LEMBAR INFORMASI KOMPONEN INTERFACE INPUT-OUTPUT MIKROKONTROLLER

LEMBAR INFORMASI
KOMPONEN INTERFACE INPUT-OUTPUT MIKROKONTROLLER
Oleh : Iyon Manakarra // Mekatronika Manakarra

Pengenalan Komponen dan Perangkat Dasar

1.     Light Emitting Dioda (LED).

LED (Light Emitting Dioda) adalah dioda yang dapat memancarkan cahaya pada saat mendapat arus bias maju (forward bias). LED (Light Emitting Dioda)  dapat memancarkan cahaya karena menggunakan dopping galium, arsenic dan phosporus. Jenis doping  yang berbeda diata dapat menhasilkan cahaya dengan warna yang berbeda. LED (Light Emitting Dioda) merupakann salah satu jenis dioda, sehingga hanya akan mengalirkan arus listrik satu arah saja. LED akan memancarkan cahaya apabil diberikan tegangan listrik dengan konfigurasi forward bias. Berbeda dengan dioda pada umumnya, kemampuan mengalirkan arus pada LED (Light Emitting Dioda) cukup rendah yaitu maksimal 20 mA. Apabila LED (Light Emitting Dioda)  dialiri arus lebih besar dari 20 mA maka LED akan rusak, sehingga pada rangkaian LED dipasang sebuah resistor sebgai pembatas arus. Simbol dan bentuk fisik dari LED (Light Emitting Dioda) dapat dilihat pada gambar berikut.

Gambar 1. Simbol dan bentuk fisik LED

Gambar 1 memperlihatkan bahwa LED memiliki kaki 2 buah seperti dengan dioda yaitu kaki anoda dan kaki katoda. Pada gambar diatas kaki anoda memiliki ciri fisik lebih panjang dari kaki  katoda  pada  saat  masih  baru,  kemudian  kaki  katoda  pada  LED  (Light  Emitting Dioda) ditandai dengan bagian body LED yang di papas rata. Kaki anoda dan kaki katoda pada LED (Light Emitting Dioda) disimbolkan seperti pada gambar diatas. Pemasangan LED (Light Emitting Dioda) agar dapat menyala adalah dengan memberikan tegangan bias maju yaitu dengan memberikan tegangan positif ke kaki anoda dan tegangan negatif ke kaki katoda.

2.     Buzzer.

Buzzer adalah sebuah komponen elektronika yang mengubah energy listrik menjadi energy Mekanik atau getaran. Energy getaran ini akan mengahasilkan suara. Buzzer juga biasanya digunakan untuk indicator suara untuk alarm, input keypad, dan pemberitahuan kerusakan pada sebuah system electronic, seperti di mother board computer.

Buzzer ini biasanya memiliki tegangan kerja antara 3 volt sampe dengan 12 volt, biasanya jika kita beli sudah di jelaskan tegangan kerja nya. jika teganga kerja di bawah 5 volt bisa kita langsung hubungkan ke Arduino. Tapi jika tegangan kerja nya menggunakan 12 volt, maka kita membutuhkan rangkaian driver untuk buzzer, biasa nya saya sendiri menggunakan transistor 2n2222 sebagai penguat untuk tegangan buzzer nya.

Jenis2 buzzer pada rangkaian Arduino berdasarkan bunyinya terbagi atas dua, yaitu:

a)     Active Buzzer, yaitu buzzer yang sudah memiliki suaranya sendiri saat diberikan tegangan listrik. Buzzer aktif Arduino jenis ini seringkali juga disebut buzzer stand alone atau berdiri sendiri.

b)     Passive Buzzer, yaitu buzzer yang tak memiliki suara sendiri. Buzzer jenis ini sangat cocok dipadukan dengan Arduino karena kita bisa memprogram tinggi rendah nadanya. Salah satu contohnya adalah speaker.

Gambar 2. Jenis Buzzer

3.     Infra Red Sensor.
        Modul infrared (IR) sensor ini memiliki sepasang pemancar dan penerima inframerah. Frekwensi inframerah yang dipancarkan mengenai permukaan halangan/rintangan (objek terdeteksi) akan dipantulkan kembali dan diterima oleh bagian penerima inframerah. Setelah diproses oleh rangkaian pembanding (comparator), lampu hijau akan menyala dan mengeluarkan sinyal digital (digital output) rendah. Jarak deteksi dapat diatur dengan potensiometer, dengan jarak efektif 2-30cm, tegangan kerja 3.3V - 5V. Mudah dipasang, mudah digunakan, banyak dipakai pada robot penghindar rintangan, penghindar halangan pada mobil, penghitung garis dan pelacak garis hitam putih dan banyak kegunaan lainnya.

