analisa hardware light detector robot
TRANSCRIPT
BAB II
ANALISA HARDWARE
2.1 Analisa Blok Diagram
Light Detector Robot dapat dianalisis menjadi 3 blok seperti
pada diagram, di atas. Pada blok input disini diterangkan ada pada
sensor cahaya dan comparator, inputan ini di kendalikan dan
diproses oleh mikrokontroler AT89S51, kemudian driver adalah
rangkaian penggerak motor DC untuk menggerakkan output motor
DC tersebut. Semua blok dialiri oleh catu daya dalam pemrosesan
nya.
2.1.1 Blok Input
Sensor Komparator
11
12
Pada sensor, komponen utama yang dipakai adalah LDR
(Light Depend Resistance) dimana berfungsi sebagai sensor
cahaya yang menentukan nilai suatu input yg masuk untuk
diproses pada mikrokontroler. Jika LDR tidak terkena cahaya
maka nilai resistansinya akan high (bernilai 1) dan akan
menjadi tegangan hambatan yang akan masuk ke
komparator, kondisi lainnya ketika terkena cahaya
resistansinya akan low (bernilai 0) sehingga tidak ada
tegangan ke komparator.
Untuk komparator ini sebagai rangkaian pembanding
keluaran pembagi tegangan akan dibandingkan dengan
tegangan referensi (V+) untuk menetukan kondisi high atau
low pada keluarannya, sesuai dengan inputan pada cahaya
yang masuk. Pada kondisi robot mobil ini jauh dengan sumber
cahaya maka resistansi LDR sangat besar sehingga tegangan
masuk (V-) lebih positif daripada tegangan referensi, hal ini
mengakibatkan keluaran dari pembanding mendekati atau
sama dengan 0. Untuk kondisi sebaliknya yaitu saat dekat
dengan cahaya maka resitansi akan kecil sehingga tegangan
(V-) lebih negative daripada tegangan referensi, hal ini
mengakibatkan keluaran dari komparator akan mendekati
atau sama dengan +5 volt/.
Pada Light Detector Robot, terdapat dua buah sensor
yang digunakan, sehingga terdapat dua buah output dari
comparator yang akan dijadikan input pada blok proses
selanjutnya.
2.1.2 Blok Proses
13
Microcontroller
Microkontroler merupakan tempat untuk proses yang
mengolah 2 output dari komparator. Disini mikrokontroler
aktif dengan tegangan 5 volt dari port 4.0 dan ground pada
port 2.0 , input ada pada dua sensor yang berada pada port
2.1 untuk sensor 1 dan port 2.3 untuk sensor 2. Output ada
pada 4 port untuk 2 motor driver, untuk motor pertama ada di
port 1.4 dan 1.5 untuk motor kedua di port 5.6 dimana port-
port ini akan disambung pada IC L293D untuk proses driver
motor pada penjelasan selanjutnya.
Input reset pada pin 9 adalah reset master untuk
AT89S51. Pulsa transisi dari tinggi selama 2 siklus ke rendah
akan mereset mikrokontroler. Oscillator yang disediakan pada
chip dikemudikan dengan XTAL yang dihubungkan pada pin
18 dan pin 19. Diperlukan kapasitor penstabil sebesar 30 pF.
Besar nilai XTAL sekitar 3 MHz sampai 33 MHz. XTAL1 adalah
input ke pembalikan penguat osilator (inverting oscillator
14
amplifier) dan input ke clock internal pengoperasian
rangkaian. Sedangkan XTAL2 adalah output dari pembalikan
penguat osilator. Jika kita membuat table akan seperti berikut
:
Port Input Port Output2.1 2.2 1.4 1.5 1.6 1.70 0 0 0 0 00 1 0 1 1 01 0 1 0 0 11 1 0 0 0 0
Logika ‘1’ pada output akan memberikan tegangan 5 volt,
sedangkan ‘0’ tidak akan mengeluarkan tegangan (0 volt)
pada pin tersebut.
2.1.4 Blok Output
Motor Driver
Blok ouput pada rangkaian Light Detector Robot ini
adalah sebuah motor DC beserta driver nya pada IC L293D
sebagai penghubung mikrokontroler dan motor DC. IC ini
15
dapat dibagi menjadi dua bagian yang masing-masing
mendapat bagian yang berfungsi untuk menggerakkan satu
buah motor. Input pada blok ini merupakan output logika dari
microcontroller, dimana berupa cahaya yang masuk melalui
LDR dan akan mengirimkan dua keadaan pada dua sensor.
