BAB II
LANDASAN TEORI
2.1 Perangkat keras
Perangkat keras atau disebut juga hardware adalah semua bagian fisik
komputer, dan dibedakan dengan data yang berada di dalamnya atau yang
beroperasi di dalamnya, juga dibedakan dengan perangkat lunak (software) yang
menyediakan instruksi untuk perangkat keras dalam menyelesaikan tugasnya.
Batasan antara perangkat keras dan perangkat lunak akan sedikit buram kalau kami
berbicara mengenai firmware, karena firmware ini adalah perangkat lunak yang
"dibuat" ke dalam perangkat keras. Firmware ini merupakan wilayah dari bidang
ilmu komputer dan teknik komputer, yang jarang dikenal oleh pengguna umum.
Berikut adalah perangkat keras, jenis tegangan, komponen elektronik yang
digunakan dalam pembuatan alat Pemantauan ketinggian air berbasis
mikrokontroller.
2.1.1 Mikrokontroller
Menurut (Wahyuni, 2015) : “Mikrokontroler adalah suatu chip berupa Intergrated
Circuit (IC) yang dapat menerima sinyal input, mengolahnya dan memberikam sinyal
output di tunjukan kepada actuator yang dapat memberikan efek ke lingkungan. Jadi
secara sederhana mikrokontroler dapat diibaratFkan sebagai otak dari suatu
perangkat/produk yang mampu berinteraksi dengan lingkungan sekitarnya”.
Berdasarkan definisi yang dikemukakan di atas dapat disimpulkan bahwa
mikrokontroller adalah suatu IC yang didesain atau dibentuk dengan kepadatan yang
sangat tinggi, dimana semua bagian yang diperlukan suatu kontroler sudah dikemas
5
6
dalam satu keping, biasanya terdiri dari Central Processing Unit (CPU), Random
Access Memory (RAM), EEPROM/EPROM/PROM/ROM, I/O, Serial & Parallel,
Timer, Interupt Controller dan berfungsi sebagai pengontrol rangkaian elektronik
serta umunya dapat menyimpan program didalamnya.
1. Aplikasi dan Fungsi IC (Integrated Circuit)
Berdasarkan Aplikasi dan Fungsinya, IC (Integrated Circuit) dapat dibedakan
menjadi IC Linear, IC Digital dan juga gabungan dari keduanya.
a. IC Linier
IC Linear atau disebut juga dengan IC Analog adalah IC yang pada
umumnya berfungsi sebagai:
1) Penguat Daya (Power Amplifier)
2) Penguat Sinyal (Signal Amplifier)
3) Penguat Operasional (Operational Amplifier / Op Amp)
4) Penguat Sinyal Mikro (Microwave Amplifier)
5) Penguat RF dan IF (RF and IF Amplifier)
6) Voltage Comparator
7) Penerima Frekuensi Radio (Radio Receiver)
8) Regulator Tegangan (Voltage Regulator)
b. IC Digital
IC Digital pada dasarnya adalah rangkaian switching yang tegangan
Input dan Outputnya hanya memiliki 2 (dua) level yaitu “Tinggi” dan
“Rendah” atau dalam kode binary dilambangkan dengan “1” dan “0”.
7
IC digital pada umumnya berfungsi sebagai :
1) Flip-flop
2) Gerbang Logika (Logic Gates)
3) Timer
4) Counter
5) Multiplexer
6) Calculator
7) Memory
8) Clock
9) Microprocessor (Mikroprosesor)
10) Microcontroller
Hal yang perlu dingat bahwa Integrated circuit (IC) merupakan Komponen
Elektronika Aktif yang sensitif terhadap pengaruh Electrostatic Discharge (ESD).
Jadi, diperlukan penanganan khusus untuk mencegah terjadinya kerusakan pada IC
tersebut.
2.1.2 Sumber tegangan
Menurut (Fadlilah & Arifudin, 2018) : “Arduino uno dapat diberi daya melalui
koneksi Universal Serial Bus (USB) atau melalui power supply eksternal. Jika
arduino uno dihubungkan ke kedua sumber daya tersebut secara bersamaan
maka arduino uno akan memilih salah satu sumber daya secara otomatis untuk
digunakan. Power supply eksternal (yang bukan melalui USB) dapat berasal dari
adaptor AC ke DC atau baterai. Adaptor dapat dihubungkan ke soket power
pada arduino uno. Jika menggunakan baterai, ujung kabel yang dibubungkan ke
baterai dimasukkan kedalam pin GND dan Vin yang berada pada konektor
power. Arduino uno dapat beroperasi pada tegangan 6 sampai 20 volt. Jika
arduino uno diberi tegangan di bawah 7 volt, maka pin 5V pada board arduino
akan menyediakan tegangan di bawah 5 volt dan mengakibatkan arduino uno
mungkin bekerja tidak stabil. Jika diberikan tegangan melebihi 12 volt, penstabil
tegangan kemungkinan akan menjadi terlalu panas dan merusak arduino uno.
