Organization for Standardization (ISO) telah bekerjasama

dengan International Electrotechnical Commission (IEC) untuk membuat standar

untuk mengidentifikasi kartu dan alat yang berhubungan.

Tabel 2.5 ISO/IEC Standart Identifikasi Kartu

Standard Tipe dari ID Card Hal yang dibahas

ISO/IEC 10536

mengidentifikasi

kartu —

contactless

integrated

circuit(s) cards

Smart identification

cards, menggunakan

RFID pada 13.56 MHz

Part 1: karakter fisik

Part 2: dimensi dan letak dari

area coupling

Part 3: Sinyal elektronik dan

prosedur reset

Part 4: Protokol untuk

menjawab reset dan kiriman

ISO/IEC 14443

mengidentifikasi

kartu — Proximity

integrated

circuit(s) cards

Smart identification

cards dengan jarak

panjang (hingga 1

meter), menggunakan

RFID pada 13.56 MHz


Part 2: Interface udara

Part 3: Inisialisasi dan

anticollision

Part 4: Protocol pengiriman

ISO/IEC 15693

Contactless

Integrated

circuit(s) cards —

Vicinity cards


Part 2: Interface udara dan

inisialiasi

Part 3: Protocol anticollison

dan pengiriman

31

ISO 10536, 14443, dan 15693 mencakup karakter fisik, interface udara

dan inisialisasi, dan protocol anticollision dan pengiriman dari Vicinity cards

(contactless Intergrated circuit cards, juga dikenal sebagai Smart identification

cards). Mereka juga digunakan pada proximity cards, cakupan area seperti tenaga

frekuensi radio dan interface signal. Tag pada smart card ini dapat digunakan

pada beberapa aplikasi sehingga pada satu kartu yang sama dapat digunakan

untuk akses masuk, login computer, dan pembayaran kantin.

2.4.4 RFID SL030

RFID SL030 adalah modul RFID yang mempunyai fungsi untuk membaca

dan juga menulis suatu tag. Module RFID ini berkomunikasi ke modul kontroler

dengan menggunakan komunikasi serial I2C. Konsep komunikasi I2C pada modul

RFID ini menggunakan dua buah jalur , yaitu (Serial Data Line) SDA dan (Serial

Clock Line) SCL.

Fitur – fitur yang disediakan oleh modul RFID SL030:

- Support terhadap tag : Mifare 1K, Mifare 4K, Mifare UltraLight

- Deteksi tag secara auto

- Built – in antenna

- Komunikasi bus I2C dari 0 – 400KHz

- VDD beroperasi pada DC2,5V sampai DC3,6V dan toleransi pin I/O 5V

- Bekerja pada arus kurang dari 40mA @ 3,3V

- Power down current kurang dari 10uA

32

- Jarak operasi deteksi : sampai 50mm (tergantung dari tag)

Pada modul RFID SL030 terdapat pin I/O sebanyak 6 buah dengan

kegunaan masing – masing. Penjelasan dari setiap pin modul RFID dijelaskan

pada Tabel 2.6 dan untuk gambar dari modul RFID SL030 bisa dilihat seperti

pada Gambar 2.13

Tabel 2.6 Deskripsi pin dari modul RFID SL030

PIN SIMBOL TIPE DESKRIPSI PIN

1 VDD PWR Suplai tegangan dari DC2,5V - DC3,6V

2 IN Input Falling edge mengaktifkan SL030 dari mode

power down

3 SDA Input/Output Serial Data Line

4 SCL Input Serial Clock Line

5 Out Output Tag Detect Signal

Low level indicating tag in

High level indicating tag out

6 GND PWR Ground

7 NC

8 NC

9 NC

10 NC

33

Gambar 2.13 Konfigurasi pin modul RFID SL030

2.4.5 Format Command Pada Modul RFID SL030

Untuk bisa mengirimkan data dari host ke ke modul RFID ataupun

sebaliknya, terdapat format pengiriman data yang harus diperhatikan mengikuti

format yang didukung oleh modul RFID SL030. Beberapa format deskripsi

command yang digunakan adalah sebagai berikut :

- Host Write Command to SL030:

Karena modul RFID SL030 memakai komunikasi I2C, maka untuk bagian

address panjang datanya adalah 1 byte yaitu 7 bit pertama adalah addres

dan 1 bit terakhir adalah read/write bit. Apabila host ingin melakukan

write command, maka addres harus bernilai 0xA0 yang apabila dijadikan

ke biner maka bit terakhirnya bernilai 0 yang artinya adalah untuk

menandakan fungsi write. Len adalah length byte yaitu byte yang dihitung

34

mulai dari command code sampai pada byte terakhir dari data. Command

adalah jenis perintah yang dikirimkan dari host ke modul RFID SL030.

