Sistem Penyiraman Tanaman Cabe Otomatis
1. Untuk memahami prinsip kerja dan pengaplikasian sensor soil moisture, rain sensor, DHT11, dan LDR.
2. Untuk memahami prinsip kerja arduino.
3. Untuk memahami pengaplikasian komunikasi UART.
4. Memudahkan manusia dalam memelihara tanaman cabai.
1.3.1. Mikrokontroler
Mikrokontroler merupakan suatu Integrated Circuit (IC) yang berisi Central Processing Unit (CPU), Read Only Memory (ROM), Random Access Memory (RAM), dan Input/Output. Mikrokontroler melakukan proses berfikir berdasarkan program yang telah diinput.
Salah satu mikrokontroler keluarga AVR 8 bit adalah ATMega328. ATMega328 adalah mikrokontroler yang memiliki arsitektur Reduce Instruction Set Computer (RISC) dimana proses eksekusi data lebih cepat dari pada arsitektur Completed Instruction Set Computer (CISC). Mikrokontroler ATmega328 memiliki arsitektur Harvard yaitu memisahkan memori untuk kode program dan memori untuk data sehingga dapat memaksimalkan kerja (Paramarta et al., 2016).
Gambar 1.1. Konfigurasi Pin ATMega328
Blok-blok di atas dijelaskan sebagai berikut :
a) Universal Asynchronous Receiver/Transmitter (UART) adalah antar muka yang digunakan untuk komunikasi serial seperti pada RS-232, RS-422 dan RS-485.
b) 2KB RAM pada memory kerja bersifat volatile (hilang saat daya dimatikan),digunakan oleh variabel-variabel pada program.
c) 32KB RAM flash memory bersifat non-volatile, digunakan untuk menyimpan program yang dimuat dari komputer. Selain program, flash memory juga menyimpan bootloader. Bootloader ini yang menjembatani antara software compiler arduino dengan mikrokontroler. Dan ketika pengguna papan mikrokontroller arduino menulis program tidak perlu banyak menuliskan syntax bahasa C, cukup melakukan pemanggilan fungsi program, hemat waktu dan pikiran.
d) 1KB EEPROM bersifat non-volatile, digunakan untuk menyimpan data yang tidak boleh hilang saat daya dimatikan. Tidak digunakan pada papan Arduino. Central Processing Unit (CPU), bagian dari mikrokontroler untuk menjalankan setiap instruksi dari program.
e) Port input/output, pin-pin untuk menerima data (input) digital atau analog, dan mengeluarkan data (output) digital atau analog.
Gambar 1.2. Mikrokontroler pada Arduino Uno R3 ATMega 328
1.3.2. Arduino Uno
Arduino Uno adalah board mikrokontroler berbasis ATmega328 (datasheet). Memiliki 14 pin input dari output digital dimana 6 pin input tersebut dapat digunakan sebagai output PWM dan 6 pin input analog, 16 MHz osilator kristal, koneksi USB, jack power, ICSP header, dan tombol reset. Untuk mendukung mikrokontroler agar dapat digunakan, cukup hanya menghubungkan Board Arduino Uno ke komputer dengan menggunakan kabel USB atau listrik dengan AC yang-ke adaptor-DC atau baterai untuk menjalankannya. Uno berbeda dengan semua board sebelumnya dalam hal koneksi USB-to-serial yaitu menggunakan fitur Atmega8U2 yang diprogram sebagai konverter USB-to-serial berbeda dengan board sebelumnya yang menggunakan chip FTDI driver USB-to-serial.
Nama “Uno” berarti satu dalam bahasa Italia, untuk menandai peluncuran Arduino 1.0. Uno dan versi 1.0 akan menjadi versi referensi dari Arduino. Uno adalah yang terbaru dalam serangkaian board USB Arduino, dan sebagai model referensi untuk platform Arduino, untuk perbandingan dengan versi sebelumnya, lihat indeks board Arduino.
|
SPESIFIKASI |
|
|
Arduino Uno |
|
|
Microcontroller |
ATmega328P |
|
Operating Voltage |
5V |
|
InputVoltage (recommended) |
7-12V |
|
Input Voltage (limit) |
6-20V |
|
Digital I/O Pins |
14 (of which 6 provide PWM output) |
|
PWM Digital I/O Pins |
6 |
|
Analog Input Pins |
6 |
|
DC Current per I/O Pin |
20 mA |
|
DC Current for 3.3V Pin |
50 mA |
|
Flash Memory 32 KB |
(ATmega328P) |
|
SRAM |
2 KB (ATmega328P) |
|
EEPROM |
1 KB (ATmega328P) |
|
Clock Speed |
16 MHz |
|
LED_BUILTIN |
13 |
|
Length |
68.6 mm |
|
Width |
53.4 mm |
|
Weight |
|
Table 1.1. Spesifikasi Arduino Uno
Arduino Uno dapat diaktifkan melalui koneksi USB atau dengan catu daya eksternal (otomatis). Daya Eksternal (non-USB) dapat berasal baik dari AC-ke adaptor-DC atau baterai. Adaptor ini dapat dihubungkan dengan menancapkan plug jack pusat-positif ukuran 2.1mm konektor POWER. Ujung kepala dari baterai dapat dimasukkan kedalam Gnd dan Vin pin header dari konektor POWER. Kisaran kebutuhan daya yang disarankan untuk board Uno adalah7 sampai dengan 12 V, jika diberi daya kurang dari 7 V kemungkinan pin 5 V Uno dapat beroperasi tetapi tidak stabil kemudian jika diberi daya lebih dari 12V, regulator tegangan bisa panas dan dapat merusak board Uno. Pin listrik adalah sebagai berikut:
a) VIN. Tegangan masukan kepada board Arduino ketika itu menggunakan sumber daya eksternal (sebagai pengganti dari 5volt koneksi USB atau sumber daya lainnya).