Tegangan rekomendasi yang diberikan ke arduino uno berkisar antara 7-12
volt.”
8
Pin-pin catu daya adalah sebagai berikut:
1. Vin adalah pin untuk mengalirkan sumber tegangan ke arduino uno ketika
menggunakan sumber daya eksternal (selain dari koneksi USB atau sumber
daya yang teregulasi lainnya). Sumber tegangan juga dapat disediakan
melalui pin ini jika sumber daya yang digunakan untuk arduino uno
dialirkan melalui soket power.
2. 5V adalah pin yang menyediakan tegangan teregulasi sebesar 5 volt berasal
dari regulator tegangan pada arduino uno.
3. 3V3 adalah pin yang meyediakan tegangan teregulasi sebesar 3,3 volt
berasal dari regulator tegangan pada arduino uno.
4. GND adalah pin ground.
2.1.3 Komponen elektronika
Komponen-komponen elektronika yang digunakan pada pembuatan alat
pemantauan ketinggian air adalah sebagai berikut :
1. Komponen Aktif
A. Transistor
Menurut (Ats, M., & Budi, E. S. 2018) : “Transistor adalah komponen
elektronika yang memiliki 3 kaki, yaitu emitor, basis dan kolektor. Komponen
ini digunakan sebagai pemutus, penyambung, stabilitasi tegangan, dan masih
banyak lagi fungsi lainnya. Selain itu, transistor juga bisa digunakan sebagai
kran listrik sehingga dapat mengalirkan listrik dengan sangat akurat”.
Adapun fungsi dari transistor diantaranya sebagaimana di bawah ini:
9
a. Transistor sebagai saklar elektronik, yaitu dengan mengatur bias dari
sebuah transistor sampai transistor jenuh maka didapat hubungan
singkat antar kaki konektor dan emitor, dengan memanfaatkan kejadian
ini maka transistor bisa digunakan sebagai saklar.
b. Transistor sebagai penguat arus, lalu fungsi dari transistor lainnya
adalah dapat di gunakan sebagai penguat arus. Dengan fungsi ini
transistor dapat digunakan sebagai rangkaian power supply tentunya
dengan tegangan yang di setting. Untuk dapat digunakan sebagai
fungsi penguat arus transistor harus dibias tegangan yang constant
pada basisnya, agar pada emitor keluar tegangan yang tetap.
Sumber: (Saptadi, A. H, dkk 2014).
Gambar: II.1. Transistor
1. Dioda
Menurut (Ats, M., & Budi, E. S. 2018). : “Dioda merupakan komponen
elektronika yang dibuat dari semikonduktor. Secara umum (berdasarkan
bahan yang membuatnya) dioda dibagi menjadi dioda germanium dan
dioda silicon. Semikonduktor adalah bahan yang dibuat dari bahan PN
Junction, yiatu bahan campuran yang terdiri bahan positif (P Type) yang
bermuatan negatif dan bahan positif dan bahan negatif (N Type) yang
10
bermuatan negatif. Bahan positif (P Type) adalah bahan campuran terdiri
dari germanium atau silicon dengan aluminium dan merupakan bahan
yang kekurangan elektron dan bersifat positif. Bahan negatif (N Type)
adalah bahan campuran yang terdiri dari germanium atau silicon dengan
fosfor dan merupakan bahan yang kelebihan elektron dan bersifat negatif.
Jika kedua bahan tersebut dipertemukan, maka akan terbentuklah sebuah
komponen aktif yang disebut dioda. Dalam kegunaannya, dioda akan
bekerja jika diberikan arus bolak-balik (AC) selain itu juga dapat berfungsi
sebagai penyearah. Sifat dioda hanya dapat mengalirkan arus listrik dalam
satu arah saja, apabila kutub anoda diberi sumber arus positif (+) dan
kutub katoda diberi sumber arus negatif (-) sedangkan bila kutub anoda
diberi arus negatif (-) dan kutub katodanya diberi arus positif (+) maka
dioda akan bersifat menahan arus listrik”.
