16

BAB II

LANDASAN TEORI

A. Sensor PIR

Sensor PIR (Passive Infrared Receiver) merupakan sebuah sensor berbasiskan infrared yang bersifat pasif, sehingga tidak memancarkan apapun seperti IR LED. Sesuai dengan namanya Passive, sensor ini hanya merespon energi dari pancaran sinar inframerah pasif yang dimiliki oleh setiap benda yang terdeteksi olehnya. Benda yang bisa dideteksi oleh sensor ini biasanya adalah tubuh manusia.

Cara kerja dari sensor PIR yaitu pancaran infra merah masuk melalui lensa Fresnel dan mengenai sensor pyroelektrik, karena sinar infra merah mengandung energi panas maka sensor pyroelektrik akan menghasilkan arus listrik. Sensor pyroelektrik terbuat dari bahan galium nitrida (GaN), cesium nitrat (CsNo3) dan litium tantalate (LiTaO3). Arus listrik inilah yang akan menimbulkan tegangan dan dibaca secara analog oleh sensor. Kemudian sinyal ini akan dikuatkan oleh penguat dan dibandingkan oleh komparator dengan tegangan referensi tertentu (keluaran berupa sinyal 1-bit). Jadi sensor PIR hanya akan mengeluarkan logika 0 dan 1, logika 0 saat sensor tidak mendeteksi adanya pancaran infra merah dan logika 1 saat sensor mendeteksi infra merah.

Sensor PIR didesain dan dirancang hanya mendeteksi pancaran infra merah dengan panjang gelombang 8-14 mikrometer. Diluar panjang gelombang tersebut sensor tidak akan bisa mendeteksinya. Untuk manusia sendiri memiliki suhu badan yang dapat menghasilkan pancaran infra merah dengan panjang gelombang antara 9-10 mikrometer (nilai standar 9,4 mikrometer), panjang gelombang tersebut dapat terdeteksi oleh sensor PIR. Jadi bisa dikatakan bahwa sensor PIR dirancang untuk mendeteksi manusia.

Jarak deteksi sensor ini bisa mencapai 7 meter, dan memiliki sudut deteksi 110 derajat. Sensor PIR terdiri dari beberapa bagian yaitu :

1. Lensa Fresnel

2. Penyaring Infra Merah

3. Sensor Pyroelektrik

4. Penguat Amplifier5. Komparator

Gambar 2.1 Blok diagram sensor PIR

Gambar 2.2 Daerah jangkauan sensor PIRB. Sensor Suhu

Sensor suhu adalah komponen elektronika yang dipakai untuk merubah besaran panas menjadi listrik. Pembuatan sensor ini bisa memakai sejumlah metode, dimana salah satu caranya adalah dengan cara memakai material yg terhadap suatu arus elektrik akan mengubah hambataanya tergantung dari suhunya.

Material logam apabila panasnya meningkat akan menyebabkan meningkat pula besar hambatannya terhadap arus listrik. Logam bisa juga dibilang sebagai muatan positif yang ada di dalam elektron, dimana elektron ini dapat bergerak bebas. Bila suhu meningkat elektron-elektronnya menjadi bergetar, terus getarannya semakin bertambah besar sejalan dengan bertambahnya suhu yang ada. Dalam kondisi besarnya getaran itu, membuat logam memiliki nilai hambatan yang bertambah karena gerakan elektron yang terhambat.

Bahan semikonduktor memiliki sifat yang sebaliknya atas logam, yaitu nilai hambatannya akan terus turun bila suhu bertambah besar. Kondisi ini disebabkan oleh karena keadaan yang lebih tinggi suhunya menyebabkan elektron dari material ini jadi pindah ketingkatan yang teratas dan membuatnya bisa dengan bebas bergerak. Dengan terus terjadinya pertambahan suhu, maka semakin bertambah pula elektron dari semikonduktor ini yang bebas bergerak dan hasilnya adalah nilai hambatannya akan terus berkurang.

Terdapat 4 ( empat ) jenis sensor suhu yang rangkaian umumnya ada dipasaran, yaitu Thermokopel, Thermistor (Thermal Sensitive Resistor atau Thermal Resistor), Resistance Temperature Detectors (RTD), dan yang terakhir adalah IC LM35.

Pada pembuatan proyek akhir ini digunakan sensor suhu LM35. Sensor suhu LM35 merupakan komponen elektronika yang memiliki fungsi untuk mengubah besaran suhu menjadi besaran listrik dalam bentuk tegangan. LM35 memiliki keakuratan tinggi dan kemudahan perancangan jika dibandingkan dengan sensor suhu yang lain, LM35 juga mempunyai keluaran impedansi yang rendah dan linieritas yang tinggi sehingga dapat dengan mudah dihubungkan dengan rangkaian kendali khusus serta tidak memerlukan pengaturan lanjutan.

