APLIKASI MIKROKONTROLER (Dr. Hendra Jaya, M.T)
CHANDRA WIJAYA MUSNI (1425042011)

A.    PENGERTIAN MIKROKONTROLER

Mikrokontroler adalah suatu alat elektronika digital yang mempunyai masukan dan keluaran serta kendali dengan program yang bisa ditulis dan dihapus dengan cara khusus, cara kerja mikrokontroler sebenarnya membaca dan menulis data. Sekedar contoh, bayangkan diri Anda saat mulai belajar membaca dan menulis, ketika Anda sudah bisa melakukan hal itu Anda bisa membaca tulisan apapun baik buku, cerpen, artikel dan sebagainya, dan Andapun bisa pula menulis hal-hal sebaliknya. Begitu pula jika Anda sudah mahir membaca dan menulis data maka Anda dapat membuat program untuk membuat suatu sistem pengaturan otomatik menggunakan mikrokontroler sesuai keinginan Anda.

Mikrokontroler merupakan komputer didalam chip yang digunakan untuk mengontrol peralatan elektronik, yang menekankan efisiensi dan efektifitas biaya. Secara harfiahnya bisa disebut “pengendali kecil” dimana sebuah sistem elektronik yang sebelumnya banyak memerlukan komponen-komponen pendukung seperti IC TTL dan CMOS dapat direduksi/diperkecil dan akhirnya terpusat serta dikendalikan oleh mikrokontroler ini.

Suatu kontroler digunakan untuk mengontrol suatu proses atau aspek-aspek dari lingkungan. Satu contoh aplikasi dari mikrokontroler adalah untuk memonitor rumah kita. Ketika suhu naik kontroler membuka jendela dan sebaliknya. Pada masanya, kontroler dibangun dari komponen-komponen logika secara keseluruhan, sehingga menjadikannya besar dan berat. Setelah itu barulah dipergunakan mikrokprosesor sehingga keseluruhan kontroler masuk kedalam PCB yang cukup kecil. Hingga saat ini masih sering kita lihat kontroler yang dikendalikan oleh mikroprosesor biasa (Zilog Z80, Intel 8088, Motorola 6809, dsb).

B.     JENIS-JENIS MIKROKONTROLER

1.      Mikrokontroler AVR

Mikrokonktroler Alv and Vegard’s Risc processor atau sering disingkat AVR merupakan mikrokonktroler RISC 8 bit. Karena RISC inilah sebagian besar kode instruksinya dikemas dalam satu siklus clock. Mikrokontroler AVR merupakan salah satu jenis arsitektur mikrokontroler yang menjadi andalan Atmel. Arsitektur ini dirancang memiliki berbagai kelebihan dan merupakan penyempurnaan dari arsitektur mikrokontroler-mikrokontroler yang sudah ada.

Berbagai seri mikrokontroler AVR telah diproduksi oleh Atmel dan digunakan di dunia sebagai mikrokontroler yang bersifat low cost dan high performance. Di Indonesia, mikrokontroler AVR banyak dipakai karena fiturnya yang cukup lengkap, mudah untuk didapatkan, dan harganya yang relatif terjangkau.

Ø  Varian Mikrokontroler AVR

Antar seri mikrokontroler AVR memiliki beragam tipe dan fasilitas, namun kesemuanya memiliki arsitektur yang sama, dan juga set instruksi yang relatif tidak berbeda. Tabel dibawah ini membandingkan beberapa seri mikrokontroler AVR buatan Atmel.

Keterangan:

1)      Flash adalah suatu jenis Read Only Memory yang biasanya diisi dengan program hasil buatan manusia yang harus dijalankan oleh mikrokontroler

2)      RAM (Random Acces Memory) merupakan memori yang membantu CPU untuk penyimpanan data sementara dan pengolahan data ketika program sedang running

3)      EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) adalah memori untuk penyimpanan data secara permanen oleh program yang sedang running

4)      Port I/O adalah kaki untuk jalur keluar atau masuk sinyal sebagai hasil keluaran ataupun masukan bagi program

5)      Timer adalah modul dalam hardware yang bekerja untuk menghitung waktu/pulsa

6)      UART (Universal Asynchronous Receive Transmit) adalah jalur komunikasi data khusus secara serial asynchronous

7)      PWM (Pulse Width Modulation) adalah fasilitas untuk membuat modulasi pulsa

8)      ADC (Analog to Digital Converter) adalah fasilitas untuk dapat menerima sinyal analog dalam range tertentu untuk kemudian dikonversi menjadi suatu nilai digital dalam range tertentu

9)      SPI (Serial Peripheral Interface) adalah jalur komunikasi data khusus secara serial secara serial synchronous

10)  ISP (In System Programming) adalah kemampuan khusus mikrokontroler untuk dapat diprogram langsung dalam sistem rangkaiannya dengan membutuhkan jumlah pin yang minimal.

