BAB II

TEORI DASAR DAN PERALATAN PERANCANGAN KENDALI PEWAKTU LAMPU LALU LINTAS MENGGUNAKAN TELEPON GENGGAM

2.1

Gambaran Umun

Lampu lalu lintas (traffic light) adalah elemen penting demi terciptanya ketertiban dalam berlalu lintas di jalan raya. Sehingga pengaturan setting waktu traffic light harus dilakukan dengan cepat dan tepat agar ketertiban lalu lintas selalu dapat dijaga setiap saat. Alat ini dirancang agar pengontrolan setting waktu lampu lalu lintas tersebut dapat dilakukan dengan cepat tanpa harus mendatangi lokasinya. Hal ini juga akan mengurangi biaya operasional serta meningkatkan efisiensi waktu dalam penyetingan waktu lampu lalu lintas. Media yang dimanfaatkan adalah telepon genggam. Telepon genggam merupakan piranti elektronika yang sangat familiar dalam kehidupan seharihari dan juga mudah dalam pengoperasiannya. Selain sebagai alat komunikasi baik suara maupun text telepon seluler juga bisa dimanfaatkan sebagai media pengontrolan. Pengontrolan melalui media telepon seluler dapat dilakukan dimana saja selama kita masih berada dalam wilayah cakupan sinyal dari operator (vendor) penyedia jaringan telekomunikasi GSM ataupun CDMA. Seperti yang telah kita ketahui bahwa sinyal jaringan telekomunikasi GSM/CDMA telah tersedia hampir diseluruh wilayah di bumi ini khususnya di Indonesia. Pengontrolan setting pewaktu traffic Light ini juga dibantu oleh

mikrokontroller sebagai pengolah sinyal dan data (input maupun output) yang kita inginkan dalam sistem pengontrolan pewaktu traffic light tersebut.

6

2.2

Global System for Mobile Communication Global System for Mobile Communication (GSM) merupakan sebuah

teknologi komunikasi selular yang bersifat digital. Teknologi GSM banyak diterapkan pada mobile communication, khususnya handphone. Teknologi ini memanfaatkan gelombang mikro dan pengiriman sinyal yang dibagi berdasarkan waktu, sehingga sinyal informasi yang dikirim akan sampai pada tujuan. GSM dijadikan standar global untuk komunikasi selular sekaligus sebagai teknologi selular yang paling banyak digunakan orang di seluruh dunia

2.2.1

Spesifikasi Teknis GSM Di Eropa, pada awalnya GSM di desain untuk beroperasi pada frekuensi 900

Mhz. Pada frekuensi ini, frekuensi uplinksnya digunakan frekuensi 890915 MHz , sedangkan frekuensi downlinksnya menggunakan frekuensi 935960 MHz. Bandwith yang digunakan adalah 25 Mhz (91580 = 96035 = 25 Mhz), dan lebar kanal sebesar 200 Khz. Dari keduanya, maka didapatkan 125 kanal, dimana 124 kanal digunakan untuk suara dan satu kanal untuk sinyal. Pada perkembangannya, jumlah kanal 124 semakin tidak mencukupi dalam pemenuhan kebutuhan yang disebabkan pesatnya pertambahan jumlah pengguna. Untuk memenuhi kebutuhan kanal yang lebih banyak, maka regulator GSM di Eropa mencoba menggunakan tambahan frekuensi untuk GSM pada band frekuensi pada kisaran 1800 Mhz dengan frekuensi 1710-1785 Mhz sebagai frekuensi uplinks dan frekuensi 1805-1880 Mhz sebagai frekuensi downlinks. GSM dengan frekuensinya yang baru ini kemudian dikenal dengan sebutan GSM 1800, dimana tersedia bandwidth sebesar 75 Mhz (1880-1805 = 17851710 = 75 Mhz). Dengan lebar kanal yang tetap sama yaitu 200 Khz sama, pada saat GSM pada frekuensi 900 Mhz, maka pada GSM 1800 ini akan tersedia sebanyak 375 kanal. Di Eropa, standar-standar GSM kemudian juga digunakan untuk komunikasi railway, yang kemudian dikenal dengan nama GSM-R. 2.2.2 Arsitektur Jaringan GSM

7 Secara umum, elemen jaringan dalam arsitektur jaringan GSM dapat dibagi menjadi: 1. Mobile Station 2. Base Station Sub-system 3. Network Sub-system 4. Operation and Support System Secara bersama-sama, keseluruhan element jaringan di atas akan membentuk sebuah PLMN (Public Land Mobile Network).

GSM

GPRSBG

Other GPRS Network

SGSN

GGSN

BG

CG

INMTC

BSC PCU

Billing SystemBSC PCU BSC PCU

4

Gambar 2.1. Konfigurasi jaringan GSM Mobile Station atau MS merupakan perangkat yang digunakan oleh pelanggan untuk melakukan pembicaraan dan pengiriman data. Terdiri atas:

Mobile Equipment (ME) atau handset, merupakan perangkat GSM yang berada di sisi pengguna atau pelanggan yang berfungsi sebagai terminal transceiver (pengirim dan penerima sinyal) untuk berkomunikasi dengan perangkat GSM lainnya.

