4

BAB II

LANDASAN TEORI

2.1. Perangkat Keras

Perangkat keras atau hardware adalah bagian penting dalam pembuatan

sebuah alat yang akan menentukan sebuah alat itu berjalan atau tidaknya dan

dibawah ini berbagai perangkat keras yang akan diperlukan dalam pembuatan alat

kran air otomatis berbasis arduino uno r3 menggunakan sensor jarak infra merah.

Dalam pembuatan alat ini tentunya harus mengetahui konsep dasar pembuatan

sebuah alat. Dimana ide dan gagasan tentang konsep atau tahapan yang akan dibuat,

agar sesuai dengan konsep yang diingginkan. Perangkat keras yang digunakan dalam

pembuatan alat ini diantaranya sumber tegangan, sensor infra merah, mikrokontroler

Arduino Uno R3 ,dan komponen pendukung yang digunakan.

2.1.1 Teori IC (Integrated Circuit)

Menurut (Maarif dan Fadlilah, 2014:2) mengemukakan bahwa, “IC adalah

singkatan dari Integrated Circuit atau rangkaian terpadu. IC merupakan rangkaian

gabungan dari sejumlah komponen menjadi satu”.

Teknologi IC (Integrated Circuit) memungkinkan seorang perancang

Rangkaian Elektronika untuk membuat sebuah peralatan Elektronika yang lebih

kecil, lebih ringan dengan harga yang lebih terjangkau. Konsumsi daya listrik sebuah

IC juga lebih rendah dibanding dengan Transistor. Oleh karena itu, IC (Integrated

Circuit) telah menjadi komponen Utama pada hampir semua peralatan Elektronika

yang kita gunakan saat ini.

5

Tanpa adanya Teknologi IC (Integrated Circuit) mungkin saat ini kita tidak

dapat menikmati peralatan Elektronika Portable seperti Handphone, Laptop, MP3

Player, Tablet PC, Konsol Game Portable, Kamera Digital dan peralatan Elektronika

yang bentuknya kecil dan dapat dibawa bepergian kemana-mana.

1. ATmega328P

Menurut (Kumar, Beckers, Balasch, Gierlichs dan Verbauwhede, 2018:3)

menjelaskan bahwa “ATmega328P adalah chip yang memberikan beberapa

fitur diantaranya 8 Kb system programmable flash dengan kemampuan read

while write, 1 Kb EEPROM, 2 Kb SRAM, 23 general pupose I/O, 32 register

serbaguna, 3 buah timer/counter, Interrupt internal maupun ekternal, serial

untuk pemrograman dengan menggunakan USART, peripheral interface

(SPI), two wire interface (I2C), 6 port PWM (Pulse Width Modulation), 6

port 10 bit ADC dan Watchdog Timer dengan osilator internal”.

Sumber : AllDataSheet.com

Gambar II.1 Stuktur Pin ATmega328P

Sumber: Nelly Khairani Daulay (2018)

Gambar II.2 IC Atmega328P

6

2. ATmega16U2

Menurut (Sakthipriya, Logeswari, Nishanthi dan Reethika, 2018:3)

menjelaskan bahwa “ATmega adalah tampilan papan yang diprogram sebagai

konverter USB ke serial, revisi 2 dari dewan Uno memiliki resistor menarik

garis 8U2 HWB ke ground, membuatnya lebih mudah untuk dimasukkan ke

mode DFU”.

ATmega16U2 di papan tampilan saluran komunikasi serial ini melalui USB

dan muncul sebagai port com virtual untuk perangkat lunak pada

komputer. Firmware ATmega16U2 menggunakan driver USB COM standar,

dan tidak ada driver eksternal dibutuhkan. Namun, pada Windows, file .inf

diperlukan. Perangkat lunak Arduino termasuk monitor serial yang

memungkinkan data tekstual sederhana untuk dikirim ke dan dari papan

Arduino. Ada dua RX dan TX LED pada papan arduino yang akan berkedip

ketika data sedang dikirim melalui chip USB ke serial dan koneksi USB ke

komputer (bukan untuk komunikasi serial pada pin 0 dan 1). Perangkat Lunak

pustaka serial memungkinkan komunikasi serial pada salah satu pin digital

Uno.