Untuk bagian data adalah panjang byte data yang akan di kirimkan ke

modul RFID.

- Host Read The Result:

Pada saat host mengirimkan perintah kepada modul SL030, maka

selanjutnya akan ada balasan dari modul SL030 ke host. Hasil dari balasan

itulah yang menjadi host read the result. Format data yang dikirimkan

oleh modul RFID SL030 mempunyai address, length byte, command,

status, dan data. Untuk read panjang address adalah 1 byte yaitu 7 bit

pertama adalah addres dan 1 bit terakhir adalah read/write bit. Pada saat

host membaca, maka modul RFID akan memberikan balasan address

dengan nilai 0xA1 yang apabila dijadikan ke biner maka bit terakhirnya

bernilai 1 yang artinya adalah untuk menandakan fungsi read. Len adalah

length byte yaitu byte yang dihitung mulai dari command code, status,

sampai pada byte terakhir dari data. Command adalah byte yang isinya

perintah yang akan dikirimkan. Status adalah bagian yang menyatakan

status pembacaan dari modul RFID yang bisa dilihat pada Tabel 2.8. Data

sendiri adalah data balasan yang dikirimkan kembali ke host.

35

Tabel 2.7 Command Overview dari modul RFID SL030

Command Description

0x01 Select Mifare card

0x02 Login to a sector

0x03 Read a data block

0x04 Write a data block

0x05 Read a value block

0x06 Initialize a value block

0x07 Write master key (key A)

0x08 Increment value

0x09 Decrement value

0x0A Copy value

0x10 Read a data page (ultra_light)

0x11 Write a data page (ultra_light)

0x50 Go to Power Down mode

Tabel 2.8 Status Overview dari modul RFID SL030

Status Description

0x00 Operation success

0x01 No tag

0x02 Login success

0x03 Login fail

0x04 Read fail

36

0x05 Write fail

0x06 Unable to read after write

0x0A Collision occur

0x0C Load key fail

0x0D Not authenticate

0x0E Not a value block

Command list adalah perintah – perintah yang bisa diberikan kepada

modul SL030. Perintah – perintah tersebut mencakup beberapa fungsi khusus

untuk mengakses modul SL030.

A. Select Mifare Card

Command ini digunakan untuk mengetahui jenis dan tipe tag yang

dipakai. Dimulai dari host mengirimkan perintah select mifare card dengan set

nilai 0x01, kemudian host akan mendapatkan respon dari modul SL030 berupa

status hasil pembacaan, beserta serial number dan tipe tag. Status yang ada pada

saat host melakukan read adalah sebagai berikut:

0x00: Operation success

0x01: No tag

0x0A: Collision occur

37

Serial number dari tag akan terdeteksi apabila operasi berhasil dijalankan. Untuk

Mifare Standard dan Mifare ProX besar memorinya adalah 4 bytes, untuk Mifare

Ultralight dan Mifare DesFire adalah sebesar 7 byte. Tipe tag yang diketahui oleh

modul SL030 adalah sebagai berikut :

0x01: Mifare Standard 1K card

0x02: Mifare Pro card

0x03: Mifare UltraLight card

0x04: Mifare Standard 4K card

0x05: Mifare ProX card

0x06: Mifare DesFire card

B. Login to a sector

Untuk bisa mengakses informasi yang ada di dalam tag, harus login

terlebih dahulu ke dalam sektor yang dipakai. Untuk itu yang harus dikirimkan

oleh host ke modul SL030 adalah:

Dalam setiap sektor terdapat masing – masing 4 blok. Blok ke 3 dari setiap sektor

digunakan untuk key A, acces bits, dan key B. Untuk dapat login ke sektor maka

dibutuhkan tipe key yaitu 0xAA untuk key A, dan 0xBB untuk key B. Untuk key

sendiri adalah banyaknya byte dalam satu key yaitu 6 byte.