8

Subscriber Identity Module (SIM) atau SIM Card, merupakan kartu yang berisi seluruh informasi pelanggan dan beberapa informasi pelayanan. ME tidak akan dapat digunakan tanpa SIM didalamnya, kecuali untuk panggilan darurat. Data yang disimpan dalam SIM secara umum, adalah:

1. IMMSI (International Mobile Subscriber Identity), merupakan penomoran pelanggan. 2. MSISDN (Mobile Subscriber ISDN), nomor yang merupakan nomor panggil pelanggan. Base Station System atau BSS, terdiri atas:

BTS, Base Transceiver Station, perangkat GSM yang berhubungan langsung dengan MS dan berfungsi sebagai pengirim dan penerima sinyal. BSC, Base Station Controller, perangkat yang mengontrol kerja BTS-BTS yang berada di bawahnya dan sebagai penghubung BTS dan MSC

Network Sub System atau NSS, terdiri atas:

Mobile Switching Center atau MSC, merupakan sebuah network element central dalam sebuah jaringan GSM. MSC sebagai inti dari jaringan seluler, dimana MSC berperan untuk interkoneksi hubungan pembicaraan, baik antar selular maupun dengan jaringan kabel PSTN, ataupun dengan jaringan data.

Home Location Register atau HLR, yang berfungsi sebagai sebuah database untuk menyimpan semua data dan informasi mengenai pelanggan agar tersimpan secara permanen.

Visitor Location Register atau VLR, yang berfungsi untuk menyimpan data dan informasi pelanggan. Authentication Center atau AuC, yang diperlukan untuk menyimpan semua data yang dibutuhkan untuk memeriksa keabsahaan pelanggan. Sehingga pembicaraan pelanggan yang tidak sah dapat dihindarkan.

Equipment Identity Registration atau EIR, yang memuat data-data pelanggan.

Operation and Support System atau OSS, merupakan sub sistem jaringan GSM yang berfungsi sebagai pusat pengendalian, diantaranya fault management, configuration management, performance management, dan inventory management.

9

Frekuensi pada 3 Operator Terbesar di Indonesia 1. Indosat : 890 900 Mhz (10 Mhz) 2. Telkomsel : 900 907,5 Mhz (7,5 Mhz) 3. xcelcomindo : 907,5 915 Mhz (7,5 Mhz)

2.3

Dual Tone Multi Frequency Dual Tone Multiple Frequency (DTMF) merupakan suatu gelombang frekuensi

yang terdiri dari dua buah frekuensi nada yang berbeda nilainya tetapi dibangkitkan dalam waktu bersamaan sehingga menghasilkan sebuah nada dengan frekuensi tertentu yaitu frekuensi gabungan dari dua buah nada tersebut, nada gabungan ini biasa disebut dengan sebutan nada DTMF. Untuk penggunaan DTMF pada sistem kontrol jarak jauh, maka diperlukan lagi dua buah sistem yaitu Sistem pemancar DTMF dan penerimanya. Adapun nada DTMF juga digunakan pada sistem alat-alat komunikasi misalnya pada handphone, tetapi nada DTMF yang ada pada handphone ini hanya terdapat 12 buah nada DTMF yaitu sesuai dengan jumlah tombol nomor standar pada handphone . Nada-nada DTMF pada handphone ini dihasilkan dari variasi 4 buah frekuensi rendah dan 3 buah frekuensi tinggi, 4 buah frekuensi rendah mewakili banyaknya baris pada keypad handphone dan 3 buah frekuensi tinggi mewakili banyaknya kolom pada keypad handphone.

2.3.1

MT8870 MT8870 adalah sebuah IC decoder DTMF yang berfungsi sebagai pengubah

sekaligus filter frekuensi sinyal DTMF menjadi data digital, jadi dengan kata lain dapat dikatakan bahwa IC ini merupakan DTMF Dengan mikrokontroler. MT8870 menghasilkan sinyal biner 4 bit yang menggambarkan karakter yang dikirim melalui sinyal DTMF, kombinasi biner yang dihasilkan tersebut dapat dilihat pada tabel 2.3. Adapun prinsip kerja dari IC ini adalah dengan cara membaca setiap input yang ada kemudian input tersebut difilter dalam blok penyaring frekuensi rendah dan blok

10 penyaring frekuensi tinggi, hal tersebut dilakukan karena DTMF adalah perpaduan dua frekuensi, yaitu frekuensi rendah dan frekuensi tinggi, maka itu diperlukanlah dua blok penyaring tersebut. Sehingga apabila yang menjadi input adalah DTMF maka otomatis blok penyaring akan bekerja keduanya pada waktu bersamaan. Kemudian outputoutput dari dua blok penyaring ini akan dimasukkan pada sebuah blok berkomponen dasar gerbang and, dengan maksud agar blok selanjutnya yang berupa blok pembaca frekuensi hanya akan dapat input apabila dua blok penyaring menghasilkan output dalam waktu bersamaan, dengan kata lain hasil dari pengandan output-output ini adalah input bagi blok pembaca frekuensi. Pada blok pembaca frekuensi ini, frekuensifrekuensi yang masuk akan di konversi menjadi data digital. Untuk menghasilkan sebuah penerimaan sinyal DTMF yang lengkap, maka pada IC ini dilengkapi dengan filter yang memisahkan sinyal nada rendah dan sinyal nada tinggi, yang dioperasikan dengan sistem algoritma yang kompleks. Hal ini dilakukan dengan menggunakan teknik perhitungan digital untuk mendeteksi frekuensi sinyal yang masuk dan memverifikasikan apakah sinyal itu sudah sesuai dengan sinyal DTMF yang standart. Bila sinyal kelompok tinggi dan sinyal kelompok rendah masuk secara bersamaan maka sebuah flag Est (berlogika high) akan dihasilkan dan flag tersebut berfungsi untuk menentukan keabsahan data. Gambar 2.2 menunjukkan kelompok sinyal nada tinggi dan keompok sinyal nada rendah dari sebuah matrik key pad DTMF.

