Mikro 2018 Modul 2

Modul II
Arduino Advance




 1. Tujuan [kembali]
  •     Merangkai dan menguji aplikasi output pada mikrokontroller Arduino
  •     Merangkai dan menguji input pada mikrokontroller Arduino
  •     Merangkai dan menguji I/O pada mikrokontroller Arduino
    2. Alat dan Bahan [kembali]
    • Module Arduino
    • LCD
    • Sensor Ultrasonic
    • LM35
    • Sensor Suara
    • Seven Segmen
    • Keypad

      3. Dasar Teori [kembali]

      A.Arduino
      Arduino adalah kit elektronik atau papan rangkaian elektronik open source yang di dalamnya terdapat komponen utama yaitu sebuah chip mikrokontroler dengan jenis AVR dari perusahaan Atmel. Arduino yang kita gunakan pada prkatikum ini adalah arduino mega yang menggunakan chip AVR ATmega 2560 yang memiliki fasilitas PWM, komunikasi serial, ADC, timer, interupt, SPI dan I2C. Sehingga Arduino bisa digabungkan bersama modul atau alat lain dengan protocol yang berbeda-beda. Bahasa pemograman yang digunakan adalah bahasa C. Tetapi bahasa ini sudah dipermudah menggunakan fungsi-fungsi yang sederhana sehingga lebih mudah dalam memprogramnya. Dalam memprogram arduino, kita bisa menggunakan serial komunikasi agar arduino dapat berhubungan dengan komputer ataupun aplikasi lain.

      Beberapa fitur dari Arduino Mega 2560 ini adalah :

      Microcontroller
      ATmega2560
      Operating Voltage
      5V
      Input Voltage (recommended)
      7-12V
      Input Voltage (limits)
      6-20V
      Digital I/O Pins
      54 (of which 15 provide PWM output)
      Analog Input Pins
      16
      DC Current per I/O Pin
      20 mA
      DC Current for 3.3V Pin
      50 mA
      Flash Memory
      256 KB of which 8 KB used by bootloader
      SRAM
      8 KB
      EEPROM
      4 KB
      Clock Speed
      16 MHz
      BAGIAN-BAGIAN DARI ARDUINO MEGA 2560
      • ·         Soket USB

           Soket USB adalah soket untuk kabel USB yang disambungkan ke komputer atau laptop.
      Berfungsi untuk mengirimkan program ke Arduino dan juga sebagai port komunikasi serial.
      ·         Input / Output Digital
           Input/Output Digital atau digital pin adalah pin-pin untuk menghubungkan Arduino dengan
      komponen  atau  rangkaian  digital.  Pada  Arduino  Mega  terdapat  53  I/O  Digital  dimana  16
      diantaranya dapat dijadikan sebagai output PWM
       
      • ·         Input Analog

          Input Analog atau analog pin adalah pin-pin yang berfungsi untuk menerima sinyal dari komponen atau rangkaian analog. Misalnya dari potensiometer, sensor suhu, sensor cahaya, dsb.
      Terdapat 16 input analog pada arduino mega 2560.
      • ·         Pin POWER

           Pin-pin catu daya adalah pin yang memberikan tegangan untuk komponen atau rangkaian yang dihubungkan dengan Arduino. Pada bagian catu daya ini terdapat juga pin Vin dan Reset.Vin digunakan untuk memberikan tegangan langsung kepada Arduino tanpa melalui tegangan USB atau adaptor.
      • ·         Tombol RESET

           Reset adalah pin untuk memberikan sinyal reset melaui tombol atau rangkaian eksternal.
      • ·         Jack Baterai/Adaptor

           Soket baterai  atau adaptor digunakan untuk menyuplai Arduino dengan tegangan  dari  baterai/adaptor 9V pada saat Arduino sedang tidak disambungkan ke komputer. Kalau Arduino sedang disambungkan ke komputer melalui USB, Arduino mendapatkan suplai tegangan dari USB, jadi tidak perlu memasang baterai/adaptor saat memprogram Arduino.

