BAB II

LANDASAN TEORI

2.1 METEOROLOGI MARITIM

Meteorologi adalah ilmu yang mempelajari tentang keadaan atmosfer

(cuaca), gejala fisis dan dinamisnya serta fenomena–fenomena yang berkaitan

dengan cuaca. Meteorologi mempelajari atmosfer dari permukaan sampai dengan

ketinggian troposfer, karena pada level ini merupakan batas dari gejala/fenomena

cuaca. Sedangkan meteorologi maritim yakni cabang ilmu dari meteorologi yang

mempelajari dan membahas keadaan cuaca dan iklim bumi di atas laut untuk

kepentingan kegiatan laut, khususnya keselamatan pelayaran untuk keperluan

pelayanan informasi maritim. Salah satu kegiatan meteorologi maritim adalah

melakukan pengamatan dan pengukuran pasang surut air laut.

2.2 PASANG SURUT AIR LAUT

2.2.1 Definisi Pasang Surut Air Laut

Menurut Pariwono (1989), fenomena pasang surut diartikan sebagai

naik turunnya muka laut secara berkala akibat adanya gaya tarik benda-benda

angkasa terutama matahari dan bulan terhadap massa air di bumi. Sedangkan

menurut Dronkers (1964) pasang surut laut merupakan suatu fenomena

pergerakan naik turunnya permukaan air laut secara berkala yang diakibatkan

oleh kombinasi gaya gravitasi dan gaya tarik menarik dari benda-benda

astronomi terutama oleh matahari, bumi dan bulan. Pengaruh benda angkasa

lainnya dapat diabaikan karena jaraknya lebih jauh atau ukurannya lebih kecil.

Pasang surut terjadi karena adanya gerakan dari benda benda angkasa yaitu

rotasi bumi pada sumbunya, peredaran bulan mengelilingi bumi dan peredaran

bumi mengelilingi matahari. Gerakan tersebut berlangsung dengan teratur

6

mengikuti suatu garis edar dan periode yang tertentu. Pengaruh dari benda

angkasa yang lainnya sangat kecil dan tidak perlu diperhitungkan. Pasang surut

juga diartikan sebagai naik turunnya permukaan laut secara berkala akibat

adanya gaya tarik benda-benda angkasa terutama matahari dan bulan terhadap

massa air di bumi. Selain itu, pasang surut laut merupakan suatu fenomena

pergerakan naik turunnya permukaan air laut secara berkala yang diakibatkan

oleh kombinasi gaya gravitasi dan gaya tarik menarik dari benda-benda

astronomi terutama oleh matahari, bumi dan bulan.

Gambar 2.1 Pengaruh Pasang Surut Yang Disebabkan Gaya Tarik

Menarik Antara Matahari Bumi Dan Bulan

2.2.2 Teori Pasang Surut

a) Teori Kesetimbangan (Equilibrium Theory)

Teori kesetimbangan pertama kali diperkenalkan oleh Sir Isaac Newton

(1642-1727).  Teori ini menerangkan sifat-sifat pasut secara kualitatif.  Teori

terjadi pada bumi ideal yang seluruh permukaannya ditutupi oleh air dan

pengaruh kelembaman (Inertia) diabaikan. Teori ini menyatakan bahwa naik-

turunnya permukaan laut sebanding dengan gaya pembangkit pasang surut

(King, 1966).  Untuk memahami gaya pembangkit passng surut dilakukan

dengan memisahkan pergerakan sistem bumi-bulan-matahari menjadi 2 yaitu,

7

sistem bumi-bulan dan sistem bumi matahari. Pada teori kesetimbangan bumi

diasumsikan tertutup air dengan kedalaman dan densitas yang sama dan naik

turun muka laut sebanding dengan gaya pembangkit pasang surut atau GPP

(Tide Generating Force) yaitu Resultan gaya tarik bulan dan gaya sentrifugal,

teori ini berkaitan dengan hubungan antara laut, massa air yang naik, bulan,

dan matahari. Gaya pembangkit pasut ini akan menimbulkan air tinggi pada

dua lokasi dan air rendah pada dua lokasi (Gross, 1987).

b) Teori Pasut Dinamik (Dynamical Theory)

Pond dan Pickard (1978) menyatakan bahwa dalam teori ini lautan yang

homogen masih diasumsikan menutupi seluruh bumi pada kedalaman yang

konstan, tetapi gaya-gaya tarik periodik dapat membangkitkan gelombang

dengan periode sesuai dengan konstitue-konstituennya.  Gelombang pasut yang

terbentuk dipengaruhi oleh GPP, kedalaman dan luas perairan, pengaruh rotasi

bumi, dan pengaruh gesekan dasar. Teori ini pertama kali dikembangkan oleh

Laplace (1796-1825). Teori ini melengkapi teori kesetimbangan sehingga sifat-

sifat pasut dapat diketahui secara kuantitatif.  Menurut teori dinamis, gaya

pembangkit pasut menghasilkan gelombang pasut (tide wive) yang periodenya

sebanding dengan gaya pembangkit pasut.  Karena terbentuknya gelombang,

maka terdapat faktor lain yang perlu diperhitungkan selain GPP. Menurut

Defant (1958), faktor-faktor tersebut adalah :

Kedalaman perairan dan luas perairan

Pengaruh rotasi bumi (gaya Coriolis)

Gesekan dasar rotasi bumi menyebabkan semua benda yang

bergerak di permukaan bumi akan berubah arah (Coriolis Effect).  Di belahan

bumi utara benda membelok ke kanan, sedangkan di belahan bumi selatan

benda membelok ke kiri.  Pengaruh ini tidak terjadi di equator, tetapi semakin

meningkat sejalan dengan garis lintang dan mencapai maksimum pada kedua

kutub.  Besarnya juga bervariasi tergantung pada kecepatan pergerakan benda

tersebut.  

