RANCANG BANGUN ALAT PENGENDALI AIR MANCUR MINI
MENGGUNAKAN MIKROKONTROLER AT89S51
M. Ali Fikri, ST.1, Dr. Wahyu Kusuma R, ST., MT.
2,
M. Karyadi, ST., MT.3
Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknologi Industri, Universitas Gunadarma
Jl. Margonda Raya No. 100 Depok 16424
e-mail: [email protected],
2 staffsite.gunadarma.ac.id/wahyukr,
ABSTRAKSI
Kebutuhan manusia akan keindahan dan seni, maka perlu adanya penyegaran kembali
akibat bekerja keras. Keperluan dalam hal itu, dapat diterapkan salah satunya adalah
pembuatan air mancur mini yang dapat ditempatkan dalam rumah. Oleh karena itu dalam
tugas akhir ini, peneliti merancang dan membangun alat pengendali air mancur mini.
Air mancur yang dirancang menggunakan tiga pompa air yang dikendalikan oleh
mikrokontroler dan komponen lainnya. Air Mancur yang dirancang akan diatur oleh tiga
switch push on. Swtich push on ini terdapat pada tiga rangkaian. Sehingga setiap masing-
masing switch push on, akan mempunyai lima variasi yang bebeda-beda. Variasi-variasi dari
air mancur tersebut akan memberikan kenyamanan dan bunyi semburan air yang berirama.
Tanggal Pembuatan: 6 September 2011
1. Pendahuluan
Keramaian di ibukota Jakarta, sering
membuat para pekerja merasakan jenuh di
dalam perjalanan. Hal tersebut terjadi
karena padatnya kendaraan bermotor dan
sempitnya ruas jalan. Ibu kota Jakarta
merupakan pusat/jantungnya ibukota
dalam mencari pekerjaan yang layak.
Sebagian besar para pekerja mengeluh
dengan ruas jalan yang sempit, arus lalu-
lintas tidak tertib dan lain sebagainya.
Aktifitas bekerja selama selama enam hari
membuat para pekarja membutuhkan
sarana untuk mereleksasikan tubuh-
tubuhnya dan membutuhkan penyegaran.
Biasanya para pekerja mencari tempat
hiburan dan penyegaran dengan
mengeluarkan biaya yang besar. Liburan
yang paling enak dan menyenangkan yaitu
bisa bermain air mancur bersama keluarga
ditempat hiburan yang paling
mengasikkan.
Penelitian ini dilakukan sebagai alternative kepada para pekerja yang ingin menikmati suasana alam seperti pada tempat hiburan biasa dikunjungi. Dengan biaya yang cukup murah, semua keluarga
dapat menikmati pembuatan alat alternative ini di rumah, di ruang tamu dan lain-lain.
2. Landasan Teori
2.1 Mikrokontroler AT89S51[1] [2]
Pengertian dasar Mikrokontroler, Clock
dan CPU Timing, Memory, Program Flow
dan Kit Mikrokontroler.
2.1.1. Pengertian dasar mikrokontroler:
Mikrokontroler, jika diterjemahkan
secara harfiah, berarti pengendali yang
berukuran mikro. Sekilas mikrokontroler
hampir sama dengan mikroprosesor.
Namun mikrokontroler memiliki banyak
komponen yang terintegrasi didalamnya,
misalnya timer/counter. Sedangkan pada
mikroprosesor, komponen tersebut tidak
terintegrasi. Mikroprosesor umumnya
terdapat pada komputer dimana tugas dari
mikroprosesor adalah untuk memproses
berbagai macam data input maupun output
dari berbagai sumber.
AT89S51 adalah sebuah
mikrokontroller 8 bit bertenaga rendah
dengan teknologi CMOS berkinerja tinggi
yang dilengkapi memori flash yang dapat
diprogram sebesar 8 Kbyte. Komponen ini
dibuat dengan teknologi memori Atmel
yang nonvolatile dan berkapasitas tinggi
serta kompatibel dengan set instruksi dan
pin out standar industri 80CSI. Flash on-
chip memungkinkan memori program
diprogram ulang dalam sistem atau oleh
pemprograman memori nonvolatile yang
konvensional. Dengan menggunakan CPU
8 bit dengan flash yang diprogram dari
sistem dalam sebuah monolithic chip,
Atmel AT89S51 adalah sebuah
mikrokontroler yang sangat baik untuk
menyediakan solusi yang sangat fleksibel
dan efektif dalam biaya, untuk banyak
masalah aplikasi, serta untuk mengontrol
modul tambahan
MCS-51 pertama kali
dikembangkan oleh Intel Corporation pada
tahun 70-an sehingga dapat dibilang usia
MCS-51 sudah lebih dari 23-tahun. MCS-
51 merupakan salah satu keluarga
mikrokontroler yang sampai sekarang
masih banyak dikembangkan oleh berbagai
produsen semacam Atmel Corp., Philips
Semiconductors, Cygnal Integrated
Products, Inc., dan Winbond Electronics
Corp. Beberapa contoh mikrokontroler
yang merupakan keluarga MCS-51, yaitu
AT89S51, AT89S52, dll
IC mikrokontroler dikemas dalam bentuk yang berbeda. Pada dasarnya fungsi kaki yang ada memiliki persamaan. Dibawah ini adalah gambar konfigurasi pin-pin AT89S51 beserta penjelasan pin-pinnya:
Gambar 2.1 IC AT89S51
a. VCC Pin 40 dihubungkan dengan tegangan catu
+5 Volt.