Sumber: Nelly Khairani Daulay (2018)

Gambar II.3 IC ATmega16U2

7

Sumber : DatasheetATmega16U2

Gambar II.4 Blok Diagram Atmega16U2

3. AMS1117

Menurut (Wang dan Zhao, 2017:2) menjelaskan bahwa “AMS1117 adalah

chip untuk menyesuaikan tegangan, melindungi dari panas berlebih dan

sirkuit pembatas arus yang sesuai untuk komputer laptop, pengisi daya

baterai, terminal aktif SCSI II, ponsel, baterai, sistem catu daya dan Regulator

tegangan post SMPS, dll”.

8

Sumber : wang dan zhao (2017)

Gambar II.5 Pin AMS1117

Pin AMS1117 ditunjukkan pada Gambar II. angka 1 adalah tegangan yang

dapat diatur dan dapat disesuaikan output / ground, angka 2 adalah tegangan

output, dan angka 3 adalah tegangan input.

Sumber: Nelly Khairani Daulay (2018)

Gambar II.6 AMS1117

2.1.2 Sumber Tegangan (Power Supply)

Menurut (Fadlilah dan Arifudin, 2018:2) mengemukakan bahwa, “Sumber

tegangan atau catu daya atau sering disebut dengan power supply adalah sebuah

piranti yang berguna sebagai sumber listrik untuk piranti lain”.

Sistem kerjanya cukup sederhana yakni dengan mengubah daya yang besar

kedalam bentuk aliran dengan daya yang sesuai kebutuhan peralatan elektronik.

9

Sesuai dengan pengertian power supply, maka fungsi utamanya adalah untuk

mengubah arus AC menjadi arus DC yang kemudian diubah menjadi daya atau

energi yang dibutuhkan perangkat elektronik.

Sumber : Ridhamuttaqim, Trisanto dan Nasrullah (2019:5)

Gambar II.7 Skematic Power Supply

Sumber : Damayanti (2017)

Gambar II.8 Bentuk Fisik Power Supply

2.1.3 Komponen Elektronika

Menurut (Suprianto, 2015:1) mengemukakan bahwa, “Komponen

Elektronika adalah elemen terkecil dalam suatu rangkaian elektronika”.

Dalam rangkaian elektronika pada umumnya terdiri dari komponen

aktif dan komponen pasif. Setiap komponen elektronika dibuat dengan nilai dan

fungsi yang berbeda berdasarkan produsen pembuat komponen elektronika tersebut.

Setiap komponen elektronika memiliki tipe, nilai dan simbol yang berbeda-beda.

10

Tipe dan nilai yang melekat pada suatu komponen elektronika memberikan arti

fungsi dan pabrikan pembuatnya. Sedangkan simbol komponen elektronika

ditentukan berdasarkan jenis dan fungsinya tanpa membedakan pabrik pembuat

komponen elektronika tersebut.

1. Komponen Aktif

Menurut (Suprianto, 2015:1) mengemukakan bahwa, “Komponen aktif

adalah komponen elektronika yang dalam pengoperasiannya membutuhkan

sumber tegangan atau sumber arus dari luar”.

Secara umum komponen aktif dibangun mengunakan bahan semikonduktor

yang didesain sedemikian rupa sehingga memiliki fungsi, nilai dan kapasitas

sesuai kebutuhan yang diinginkan.

Komponen-komponen elektronika yang digolongkan sebagai komponen aktif

yaitu:

a. Dioda

Dioda adalah Komponen Elektronika Aktif yang terbuat dari bahan

semikonduktor dan mempunyai fungsi untuk menghantarkan arus listrik

ke satu arah tetapi menghambat arus listrik dari arah sebaliknya. Oleh

karena itu, Dioda sering dipergunakan sebagai penyearah dalam

Rangkaian Elektronika. Dioda pada umumnya mempunyai 2 Elektroda

(terminal) yaitu Anoda (+) dan Katoda (-) dan memiliki prinsip kerja yang

berdasarkan teknologi pertemuan p-n semikonduktor yaitu dapat

mengalirkan arus dari sisi tipe-p (Anoda) menuju ke sisi tipe-n (Katoda)

tetapi tidak dapat mengalirkan arus ke arah sebaliknya.

11

Sumber : Suprianto (2015)

Gambar II.9 Simbol Dioda

Sumber : Suprianto (2015)

Gambar II.10 Dioda

b. Transistor

Transistor merupakan salah satu Komponen Elektronika Aktif yang

paling sering digunakan dalam rangkaian Elektronika, baik rangkaian

Elektronika yang paling sederhana maupun rangkaian Elektronika yang

rumit dan kompleks. Transistor pada umumnya terbuat dari bahan

semikonduktor seperti Germanium, Silikon, dan Gallium Arsenide.