b) 5V. Catu daya digunakan untuk daya mikrokontroler dan komponen lainnya.
c) 3v3. Sebuah pasokan 3,3volt dihasilkan oleh regulator on-board.
d) GND. Ground pin.Input dan Output
Masingmasing dari 14 pin digital di Uno dapat digunakan sebagai input atau output, dengan menggunakan fungsi pinMode (), digitalWrite (), dan digitalRead (), beroperasi dengan daya 5 volt. Setiap pin dapat memberikan atau menerima maksimum 40 mA dan memiliki internal pull-up resistor (secara default terputus) dari 20-50 kOhms. Selain itu, beberapa pin memiliki fungsi khusus:
e) Serial: 0 (RX) dan 1 (TX). Digunakan untuk menerima (RX) dan mengirimkan (TX) TTL data serial. Pin ini dihubungkan ke pin yang berkaitan dengan chip Serial ATmega8U2 USB-to-TTL.
f) Eksternal menyela: 2 dan 3. Pin ini dapat dikonfigurasi untuk memicu interrupt pada nilai yang rendah, dengan batasan tepi naik atau turun, atau perubahan nilai. Lihat (attachInterrupt) fungsi untuk rincian lebih lanjut.
g) PWM: 3, 5, 6, 9, 10, dan 11. Menyediakan output PWM 8-bit dengan fungsi analogWrite ().
h) SPI: 10 (SS), 11 (Mosi), 12 (MISO), 13 (SCK). Pin ini mendukung komunikasi SPI menggunakan SPI library.
i) LED: 13. Ada built-in LED terhubung ke pin digital 13. Ketika pin bernilai nilai HIGH, LED on, ketika pin bernilai LOW, LED off.
Arduino Uno memiliki 6 masukan analog, berlabel A0 sampai dengan A5, yang masing-masing menyediakan 10 bit dengan resolusi (yaitu 1024 nilai yang berbeda)
1.3.3. PWM ( Pulse Width Modulation )
PWM merupakan sebuah mekanisma untuk membangkitkan
sinyal keluaran
yang periodenya berulang antara high dan low, dimana kita dapat mengontrol
durasi sinyal sesuai dengan yang kita inginkan. Duty cycle merupakan presentase periode sinyal high dan low. Presentase
duty cycle bebanding lurus dengan
tegangan rata-rata yang dihasilkan.
1.3.3.1. Prinsip Dasar PWM
Modulasi lebar pulsa (PWM) dicapai dengan bantuan gelombang kotak yang mana duty cycle gelombang dapat diubah ubah untuk mendapatkan keluaran bervariasi yang merupakan nilai rata- rata dari gelombang tersebut.
Gambar 1.3. Bentuk Gelombang Kotak
Siklus kerja atau duty cycle sebuah gelombang di definisikan sebagai :
……………………………………………..…………...... (1.1)
Tegangan keluaran dapat bervariasi dengan duty-cycle dengan rumus :
sehingga : 
………………….… (1.2)
PWM bekerja sebagai switching power suplai untuk mengontrol on dan off.
Tegangan dc dikonversi menjadi sinyal kotak bolak balik, saat on mendekati tegangan puncak dan saat off mrnjadi nol (0) volt. Jika frekuensi switching cukup tinggi maka teemperatur air yang dikendalikan akan semakin sesuai dengan yang diharapkan. Dengan mengatur duty cycle dari sinyal (modulasi lebar pulsa dari sinyal disebabkan oleh PWM). Terlihat pada gambar di bawah sinyal ref adalah sinyal tegangan dc yang dikonversi oleh sinyal gergaji dan menghasilkan sinyal kotak
Gambar 1.4. Sinyal Referensi
Informasi analog dapat dikirimkan dengan menggunakan pulsa tegangan atau pulsa arus. Dengan modulasi pulsa, pembawa informasi terdiri dari pulsa persegi yang berulang. Salah satu teknik modulasi yang sering digunakan adalah teknik modulasi durasi atur lebar dari waktu tunda positif ataupun waktu tunda negatif pulsa persegi tersebut. Untuk membangkitkan sinyal PWM adalah dengan menggunakan fungsi timer/counter yang dibandingkan nilainya dengan sebuah register tertentu.
1.3.4. ADC (Analog to Digital Converter)
Sistem mikrokontroler hanya dapat mengolah data dalam bentuk bine. Oleh sebab itu setiap data analog yang akan diproses oleh mikrokontroler harus diubah kedalam bentuk kode biner dimana Pengubahan data analog kedalam bentuk biner ditangani oleh piranti ADC. Tegangan masukan ADC didapatkan dari tranducer. Tranducer adalah pengubah besaran kontinu, dalam hal ini adalah tegangan DC 12 Volt. Tegangan listrik yang dihasilkan oleh tranducer yang berubah secara kontinu pada suatu kisaran tertentu disebut tegangan analog, dan tegangan analog ini diubah oleh ADC menjadi bentuk digital yang sebanding dengan tegangan analognya.