      B. Liquid Crystal Display (LCD)

      Liquid Crystal Display (LCD) adalah sebuah peralatan elektronik yang berfungsi untuk
      menampilkan output sebuah sistem dengan cara membentuk suatu citra atau gambaran pada sebuah layar. Secara garis besar komponen penyusun LCD terdiri dari kristal cair (liquid crystal) yang diapit oleh 2 buah elektroda transparan dan 2 buah filter polarisasi (polarizing filter).


      Gambar Penampang komponen penyusun LCD
      Keterangan:
      1. Film dengan polarizing filter vertical untuk memolarisasi cahaya yang masuk.
      2. Glass substrate yang berisi kolom-kolom elektroda Indium tin oxide (ITO).
      3. Twisted nematic liquid crystal (kristal cair dengan susunan terpilin).
      4. Glass substrate yang berisi baris-baris elektroda Indium tin oxide (ITO).
      5. Film dengan polarizing filter horizontal untuk memolarisasi cahaya yang masuk.
      6. Reflektor cahaya untuk memantulkan cahaya yang masuk LCD kembali ke mata pengamat.
      Sebuah citra dibentuk dengan mengombinasikan kondisi nyala dan mati dari pixel-pixel yang menyusun layar sebuah LCD. Pada umumnya LCD yang dijual di pasaran sudah memiliki integrated circuit tersendiri sehingga para pemakai dapat mengontrol tampilan LCD dengan mudah dengan menggunakan mikrokontroler untuk mengirimkan data melalui pin-pin input yang sudah tersedia.

      Kaki-kaki yang terdapat pada LCD

      C. SENSOR ULTRASONIC
      Sensor ultrasonik PING terdiri dari tiga bagian utama yaitu :
      • Transmitter Gelombang Ultrasonik
      • Receiver Gelombang Ultrasonik
      • Rangkaian kontrol

      Transmitter berfungsi sebagai pemancar gelombang ultrasonik. Gelombang yang dipancarkan memiliki frekuensi 40KHz. Gelombang ini akan dipancarakan dengan kecepatan 344.424m/detik atau 29.034uS per centimeter. Jika didepan terdapat halangan atau objek maka gelombang tersebut akan memantul. Pantulan gelombang akan dideteksi oleh receiver. Rangkaian kontrol akan mendeteksi pantulan gelombang dan menghitung lama waktu saat gelombang dipancarkan dan gelombang terdeteksi pantulannya. Lama waktu pemantulan gelombang ini akan dikonversi menjadi sinyal digital dalam bentuk pulsa. Sinyal inilah yang nantinya diolah oleh mikrokontroler atau mikroprosesor sehingga didapat nilai jarak antara objek dan sensor. Nilai jarak dapat diperoleh melalui rumus berikut ini :

      Jarak (cm) = Lama Waktu Pantul (uS) / 29.034 / 2

      Rumus jarak didapat dari pembagian lama waktu pantul dengan kecepatan gelombang ultrasonik dan dibagi 2 karena pada saat pemantulan terjadi dua kali jarak tempuh antara sensor dengan objek. Yaitu pada saat gelombang dipancarkan dari transmitter ke objek dan pada saat gelombang memantul ke receiver ultrasonik.
      D. MOTOR DC

      Pada dasarnya beberapa aplikasi yang menggunakan motor DC harus dapat mengatur kecepatan dan arah putar dari motor DC itu sendiri. Untuk dapat melakukan pengaturan kecepatan motor DC dapat menggunakan metode PWM (Pulse Width Modulation) sedangkan untuk mengatur arah putarannya dapat menggunakan rangkaian H-bridge yang tersusun dari 4 buah transistor. Tetapi dipasaran telah disediakan IC L293D sebagai driver motor DC yang dapat mengatur arah putar dan disediakan pin untuk input yang berasal dari PWM untuk mengatur kecepatan motor DC.
                 Sebelum membahas tentang IC L293D, alangkah baiknya jika kita membahas driver motor DC menggunakan rangkaian analog terlebih dahulu.
      Jika diinginkan sebuah motor DC yang dapat diatur kecepatannya tanpa dapat mengatur arah putarnya, maka kita dapat menggunakan sebuah transistor sebagai driver. Untuk mengatur kecepatan putar motor DC digunakan PWM yang dibangkitkan melalui fitur Timer pada mikrokontroler. Sebagian besar power supply untuk motor DC adalah sebesar 12 V, sedangkan output PWM dari mikrokontroler maksimal sebesar 5 V. Oleh karena itu digunakan transistor sebagai penguat tegangan. Dibawah ini adalah gambar driver motor DC menggunakan transistor.