Berdasarkan Fungsi Dioda, Dioda dapat dibagi menjadi beberapa Jenis,
diantaranya adalah :
1) Dioda Penyearah (Dioda Biasa atau Dioda Bridge) yang berfungsi
sebagai penyearah arus AC ke arus DC.
2) Dioda Zener yang berfungsi sebagai pengaman rangkaian dan juga
sebagai penstabil tegangan.
3) Dioda LED yang berfungsi sebagai lampu Indikator ataupun lampu
penerangan
4) Dioda Photo yang berfungsi sebagai sensor cahaya
5) Dioda Schottky yang berfungsi sebagai Pengendali
Sumber: (Saptadi, A. H, dkk 2014)
Gambar: II.2. Dioda
11
2. IC (integrated circuit)
Menurut (Ats, M., & Budi, E. S. (2018) : “IC (Integrated Circuit) adalah
suatu komponen elektronika yang mempunyai bentuk kaki mirip dengan
binatang kaki seribu. Dalam bidang elektronika sering ditemukan berbagai
jenis komponen IC yang dipasang, baik dalam rangkaian populer maupun
rangkaian logika komputer. Jenis IC dapat dikelompokan berdasarkan
pemakaiannya dan bahan semikonduktor yang dipergunakan, yaitu :
Rangkaian digital (logika) dan Rangkaian analog (linier)”.
Sumber: (Maulana, E., & Purnama, R. A. 2017).
Gambar: II.3 IC
A. Komponen Pasif
1. Resistor
Menurt Ats, M., & Budi, E. S. (2018) : “Resistor merupakan komponen
elektronika dasar yang paling banyak dipakai. Resistor digunakan untuk
membatasi arus dalam sebuah rangkaian. Resistor ini memiliki kode warna
pada badannya untuk menunjukkan nilai dari resistor tersebut. Satuan
yang dipakai untuk menentukan besar kecilnya nilai resistor adalah Ohm
atau disingkat dengan huruf Yunani OMEGA (Ω)” .)” .
Sumber : (Maulana, E., & Purnama, R. A. 2017).
Gambar : II.4 Resistor
12
2. Kapasitor
Menurut (Ats, M., & Budi, E. S. 2018) : “Fungsi dari kapasitor adalah
menyimpan arus listrik. Seperti juga halnya resistor, kapasitor termasuk
salah satu komponen pasif yang banyak dipergunakan dalam membuat
rangkaian elektronika. Kapasitor sendiri berasal dari kata kapasitance atau
kapasitas yang artinya kemampuan untuk menyimpan arus listrik”.
Sumber: Maulana, E., & Purnama, R. A. (2017).
Gambar: II.5 Kapasitor
3. Induktor
Menurut (Safei. ,2017) : “Induktor merupakan komponen Elektronika
Pasif yang sering ditemukan dalam Rangkaian Elektronika, terutama pada
rangkaian yang berkaitan dengan Frekuensi Radio. Induktor atau dikenal
juga dengan Coil adalah Komponen Elektronika Pasif yang terdiri dari
susunan lilitan Kawat yang membentuk sebuah Kumparan”.
Sumber: (Saputra, A. T., Sari, A., & Anisah, N. 2017)
Gambar: II.6 Induktor
13
2.1.4 Sensor Ultrasonik
Sensor yang digunakan pada alat perancangan sistem pemantauan air adalah
sensor ultrasonik dengan tipe HC-SR04. Sensor ultrasonik adalah peralatan yang
digunakan untuk mengubah suatu besaran fisik menjadi besaran listrik sehingga
dapat dianalisa dengan rangkain listrik tertentu. Sensor ultrasonik terdiri dari 2
unit yaitu unit pemancar dan unit penerima, prinsip kerjanya merupakan pantulan
gelombang. Unit pemancar akan memancarkan gelombang ultrasonik melalui
medium udara, jika gelombang tersebut mengenai suatu objek, maka gelombang
akan dipantulkan kembali dan diterima oleh unit penerima pada sensor, sehingga
akan menghasilkan tegangan bolak-balik dengan frekuensi yang sama. Pantulan
gelombang ultrasonik tersebut dapat dimanfaatkan untuk mengukur jarak antara
sensor.
Sumber: (Arasada, B., & Suprianto, B. 2017).