Balasan dari modul SL030 ke host akan memberikan status berupa informasi dari

hasil membaca tag yaitu :

38

Untuk jenis status yang bisa dikirmkan ke host dari modul RFID adalah sebagai

berikut :

0x02: Login success

0x01: No tag

0x03: Login fail

0x0C: Load key fail

C. Read a data block

Pada tag RFID Dari 4 blok yang terdapat dalam setiap sektor terdapat 3

blok yang bisa dipakai sebagai data. Untuk dapat membaca data blok maka host

mengirimkan perintah ke modul SL030 dengan menggunakan command 0x03

yang artinya read a data block yang kemudian diikuti blok yang ingin dibaca oleh

host. Setelah modul SL030 menerima perintah, maka selanjutnya memberikan

balasan kembali ke host yaitu status dari operasi baca tag tersebut dan juga data

sepanjang 16 byte dari blok yang diminta oleh host. Status yang terdapat pada

fungsi read a data block adalah sebagai berikut :


0x04: Read fail

39

0x0D: Not authenticate

0x01: No tag

D. Write a data block

Untuk dapat menulis blok yang ada di setiap sektor tag RFID, maka host

mengirimkan perintah ke modul SL030 dengan menggunakan command 0x04

yang artinya write data block. Kemudian host juga mengirimkan blok yang mana

yang ingin ditulis dan juga data sebesar 16 byte yang ingin dituliskan ke dalam

blok tersebut. Setelah modul SL030 menerima perintah dari host dan menjalankan

perintah tersebut, maka selanjutnya memberikan balasan kembali ke host yaitu

berupa status dari hasil perintah penulisan, dan juga data yang sudah dituliskan

pada blok yang diinginkan. Status yang terdapat pada fungsi write a data block

adalah sebagai berikut :


0x01: No tag

0x05: Write fail

0x06: Unable to read after write

0x07: Read after write error

0x0D: Not authenticate

40

2.5. Structured Query Language (SQL)

Structured Query Language atau yang biasa disebut SQL merupakan

bahasa pemrograman yang diaplikasikan dalam berbagai macam database dimana

SQL memeliki beberapa kelebihan seperti menampilkan isi dari suatu database

yang selanjutnya data tersebut dapat difilter dan dimanipulasi sesuai kebutuhan

aplikasi. Perintah – perintah dalam SQL dibagi kedalam dua kelompok besar yaitu

Data Manipulation Language dan Data Definition Language.

2.5.1 Syntax Dasar

SELECT coloums

FROM tables

WHERE conditions

Perintah SELECT dan FROM digunakan untuk menampilkan data yang

ada di database dari table yang diaplikasikan dengan membatasi jumlah kolom

yang ditampilkan dari tabel, sedangkan jumlah baris yang dihasilkan tidak

dibatasi. Pengambilan data yang tidak diperlukan dapat mengakibatkan penurunan

performa dari aplikasi, oleh karena itu digunakan syntax WHERE yang berguna

untuk menentukan kriteria dari RECORD yang ditampilkan.

41

2.5.2 Logika

AND

OR

Penggunaan logika AND atau OR dapat diaplikasikan dalam membuat

suatu kriteria dengan klausa yang ada pada syntax untuk mendapatkan data yang

lebih spesifik.

2.5.3 Manipulasi Data

Selain untuk mengambil informasi dari database, SQL juga dapat

digunakan memanipulasi data dengan perintah-perintah yang ada. Proses tersebut

meliputi menambah, menghapus, dan mengedit data. Perintah manipulasi data

sangat sering digunakan dalam aplikasi database dan bahakan dapat dikatakan

menjadi inti sebuah aplikasi. Sebuah tabel dapat diisi dengan data, dihapus,

maupun diedit datanya. Perintah-perintah tersebut dilaksanakan berdasarkan

kriteria tertentu menggunakan keyword WHERE.

A. Statement INSERT

Untuk mengisikan data ke dalam suatu tabel digunakan perntah INSERT

yang memiliki syntax umum sebagai berkut :

INSERT table (column list)

VALUES (value list)

Apabila perintah INSERT digunakan untuk mengisikan seluruh kolom

yang terdapat di suatu tabel maka nama kolom tidak perlu disebutkan secara

eksplisit. Cukup disebutkan nilai data yang akan dimasukkan saja. Misalnya untuk

42

mengisikan data ke tabel Posisi yang hanya terdiri dari tiga kolom dilancarkan

perintah berikut :

INSERT Posisi

B. Statement DELETE

Statement DELETE merupakan kebalikan perintah INSERT. Perintah ini

menghapus data yang terdapat di suatu tabel. Data dihapus per record atau per

baris berdasarkan kriteria tertentu. Penentuan kriteria record mana yang akan

dihapus bisa dilakukan dengan menggunakan klausa WHERE.