      Sedangkan jika diinginkan sebuah motor DC yang dapat diatur kecepatan atau arah putarnya maka digunakanlah rangkaian H-brigde yang tersusun dari 4 buah transistor.

          Dari gambar diatas  jika diinginkan motor DC berputar searah jarum jam maka harus mengaktifkan transistor1 dan transistor4 dengan cara memberikan logika high pada kaki Basis transistor tersebut. Sedangkan untuk berputar berlawanan arah jarum jam maka harus mengaktifkan transistor2 dan transistor 3 dengan cara memberikan logika high pada kaki Basis transistor tersebut. Untuk lebih jelasnya perhatikan gambar dibawah ini.

           Dari gambar diatas terlihat jelas bahwa dengan mengaktifkan transistor1 dan transistor4 akan menyebabkan motor DC berputar searah jarum jam.  Dimana arus listrik akan mengalir dari power supply (12 V) melalui transistor1, lalu ke motor DC, lalu ke transistor4 dan akan berakhir di ground. Begitu juga sebaliknya untuk putaran berlawanan arah jarum jam.
      Sedangkan untuk pengaturan kecepatannya anda dapat menghubungkan output PWM ke kaki basis transistor1 untuk putaran searah jarum jam. Dan untuk putaran berlawanan arah jarum jam, output PWM dapat dihubungkan kekaki basis transistor- transistor
      Berikut adalah rangkaian dari driver l293D


      • Input dan Output

      Pada gambar diatas kita bisa melihat bahwa terdapat 4 input dan 4 output. pada pin input akan mengatur dan mengontrol pin output masing-masing, yaitu Input 1 akan menggontrol Output 1 dan seterusnya. Pin input akan dihubungkan dengan kontroller, seperti mikrokontroller ATmega misalnya, yang berfungsi untuk memberikan sinyal untuk mengontrol IC L293d tersebut. Sinyal yang diberi berupa logika 1 (high) atau 0 (low). Ketika pin input mendapatkan logika 1 (high) maka ouptunya akan aktif dan sebaliknya jika diberi logika 0 (low) maka output akan nonaktif atau mati (kalau logika saya disini nilai 1 akan dihubungkan dengan input daya pada VCC2, sedangkan saat diberi nilai 0 maka terhubung pada GND). Motor akan berputar jika pada kedua output (misal ouput 1 dan ouput 2) memiliki sinyal yan berbeda, jika masing-masing menerima logika 1 dan 0 atau 0 dan 1 maka motor DC dapat bergerak, namun jika memiliki nilai logika yang sama yaitu 0 dan 0 atau 1 dan 1 maka motor DC akan berhenti atau tidak berputar.
      • Pin Enable

      Pada rangkaian diatas juga terdapat dua pin Enable yang berada pada pin ke 1 dan 9 yang berguna untuk mengkaktifkan fungsi input dan output. Pada Enable 1 akan mengontrol input dan output 1 dan 2, sedangkan pada Enable 2 akan mengontrol Input dan output 3 dan 4. Bagaimana cara kerja pin Enable? apa pengaruhnya dengan input dan output? Jadi, jika saya logikakan pin Enable ini memberi jalan untuk masing-masing input dan output untuk aktif atau tidak, cukup memberi tegangan sebesar 4,5v-5,5v pada pin ini maka output dan input yang dikontrolnya dapat digunakan, maka jika tidak diberikan tegangan pada pin Enable maka input dan outputnya tidak bisa bekerja.
      • VCC 1 dan VCC 2

