Transcription
BAB IILANDASAN TEORI2.1. SensorSensor adalah komponen atau perangkat yang bertujuan mendeteksi kejadian atauperubahan lingkungan sekitarnya dan menghasilkan output sesuai fungsinya. Berikutadalah diagram dari sensor :Analog Data ProcessingFeedback ControlConversion ofAnalog Data toDigital DataSENSORDigital Data ProcessingDigital OutputConversion ofDigital toAnalog DataAnalogOutputGambar 2.1 Sensor diagramSumber : Mechatronic. Jones and Bartlett Publishers 2010Pada Diagram di atas ketika sensor bekerja maka proses yang pertama sensormerubah kejadian lingkungan berupa analog data, kemudian akan di konversikan kedata digital. Setelah proses konversi, akan di teruskan pada proses data digital yangmempunyai outputan berupa digital output, dapat juga outputan berupa analog denganmengkonversi terlebih dahulu data digital menjadi data analog.Sensor tidak dapat secara langsung dihubungkan dengan perangkat yang merekam,memonitor atau pemeroses sinyal. Hal ini disebabkan karena, sinyal terlalu lemah.Oleh karena itu sinyal dari sensor harus dilakukan perlakuan Amplified.5
Gambar 2.2. Rangkaian signalSumber : Mechatronic. Jones and Bartlett Publishers 2010Rangkaian signal conditioning adalah suatu rangkaian pengkondisian sinyal yangdapatmerubahsuatusinyalmenjadi sinyallaindikehendaki.dilengkapidengan rangkaian penguat (amplifier), sehingga dapat mengubah sinyal yang berasaldari sensor ( 10 mV) menjadi sinyal dalam orde sampai 0 5 V.2.2. Pengertian warna.Menurut Newton warna merupakan spektrum tertentu yang terdapat dalam suatucahaya sempurna (putih). Asumsi itu didasarkan pada penemuannya dalam sebuaheksperimen. Pada sebuah ruang gelap, seberkas cahaya putih matahari diloloskan lewatlubang kecil dan menerpa sebuah prisma.Gambar 2.3. Spektrum cahaya pada prismaSumber : Bio-medical materials and engineering 2015Cahaya putih yang tidak tampak berwarna, oleh prisma tersebut dipecahkanmenjadi susunan cahaya berwarna yang tampak yaitu cahaya merah, jingga, kuning,hijau, biru, dan ungu yang dikenal sebagai spektrum cahaya.6
2.2.1. Karakteristik WarnaWarna terjadi karena pemantulan sinar yang datang kearah mata. Sinar putihmemiliki spektrum warna yang luas. Spektrum warna yang tidak diserap oleh bendaakan dipantulkan ke mata dan akan menjadikan warna dari benda tersebut.2.2.1.1. Warna Primer dan SekunderSpektrum warna yang tergabung dalam warna putih seperti yang terlihat padagambar 2.4. Warna primer adalah warna dasar yang bukan campuran dari warna-warnalainnya. Warna yang tergabung dalam warna primer adalah merah, hijau, dan biru.Pencampuran warna primer dinamakan pencampuran Additiv. Sedangkan warnasekunder merupakan pencampuran dari warna-warna primer.Gambar 2.4. Segitiga warna RGBSumber : Jurnal SimanteC 20142.3. Sensor Warna TCS32002.3.1. Pengertian Sensor WarnaSensor warna TCS3200 adalah pengkonversi warna cahaya menjadi frekuensiyang tersusun atas konfigurasi silikon photodiode dan converter arus ke frekuensidalam IC CMOS monolithic tunggal. Keluaran dari sensor ini merupakan gelombangkotak dan frekuensi yang dihasilkan berbanding lurus dengan intensitas cahaya. Sensorini mempunyai dua komponen utama yaitu photodiode dan pengkonversi arus kefrekuensi, seperti pada gambar 2.5 di bawah :7