Syntax umum statement ini adalah sebagai berikut :

DELETE FROM table_name

WHERE Condition

Apabila diinginkan untuk mengosongkan tabel dan menghapus semua data

yang ada di dalamnya maka digunakan perintah DELETE tanpa menggunakan

kondisi WHERE.

Contoh berikut adalah perintah untuk mengosongkan isi tabel Products :

DELETE Products

Perintah tersebut hanya mengosongkan isi tabel saja tetapi tidak menghapus

tabelnya.

C. Statement UPDATE

Apabila ingin mengedit atau merubah suatu data tanpa menghapusnya

maka digunakan perintah UPDATE. Perintah ini juga menggunakan kondisi

tertentu dengan klausa WHERE sebagaimana perintah DELETE.

43

Syntax umum statement UPDATE adalah sebagai berikut :

UPDATE table_name

SET Column1 = Value1, Column2 = Value2

WHERE condition

Perintah tersebut melakukan perubahan pada kolom tertentu sebagaimana yang

disebutkan dalam perintah SET. Perubahan dilakukan terhadap record yang

memenuhi kriteria di klausa WHERE.

2.6. Komunikasi Serial

Kelebihan dari komunikasi serial ialah panjang kabelnya bisa jauh lebih

panjang dibandingkan dengan paralel, karena port serial mengirimkan logika ‘1’

dengan kisaran tegangan -3V hingga -25V dan logika ‘0’ sebagai +3V hingga

+25V sehingga kehilangan daya karena masalah panjang kabel bukan menjadi

masalah dalam komunikasi serial. Bandingkan dengan port paralel yang

menggunakan tegangan berkisar 0V untuk logika ‘0’ dan +5V untuk logika ‘1’.

Untuk port serial lebih sulit ditangani karena peralatan yang dihubungkan

ke port serial harus berkomunikasi dengan menggunakan transmisi serial,

sedangkan data di komputer diolah secara paralel. Oleh karena itu data dari dan

ke port serial harus dikonversikan ke dan dari bentuk paralel agar bisa diproses

oleh komputer. Sedangkan untuk komunikasi secara paralel, bisa langsung

diakses ke dan dari komputer secara langsung tanpa adanya konverter.

44

2.6.1 Universal Asynchronous Receiver-Transmitter (UART)

UART atau Universal Asynchronous Receiver-Transmitter adalah bagian

perangkat keras komputer yang menerjemahkan antara bit-bit paralel data dan bit-

bit serial. UART biasanya berupa sirkuit terintegrasi yang digunakan untuk

komunikasi serial pada komputer atau port serial perangkat periperal.

Gambar 2.14 Pengiriman Data pada UART

Pengiriman data pada UART dimulai dari start bit, lalu data dimulai dari LSB,

parity bit, dan dua stop bit. UART harus disesuaikan antar dua komponen untuk

dapat berkomunikasi.

Gambar 2.15 Perubahan Level Tegangan pada UART

2.6.2 MAX 232

MAX-232 adalah dual driver/receiver yang meliputi sebuah pembangkit

tegangan kapasitif untuk men-supply tingkat tegangan TIA/EIA-232-F dari

45

sebuah supply tegangan 5V. setiap receiver merubah TIA/EIA-232-F yang masuk

menjadi tingkat 5V TTL/CMOS. Receiver ini memiliki 1.3V threshold, 0.5V

hysteresis, dan dapat menerima ± 30V input. Setiap driver merubah tingkat

tegangan TTL/CMOS pada input menjadi tingkat tegangan TIA/EIA-232-F. IC

MAX-232 ini memiliki fungsi :

• Beroperasi dari sebuah supply tenaga 5V dengan 1.0µF kapasitor Charge-

Pump

• Bekerja hingga 120 Kbit/s

• Dua driver dan dua receiver

• ± 30V tingkat input

• Arus supply rendah sebesar 8mA

Gambar 2.16 Contoh Rangkaian Standar MAX-232

46

2.7. Motor DC

Motor DC adalah sistem mesin yang berfungsi mengubah tenaga listrik

arus searah menjadi tenaga gerak atau mekanis. Motor DC hampir dapat dijumpai

di setiap peralatan baik rumah tangga, kendaraan bahkan dalam dunia industri

sekalipun, dari yang beukuran mikro sampai motor yang memiliki kekuatan

ribuan daya kuda.