(Gambar II.7. Sensor ultrasonik)
14
2.1.5 Buzzer
Buzzer adalah sebuah komponen elektronika yang mengubah energi listrik
menjadi energi Mekanik atau getaran. Energi getaran ini akan mengahasilkan
suara. Buzzer juga biasanya digunakan untuk indicator suara untuk alarm. Buzzer
ini biasanya memiliki tegangan kerja antara 3 volt sampe dengan 12 volt, biasanya
jika kita beli sudah di jelaskan tegangan kerja nya. jika teganga kerja di bawah 5
volt bisa kita langsung hubungkan ke Arduino. Tapi jika tegangan kerja nya
menggunakan 12 volt, maka kita membutuhkan rangkaian driver untuk buzzer.
Sumber: (Mubarok, A., Sofyan, I., Rismayadi, A. A., & Najiyah, I. 2018).
(Gambar II.8 Buzzer)
2.1.6 Arduino UNO ATmega328
Menurut Chtiarsa & Supriadi, (2016). : “Arduino Uno adalah sebuah borad
mikrokontroler yang didasarkan pada Atmega328. Arduino UNO mempunyai 14
pin digital input/output (6 diantaranya dapat digunakan sebagai luaran PWM), 6
masukan analog, sebuah osilator 16 MHz, sebuah koneksi USB, sebuah power
jack, sebuah ICSP header, dan sebuah tombol reset. Arduino UNO mampu men-
support mikrokontroler, dan dapat dikoneksikan dengan komputer
menggunakan kabel USB” .
Arduino memiliki kelebihan tersendiri di banding board mikrokontroler yang
lainya selain bersifat open source, arduino juga mempunyai bahasa pemogramanya
sendiri yang berupa bahasa C. Salain itu dalam board arduino sendidri sudah
terdapat loader yang berupa USB sehingga memudahkan kita-kita memporgram
15
mikrokontroler didalam arduino. Sedangakan pada kebanyakan board
mikrokontroler yang lainya yang masih membutuhkan rangkaian loader terpisah
untuk memasukan program ketika kita mempogram mikrokontroler. Port USB
tersebut selain untuk loader kita mempogram, bisa juga dipungsikan sebagai port
komunikasi serial.
Untuk mendukung mikrokontroler agar dapat digunakan, cukup hanya
menghubungkan Board Arduino Uno ke komputer dengan menggunakan kabel
USB atau listrik dengan tegangan AC yang di ubah menggunakan adaptor sehingga
outputnya menjadi 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-toserial. Nama
“Uno” berarti satu dalam bahasa Italia, untuk menandai peluncuran Arduino 1.0.
Uno dan versi 1.0 akan menjadi versi referensi dari Arduino kedepanya. Arduino
Uno R3 adalah revisi terbaru dari serangkaian board Arduino, dan model referensi
untuk platform Arduino. Tampak atas dari arduino uno dapat dilihat pada Gambar
II.9.
Sumber: https://www.arduino.cc/en/Products/Counterfeit, 2016
Gambar II.9 Arduino UNO ATmega328P
16
2.2 Tools yang digunakan
Perangkat lunak disebut juga software adalah istilah khusus untuk data yang
disimpan secara digital, termasuk program komputer, dokumentasinya, dan
berbagai informasi yang bisa dibaca, dan ditulis oleh komputer. Dengan kata lain,
bagian sistem komputer yang tidak berwujud. Istilah ini menonjolkan perbedaan
dengan perangkat keras komputer. Software atau perangkat lunak yang digunakan
dalam pembuatan alat ini adalah software Arduino IDE, Aplikasi ini berguna
sebagai text editor untuk membuat, membuka, mengedit, dan juga mevalidasi kode
serta untuk di upload ke board Arduino. Program yang digunakan pada Arduino
disebut dengan istilah “sketch” yaitu file source code arduino dengan ekstensi .ino.
2.2.1 Bahasa pemrograman yang di gunakan
Menurut (Gustian, Triyanto, & Rismawan, 2016). : “Bahasa C digolongkan
dalam middle level language (bahasa tingkat menengah),mudah dipelajari jika
dibandingkan dengan bahasa tingkat rendah seperti Assembly. Bahasa C yang
dituliskan untuk memprogram mikrokontroler tidak memiliki perbedaan yang
signifikan dengan bahasa C pada umumnya. Untuk penulisan program pada
mikrokontroler lebih sederhana dibandingkan dengan penulisan program
untuk komputer desktop”.
