KTI BAB II INFUSE PUMP DILENGKAPI DENGAN PENDETEKSI SENSOR GELEMBUNG UDARA

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1  Teori Dasar

2.1.1  Cairan Tubuh

        Elektrolit adalah zat kimia yang menghasilkan partikel-partikel bermuatan listrik yang disebut ion jika berada dalam larutan. Cairan dan elektrolit masuk ke dalam tubuh melalui makanan, minuman, dan cairan intravena dan didistribusi ke seluruh bagian tubuh. Keseimbangan cairan dan elektrolit berarti adanya distribusi yang normal dari air tubuh total dan elektrolit ke dalam seluruh bagian tubuh. Keseimbangan cairan dan elektrolit saling bergantung satu dengan yang lainnya, jika salah satu terganggu maka akan berpengaruh pada yang lainnya. 

       

Perpindahan cairan dan elektrolit tubuh terjadi dalam tiga fase yaitu :

a)      Fase I :

Plasma darah pindah dari seluruh tubuh ke dalam sistem sirkulasi, dan nutrisi dan oksigen diambil dari paru-paru dan tractus gastrointestinal.

b)      Fase II :

Cairan interstitial dengan komponennya pindah dari darah kapiler dan sel

c)      Fase III :

Cairan dan substansi yang ada di dalamnya berpindah dari cairan interstitial masuk ke dalam sel.

Pengelompokan cairan tubuh ditunjukkan pada gambar 2.1

Gambar 2.1 Letak Cairan Tubuh

Sumber : Anatomi Fisiologi, 2010. Poltekkes jakarta II

        Berdasarkan gambar 2.1 cairan tubuh dibagi dalam dua kelompok besar yaitu : cairan intraseluler dan cairan ekstraseluler. Cairan intraseluler adalah cairan yang berada di dalam sel di seluruh tubuh, sedangkan cairan ekstraseluler adalah cairan yang berada di luar sel dan terdiri dari tiga kelompok yaitu : cairan intravaskuler (plasma), cairan interstitial dan cairan transeluler. Cairan intravaskuler (plasma) adalah cairan di dalam sistem vaskuler, cairan interstitial adalah cairan yang terletak diantara sel, sedangkan cairan transeluler adalah cairan sekresi khusus seperti cairan serebrospinal, cairan intraokuler, dan sekresi saluran cerna.

2.1.2  Fungsi dan Komposisi Cairan Tubuh

        Lebih kurang 60% berat badan orang dewasa terdiri dari cairan (air dan elektrolit). Rata-rata seseorang memerlukan sekitar 11 liter cairan tubuh untuk nutrisi sel dan pembuangan residu jaringan tubuh. Zat terlarut yang ada dalam cairan tubuh terdiri dari elektrolit dan nonelektrolit. Non elektrolit adalah zat terlarut yang tidak terurai dalam larutan dan tidak bermuatan listrik, seperti : protein, urea, glukosa, oksigen, karbondioksida dan asam-asam organik. Sedangkan elektrolit tubuh mencakup natrium (Na+), kalium (K+), kalsium (Ca++), magnesium (Mg++), klorida (Cl-), bikarbonat (HCO3-), fosfat (HPO42), sulfat (SO42-). Garam mineral ketika berada dalam bentuk cairan sel, baik seluruhnya maupun sebagian berbentuk ion elektron, yaitu kation dan anion. Kation dibentuk oleh metal (Na+, K+, Ca2+, Mg2+, dll.), sedangkan anion dibentuk oleh residu asam (Cl-, HCO-3, SO2-4, H2PO-4). Ion amonium (NH+4) termasuk kation, sedangkan asam organik dan protein adalah anion.

Fungsi cairan tubuh antara lain :

1.      Mengatur suhu tubuh

     Kekurangan air suhu tubuh akan menjadi panas dan naik.

2.      Melancarkan peredaran darah

     Jika tubuh kurang cairan, maka darah akan mengental. Hal ini disebabkan cairan dalam darah tersedot untuk kebutuhan dalam tubuh. Proses tersebut akan berpengaruh pada kinerja otak dan jantung. 