8

Menurut Mac Millan (1966) berkaitan dengan dengan fenomeana pasut,

gaya Coriolis mempengaruhi arus pasut. Faktor gesekan dasar dapat

mengurangi tunggang pasut dan menyebabkan keterlambatan fase (Phase lag)

serta mengakibatkan persamaan gelombang pasut menjadi non linier semakin

dangkal perairan maka semaikin besar pengaruh gesekannya.

2.2.3 Faktor Penyebab Terjadinya Pasang Surut

Faktor-faktor yang menyebabkan terjadinya pasang surut berdasarkan 

teori kesetimbangan adalah rotasi bumi pada sumbunya, revolusi bulan terhadap

matahari, revolusi bumi terhadap matahari. Sedangkan berdasarkan teori dinamis

adalah kedalaman dan luas perairan, pengaruh rotasi bumi (gaya coriolis), dan

gesekan dasar. Selain itu juga terdapat beberapa faktor lokal yang dapat

mempengaruhi pasut disuatu perairan seperti, topogafi dasar laut, lebar selat,

bentuk teluk, dan sebagainya, sehingga berbagai lokasi memiliki ciri pasang

surut yang berlainan (Wyrtki, 1961). Pasang surut laut merupakan hasil dari

gaya gravitasi dan efek sentrifugal.

a) Gaya Gravitasi

Gambar 2.2 Gaya Tarik Gravitasi Bumi Oleh Bulan

Menurut Newton : Pasut adalah gerakan naik turunnya air laut terutama

akibat pengaruh adanya gaya tarik menarik antara satu massa bumi dan massa

benda-benda angkasa, khususnya bulan dan matahari. Selanjutnya Newton

menyebutkan bahwa besarnya gaya tarik menarik antara dua titik massa

berbanding langsung dengan massanya dan berbanding terbalik dengan

kuadrat jaraknya.

9

Fg=GMe. Mm

r2 (2.1)

Dimana :

Fg = Gaya tarik graviasi oleh bulan

G = Konstanta gravitasi universal

Me = Massa bumi

Mm = Massa bulan

r = Jarak titik ke pusat bulan

b) Gaya Sentrifugal

Gambar 2.3 Gaya Sentrifugal Bumi Terhadap Bulan

Efek sentrifugal adalah dorongan ke arah luar pusat rotasi. Bumi –

bulan membentuk suatu sistem tunggal yagn berevolusi mengitari pusat

massa bersama (barycenter)dengan periode 27,3 hari. Gerakan bumi

mengelilingi barycenter mengakibatkan semua titik di dalam dan di

permukaan bumi bergerak mengikuti alur melingkar dengan jari – jari yang

sama yaitu re (jarak pusat bumi – barycenter).

Fc=M e . ω2 . re (2.2)

Dimana :

10

Fc = gaya centrifugal

ω = kecepatan sudut revolusi bumi-bulan mengelilingi barycenter

Me = Massa bumi

re = jarak pusat bumi - barycenter

2.2.4 Efek Matahari dan Bulan Terhadap Pembentukan Pasut

Bila posisi matahari-bumi-bulan berada pada suatu garis satu garis lurus

(deklinasi 0º atau 360º), terjadi pada fase bulan baru dan bulan purnama maka

pasut akibat gaya tarik bulan dan matahari saling memperkuat. Pada kondisi ini

tinggi pasutnya maksimum dan disebut pasang purnama (Spring Tide).

Gambar 2.4 Pasut Purnama (Spring Tide), Posisi Bulan Bumi Dan Matahari

Berada Dalam Satu Garis Lurus

Sedang bila posisi matahari-bumi-bulan berada dalam satu garis tegak

lurus yaitu pada perempat pertama (First Quarter) dan perempat terakhir atau

ketiga (Third/Last Quarter), maka pasut akibat gaya tarik bulan akan dikurangi

pasut akibat gaya tarik matahari. Pada kondisi ini tinggi pasutnya minimum dan

disebut pasang perbani (Neap Tide).

11

Gambar 2.5 Pasut Perbani (Neap Tide), Posisi Bulan Bumi Dan Matahari

Berada Dalam Satu Garis Tegak Lurus

Dalam satu bulan terdapat 2 kali pasang purnama dan 2 kali pasang

perbani dengan periode 15 hari. Jadi untuk menganalisis pasut suatu lokasi perlu

data pasut paling sedikit 15 hari agar didapat kondisi purnama dan perbani.

Adanya kontribusi matahari-bumi akan menghasilkan fenomena pasut

yang mirip dengan fenomena yang diakibatkan oleh bumi-bulan. Perbedaannya

terletak pada Gaya Pembangkit Pasut yang disebabkan oleh matahari hanya

separuh kekuatan yang disebabkan oleh bulan (Pariwono, 1989). Hal ini

disebabkan oleh jarak bumi-bulan yang jauh lebih dekat dibanding dengan jarak

matahari-bumi, walaupun massa matahari lebih besar dari massa bulan.