Ø  Arsitektur Mikrokontroler AVR

Mikrokontroler AVR sudah menggunakan konsep arsitektur Harvard yang memisahkan memori dan bus untuk data dan program, serta sudah menerapkan single level pipelining. Selain itu mikrokontroler AVR juga mengimplementasikan RISC (Reduced Instruction Set Computing) sehingga eksekusi instruksi dapat berlangsung sangat cepat dan efisien. Blok sistem mikrokontroler AVR dapat dilihat dalam Gambar 2.1.

Gambar 2.1 Blok Diagram Mikrokontroler AVR

2.      Mikrokontroler MCS-51

Mikrokonktroler ini termasuk dalam keluarga mikrokonktroler CISC (Complex Instruction Set Computer). Sebagian besar instruksinya dieksekusi dalam 12 siklus clock. Mikrokontroler MCS51 buatan Atmel terdiri dari dua versi, yaitu versi 20 kaki dan versi 40 kaki. Semua mikrokontroler ini dilengkapi dengan Flash PEROM (Programmable Eraseable Read Only Memory) sebagai media memori-program, dan susunan kaki IC-IC tersebut sama pada tiap versinya.

Perbedaan dari mikrokontroler-mikrokontroler tersebut terutama terletak pada kapasitas memori-program, memori-data dan jumlah pewaktu 16-bit. Perbedaan mikrokontroler Atmel MCS51 tersebut ditunjukan pada Tabel 1.1 berikut.

Tabel 1.1. Perbandingan antar Mikrokontroler MCS51Atmel

Mikrokontroler MCS51 Atmel versi mini (20 pin) dan versi 40 pin secara garis besar memiliki struktur dasar penyusun arsitektur mikrokontroler yang sama. Bagian-bagian tersebut secara lebih lengkap (detil) ditunjukan dalam diagram blok berikut.

Gambar 1.2 Diagram blok Mikrokontroler MCS51 Atmel

Mikrokontroler MCS51 Atmel versi 40 kaki mempunyai 32 kaki sebagai port paralel dan 8 pin yang lain untuk konfigurasi kerja mikrokontroler. Satu port paralel terdiri dari 8 kaki, dengan demikian 32 kaki tersebut membentuk 4 buah port paralel yang masing-masing dikenal sebagai port 0, port 1, port 2, port 3. Nomor dari masing-masing jalur (kaki) dari port paralel mikrokontroler MCS51 Atmel mulai dari 0 sampai 7, jalur (kaki) pertama dari port 0 disebut sebagai P0.0 dan jalur terakhir untuk port 3 adalah P3.7. Mikrokontroler MCS51 Atmel versi mini mempunyai 20 kaki, 15 kaki diantaranya adalah kaki port 1 dan port 3. 5 kaki yang lain untuk konfigurasi kerja mikrokontroler. Port 1 terdiri dari 8 jalur yaitu P1.0 sampai P1.7 dan port 3 terdiri dari 7 jalur yaitu P3.0 sampai P3.5 dan P3.7. Susunan kaki mikrokontroler MCS51 atmel versi 40 kaki dapat dilihat pada Gambar 2.2 berikut.

Gambar 2.2 Susunan kaki Mikrokontroler MCS51 Atmel

3.      Mikrokontroler PCI

Pada awalnya, PIC merupakan kependekan dari Programmable Interface Controller. PIC termasuk keluarga mikrokonktroler berarsitektur Harvard yang dibuat oleh Microchip Technology. Awalnya dikembangkan oleh Divisi Mikroelektronik General Instruments dengan nama PIC1640.

PIC memungkinkan Anda untuk mengontrol perangkat output ketika mereka dipicu oleh sensor dan switch. Program dapat dihasilkan dengan menggunakan diagram alur dalam perangkat lunak komputer, yang kemudian dapat di-download ke dalam chip PIC. Mereka dapat ditulis ulang sebanyak yang Anda inginkan. Memori jenis ini disebut memori flash.