Gambar 2.2

Keypad pada telepon DTMF

11 Tabel 2.1 Tombol dan Sinyal DTMF yang dihasilkan Frekuen Frekuen si Rendah 697 697 697 770 770 770 852 852 852 941 941 941 si Tinggi 1209 1336 1477 1209 1336 1477 1209 1336 1477 1209 1336 1477 Tombol Nomor Handphone 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 * # BilanganBi ner 1 10 11 100 101 110 111 1000 1001 1010 1011 1100

Pengecekkan keabsahan terakhir sebuah data memerlukan input sinyal DTMF yang menampilkan keadaan yang tidak terinterupsi oleh distorsi sebelum dinyatakan valid. Hal ini mengizinkan adanya sinyal distorsi untuk suatu masa yang pendek selama penerimaan nada tanpa menimbulkan kesalahan interpretasi dari dua karakter yang diterima.

2.3.2

Rangkaian Dekoder DTMF Rangkaian decoder DTMF adalah rangkaian yang berfungsi untuk

mengkonversi sinyal DTMF yang berupa analog menjadi output data yang berbentuk digital, contoh dari rangkaian ini dan sekaligus yang digunakan dalam tugas akhir ini adalah modul DF-87 yang memakai komponen utama IC MT8870D. Dalam tugas akhir ini rangkaian decoder mempunyai fungsi utama sebagai penyaring sinyal yang dikeluarkan dari output speaker handphone penerima, sehingga hanya bagian sinyal DTMF saja yang akan dikelola oleh rangkaian decoder dari semua sinyal suara yang masuk. Adapun data-data pengkonversian dari sinyal DTMF ke data biner tersebut dapat dilihat pada tabel 2.1.

12 MT8870 mempunyai rangkaian dalam yang cukup lengkap yang

menghubungkan bandsplit filter dan fungsi decoder digital. Dengan demikian komponen luar yang diperlukan menjadi lebih sedikit dan hanya merupakan pelengkap dari chip tersebut yang terdiri dari beberapa input, yaitu: Amplifier, clock Oscilator dan Interface Bus Three State yang di- latch. IC ini didesain dengan ukuran kemasan yang kecil, dengan pengunaan daya yang rendah yaitu 5 Volt DC dan dapat bekerja normal pada temperatur -40C sampai 80C. Arsitekturnya terdiri dari bagian bandsplit filter yang berfungsi memisahkan sinyal kelompok nada tinggi dan rendah, kemudian diikuti oleh Digital Counting yang memeriksa keabsahan frekuensi dan lamanya nada yang diterima sebelum memberikan kode yang sesuai pada output bus. Gambar 2.3a menunjukkan arsitektur internal dan pin koneksi dari MT8870 dan gambar 2.3b menunjukkan diagram penyemat ICMT 8870.

(a)

(b)

Gambar 2.3 a). Blok Diagram Internal MT8870 b). Diagram Penyemat IC MT8870

13 Tabel 2.2 Fungsi dari Pin IC MT 8870 PIN 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 14 NAMA IN+ INGS Vref INH PWDN OSC 1 OSC 2 Vss TOE Q1 14 DESKRIPSI Non Inverting OP-Amp Input Inverting OP-Amp Input Gain Select, memberikan jalan masuk pada keluaran diferensial amplifier dengan hubungan resistor feedback Referensi Voltage (Output), harga nominal VDD/2 digunakan untuk bias input Inhibit Input, aktif tinggi Power Down (Input) < aktif tinggi, tegangan jatuh device dan inhibit oscillator Clock Input Clock Output, Crystal 3,575545 Mhz dihubungkan antara pin 1 OSC1 dan OSC2 melengkapi rangkaian oscillator internal Negatif Power Supply (input) Three State Output Enable (output) Three State Data (Output), saat di-enablekan oleh TOE. Melakukan pertukaran kode terhadap sepasang nada sah terakhir yang diterima saat TOE berlogika rendah, dan output 15 Std dalam keadaan impedansi tinggi Delayed Sterring Data menunjukkan logika tinggi saat diterima sepasang nada yang telah didaftar dan output diperbarui, 16 Est beralih ke low saat tegangan St/Gt VtSt yang dideteksi St menyebabkan device pada register mendeteksi sepasang nada dan memperbarui output latch. Tegangan < VtSt Device bebas menerima sepasang nada baru. Output Gt mereset eksternal Steering Time yang konstan 18 Vdd keadaannya adalah fungsi dari St dan tegangan dari St Positif Power Supply (input)

Konfigurasi standart penggunaan IC MT8870, dapat dilihat pada gambar 2.4 dengan hanya memerlukan sedikit komponen luar. Konfigurasi ini merupakan konfigurasi yang direkomendasikan oleh Mitel sebagai pembuat IC tersebut.

14

Gambar 2.4 Konfigurasi IC MT 8870

Tombol1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 * #

Q11 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0

Q20 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0

Q30 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1

Q40 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1

Tabel 2.3 logika output decoder DTMF

Fungsi fungsi tiap blok diagram pada MT 8870: 1. OP Amp (Operasional Amplifier) Penguat operasional (OP Amp) mempunyai kemampuan kerja, menguatkan sinyal yang diterima sehingga sinyal yang diterima rata rata yang diterima cukup kuat (stabil) untuk dikirimkan ke rangkaian seleksi nada rendah dan nada tinggi.