Olah karena posisi bulan dan matahari terhadap bumi berubah-ubah, maka

resultan gaya pasut yang dihasilkan dari gaya tarik kedua benda angkasa tersebut

tidak sesederhana yang diperkirakan. Tetapi karena rotasi bumi, revolusi bumi

terhadap matahari dan revolusi bulan terhadap bumi sangat teratur, maka resultan

GPP yang rumit tadi dapat diuraikan sebagai hasil gabungan sejumlah komponen

harmonik pasut. Komponen harmonik ini dapat dibagi menjadi tiga komponen,

yaitu tengah harian, harian dan periode panjang.

12

2.2.5 Tipe Pasang Surut

Pasang surut yang terjadi di bumi ada tiga jenis yaitu: pasang surut

atmosfer (atmospheric tide), pasang surut laut (oceanic tide) dan pasang surut

bumi padat (tide of the solid earth). Ada juga tiga tipe dasar pasang surut yang

didasarkan pada periode dan keteraturannya, yaitu pasang surut harian (diurnal),

tengah harian (semi diurnal) dan campuran (mixed tides). Dalam sebulan, variasi

harian dari rentang pasang surut berubah secara sistematis terhadap siklus bulan.

Rentang pasang surut juga bergantung pada bentuk perairan dan konfigurasi lantai

samudera.

pasang surut di Indonesia dibagi menjadi 4 yaitu:

1) Pasang surut harian tunggal (diurnal tide)

Merupakan pasut yang hanya terjadi satu kali pasang dan satu kali surut

dalam satu hari, periode pasang surut adalah 24 jam 50 menit. Contoh : di

selat Karimata.

Gambar 2.6 Diurnal Tide

2) Pasang surut harian ganda (semidiurnal tide)

Merupakan pasut yang dalam satu hari terjadi dua kali air pasang dan dua

kali air surut dengan tinggi yang hampir sama dan pasang surut terjadi

secara berurutan secara teratur. Periode pasang surut rata-rata adalah 12

13

jam 24 menit. Pasang surut ini terdapat di Selat Malaka sampai Laut

Andaman.

Gambar 2.7 Semidiurnal Tide

3) Pasang surut campuran condong ke harian tunggal (mixed tide prevailing

diurnal)

Merupakan pasut yang dalam satu hari terjadi satu kali air pasang dan satu

kali air surut tetapi kadang-kadang untuk sementara waktu terjadi dua kali

pasang dan dua kali surut dengan tinggi dan periode yang sangat berbeda

Gambar 2.8 Mixed Tide Prevailing Diurnal

4) Pasang surut campuran condong ke harian ganda (mixed tide prevailing

semidiurnal)

Pada tipe ini dalam satu hari terjadi dua kali air pasang dan dua kali air

surut, tetapi tinggi dan periodenya berbeda.

14

Gambar 2.9 Mixed Tide Prevailing Semidiurnal

2.3 GELOMBANG DAN SENSOR ULTRASONIK

2.3.1 Gelombang Ultrasonik

Gelombang ultrasonik merupakan gelombang akustik yang memiliki

frekuensi mulai 20 kHz hingga sekitar 20 MHz. Frekuensi kerja yang digunakan

dalam gelombang ultrasonik bervariasi tergantung pada medium yang dilalui,

mulai dari kerapatan rendah pada fasa gas, cair hingga padat. Jika gelombang

ultrasonik berjalan melalui sebuah medium, Secara matematis besarnya jarak

dapat dihitung sebagai berikut:

s= v . t2

(2.3)

dimana s adalah jarak dalam satuan meter, v adalah kecepatan suara

yaitu 344 m/detik dan t adalah waktu tempuh dalam satuan detik. Ketika

gelombang ultrasonik menumbuk suatu penghalang maka sebagian gelombang

tersebut akan dipantulkan sebagian diserap dan sebagian yang lain akan

diteruskan. Proses ini ditunjukkan pada gambar berikut :

15

Gambar 2.10 : Perambatan Gelombang Bunyi Pada Sebuah Medium

2.3.2 Sensor Ultrasonik

Sensor ultrasonik adalah sebuah sensor yang mengubah besaran fisis

(bunyi) menjadi besaran listrik. Pada sensor ini gelombang ultrasonik

dibangkitkan melalui sebuah benda yang disebut piezoelektrik. Piezoelektrik ini

akan menghasilkan gelombang ultrasonik dengan frekuensi 40 kHz ketika

sebuah osilator diterapkan pada benda tersebut. Sensor ultrasonik secara umum

digunakan untuk suatu pengungkapan tak sentuh yang beragam seperti aplikasi

pengukuran jarak. Alat ini secara umum memancarakan gelombang suara

ultrasonik menuju suatu target yang memantulkan balik gelombang kearah

sensor. Kemudian sistem mengukur waktu yang diperlukan untuk pemancaran

gelombang sampai kembali kesensor dan menghitung jarak target dengan

menggunakan kecepatan suara dalam medium. Secara umum Prinsip kerja dari

sensor ultrasonik dapat ditunjukkan dalam gambar dibawah ini :

Gambar 2.11 Prinsip Kerja Sensor Ultrasonik

16

Prinsip kerja dari sensor ultrasonik adalah sebagai berikut :

a) Sinyal dipancarkan oleh pemancar ultrasonik. Sinyal tersebut berfrekuensi

diatas 20kHz, biasanya yang digunakan untuk mengukur jarak benda

adalah 40kHz. Sinyal tersebut di bangkitkan oleh rangkaian pemancar

ultrasonik.

b) Sinyal yang dipancarkan tersebut kemudian akan merambat sebagai

sinyal / gelombang bunyi dengan kecepatan bunyi yang berkisar 340 m/s.

