RANCANG BANGUN ALAT PENGENDALI AIR …publication.gunadarma.ac.id/bitstream/123456789/877/1/10407982.pdf · Resonator (kedua istilah ini disebut ... Konfigurasi dasar dari rangkaian

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,

3 [email protected]

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