Ada 4 karakteristik yang perlu diperhatikan dalam pemilihan komponen ADC, antara lain :
1) Resolusi
Merupakan spesifikasi terpenting untuk ADC, yaitu jumlah langkah dari sinyal skala penuh yang dapat dibagi dan juga ukuran dari langkah_langkah, dinyatakan dalam jumlah bit yang ada dalam satu kata (digital words), ukuran langkah terkecil sebagai persen dari skala penuh atau dapat juga langkah terkecil dalam miliVolt (untuk skala penuh yang dihasilkan).
2) Akurasi
Adalah jumlah dari semua kesalahan, misalnya kesalahan non linieritas, skala penuh, skala nol, dan lain-lain. Dapat juga menyatakan perbedaan antara tegangan masukan analog secara teoritis yang dibutuhkan untuk menghasilkan suatu kode biner tertentu terhadap tegangan masukan nyata yang menghasilkan tegangan kode biner tersebut.
3) Waktu Konversi
Adalah waktu yang dibutuhkan untuk mengubah setiap sampel ke bentuk digital, atau yang diperlukan untuk menyelesaikan suatu konversi.
4) Fungsi Transfer Ideal ADC
Fungsi transfer ideal untuk konverter analog-ke-digital (ADC, analog-to-digital converter) berbentuk garis lurus. Bentuk ideal garis lurus hanya dapat dicapai dengan konverter data beresolusi tak-hingga. Karena tidak mungkin mendapatkan resolusi tak hingga, maka secara praktis fungsi tranfer ideal tersebut berbentuk gelombang tangga seragam seperti terlihat pada Gambar 1.5 Semakin tinggi resolusi ADC, semakin halus gelombang tangga tersebut. ADC ideal secara unik dapat merepresentasikan seluruh rentang masukan analog tertentu dengan sejumlah kode keluaran digital. Pada gambar 1 ditunjukkan bahwa setiap kode digital merepresentasikan sebagian dari rentang masukan analog total. Oleh karena skala analog bersifat kontinyu sedangkan kode digital bersifat diskrit, maka ada proses kuantisasi yang menimbulkan kekeliruan (galat). Apabila jumlah kode diskritnya (yang mewakili rentang masukan analog) ditambah, maka lebar undak (step width) akan semakin kecil dan fungsi transfer akan mendekati garis lurus ideal. Lebar satu undak (step) didefinisikan sebagai 1 LSB (least significant bit) dan unit ini digunakan sebagai unit rujukan untuk besaran-besaran lain dalam spesifikasi peranti konversi data. Unit 1 LSB itu juga digunakan untuk mengukur resolusi konverter karena ia juga menggambarkan jumlah bagian atau unit dalam rentang analog penuh.
Resolusi ADC selalu dinyatakan sebagai jumlah bit-bit dalam kode keluaran digitalnya. Misalnya, ADC dengan resolusi n-bit memiliki 2n kode digital yang mungkin dan berarti juga memiliki 2n tingkat undak (step level). Meskipun demikian, karena undak pertama dan undak terakhir hanya setengah dari lebar penuh, maka rentang skala-penuh (FSR, full-scale range) dibagi dalam (2n -1) lebar undak. Karenanya,
Untuk converter n-bit.
Gambar 1.5. Fungsi Transfer Ideal ADC
1.3.5. Komunikasi
Komunikasi merupakan suatu kata yang dapat diartikan sebagai cara untuk menyampaikan atau menyebarluaskan data dan informasi. Komunikasi data adalah bagian dari komunikasi yang secara khusus berkenaan dengan transmisi atau pemindahan data dan informasi diantara komputer-komputer dan piranti-piranti yang lain dalam bentuk digital yang dikirim melalui media komunikasi data. Data berarti informasi yang disajikan oleh isyarat digital.
1.3.5.1. Universal Asynchronous Receiver Transmitter
Universal Asynchronous Receiver Transmitter (UART) adalah bagian perangkat keras komputer yang menerjemahkan antara bit-bit paralel data dan bit-bit serial. UART berupa sirkuit terintegrasi yang digunakan untuk komunikasi serial pada komputer atau port serial perangkat periperal.
UART terdiri dari:
1. Penyangga (buffer) Transmit/Receive
2. Pengendali (control) Transmit/Receive
3. Penyangga Bus Data
4. Logika Kendali Read/Write
5. Kendali Modem
Dalam pengiriman data, clock antara pengirim dan penerima harus sama karena paket data dikirim tiap bit mengandalkan clock tersebut. Inilah salah satu keuntungan model asynchronous dalam pengiriman data karena dengan hanya satu kabel transmisi maka data dapat dikirimkan.
Gambar 1.6. Format Data UART
Terdapat beberapa parameter yang dapat diatur yaitu start bit, parity bit, dan stop bit. Pengaturan ini harus sama antara pengirim dan penerima. Data yang dikirim adalah data berukuran 8 bit atau 1 byte. Jika ditambah dengan 3 parameter diatas maka total bit data yang dikirim adalah 11 bit. Dari format data inilah setiap data yang terbaca dapat diterjemahkan menjadi bit-bit yang merepresentasikan data tertentu
Sebenarnya tidak semua terdapat error dalam pengiriman data UART. Terjadinya error hanya terjadi ketika kita menggunakan clock mikrokontroler untuk nilai tertentu saja. Pada paket data UART, clock yang dikirimkan bergantung dari nilai baud rate. Karena protokol ini universal, maka baud rate yang ada adalah nilai-nilai tetap yang tidak bisa diubah ubah dari kisaran nilai 110 sampai 11059200 bps (bit per sekon) atau lebih. Semakin cepat clock yang digunakan maka baud rate akan semakin cepat juga.