Sinyal tersebut kemudian akan dipantulkan dan akan diterima kembali

oleh bagian penerima Ultrasonik.

c) Setelah sinyal tersebut sampai di penerima ultrasonik, kemudian sinyal

tersebut akan diproses untuk menghitung jaraknya. Jarak dihitung

berdasarkan rumus :

s=340. t2

(2.4)

dimana S adalah jarak antara sensor ultrasonik dengan bidang pantul, dan t

adalah selisih waktu antara pemancaran gelombang ultrasonik sampai

diterima kembali oleh bagian penerima ultrasonik.

Rangkaian penyusun sensor ultrasonik ini terdiri dari transmitter, reiceiver,

dan komparator. Selain itu, gelombang ultrasonik dibangkitkan oleh sebuah kristal

tipis bersifat piezoelektrik. Bagian-bagian dari sensor ultrasonik adalah sebagai

berikut:

1) Piezoelektrik

Peralatan piezoelektrik secara langsung mengubah energi listrik menjadi

energi mekanik. Tegangan input yang digunakan menyebabkan bagian

keramik meregang dan memancarkan gelombang ultrasonik. Tipe operasi

transmisi elemen piezoelektrik sekitar frekuensi 32 kHz. Efisiensi lebih

baik, jika frekuensi osilator diatur pada frekuensi resonansi piezoelektrik

dengan sensitifitas dan efisiensi paling baik. Jika rangkaian pengukur

beroperasi pada mode pulsa elemen piezoelektrik yang sama dapat

digunakan sebagai transmitter dan reiceiver. Frekuensi yang ditimbulkan

17

tergantung pada osilatornya yang disesuiakan frekuensi kerja dari masing-

masing transduser. Karena kelebihannya inilah maka tranduser piezoelektrik

lebih sesuai digunakan untuk sensor ultrasonik.

2) Transmitter

Gambar 2.12 Rangkaian Transmitter Ultrasonik

Transmitter adalah sebuah bagian yang berfungsi sebagai pemancar

gelombang ultrasonik dengan frekuensi sebesar 40 kHz yang dibangkitkan

dari sebuah osilator. Untuk menghasilkan frekuensi 40 KHz, harus di buat

sebuah rangkaian osilator dan keluaran dari osilator dilanjutkan menuju

penguat sinyal. Besarnya frekuensi ditentukan oleh komponen RLC / kristal

tergantung dari desain osilator yang digunakan. Penguat sinyal akan

memberikan sebuah sinyal listrik yang diumpankan ke piezoelektrik dan

terjadi reaksi mekanik sehingga bergetar dan memancarkan gelombang yang

sesuai dengan besar frekuensi pada osilator. Prinsip kerja dari rangkaian

pemancar gelombang ultrasonik tersebut adalah sebagai berikut :

18

a) Sinyal 40 kHz dibangkitkan melalui mikrokontroler.

b) Sinyal tersebut dilewatkan pada sebuah resistor sebesar 3kOhm untuk

pengaman ketika sinyal tersebut membias maju rangkaian dioda dan

transistor.

c) Kemudian sinyal tersebut dimasukkan ke rangkaian penguat arus yang

merupakan kombinasi dari 2 buah dioda dan 2 buah transistor.

d) Ketika sinyal dari masukan berlogika tinggi (+5V) maka arus akan

melewati dioda D1 (D1 on), kemudian arus tersebut akan membias

transistor T1, sehingga arus yang akan mengalir pada kolektotr T1 akan

besar sesuai dari penguatan dari transistor.

e) Ketika sinyal dari masukan berlogika tinggi (0V) maka arus akan

melewati dioda D2 (D2 on), kemudian arus tersebut akan membias

transistor T2, sehingga arus yang akan mengalir pada kolektotr T2 akan

besar sesuai dari penguatan dari transistor.

f) Resistor R4 dan R6 berfungsi untuk membagi tengangan menjadi 2,5 V.

Sehingga pemancar ultrasonik akan menerima tegangan bolak – balik

dengan Vpeak-peak adalah 5V (+2,5 V s.d -2,5 V).

3) Receiver

Receiver terdiri dari transduser ultrasonik menggunakan bahan

piezoelektrik, yang berfungsi sebagai penerima gelombang pantulan yang

berasal dari transmitter yang dikenakan pada permukaan suatu benda atau

gelombang langsung LOS (Line of Sight) dari transmitter. Oleh karena

bahan piezoelektrik memiliki reaksi yang reversible, elemen keramik akan

membangkitkan tegangan listrik pada saat gelombang datang dengan

frekuensi yang resonan dan akan menggetarkan bahan piezoelektrik

tersebut.

Penerima Ultrasonik ini akan menerima sinyal ultrasonik yang

dipancarkan oleh pemancar ultrasonik dengan karakteristik frekuensi yang

sesuai. Sinyal yang diterima tersebut akan melalui proses filterisasi

frekuensi dengan menggunakan rangkaian band pass filter (penyaring

19

pelewat pita), dengan nilai frekuensi yang dilewatkan telah ditentukan.