Gambar 2.3 Sensor suhu LM35Gambar 2.3 menunjukan bentuk dari LM35 tampak depan dan tampak bawah. 3 pin LM35 menujukan fungsi masing-masing pin diantaranya, pin 1 berfungsi sebagai sumber tegangan kerja dari LM35, pin 2 atau tengah digunakan sebagai tegangan keluaran atau Vout dengan jangkauan kerja dari 0 Volt sampai dengan 1,5 Volt dengan tegangan operasi sensor LM35 yang dapat digunakan antara 4 Volt sampai 30 Volt. Secara prinsip sensor akan melakukan penginderaan pada saat perubahan suhu setiap suhu 1 C akan menunjukan tegangan sebesar 10 mV sehingga diperoleh persamaan sebagai berikut :VLM35 = Suhu* 10 mV. ..(2.1)

Berikut ini adalah karakteristik dari sensor LM35.1. Memiliki sensitivitas suhu, dengan faktor skala linier antara tegangan dan suhu 10 mVolt/C, sehingga dapat dikalibrasi langsung dalam celcius.

2. Memiliki ketepatan atau akurasi kalibrasi yaitu 0,5C pada suhu 25 C

3. Memiliki jangkauan maksimal operasi suhu antara -55 C sampai +150 C.

4. Bekerja pada tegangan 4 sampai 30 Volt.

6. Memiliki pemanasan sendiri yang rendah (low-heating) yaitu kurang dari 0,1 C pada udara diam.

7. Memiliki impedansi keluaran yang rendah yaitu 0,1 W untuk beban 1 mA.

8. Memiliki ketidaklinieran hanya sekitar C.

C. Catu Daya

Perangkat elektronika menggunakan sumber tegangan DC (direct current) yang stabil agar bisa bekerja dengan baik sesuai dengan fungsi awalnya. Sumber daya DC yang baik ialah baterai atau accu. Jika membutuhkan daya yang lebih besar atau bermacam, dan baterai atau accu tidak bisa mencukupi kebutuhan tersebut, maka digunakan sumber listrik lain yaitu sumber listrik bolak-balik AC (alternating current) dari pembangkit listrik yang telah disearahkan hingga menjadi sumber tegangan DC. Proses pengubahan tegangan AC menjadi tegangan DC dapat dilihat pada Gambar 2.4.

Gambar 2.4 Proses penyearahan tegangan AC menjadi tegangan DC

1. Transformator

Transformator atau trafo adalah suatu alat listrik yang memindahkan energi listrik dari satu rangkaian listrik ke rangkaian listrik yang lain melalui suatu gandengan magnet berdasarkan prinsip induksi elektromagnet. Trafo digunakan secara luas baik dalam bidang tenaga listrik maupun elektronika. Penggunanya dalam sistem tenaga yaitu dengan dipilihnya tegangan yang sesuai dan ekonomis Untuk tiap keperluan, misalnya kebutuhan akan tegangan tinggi dalam pengiriman daya listrik jarak jauh. Bentuk fisik dari tranformator dapat dilihat pada Gambar 2.5.

Gambar 2.5 Bentuk fisik transformator

Prinsip kerja transformator adalah berdasarkan hukum faraday yaitu arus listrik dapat menimbulkan medan magnet dan sebaliknya medan magnet dapat menimbulkan arus listrik. Bila pada salah satu kumparan pada transformator diberi arus listrik bolak balik maka jumlah garis gaya magnet berubah ubah akibatnya pada kumparan primer terjadi induksi. Kumparan sekunder menerima garis gaya magnet dari kumparan primer terjadi yang jumlahnya juga berubah ubah. Maka pada kumparan sekunder juga timbul induksi dan akibatnya antara dua ujung kumparan terdapat beda tegangan.

Pada transformator ideal, tidak ada energi yang diubah menjadi bentuk energi lain di dalam transformator sehingga daya listrik pada kumparan skunder sama dengan daya listrik pada kumparan primer. Atau dapat dikatakan efisiensi pada transformator ideal adalah 100 persen. untuk transformator ideal berlaku persamaan sebagai berikut:

...(2.2)

dimana:

Vp =Tegangan primer

Vs = Tegangan sekunder

Ip = Arus primer

Is = Arus sekunder

Np= Lilitan kumparan primer

Ns= Lilitan kumparan sekunder

Terdapat 2 jenis transformator yang dapat digunakan untuk menurunkan tegangan AC dan salah satunya adalah trafo CT. Yang membedakan trafo CT ini dengan trafo biasa adalah adanya titik center tap yang bersifat sebagai ground pada lilitan sekunder trafo CT. Seperti pada Gambar 2.6 berikut :