2.7.1 Pengendalian Motor DC

Setiap arus yang mengalir melalui sebuah konduktor akan menimbulkan

medan magnet. Arah medan magnet dapat ditentukan dengan kaidah tangan kiri.

Ibu jari tangan menunjukkan arah aliran arus listrik sedangkan jari-jari yang lain

menunjukkan arah medan magnet yang timbul, seperti yang ditunjukkan oleh

gambar berikut ini.

Gambar 2.17 Kaidah Tangan Kiri

47

Jika suatu konduktor yang dialiri arus listrik ditempatkan dalam sebuah

medan magnet, kombinasi medan magnet akan ditunjukkan oleh Gambar 2.17.

Arah aliran arus listrik dalam konduktor ditunjukkan dengan tanda “x” atau “.”.

anda “x” menunjukkan arah arus listrik mengalir menjauhi pembaca gambar,

tanda “.” menunjukkan arah arus listrik mengalir mendekati pembaca gambar.

Gambar 2.18 Konduktor Berarus Listrik Dalam Medan Magnet

Sebuah cara lagi untuk menunjukkan hubungan antara arus listrik yang

mengalir didalam sebuah konduktor, medan magnet dan arah gerak, adalah kaidah

tangan kanan untuk motor seperti yang diperlihatkan pada gambar dibawah ini.

48

Gambar 2.19 Kaidah Tangan Kanan Untuk Motor

Kaidah tangan kanan untuk motor menunjukkan arah arus yang mengalir

didalam sebuah konduktor yang berada dalam medan magnet. Jari tengah

menunjukkan arah arus yang mengalir pada konduktor, jari telunjuk menunjukkan

arah medan magnet dan ibu jari menunjukkan arah gaya putar. Adapun besarnya

gaya yang bekerja pada konduktor tersebut dapat dirumuskan dengan :

.....................................................................................(2.11)

Dimana :

B = kerapatan fluks magnet (weber)

L = panjang konduktor (meter)

I = arus listrik ( ampere)

2.7.2 Karakteristik Motor DC

• Kutub medan. Secara sederhana digambarkan bahwa interaksi dua kutub

magnet akan menyebabkan perputaran pada motor DC. Motor DC

memiliki kutub medan yang stasioner dan dinamo yang menggerakkan

49

bearing pada ruang diantara kutub medan. Motor DC sederhana memiliki

dua kutub medan: kutub utara dan kutub selatan. Garis magnetik energi

membesar melintasi bukan diantara kutub-kutub dari utara ke selatan.

Untuk motor yang lebih besar atau lebih komplek terdapat satu atau lebih

elektromagnet. Elektromagnet menerima listrik dari sumber daya dari luar

sebagai penyedia struktur medan.

• Dinamo. Bila arus masuk menuju dinamo, maka arus ini akan menjadi

elektromagnet. Dinamo yang berbentuk silinder, dihubungkan ke as

penggerak untuk menggerakan beban. Untuk kasus motor DC yang kecil,

dinamo berputar dalam medan magnet yang dibentuk oleh kutub-kutub,

sampai kutub utara dan selatan magnet berganti lokasi. Jika hal ini terjadi,

arusnya berbalik untuk merubah kutub-kutub utara dan selatan dinamo.

• Commutator. Komponen ini terutama ditemukan dalam motor DC.

Kegunaannya adalah untuk membalikan arah arus listrik dalam dinamo.

Commutator juga membantu dalam transmisi arus antara dinamo dan

sumber daya. Keuntungan utama motor DC adalah sebagai pengendali

kecepatan, yang tidak mempengaruhi kualitas pasokan daya. Motor ini

dapat dikendalikan dengan mengatur:

• Tegangan dynamo – meningkatkan tegangan dinamo akan meningkatkan

kecepatan.

• Arus medan – menurunkan arus medan akan meningkatkan kecepatan.

50

2.8. Opto-isolator

Sebuah opto-isolator integrated circuit, terdiri atas sebuah infrared LED

dan silicon photodiode dengan integrated amplifier stage. Pada elektronika,

sebuah opto-isolator (optical isolator, optocoupler, photocouple, atau photoMOS)

adalah sebuah alat yang menggunakan optical transmission jarak pendek untuk

mentransfer signal antara element dari rangkaian, secara khusus sebuah

transmitter dan receiver, dengan menjaga elektrikalnya terpisah. Karena signal

berubah dari signal elektrik ke signal cahaya dan kembali menjadi signal listrik,

kontak listrik sepanjang jalurnya putus.