Motor akan bergerak jika salah satu sensor mendapat
tegangan 1 dan sensor lain dapet tegangan 0, jika sensor 1 =
sensor 2 maka motor akan tidak jalan. Pada IC L293D
terdapat dua VCC yaitu pada pin 7 12 volt dan pada pin 14
dapat tegangan 5 volt yang berfungsi menggerakkan motor
dengan dua kondisi, yaitu CW (clockwise/searah jarum jam)
dan CCW (counter clockwise/berkebalik arah jarum jam).
2.2 Komponen Elektronika yang Digunakan
Dalam penyusunan rangkaian Light Detector Robot, terdapat
berbagai jenis komponen elektronika. Berikut akan dijelaskan fungsi
komponen-komponen tersebut :
2.2.1 Resistor
a. Resistor (tetap)
Resistor adalah komponen elektronik dua saluran yang
memiliki fungsi menghambat arus listrik dengan
memproduksi penurunan tegangan diantara kedua
salurannya sesuai dengan arus yang mengalirinya, Resistor
digunakan sebagai bagian dari jejaring elektronik dan sirkuit
16
elektronik, dan merupakan salah satu komponen yang paling
sering digunakan.
b. Trimpot
Trimpot atau Trimmer potensiometer merupakan
komponen resistor 3 terminal seperti potensiometer biasa.
Jika ketiga terminal digunakan, trimpot berfungsi sebagai
rangkaian pembagi tegangan. Namun jika hanya 2 terminal
(terminal bagian tengah dan salah satu terminal bagian tepi)
yang digunakan, trimpot berfungsi sebagai variable resistor.
Nilai resitansi trimpot dapat diubah-ubah dengan
menggunakan obeng.
c. LDR (Light Dependent Resistor)
Light Dependent Resistor (LDR) atau disebut juga
fotokonduktor merupakan salah satu jenis sensor optic yang
digunakan dalam rangkaian elektronika. Seperti foto diode
LDR juga memanfaatkan itensitas cahaya. LDR disusun
menggunakan 2 buah pin yang bias dipasang secara bolak-
balik. LDR berfungsi mengubah intensitas cahaya menjadi
17
tahanan listrik (resistansi) pada rangkaian elektronika.
Resistansi yang dihasilkan LDR berubah sesuai perubahan
intensitas cahaya yang masuk. Semakin gelap atau semakin
sedikit intensitas cahaya yang masuk, resistansi keluaran LDR
semakin besar dan semakin terang atau semakin banyak
intensitas cahaya yang masuk, resistansi keluaran LDR
semakin kecil.
2.2.2 MinSys
MinSys adalah suatu desain microcontroller yang dapat
mempermudah pemakaian IC mikon. MinSys merupakan
produk yang diproduksi oleh berbagai macam perusahaan,
bentuk dan desainnya pun berbeda-beda namun memiliki
fungsi yang sama. MinSys terdiri dari beberapa komponen
seperti LED, Resistor, Kapasitor, Crystal Oscillator, dan IC
Mikon (AT89S51).
a. LED
LED (Light Emitting Diode) digunakan untuk mengubah
energy cahaya jika dikenal tegangan maju (forward bias).
Pada saat ini, LED tersedia dalam beberapa arna cahaya,
seperti merah, kuning, dan hijuan. LED berwarna biru sangat
langka. Pada dasarnya, semua warna dapat dihasilkan,
teteapi harga LED menjadi sangat mahal dan tidak efisien.
18
Pada MinSys, LED berfungsi sebagai penunjuk tegangan
activator MinSys.
b. Kapasitor
Kapasitor adalah suatu alat yang dapat menyimpan
energi/muatan listrik di dalam medan listrik, dengan cara
mengumpulkan ketidakseimbangan internal dari muatan
listrik.