Gambar 2.6 Lilitan Trafo CTTitik center tap adalah titik tengah lilitan sekunder pada trafo CT yang dihubungkan keluar lilitan dan bersifat sebagai sebagai ground. Jadi, apabila terdapat 10 lilitan kawat pada bagian sekundernya maka diantara lilitan ke-5 dan ke-6 dihubungkan pada sebuah kawat yang terhubung keluar lilitan.. Dalam perancangan sebuah catu daya, jenis transformator step down yang dipakai biasanya berhubungan dengan penentuan jenis penyearah yang akan digunakan. Untuk jenis trafo biasa dibutuhkan penyearah jembatan dioda (dioda bridge) yang dapat dibuat dari 4 dioda. Sedangkan untuk jenis trafo CT hanya dibutuhkan penyearah dengan menggunakan 2 dioda saja. 2. Dioda

Penyearah merupakan proses dimana arus (atau tegangan) bolak-balik diubah menjadi arus (atau tegangan) searah. Setiap peralatan listrik yang memberikan resistansi rendah ke arus menurut satu arah dan resistansi tinggi kearah yang berlawanan dinamakan penyearah. Dioda adalah komponen yang terbuat dari bahan semikonduktor yang umumnya digunakan sebagai penyearah (rectifier). Kebanyakan jenis material yang digunakan untuk pembuatan dioda adalah silikon.

Prinsip dasar dioda adalah hubungan dari material tipe P dan material tipe N. Hubungan PN ini hanya dapat meneruskan arus jika diberikan tegangan bias maju, yaitu P (anoda) dihubungkan dengan terminal positif catu daya dan N (katoda) dengan terminal negatif catu daya. Jika hubungan dengan catu daya dibalik, maka dioda mengalami tegangan bias mundur dan dioda tidak dapat mengalirkan arus.

Fungsi utama dioda pada catu daya adalah sebagai penyearah tegangan dari tegangan AC menjadi tegangan DC. Gambar 2.7 menunjukkan rangkaian penyearah dioda tunggal. Jika rangkaian diberi tegangan maka dioda hanya akan mengalirkan setengah sinyal AC, sehingga disebut rangkaian penyearah setengah gelombang. Dioda berfungsi untuk meneruskan tegangan positif ke beban R1 dengan gelombang yang sudah terpotong setengahnya. Hal inilah yang disebut dengan penyearah setengah gelombang (half wave).

Gambar 2.7 Penyearah setengah gelombang (half wave)

Untuk mendapatkan penyerah gelombang penuh (full wave) diperlukan trafo dengan center tap (CT) seperti pada Gambar 2.8.

Gambar 2.8 Penyearah gelombang penuh (full wave) dan gelombang hasil penyearahan

Tegangan positif fase yang pertama diteruskan oleh D1 sedangkan fase yang berikutnya dilewatkan melalui D2 ke beban R dengan CT transformator sebagai common ground. Dengan demikian beban R mendapat suplai tegangan gelombang penuh, terlihat pada Gambar 2.8.

Pada rangkaian proyek ahir digunakan penyearah gelombang penuh. Hal ini dikarenakan keluaran rata-rata dari penyearah ini mempunyai tegangan yang lebih besar dari pada tegangan rata-rata keluaran penyearah setengah gelombang, yaitu sekitar dua kali lipatnya. Untuk mencari tegangan rata-rata digunakan rumusan seperti berikut:

. (2.3)

Dengan:

Vdc = tegangan rata-rata

V2 = tegangan puncakSedangkan untuk mencari tegangan puncak maka rumusannya sebagai berikut:Vout (puncak) = 0,5 V2 (puncak) . (2.4)3. Kapasitor

Kapasitor adalah komponen yang menyimpan muatan listrik. Besaran yang menunjukkan nilai kapasitor disebut kapasitansi. Satuan kapasitansi adalah Farad (F). Terdapat berbagai jenis kapasitor namun secara umum dapat dibagi menjadi dua yaitu kapasitor polar dan kapasitor non polar.

Gambar 2.9 Bentuk dan simbol a) Kapasitor non polar b) Kapasitor polarKapasitor polarisasi mempunyai kaki positif dan negatif dan mempunyai nilai kapasitansi diatas 1 mikro Farad. Jenisnya mencangkup kapasitor elektrolit dan tantalum. Kapasitor non polaritas mempunyai nilai kapasitansi hingga 1 mikro Farad dan terdiri dari jenis keramik, mylar, poliesterene, dan poliester. Pada umumnya rangkaian kapasitor digunakan untuk:

a. Menghilangkan riak/ripple arus pada catu daya

b. Piranti penunda

c. Sebagai penapis (filter) karena dapat meneruskan arus AC namun menahan arus DC

d. Melakukan interegasi ataupun diferensial sinyal berulang.