15 2.4 Konsep Dasar Sistem Kontrol Aksi dasar kontrol otomatis adalah membandingkan nilai sebenarnya dari keluaran sistem secara keseluruhan dengan memacu pada masukan (nilai yang dikendalikan), menentukan penyimpangan menjadi nol atau nilai yang kecil. Sistem kontrol otomatis merupakan sistem kontrol umpan balik dengan acuan masukan atau keluaran yang dikehendaki, dapat konstan atau berubah secara berlahan dengan berjalannya waktu. Dalam sistem pengontrolan harus ada sesuatu yang akan dikontrol dalam hal ini berupa peralatan listrik yang biasa disebut perangkat keras (hard ware). Gambar 2.5 memperlihatkan blok diagram dasar sistem kontrol (Ogata, 1993). Kontrol Akhir Output

Kontroller Input

Plant (Proses)

Elemen UkurGambar 2.5 Blok diagram dasar sistem kontrol

Dalam kenyataannya suatu kontrol otomatis terdiri dari bagian atau elemen yang membentuk suatu sistem yaitu (Ogata, 1993): 1. Proses (Plant) Pada umumnya proses terdiri atas peralatan yang rumit serta berhubungan satu sama lainnya membentuk bagian industri. Didalam proses (plant) ada beberapa variabel dinamis yang terdiri dari satu atau banyak variabel yang dikontrol dalam waktu bersamaan. Plant dapat dikatakan sebagai suatu sistem fisis yang dikontrol, dimana yang dikontrol tersebut adalah variabel dinamis. 2. Pengukuran (measurement) Untuk dapat mengontrol variabel dinamis diperlukan informasi mengenai besaran variabel dinamis tersebut. Informasi ini diperoleh dengan mengadakan pengukuran. Pada umumnya hasil pengukuran variabel dinamis besarnya dapat berbeda dengan besaran dari masukkan yang diinginkan. 3. Pengujian (Evaluation)

16 Hasil pengukuran harus ada tindak lanjut, yaitu menentukan aksi untuk mengontrol variabel dinamis. Tindak lanjut ini dinamakan pengujian (evaluation). Pada umumnya elemen pengujian dinamakan kontroller. 4. Kontrol Akhir (Final Kontrol) Elemen kontrol akhir yang berhubungan langsung dengan plant, berfungsi mempertinggi daya aksi yang dihasilkan dari kontroller untuk mengatur plant agar variabel dinamis pada akhirnya sama dengan set point. Pada dasarnya sistem pengontrolan terbagi atas dua klasifikasi yaitu : 1. 2. Sistem pengontrolan terbuka (Open Loop Kontrol Sistem) Sistem pengontrolan tertutup (Close Loop Kontrol Sistem) Rancangan ini didasarkan pada sistem pengontrolan loop terbuka, karena keluaran yang dihasilkan tidak mempengaruhi masukan. Selain sistem pengontrolan terbuka, dikenal juga sistem pengontrolan tertutup. Sistem pengontrolan tertutup adalah suatu sistem kontrol yang keluarannya mempengaruhi masukan dari sistem kontrol. Untuk lebih memperjelas tentang sistem kontrol, berikut ini adalah penguraian tentang kedua sistem tersebut. 2.4.1 Sistem Pengontrolan Loop Terbuka Suatu sistem kontrol dikatakan pengontrolan terbuka apabila keluaran yang dihasilkan kontrol tidak mempengaruhi pada input. Jadi pada kontrol loop terbuka, keluaran tidak diukur atau diumpan balikkan untuk dibandingkan dengan masukan. Gambar 2.6 menunjukkan suatu sistem pengontrolan loop terbuka (Ogata, 1993).

Input

Kontroller

Plant (Proses)

Output

Gambar 2.6 Diagram blok sistem pengontrolan loop terbuka

Setiap sistem kontrol loop terbuka keluaran tidak dibandingkan dengan masukan acuan. Sehingga untuk setiap masukan acuan, terdapat suatu kondisi operasi yang tetap. Jadi, ketelitian sistem tergantung pada kalibrasi (sistem kontrol loop terbuka harus dikalibrasi dengan hati-hati dan harus menjaga kalibrasi tersebut agar

17 dapat dimanfaatkan dengan baik). Dengan adanya gangguan, sistem kontrol loop terbuka tidak dapat bekerja dengan yang diinginkan. 2.4.2 Sistem Pengontrolan Loop Tertutup Suatu sistem kontrol yang keluarannya mempengaruhi masukan dan sistem kontrol tersebut dinamakan dengan sistem pengontrolan tertutup. Gambar 2.7 memperlihatkan blok diagram dari suatu pengontrolan loop tertutup (Ogata, 1993). Aktuator Kontroller Plant atau Proses

Input

Output

Elemen UkurGambar 2.7 Sistem pengontrolan loop tertutup

Perbedaan yang mendasar antara pengendalian loop terbuka dan loop tertutup adalah adanya sarana umpan balik yang akan mengahasilkan umpan balik pada lintasan tertutup. Sebuah pengendali memerlukan pemantauan dan koreksi yang berkesinambungan untuk melaksanakan fungsinya dengan benar. Sistem pengendalian loop tertutup, memerlukan koreksi secara kontinu dalam melaksanakan unjuk kerja yang maksimum. Sinyal masukan merupakan sinyal referensi atau titik pengaturan (set point). Sasaran dari sistem ini adalah memperbaiki atau mengontrol output agar selalu sama dengan input. 2.5 Komponen Pendukung Perancangan Alat Untuk merancang rangkaian-rangkaian penggerak pada suatu sistem, dibutuhkan komponen-komponen elektronik yang memiliki fungsi kerja yang berbeda. Adapun komponen-komponen yang digunakan pada perancangan alat ini adalah :