3.      Membuang racun dan sisa makanan

     Tersedianya cairan tubuh yang cukup dapat membantu mengeluarkan racun dalam tubuh. Air membersihkan racun dalam tubuh melalui keringat, air seni, dan pernafasan. 

4.      Kulit

     Air sangat penting untuk mengatur struktur dan fungsi kulit. Kecukupan air dalam tubuh berguna untuk menjaga kelembaban, kelembutan, dan elastisitas kulit akibat pengaruh suhu udara dari luar tubuh. 

5.      Pencernaan

     Peran air dalam proses pencernaan untuk mengangkut nutrisi dan oksigen melalui darah untuk segera dikirim ke sel-sel tubuh. Konsumsi air yang cukup akan membantu kerja sistem pencernaan di dalam usus besar karena gerakan usus menjadi lebih lancar, sehingga feses pun keluar dengan lancar.

6.      Pernafasan

     Paru-paru memerlukan air untuk pernafasan karena paru-paru harus basah dalam bekerja memasukkan oksigen ke sel tubuh dan memompa karbondioksida keluar tubuh. Hal ini dapat dilihat apabila manusia menghembuskan nafas ke kaca, maka akan terlihat cairan berupa embun dari nafas yang dihembuskan pada kaca.

7.      Sendi dan otot

     Cairan tubuh melindungi dan melumasi gerakan pada sendi dan otot. Otot tubuh akan mengempis apabila tubuh kekurangan cairan. Oleh sebab itu, perlu minum air dengan cukup selama beraktivitas untuk meminimalisir resiko kejang otot dan kelelahan.

8.      Pemulihan penyakit

     Air mendukung proses pemulihan ketika sakit karena asupan air yang memadai berfungsi untuk menggantikan cairan tubuh yang terbuang.

2.1.3  Faktor-Faktor  yang Mempengaruhi Keseimbangan Cairan

        Keseimbangan cairan di dalam tubuh meliputi keseimbangan antara cairan dan elektrolit. Seimbang apabila adanya distribusi yang normal dari air tubuh total dan elektrolit ke dalam seluruh bagian tubuh. Keseimbangan cairan dan elektrolit saling bergantung satu dengan yang lainnya, jika salah satu terganggu maka akan berpengaruh pada yang lainnya. (Uliyah, M  dan Hidayat, A.A.A : 2008 hal 54).

        Adapun beberapa faktor yang mempengaruhi keseimbangan cairan adalah sebagai berikut :

1. Usia

        Seiring bertambahnya usia, semua organ yang mengatur keseimbangan akan menurun fungsinya, hasilnya fungsi untuk mengatur keseimbangan juga menurun. Misalnya: gagal ginjal, gagal jantung.

2. Temperatur Lingkungan

        Lingkungan yang panas bisa menyebabkan manusia berkeringat banyak sehingga cairan yang keluar lebih banyak.

3. Diet

        Diet tinggi natrium akan berfungsi meretensi urine, demikian juga sebaliknya. 

4. Obat-Obatan, seperti : steroid, diuretik. 

5. Stress

        Stress mempengaruhi metabolisme sel, meningkatkan gula darah, meningkatkan osmotik dan ADH (Hormon antidiuretik), akan meningkatkan sehingga urine menurun.

6. Sakit

        Manusia dalam keadaan sakit mengeluarkan air yang banyak. Tabel prosentase jumlah cairan yang dibutuhkan oleh tubuh yang diklasifikan berdasarkan umur dapat dilihat pada tabel 2.1

                                    Tabel 2.1 Prosentase Kebutuhan Cairan Tubuh

Sumber : Uliyah, M  dan Hidayat, A.A.A : 2008

2.1.4  Pengaturan Keseimbangan Cairan Tubuh

        Pengaturan keseimbangan cairan tubuh yag berasal dari dalam tubuh meliputi organ tubuh manusia. (Uliyah, M  dan Hidayat, A.A.A: 2008 hal 42).