Fungsi kapasitor adalah untuk menekan ripple pada proses penyearahan gelombang AC. Sehingga gelombang Setelah dipasang kapasitor maka output dari rangkaian penyearah akan menjadi tegangan DC. Proses penekanan ripple oleh kapasitor ditunjukan pada Gambar 2.10.

Gambar 2.10 Kapasitor sebagai penyearah gelombangTegangan ripple peak to peak dapat dicari dengan rumus :

. (2.5)

Dengan :

Vm = Tegangan maksimum

T = Time dischargeR = Resistansi beban

C = Kapasitor

Sedangkan untuk mencari tegangan maksimum dapat digunakan rumus :

(2.6)

Dalam filter juga terdapat faktor ripple yang menunjukkan efektif tidaknya sebuah filter, didefinisikan sebagai perbandingan tegangan ripple efektif (rms) terhadap tegangan DC.Semakin kecil faktor ripple, semakin baik filter. Faktor ripple dapat diperkecil dengan menambah nilai kapasitor.

D. Regulator Tegangan

Catudaya yang baik biasanya dilengkapi dengan regulator tegangan. Tujuan pemasangan regulator tegangan pada catudaya adalah untuk menstabilkan tegangan keluaran apabila terjadi perubahan tegangan masukan pada catudaya. Fungsi lain dari regulator tegangan adalah untuk perlindungan dari terjadinya hubung singkat pada beban. 1. Pengaturan Tegangan

Output tegangan DC dari penyearah tanpa regulator mempunyai kecenderungan berubah harganya saat dioperasikan. Adanya perubahan pada masukan AC dan variasi beban merupakan penyebab utama terjadinya ketidakstabilan pada power supply. Pada sebagian peralatan elektronika, terjadinya perubahan catu daya akan berakibat cukup serius. Untuk mendapatkan pencatu daya yang stabil diperlukan regulator tegangan.

Dua kategori dasar pengaturan tegangan adalah pengaturan garis (Line Regulation) dan pengaturan beban (Load Regulation). Pengaturan garis adalah kemampuan pengatur tegangan (voltage regulator) untuk tetap memepertahankan tegangan keluaran ketika tegangan masukan berubah-ubah. Pengaturan beban kemampuan untuk tetap mempertahankan tegangan keluaran ketika beban bervariasi.a. Line RegulationKetika tegangan masukan DC berubah-ubah, pengatur tegangan (voltage regulator) harus mempertahankan tegangan keluaran, seperti digambarkan pada gambar 2.11.

Gambar 2.11 Pengaturan GarisPengaturan Garis dapat digambarkan sebagai persentase perubahan tegangan keluaran terhadap perubahan yang terjadi pada tegangan masukan. Pada umumnya dinyatakan dalam % / V. Sebagai contoh, sebuah regulator tegangan mempunyai pengaturan garis 0,05%/V berarti bahwa tegangan keluaran berubah 0,05 persen ketika tegangan masukan meningkat atau berkurang dengan satu volt.

b. Load RegulationKetika arus yang mengalir melalui beban berubah akibat perubahan beban, regulator tegangan haruslah tetap mempertahankan tegangan keluaran pada beban agar tidak berubah (tetap).

Pengaturan beban dapat dinyatakan sebagai persentase perubahan tegangan keluaran untuk setiap perubahan arus beban. Pengaturan beban juga dapat dinyatakan sebagai persentase perubahan dari tegangan keluaran tanpa beban ke tegangan keluaran dengan beban penuh.

Gambar 2.12 Pengaturan bebanPengaturan beban dapat juga dinyatakan sebagai persentase perubahan tegangan keluaran terhadap perubahan setiap mA arus pada beban. Sebagai contoh, regulator tegangan mempunyai Load Regulation 0,01% / mA, berarti bahwa tegangan keluaran berubah 0,01 persen ketika arus beban meningkat atau berkurang 1 mA.

1. Dasar Pengaturan Tegangan Seri

Dasar pengatur tegangan ada dua, yang pertama pengatur linier (linear regulators) dan yang kedua adalah pengatur tersaklar (switching regulators). Keduanya tersedia dalam bentuk IC.

a. Regulator LinierRegulator tegangan linier terdiri atas jaringan pembangkit tegangan acuan, jaringan pengendali dan komponen elektronika daya. Pembangkit tegangan acuan menyediakan tegangan acuan yang tidak terpengaruh perubahan tegangan masukan dan tidak terpengaruh pada perubahan suhu. Bagian kendali membentuk pola ikal tertutup yang terdiri dari jaringan umpan balik, penguat selisih, dan penguat kesalahan. Komponen elektronika daya berupa transistor bipolar atau FET melewatkan daya secara seri sehingga sering disebut sebagai komponen pelewat seri. Prinsip kerja regulator linier diperlihatkan pada Gambar 2.13 berikut:

Gambar 2.13 Prinsip kerja regulator linear

Keluaran bagian kendali mengemudikan konduktifitas komponen elektronika daya. Bila tegangan keluaran kurang dari yang diharapkan, pengendali akan meningkatkan konduktivitas komponen elektronika daya sehingga tegangan keluaran naik. Sebaliknya jika tegangan keluaran terlalu tinggi pengendali akan mengurangi konduktifitas komponen daya sehingga tegangan keluaran turun. Regulator linear yaitu pada IC seri 78xx. Kelebihan regulator linier dibanding switching yaitu mempunyai regulasi tegangan yang lebih bagus. Sedangkan kekurangannya yaitu mempunyai efisiensi yang rendah dan mudah panas pada tegangan yang mempunyai selisih besar dari tegangan keluaran regulator tersebut. Efisiensi yang rendah pada regulator LM78xx dikarenakan kelebihan tegangan input regulator akan dirubah menjadi panas sehingga sebagian besar daya input akan hilang karena dirubah menjadi panas tersebut.

b. Regulator Switching

Power supply dengan regulasi switching ini lebih dikenal sebagai power supply switching. Kelebihan power supply switching adalah efisiensi daya yang besar sampai sekitar 83% jika dibandingkan dengan power supply dengan regulasi biasa yang menggunakan LM78xx.

Efisiensi yang rendah pada regulator LM78xx dikarenakan kelebihan tegangan input regulator akan dirubah menjadi panas sehingga sebagian besar daya input akan hilang karena dirubah menjadi panas tersebut. Bagaimanapun juga semua regulator harus mendapatkan tegangan input yang lebih tinggi daripada tegangan regulasi output untuk mendapatkan tegangan yang teregulasi.

Tegangan regulasi dihasilkan dengan cara men-switching transistor seri on atau off . Dengan demikian duty cycle-nya menentukan tegangan DC rata-rata. Duty cycle dapat diatur melalui feedback negatif. Feedback ini dihasilkan dari suatu komparator tegangan yang membandingkan tegangan DC rata-rata dengan tegangan referensi.

Regulator switching pada dasarnya mempunyai frekuensi yang konstan untuk men-switching transistor seri. Besarnya frekuensi switching tersebut harus lebih besar dari 20KHz agar frekuensi switching tersebut tidak dapat didengar oleh manusia. Frekuensi switching yang terlalu tinggi menyebabkan operasi switching transistor tidak efisien dan juga dibutuhkan inti ferrit yang besar atau yang mempunyai permeabilitas tinggi.E. MikrokontrolerMikrokontroler adalah sebuah komputer kecil di dalam satu IC yang berisi CPU, memori, timer, saluran komunikasi serial dan pararel, port input/output, dan ADC. Mikrokontroler digunakan untuk suatu tugas dan menjalankan suatu program.

Salah satu mikrokontroler yang banyak digunakan saat ini yaitu mikrokontroler AVR. AVR adalah mikrokontroler RISC (Reduce Instruction Set Compute) 8 bit berdasarkan arsitektur Harvard, yang dibuat oleh Atmel pada tahun 1996. AVR mempunyai kepanjangan Advanced Versality RISC atau Alf and Vegards Rish Processor.

AVR memiliki keunggulan dibandingkan dengan mikrokontroler lain, keunggulannya adalah AVR memiliki kecepatan eksekusi program yang lebih cepat karena sabagian besar eksekusi dalam 1 siklus clock, memiliki fitur yang lengkap (ADC internal, EEPROM internal, Timer/counter, Watchdog Timer, PWM, Port I/O, komunikasi serial, Komparator, I2C, dan lain-lain), sehingga dengan fasilitas yang lengkap ini, progammer dan desainer dapat menggunakannya untuk berbagai aplikasi sistem elektronika. Secara umum mikrokontroler AVR dapat dikelompokkan menjadi 3 kelompok, yaitu keluarga AT90Sxx, ATMega, dan Attiny.

Tabel 2.1. Jenis MikrokontrolerMikrokontroler AVRMemori

TipeJumlah pinFlashEEPROMSRAM

TinyAVR8 32 1 2K64 1280 128

AT90Sxx20 441 8K128 5120 1K

ATmega32 648 128K512 4K512 4K

Pemrograman mikrokontroler AVR dapat menggunakan low level language (assembly) dan High level language (C, Basic, Pascal, JAVA, dan lain-lain) tergantung compiler yang digunakan. Untuk pembuatan suatu proyek banyak digunakan dengan bahasa C, yang memiliki keunggulan dari pada bahasa assembler yaitu independent terhadap hardware seta lebih mudah untuk menangani project yang besar. Bahasa C memiliki keuntungan-keuntungan yang dipunyai oleh bahasa mesin (assembly), hampir semua operasi yang dapat dilakukan oleh bahasa mesin dapat dilakukan oleh bahasa C dengan penyusunan program yang lebih sederhana dan mudah. Pada mikrokontroler mempunyai kemampuan ADC dan PWM yang mana sangat dibutuhkan dalam pembuatan proyek akhir ini.