      Kedua pin ini memiliki peran yang berbeda, dimana VCC 1 akan digunakan untuk memberi power atau tegangan listrik pada IC L293D agar bisa bekerja dan sedangkan VCC 2 berfungsi untuk memberi arus untuk motor DC yang ingin digunakan atau di kontrol. IC tersebut dapat bekerja pada tegangan sekitar 4,4v-5,5v DC agar bekerja maksimal. jadi maksimal suplay daya untuk VCC1 hanya sebesar 4,4v-5,5v DC saja. Untuk VCC 2 kita bisa menyuplay daya sebesar 3v-16v (tegangan tersebut sudah saya coba, untuk lebih dari 16v saya sendiri belum pernah coba).
      Apakah VCC1 dan VCC2 bisa disambungkan?
      Bisa saja, jika motor DC yang ingin kita kontrol membutuhkan tegangan hanya sebanyak 5v saja, lebih dari itu antara VCC1 dan VCC 2 tidak dapat dihubungkan karna akan menyebabkan IC L293D panas dan kebakar.

      E. SENSOR SUARA

      Sensor suara merupakan module sensor yang mensensing besaran suara untuk diubah menjadi besaran listrik yang akan dioleh mikrokontroler. Module ini bekerja berdasarkan prinsip kekuatan gelombang suara yang masuk.
      Dimana gelombang suara tersebut mengenai membran sensor, yang berefek pada bergetarnya membran sensor. Dan pada membran tersebut terdapat kumparan kecil yang dapat menghasilkan besaran listrik.
      Kecepatan bergeraknya membran tersebut juga akan menentukan besar kecilnya daya listrik yang akan dihasilkan.
      Komponen utama untuk sensor ini yaitu condeser mic sebagai penerima besar kecilnya suara yang masuk.
      Bentuk fisik dari condeser mic yaitu berbentuk bulat dan memiliki kaki dua, dapat dilihat seperti gambar dibawah ini
      Condeser Sensor Suara
      Prinsip Kerja Condeser

      Condenser mic bekerja berdasarkan diafragma atau susunan backplate yang harus tercatu oleh listrik membentuk sound-sensitive capacitor.
      Gelombang suara yang masuk ke microphone akan menggetarkan komponen diafragma ini yang dimana terletak didepan backplate yang terdapat komponen kondesator.
      Ketika kondesator terisi dengan muatan, pada diafragma dan backplate akan tercipta medan listrik. Dan yang dimana besarnya medan listrik dipengaruhi oleh ruang yang terbentuk diantara kedua komponen tersebut.
      Variasi akan jarak antara diafragma dengan backplate muncul dikarenakan efek adanya tekanan suara yang mengenai diafragma yang menyebabkan terjadinya pergerakan diafragma relatif.
      Skema dari Condeser Microphone

      Karakteristik dari Condeser Mic
      • Susunannya lebih kompleks dibanding dengan jenis microphone lainnya seperti dibanding dengan dynamic Microphone
      • Pada frekuensi tinggi, akan menghasilkan suara yang lebih halus dan natural, serta sensitivitas yang lebih tinggi
      • Mudah akan mencapai respon frekuensi flat dan memiliki range frekuensi yang lebih luas
      • Ukurannya lebih kecil dibanding dengan jenis tipe mikrophone lainnya

      Pada pasaran sudah dijual sensor suara menggunakan condeser mic ini dalam bentuk modul, sehingga mudah dan praktis dalam penggunaannya.
      Modul Sensor Suara

      Spesifikasi dari modul sensor suara antara lain
      • Sensitivitas dapat diatur (pengaturan manual pada potensiometer) 
      • Condeser yang digunakan memiliki sensitivitas yang tinggi
      • Tegangan kerja antara 3.3V – 5V
      • Terdapat 2 pin keluaran yaitu tegangan analog dan Digital output
      • Sudah terdapat lubang baut untuk instalasi
      • Sudah terdapat indikator led