b. Ground Pin 20 dihubungkan dengan ground.
c. Port 0 Port 0 adalah sebuah saluran terbuka port
I/O 8-bit dua arah.
d. Port 1 Port 1 adalah port I/O 8 bit dua arah yang
memiliki pull-ups internal.
e. Port 2 Port 2 adalah port I/O 8 bit dua arah yang
memilki pull-ups internal.
f. Port 3 Port 3 adalah port I/O 8 bit dua arah yang
memiliki pull-ups internal.
g. RST Tingkat kemampuan pin ini untuk
perputaran 2 buah mesin terlihat ketika
osilator melakukan reset pada device.
h. ALE/PROG Address Latch Enable (ALE) merupakan
pulsa keluaran untuk pemasangan byte
yang rendah dari alamat, selama terjadi
pengaksesan ke memori eksternal.
i. PSEN Program Store Enable (PSEN) adalah
pembaca strobe ke program memori
eksternal.
j. EA/VPP Eksternal Access Enable (EA) harus
terhubung dengan ground untuk
mengaktifkan mikrokontroller dalam
mengambil kode dari lokasi program
memori eksternal yang dimulai dari 0000H
sampai FFFFH.
k. XTAL1 dan XTAL2 XTAL1 dan XTAL2 adalah masukan dan
keluaran ke dan dari inverting oscillator
amplifier. XTAL1 juga berfungsi sebagai
masukan ke clock internal sirkuit operasi.
XTAL1 dan XTAL2 terdapat pada pin 18 -
19, paada mikrokontroler disebut on-chip
oscillator.
2.1.2. Clock dan CPU timing
Peran clock bagi mikrokontroler MCS-
51 ibarat jantung bagi manusia. Manusia
tanpa detak jantung tidak akan hidup.
Mikrokontroler tanpa ‘detak’ clock juga
tidak akan berfungsi. Pulsa clock
mengambil peran penting dalam
menentukan kecepatan dan sikronisasi
kerja Central Processing Unit (CPU)
mikrokontroler. IC mikrokontroler MCS-
51 memiliki dua pin (XTAL1 dan XTAL2)
yang merupakan input dan output dari on-
chip inverting amplifier satu tahap. Kaki-
kaki ini dapat dihubungkan dengan
rangkaian pembangkit pulsa clock.
Dengan memanfaatkan on-chip oscillator,
rangkaian pembangkit pulsa hanya
membutuhkan dua kapasitor dan sebuah
quartz crystal atau sebuah ceramic
resonator. Jika menggunakan quartz
crsytal, nilai kapasitor yang umum
digunakan adalah 47 pF.
Frekuensi Quartz Crystal atau Ceramic
Resonator (kedua istilah ini disebut
Osilator) yang dapat digunakan berkisar
antara 0 Hz hingga 24 MHz, bahkan ada
beberapa varian MCS-51 yang mampu
menggunakan osilator 40 MHz. Namun
frekuensi yang sering digunakan, terutama
jika menggunakan komunikasi Universal
Asynchronous Receiver Transmitter
(UART) adalah 11,0592 MHz. Selain
dengan on-chip oscilator, IC
mikrokontroler MCS-51 juga dapat
menggunakan external clock generator.
Sumber clock luar ini dihubungkan dengan
XTAL1 sedangkan XTAL2 tidak
terhubung kemanapun juga. Pin XTAL2
merupakan inverted output dari XTAL1.
2.1.3. Memory
Memori pada intinya berfungsi
untuk ‘mengingat’ atau menyimpan suatu
informasi. Memori penting bagi sistem
MCS-51 karena semua program dan data
tersimpan dalam memori. Makin besar
kapasitas memori yang dimiliki, sistem
dapat mengakomodasi program yang lebih
kompleks dan data yang lebih banyak.
Pada dasarnya, dalam dunia
mikrokontroler ada dua tipe memori.
Kedua memori tersebut adalah data
memory dan program memory. Pembagian
dua memori ini bertujuan agar proses kerja
mikrokontroler bekerja lebih cepat.
Data Memory seperti namanya,
berfungsi untuk menyimpan data.
Berdasarkan lokasinya, data memory
dibagi menjadi dua, yaitu internal data
memory yang terdapat dalam IC MCS-51
dan external data emory yang berada diluar
IC MCS-51. Kapasitas internal data
memory yang dimiliki MCS-51 sebesar
128 bytes ditambah dengan SFR (Special
Function Register) sehingga jumlahnya
mencapai 256 bytes.
Gambar 2.2 Pembagian Ruang Internal
Data Memory
External Data Memory berupa IC RAM
atau ROM dapat ditambahkan dan
digunakan untuk menyimpan variabel yang
ditentukan oleh user. Penambahan ini
dapat dilakukan hingga kapasitas total
external data memory mencapai 64 KB.