Sumber : Suprianto (2015)

Gambar II.11 Transistor Bipolar

12

Sumber : Suprianto (2015)

Gambar II.12 Transistor Unipolar

Sumber : Nugrahanto (2017)

Gambar II.13 Transistor

2. Komponen Pasif

Menurut (Suprianto, 2015:1) mengemukakan bahwa, “Komponen pasif

adalah komponen elektronika yang dalam pengoperasiannya tidak

membutuhkan suber tegangan atau sumber arus tersendiri.”

Komponen pasif pada umumnya digunakan sebagai pembatas arus, pembagi

tegangan, tank circuit dan filter pasif. Komponen elektronika yang

digolongkan sebagai komponen pasif diantarnya adalah resistor, kapsitor dan

induktor.

13

a. Resistor

Resistor merupakan salah satu komponen yang paling sering ditemukan

dalam Rangkaian Elektronika. Hampir setiap peralatan Elektronika

menggunakannya. Pada dasarnya Resistor adalah komponen Elektronika

Pasif yang memiliki nilai resistansi atau hambatan tertentu yang berfungsi

untuk membatasi dan mengatur arus listrik dalam suatu rangkaian

Elektronika. Resistor atau dalam bahasa Indonesia sering disebut dengan

Hambatan atau Tahanan dan biasanya disingkat dengan Huruf “R”.

Satuan Hambatan atau Resistansi Resistor adalah OHM (Ω).

Sumber : Suprianto (2015)

Gambar II.14 Simbol Resistor

Sumber : Suprianto (2015)

Gambar II.15 Resistor

b. Kapasitor

Kapasitor (Capacitor) atau disebut juga dengan kondensator

(Condensator) adalah komponen elektronika pasif yang dapat menyimpan

muatan listrik dalam waktu sementara dengan satuan kapasitansinya

adalah Farad. Satuan kapasitor tersebut diambil dari nama penemunya

yaitu Michael Faraday (1791-1867) yang berasal dari Inggris.

14

Sumber : Suprianto (2015)

Gambar II.16 Simbol Kapasitor

Sumber : Suprianto (2015)

Gambar II.17 Kapasitor

c. Induktor

Induktor merupakan komponen elektronika pasif yang sering ditemukan

dalam rangkaian elektronika, terutama pada rangkaian yang berkaitan

dengan frekuensi radio. induktor atau dikenal juga dengan coil adalah

komponen elektronika pasif yang terdiri dari susunan lilitan kawat yang

membentuk sebuah kumparan. pada dasarnya, induktor dapat

menimbulkan medan magnet jika dialiri oleh arus listrik. medan magnet

yang ditimbulkan tersebut dapat menyimpan energi dalam waktu yang

relatif singkat.

Sumber : Suprianto (2015)

Gambar II.18 Simbol Induktor

15

Sumber : Suprianto (2015)

Gambar II.19 Induktor

2.1.4 Sensor Infra Merah (Infrared)

Sensor infra merah adalah komponen elektronika yang dapat

mengidentifikasi cahaya infra merah. Sensor infra merah atau detektor infra merah

saat ini ada yang dibuat khusus dalam satu modul dan dinamakan sebagai IR

Detector Photomodules. IR Detector Photomodules merupakan sebuah chip detektor

inframerah digital yang di dalamnya terdapat fotodiode dan penguat.

Bentuk dan Konfigurasi Pin IR Detector Photomodules TSOP. Konfigurasi

pin infra red (IR) receiver atau penerima infra merah tipe TSOP adalah output (Out),

Vs (VCC +5 volt DC), dan Ground (GND). Sensor penerima inframerah TSOP (

TEMIC Semiconductors Optoelectronics Photomodules ) memiliki fitur-fitur utama

yaitu fotodiode dan penguat dalam satu chip, keluaran aktif rendah, konsumsi daya

rendah, dan mendukung logika TTL dan CMOS.

Sistem sensor infra merah pada dasarnya menggunakan infra merah sebagai

media untuk komunikasi data antara receiver dan transmitter. Sistem akan bekerja

jika sinar infra merah yang dipancarkan terhalang oleh suatu benda yang

mengakibatkan sinar infra merah tersebut tidak dapat terdeteksi oleh penerima.

Keuntungan atau manfaat dari sistem ini dalam penerapannya antara lain sebagai

pengendali jarak jauh, alarm keamanan, otomatisasi pada sistem. Pemancar pada

sistem ini tediri atas sebuah LED infra merah yang dilengkapi dengan rangkaian

16

yang mampu membangkitkan data untuk dikirimkan melalui sinar infra merah,

sedangkan pada bagian penerima biasanya terdapat foto transistor, fotodioda, atau

inframerah modul yang berfungsi untuk menerima sinar inframerah yang dikirimkan

oleh pemancar.