Sebuah mikrokontroler PIC adalah sirkuit terpadu tunggal cukup kecil untuk muat di telapak tangan dan berisi memori pengolahan unit, Jam dan sirkuit Input / Output dalam satu unit. Sebuah mikrokontroler PIC, oleh karena itu, sering digambarkan sebagai komputer dalam sirkuit terpadu.  Mikrokontroler PIC dapat dibeli kosong dan kemudian diprogram dengan program kontrol tertentu. Mikrokontroler PIC juga dapat dibeli dengan pra–diprogram seperangkat perintah yang memungkinkan download langsung dari kabel komputer dan mengurangi biaya peralatan pemrograman.

4.      Mikrokontroler ARM

ARM adalah prosesor dengan arsitektur set instruksi 32­bit RISC (Reduced Instruction Set Computer) yang dikembangkan oleh ARM Holdings. ARM merupakan singkatan dari Advanced RISC Machine (sebelumnya lebih dikenal dengan kepanjangan Acorn RISC Machine). Pada awalnya ARM prosesor dikembangkan untuk PC (Personal Computer) oleh Acorn Computers, sebelum dominasi Intel x86 prosesor­ Microsoft di IBM PC kompatibel menyebabkan Acorn Computers bangkrut.

Melalui izin dari seluruh dunia, arsitektur ARM adalah yang paling umum dilaksanakan 32-bit set instruksi arsitektur. Arsitektur ARM diimplementasikan pada Windows, Unix, dan sistem operasi mirip Unix, termasuk Apple iOS, Android, BSD, Inferno, Solaris, WebOS, Plan 9 dan GNU / Linux. Advanced RISC Machine awalnya dikenal sebagai Mesin Acorn RISC.

C.    CONTOH APLIKASI MIKROKONTROLER DALAM BERBAGAI BIDANG KEHIDUPAN

Berikut ini merupakan contoh contoh pemanfaatan aplikasi Mikrokontroler dalam berbagai bidang kehidupan.

Ø  Kendali Relay dan Monitor Sensor pada web server melalui GPRS

Seringkali dalam membangun suatu sistem kita memerlukan aplikasi pengendali relay maupun monitor kondisi sensor melalui jarak jauh. Contohnya:

1)      Kendali penerangan ataupun peralatan rumah tangga pada sistem smarthome

2)      Monitor kondisi sensor seperti level air di sungai / laut, temperatur dan kelembaban di daerah untuk stasiun cuaca

3)      Monitor kondisi kendaraan seperti bensin, temperatur mesin, pintu dan juga melacak posisinya.

Pada jarak yang relatif pendek, kendali melalui kabel masih merupakan sistem yang ekonomis dibanding nirkabel. Namun pada jarak yang jauh di mana harga kabel akan menjadi sangat mahal maka sistem nirkabel akan menjadi sisteAN-0191 Sistem Alarm Rumah berbasis MMS dilengkapi dengan Camera Interface.

Pada sistem keamanan, seringkali informasi yang kita butuhkan bukan hanya merupakan pesan informasi saja namun juga keadaan di mana terjadinya alarm tersebut. Untuk mengetahui secara visual mengenai keadaan tempat terjadinya alarm dilakukan dengan menggunakan camera.

Ponsel atau handphone saat ini adalah merupakan perangkat yang selalu berada di dekat pemiliknya sehingga perangkat ini adalah merupakan media yang paling tepat untuk menyampaikan informasi. Untuk data berupa informasi teks dapat dikirim melalui SMS atau Short Message Service. Namun untuk data berupa gambar maka informasi dapat dikirimkan melalui MMS atau Multimedia Messaging Service yaitu merupakan layanan pengiriman pesan dalam bentuk multimedia di mana selain gambar, layanan ini sebetulnya juga dapat digunakan untuk mengirim video, audio dan lain-lain.

Modul SIM5216 dalam hal ini adalah merupakan modul gsm modem yang dilengkapi dengan camera interface dan analog input dalam hal ini dapat digunakan sebagai bagian pengolah data kamera menjadi MMS.m yang lebih ekonomis.

SIM5216 juga memiliki analog input sehingga sensor suhu yang memiliki keluaran berupa tegangan analog dapat dihubungkan pada input tersebut. Sensor suhu yang digunakan adalah LM35 yaitu sensor suhu dengan range 0 -100ºC dan kenaikan suhu 10mV / ºC dan ketelitian 0.5ºC.
Sensor ini terhubung pada bagian analog input dari Modul SIM5216yang memiliki resolusi 8 bit dan range tegangan input dari 0 – 2.65V sehingga dapat menerima tegangan analog keluaran sensor LM35 di mana tegangan maksimalnya (suhu 100ºC) adalah 1V.