Program Memory berfungsi untuk
menyimpan kode program user yang akan
dijalankan. User dapat menggunakan
internal program memory yang tertanam
dalam IC MCS-51 dan external program
memory. Internal Program Memory selain
berisi instruksi user, juga memiliki
beberapa alamat khusus yang ditujukan
untuk reset address (alamat yang dituju
saat pertama kali mikrokontroler bekerja)
dan interrupt vector address.
2.1.4. Program flow dan kit
mirokontroler
Secara default, MCS-51 akan
selalu memulai dari alamat 0000h dan
kemudian Pogram Counter (PC) akan
bertambah sesuai dengan instruksi yang
diproses. Program-program sederhana
umumnya hanya memiliki satu alur
dimana program akan dimulai dari alamat
terendah ke alamat berikutnya yang lebih
besar secara berurutan, hingga program
diakhiri pada alamat tertentu.
Direct Jump merupakan proses
dimana program akan melompat ke alamat
tertentu. Alamat ini dapat berlokasi
sebelum ataupun sesudah alamat saat ini.
Direct Jump ini umumnya digunakan
untuk melompat daerah Interrupt Vector
Address atau melompat ke awal rutin loop.
Conditional Branching merupakan
proses dimana sebuah program memiliki
dua pilihan alur dimana alur yang
melewati tergantung dari persyaratan yang
diperiksa. Jikapersyaratan terpenuhi,
program akan melompat ke suatu alamat
tertentu. Jika persyaratan tidak terpenuhi,
program akan berlanjut ke baris berikutnya
atau melompat ke suatu alamat lain.
Direct Call adalah proses
memanggil sebuah subrutin pada alamat
tertentu. Saat MCS-51 mengeksekusi
Direct Call, PC akan disimpan ke dalam
stack dan program melompat ke subrutin
yang di panggil untuk di proses subrutin
tersebut.
Return From Subroutine
merupakan pasangan dari Direct Call.
Proses ini merupakan proses dimana
program akan keluar dari subrutin untuk
melanjutkan proses selanjutnya yang
tertunda oleh Direct Call. Instruksi untuk
proses ini adalah RET. Saat MCS-51
mengeksekusi RET, PC akan diambil dari
stack dan program kembali ke baris setelah
baris yang mengeksekusi Direct Call.
Interrupt membuat program utama
terhenti sebentar untuk menjalankan
Interrupt Service Rountine . Pada dasarnya
proses mengeksekusi interrupt sama
dengan melakukan Direct Call ke Interrupt
Vector Addres dan Return From
Subroutine pada akhirnya Interrupt Service
Routine. Perbedaannya adalah pada
penggunaan RETI dan bukan RET.
2.2 Transistor [3]
Transistor adalah kependekan dari
transfer resistor (resistor transfer), istilah
yang memberikan petunjuk bagaimana
alat tersebut bekerja. Arus yang mengalir
pada rangkaian output ditentukan oleh
arus yang mengalir pada rangkaian
input. Karena transistor adalah perangkat
tiga terminal, satu elektroda harus
digunakan secara bersama-sama oleh
rangkaian input dan output. Berikut ini
adalah gambar komponen transistor BC-
547:
Gambar 2.3 Transistor BC 547
Transistor digolongkan ke dalam
dua kategori (bipolar dan efek-medan)
dan juga dikelompokkan menurut bahan
semikonduktor yang digunakan untuk
membuatnya (silikon atau germanium)
dan menurut bidang aplikasinya (misalnya
serbaguna, pensaklaran, frekwensi tinggi,
dll). Berbagai kelas transistor tersedia
sesuai dengan aplikasinya masing-masing.
Selain itu juga transistor
merupakan suatu piranti semikonduktor
yang memiliki sifat khusus. Secara
ekivalen transistor dapat dibandingkan
dengan dua dioda dengan satu konfigurasi.
Transistor memiliki dua jenis yaitu :
Transistor Unipolar
Transistor Unipolar adalah
transistor yang hanya memiliki satu
buah persambungan kutub,
contohnya : FET
Transistor Bipolar
Transistor Bipolar adalah
transistor yang memiliki dua
persambungan kutub, contohnya
adalah PNP dan NPN.
Pada dasarnya transistor bekerja
berdasarkan prinsip pengendalian arus
collector dengan menggunakan arus basis.
Dengan kata lain arus basis mengalami
penguatan hingga menjadi sebesar arus
colector. Penguatan ini bergantung pada
faktor penguatan masing-masing transistor
( Alpha dan Beta).
Konfigurasi dasar dari rangkaian
transistor sebagai penguat adalah common
base, common collector, dan common
emitor. Sifat transistor sebagai penguat
arus. Transistor akan saturasi pada nilai
tegangan tertentu antara basis dan emitor.
Sehingga menjadikan transistor dapat
berfungsi sebagai saklar elektronik.