Sebagaimana diketahui, ada bermacam-macam bahasa manusia, sepeti bahasa
Inggris, bahasa Indonesia, ataupun bahasa Batak. Kumpulan instruksi dalam bahasa
manusia yang berupa sejumlah kalimat dapat dianalogikakan dengan suatu
program. Manusia dapat mengerjakan suatu intruksi berdasarkan kalimat-kalimat
dan komputer dapat menjalankan suatu instruksi program.
Dalam konteks pemrograman, terdapat sejumlah bahasa pemrograman,
seperti Pascal, C, C++, dan BASIC. Secara garis besar, bahasa-bahsa pemrograman
dapat dikelompokan menjadi :
1. Bahasa beraras-tinggi (high-level language)
17
2. Bahasa beraras-rendah (low-level language)
Bahasa beraras tinggi adalah bahasa pemrograman yang berorientasi kepada bahasa
manusia. Program dibuat dengan menggunakan bahasa pemrograman yang mudah
dipahami oleh manusia, biasanya menggunakan kata-kata bahasa Inggris; misalnya
IF untuk menyatakan “jika” dan AND untuk menyatakan “dan”. Yang termasuk
dalam kelompok bahasa ini adalah bahasa C, C++, Pascal dan BASIC.
Bahasa beraras rendah adalah bahasa pemrograman yang berorientasi kepada
mesin. Bahasa ini menggunakan kode biner (yang hanya mengenal kode 0 dan 1)
atau suatu kode sederhana untuk menggantikan kode-kode tertentu dalam sistem
biner. Yang tergolong dalam kelompok bahasa ini adalah bahasa mesin dan bahasa
rakitan. Bahasa-bahasa itu ini sangat sulit untuk dipahami oleh orang awam dan
sangat membosankan bagi pemrogram yang sudah terbiasa dengan bahasa beraras
tinggi. Pemrogram harus benar-benar mengusai operasi komputer secara teknis.
Namun bahasa generasi ini memberikan eksekusi program yang sangat cepat.
Selain itu bahasa mesin sangat bergantung pada mesin (machine dependent);
artinya, bahasa mesin antara satu mesin dengan mesin yang lain jauh berbeda.
2.2.2 Aplikasi Editor
Menurut (Rahman & Alfaizi, 2014). : “perangkat lunak adalah program
komputer yang berfungsi sebagai sarana interaksi (penghubung) antara
pengguna (user) dan perangkat keras (hardware). Software bisa juga
dikatakan sebagai "penerjemah" perintah-perintah yang dijalankan
pengguna komputer untuk diteruskan atau diproses oleh perangkat keras
(Hardware). Software adalah program komputer yang isi intruksinya dapat
diubah dengan mudah. Software pada umumnya digunakan untuk
mengontrol perangkat keras (yang sering disebut device driver), melakukan
proses perhitungan, berinteraksi dengan Software yang lain dan lebih
mendasar (seperti sistem operasi, dan bahasa pemrograman), dan
lainlainSS”.
Arduino uno dapat diprogram dengan perangkat lunak Arduino. Pada
Atmega328 di arduino terdapat bootloader yang memungkinkan untuk meng-
18
upload kode baru itu tampa menggunakan programer hardware eksternal.
IDE Arduino adalah software yang sangat cangih ditulis dengan menggunakan
java. IDE Arduino terdidri dari :
1. Editor program, sebuah window yang memungkinkan pengguna menulis dan
mengedit program dalam bahasa processing.
2. Compile, sebuah modul yang mengubah kode program (bahasa processing)
menjadi kode biner. Bagai mnapun sebuah mikrokontroler adalah kode biner
memahami bahasa processing. Yang bisa dipahami oleh mikrokontroler adalah
kode biner. Itulah sebabnya compile diperlukan dalam hal nia.
3. Uploader, sebuah modul yang memuat kode biner dari komputer kedalam
memory didalam papan Arduino. Sebuah kode program Arduino umumnya
disebut dengan istilah sketch. Kata “sketch” digunakan secara bergantian
dengan “kode program” dimna keduanya memiliki arti yang sama.
19
Sumber: (Alfannizar, I., dkk. 2018)
Gambar: II.10 Arduino Software
Arduino IDE dibuat dari bahasa pemrograman JAVA. Arduino
IDE juga dilengkapi dengan library C/C++ yang biasa disebut Wiring
yang membuat operasi input dan output menjadi lebih mudah. Arduino
IDE ini dikembangkan dari software Processing yang dirombak
menjadi Arduino IDE khusus untuk pemrograman dengan Arduino.