Fungsi kapasitor adalah untuk menyimpan arus/tegangan
listrik. Untuk arus DC kapasitor berfungsi sebagai
isulator/penahan arus listrik, sedangkan untuk arus AC
berfungsi sebagai konduktor/melewatkan arus listrik.
c. Crystal Oscillator
Oscillator kristal adalah sebuah sirkuit elektronik yang
menggunakan resonansi mekanis dari getaran kristal
berbahan piezoelektrik untuk menciptakan sebuah sinyal
elektrik dengan frekuensi yang tertentu. Frekuensi ini
biasanya digunakan untuk mengidentifikasikan waktu atau
untuk memberikan sinyal clock yang stabil untuk sebuah
sirkuit digital gabungan, dan untuk menstabilkan frekuensi
19
transmitter dan receiver pada radio (sistem modulasi). Jenis
yang paling umum bahan piezoelektrik yang digunakan
adalah kristal kuarsa, karena sifatnya lebih stabil. Pada
MinSys, Oscillator kristal ini berfungsi untuk memberikan
clock tiap pengiriman sinyal data pada pin-pin IC mikon.
2.2.3 IC
Pada rangkaian Light Detector Robot, digunakan 3 jenis
IC, yaitu :
a. LM324
IC LM324 merupakan IC yang memiliki 14 pin dan
memiliki rangkaian 4 komparator dengan masing-masing 2
input dan 1 buah output. Letak kaki input dan output dapat
dilihat pada gambar IC di atas. Simbol comparator yang
terdapat di dalam IC tersebut adalah sebagai berikut :
dengan rumus comparator ialah :
Vout = [Vin(+) – Vin(-)] * 90% VCC
20
Hasil yang didapat dari operasi dalam […] merupakan
penunjuk tanda bagi nilai 90% VCC. Bila tegangan pada (+)
lebih positif dibandingkan tegangan pada (-) maka output
akan bersifat positif, sedangkan bila terjadi sebaliknya, maka
output akan bernilai negatif.
b. AT89s51
Mikrontroler AT89S51 memiliki pin berjumlah 40 dan
umumnya dikemas dalam DIP (Dual Inline Package). Masing-
masing pin pada mikrokontroler AT89S51 mempunyai
kegunaan sebagai berikut
Port 0
Port 0 merupakan port dua fungsi yang berada pada pin
32-39 dari AT89S51. Dalam rancangan sistem sederhana port
ini sebagai port I/O serbaguna. Untuk rancangan yang lebih
komplek dengan melibatkan memori eksternal jalur ini
dimultiplek untuk bus data dan bus alamat.
21
Port 1
Port 1 disediakan sebagai port I/O dan berada pada pin
1-8. Beberapa pin pada port ini memiliki fungsi khusus yaitu
P1.5 (MOSI), P1.6 (MISO), P1.7 (SCK) yang digunakan untuk
jalur download program.
Port 2
Port 2 ( pin 21-28 ) merupakan port dua fungsi yaitu
sebagai I/O serbaguna, atau sebagai bus alamat byte tinggi
untuk rancangan yang melibatkan memori eksternal.
Port 3
Port 3 adalah port dua fungsi yang berada pada pin 10-
17, port ini memiliki multi fungsi, seperti yang terdapat pada
tabel 1.1 berikut
BIT NAME BIT ADDRESS ALTERNATE FUNCTION
P3.0 RXD B0h Receive data for serial port
P3.1 TXD B1h Transmit data for serial port
P3.2 INT0 B2h External interrupt 0
P3.3 INT1 B3h External interrupt 1
P3.4 T0 B4h Timer/counter 0 external input
P3.5 T1 B5h Timer/counter 1 external input
P3.6 WR B6hExternal data memory write
strobe
p3.7 Rd B7hExternal data memory read
strobe
PSEN (Program Store Enable)
22
PSEN adalah sebuah sinyal keluaran yang terdapat
pada pin 29. Fungsinya adalah sebagai sinyal kontrol untuk
memungkinkan mikrokontroler membaca program (code) dari
memori eksternal. Biasanya pin ini dihubungkan ke pin OE
EPROM. Jika eksekusi program dari ROM internal atau dari
flash memori (ATMEL AT89SXX), maka PSEN berada pada
kondisi tidak aktif (high).
ALE (Address Latch Enable)
Sinyal output ALE yang berada pada pin 30 fungsinya
sama dengan ALE pada microprocessor INTEL 8085, 8088
atau 8086. Sinyal ALE dipergunakan untuk demultiplek bus
alamat dan bus data. Sinyal ALE membangkitkan pulsa
sebesar 1/6 frekuensi oscillator dan dapat dipakai sebagai
clock yang dapat dipergunakan secara umum.