Dibawah ini merupakan tipe-tipe transistor
dan lambangnya:
Gambar 2.4 Transistor tipe NPN dan PNP
Gambar 2.5 Lambang Transistor
Transistor bipolar adalah komponen
yang bekerja berdasarkan ada-tidaknya
arus pemicuan pada kaki basisnya. Pada
aplikasi driver relay, transistor bekerja
sebagai saklar yang pada saat tidak
menerima arus pemicuan, maka transistor
akan berada pada posisi cut-off dan tidak
menghantarkan arus, Ic=0. Dan saat kaki
basis menerima arus pemicuan, maka
transistor akan berubah ke keadaan
saturasi dan menghantarkan arus.
Ada 3 daerah operasi transistor
yaitu pada tabel 2.1:
No Kondisi Dioda B/E Dioda B/C
1 Cut off (OFF) Bias Reverse Bias Reverse
2 Saturasi (ON) Bias Forward Bias Forward
3 Aktif Bias Forward Bias Reverse
Kondisi Cut – Off Transistor ( Titik
Sumbat ) titik sumbat yaitu Pada daerah
ini arus basis = 0 dan arus pada kolektor
kecil, sehingga arus ini dapat diabaikan
akan tetapi yang terjadi adalah Ic yang
merupakan arus bocor yang disebabkan
oleh arus pada permukaan yang bocor.
Pada titik sumbat dioda emitter kehilangan
bias maju dan suatu kerja normal pada
suatu transistor akan terhenti.
Transistor pada keadaan cut off
dianggap sebagai rangkaian common
emitter yang mana tahanan kolektor
terhubung seri dengan emitter sehingga
tegangan catu ( Vcc ) sama dengan VCE (
VCC = VCE ) dan keadaan ini pun diberi
notasi VC (Ic . Rc) dan VCE. Arus
kolektor yang mengalir melalui tahanan
kolektor dan tegangan dropnya adalah Ic
. RC. Jika transistor dianggap sebagai
saklar, maka saklar tersebut berada pada
keadaan terbuka, sehingga saklar akan Off.
Transistor dikatakan Cut off karena basis
memperoleh bias negatif ( reverse ) yang
cukup besar, sehingga akan memutuskan (
cut – off ) arus kolektor untuk keadaan ini
Ic. Rc = 0. sehingga tegangan catu sama
dengan tegangan antara kolektor dan
emitter.
Kondisi Saturasi Transistor (
Titik Jenuh )titik jenuh yaitu pada daerah
ini yang mana arus basis = Ib ( sat ) dan
arus kolektor adalah maksimum. Pada
daerah jenuh dioda kolektor akan
kehilangan bias mundur ini berarti dioda
dibias maju, maka kerja normal dari
transistor akan terhenti. Dengan persamaan
sebagai berikut :
Ic ( sat ) = Vcc / Rc
Transistor ini akan saturasi, jika
pada basis mendapat bias arah maju
( Forward ) dimana seluruh tegangan Vcc
muncul sebagai pen-drop tegangan pada
tahanan kolektor. bila arus kolektor ( Ic )
diperbesar pada suatu titik. Dimana
seluruh tegangan pada Vcc muncul pada
tahanan kolektor. Karena seluruh tegangan
Vcc muncul sebagai pen-drop tegangan
pada tahanan kolektor. Bila arus kolektor (
Ic ) diperbesar pada suatu titik maka:
Anoda katoda
Vcc - IC . Rc = 0 dan VCE = 0 volt
Keadaan seperti di atas dikatakan pada
kondisi saturasi ( Jenuh ) dari transistor,
jika transistor yang dianggap sebagai
saklar, maka akan terhubung
2.3 Dioda [4]
Dioda adalah komponen
semikonductor yang paling sederhana, ia
terdiri atas dua elektroda yaitu katoda dan
anoda Ujung badan dioda biasanya diberi
bertanda, berupa gelang atau berupa titik,
yang menandakan letak katoda. Dioda
juga merupakan piranti non-linier karena grafik arus terhadap tegangan
bukan berupa garis lurus, hal ini karena
adanya potensial penghalang (Potential
Barrier). Ketika tegangan dioda lebih kecil
dari tegangan penghambat tersebut maka
arus dioda akan kecil, ketika tegangan
dioda melebihi potensial penghalang arus
dioda akan naik secara cepat
Gambar 2.6 Dioda 1N4148
Dioda memiliki fungsi yang unik
yaitu hanya dapat mengalirkan arus satu
arah saja. Struktur dioda tidak lain adalah
sambungan semikonduktor P dan N. Satu
sisi adalah semikonduktor dengan tipe P
dan satu sisinya yang lain adalah tipe N.
Dengan struktur demikian arus hanya akan
dapat mengalir dari sisi P menuju sisi N.
Dioda hanya bisa dialiri arus DC searah
saja, pada arah sebaliknya arus DC tidak
akan mengalir. Apabila dioda silicon
dialiri arus AC ialah arus listrik dari PLN,
maka yang mangalir hanya satu arah saja
sehingga arus output dioda berupa arus DC
Bila anoda diberi potensial positif dan
katoda negatif, dikatakan dioda diberi
forward bias dan bila sebaliknya,
dikatakan dioda diberi reverse bias. Pada
forward bias, perbedaan voltage antara
katoda dan anoda disebut threshold voltage
atau knee voltage. Besar voltage ini
tergantung dari jenis diodanya, bisa 0.2V,
0.6V dan sebagainya. Bila dioda diberi
reverse bias (yang beda voltagenya
tergantung dari tegangan catu) tegangan
tersebut disebut tegangan terbalik.