1.3.6. DHT 11 Sensor
1.3.6. DHT 11 Sensor
Sensor DHT11 adalah sensor yang dapat membaca suhu (temperature) ruangan dan kelembapan udara (humidity). Kegunaan sensor DHT11 ini biasanya dipakai pada project monitoring suhu ruangan maupun kelembapan udara pada ruangan oven.
Gambar 1.6. Sensor DHT 11
Spesifikasi:
· Tegangan Input 3-5V
· Arus 0.3mA, Iddle 60uA
· Periode sampling 2 detik
· Output data serial
· Resolusi 16bit
· Temperatur antara 0°C sampai 50°C (akurasi 1°C )
· Kelembapan antara 20% sampai 90% (akurasi 5%)
1.3.6.1. Konfigurasi Pin Sensor DHT11
Sensor DHT11 memiliki 2 versi, yatu versi 4 pin dan versi 3 pin. Tidak ada perbedaan karakteristik dari 2 versi ini. Pada versi 4 pin,. Pin 1 adalah tegangan sumber, berkisar antara 3V sampai 5V. Pin 2 adalalah data keluaran (output) . Pin ke 3 adalah pin NC (normall y close ) alias tidak digunakan dan pin ke 4 adalah Ground. Sedangkan pada versi 3 kaki, pin 1 adalah VCC antara 3V sampai 5V, pin 2 adalah data keluaran dan pin 3 adalah Ground.
Gambar 1.7. Susunan Pin DHT 11
Grafik Respon :
Gambar 1.8. Grafik DHT 11
1.3.7. LDR Sensor
Light Dependent Resistor (LDR) adalah jenis Resistor yang nilai hambatan atau nilai resistansinya tergantung pada intensitas cahaya yang diterimanya. Nilai Hambatan LDR akan menurun pada saat cahaya terang dan nilai Hambatannya akan menjadi tinggi jika dalam kondisi gelap. Fungsi LDR (Light Dependent Resistor) adalah untuk menghantarkan arus listrik jika menerima sejumlah intensitas cahaya (Kondisi Terang) dan menghambat arus listrik dalam kondisi gelap.
Naik turunnya nilai Hambatan akan sebanding dengan jumlah cahaya yang diterimanya. Pada umumnya, Nilai Hambatan LDR akan mencapai 200 Kilo Ohm (kΩ) pada kondisi gelap dan menurun menjadi 500 Ohm (Ω) pada Kondisi Cahaya Terang.
LDR (Light Dependent Resistor) yang merupakan Komponen Elektronika peka cahaya ini sering digunakan atau diaplikasikan dalam Rangkaian Elektronika sebagai sensor pada Lampu Penerang Jalan, Lampu Kamar Tidur, Rangkaian Anti Maling, Shutter Kamera, Alarm dan lain sebagainya.
Adapun grafik respon sensor adalah:
Gambar 1.9. Grafik Sensitifitas LDR
Gambar 1.10. Grafik Spektral LDR
1.3.8. Rain Sensor
Rain sensor berfungsi untuk mendeteksi hujan turun atau tidak. jika papan sensor ini terkena air maka resistansinya akan berubah, semakin banyak air semakin kecil resistansinya dan sebaliknya. Pada sensor ini, terdapat integrated circuit atau IC (komponen dasar yang terdiri dari resistor, transistor, dan lain-lain) komparator yang berfungsi memberikan sinyal berupa logika 1 dan 0.
Gambar 1.11. Rain Sensor
Gambar 1.12. Pin Rain Sensor
Pin Configuration
1.VCC: 5V DC
2.GND: ground
3.DO: high/low output
4.AO: analog output
SPECIFICATION
· Adoptshigh quality of RF-04 double sidedmaterial.
· Area:5cm x 4cm nickel plateon side,
· Anti-oxidation,anti-conductivity, with long use time;
· Comparator output signal clean waveform is good, driving ability, over 15mA;
· Potentiometer adjust the sensitivity;
· Working voltage 5V;
· Output format: Digital switching output (0 and 1) and analog voltage output AO;
· With bolt holes for easy installation;
· Small board PCB size: 3.2cm x 1.4cm;
· Usesa wide voltage LM393 comparator
Gambar 1.13. Grafik Respon Rain Sensor
1.3.9. Soil Moisture
Kelembaban udara menggambarkan kandungan uap air di udara yang dapat dinyatakan sebagai kelembaban mutlak, kelembaban nisbi (relatif) maupun defisit tekanan uap air. Kelembaban nisbi adalah membandingkan antara kandungan ataupun tekanan uap air aktual dengan keadaan jenuhnya atau pada kapasitas udara untuk menampun uap air. Pada peralatan elektronik juga menjadi mudah berkarat jika udara disekitarnya memiliki kelembaban yang cukup tinggi. Oleh karena itu, informasi mengenai kelembaban udara pada suatu area tertentu menjadi sesuatu hal yang sangat penting untuk diketahui karena menyangkut efek-efek yang ditimbulkannya juga cukup besar.