Sumber : Instructables.com

Gambar II.20 Prinsip Kerja

Sumber: Agus Faudin (2018)

Gambar II.21 Infra Merah

2.1.5 Relay

Menurut (Daulay, 2018:3) mengemukakan bahwa, “Relay adalah saklar

(switch) yang dioperasikan secara listrik dan merupakan komponen

Electromechanical (Elektromekanikal) yang terdiri dari 2 bagian utama yakni

Elektromagnet (Coil) dan mekanikal (seperangkat kontak saklar atau switch)”.

Komponen relay menggunakan prinsip elektromagnetik sebagai penggerak

kontak saklar, sehingga dengan menggunakan arus listrik yang kecil atau low power,

dapat menghantarkan arus listrik yang yang memiliki tegangan lebih tinggi.

17

Fungsi relay jika diaplikasikan ke dalam rangkaian elektronika, relay

memiliki beberapa fungsi yang cukup unik. Berikut adalah beberapa fungsi

komponen relay saat diaplikasikan ke dalam sebuah rangkaian elektronika:

1. Mengendalikan sirkuit tegangan tinggi dengan menggunakan bantuan signal

tegangan rendah.

2. Menjalankan fungsi logika alias logic function.

3. Memberikan fungsi penundaan waktu alias time delay function.

4. Melindungi motor atau komponen lainnya dari kelebihan tegangan atau

korsleting.

Sumber : Seinstronic.com

Gambar II.22 Skematik Diagram

Sumber: Riyan, Dedi dan Suhardi (2018:120)

Gambar II.23 Relay

18

2.1.6 Waterpump

Waterpump adalah alat yang digunakan untuk memindahkan cairan atau

fluida dari suatu tempat ke tempat lainnya melalui saluran pipa dengan menggunakan

tenaga listrik untuk mendorong air yang dipindahkan secara terus menerus. Disaat

pengoperasiaannya pompa beroperasi dengan prinsip membuat perbedaan di sisi

tekanan dan di sisi bagian hisap, perbedaan tekanan tersebut dihasilkan dari sebuah

mekanisme yang terjadipada roda impler yang membuat sisi hisap menjadi tidak

bergerak. Perbedaan inilah yang menghisap cairan sehingga dapat berpindah dari

suatu reservoir ke tempat lain.

Gambar II.24 Waterpump

2.1.7 Mikrokontroler Arduino Uno R3

Menurut (Daulay, 2018:2) mengemukakan bahwa, “Arduino adalah

pengendali mikro single-board yang bersifat open-source, diturunkan dari Wiring

platform, dirancang untuk memudahkan penggunakan elektronik dalam berbagai

bidang”.

19

Pada Arduino Uno R3 itu sendiri terdapat pin-pin dan fungsi-fungsi yang

berbeda diantara lain yaitu:

1. SPI (Serial Peripheral Interface)

Fungsi dari SPI adalah untuk singkronisasi yang digunakan oleh

mikrokontroller untuk berkomunikasi dengan satu atau lebih perangkat

dengan cepat dalam jarak pendek.

2. SCK (Serial Clock)

SCK berfungsi untuk menseting Clock dari master ke slave.

3. MOSI (Master out, Slave In)

MOSI di gunakan pada SPI, dimana data di transfer dari Master Ke Slave.

4. MISO (Master In, Slave Out)

MISO digunakan pada SPI, dimana data di transfer dari Slave ke master.

5. I2C

Protokol yang menggunakan jalur clock(SCL) dengan (SDA) untuk bertukar

informasi.

6. SCL

Jalur data yang digunakan oleh I2C untuk mengidentifikasi bahwa data sudah

siap di transfer.

7. SDA

Jalur data (dua arah) yang digunakan oleh I2C.

8. ICSP (In Circuit Serial Programming)

ICSP digunakan untuk memprogram sebuah mikrokontroller seperti

Atmega328 menggunakan jalur USB Atmega16U2. ICSP sendiri

menggunakan jalur SPI untuk transfer data.

20

9. VCC

Jalur suplay tegangan biasanya +5V

10. IOREF

Input/Output referensi yang berguna untuk melindungi board agar tidak

terjadi overvoltage

11. Vin

Pin ini berfungsi untuk mensuplay tegangan dari external misal adapter.