Tegangan terbalik ini tidak boleh
melampaui harga tertentu, harga ini
disebut breakdown voltage, misalnya
dioda type 1N4001 sebasar 50V. Dioda
jenis germanium misalnya type 1N4148
atau 1N60 bila diberikan forward bias
dapat meneruskan getaran frekuensi radio
dan bila forward bias dihilangkan, akan
memblok getaran frekuensi radio tersebut.
Adanya sifat ini, dioda jenis tersebut
digunakan untuk switch.
2.4 Relay [5]
Relay adalah komponen yang
terdiri dari sebuah kumparan berinti besi
yang akan menghasilkan elektromagnet
ketika kumparannya dialiri oleh arus
listrik. Elektromagnet ini kemudian
menarik mekanisme kontak yang akan
menghubungkan kontak Normally-Open
(NO) dan membuka kontak Normally-
Closed (NC). Sedikit menjelaskan, kata
Normally disini berarti relay dalam
keadaan non-aktif atau non-energized, atau
kumparan relay tidak dialiri arus. Jadi
kontak Normally-Open (NO) adalah
kontak yang pada saat Normal tidak
terhubung, dan kontak Normally-Closed
(NC) adalah kontak yang pada saat
Normal terhubung.
Gambar 2.7 Rangkaian Driver Relay
Kumparan
Gambar diatas adalah simbol dari
komponen relay SPDT (Single-Pole
Dual-Totem) yang berarti memiliki
sebuah kontak NO dan sebuah kontak
NC dengan sebuah COMMON. Pada
saat kumparan tidak dialiri arus, maka
kontak NC akan terhubung dengan
COM. Jika kumparan dialiri arus,
maka kontak akan bergerak dari NC ke
NO, sehingga NO akan terhubung
dengan COM.
2.4.1. Karakteristik Relay
Karakteristik relay antara lain adalah
tegangan kerja koil/kumparan. Ada yang
5Vdc, 12Vdc, 24Vdc, 36Vdc, hingga
48Vdc. Relay yang digunkan dalam
rangkaian ini adalah relay 12V. Tegangan
kerja adalah tegangan yang harus
diberikan
Gambar 2.8 Driver Relay
kepada koil agar relay dapat bekerja.
Selain itu ada karakteristik kemampuan
kontak relay. Bisa 3A, 5A, 10A, atau
lebih. Maksudnya adalah arus maksimal
yang mampu dialirkan oleh kontak relay
adalah sesuai dengan karakteristiknya, jadi
bisa 3A, 5A, atau 10A. Memang meskipun
dipaksa untuk mengalirkan arus lebih
besar juga tidak langsung rusak. Dibawah
ini gambar relay yang digunakan dalam
rangkaiannya
Dioda Pemancar Cahaya (LED) [6]
LED atau singkatan dari Light
Emitting Diode adalah salah satu
komponen elektronik yang tidak asing lagi
di kehidupan manusia saat ini. LED saat
ini sudah banyak dipakai, seperti untuk
penggunaan lampu permainan anak-anak,
untuk rambu-rambu lalu lintas, lampu
indikator peralatan elektronik hingga ke
industri, untuk lampu emergency, untuk
televisi, komputer, pengeras suara
(speaker), hard disk eksternal, proyektor,
LCD, dan berbagai perangkat elektronik
lainnya sebagai indikator bahwa sistem
sedang berada dalam proses kerja, dan
biasanya berwarna merah atau kuning.
LED ini banyak digunakan karena
komsumsi daya yang dibutuhkan tidak
terlalu besar dan beragam warna yang ada
dapat memperjelas bentuk atau huruf yang
akan ditampilkan. dan banyak lagi
Cara Kerja LED : Karena LED adalah salah satu jenis
dioda maka LED memiliki 2 kutub yaitu
anoda dan katoda. Dalam hal ini LED
akan menyala bila ada arus listrik mengalir
dari anoda menuju katoda. Pemasangan
kutub LED tidak boleh terbalik karena
apabila terbalik kutubnya maka LED
tersebut tidak akan menyala. Led memiliki
karakteristik berbeda-beda menurut warna
yang dihasilkan. Semakin tinggi arus yang
mengalir pada led maka semakin terang
pula cahaya yang dihasilkan, namun perlu
diperhatikan bahwa besarnya arus yang
diperbolehkan 10mA-20mA dan pada
tegangan 1,6V – 3,5V menurut karakter
warna yang dihasilkan. Apabila arus yang
mengalir lebih dari 20mA maka led akan
terbakar. Untuk menjaga agar LED tidak
terbakar perlu kita gunakan resistor
sebagai penghambat arus.