Gambar 2.5. Pengkonversi arus ke frekuensiSumber : Datasheet TCS3200Converter cahaya ke frekuensi pada TCS3200 disusun secara array 8x8 dariphotodiode dengan konfigurasi 16 photodiode sebagai filter warna merah, hijau, birudan tanpa filter. Kelompok photodiode yang akan dipakai dapat diatur melalui kakiselektor S2 dan S3 yang merupakan kombinasi untuk memilih jenis filter yangdigunakan, terdapat pada Tabel 2.1.Tabel 2.1. Kombinasi FungsiS2LLHHS3LHLHPHOTODIODE TYPERedBlueClear (no filter)GreenSumber : Datasheet TCS3200Arus yang besarnya sebanding dengan kadar warna dasar cahaya yangmenimpanya akan diubah menjadi sinyal kotak. Frekuensi Output diatur melalui kakiselektor S0 dan S1 seperti pada tabel 2.2. di bawahTabel 2.2. Skala Frekuensi OutputS0LLHHS1LHLHOUTPUT FREQUENCY SCALING (F0)Power Down2%20%100%Sumber : Datasheet TCS32008
Gambar 2.6. Gelombang kotakSumber : Ari Sulistiono, Indonesia electrical engineerDalam siklus gelombang kotak untuk mendapatkan Ttotal dapat menjumlahkan antaraTon dengan Toff dengan istilah periode satu gelombang.ππ‘ππ‘ππ πππ ππππSiklus kerja gelombang dengan rumusπ· ππππππ (πππ ππππ) ππ‘ππ‘ππTegangan keluaran dapat dirumuskan :πππ’π‘ πππ πππππ‘ππ‘ππ2.3.2. Karakteristik Sensor WarnaTerdapat berbagai macam karakteristik sensor warna baik itu dari fitur yangberada di dalam sensor warna maupun catatan penggunaan, diantaranya :1. Power (2.7V sampai 5.5V)2. Interface : Digital TTL3. High-Resolution Conversation of Light Intensity to Frekuency4. Programmable Color and Full-Scale Output Frequency5. Duty Cycle (50%)6. Tegangan, VDD 6v7. Jarak tegangan masukan vi -0.3v sampai VDD 0.3v8. Suhu dalam beroperasi -400C sampai 850C9. Temperatur maksimal penyolderan sesuai dengan JEDEC J-STD-020A 2600C.9
2.3.3. Pengaplikasian Sensor WarnaSensor warna memiliki banyak peran dalam mendeteksi warna, diantaranyaseperti yang telah diteliti (bambang, 2012) pada aplikasi komposisi warna cat mobil,warna yang diuji terdapat kelemahan yaitu adanya perbedaan warna yang kurang akuratdengan warna cat. sedangkan pada penelitian yang dilakukan oleh (saiful, 2013) padarancangan alat deteksi warna untuk membantu penderita buta warna, dapatmerealisasikan 7 warna. Lebih jauh (dwi, 2014) pada alat deteksi nominal uang kertas,sensor yang digunakan dapat diaplikasikan sebagai pendeteksi nominal uang kertasdengan cara membentuk pola range RGB dengan pengaruh yang dihasilkan tergantungdari baik buruknya kondisi uang kertas.2.4. NI MyRio-19002.4.1. Pengertian NI-MyRioMyRio adalah perangkat keras yang dibuat oleh Nasional Instrument dalampengembangan aplikasi yang memanfaatkan FPGA dan mikroprosesor onboard.Dengan memanipulasi fungsi-fungsi dalam membuat sebuah sistem denganmenggunakan tiga I/O konektor, dan memiliki kemampuan nirkabel sertamenggunakan ARM Cortex A9 x2 cores 28 nm process NEON SIMD, VFPv3 VectorFloatNI. Pada board NI MyRio terdapat beberapa peripheral yang dapat digunakanseperti wifi, LED, Accelerometer, push button, USB, analog input dan output, digitalinput dan output. MyRio menggunakan LabView sebagai IDE.Gambar 2.7. NI MyRio 1900Sumber : Ni myRIO Project Essentials Guide10
Pada perangkat MyRio didukung oleh perangkat lunak yang berfungsi untukpemrograman, meliputi :- LabView- LabView Real-Time Modul- LabView MyRio ToolkitDengan dukungan perangkat lunak opsional meliputi :- LabView FPGA Modul- Alat kompilasi untuk Vivado- Visi Pembangunan Modul- Software visi Akuisisi- Desain Kontrol LabView dan Simulasi Modul- Kontrol Desain Asisten- Sistem Identifikasi Asisten- LabView MathScript RT Modul- LabView Robotika Modul untuk myRio dan roboRio2.4.2. Karakteristik NI MyRio 1900Gambar 2.8. Skema NI MyRio 1900Sumber : Ni myRIO Project Essentials Guide11