a. PWM (Pulse Width Modulation)

Pulse Width Modulation (PWM) secara umum adalah sebuah cara memanipulasi lebar sinyal yang dinyatakan dengan pulsa dalam suatu perioda, untuk mendapatkan tegangan rata-rata yang berbeda. Beberapa contoh aplikasi PWM adalah pemodulasian data untuk telekomunikasi, pengontrolan daya atau tegangan yang masuk ke beban, regulator tegangan, audio effect dan penguatan, serta aplikasi-aplikasi lainnya. Aplikasi PWM berbasis mikrokontroler biasanya berupa pengendalian kecepatan motor DC, pengendalian motor servo, pengaturan nyala terang LED dan lain sebagainya.

Sinyal PWM pada umumnya memiliki amplitudo dan frekuensi dasar yang tetap, namun memiliki lebar pulsa yang bervariasi. Lebar Pulsa PWM berbanding lurus dengan amplitudo sinyal asli yang belum termodulasi. Artinya, Sinyal PWM memiliki frekuensi gelombang yang tetap namun duty cycle bervariasi (antara 0% hingga 100%).

Gambar 2.14 Sinyal PWM dan rumus perhitungannyaPulse Width Modulation (PWM) merupakan salah satu teknik untuk mendapatkan signal analog dari sebuah piranti digital. Sebenarnya Sinyal PWM dapat dibangkitkan dengan banyak cara, dapat menggunakan metode analog dengan menggunakan rankaian op-amp atau dengan menggunakan metode digital. Dengan metode analog setiap perubahan PWM-nya sangat halus, sedangkan menggunakan metode digital setiap perubahan PWM dipengaruhi oleh resolusi dari PWM itu sendiri. Resolusi adalah jumlah variasi perubahan nilai dalam PWM tersebut. Misalkan suatu PWM memiliki resolusi 8 bit berarti PWM ini memiliki variasi perubahan nilai sebanyak 28 = 256 variasi mulai dari 0 255 perubahan nilai yang mewakili duty cycle 0 100% dari keluaran PWM tersebut.

Gambar 2.15 Pulsa PWMDengan cara mengatur lebar pulsa on dan off dalam satu perioda gelombang melalui pemberian besar sinyal referensi output dari suatu PWM akan didapat duty cycle yang diinginkan. Duty cycle dari PWM dapat dinyatakan sebagai:

. (2.7)Duty cycle 100% berarti sinyal tegangan pengatur motor dilewatkan seluruhnya. Jika tegangan catu 100V, maka motor akan mendapat tegangan 100V. pada duty cycle 50%, tegangan pada motor hanya akan diberikan 50% dari total tegangan yang ada, begitu seterusnya.

Untuk melakukan perhitungan pengontrolan tegangan output motor dengan metode PWM cukup sederhana sebagaimana dapat dilihat pada ilustrasi Gambar 2.16 di bawah ini.

Gambar 2.16 Pengontrolan tegangan Pulsa PWMDengan menghitung duty cycle yang diberikan, akan didapat tegangan output yang dihasilkan. Sesuai dengan rumus yang telah dijelaskan pada gambar.

. (2.8)Dengan:

Tegangan rata-rata = tegangan output pada motor yang dikontrol oleh sinyal PWMa = sinyal on

b = sinyal off

Vfull = tegangan maksimum pada motor

b. Analog to Digital Converter (ADC)

ADC adalah proses pengubahan sinyal analog menjadi sinyal digital. Proses pengubahan terjadi pada konverter/pengubah yang dikenal dengan analog to digital converter. Proses pengubahan ini dikenal juga dengan nama sistem akusisi data. Terdapat empat macam ADC yang memenuhi standar industri, yaitu integrating, tracking converter, successive approximation dan flash/paralel. Keempat jenis ADC tersebut mewakili beberapa macam pertimbangan diantaranya resolusi, kecepatan konversi dan biaya.

Cara kerja dari ADC yaitu banyak masukan, terutama yang berasal dari transduser, merupakan isyarat analog yang harus disandikan menjadi informasi digital sebelum masukan itu diproses, dianalisa atau disimpan didalam kalang digital. Pengubah mengambil masukan, mencobanya, dan kemudian memproduksi suatu kata digital bersandi yang sesuai dengan taraf dari isyarat analog yang sedang diperiksa. Keluaran digital bisa berderet (bit demi bit) atau berjajar dengan semua bit yang disandikan disajikan serentak. Dalam sebagian besar pengubah, isyarat harus ditahan mantap selama proses pengubahan.