Gambar 2.9 LED
Gambar 2.10 Simbol LED:
Pada saat ini warna-warna cahaya LED
yang banyak ada adalah warna merah,
kuning dan hijau.LED berwarna biru
sangat langka. Untuk menghasilkan
warna putih yang sempurna, spectrum
cahaya dari warna-warna tersebut
digabungkan, dengan cara yang paling
umum yaitu penggabungan warna merah,
hijau, dan biru, yang disebut RGB. Pada
dasarnya semua warna bisa dihasilkan,
namun akan menjadi sangat mahal dan
tidak efisien. Dalam memilih LED selain
warna, perlu diperhatikan tegangan kerja,
arus maksimum dan disipasi daya-nya.
3. Perancangan
3.1. Gambaran Umum Alat pengendali air mancur otomatis
yang dibuat akan dipergunakan sebagai
penghias ruang tamu atau sebagai tempat
melepaskan penat. Sistem air mancur
otomatis berbasis mikrokontroler
AT89S51 merupakan sistem yang dapat
menyemprotkan air dari masing-masing
selang yang telah dihubungkan dengan
pompa air. Semprotan air tersebut berasal
dari 3 buah pompa air yang dihubungkan
dengan 3 selang. Ketiga pompa tersebut
memiliki variasi pancuran air yang
berbeda antara pompa yang satu dengan
pompa yang lain. Karena kondisi on/off
pancuran air diprogram oleh
mikrokontroler dan kerja dari relay. Ketiga
pompa ini akan dikontrol oleh 3 switch
yang berfungsi sebagai pemberi perintah.
Setiap switch yang ditekan mempunyai 5
variasi pancuran air pada masing-masing
selang yang terhubung dengan pompa.
Sehingga dari masing-masing pancuran air
yang dihasilkan dapat menyebabkan
bentuk air mancur berirama dan dapat
menambah kenyaman dalam rumah.
3.2. Unit Pengendali Unit pengendali yaitu unit yang
dapat mengendalikan perintah masukan
dan perintah keluaran. Unit pengendali
yang digunakan pada rancang bangun air
mancur mini ini yaitu, mikrokontroler
AT89S51. Adapun masukan yang
digunakan adalah berupa switch push on
dan keluaran yang dihasilkan yaitu on/off
pompa air. Switch push on dihubungkan
dengan port 0.0 sampai port 0.2 dan port
keluaran yang digunakan yaitu port 1.0
sampai port 1.2. Gambar 3.2 menunjukkan
rangkaian mikrokontroler AT89S51.
Gambar 3.1. Rangkaian Mikrokontroler
AT89S51
Rangkaian mikrokontroler mempunyai
ruang untuk menyimpan instruksi-instruksi
program. Program yang dimasukkan ke
mikrokontroler berfungsi untuk
mengendalikan atau mengeksekusi
masukan yang diterima. Sehingga
rancangan alat dapat digunakan sesuai
dengan harapan. Program yang
dimasukkan ke mikrokontroler mempunyai
kondisi aktif low.
Lima variasi tersebut diatur oleh
program delay selama 5 detik. Tabel 3.1
menunjukkan kondisi on/off rangkaian.
Tabel 3.1. Kondisi On/Off Rangkaian
Switch
Push
Button
Pompa
air I
(P0.2)
Pompa
air II
(P0.1)
Pompa
air III
(P0.0)
1
ON
OFF
ON
ON
OFF
ON
ON
OFF
ON
OFF
ON
ON
OFF
OFF
OFF
2
ON
ON
ON
ON
OFF
OFF
ON
OFF
ON
ON
OFF
OFF
ON
ON
ON
3
OFF
ON
OFF
ON
ON
ON
OFF
ON
ON
OFF
ON
OFF
OFF
OFF
ON
Ketiga switch push on tersebut,
hanya dapat bekerja ketika mendapat
perintah satu kali tekan untuk masing-
masing switch. Tidak bisa dalam sekali
penekanan dua atau tiga switch ditekan
bersamaan. Logika program yang
digunakan mempunyai logika 0 (aktif
low). Karena masukan switch ke
mikrokontroler terhubung dengan ground.
Sehingga menyebabkan mikrokontroler
bekerja dalam kondisi aktif low.
3.3. Rangkaian Catu Daya
Gambar 3.3 Rangkaian Catu Daya
Pada blok catu daya ini digunakan
IC 7812 dan IC 7805. IC ini mempunyai
karakeristik diantaranya sebagai berikut :
Keluaran IC 7812 adalah 11,8 V
sampai 12,5 V
Keluaran IC 7805 adalah 4,8V
sampai 5,2V
Catu daya sangat diperlukan dalam
perancangan alat ini, karena tanpa catu
daya alat ini tidak dapat bekerja. Tegangan
DC yang dihasilkan adalah tegangan DC
DC +12 Volt. Catu daya tersebut
dihubungkan ke rangkaian konversi.
Setelah terhubung, maka rangkaian
konversi mempunyai tegangan 12V. Pada
rangkaian mikrokontroler terdapat IC
regulator 7805.
3.4. Blok Keluaran Blok keluaran pada saat
mikrokontroler aktif yaitu hidup atau
matinya pompa air. Hal tersebut terjadi
karena adanya perubahan waktu delay
pada instruksi program yang diberikan.
Tabel 3.2 menunjukkan penggunaan
masing-masing port untuk rancang bangun
alat pengendali air mancur mini.