2.5.1 Mikrokontroler AVR seri ATmega 8535 Perkembangan teknologi elektronika yang semakin maju, maka teknologi pada saat ini telah mengarah ke teknologi mikrokontroler. Mikrokontroler yaitu sebuah

18 komponen elektronik yang dapat bekerja sesuai dengan program yang diisikan kedalam memorinya seperti layaknya sebuah komputer yang sangat sederhana. Seperti umumnya komputer, mikrokontroler adalah alat yang mengerjakan instruksi-instruksi yang diberikan kepadanya. Artinya, bagian terpenting dan utama dari suatu sistem terkomputerisasi adalah program itu sendiri yang dibuat oleh seorang programmer. Program ini menginstruksikan komputer untuk melakukan jalinan yang panjang dari aksi-aksi sederhana untuk melakukan tugas yang lebih kompleks yang diinginkan oleh programmer. Sistem komputer menggunakan osilator clock untuk memicu CPU mengerjakan satu instruksi ke instruksi berikutnya dalam alur yang berurutan. Setiap langkah kecil dari operasi mikrokontroler memakan waktu satu atau beberapa clock untuk melakukannya. ATMega 8535 merupakan mikrokontroler berbasis AVR yang menggunakan RISC architecture, dimana untuk menjalankan satu instruksi dapat dilakukan dalam satu clock cycle saja. Hal ini jelas membuat teknologi AVR ini jauh lebih efisien dan lebih cepat dari pada mikrokontroler yang berbasis CISC, misalnya seperti MCS-51. Secara garis besar Atmega 8535 memiliki karakteristik sebagai berikut (Widodo,2004) : Saluran I/O sebanyak 32 buah, yaitu Port A, Port B, Port C, dan Port D. ADC 10 bit sebanyak 8 saluran. Tiga buah Timer/Counter dengan kemampuan pembanding. CPU yang terdiri dari atas 32 buah register. Watchdog Timer dengan osilator internal. SRAM sebesar 512 byte. Memori flash sebesar 8 kb dengan kemampuan Read While Write. Unit interupsi internal dan eksternal. EEPROM sebesar 512 byte yang dapat diprogram saat operasi. Antarmuka komparator analog.

19 Port USART untuk komunikasi serial.

Gambar 2.8 Pin AVR ATMega 8535

Keterangan pin ATMega 8535: 1. Vcc merupakan pin yang berfungsi sebagai pin masukan catu daya. 2. GND merupakan pin ground. 3. Port A (PA7.. PA0) merupakan pin I/O dua arah dan pin masukan ADC. 4. Port B (PB7..PB0) merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus, yaitu Timer/Counter, komparator analog dan SPI. 5. Port C (PC7..PC0) merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus, yaitu TWI, komparator analog dan Timer Oscilator. 6. Port D (PD7..PD0) merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus, yaitu komparator analog, interupsi eksternal dan komunikasi serial. 7. RESET merupakan pin yang digunakan untuk me-reset mikrokontroler. 8. XTAL1 dan XTAL2 merupakan pin masukan clock eksternal. 9. AVCC merupakan pin masukan tegangan untuk ADC. 10. AREF merupakan pin masukan tegangan referensi ADC Blok diagram struktur arsitektur dasar dari microcontroller AVR ATMega 8535 digambar olah gambar 2.9 di bawah ini (Agfianto EP, 2002): Seri

20

Gambar 2.9 Blok diagram arsitektur AVR ATMega 8535 2.5.2 Resistor Resistor merupakan komponen elektronika yang digunakan untuk menghambat arus listrik agar mempunyai nilai tertentu. Berdasarkan bahan pembuatannya, maka ada dua jenis resitor, yaitu resitor jenis lilitan kawat dan resistor karbon. berdasarkan

21 nilai hambatannya ada dua jenis resistor, yaitu resistor tetapa dan resistor variabel. Simbol dan bentuk fisik resistor digambarkan oleh gambar 2.10 dan gambar 211.

Gambar 2.10 Simbol resistor

Gambar 2.11 Photo bentuk Resistor Resistor yang paling banyak beredar dipasaran adalah resistor karbon, resistor ini mempunyai nilai tetap yang terbuat dari lapisan tipis karbon yang diberi perekat resin dan lapisan pengisolasi. Nilai resistor ini diketahui dari kode warna yang tercetak pada hambatan tersebut. Ada empat gelang warna yang melilit resitor, gelang pertama dan gelang kedua adalah kode untuk bilangan-bilangan pertama dan kedua dari nilai resitor. Gelang ketiga menandakan pengali bilangan yang ditunjukkan oleh gelang pertama dan kedua. Gelang terakhir menunjukkan kode nilai toleransi, nilai ini menyatakan presentase perubahan nilai resistor yang diperbolehkan. Nilai toleransi besaranya 5 % untuk warna emas, 10 % untuk warna perak dan 20% untuk tanpa warna. Untuk lebih jelas pembagian kode warna pada rasistor, dapat dilihat pada tabel 2.1.Tabel 2.4 Nilai warna gelang resistor

Warna Hitam Coklat Merah Jingga

Nilai 0 1 2 3

Factor pengali Toleransi 1 10 100 1.000 1% 2%

22 Kuning Hijau Biru Violet Abu-abu Putih Emas Perak Tanpa warna 4 5 6 7 8 9 10.000 100.000 106 107 108 109 0.1 0.01 -

5% 10% 20%

Pengujian resistor menggunakan multimeter digambarkan oleh gambar 2.12.