(2.9)

Dengan:

ADCn = hasil konversi sinyal analog ke dalam bentuk sinyal digital

Vsinyal = sinyal yang dikirimkan oleh sensor ke mikrokontroler

Vreff = tegangan referensi ADC menjadi data digital, disini tegangan referensi yang digunakasn sebesar 5V.

F. LCD 16x2

LCD (Liquid Crystal Display) adalah suatu jenis media tampilan yang menggunakan kristal cair sebagai penampil utama. LCD mendominasi jenis tampilan karena membutuhkan daya listrik yang rendah, bentuknya tipis, dan mengeluarkan sedikit panas. Untuk menampilkan sebuah karakter pada layar LCD diperlukan beberapa rangkaian tambahan. Untuk lebih memudahkan para pengguna, maka beberapa perusahaan elektronik menciptakan modul LCD. Adapun bentuk fisik LCD 16x2 seperti pada Gambar 2.17.

Gambar 2.17 LCD 16x2LCD dibagi menjadi dua bagian yaitu bagian depan panel LCD yang terdiri dari banyak dot atau titik LCD dan mikrokontroler yang menempel pada bagian belakang panel LCD yang berfungsi untuk mengatur titik-titik LCD sehingga dapat menampilkan huruf, angka, dan simbol khusus yang dapat terbaca. Huruf, angka, dan simbol khusus yang akan ditampilkan di LCD dikirim dalam bentuk kode ASCII. Konfigurasi pin LCD ASCII diterima dan diolah LCD menjadi titik - titik LCD yang terbaca sebagai huruf, angka, dan simbol khusus.

LCD 16x2 adalah tipe LCD yang terdiri dari dua baris dan dapat menampilkan 16 karakter untuk tiap barisnya, satu karakter ditampilkan pada dot matriks 5x8 pada LCD dengan demikian LCD 16x2 terdiri dari 32 buah dot matriks 5x8. LCD 16x2 ini terdapat 16 pin yang memiliki fungsi yang berbeda yaitu sebagai VSS, VCC, V kontras, Rs, R/W, E, D0...D7, V+BL dan V-BL.

Untuk lebih jelasnya berikut adalah Tabel konfigurasi LCD 16x2 yang ditunjukkan pada Tabel 2.2.Tabel 2.2 Konfigurasi LCD 16x2

Pin NumberSymbolFunction

1VssGround

2Vdd+5V

3VoContrast

4RsH/L Register Select Signal

5R/WH/L Read and Write Signal

6ENH/L Enable Signal

7DB0H/L Data Bus Line

8DB1H/L Data Bus Line

9DB2H/L Data Bus Line

10DB3H/L Data Bus Line

11DB4H/L Data Bus Line

12DB5H/L Data Bus Line

Pin NumberSymbolFunction

13DB6H/L Data Bus Line

14DB7H/L Data Bus Line

15BPLBack Plane Light

16GNDGround

Dalam LCD 16x2 ada fitur untuk mengatur besar kecilnya kontras. Jadi pengguna bisa mengatur kejelasan tampilan sesuai kebutuhan. Fitur ini berada pada kaki Vo yang mana untuk mengaturnya digunakan trimpot yang mana cara kerjanya berdasarkan prinsip rangkaian pembagi tegangan. Rangkaian pembagi tegangan dapat dilihat dari Gambar 2.18.

Gambar 2.18 Rangkaian pembagi tegangan

Rumus pembagi tegangan sebagai berikut:

.. (2.10)

Dengan:

Vout = tegangan keluaran

Vin = tegangan masukan

R1 = resistor 1

R2 = resistor 2

G. Motor DC

Motor DC adalah motor yang digerakkan oleh energi listrik arus searah. Salah satu jenis motor DC adalah motor DC magnet permanen. Pada umumnya, penggunaan motor DC jenis ini adalah untuk sumber sumber tenaga yang kecil, seperti pada rumah tangga dan otomotif.

Pada motor DC kumparan medan disebut stator (bagian yang tidak berputar) dan kumparan jangkar disebut rotor (bagian yang berputar). Jika tejadi putaran pada kumparan jangkar dalam pada medan magnet, maka akan timbul tagangan (GGL) yang berubah-ubah arah pada setiap setengah putaran, sehingga merupakan tegangan bolak-balik.

Gambar 2.19 Motor DC

Secara umum, motor DC dibagi menjadi dua bagian utama. Dimana dua bagian itu adalah :

1. Stator, sesuai namanya stator merupakan bagian dari motor DC yang diam (statis). Stator terdiri dari casing motor DC dan sepasang atau lebih magnet.