(jangan mensuplay tegangan dari luar bila board anda sudah mendapatkan

suplay dari USB)

12. GND

Jalur Ground

13. USB

Digunakan untuk mentrasfer data dari komputer ke board anda

14. PWM (Pulse Width Modulation)

Pin yang di tandai dengan "~" mendukung Signal PWM, PWM sendiri

berfungsi untuk mengatur kecepatan motor, atau kecerahan lampu dan lain

lain.

15. Analog Pins

A0-A5 merupakan Pin Analog, membaca nilai analog dari 0-1023

Dan berikut ini adalah spesifikasi Arduino Uno R3 pada tabel II.1.

21

Tabel II.1

Spesifikasi Arduino Uno R3

Mikrokontroler ATmega328

Tegangan pengoperasian 5V

Tegangan input yang

disarankan 7-12V

Batas tegangan input 6-20V

Jumlah pin I/O digital 14 (6 di antaranya menyediakan keluaran PWM)

Jumlah pin input analog 6

Arus DC tiap pin I/O 40 Ma

Arus DC untuk pin 3.3V 50 mA

Memori Flash 32 KB (ATmega328), sekitar 0.5 KB digunakan oleh

bootloader

SRAM 2 KB (ATmega328)

EEPROM 1 KB (ATmega328)

Clock Speed 16 MHz

Sumber: Steven, Dringhuzen dan Sherwin(2016)

22

Sumber: electronoobs.com

Gambar II.25 Skematic Dasar Arduino Uno R3

Sumber: Nelly Khairani Daulay (2018)

Gambar II.26 Arduino Uno R3

23

2.2. Perangkat Lunak

Dalam pembuatan sebuah alat tidak hanya membutuhkan perangkat keras

atau hardware saja tapi diperlukan juga sebuah perangkat lunak atau software dalam

menunjang pembuatan alat. Dalam sebuah perangkat lunak terdapat berbagai bahasa

pemrograman diantara lain bahasa Assembler, bahasa C, bahasa Basic dan

sebagainya. Pada pembuatan alat ini penulis menggunakan bahasa pemrograman C

dan aplikasi pengedit untuk mengelola, membuat program penulis menggunakan

aplikasi Arduino IDE.

2.2.1. Bahasa Pemrograman C

Bahasa C adalah bahasa pemrograman yang dapat dikatakan berada di antara

bahasa beraras rendah dan beraras tinggi. Bahasa beraras rendah artinya bahasa yang

berorientasi pada mesin dan beraras tinggi berorientasi pada manusia. Bahasa beraras

rendah, misalnya bahasa assembler, bahasa ini ditulis dengan sandi yang dimengerti

oleh mesin saja, oleh karena itu hanya digunakan bagi yang memprogram

mikroprosesor. Bahasa beraras rendah merupakan bahasa yang membutuhkan

kecermatan yang teliti bagi pemrogram karena perintahnya harus rinci, ditambah lagi

masing-masing pabrik mempunyai sandi perintah sendiri. Bahasa tinggi relatif

mudah digunakan, karena ditulis dengan bahasa manusia sehingga mudah dimengerti

dan tidak tergantung mesinnya. Bahasa beraras tinggi biasanya digunakan pada

komputer.

Pencipta bahasa C adalah Brian W. Kernighan dan Denis M. Ritchi, sekitar

tahun 1972. Penulisan program dalam bahasa C dilakukan dengan membagi dalam

blok-blok, sehingga bahasa C disebut dengan bahasa terstruktur. Bahasa C dapat

digunakan di berbagai mesin dengan mudah, mulai dari PC sampai dengan

24

mainframe, dengan berbagai sistem operasi misalnya DOS, UNIX, VMS dan lain-

lain.

2.2.2. Aplikasi Arduino IDE 1.6.8

IDE (Integrated Development Environment) adalah sebuah perangkat lunak

yang digunakan untuk mengembangkan aplikasi mikrokontroler mulai dari

menuliskan source program, kompilasi, upload hasil kompilasi dan uji coba secara

terminal serial.

Menurut (Daulay, 2018:2) mengemukakan bahwa, “ArduinoIDE adalah

sebuah editor yang digunakan untuk menulis program, mengcompile dan

mengunggah ke papan Arduino, Arduino Development Environment terdiri dari

editor teks, toolbar, dengan tombol-tombol untuk fungsi umum, dan sederet menu”.

Sumber:Aplikasi Android IDE 1.6.8

Gambar II.27 Tampilan Aplikasi Android IDE 1.6.