Kemudian sinyal keluarannya akan dikuatkan dan dilewatkan ke rangkaian

komparator (pembanding) dengan tegangan referensi ditentukan

berdasarkan  tegangan keluaran penguat pada saat jarak antara sensor

kendaraan mini dengan sekat/dinding pembatas mencapai jarak minimum

untuk berbelok arah. Dapat dianggap keluaran komparator pada kondisi ini

adalah high (logika‘1’) sedangkan jarak yang lebih jauh adalah

low (logika’0’). Logika-logika biner ini kemudian diteruskan ke rangkaian

pengendali (mikrokontroler).

Gambar 2.13 Rangkaian Receiver Gelombang Ultrasonik

Prinsip kerja dari rangkaian pemancar gelombang ultrasonik tersebut adalah 

sebagai berikut :

a) Pertama – tama sinyal yang diterima akan dikuatkan terlebih dahulu

oleh rangkaian transistor penguat Q2.

b) Kemudian sinyal tersebut akan di filter menggunakan High pass filter

pada frekuensi > 40kHz oleh rangkaian transistor Q1.

c) Setelah sinyal tersebut dikuatkan dan di filter, kemudian sinyal tersebut

akan disearahkan oleh rangkaian dioda D1 dan D2.

d) Kemudian sinyal tersebut melalui rangkaian filter low pass filter pada

frekuensi < 40kHz melalui rangkaian filter C4 dan R4.

e) Setelah itu sinyal akan melalui komparator Op-Amp pada U3.

20

f) Jadi ketika ada sinyal ultrasonik yang masuk ke rangkaian, maka pada

komparator akan mengeluarkan logika rendah (0V) yang kemudian akan

diproses oleh mikrokontroler untuk menghitung jaraknya.

2.3.3 Sensor Ultrasonik SEN136B5B

Gambar 2.14 Sensor Ultrasonik SEN136B5B

SEN136B5B adalah device atau modul yang berfungsi untuk mengukur

jarak dengan cara memancarkan sinyal ultrasonic buatan seedstudio. Dengan

dimensi yang cukup kecil yaitu 43x20x15 mm, serta harganya yang sangat

terjangkau. sensor ini dapat mengukur jarak antara 3 cm sampai 400 cm.

Keluarannya berupa pulsa yang lebarnya merepresentasikan jarak.

Gambar 2.15 Pin-Pin Pada Sensor Ultrasonik SEN136B5B

21

Pada dasarnya, SEN136B5B terdiri dari sebuah chip pembangkit sinyal

40KHz, sebuah speaker ultrasonik dan sebuah mikropon ultrasonik. Speaker

ultrasonik mengubah sinyal 40 KHz menjadi sinyal sementara mikropon

ultrasonik berfungsi untuk mendeteksi pantulan sinyalnya. Pada modul

SEN136B5B terdapat 3 pin yang digunakan untuk jalur power supply (+5V),

ground dan signal. Pin signal dapat langsung dihubungkan dengan mikrokontroler

tanpa tambahan komponen apapun.

2.4 MIKROKONTROLER

2.4.1 Definisi Mikrokontroler

Perkembangan lebih lanjut dari teknologi IC adalah mikrokontroler,

dimana teknologi ini menggabungkan memori I/O dan prossesor dalam satu chip

tunggal berupa silikon yang bersifat dapat diprogram (programmable).

Mikrokontroler adalah suatu keping IC dimana terdapat mikroprosesor dan

memori program (ROM) serta memori serbaguna (RAM), bahkan ada beberapa

jenis mikrokontroler yang memiliki fasilitas ADC, TLL, EEPROM dalam satu

kemasan.

Ada perbedaan yang cukup penting antara Mikroprosesor dan

Mikrokontroler. Jika Mikroprosesor merupakan CPU (Central Processing

Unit) tanpa memori dan I/O pendukung dari sebuah komputer, maka

Mikrokontroler umumnya terdiri dari CPU, Memori, I/O tertentu dan unit

pendukung, misalnya Analog to Digital Converter(ADC) yang sudah terintegrasi

di dalam mikrokontroler tersebut. Dengan kata lain, mikrokontroler adalah versi

mini atau mikro dari sebuah komputer karena mikrokontroler sudah mengandung

beberapa periferal yang langsung bisa dimanfaatkan, misalnya port paralel, port

22

serial, komparator, konversi digital ke analog (DAC), konversi analog ke digital

dan sebagainya hanya menggunakan sistem minimum yang tidak rumit atau

kompleks.

Mikrokontroler dimanfaatkan sebagai otak dari sistem kontrol dan banyak

digunakan dalam industri karena keunggulannya, antara lain :

a) Ukuran fisik yang relatif kecil.

b) Kecepatan pengoperasiannya tinggi.

c) Keandalan dalam mempermudah otomatisasi peralatan.

d) Kemampuan dan fleksibilitasnya lebih baik.

Dengan keunggulan tersebut menyebabkan mikrokontroler dapat

diaplikasikan secara luas untuk pemrograman dalam suatu sistem pengontrolan.