2. Rotor, merupakan bagian yang berotasi relatif terhadap stator. Rotor terdiri dari kumparan, poros, dan sikat.

Kipas DC termasuk dalam motor DC dimana di dalam kipas mempunyai bagian yang sama dengan motor DC. Biasanya pada kipas DC diketahui tegangan dan arusnya hingga kita bisa mengetahui berapa besar daya yang dibutuhkan kipas DC untuk berputar, yaitu dengan rumus:

P kipas = V x I.. (2.11)

Dengan:

Pkipas = daya kipasV = tegangan kipas

I = arus kipasH. Transistor Sebagai Slaklar

Aplikasi transistor tidak hanya dibatasi pada penguatan sinyal saja. Tetapi dapat juga diaplikasikan sebagai sebuah saklar (switch) pada peralatan kontrol. Saat transistor berada dalam kondisi saturasi, berarti transistor tersebut merupakan saklar tertutup dari kolektor ke emitor. Jika transistor tersumbat (cut off) berarti transistor seperti sebuah saklar yang terbuka yang dijelaskan pada Gambar 2.20. Transistor memiliki kurva karakteristik input, output dan transfer, yang paling umum digunakan adalah kurva karakteristik output. Pada saat transistor digunakan sebagai saklar, maka daerah yang digunakan pada kurva karakteristik ialah daerah "cut-off" dan daerah "saturasi. Fungsi transistor sebagai saklar dapat dilihat pada Gambar 2.20.

Gambar 2.20 Transistor sebagai saklar

Keterangan Gambar 2.20 :

1. Rangkaian Transistor sebagai Penyaklar

2. Penggambaran Transistor normal

3. Garis Beban DC

Untuk membuat transistor menghantar, pada masukan basis perlu diberi tegangan. Besarnya tegangan harus lebih besar dari Vbe (0,3 untuk germanium dan 0,7 untuk silicon).1. Transistor kondisi Saturasi/Jenuh

Saturasi adalah kondisi di mana transistor dalam keadaan arus basis adalah maksimal, arus kolektor adalah maksimal dan tegangan yang di hasilkan kolektor-emitor adalah minimal.

Gambar 2.21 Transistor dalam kondisi saturasiBesarnya tegangan kolektor emitor Vce suatu transistor pada konfigurasi diatas dapat diketahui sebagai berikut:

.. (2.12)

Karena kondisi jenuh Vce = 0V (transistor ideal) maka besarnya arus kolektor (Ic) adalah:

.. (2.13)

Besarnya resistor yang mengalir agar transistor menjadi jenuh (saturasi) adalah:

.. (2.14)

Sehingga besar arus basis jenuh adalah:

.. (2.15)2. Transistor Kondisi Cut Off/ Mati

Pengertian dari Cut off adalah kondisi transistor di mana arus basis sama dengan nol, arus output pada koletor sama dengan nol, sedangkan tegangan pada kolektor maksimal atau sama dengan tegangan supply.

Gambar 2.22 Transistor dalam kondisi Cut-offDengan mengatur Ib = 0 atau tidak memberi tegangan pada bias basis atau basis diberi tegangan mundur terhadap emitor maka transistor akan dalam kondisi mati (cut off), sehingga tak ada arus mengalir dari kolektor ke emitor (Ic0) dan Vce Vcc.

Besarnya tegangan antara kolektor dan emitor transistor pada kondisi mati atau cut off adalah :

... (2.16)

Karena kondisi mati Ic = 0 (transistor ideal) maka:

... (2.17)

... (2.18)

Besar arus pada basis (Ib) adalah

.. (2.19)I. Penguat Non-InvertingPenguat non-inverting amplier merupakan kebalikan dari penguat inverting, dimana input dimasukkan pada input non-inverting sehingga polaritas output akan sama dengan polaritas input tapi memiliki penguatan yang tergantung dari besarnya hambatan feedback dan hambatan input. Rangkaiaan Non-Inverting dideskripsikan oleh Gambar 2.23 dibawah ini:

Gambar 2.23 Rangkaian penguat non-invertingPenguat ini memiliki masukan yang dibuat melalui input non-inverting. Dengan demikian tegangan keluaran rangkaian ini akan satu fasa dengan tegangan inputnya.

Gambar 2.24. Sinyal output penguat non-invertingPenguat tak-membalik (non-inverting amplifier) dapat dibangun menggunakan penguat operasional, karena penguat operasional memang didesain untuk penguat sinyal baik membalik ataupun tak membalik. Rangkain penguat tak-membalik ini dapat digunakan untuk memperkuat isyarat AC maupun DC dengan keluaran yang tetap sefase dengan sinyal inputnya. Impedansi masukan dari rangkaian penguat tak-membalik (non-inverting amplifier) berharga sangat tinggi dengan nilai impedansi sekitar 100 MOhm.

Rumus dari rangkaiaan non-inverting dideskripsikan oleh persamaandi bawah ini:

..(2.20)

Atau

..(2.21)Dimana:

G= Gain (besar penguatan)

Rf = Hambatan reverensi

Ri= Hambatan input

Vo= Tegangan keluaran

Vi= Tegangan inputan

5