Gambar 2.9. Primary/ Secondary signals on MXP connector A dan BSumber : Ni myRIO-1900 SpecificationsTabel 2.3. deskripsi sinyal pada MSP connectors A dan BSignal Name Reference 5vDGNDA1 0 3 AGNDDirectionOutputInputA0 0 1 AGNDOutputAGNDN/AN/A 3.3vDIO 0 5 DGNDDGNDOutputInput or escription 5v power output0-5 v, referenced single-endedanalog inpu channels. Refer to theAnalog Output Chanels section formore information.0-5 v, referenced single-endedanalog inpu channels. Refer to theAnalog Output Chanels section formore information.Reference for analog input andoutput 3.3v power outputGeneral-purpose digital lines with3.3v output, 3.3 V/5 V-compatibleinput. Refer to the DIO lines sectionfor more informationUART receive input. UART linesare electrically identical to DIO linesUART receive Output. UART linesare electrically identical to DIO linesReference for digital signals, 5vand 3.3VSumber : Ni myRIO-1900 Specifications12
Gambar 2.10. Primary/Secondary signals on MXP connectors CSumber : Ni myRIO-1900 SpecificationsTabel 2.4. deskripsi sinyal pada MXP connectors CSignal Name Reference 15v/-15vAGNDAI0 /AI0AGNDAI1 /AI1-DirectionOutputInputA0 0 1 AGNDOutputAGNDN/AN/A 5vDIO 0 7 DGNDDGNDOutputInput or OutputDGNDN/AN/ADescription 15v/-15v power output 10 v, differential analog inputchannels. Refer to the Analog InputChannels section for moreinformation 10 v, referenced single-endedanalog output channels. Refer to theAnalog Output Chanels section formore information.Reference for analog input andoutput and 15v/-15v power output 5v power outputGeneral-purpose digital lines with3.3v output, 3.3 V/5 V-compatibleinput. Refer to the DIO lines sectionfor more informationReference for digital lines and 5vpower output.Sumber : Ni myRIO-1900 Specifications13
2.4.3. FPGA NI MyRio2.4.3.1. Pengertian FPGAFPGA digitalArray) adalahICberupa komponendigitaluntukelektronika dansemikonduktor yang terdiri dari komponen gerbang terprogram, FPGA juga bisadikatakan processor atau embedeed controller.Bagian β bagian yang terdapat dalam FPGA adalah :1) SRAM (Static Random Access Memory ) adalah memory dengan data tetaptersimpan dengan baik walaupun tak diberi penyegaran / refresh oleh CPU.2) EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory) adalah jenis memory yangdapat menyimpan data ketika catu daya dimatikan dan hanya dapat diprogram ulangdengan sebuah peralatan khusus.3) PROM (Programmable Read Only Memory) adalah jenis memory chip ROM yangisinya dapat dihapus oleh sinar ultraviolet dan kemudian diprogram ulang denganmenggunakan peralatan khusus.4) FLASHadalah chip memory yang dapat dibaca dan diprogram serta dapatmenyimpan tanpa aliran listrik.5) EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) adalah yangdapat dihapus dengan perintah elektris.Komponen lain yang berhubungan dengan teknologi FPGA antara lain :1) Transistor adalah komponen elektronika yang terbuat dari dua buah diode , dengandua jenis transistor PNP dan NPN ,mempunyai tiga kaki yaitu basis, collector danemitor. Transistor merupakan awal pembuatan FPGA bersifat semikonduktor,penguat dan switching.2) IC (Integrated Circuit) adalah sebuah komponen elektronika yang berupa chipsilikon yang berisi rangkaian elektronika lengkap. IC berisi puluhan, ratusan,bahkan ribuan komponen elektronika .(Transistor, Dioda, resistor, kapasitor, dll).14