2.8.1 Konfigurasi Opto-isolator

Gambar 2.20 Skematik diagram dengan sebuah LED dan phototransistor

Implementasi umum yang menggunakan LED dan phototransitor, terpisah

sehingga jalur cahaya berjalan melewati penghalang tetapi arus listrik tidak. Saat

sebuah sinyal elektrik diberikan ke input dari opto-isolator, LED-nya menyala,

sensor cahayanya kemudian aktif, dan sinyal elektrik yang bersesuaian dihasilkan

pada outputnya.

51

Dengan sebuah phototdiode sebagai detektor, arus output sebanding

dengan jumlah cahaya yang disediakan oleh emitter. Diode dapat digunakan pada

photovoltaic mode atau photoconductive mode.

Pada photocoltaic mode, diode bertindak seperti sumber arus yang paralel

dengan diode prategangan maju. Arus dan tegangan output tergantung pada

impedance beban dan intensitas cahaya.

Pada photoconductive mode, diode dihubungkan dengan supplay tegangan,

dan perbesaran arus yang dihasilkan secara langsung sebanding dengan intensitas

cahaya.

Gambar 2.21 Contoh rangkaian penggunaan opto-isolator

Diantara aplikasi lain, opto-isolator dapat membantu mengurangi ground

loops, menghalangi spike tegangan, dan menghasilkan electrical isolation.

52

2.9. Teori gir dan rantai

Gir secara umum dipakai dalam mentransmisikan tenaga atau kekuatan

untuk beberapa alasan. Mereka dapat diskalakan untuk mentransmisikan kekuatan

dari sumber yang kecil, sampai sumber yang memiliki kekuatan torsi yang sangat

besar. Gir terdiri dari banyak bentuk dan ukuran standar, dalam inci dan metrik.

Mereka bervariasi dalam ukuran diameter, ukuran gigi, lebar dari gir, dan bentuk

gigi. Adapun dua gir yang dapat dipasangkan ukurannya dapat dipergunakan

bersama-sama untuk mentransmisi rasio yang sangat besar ke dalam langkah

tunggal. Gir tersedia dalam bentuk spur, internal, seperti bentuk sekerup (helical),

herringbone (double helical), bevel, berpilin, hypoid, worm, dan harmonik.

Masing-masing jenis punya karakteristik dan kegunaan, meliputi perbedaan di

efisiensi, rasio, batang sudut, noise, dan biaya. Gambar 2.22 menunjukkan profil

dasar dari sebuah gir jenis spur, gir silindris dengan gigi yang lurus dan paralel ke

sumbu rotasi. Mereka biasanya mengirimkan gerak di antara garis lintang sejajar

batang.

Gambar 2.22 Terminologi gerigi gir

53

2.9.1 Roller Chain

Roller chain atau yang disebut dengan rantai roller adalah suatu cara yang

dipakai untuk mentransfer kekuatan secara efisien. Disebut rantai roller karena

mempunyai alat penggulung pin yang dijaga kesatuannya oleh hubungan terkait.

Pada beberapa aplikasi tidak memerlukan pretensioning yang tepat dari katrol.

Rantai roller dapat digunakan untuk pengurangan single stage dengan

perbandingan 6:1 dengan mengatur jarak katrol, sehingga membuat cara tersebut

dinilai sederhana untuk memperoleh nilai yang efisien, dan pengurangan dari

sebuah system gerak. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.23, rantai roller

terdapat dalam banyak ukuran dan jenis, beberapa diantaranya berguna untuk hal

lainnya selain untuk mengirim kekuatan dari satu katrol ke katrol lainnya.

Gambar 2.23 Adaptasi Pitch Standar

2.9.2 Gir Worm

Gir worm diseberangi poros gerigi seperti bentuk sekerup dimana sudut

garis sekrup dari salah satu gigi pada gerigi (worm) punya ketinggian sudut garis

sekrup, menyerupai suatu sekrup. Gir semacam ini dipergunakan terutama untuk

pengurangan tinggi rasio dari 5:1 menjadi 100:1. Pada pengurangan rasio yang

54

lebih besar, mereka dapat mengunci diri, yaitu ketika kekuatan input dipadamkan,

keluaran tidak akan berputar.