Moisture sensor adalah sensor kelembaban yang dapat mendeteksi kelembaban dalam tanah. Moisture sensor ini sangat sederhana, akan tetapi ideal untuk memantau taman kota, atau tingkat air pada tanaman pekarangan. Sensor ini terdiri dari dua probe untuk melewatkan arus listrik dalam tanah seperti yang ditunjukkan pada gambar 1.14 dibawah. Kemudian membaca resistansinya untuk mendapatkan nilai tingkat kelembaban. Semakin banyak air membuat tanah lebih mudah menghantarkan listrik (resistansi kecil), sedangkan untuk tanah yang kering sangat sulit menghantarkan listrik (resistansi besar). Sensor ini sangat membantu Anda untuk mengingatkan tingkat kelembaban pada tanaman atau memantau kelembaban tanah di kebun. IO Expansion Shield adalah shield yang sempurna untuk menghubungkan Sensor dengan Arduino
Gambar 1.14. Soil Moisture
1.3.10. Motor
Motor listrik adalah mesin yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanik atau tenaga penggerak atau tenaga pemutar. Dalam peralatan rumah tangga motor listrik dapat ditemukan contohnya: pengering rambut kipas angin, mesin cuci, mesin jahit, pompa air, blender, mixer, bor listrik, lemari es, dan penyedot debu. Sedangkan dalam industri motor listrik digunakan untuk impeller pompa, fan, blower, menggerakan kompresor, mengangkat beban dan lain-lain.
John Ambrose Fleming diakhir abad 19, memperkenalkan sebuah cara untuk memudahkan memahami cara kerja motor listrik. Yang disebut kaidah tangan kiri, kaidah ini memudahkan untuk mengetahui arah gaya dorong/lorentz, arah medan magnet dan arah arus listrik pada sebuah sistem induksi elektromagnetik. Berikut gambar kaidah tangan kiri.
Gambar 1.15.Aturan Tangan Kiri
Prinsip kerja motor listrik adalah mengubah tenaga listrik menjadi tenaga mekanik. Perubahan dilakukan dengan merubah tenaga listrik menjadi magnet yang disebut elektromagnit. Menurut sifatnya, kutub-kutub magnit senama akan tolak-menolak dan kutub-kutub tidak senama akan tarik-menarik. Sehingga jika sebuah magnet ditempatkan pada sebuah poros yang berputar dan magnet lainnya pada suatu kedudukan yang tetap maka akan diperoleh gerakan atau putaran.
Ada banyak bagian motor listrik tapi, sejatinya motor listrik hanya memiliki komponen utama yaitu stator dan rotor. Berikut ini bagian-bagian motor listrik:
a) Stator.
Adalah bagian dari motor listrik yang tidak bergerak stator penghasil medan magnet, baik itu elekromagnetik ataupun medan magnet tetap. Stator terdiri dari beberapa bagian yaitu :
· Badan Motor, adalah tempat lilitan stator.terdiri dari rumah dengan alur-alurnya yang dibuat dari pelat-pelat yang dipejalkan berikut tutupnya.
· Kumparan Stator, adalah elektromagnetik berfungsi sebagai penghasil medan magnet bias diganti dengan medan magnet tetap yang memiliki dua kutub magnet yang saling berhadapan, kutub utara dan kutub selatan
b) Rotor. adalah bagian dari motor listrik yang bergerak, rotor terdiri dari beberapa bagian yaitu :
· Sikat, untuk menghubungkan arus dari sumber tegangan ke komutator dari kumparan.
· Komutator, untuk mengubah/membalik arah arus yang mengalir pada kumparan agar putaran motor dapat terjadi. (Tidak bergerak bolak-balik) dan membantu dalam transmisi arus antara rotor dengan sumber daya.
c) Terminal adalah titik penyambungan sumber tenaga listrik dengan ujung kumparan motor.
d) Bearing adalah bantalan AS motor
e) Body Motor adalah tutup motor untuk pelindung dari lingkungan.
f) Celah Udara adalah jarak antara kedudukan stator dengan rotor.
Berikut ini gambar bagian-bagian motor listrik:
Gambar 1.16. Struktur Motor
Pada dasarnya motor listrik dibedakan dari jenis sumber tegangannya motor listrik terbagi 2 yaitu: Motor AC {Alternating Current} atau Motor Listrik Arus Bolak-Balik danMotor DC {Direct Current} atau Motor Listrik Arus Searah. Dari 2 jenis motor listrik tersebut terdapat klasifikasi jenis-jenis motor listrik berdasarkan prinsip kerja, konstruksi, operasi dan karakternya. Seperti yang terlihat gambar dibawah ini:
Gambar 1.17. Jenis-Jenis Motor
Motor DC adalah jenis motor listrik yang memerlukan sumber tegangan DC untuk beroperasi. Motor DC dibedakan lagi dari sumber dayanya yaitu sebagai berikut:
a) Separately Excited atau Motor DC Sumber Daya Terpisah.
b) Self Excited atau Motor DC Sumber Daya Sendiri berdasarkan konfigurasi supply medan dengan kumparan motor, Motor DC Self Excited dibedakan lagi yaitu sebagai berikut :
· Motor DC Seri. Jenis motor yang gulungan medannya dihubungkan secara seri dengan gulungan kumparan motor,
· Motor DC Shunt. Jenis motor yang gulungan medannya dihubungkan secara pararel dengan gulungan kumparan motor
· Motor DC Campuran/Kompon. Jenis motor yang gulungan medan dihubungkan secara pararel dan seri dengan gulungan motor listrik.
Motor AC adalah jenis motor listrik yang memerlukan sumber tegangan AC untuk beroperasi. Motor AC dibedakan lagi dari sumber dayanya yaitu sebagai berikut:
a) Motor Sinkro (Motor Serempak), jenis motor ac yang bekerja pada kecepatan tetap pada sistem frekuensi tertentu, motor jenis memiliki torsi yang rendah dan memerlukan arus dc untuk pembangkitan daya.
b) Motor Induksi (Motor Tak Serempak), merupakan motor listrik AC yang bekerja berdasarkan induksi medan magnet antara rotor dan stator. Motor induksi dapat diklasifikasikan menjadi dua kelompok utama sebagai berikut :
· Motor 1 Fasa, motor yang beroperasi dengan daya 1 fasa untuk menghasilkan tenaga mekanik.