3) SRAM (Static Random Access Memory ) adalah memory yang data didalamnyatetap tersimpan dengan baik walaupun tak diberi penyegaran oleh CPU (Automatisrefresh)4) DRAM (Dinamic Random Access Memory) adalah jenis RAM yang menyimpansetiap bit data yang terpisah dalam kapasitor dalam satu sirkuit tertentu , Merupakanjenis chip komputer yang banyak digunakan .5) CPLD (Complex Programmable Logic Devices ) adalah perangkat logikaterprogram dengan gabungan antara PALs dan FPGAs. Terdiri dari lapisaninterconnect ,gates ,dan flip flop.6) SPLD (Simple Programmable Logic Devices) adalah perangkat logic terprogramyang terkecil. SPLD dapat digunakan di papan untuk menggantikan komponen TTLseri 7400 (and, or, not gates).2.4.3.2. FPGA NI MyRio-1900NI MyRio-1900 terdapat FPGA dalam mengembangkan kontrol serta dapatmelakukan pengukuran perangkat keras, FPGA dapat langsung terhubung denganmenggunakan LabView FPGA Modul yang merupakan pemrograman untukmenyebarkan kode. Dalam FPGA NI MyRio-1900, PC dapat langsung berinteraksidengan FPGA malalui aplikasi LabView.Bahasa pemrograman yang digunakan LabView adalah kode grafis berupaikon-ikon yang di terjemahkan dari bahasa VHDL. FPGA pada MyRio memiliki clocksebesar 40 Mhz. FPGA yang digunakan adalah Xilinx ISE.Manfaat dari sistem ini adalah sebuah teknologi tanpa menggunakan kodingVHDL sehingga pengambilan keputusan langsung dari terminal hardwareperpustakaan yang luas sehingga dapat memantau atau mengendalikan FPGA dari PCatau control Real Time. LabView FPGA menangani banyak operasi seperti transferDMA untuk prosesor, komunikasi Ethernet untuk CompactRIO, penyimpanan datadengan modul CompactRIO khusus, dan interaksi antarmuka pengguna.15
Gambar 2.11. Sistem kerja FPGA pada NI MyRioSumber : Tolgahan labview FPGA modul2.5. NI LabViewNational Instrument LabView adalah software dengan konsep pemrogramanberbasis grafis atau blok diagram dengan sebutan virtual instrument. Perkembanganpada pemrograman grafis dimana teknisi dapat menggunakannya untuk mendesignsuatu sistem menyerupai bentuk sistem aslinya, dapat melakukan pengamatan secaramaksimal dan dapat mengontrol suatu aplikasi dengan programmable autonomationcontrollers.Dalam membentuk sebuah instruksi LabView menggunakan berbagai macam ikonserta pemrograman yang dilakukan menggunakan metode dataflow denganmenentukan alur data yang melalui banyak instruksi untuk dapat di implementasikan.Untuk memulai sebuah pemrograman menggunakan LabView dapat dilihat padaGambar 2.12. di bawah :Gambar 2.12. Menu Awal LabViewSumber : ni.com16
Pada Gambar 2.12. di atas merupakan tampilan menu awal dari labView ketikaingin mengoperasikan dan melakukan sebuah pemrograman pada labview denganmemilih create project apabila ingin membuat pemrograman baru yang ditujukanuntuk sebatas simulasi dapat memilih blank VI, apabila ingin melakukan sebuahsimulasi dengan perangkat keras dapat memilih project yang terhubung dengan NIMyRio, My Daq, ataupun CompactRio, apabila telah melakukan pemrogramansebelumnya dapat memilih open existing.Gambar 2.13 Tool pada Labview (kiri block diagram dan kanan front panel)Sumber : ni.comPada Gambar 2.13. merupakan tampilan Tool pendukung dari pemrogramanLabView karena LabView menggunakan data flow sehingga tool yang di tampilkanberupa ikon-ikon yang mempunyai dua bagian yaitu tool yang terdapat pada front panelyang berfungsi sebagai kontrol ataupun sebagai indikator, sedangkan tool berada padadiagram blok berfungsi untuk melakukan pemrograman dengan pemanfaatan gerbanggerbang, FPGA interface, instrument I/O dan lain sebagainya.17
Gambar 2.14 Pemrograman pada LabViewSumber : ni.comGambar 2.14. merupakan salah satu bentuk pemrograman yang dilakukanmenggunakan LabView dengan menampilkan For loop, control, serta indikator untukmelihat hasil dari simulasi.2.5.1. Front Panel LabViewGambar 2.15. Front Panel LabViewSumber : ni.comFront panel adalah penghubung antara pengguna dengan program aplikasi. frontpanel terdapat kontrol sebagai masukan dan indikator sebagai keluaran. Kontrol adalahinstrument masukan yang menyuplai data dari block diagram sedangkan indikator18