Gambar 3. Rangkaian modul IR

Prinsip kerja dari modul ini adalah sebagai berikut:

1. ketika modul ini mendeteksi halangan di depan sinyal inframerah, lampu indikator warna hijau akan menyala dan port output mengeluarkan sinyal rendah secara menerus. Module ini dapat mendeteksi jarak 2 - 30cm dengan sudut deteksi 35 derajat. Jarak deteksi dapat dinaikkan dengan memutar potensio searah jarum jam dan untuk mengurangi jarak deteksi diputar berlawanan arah jarum jam;

2. sensor aktif inframerah mendeteksi pantulan, oleh karenanya bentuk pantulan dari objek sangat penting. Permukaan warna hitam memiliki permukaan pantulan yang paling kecil dan permukaan putih memiliki pantulan yang paling besar;

3. port output dapat dihubungkan langsung dengan IO port pada mikrokontroler atau dapat juga langsung dihubungkan dengan relay 5V. Memiliki spesifikasi teknis dimana tegangan external (VCC) berkisar antara 3,3V hingga 5V, GND (ground) dengan ouput digital 0 dan1.

4. menggunakan pembanding LM393 comparator yang stabil; dan dapat digunakan pada tegangan 3-5V DC dan ketika diaktifkan, lampu indikator warna merah menyala.

4.     Sensor Ultrasonik PING.

 Sensor ultrasonik adalah sebuah sensor yang berfungsi untuk mengubah besaran fisis (bunyi) menjadi besaran listrik dan sebaliknya. Cara kerja sensor ini didasarkan pada prinsip dari pantulan suatu gelombang suara sehingga dapat dipakai untuk menafsirkan eksistensi (jarak) suatu benda dengan frekuensi tertentu. Disebut sebagai sensor ultrasonik karena sensor ini menggunakan gelombang ultrasonik (bunyi ultrasonik).

Gelombang ultrasonik adalah gelombang bunyi yang mempunyai frekuensi sangat tinggi yaitu 20.000 Hz. Bunyi ultrasonik tidak dapat di dengar oleh telinga manusia. Bunyi ultrasonik dapat didengar oleh anjing, kucing, kelelawar, dan lumba-lumba. Bunyi ultrasonik bisa merambat melalui zat padat, cair dan gas. Reflektivitas bunyi ultrasonik di permukaan zat padat hampir sama dengan reflektivitas bunyi ultrasonik di permukaan zat cair. Akan tetapi, gelombang bunyi ultrasonik akan diserap oleh tekstil dan busa. Pada sensor ultrasonik, gelombang ultrasonik dibangkitkan melalui sebuah alat yang disebut dengan piezoelektrik dengan frekuensi tertentu. Piezoelektrik ini akan menghasilkan gelombang ultrasonik (umumnya berfrekuensi 40kHz) ketika sebuah osilator diterapkan pada benda tersebut. Secara umum, alat ini akan menembakkan gelombang ultrasonik menuju suatu area atau suatu target. Setelah gelombang menyentuh permukaan target, maka target akan memantulkan kembali gelombang tersebut. Gelombang pantulan dari target akan ditangkap oleh sensor, kemudian sensor menghitung selisih antara waktu pengiriman gelombang dan waktu gelombang pantul diterima.

Gambar 4. Cara kerja sensor ultrasonik dengan transmitter dan receiver (atas),sensor ultrasonik dengan single sensor yang berfungsi sebagai transmitter dan receiver sekaligus

Secara detail, cara kerja sensor ultrasonik adalah sebagai berikut:

 ü  Sinyal dipancarkan oleh pemancar ultrasonik dengan frekuensi tertentu dan dengan durasi waktu tertentu. Sinyal tersebut berfrekuensi diatas 20kHz. Untuk mengukur jarak benda (sensor jarak), frekuensi yang umum digunakan adalah 40kHz.

ü  Sinyal  yang dipancarkan  akan  merambat  sebagai  gelombang bunyi  dengan  kecepatan sekitar 340 m/s. Ketika menumbuk suatu benda, maka sinyal tersebut akan dipantulkan oleh benda tersebut.

ü  Setelah gelombang pantulan sampai di alat penerima, maka sinyal tersebut akan diproses untuk menghitung jarak benda tersebut. Jarak benda dihitung berdasarkan rumus:

S = 0,034.t/2

 

dimana S merupakan jarak antara sensor ultrasonik dengan benda (bidang pantul), dan t adalah selisih antara waktu (durasi) pemancaran gelombang oleh transmitter dan waktu ketika gelombang pantul diterima receiver.

 5.     Motor Servo.

Motor servo adalah jenis motor DC dengan sistem umpan balik tertutup yang terdiri dari sebuah motor DC, serangkaian gear, rangkaian kontrol, dan juga potensiometer. Jadi motor servo sebenarnya tak berdiri sendiri, melainkan didukung oleh komponen-komponen lain yang berada dalam satu paket. Sedangkan fungsi potensiometer dalam motor servo adalah untuk menentukan batas sudut dari putaran servo. Sementara sudut sumbu motor servo dapat diatur berdasarkan lebar pulsa yang dikirim melalui kaki sinyal dari kabel servo itu sendiri. Oleh karena itu motor servo dapat berputer searah dan berlawanan arah jarum jam. Motor servo dapat menampilkan gerakan 0 derajat, 90 derajat, 180 derajat, hingga 360 derajat. Tak heran jika motor ini banyak diaplikasikan untuk penggerak kaki dan juga lengan robot. Selain itu motor servo juga memiliki torsi yang besar sehingga mampu menopang beban cukup berat.