Gambar 2.12. Pengujian resistor

2.5.3

Dioda Dioda termasuk komponen elektronika yang terbuat dari bahan

semikonduktor. Beranjak dari penemuan dioda, para ahli menemukan juga komponen turunan lainnya yang unik.

23 Dioda memiliki fungsi yang unik yaitu hanya dapat mengalirkan arus satu arah saja. Struktur dioda tidak lain adalah sambungan semikonduktor P dan N. Satu sisi adalah semikonduktor dengan tipe P dan satu sisinya yang lain adalah tipe N. Dengan struktur demikian arus hanya akan dapat mengalir dari sisi P menuju sisi N. Struktur dioda beserta simbolyna tersebut di gambarkan oleh gambar 2.13.

Gambar 2.13. Simbol dan struktur dioda

Gambar ilustrasi di atas menunjukkan sambungan PN dengan sedikit porsi kecil yang disebut lapisan deplesi (depletion layer). Dimana terdapat keseimbangan hole dan elektron. Seperti yang sudah diketahui, pada sisi P banyak terbentuk hole-hole yang siap menerima elektron sedangkan di sisi N banyak terdapat elektron-elektron yang siap untuk bebas. Lalu jika diberi bias positif, dengan arti kata memberi tegangan potensial sisi P lebih besar dari sisi N, maka elektron dari sisi N dengan serta merta akan tergerak untuk mengisi hole di sisi P. Tentu kalau elektron mengisi hole disisi P, maka akan terbentuk hole pada sisi N karena ditinggal elektron. Ini disebut aliran hole dari P menuju N, jika mengunakan terminologi arus listrik, maka dikatakan terjadi aliran listrik dari sisi P ke sisi N. Gambar dioda dengan bias maju digambarkan olah gambar 2.14.

Gambar 2.14 Dioda dengan bias maju

Sebalikya apakah yang terjadi jika polaritas tegangan dibalik yaitu dengan memberikan bias negatif (reverse bias). Dalam hal ini, sisi N mendapat polaritas tegangan lebih besar dari sisi P. Gambar 2.15 berikut ini menggambarkan dioda ibias mundur.

24

Gambar 2.15Dioda dengan bias mundur

Tentu jawabanya adalah tidak akan terjadi perpindahan elektron atau aliran hole dari P ke N maupun sebaliknya. Karena baik hole dan elektron masing-masing tertarik ke arah kutup berlawanan. Bahkan lapisan deplesi (depletion layer) semakin besar dan menghalangi terjadinya arus. Demikianlah bagaimana dioda hanya dapat mengalirkan arus satu arah saja. Dengan tegangan bias maju yang kecil saja, dioda sudah menjadi konduktor. Tidak serta merta diatas 0 volt, tetapi memang tegangan beberapa volt diatas nol baru bisa terjadi konduksi. Ini disebabkan karena adanya dinding deplesi (deplesion layer). Untuk dioda yang terbuat dari bahan Silikon tegangan konduksi adalah diatas 0.7 volt. Kira-kira 0.2 volt batas minimum untuk dioda yang terbuat dari bahan Germanium. Grafik arus diodas tersebut igambarkab oleh gambar 2.15.(Ogata,1994)

Gambar 2.16 Grafik arus dioda

Sebaliknya untuk bias mundur dioda tidak dapat mengalirkan arus, namun memang ada batasnya. Sampai beberapa puluh bahkan ratusan volt baru terjadi breakdown. Dimana dioda tidak lagi dapat menahan aliran elektron yang terbentuk di lapisan deplesi. Pengujian dioda berdasarkan rangkaian digambarkan oleh gambar 2.17:

25

Vs

V0

Gambar 2.17 Rangkaian pengujian dioda

2.5.4

Dioda Jembatan Diode jembatan berfungsi sebagai penyearah gelombang penuh. Dioda adalah

komponen elektronika semikonduktor yang memiliki 1 buah junction yang sering di sebut sebagai komponen 2 lapis (lapis N dan lapis P). Untuk mengkonfigurasikan sebuah diode dibutuhkan suatu bias dioda. Bias dioda adalah pemberian tegangan luar ke terminal dioda. Apabila anoda diberi tegangan positif dan katoda diberi tegangan negatif maka diode tersebut dalam keadaan bias maju. Pada keadaan bias ini akan terjadi aliran arus dengan ketentuan beda tegangan yang diberikan ke dioda atau VAVK > VJ dan selalu positif, sebaliknya apabila anode di beri tegangan negatif dan katoda diberi tegangan positif, arus akan mengalir (IR) jauh lebih kecil dari kondisi bias maju. Bias ini di sebut bias mundur (VR). Dibawah ini merupakan bentuk fisik dari diode bridge. Simbol dan bentuk fisik dari dioda dapat kita lihat seperti gambar 2.18 dan gambar 2.19 berikut ini:

Gambar 2.18 Simbol dioda jembatan

26

Gambar 2.19 Photo dioda jembatan

2.5.5

LED LED adalah singkatan dari Light Emiting Diode, merupakan komponen yang

dapat mengeluarkan emisi cahaya. LED merupakan produk temuan lain setelah dioda. Strukturnya juga sama dengan dioda, tetapi belakangan ditemukan bahwa elektron yang menerjang sambungan P-N juga melepaskan energi berupa energi panasdan energi cahaya. LED dibuat agar lebih efisien jika mengeluarkan cahaya. Untuk mendapatkan emisi cahaya pada semikonduktor, doping yang dipakai adalah galium, arsenic dan phosporus, Jenis doping yang berbeda menghasilkan warna yang berbeda pula. Simbol dan bentuk fisik LED digambarkan oleh gambar 2.20 dan gambar 2.21.