· Motor 3 Fasa, motor yang beroperasi dengan daya 3 fasa untuk menghasilkan tenaga mekanik.
1.3.11. Motor PWM Servo
Motor servo menggunakan dengan sistem umpan balik tertutup, di mana posisi dari motor akan diinformasikan kembali ke rangkaian kontrol yang ada di dalam motor servo. Motor ini terdiri dari sebuah motor DC, serangkaian gear, potensiometer dan rangkaian kontrol. Potensiometer berfungsi untuk menentukan batas sudut dari putaran servo. Sedangkan sudut dari sumbu motor servo diatur berdasarkan lebar pulsa yang dikirim melalui kaki sinyal dari kabel motor. Karena motor DC servo merupakan alat untuk mengubah energi listrik menjadi energy mekanik, maka magnit permanent motor DC servolah yang mengubah energi listrik ke dalam energi mekanik melalui interaksi dari dua medan magnit. Salah satu medan dihasilkan oleh magnit permanent dan yang satunya dihasilkan oleh arus yang mengalir dalam kumparan motor. Resultan dari dua medan magnit tersebut menghasilkan torsi yang membangkitkan putaran motor tersebut. Saat motor berputar, arus pada kumparan motor menghasilkan torsi yang nilainya konstan.
Untuk dapat mengontrol motor servo kita perlu memberikan pulsa high dan pulsa low dengan lebar tertentu. Frekuensi yang diperlukan adalah 50 Hz. Pulsa ini dapat dihasilkan dengan port I/O biasa pada mikrokontroler. Namun terkadang dengan cara ini pergerakan servo menjadi kurang akurat. Oleh karena itu digunakan metode Pulse Width Modulation (PWM). Dengan metode PWM dapat dihasilkan gerakan servo yang cukup akurat dengan resolusi yang kita sesuaikan dengan keinginan kita.
Berikut ini adalah salah satu contoh pulsa yang dihasilkan untuk menggerakan servo dengan sudut 0o,90o, dan 180o
Gambar 1.18. Pensinyalan Motor Servo
Pulsa ini dapat dihasilkan dari pin OCR pada mikrokontroler. Perlu pengaturan register timer pada mikrokontroler agar dapat dihasilkan pulsa dengan lebar yang sesuai kita inginkan. Hal yang sangat penting adalah pengaturan frekuensi dan lebar pulsa on dan pulsa off. Oleh karena itu perlu dihitung berapa konstanta-konstanta timer yang di atur pada mikrokontroler.
Dua parameter utama yang diperlukan untuk mencari konstanta-konstanta timer adalah nilai clock mikrokontroler dan nilai clock timer (ditentukan dari prescaler). Dari kedua parameter itu kita dapat merancang lebar pulsa high dan pulsa low dengan frekuensi tertentu yang sesuai untuk menggerakan motor servo, seperti pulsa pada gambar di atas.
1.3.12. LCD
LCD atau Liquid Crystal Display adalah suatu jenis media display (tampilan) yang menggunakan kristal cair (liquid crystal) untuk menghasilkan gambar yang terlihat. Teknologi Liquid Crystal Display (LCD) atau Penampil Kristal Cair sudah banyak digunakan pada produk-produk seperti layar Laptop, layar Ponsel, layar Kalkulator, layar Jam Digital, layar Multimeter, Monitor Komputer, Televisi, layar Game portabel, layar Thermometer Digital dan produk-produk elektronik lainnya.
Teknologi Display LCD ini memungkinkan produk-produk elektronik dibuat menjadi jauh lebih tipis jika dibanding dengan teknologi Tabung Sinar Katoda (Cathode Ray Tube atau CRT). Jika dibandingkan dengan teknologi CRT, LCD juga jauh lebih hemat dalam mengkonsumsi daya karena LCD bekerja berdasarkan prinsip pemblokiran cahaya sedangkan CRT berdasarkan prinsip pemancaran cahaya. Namun LCD membutuhkan lampu backlight (cahaya latar belakang) sebagai cahaya pendukung karena LCD sendiri tidak memancarkan cahaya. Beberapa jenis backlight yang umum digunakan untuk LCD diantaranya adalah backlight CCFL (Cold cathode fluorescent lamps) dan backlight LED (Light-emitting diodes). LCD atau Liquid Crystal Display pada dasarnya terdiri dari dua bagian utama yaitu bagian Backlight (Lampu Latar Belakang) dan bagian Liquid Crystal (Kristal Cair). Seperti yang disebutkan sebelumnya, LCD tidak memancarkan pencahayaan apapun, LCD hanya merefleksikan dan mentransmisikan cahaya yang melewatinya. Oleh karena itu, LCD memerlukan Backlight atau Cahaya latar belakang untuk sumber cahayanya. Cahaya Backlight tersebut pada umumnya adalah berwarna putih. Sedangkan Kristal Cair (Liquid Crystal) sendiri adalah cairan organik yang berada diantara dua lembar kaca yang memiliki permukaan transparan yang konduktif.