Gambar 5. Bagian-bagian motor servo

Prinsip kerja dari motor servo tak jauh berbeda dibanding dengan motor DC yang lain. Hanya saja motor ini dapat bekerja searah maupun berlawanan jarum jam. Derajat putaran dari motor servo juga dapat dikontrol dengan mengatur pulsa yang masuk ke dalam motor tersebut. Motor servo akan bekerja dengan baik bila pin kontrolnya diberikan sinyal PWM dengan frekwensi 50 Hz. Frekwensi tersebut dapat diperoleh ketika kondisi Ton duty cycle berada di angka 1,5 ms. Dalam posisi tersebut rotor dari motor berhenti tepat di tengah-tengah alias sudut nol derajat atau netral. Pada saat kondisi Ton duty cycle kurang dari angka 1,5 ms, maka rotor akan berputar berlawanan arah jarum jam. Sebaliknya pada saat kondisi Ton duty cycle lebih dari angka 1,5 ms, maka rotor akan berputar searah jarum jam.

Gambar 6. Skema pulsa kendali motor servo

6.     Push Button.

Push button adalah sebuah komponen elektronika yang bermanfaat untuk menghubungkan listrik dan memutuskan listrik. Push button ini dapat kita gunakan sebagai inputan ke pada Arduino, apakah button ini dalam kondisi HIGH atau kondisi LOW.

Ada dua jenis kondisi push button yang biasa kita lihat pada rangkaian Arduino, Yang itu PULLDOWN dan PULLUP. Pulldown adalah dimana kondisi awal push button dalam kondisi LOW, dan PUllUP kondisi awal dalam kondisi HIGH. Untuk Lebih jelas nya bisa lihat pada gambar di bawah ini.

                                        Gambar 7.    a.Rangkaian Pull Up   b. Rangkaian Pull Down

Push button yang akan kita gunakan dalam artikel ini juga dikenal sebagai sakelar taktil atau momentary push button:

Gambar 8. Macam – macam pushbutton

Pin di setiap sisi button memiliki kontak listrik di dalam button housing. Button itu sendiri memiliki sepotong logam konduktif listrik yang melekat padanya. Ketika button ditekan, sirkuit ditutup antara pin di setiap sisi dan arus dibiarkan mengalir di antara mereka:

Gambar 9. Cara kerja pushbutton

7.     LCD 16x2 I2C.

LCD (Liquid Crystal Display) 16×2 adalah salah satu media penampil yang sangat populer digunakan sebagai interface antara mikrokontroler dengan user nya. Dengan penampil LCD 16×2 ini user dapat melihat/memantau keadaan sensor ataupun keadaan jalanya program. Penampil LCD 16×2 ini bisa di hubungkan dengan Arduino.

Gambar 10. LCD 2x16 i2c

 Inter Integrated Circuit atau sering disebut I2C adalah standar komunikasi serial dua arah menggunakan dua saluran yang didisain khusus untuk mengirim maupun menerima data. Sistem I2C terdiri dari saluran SCL (Serial Clock) dan SDA (Serial Data) yang membawa informasi data antara I2C dengan pengontrolnya. Jika tidak memakai I2C Juga bisa untuk menampilkan text pada LCD akan tetapi harus merangkai semua pin yang berada pada LCD ke Arduino. Jadi disarankan lebih baik menggunakan I2C saja.

8.     Motor DC

Motor DC merupakan perangkat yang dapat mengubah energi listrik menjadi energi kinetik atau gerakan. Motor DC memiliki dua terminal atau kabel, yaitu power dan ground. Motor ini memerlukan tegangan DC agar dapat bergerak. Biasanya digunakan pada perangkat elektronik yang menggunakan sumber listrik DC seperti kipas pendingin komputer dan mobil remote control.

Motor DC menghasilkan sejumlah putaran per menit atau biasa dikenal dengan istilah RPM (revolutions per minute) dan dapat berputar searah jarum jam maupun berlawanan arah jarum jam sehingga tergantung polaritas listrik yang diberikan.

Gambar 11. Symbol dan bentuk motor DC

Motor DC memberikan kecepatan rotasi sekitar 3000 - 8000 rpm dengan tegangan operasional dari 1.5 - 24V. Apabila tegangan yang diberikan lebih rendah dari tegangan operasional, maka akan memperlambat rotasi motor. Apabila tegangan lebih tinggi dari tegangan operasional akan membuat rotasi motor menjadi lebiih cepat. Namun jika tegangan yang diberikan ke motor turun menjadi <50% tegangan operasional, maka motor tidak akan berputar atau terhenti. Sebaliknya, jika tegangan yang diberikan lebih tinggi >30% dari tegangan operasional, maka motor akan sangat panas dan menyebabkan kerusakan.