Gambar 2.20Simbol LED

Gambar 2.21 Photo LED Saat ini warna-warna cahaya LED yang banyak adalah warna merah, kuning, hijau. LED berwarna biru sangat langka. Pada dasarnya semua warna bisa dihasilkan, namun akan menjadi sangat mahal dan tidak efisien. Dalam memilih LED selain warna,perlu diperhatikan tegangan kerja, arus maksimum dan disipasi dayanya. Rumah

27 (chasing) LED dan bentuknya juga bermacam-macam, ada yang persegi empat, bulat dan lonjong. 2.5.6 Kapasitor Bentuk fisik dan simbol kapasitor ditunjukkan oleh gambar 2.22

a

b

Gambar 2.22 (a) Photo kapasitor, (b) Simbol kapasitor Kapasitor merupakan komponen pasif elektronika yang sering dipakai didalam merancang suatu sistem yang berfungsi untuk mengeblok arus DC, filter, dan penyimpan energi listrik. Didalamnya 2 buah pelat elektroda yang saling berhadapan dan dipisahkan oleh sebuah insulator. Sedangkan bahan yang digunakan sebagai insulator dinamakan dielektrik. Ketika kapasitor diberikan tegangan DC maka energi listrik disimpan pada tiap elektrodanya. Selama kapasitor melakukan pengisian, arus mengalir. Aliran arus tersebut akan berhenti bila kapasitor telah penuh. Yang membedakan tiap - tiap kapasitor adalah dielektriknya. Jenis-jenis transistor diantaranya adalah kapasitas elektrolit, kapasitor tantalum, kapasitor keramik, kapasitor mika dan lainnya. 2.5.7 Relay Relay adalah alat elektronik yang bila dialiri arus akan menimbulkan medan magnet pada kumparan untuk menarik saklar (switch) agar terhubung. Dan bila tidak dialiri arus akan melepaskan saklar kembali. Relay merupakan alat elektronik yang sederhana, dapat terdiri dari sebuah kumparan atau selonoida, sebuah inti ferromagnetic dan armature atau saklar yang berfungsi sebagai penyambungan arus. Gambar 2.23 dan 2.24, menggambarkan bagian-bagian rele dan bentuk fisik dari rele tersebut.(Novan,2006)

28

T erm in al -term in al k u m p aran

1 2 3

L en g an len g an K o n tak Engs l e

T erm in al -term in al k u m p aran k u mp aran

A rm atu r In ti b esi lu n ak

Gambar 2.23 Bagian-bagian rele

Gambar 2.24 Photo rele

Prinsip kerja rangkaian rele diatas adalah apabila dialiri arus mengalir melalui basis pada transistor (basis berlogika 1), maka pada arus basis akan mengalir pada kolektror transistor. Aliran arus pada kolektor akan menyebabkan terjadinya medan magnet pada lilitan rele sehingga saklar (switch) akan terhubung dan beban akan mendapat tegangan. Tetapi bila basis mendapat logika 0 maka tidak ada arus yang mengalir pada basis dan tidak akan ada juga arus yang mengalir ke kolektor, sehingga saklar tidak akan terhubung karena medan magnet tidak timbul. Perhitungan daya pada relay dapat dihitung dengan persamaan (2.2 ). P=VxI Keterangan : 2.5.8 P = Daya (watt) V = tegangan (Volt) I = arus (ampere) (2.2 )

Transistor Transistor adalah komponen elektronika multitermal, biasanya memiliki 3

terminal. Secara harfiah, kata Transistor berarti Transfer resistor, yaitu suatu

29 komponen yang nilai resistansi antara terminalnya dapat diatur. Secara umum transistor terbagi dalam 3 jenis : 1. Transistor Bipolar 2. Transistor Unipolar 3. Transistor Unijunction Transistor bipolar bekerja dengan 2 macam carrier, sedangkan unipolar satu macam saja, hole atau electron. Beberapa perbandingan transistor bipolar dan unipolar ituliskan pada tabel 2.5 Transistor yang digunakan pada perancangan alat ini adalah transistor PNP MJ2955. Transistor ini dikenal dengan sebutan bipolar silicon power transistor. Simbol dan Bentuk fisik transistor MJ2955 digambarkan oleh gambar 2.25 dan gambar 2.26.Tabel 2.5 Perbedaan transistor bipolar dan unipolar

dimensi daya BW respon input impedansi

Bipolar besar besar lebar tinggi arus sedang

Unipolar Kecil Kecil Sempit sedang tegangan tinggiC B

E

Gambar 2.25 Simbol Transistor

30

Gambar 2.26 Photo bentuk Transistor MJ2955

Karakteristik transistor MJ2955 dapat terlihat pada tabel 2.6 berikut :Tabel 2.6 Maximum rating transistor MJ2955

Berdasarkan tabel 2.6 dapat diketahui bahwa transistor MJ2955 termasuk kategori transistor power karena arus kolektor dapat mencapai 15A dengan disipasi daya yang bisa mencapai 115 watts. Tentu dalam mendesain suatu rangkaian semestinya batas-batas maksimum ini perlu diketahui, sehingga tidak melampaui batas optimum yang dapat dicapai. 2.5.10 Potensiometer Potensiometer adalah suatu jenis resistor variabel yang nilai tahanannya dapat diatur atau diubah-ubah. Pada perancangan aat ini kita gunakan potensiometer pada rangkaian catu daya variabel yang merupakan pengatur kecepatan putaran motor DC. Yang mana kecepatan putaran motor DC akan berubah sesuai dengan nilai resistansi pada potensiometer. Simbol dan bentuk fisik potensio digambarkan oleh gambar 2.27 dan gambar 2.28

31

Gambar 2.27 Simbol Potensiometer

Gambar 2.28 Bentuk Fisik Potensiometer

2.5.11 IC Regulator LM78xx IC Regulator LM78xx berfungsi sebagai penstabil tegangan pada rangkaian catu daya. Pada sistem ini kita menggunakan 3 jenis IC regulasi, diantaranya LM7805, LM7809, LM7812. yang masing-masing merupakan penstabil tegangan 5 V, 9 V, dan 12 V DC. Pada gambar berikut diperihatkan bentuk fisik dan susunan pin LMxx. Bentuk fisik serta susunan pin dari IC Regulator LM78xx digambarkan oleh gambar 2.29 dan gambar 2.30.