Modul SIM5216 ini telah dilengkapi antarmuka kamera sehingga modul ini dapat mengambil gambar kondisi sekitar dan langsung mengirimkan melalui MMS.

Sebelum melakukan capture gambar sistem ini harus mengetahui kapan proses capture tersebut dilakukan. Proses capture dilakukan pada saat ada sensor yang aktif mendeteksi obyek atau suatu kondisi yang tidak diinginkan. Pada aplikasi ini terdapat sensor suhu, sensor ultrasonic, sensor infrared dan sensor asap. Sensor suhu dan asap berfungsi untuk mendeteksi adanya bahaya kebakaran. Pada saat suhu melebihi nilai tertentu maka hal ini dianggap adanya panas dari api sehingga sistem akan melakukan capture dan mengirimkan foto tersebut dalam MMS. Nilai tersebut diatur oleh mikrokontroler sebagai pengolah data.

Jadi mikrokontroler akan mengambil nilai suhu melalui analog inputSIM5216 dan dibandingkan dengan nilai suhu yang tersimpan dalam program. Selain suhu, kondisi kebakaran juga dideteksi dengan menggunakansensor asap yang mengeluarkan pulsa saat asap terdeteksi. Pulsa tersebut akan diterima oleh sistem mikrokontroler (dalam hal ini adalahDST-51) yang akan memerintahkan SIM5216 untuk melakukan capture foto dan mengirimkan via MMS. Untuk mendeteksi obyek digunakan dua jenis sensor

yaitu ultrasonic dan infrared. Sensor ultrasonic mendeteksi obyek yang ada di depan sensor, sedangkan infrared mendeteksi obyek yang memotong di antara pemancar dan penerima infrared. Sensor ultrasonic lebih tepat dipasang di bagian di mana obyek terdeteksi dari depan sensor seperti pada gambar berikut.

Sedangkan infrared digunakan untuk mendeteksi obyek yang memotong antara pemancar dan penerima. seperti pada gambar berikut.

Pulsa echo ini akan dikirim ke DST-51 sebagai indikasi bahwa ada obyek yang lewat di depan sensor. Sedangkan untuk infrared dapat digunakan dua jenis sensor. Sensor yang pertama adalah DSF-01 V3. Apabila aplikasi yang anda buat hanya untuk keperluan miniatur saja maka modul ini lebih sesuai mengingat harganya yang cukup ekonomis. Namun posisi LED infrared dan receiver dari modul tersebut harus sedikit dimodifikasi sebagai berikut.

Output dari sensor ini berupa kondisi logic akan diterima oleh DST-51dan dideteksi sebagai adanya obyek saat obyek tersebut memotong pancaran infrared dari pemancar dan penerima. Apabila untuk aplikasi sesungguhnya lebih baik menggunakan sensor infrared yang memiliki jarak lebih jauh seperti pada Infrared Beam Sensor.

Berikut adalah algoritma kerja sistem dalam diagram alir yang menggambarkan proses kerja program dalam mikrokontroler DST-51

Pada diagram alir tersebut terdapat dua aliran, yang pertama adalah program utama yang bekerja mendeteksi kondisi-kondisi sensor. Saat salah satu sensor mendeteksi ada obyek atau kebakaran maka program akan langsung mengirimkan foto dalam bentuk MMS beserta teks yang menunjukkan informasi sensor apa yang aktif sehingga pengguna dapat mengetahui jenis sensor yang aktif dari MMS yang diterima di HP.

Diagram alir kedua adalah interupsi serial yang mendeteksi pesan SMS yang dikirim oleh pengguna melalui HP dan diterima oleh SIM5216. Pesan ini diteruskan ke DST-51 dan apabila pesan tersebut berisi SMS “ambilfoto” maka DST-51 akan memerintahkan SIM5216 untuk mengirimkan foto. Bagian ini digunakan apabila pengguna ingin melihat kondisi melalui camera setiap saat. Agar sistem yang dirangkai dapat bekerja sesuai diagram alir tersebut maka program atau source code perlu diisikan ke dalam DST-51terlebih dahulu.
Lebih detail mengenai cara untuk download program ke DST-51 dapat dilihat di AN0160.