Tabel 3.2 Penggunaan Port Mikrokontroler
Port Penggunaan Port Penggunaan
P0.0 Masukan
Switch 1 P1.0
Keluaran
Pompa Air 1
P0.1 Masukan
Switch 2 P1.1
Keluaran
Pompa Air 2
P0.2 Masukan
Switch 3 P1.2
Keluaran
Pompa Air 3
Penggunaan port 0 sebagai port
masukan yaitu port 0 merupakan port yang
stabil. Karena port 0 tidak mempunyai pull
up atau pengaruh dibandingkan port-port
yang lain. Pull up yaitu mempunyai fungsi
dapat bekerja hanya dengan menerima
logika high saja. Port 1 digunakan sebagai
port keluaran dari perancangan alat ini.
3.5. Analisa Rangkaian Keseluruhan
Gambar 3.4 Rangkaian Keseluruhan
Rancang Bangun Alat Pengendali Air
Mancur Mini
Rangkaian air mancur otomatis ini
menggunakan mikrokontroler AT89S51.
Dalam perancangan alat ini, masukan yang
dihubungkan dengan mikrokontroler
bekerja dalam kondisi aktif low dan
keluaran yang dihasilkan mikrokontroler
dalam kondisi aktif high. Tegangan 220V
digunakan untuk menghidupkan pompa air
dan COM pada relay juga dihubungkan.
Kondisi relay dalam keadaan normal
berada pada posisi NC saklarnya, berarti
relay tersebut belum bekerja. Ketika relay
bekerja, maka saklar dari NC akan
berpindah ke NO yang mengakibatkan
pompa bekerja. Prinsip dari kerja relay
yaitu akan bekerja jika mendapatkan input
berupa arus yang diberikan dari transistor
menuju rangkaian relay.
Gambar 3.5 menunjukkan sketsa
penempatan pompa dan struktur air
mancur.
.
Gambar 3.5 Sketsa Penempatan Pompa
Air Dan Struktur Air Mancur.
4. Analisa Dan Pembahasan
Uji coba rangkaian ini dilakukan untuk
membuktikan apakah alat ini dapat
berjalan apa tidak pada saat diaktifkan.
Adapun uji coba alat ini dibagi menjadi 3
bagian untuk memudahkan pengambilan
data yaitu uji coba catu daya dan uji coba
rangkaian.
4.1. Catu Daya
Gambar 4.1 Pengukuran Tegangan Pada
Rangkaian Catu Daya
Sistem kerja keseluruhan dari alat ini
menggunakan catu daya. Skema rangkaian
diatas adalah rangkaian catu daya. Catu
daya yang digunakan berasal dari adapter.
Dibawah ini adalah keluaran tegangan dari
catu daya pada tiap-tiap titik.
Tabel 4.1 Hasil Pengujian
Tegangan Keluaran Pada Rangkaian Catu
Daya
Input Catu
daya
Keluaran
Titik A
Keluaran
Titik B
220V 12,5V 5,2V
Pengukuran catu daya dilakukan
dengan menggunakan multimeter digital.
Setelah melakukan pengukuran, kemudian
catu daya tersebut di uji dengan osiloskop
untuk mengetahui bentuk gelombang yang
dihasilkan oleh catu daya. Gambar 4.2
menunjukkan tampilan tegangan keluaran
DC rangkaian catu daya pada osiloskop.
Gambar 4.2 Tampilan Tegangan Keluaran
DC Rangkaian Catu daya Pada Osiloskop
Measure = 12,97V
Vpp = 600mV
pom pom
pa 2
pom
pa 3
Supply
220V
Rangkaia
n 1
Rangkaia
n 2
Rangkai
an 3
Keluaran air
mancur
4.2. Uji Coba Rangkaian Pengendali
Air Mancur
Pengambilan data dalam rangkaian
ini yaitu melihat dari cara kerja relay pada
saat mendapatkan input dari
mikrokontroler dan pada saat dapat input
12 volt. Transistor T1 dihubungkan
dengan tegangan 5V dan Transistor T2
dihubungkan dengan tegangan 12V pada
kaki kolektor, maka kedua transistor
tersebut akan bekerja dalam daerah
saturasi sehingga relay belum bekerja.
Ketika keluaran dari mikrokontroler masuk
ke rangkaian pada port 1.0 sampai port 1.2,
maka relay akan bekerja. Hal tersebut
terjadi karena tegangan yang masuk dari
kedua transistor yang melalui collector
menyebabkan transistor tersebut bekerja
dalam kedaan saturasi dan pada kaki basis
transistor akan bekerja dalam daerah aktif
dan arus akan masuk menuju komponen
yang lainnya.
Untuk indikator led diperlukan
tegangan 5V dan 12V yang terhubung
pada tiap – tiap kaki positif dari led. Led
akan aktif jika deberi tegangan 5V dan
12V. Tegangan 5V dihasilkan dari
keluaran mikrokontroller dan tegangan
12V dihasilkan dari rangkaian konversi.
Tabel 4.2 menunjukkan tabel hasil
pengukuran tegangan ketika switch ditekan
dan tegangan keluaran pada
mikrokontroler.