adalah instrument mekanisme keluaran yang menampilkan data dari block diagram,mencakup numeric, push button, LED, grafik dan lain sebagainya .2.5.2. Blok Diagram LabviewGambar 2.16 Blok Diagram LabViewSumber : ni.comBlock diagram adalah tempat melakukan pemrograman, perintah dan fungsisource code berupa ikon-ikon. Pada blok diagram ini juga mengeksekusi program yangterdapat pada front panel. Tersedia function palette yang berisi fungsi-fungsi untukmemanipulasi input. Pada block diagram, tool palette juga dipakai untuk mengatur danmenghubungkan ikon.2.5.3. Tipe Data LabViewDalam membuat aplikasi VIs, harus diperhatikan tipe data tiap simbol agar dataflow dapat berjalan. Tipe data yang tersedia yaitu numerik, boolean dan string. Tipedata dari sebuah simbol dapat diketahui dari warna kabel ketika dihubungkan pada ikonlainnya. Untuk tipe data numerik ditandai dengan warna oranye (untuk bilangan float)atau biru (untuk bilangan integer), tipe data Boolean ditandai dengan warna hijau dantipe data string ditandai dengan warna merah muda.LabView yang merupakan sebuah pemrograman berupa data flow memilikibanyak manfaat dan kelebihan diantaranya :1) Pembuatan program di LabVIEW mudah dipahami,19
2) Berbentuk grafis, dengan instruksi berbentuk ikon-ikon, yang dihubungkandengan garis untuk menunjukkan aliran data.3) Pembuatan program yang mudah, yaitu hanya dengan menarik keluar ikoninstruksi yang sudah tersedia di kotak instruksi dan menghubungkannya dengangaris ke ikon lain. Garis ini sama seperti variabel pada bahasa pemograman teks.LabView menyederhanakan pembuatan program, karena garis tersebut hanyaakan terhubung apabila tipe datanya sesuai sehingga menghilangkan kebutuhanmanajemen memori dan deklarasi tipe data setiap variabel seperti dalam bahasapemograman teks.4) Mempersingkat waktu pembuatan program.5) LabView didesain sebagai sebuah bahasa program paralel (multicore) yangmampu menangani beberapa instruksi sekaligus dalam waktu bersamaan. Hal inisangat sulit dilakukan dalam bahasa program teks, karena biasanya bahasaprogram teks mengeksekusi instruksinya secara berurutan per baris, satu demisatu. Dengan LabView, pengguna dapat membuat aplikasi eksekusi paralel inisecara mudah dengan menempatkan beberapa struktur loop secara terpisah dalamblock diagram.6) Sifat modular LabView memungkinkan pengguna untuk membuat program yangkompleks dan rumit menjadi sederhana, yaitu dengan cara membuat subprogram.Ikon-ikon dalam LabView sebenarnya merupakan subVI. Beberapa subVI dapatdigabungkan menjadi sebuah subVI. subVI gabungan tersebut dapatdigabungkan lagi menjadi sebuah subVI lain, demikian seterusnya dengantingkat hirerarki yang tidak terbatas.2.6. SpeakerSpeaker adalah sebuah perangkat elektronika yang mempunyai fungsi untukmengubah arus listrik menjadi sinyal suara.20
Gambar 2.17. Amplifier untuk speakerSumber : skemaku.comProses pengubahan gelombang listrik elektromagnet menjadi gelombang suaraterjadi karena adanya aliran listrik arus AC audio dari penguat audio kedalam kumparan yangmenghasilkan gaya magnet sehingga akan menggerakkan membran. Kuat lemahnya arus listrik yangditerima, akan mengpengaruhi getaran pada membran, bergetarnya membran inimenghasilkan gelombang bunyi.Gambar 2.18. Speaker Aktif21
FPGA (Field Programmable Gate Array) adalah IC digital untuk mengimplementasikan rangkaian digital berupa komponen elektronika dan semikonduktor yang terdiri dari komponen gerbang terprogram, FPGA juga bisa dikatakan processor atau embedeed controller. Bagian β bagian yang terdapat dalam FPGA adalah :