2.4.2 Arduino Board

Arduino Uno R3

Gambar 2.16 Arduino Tampak Depan Gambar 2.17 Arduino Tampak Samping

Berasal dari bahasa italia ardui = sulit dan no = tidak. Arduino adalah

platform prototyping berbasis open-source elektronik  yang mudah digunakan

(fleksibel) baik dari perangkat keras (hardware) maupun perangkat lunaknya

(software) Hardwarenya memiliki prosesor Atmel AVR ATmega328. Arduino

mempunyai input yang dapat  menerima dari berbagai sensor dan outputnya

sebagai pengendali seperti  lampu, motor, dan aktuator lainnya. Arduino board

23

mikrokontroler diprogram menggunakan bahasa pemrograman Arduino

(berdasarkan Wiring) berbasis bahasa C yang disederhanakan dengan bantuan

pustaka-pustaka (libraries) dan dalam lingkup pengembang berdasarkan

Processing. Arduino dapat bekerja mandiri atau dapat juga berkomunikasi

dengan perangkat keras yang lain seperti komputer. Berikut adalah beberapa

kelebihan dari Arduino :

Hardware dan Softwarenya Open Source

Dari sini kita bisa membuat tiruan board yang kompatibel dengan board

Arduino tanpa harus membeli board asli buatan Itali dan kita juga tidak

akan dianggap membajak selama kita tidak menggunakan trade

mark “Arduino”.

Fasilitas chip yang cukup lengkap

Arduino menggunakan chip AVR ATmega 168/328 yang memiliki

fasilitas PWM, komunikasi serial, ADC, timer, interupt, SPI dan I2C.

Dengan fasilitas chip yang demikian, Arduino bisa digabungkan dengan

modul atau alat lain walaupun protokol yang digunakan berbeda-beda.

Proses Upload tidak memerlukan chip programmer

Chip pada Arduino sudah dilengkapi dengan bootloader yang akan

menangani proses upload dari komputer. Dengan begitu kita tidak

memerlukan chip programmer kecuali untuk menanamkan bootloader

pada chip yang masih blank.

Ukuran board kecil

Ukuran board Arduino yang kecil ini mudah di bawah kemana-mana atau

dimasukan ke dalam saku atau tas yang kecil.

Koneksi menggunakan Port USB

24

Ini akan memudahkan kita jika menghubungkan Arduino ke PC atau

laptop yang tidak memiliki port serial/paralel.

Bahasa pemrograman yang mudah

Bahasa pemrograman Arduino adalah bahasa C yang sudah dipermudah

menggunakan fungsi-fungsi yang sederhana sehingga dapat dipelajari

dengan mudah.

Library gratis

Library-library ini dapat di download gratis di website Arduino.

Pengembangan aplikasi lebih mudah

Pengembangan aplikasi ini menjadi lebih mudah karena didukung oleh

bahasa yang mudah dipelajari serta adanya library dasar yang lengkap.

Komunitas open source yang saling mendukung

Pengembangan hardware dan software Arduino didukung oleh komunitas

pencinta elektronika dan pemrograman di seluruh dunia. Tidak usah malu

untuk bergabung (terkhusus bagi pemula), karena dalam komunitas ini kita

akan saling berbagi dan membantu satu sama lain.

Spesifikasi Arduino Uno

Microcontroller ATmega328

Operasi dengan daya 5V Voltage

Input Tegangan (disarankan) 7-12V

Input Tegangan (batas) 6-20V

Digital I / O Pins 14 (dimana 6 memberikan output PWM)

Analog Input Pin 6

DC Lancar per I / O Pin 40 mA

Saat 3.3V Pin 50 mA DC

Flash Memory 32 KB (ATmega328) yang 0,5 KB digunakan oleh

bootloader

SRAM   2 KB (ATmega328)

25

EEPROM 1 KB (ATmega328)

Clock Speed 16 MHz

Gambar 2.18 Skematik Rangkaian Arduino Uno Rev 3

Port-port yang biasanya menggunakan nama PORTA, PORTB dan seterusnya

diganti dengan pin 1, 2, 3 dan seterusnya, lihat contoh program berikut ini..

/* Contoh program Arduino */int ledPin = 13; // LED dipasang pada pin 13void setup() // dijalankan pada saat mulai{ pinMode(ledPin, OUTPUT); // set pin sebagai output}void loop() // dijalankan terus menerus{ digitalWrite(ledPin, HIGH); // nyalakan LED delay(1000); // tunggu satu detik digitalWrite(ledPin, LOW); // matikan LED delay(1000); // tunggu satu detik}

26

Komponen Arduino

Gambar 2.19 Komponen Arduino

a) Daya

Arduino uno dapat diaktifkan melalui koneksi USB atau dengan

catu daya eksternal (otomatis). Eksternal (non-USB) daya dapat berasal

baik dari AC-ke adaptor-DC  atau baterai. Adaptor ini dapat dihubungkan

dengan menancapkan plug jack pusat-positif ukuran 2.1mm konektor

POWER. Ujung kepala dari baterai dapat dimasukkan kedalam Gnd dan

Vin pin header dari konektor POWER.

Kisaran kebutuhan daya yang disarankan untuk board Uno adalah7

sampai dengan 12 volt, jika diberi daya kurang dari 7 volt kemungkinan

pin 5v Uno dapat beroperasi tetapi tidak stabil kemudian jikadiberi daya

lebih dari 12V, regulator tegangan bisa panas dan dapat merusak board

Uno. Pin listrik adalah sebagai berikut:

VIN. Tegangan masukan kepada board Arduino ketika itu

menggunakan sumber daya eksternal (sebagai pengganti dari 5 volt

koneksi USB atau sumber daya lainnya).