Gambar 2.24 Gear worm

2.10. Line Follower

Line follower adalah satu tehnik yang digunakan untuk mengikuti satu

alur. Dimana alur dapat berupa garis hitam pada permukaan putih (atau

sebaliknya) atau dapat seperti suatu medan magnet yang tak terlihat. Cara ini

bekerja dengan mendeteksi suatu garis dan mengatur manuver dari robot sehingga

dapat berada pada posisinya, sementara itu secara konstan mengkoreksi gerakan

mekanisme yang salah dengan menggunakan umpan balik membentuk suatu

sistem sederhana closed loop yang efektif.

55

2.10.1 Konfigurasi Line Follower

Robot menggunakan sensor IR untuk mendeteksi garis, suatu array dari 6

IR Led (Tx) dan sensor (Rx), menghadap ke lantai yang telah disusun sesuai

penggunaan. Output dari sensor adalah suatu sinyal analog yang mana bergantung

kepada sejumlah cahaya yang direfleksikan balik, sinyal analog ini diberikan ke

komparator untuk menghasilkan nilai logika 0 dan 1 yang mana kemudian di

inputkan ke kontroler. Untuk diagram konfigurasi dari line follower yang

digunakan dapat dilihat pada Gambar 2.25.

Gambar 2.25. Blok diagram Line Follower

Untuk algoritma dari 6 sensor Tx dan Rx, digunakan suatu teknik array

dimana 3 sensor diletakkan dibagian depan dan 3 sensor lainnya dibagian

belakang. Dimulai dari tengah tiap-tiap sensor diberi nama LF, CF, RF, LB, CB,

RB. Susunan array digambarkan seperti Gambar 2.26.

56

LF LB CF CB RF RB

0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1

Left Center Right

Gambar 2.26 Susunan array dari 6 sensor Tx dan Rx

Dari susunan array yang digambarkan tersebut bisa dibuat suatu algoritma untuk

mengontrol pergerakan dari robot sesuai dari input dari nilai array yang

dihasilkan. Ketika semua array bernilai 1 maka bisa dikatakan robot berada di

home base, dan jika akumulasi dari nilai L > R maka bisa disimpulkan robot

condong kearah kanan (dan begitu sebaliknya).

2.11. H-Bridge

Gambar 2.27 rangkaian H-bridge

57

Rangkaian H-bridge digunakan sebagai driver motor DC yaitu untuk

mengatur arah perputaran dari motor DC dan juga dapat diaplikasikan sebagai

pengatur motor DC dengan menggunakan tehnik PWM. H-bridge menggunakan

transistor-transistor sebagai switching untuk mengatur arah putar motor baik

dalam arah clockwise atau counterclockwise. Transistor yang digunakan

menggunakan 2 tipe yaitu NPN dan PNP. Penggunaan transistor jenis NPN dan

PNP yaitu untuk memastikan bahwa tegangan pada base berada pada level

tegangan yang pantas untuk membuat transistor dalam keadaan saturasi sehinggga

memastikan antara collector dan emitter terhubung ke ground atau ke 12V. Pada

h-bridge, 2 transistor PNP dihubungkan ke 12V, sementara itu 2 transistor NPN

dihubungkan ke ground.

Gambar 2.28 Konfigurasi transistor NPN dan PNP

Untuk penggunaan besarnya nilai hambatan yang digunakan pada base

dapat dilakukan perhitungan switching transistor dengan menggunakan

persamaan John Hewes yaitu :

58

…………………………….………………………………….(2.12)

Vc = Sumber tegangan yang digunakan untuk mengendalikan base dari transistor

(biasanya dalam tegangan TTL).

hFE = Penguatan arus transistor.

Gambar 2.29 Konfigurasi input data A=1 dan B=0

A='0'; B='1'. Saat input A diberi logika '0' (0V) dan input B diberi logika

'1' (5V) maka Q2 akan saturasi sedangkan Q1 tetap cut off. Karena Q2 bersifat

saturasi atau seperti saklar yang tertutup maka basis Q3 akan mendapat picuan

sehingga Q3 juga bersifat saturasi. Akibatnya arus akan mengalir dengan urutan

seperti berikut : Vs Q3 motor Q2 ground, sehingga motor akan berputar searah

jarum jam.