Bagian-bagian LCD atau Liquid Crystal Display diantaranya adalah:
· Lapisan Terpolarisasi 1 (Polarizing Film 1)
· Elektroda Positif (Positive Electrode)
· Lapisan Kristal Cair (Liquid Cristal Layer)
· Elektroda Negatif (Negative Electrode)
· Lapisan Terpolarisasi 2 (Polarizing film 2)
· Backlight atau Cermin (Backlight or Mirror)
Dibawah ini adalah gambar struktur dasar sebuah LCD:
Gambar 1.19.Struktur LCD
LCD yang digunakan pada Kalkulator dan Jam Tangan digital pada umumnya menggunakan Cermin untuk memantulkan cahaya alami agar dapat menghasilkan digit yang terlihat di layar. Sedangkan LCD yang lebih modern dan berkekuatan tinggi seperti TV, Laptop dan Ponsel Pintar menggunakan lampu Backlight (Lampu Latar Belakang) untuk menerangi piksel kristal cair. Lampu Backlight tersebut pada umumnya berbentuk persegi panjang atau strip lampu Flourescent atau Light Emitting Diode (LED). Cahaya putih adalah cahaya terdiri dari ratusan cahaya warna yang berbeda. Ratusan warna cahaya tersebut akan terlihat apabila cahaya putih mengalami refleksi atau perubahan arah sinar. Artinya, jika beda sudut refleksi maka berbeda pula warna cahaya yang dihasilkan.
Backlight LCD yang berwarna putih akan memberikan pencahayaan pada Kristal Cair atau Liquid Crystal. Kristal cair tersebut akan menyaring backlight yang diterimanya dan merefleksikannya sesuai dengan sudut yang diinginkan sehingga menghasilkan warna yang dibutuhkan. Sudut Kristal Cair akan berubah apabila diberikan tegangan dengan nilai tertentu. Karena dengan perubahan sudut dan penyaringan cahaya backlight pada kristal cair tersebut, cahaya backlight yang sebelumnya adalah berwarna putih dapat berubah menjadi berbagai warna.
Jika ingin menghasilkan warna putih, maka kristal cair akan dibuka selebar-lebarnya sehingga cahaya backlight yang berwarna putih dapat ditampilkan sepenuhnya. Sebaliknya, apabila ingin menampilkan warna hitam, maka kristal cair harus ditutup serapat-rapatnya sehingga tidak adalah cahaya backlight yang dapat menembus. Dan apabila menginginkan warna lainnya, maka diperlukan pengaturan sudut refleksi kristal cair yang bersangkutan.
1.3.13. Potensiometer
Gambar 1.20.Potensiometer
Potensiometer adalah salah satu jenis Resistor yang Nilai Resistansinya dapat diatur sesuai dengan kebutuhan Rangkaian Elektronika ataupun kebutuhan pemakainya. Potensiometer merupakan Keluarga Resistor yang tergolong dalam Kategori Variable Resistor. Secara struktur, Potensiometer terdiri dari 3 kaki Terminal dengan sebuah shaft atau tuas yang berfungsi sebagai pengaturnya. Gambar dibawah ini menunjukan Struktur Internal Potensiometer beserta bentuk dan Simbolnya. Pada dasarnya bagian-bagian penting dalam Komponen Potensiometer adalah:
1. Penyapu atau disebut juga dengan Wiper
2. Element Resistif
3. Terminal
Berdasarkan bentuknya, Potensiometer dapat dibagi menjadi 3 macam, yaitu:
1. Potensiometer Slider, yaitu Potensiometer yang nilai resistansinya dapat diatur dengan cara menggeserkan Wiper-nya dari kiri ke kanan atau dari bawah ke atas sesuai dengan pemasangannya. Biasanya menggunakan Ibu Jari untuk menggeser wiper-nya.
2. Potensiometer Rotary, yaitu Potensiometer yang nilai resistansinya dapat diatur dengan cara memutarkan Wiper-nya sepanjang lintasan yang melingkar. Biasanya menggunakan Ibu Jari untuk memutar wiper tersebut. Oleh karena itu, Potensiometer Rotary sering disebut juga dengan Thumbwheel Potentiometer.
3. Potensiometer Trimmer, yaitu Potensiometer yang bentuknya kecil dan harus menggunakan alat khusus seperti Obeng (screwdriver) untuk memutarnya. Potensiometer Trimmer ini biasanya dipasangkan di PCB dan jarang dilakukan pengaturannya.
Gambar 1.21. Jenis-Jenis Potensometer
Sebuah Potensiometer (POT) terdiri dari sebuah elemen resistif yang membentuk jalur (track) dengan terminal di kedua ujungnya. Sedangkan terminal lainnya (biasanya berada di tengah) adalah Penyapu (Wiper) yang dipergunakan untuk menentukan pergerakan pada jalur elemen resistif (Resistive). Pergerakan Penyapu (Wiper) pada Jalur Elemen Resistif inilah yang mengatur naik-turunnya Nilai Resistansi sebuah Potensiometer.
Elemen Resistif pada Potensiometer umumnya terbuat dari bahan campuran Metal (logam) dan Keramik ataupun Bahan Karbon (Carbon). Berdasarkan Track (jalur) elemen resistif-nya, Potensiometer dapat digolongkan menjadi 2 jenis yaitu Potensiometer Linear (Linear Potentiometer) dan Potensiometer Logaritmik (Logarithmic Potentiometer).