27

5V. Catu daya digunakan untuk daya mikrokontroler dan komponen

lainnya.

3V. Sebuah pasokan 3,3 volt dihasilkan oleh regulator on-board.

GND. Ground pin.

b) Memori

ATmega328 memiliki 32 KB (dengan 0,5 KB digunakan untuk

bootloader),  2 KB dari SRAM dan 1 KB EEPROM (yang dapat dibaca

dan ditulis dengan EEPROM library).

Gambar 2.20 Diagram Pin ATMega 328P dan Fungsinya Pada Board Arduino

c) Input dan Output

Masing-masing dari 14 pin digital di Uno dapat digunakan sebagai

input atau output, dengan menggunakan fungsi pinMode (), digitalWrite (),

dan digitalRead (), beroperasi dengan daya 5 volt. Setiap pin dapat

memberikan atau menerima maksimum 40 mA dan memiliki internal pull-

up resistor (secara default terputus) dari 20-50 kOhms. Selain itu, beberapa

pin memiliki fungsi khusus:

28

Serial: 0 (RX) dan 1 (TX). Digunakan untuk menerima (RX) dan

mengirimkan (TX) TTL data serial. Pin ini dihubungkan ke pin yang

berkaitan dengan chip Serial ATmega8U2 USB-to-TTL.

Eksternal interrupts: 2 dan 3. Pin ini dapat dikonfigurasi untuk memicu

interrupt pada nilai yang rendah, dengan batasan tepi naik atau turun,

atau perubahan nilai.

PWM: 3, 5, 6, 9, 10, dan 11. Menyediakan output PWM 8-bit dengan

fungsi analogWrite ().

SPI: 10 (SS), 11 (Mosi), 12 (MISO), 13 (SCK). Pin ini mendukung

komunikasi SPI menggunakan SPI library.

LED: 13. Ada built-in LED terhubung ke pin digital 13. Ketika pin

bernilai nilai HIGH, LED on, ketika pin bernilai  LOW, LED off.

Uno memiliki 6 masukan analog, berlabel A0 sampai dengan A5,

yang masing-masing menyediakan 10 bit dengan resolusi (yaitu 1024 nilai

yang berbeda). Selain itu, beberapa pin memiliki fungsi khusus:

I2C: A4 (SDA) dan A5 (SCL). Dukungan I2C (TWI) komunikasi

menggunakan perpustakaan Wire.

Aref. Tegangan referensi (0 sampai 5V saja) untuk input analog.

Digunakan dengan fungsi analogReference ().

Reset. Bawa baris ini LOW untuk me-reset mikrokontroler.

d) Komunikasi

Arduino uno memiliki sejumlah fasilitas untuk berkomunikasi

dengan komputer, Arduino lain, atau mikrokontroler lainnya. ATmega328

menyediakan UART TTL (5V) untuk komunikasi serial, yang tersedia di

pin digital 0 (RX) dan 1 (TX). Sebuah ATmega8U2 sebagai saluran

komunikasi serial melalui USB dan sebagai port virtual com  untuk

perangkat lunak pada komputer. Firmware ’8 U2 menggunakan driver

USB standar COM, dan tidak ada driver eksternal yang diperlukan.

Namun, pada Windows diperlukan, sebuah file inf. Perangkat lunak

Arduino terdapat monitor serial yang memungkinkan digunakan

29

memonitor data tekstual sederhana yang akan dikirim ke atau dari board

Arduino. LED RX dan TX  di papan tulis akan berkedip ketika data

sedang dikirim melalui chip USB-to-serial dengan koneksi USB ke

komputer (tetapi tidak untuk komunikasi serial pada pin 0 dan 1).

ATmega328 juga mendukung I2C (TWI) dan komunikasi SPI.

e) Pemrograman

Arduino memiliki bahasa pemrograman tersendiri yaitu bahasa

arduino, merupakan pengembangan dari bahasa C yang disederhanakan

dan dipermudah dengan libraries. Untuk mengcompile dan mengupload

program ke board arduino dapat menggunakan software Arduino IDE

(Integrated Development Environment).

Gambar 2.21 Tampilan Software Arduino IDE

30

2.4.3 Arsitektur AVR ATMega 328P

Mikrokontroler AVR (Alf and Vegard’s Risc Processor) merupakan

mikrokontroler berbasis arsitektur RISC (Reduced Instruction Set Computing) 8

bit, sehingga semua instruksi dikemas dalam kode 16-bit (16-bit words) dan

sebagian besar instruksi dieksekusi dalam satu siklus clock.

AVR (Alf and Vegard’s Risc Processor) merupakan chip mikrokontroler

yang diproduksi oleh Atmel, yang secara umum dapat dikelompokkan ke dalam 4

kelas :

1) ATtiny

2) ATmega

3) AT90Sxx

4) AT86RFxx

Perbedaan yang terdapat pada masing-masing kelas adalah kapasitas

memori, periferal, dan fungsinya. Dalam hal arsitektur maupun instruksinya,

hampir tidak ada perbedaan sama sekali. Dalam hal ini ATmega328P dapat

beroperasi pada kecepatan maksimal 20 MHz serta memiliki 6 pilihan mode sleep

untuk menghemat penggunaan daya listrik. Memiliki kapasitas SRAM   2 KB,

EEPROM 1 KB, Flash Memory 32 KB. Dengan fasilitas yang lengkap tersebut

menjadikan ATmega328P sebagai mikrokontroler yang berdaya guna.