A=1; B=0. Saat input A diberi logika '1' (5V) dan input B diberi logika '0'

(0V) maka Q 1 akan saturasi sedangkan Q2 cut off. Akibatnya Q4 juga akan

menjadi saturasi karena basis Q4 mendapat picuan dari Q1. Sehingga arus akan

59

mengalir dengan urutan seperti berikut : Vs Q4 motor Q1 ground dan motor akan

berputar berlawanan arah jarum jam.

2.12. L298

L298 adalah Integrated monolithic circuit dalam bungkus 15-lead

multiwatt dan powerS020. L298 adalah dual full-bridge driver yang bertegangan

dan berarus tinggi yang dirancang untuk menerima logika TTL tingkat standard

dan berfungsi untuk men-drive beban induktif seperti relay, solenoid, DC, dan

motor stepper. Pada IC ini terdapat dua input enable yang dapat mengaktifkan

atau me-non aktifkan alat secara independent berdasarkan sinyal input. Emitter

dari transistor pada setiap bridge terhubung bersama dan sambungan luar yang

bersesuaian dapat digunakan untuk penghubung external sensing resistor. Input

tenaga tambahan menetapkan supaya pada tegangan lebih rendah logika tetap

bekerja.

60

Gambar 2.30 Contoh rangkaian untuk sebuah motor menggunakan L298

Table 2.9 Tabel logika L298

Input Output

C=H ; D=L Maju

C=L ; D=H Mundur

Ven=H

C=D Fast Motor Stop

Ven=L C=X ; D=X Free Running Motor Stop

2.13. Titik Berat

Setiap sistem, terdapat sebuah lokasi yang adalah posisi rata-rata dari

kumpulan tiap sistemnya. Lokasi itu disebut dengan pusat massa benda. Banyak

61

perhitungan dalam suatu alat mekanis membutuhkan lokasi dari sistem pusat

massanya. Dengan adanya pusat massa dari suatu benda maka keseimbangan dari

sistem pada benda bisa diatur sehingga benda dapat bekerja dengan optimal. Pusat

massa dipengaruhi oleh beberapa elemen seperti berat dari benda, ruang lingkup

benda, gaya gravitasi, dan penempatan dari beban yang dikenakan ke benda

tersebut.

Gambar 2.31 Rectangular Plate

Untuk perhitungan secara matematis dgunakan persamaan sebagai berikut :

…………………………………….……………………..(2.13)

Massa disimbolkan dengan mn dan nilai posisi dari pusat masa dari system

disimbolkan dengan rn.

Gambar 2.32 Lokasi Pusat Massa

62

………………………..…………..(2.14)

……………………………………(2.15)

2.14. Berat dan Massa

Jika sebuah benda dengan massa M dibiarkan jatuh bebas, percepatannya

adalah percepatan gravitasi g dan gaya yang bekerja padanya adalah gaya berat

W. Pada benda jatuh bebas berlaku hokum Newton kedua, F = ma, yang akan

memperoleh persamaan untuk gaya berat benda, W = mg. Baik W maupun g,

kedanya adalah vector yang mengarah ke pusat bumi, dengan W dan g adalah

besar vektor berat dan vektor percepatan.

Gambar 2.33 Sistem Gaya Pada Katrol

Untuk mencegah agar benda berada dalam keadaan diam atau stabil, harus

ada gaya keatas yang besarnya sama dengan W supaya gaya netto sama dengan

nol. Dalam gambar 2.33 tegangan tali pada katrol bertindak sebagai gaya ini.

Untuk system statik tegangan pada, TB = rB (F1-F2), begitu juga tegangan pada,

63

TC = rC (F1-F2). Dari persamaan tersebut bias diperoleh perbandingan antar

Tegangan B dan C yaitu, TB = (rB / rC) x TC.

Gambar 2.34 Sistem Gaya Pada Link

Pada sistem gaya dalam Gambar 2.34, berlaku hukum Newton pertama,

∑F = 0, karena dianggap nilai percepatan a sama dengan nol. Untuk mencari gaya

yang bekerja pada tiap titiknya maka tentukan dahulu titik acuan dari setiap gaya

yang bekerja pada link tersebut. Nilai dari tiap gaya yang bekerja yaitu,

…………………………...…………(2.16)

……………………...………………………..(2.17)

BAB 2 LANDASAN TEORI 2.1. Mikrokontroller AVR ATMega...

Documents

Transcript of BAB 2 LANDASAN TEORI 2.1. Mikrokontroller AVR ATMega...