Dengan kemampuan yang dapat mengubah resistansi atau hambatan, Potensiometer sering digunakan dalam rangkaian atau peralatan Elektronika dengan fungsi-fungsi sebagai berikut:
a. Sebagai pengatur Volume pada berbagai peralatan Audio/Video seperti Amplifier, Tape Mobil, DVD Player.
b. Sebagai Pengatur Tegangan pada Rangkaian Power Supply
c. Sebagai Pembagi Tegangan
d. Aplikasi Switch TRIAC
e. Digunakan sebagai Joystick pada Tranduser
f. Sebagai Pengendali Level Sinyal
1.3.14. Motor Stapper
Motor stepper adalah perangkat elektromekanis yang bekerja dengan mengubah pulsa elektronis menjadi gerakan mekanis diskrit. Motor stepper bergerak berdasarkan urutan pulsa yang diberikan kepada motor. Karena itu, untuk menggerakkannya diperlukan pengendali motor stepper yang membangkitkan pulsa-pulsa periodik. Penggunaan motor stepper memiliki beberapa keunggulan
dibandingkan dengan penggunaan motor DC biasa. Keunggulannya antara lain adalah
a. Sudut rotasi motor proporsional dengan pulsa masukan sehingga lebih mudah diatur.
b. Motor dapat langsung memberikan torsi penuh pada saat mulai bergerak
c. Posisi dan pergerakan repetisinya dapat ditentukan secara presisi
d. Memiliki respon yang sangat baik terhadap mulai, stop dan berbalik
(perputaran)
e. Sangat realibel karena tidak adanya sikat yang bersentuhan dengan rotor
seperti pada motor DC
f. Dapat menghasilkan perputaran yang lambat sehingga beban dapat
dikopel langsung ke porosnya
g. Frekuensi perputaran dapat ditentukan secara bebas dan mudah pada
range yang luas.
Prinsip Kerja Motor Stepper
Motor stepper merupakan perangkat pengendali yang mengkonversikan bit-bit masukan menjadi posisi rotor. Bit-bit tersebut berasal dari terminal-terminal input yang ada pada motor stepper yang menjadi kutub-kutub magnet dalam motor. Bila salah satu terminal diberi sumber tegangan, terminal tersebut akan mengaktifkan kutub di dalam magnet sebagai kutub utara dan kutub yang tidak
diberi tegangan sebagai kutub selatan. Dengan terdapatnya dua kutub di dalam motor ini, rotor di dalam motor yang memiliki kutub magnet permanen akan
mengarah sesuai dengan kutub-kutub input. Kutub utara rotor akan mengarah ke kutub selatan stator sedangkan kutub selatan rotor akan mengarah ke kutub utara stator
Prinsip kerja motor stepper mirip dengan motor DC, sama-sama dicatu
dengan tegangan DC untuk memperoleh medan magnet. Bila motor DC memiliki magnet tetap pada stator, motor stepper mempunyai magnet tetap pada rotor. Adapun spesifikasi dari motor stepper adalah banyaknya fasa, besarnya nilai derajat per step, besarnya volt tegangan catu untuk setiap lilitan, dan besarnya arus yang dibutuhkan untuk setiap lilitan. Motor stepper tidak dapat bergerak sendiri secara kontinyu, tetapi bergerak secara diskrit per-step sesuai dengan spesifikasinya. Untuk bergerak dari satu step ke step berikutnya diperlukan waktu dan menghasilkan torsi yang besar pada kecepatan rendah
Karakteristik Motor Stepper
Tegangan, Tiap motor stepper mempunyai tegangan rata-rata yang tertulis
pada tiap unitnya atau tercantum pada datasheet masing-masing motor stepper. Tegangan rata-rata ini harus diperhatikan dengan seksama karena bila melebihi dari tegangan rata-rata ini akan menimbulkan panas yang menyebabkan kinerja putarannya tidak maksimal atau bahkan motor stepper akan rusak dengan sendirinya
Resistansi, Resistansi per lilitan adalah karakteristik yang lain dari motor
stepper. Resistansi ini akan menentukan arus yang mengalir, selain itu juga akan mempengaruhi torsi dan kecepatan maksimum dan motor stepper
Derajat per step, Besarnya derajat putaran per step adalah parameter
terpenting dalam pemilihan motor stepper karena akan menentukan ukuran langkah gerakan yang paling kecil (resolusi). Tiap-tiap motor stepper mempunyai spesifikasi masing-masing, antara lain 0.72° per step, 1.8° per step, 3.6° per step, 7.5° per step, 15° per step, dan bahkan ada yang 90° per step. Dalam pengoperasiannya kita dapat menggunakan 2 prinsip yaitu full step atau half step. Dengan full step berarti motor stepper berputar sesuai dengan spesifikasi derajat per stepnya, sedangkan half step berarti motor stepper berputar setengah derajat per step dari spesifikasi motor stepper tersebut
1. Melakukan studi pustaka
Studi pustaka dilakukan, untuk lebih mengenal komponen yang akan digunakan serta lebih memahami teori dan cara menggunakan masing-masing komponen.
2. Melakukan asistensi
Kegiatan asistensi dilaksanakan sebanyak 4 kali. Asisten Lab. ELDI memandu kegiatan asistensi dan menguji pemahaman praktikan baik dari segi teori maupun pemahaman.
3. Membuat desain alat
Desain alat dibuat menggunkan software proteus. Alasan penggunakan software proteus sendiri yaitu dapat sekaligus melakukan simulasi rangkaian.
4. Membuat prototype alat
Setelah desain alat selesai, langkah selanjutnya adalah mewujudkanya dalam bentuk sebuah prototype alat.
5. Melakukan pengujian pada alat
Pengujian dilakukan untuk memastikan semua komponen sudah berkerja dengan baik, dan telah sesuai dengan rancangan dan desain yang telah dibuat sebelumnya.
Slave
Tidak ada komentar:
Posting Komentar