Gambar 2.22 Diagram Pin Mikrokontroler Avr Atmega 328p Tipe PDIP

31

Vcc Masukan tegangan catu daya

GND Ground

Port A (PA7..PA0)

Port A berfungsi sebagai masukan analog ke

ADC internal pada mikrokontroler

ATMega16, selain itu juga berfungsi sebagai

port I/O dwi-arah 8-bit, jika ADC-nya tidak

digunakan. Masing-masing pin menyediakan

resistor pull-up internal yang bisa diaktifkan

untuk masing-masing bit.

Port B (PB7..PB0)

Port B berfungsi sebagai sebagai port I/O dwi-

arah 8-bit.Masing-masing pin menyediakan

resistor pull-up internal yang bisa diaktifkan

untuk masing-masing bit.

Port C (PC7..PC0)

Port C berfungsi sebagai sebagai port I/O dwi-

arah 8-bit.Masing-masing pin menyediakan

resistor pull-up internal yang bisa diaktifkan

untuk masing-masing bit.

Port D (PD7..PD0)

Port D berfungsi sebagai sebagai port I/O dwi-

arah 8-bit.Masing-masing pin menyediakan

resistor pull-up internal yang bisa diaktifkan

untuk masing-masing bit.

RESET

Masukan Reset. Level rendah pada pin ini

selama lebih dari lama waktu minimum yang

ditentukan akan menyebabkan reset, walaupun

clock tidak dijalankan.

XTAL1 Masukan ke penguat osilator terbalik

(inverting) dan masukan ke rangkaian clock

32

internal.

XTAL2 Luaran dari penguat osilator terbalik

AVCC

Merupakan masukan tegangan catu daya untuk

Port A sebagaiADC, biasanya dihubungkan ke

Vcc, walaupun ADC-nya tidakdigunakan. Jika

ADC digunakan sebaiknya dihubungkan ke

Vccmelalui tapis lolos-bawah (low-pass filter).

AREF Merupakan tegangan referensi untuk ADC

2.5 LCD (LIQUID CRISTAL DISPLAY)

Lcd adalah suatu layar, bagian dari modul peraga yang menampilkan

karakter yang diinginkan. Layar lcd menggunakan dua buah lembaran bahan yang

dapat mempolarisasikan dan Kristal cair diantara kedua lembaran tersebut. Arus

listrik yang melewati cairan menyebabkan Kristal merata sehingga cahaya tidak

dapat melalui setiap Kristal, karenanya seperti pengaturan cahaya menentukan

apakah cahaya dapat melewati atau tidak. Sehingga dapat mengubah bentuk

kristalcairannya membentuk tampilan angka atau huruf pada layar.

Kegunaan lcd banyak sekali dalam perancangan suatu system dengan

menggunakan mikrokontroler. Lcd dapat berfungsi untuk menampilkan suatu nilai

hasil skor, menampilkan tweks, atau menampilkan menu padda alikasi

mikrokontroler. Pada alat ini ukuran tipe lcd yang digunakan adalah lcd 2 x 16

seperti gambar Dibawah ini.

Gambar 2.23 LCD (Liquid Cristal Display) 16x2

33

2.6 LED (LIGHT EMITTING DIODE)

Light Emitting Diode (LED) adalah sumber cahaya digital. Cahaya yang

dipancarkan adalah hasil dari electron yang melepaskan energi dalam bentuk

photon. Hal ini sering dikenal dengan istilah electroluminescence. LED

mempunyai karakteristik hemat energi, perawatan yang rendah, dan tahan lama.

Ketika elektron bertemu dengan lubang, dia jatuh ke tingkat energi yang lebih

rendah, dan melepas energi dalam bentuk photon.

Silikon dan germanium merupakan bahan tidak tembus cahaya, sehingga

dioda dengan bahan ini tidak dapat memperlihatkan efek  pemancaran cahaya.

Dengan menggunakan unsur lain seperti galium, arsen, dan fosfor, LED dapat

memancarkan cahaya merah, hijau, kuning, biru, jingga, atau inframerah (tak

tampak).

Gambar 2.24 Simbol dan Komponen LED

LED dapat digunakan secara luas dalam televisi, lampu indikator, lampu

lalu lintas, lampu mobil, lampu penerangan ruangan, lampu penerangan jalan,

lampu hias, dan banyak lagi di seluruh dunia.

34

2.7 BUZZER

Buzzer merupakan suatu komponen yang dapat menghasilkan suara yang

mana apabila diberi tegangan pada input komponen, maka akan bekerja sesuai

dengan karakteristik dari alarm yang digunakan. Dalam pembuatan proyek tugas

akhir ini, penulis menggunakan “Buzzer” sebagai informasi suara. Hal ini

dikarenakan karakteristik dari komponen yang mudah untuk diaplikasikan dan

suara yang dihasilkan relatif kuat. Buzzer merupakan sebuah komponen

elektronik yang dapat mengkonversikan energi listrik menjadi suara yang di

dalamnya terkandung sebuah osilator internal untuk menghasilkan suara dan pada

buzzer osilator yang digunakan biasanya diset pada frekuensi kerja sebesar 400

Hz. Dalam Penggunaannya dalam rangkaian, buzzer dapat digunakan pada

tegangan sebesar antara 6V sampai 12V dan dengan tipical arus sebesar 25 mA.

Gambar 2.25 Simbol Buzzer

35