EA (External Access)
Masukan sinyal EA terdapat pada pin 31 yang dapat
diberikan logika rendah (ground) atau logika tinggi (+5V). Jika
diberikan logika tinggi maka mikrokontroler akan mengakses
program dari ROM internal (EPROM/flash memori). Jika diberi
logika rendah maka mikrokontroler akan mengakses program
dari memori eksternal.
23
RST (Reset)
Input reset pada pin 9 adalah reset master untuk
AT89S51. Pulsa transisi dari tinggi selama 2 siklus ke rendah
akan mereset mikrokontroler.
Oscillator
Oscillator yang disediakan pada chip dikemudikan
dengan XTAL yang dihubungkan pada pin 18 dan pin 19.
Diperlukan kapasitor penstabil sebesar 30 pF. Besar nilai XTAL
sekitar 3 MHz sampai 33 MHz. XTAL1 adalah input ke
pembalikan penguat osilator (inverting oscillator amplifier)
dan input ke clock internal pengoperasian rangkaian.
Sedangkan XTAL2 adalah output dari pembalikan penguat
osilator
c. L293D
24
IC L293D merupakan IC yang memiliki 4
bridge/penghubung input dan output logika 0 dan 1. Untuk
penyederhanaan input kedua bridge, tiap sisi terdapat pin
enable input. Pada rangkaian Light Detector Robot, IC ini
menghubungkan logika yang dikirimkan oleh IC mikon
(sebagai input) dengan motor DC. Oleh karena tegangan
input maksimum hanya 5 volt, maka pada IC ini juga
ditambahkan Vs yang dapat dihubungkan dengan tegangan
yang lebih tinggi, sehingga output dari IC ini akan
mengeluarkan tegangan senilai dengan Vs. Tiap sisi memiliki
2 bridge yaitu pada input 1 terdapat pada pin 2 lalu ke output
1 pada pin 3, kemudian input 2 pada pin 6 ke output 2 pada
pin 5, pada bridge lainnya input 3 pada pin 10 ke output 3
pada pin 11, dan input 4 pada pin 15 ke output 4 pada pin 14.
2.2.4 Motor DC
25
Motor DC/arus searah, sebagaimana namanya,
menggunakan arus langsung yang tidak langsung/direct-
unidirectional. Motor DC digunakan pada penggunaan khusus
dimana diperlukan penyalaan torsi yang tinggi atau
percepatan yang tetap untuk kisaran kecepatan yang luas.
Motor DC yang memiliki tiga komponen utama:
• Kutub medan. Secara sederhada digambarkan bahwa
interaksi dua kutub magnet akan menyebabkan perputaran
pada motor DC. Motor DC memiliki kutub medan yang
stasioner dan dinamo yang menggerakan bearing pada ruang
diantara kutub medan. Motor DC sederhana memiliki dua
kutub medan: kutub utara dan kutub selatan. Garis magnetik
energi membesar melintasi bukaan diantara kutub-kutub dari
utara ke selatan. Untuk motor yang lebih besar atau lebih
komplek terdapat satu atau lebih elektromagnet.
Elektromagnet menerima listrik dari sumber daya dari luar
sebagai penyedia struktur medan.
• Dinamo. Bila arus masuk menuju dinamo, maka arus ini
akan menjadi elektromagnet. Dinamo yang berbentuk
silinder, dihubungkan ke as penggerak untuk menggerakan
beban. Untuk kasus motor DC yang kecil, dinamo berputar
dalam medan magnet yang dibentuk oleh kutub-kutub,
sampai kutub utara dan selatan magnet berganti lokasi. Jika
hal ini terjadi, arusnya berbalik untuk merubah kutub-kutub
utara dan selatan dinamo.
26
• Kommutator. Komponen ini terutama ditemukan dalam
motor DC. Kegunaannya adalah untuk membalikan arah arus
listrik dalam dinamo. Kommutator juga membantu dalam
transmisi arus antara dinamo dan sumber daya.
Keuntungan utama motor DC adalah kecepatannya mudah
dikendalikan dan tidak mempengaruhi kualitas pasokan
daya. Motor DC ini dapat dikendalikan dengan mengatur :
• Tegangan dinamo – meningkatkan tegangan dinamo akan
meningkatkan kecepatan.
• Arus medan – menurunkan arus medan akan meningkatkan
kecepatan.