Ø  AN0187 Aplikasi Kendali Peralatan dan Monitoring Kondisi Sensor melalui SMS

GSM Modem SIM300

Kontrol dan monitoring melalui SMS adalah merupakan salah satu prasarana yang efektif dalam memantau ataupun mengendalikan keadaan di suatu tempat melalui jarak jauh mengingat jaringan GSM yang sudah tersebar di berbagai tempat/daerah. Banyak aplikasi yang dibuat menggunakan Handphone-handphone bekas yang dimodifikasi dan dihubungkan ke mikrokontroler. Namun penggunaan handphone bekas seringkali menemukan kendala diantaranya :

1)        Dibutuhkan modifikasi untuk koneksi hubungan ke mikrokontroler dan seringkali harus membongkar cassing HP

2)        Problem di power supply, (tidak dapat dihubungkan langsung ke power supply mikrokontroler tanpa melakukan modifikasi). Sedangkan bila dihubungkan ke charger terus menerus akan merusak battery.

3)        Bentuk yang tidak konsisten karena seringkali perkembangan HP berubah mengikuti pasar. Hal ini akan menjadi masalah untuk aplikasi yang diproduksi massal.

4)        Stabilitas yang kurang baik karena memang bukan didisain untuk standard industry, sehingga untuk aplikasi yang serius sangat tidak disarankan.

Pada aplikasi ini akan kita gunakan GSM Modem D-GSM300 yaitu GSM Modem yang diproduksi oleh Delta Electronic dengan menggunakan Modul SIM300 keluaran SIMCOM yang saat ini telah direvisi menjadi SIM900-TE-C

SIM900-TE-C

Sumber tegangan dari GSM Modem ini dapat menggunakan power supply 5 volt dari sistem mikrokontroler. Selain itu juga dilengkapi dengan UART level TTL sehingga dapat dihubungkan langsung ke UART mikrokontroler tanpa menggunakan IC MAX232 lagi. Juga terdapat GSM External Antenna sehingga untuk penempatan antenna di luar cassing dapat dilakukan dengan mudah dan diperoleh daya tangkap signal yang cukup besar.

Sebagai sistem mikrokontroler pada aplikasi ini digunakan Modul DST-51 yang juga memiliki On board USB Programmer dan LCD interface sehingga mempermudah pengguna dalam mengisi atau mengubah program.

Modul DST-51 V3.7 USB Version

Hubungan antara D-GSM300 dan DST-51 dilakukan melalui UART Port yang ada di DST-51 ke Serial TTL Port D-GSM300.

Modul D-GSM300

Pada aplikasi ini terdapat 8 buah port logic I/O (input/output) dan satu analog input. Port logic I/O diambil dari Port 1 DST-51 dan dapat diatur sebagai input atau output dengan tegangan 0 volt untuk logika 0 dan 5 volt untuk logika 1. Sebagai output, port ini dapat dihubungkan keModul DRL1201 Code 070-0015 Relay board untuk mengendalikan peralatan menggunakan relay atau Modul DRL1205cs Code 070-0017untuk mengendalikan peralatan menggunakan Solid State. Kadang-kadang dibutuhkan kondisi output dan input yang dikombinasi dalam satu port yang terdiri 8 bit I/O tersebut. Oleh karena itu dapat digunakan modul relay single seperti DSS-01 070-0020

Untuk input logic dapat dihubungkan pada sensor-sensor seperti limit switch,  bagian kontak relay LPG Detector, Magnetic Switch Code 011-0030, dan lain-lain. Sedangkan untuk input analog diambil dari input analog D-GSM300 dan diminta melalui port UART dengan range 0 – 2.4 volt. Hal ini dapat dilakukan dengan menggunakan LM35 Code 011-0021 untuk sensor suhu, DCS-01 Code 070-0008 untuk sensor arus, atau dengan bantuan Modul DST-INA Code 070-0184 agar dapat berhubungan dengan sensor-sensor dengan sinyal kecil sepertiloadcell Code 011-0140 untuk sensor berat,  PT-100 Code 011-0113untuk sensor suhu dengan range yang lebih besar yaitu -200 hingga 800 C.

Referensi

http://teknikinformatika-esti.blogspot.co.id/2011/03/pengertian-mikrokontroler.html

http://blog.unnes.ac.id/widiyanti/2016/02/12/jenis-jenis-mikrokontroler/

http://darry.wordpress.com/

http://delta-electronic.com/