Gambar 2.29 Photo IC Regulator LMxx

32

Gambar 2.30 Susunan Pin LMxx

Untuk mengetahui kapasitas dari IC regulator 78xx dapat dilihat pada tabel 2.7 untuk 7805, tabel 2.8 untuk 7809 dan tabel 2.9 untuk 7806.

Tabel 2.7 Karakteristik elektrik LM7805

Tabel 2.8 Karakteristik elektrik LM7809

33

Tabel 2.9 Karakteritik elektrik LM7806

2.5.12 Transformator

34 Transformator merupakan suatu peralatan listrik yang dapat memindahkan daya arus bolak-balik dari suatu sumber ke sumber yang lain. Transformator terdiri dari dua buah kumparan yaitu kumparan primer dan kumparan sekunder. Kedua kumparan ini dililitkan pada inti besi pelat tipis yang berlapis-lapis. Kumparan primer yaitu kumparan yang diberi arus bolak-balik langsung dari sumber tegangan (PLN) disebut juga masukan transformator. Sedangkan kumparan sekunder adalah kumparan yang mengeluarkan tegangan bolak-balik (keluaran transformator). Transformator ada yang bisa menaikkan tegangan yang disebut step-up, ada yang bisa menurunkan tegangan disebut step-down dan ada juga yang bisa menaikkan dan menurunkan tegangan disebut auto transformator. Simbol serta konstruksi dari transformator digambarkan oleh gambar 2.31 dan gambar 2.32 bawah ini:

PRIMER

SKUNDER

Gambar 2.31 Simbol transformator

Gambar. 2.32Photo transfomator

Perbandingan antara tegangan, arus dan lilitan primer serta kumparan sekunder pada transformator di tuliskan dalam persamaan (2.3) berikut :V1 N1 I 2 = = V2 N 2 I1

(2.3)

Keterangan : V1 = Tegangan primer ( V )

V2 = Tegangan sekunder (V )

35 N1 = Lilitan primer N2 = Lilitan sekunder I1 = Arus primer ( A ) I2 = Arus sekunder ( A ) Berdasarkan transformator yang digunakan diketahui : 1. V primer = 220 Volt 2. V sekunder = 12 Volt 3. Arus primar = 0.1 Ampere Maka :

Vprimer Isekunder = Vsekunder Iprimer 220Volt Isekunder = 12Volt 0,1Ampere220 Volt x 0,1 Ampere = 12 Volt x I sekunder I sekunder =220Volt 0,1Ampere 12Volt

= 1,83 Amper Berdasarkan perhitungan yang didapatkan arus pada sisi sekunder 1,83 Ampere, maka transformator step down dengan rating arusnya 2 Ampere. 2.5.12 Penyearah Penyearah adalah suatu rangkaian yang berfungsi mengubah arus bolak-balik (AC) menjadi arus searah (DC). Ada beberapa jenis rangkaian penyearah satu phasa yang masing-masing jenis memberikan hasil yang berbeda-beda. Dioda merupakan komponen elektronika yang digunakan pada catu daya yang berfungsi sebagai penyearah tegangan masukan pada suatu rangakaian, baik untuk penyearah satu phasa setengan gelombang maupun penyearah satu phasa gelombang penuh. a. Penyearah 1 phasa Setengah Gelombang Bentuk rangkaian dari penyearah satu phasa setengah gelombang beban R dapat dilihat pada gambar dibawah. Dioda D akan konduksi apabila tegangan anodanya lebih tinggi dari katodanya. Saat terminal A dari suatu transformator positif, arus akan mengalir melewati dioda, pada setengah gelombang berikutnya terminal B akan positif, menyebabkan dioda reverse bias, hal ini menyebabkan arusnya akan

36 terputus. Gambar 2.33 menggambarkan gambar penyearah setengah gelombang dengan beban resistor. A Sumber AC i B Gambar 2.33 Penyearah satu phasa setengah gelombang beban R b. Penyearah 1 phasa Gelombang Penuh Penyearah gelombang penuh sistem jembatan rangkaiannya digambarkan oleh gambar 2.34 dibawah ini. A D1 Sumber AC D2 BGambar 2.34 Penyearah satu phasa gelombang penuh sistem jembatan beban R

D R VR

D3 R D4

Cara kerja dari penyearah ini adalah disaat terminal A positif, arus akan mengalir menuju dioda D3, hal ini menyebabkan D3 forward bias dan arus akan lewat ke beban, dari beban arus akan diteruskan ke D2, D2 juga akan forward bias. Gelombang berikutnya terminal B akan positf, arus akan lewat pada D4, D4 akan forward bias dan arus akan diteruskan ke beban, dari beban arus akan diteruskan ke D1, D1 juga akan forward bias. Dengan demikian setiap gelombang tegangan akan dipositifkan (gelombang penuh).