Tabel 4.2 Pengukuran Tegangan Masukan
Ketika Switch Ditekan Dan Tegangan
Keluaran Mikrokontroler
Untuk membuat led aktif secara
bergantian maka diperlukan pemrograman
pada kendali mikrokontroller dengan
mengatur keluaran high dan low secara
bergantian. Masukan ini bekerja pada
kondisi aktif low. Karena jika switch ini di
tekan, akan langsung terhubung ke ground,
sehingga kondisi switch ini akan bekerja
pada kondisi aktif low. Setelah itu, logika
0 tersebut akan diproses oleh
mikrokontroler. Setelah itu, keluaran yang
dihasilkan mempunyai kondisi aktif high
dengan logika 1. Selanjutnya arus masuk
ke LED putih menuju transistor pertama.
Karena transistor T1 mendapat input
tegangan 5V dari basis, maka arus akan
terus masuk ke transistor T2 dan transistor
aktif. Sehingga arus yang masuk pada kaki
basis aktif dan mempunyai nilai yang
sesuai dengan arus yang masuk dari kaki
kolektor. Maka arus pada kaki kolektor
akan mengaktifkan transistor T2.
Kemudian transitor pada T1 akan
membantu transistor T2 untuk menguatkan
arus yang akan masuk ke rangkaian relay.
Sehingga pada saat arus masuk ke koil
pada relay, maka relay akan bekerja dan
tegangan 12V akan membantu proses
bekerjanya relay. Tabel 4.3 menunjukkan
tegangan keluaran pada rangkaian alat
pengendali air mancur mini.
Penekanan
Switch
Tegangan
Masukan
Switch Pada
Saat Ditekan
(V)
Tegangan
keluaran
mikrokontroll
er (V)
1 0.00 4.96
2 0.00 4.96
3 0.00 4.96
Tabel 4.3 Tegangan Keluaran
Mikrokontroler Terhadap Rangkaian Alat
Pengendali Air Mancur Mini
Pada tabel 4.3 terdapat 3 kondisi push on
pada saat ditekan masing-masing.
Tegangan keluaran diperoleh dari
pengukuran rangkaian pada saat bekerja.
4.2.1. Pengujian Switch Push On
Terhadap Kondisi On/Off
Rangkaian
Pengujian alat pada port 1.0 sampai
port 1.2 ketika switch 1 ditekan dengan
mengacu pada tabel 4.3 yang ditampilkan
pada osilokop.
Pengujian 1: Switch Push On 1 Ditekan.
Pompa air 1 (p1.2):
Gambar 4. 3 Perubahan Rangkaian Alat
Pengendali Air Mancur Mini Pada Port 1.2
Pompa air 2 (p1.1):
Gambar 4. 4 Perubahan Rangkaian Alat
Pengendali Air Mancur Mini Pada Port 1.1
Pompa air 3 (p1.0):
Gambar 4. 5 Perubahan Rangkaian
Alat Pengendali Air Mancur Mini
Pada Port 1.0
5. Daftar Pustaka [1] Paulus, Andi Nalwan, Teknik
Pemrograman dan Antarmuka
Mikrokontroler AT89C51, Edisi Pertama,
Elex Media Komputindo, Jakarta, 2003
http://www.toko-
elektronika.com/tutorial/uc1.html
[2] Putra, Agfianto Eko, Belajar
Mikrokontroller AT89C51/52/55 (Teori
dan
Aplikasi), Edisi Kedua, Gava Media,
Yogyakarta, 2004.
[3] http://datasheetreference.com/bc547-
datasheet-bc547-transistor.html, 05 Juni
2011
[4] http://datasheetreference.com/1n4148-diode-
datasheet.html, 05 Juni 2011
[5] http://learnautomation.files.wrdpress.
com/2008/07/2-relay-e28093-its-prnciple-
and-logic-recovered-new1.pdf 05 Juni 2011
[6] Pedoman Praktikum Aplikasi Mikroprosesor
&Interfacing 1 September 2005
Switch
Push
on
Pompa
air I
(P1.2)
Pompa
air II
(P1.1)
Pompa
air III
(P1.0)
Tegangan
Keluaran
(V) (P1.2)
Tegangan
Keluaran
(V) (P1.1)
Tegangan
Keluaran
(V) (P1.0)
1
ON
OFF ON
ON
OFF
ON
ON OFF
ON
OFF
ON
ON OFF
OFF
OFF
4.96
0.00 4.96
4.96
0.00
4.96
4.96 0.00
4.96
0.00
4.96
4.96 0.00
0.00
0.00
2
ON ON
ON
ON OFF
OFF ON
OFF
ON ON
OFF OFF
ON
ON ON
4.96 4.96
4.96
4.96 0.00
0.00 4.96
0.00
4.96 4.96
0.00 0.00
4.96
4.96 4.96
3
OFF
ON OFF
ON
ON
ON
OFF ON
ON
OFF
ON
OFF OFF
OFF
ON
0.00
4.96 0.00
4.96
4.96
4.96
0.00 4.96
4.96
0.00
4.96
0.00 0.00
0.00
4.96