        Adapun organ yang berperan dalam pengaturan keseimbangan cairan tubuh yaitu:

1.      Ginjal

Fungsi-fungsi utama ginjal dalam mempertahankan keseimbangan cairan:

-        Pengaturan volume dan osmolalitas cairan ekstaseluler melalui retensi dan eksresi selektif cairan tubuh.

-        Pengaturan kadar elektrolit dalam cairan ekstraseluler  dengan retensi selektif substansi yang dibutuhkan .

-        Pengaturan pH cairan ekstraseluler melalui retensi ion-ion hidrogen.

-        Ekskresi sampah metabolik dan substansi toksik.

                        Oleh karena itu gagal ginjal jelas mempengaruhi keseimbangan cairan, karena ginjal tidak dapat berfungsi.

2.      Jantung dan pembuluh darah

                        Kerja pompa jantung mensirkulasi darah melalui ginjal di bawah tekanan yang sesuai untuk menghasilkan urine. Kegagalan pompa jantung ini mengganggu fungsi ginjal dan karena itu mengganggu pengaturan air dan elektrolit.

3.      Paru-paru

                        Melalui ekhalasi paru-paru mengeluarkan air sebanyak +300 L setiap hari pada orang dewasa. Pada kondisi yang abnormal seperti hiperpnea atau batuk yang terus-menerus akan memperbanyak kehilangan air (ventilasi mekanik dengan air yang berlebihan menurunkan kehilangan air ini).

4.      Kelenjar pituitary (hipotalamus)

                        Hipotalamus menghasilkan suatu substansi yaitu ADH yang disebut juga hormon penyimpan air, karena fungsinya mempertahankan tekanan osmotik sel dengan mengendalikan retensi atau ekskresi air oleh ginjal dan dengan mengatur volume darah.

5.      Kelenjar adrenal (aldosteron)

                        Aldosteron yang dihasilkan/disekresi oleh korteks adrenal (zona glomerolus). Peningkatan aldosteron ini mengakibatkan retensi natrium sehingga air akan ditahan. Sedangkan apabila aldosteron kurang maka air akan banyak keluar karena natrium hilang.

2.1.5  Kriteria Pemberian Cairan Infus

        Pemberian cairan melalui infus merupakan tindakan memasukkan cairan melalui intravena yang dilakukan pada pasien dengan bantuan perangkat infus. Tindakan ini dilakukan untuk memenuhi kebutuhan cairan dan elektrolit serta sebagai tindakan pengobatan dan pemberian makanan. (Uliyah, M  dan Hidayat, A.A.A : 2008 hal 54)

        Berikut adalah rumus menghitung kecepatan tetesan infus per menit :

     .......... persamaan 1

Keterangan :

Jumlah cairan = jumlah cairan yang diberikan ke dalam tubuh (mililiter)

Faktor tetesan = berapa faktor tetesan yang direkomendasikan :

                            Makro (dewasa) : 20 tetes/ml

                            Mikro (anak)      : 60 tetes/ml

                            Transfusi darah  : 15 tetes/ml

Lama infus     = lamanya pemberian infus (jam)

2.1.6  Emboli Paru-paru

        Emboli paru-paru merupakan oklusi atau penyumbatan bagian pembuluh darah paru-paru oleh embolus. Embolus adalah suatu benda asing yang tersangkut pada suatu tempat dalam sirkulasi udara. Benda tersebut ikut terbawa oleh aliran darah yang berasal dari suatu tempat lain dalam sirkulasi darah. Proses timbulnya embolus disebut embolisme. Hampir 99% berasal dari trombus. Bahan lainnya adalaah tumor, gas, lemak, sumsum tulang, cairan, amnion dan trombus septik. (Somantri, Irman : 2007 Bab 10: Asuhan Keperawatan pada Pasien dengan Emboli Paru-Paru)

        Emboli paru-paru merupakan keadaan akut yang mengancam kehidupan. Ketakutan, nyeri dada dan nafas pendek adalah tanda-tanda awal yang muncul karena emboli paru-paru. Pada pemunculan emboli paru-paru, maka frekuensi denyut jantung dipergelangan tangan langsung menghilang. (Stevens P.J.M, Bordui F dan Weyde J.A.G. Vander: 1999, halaman 245)

2.1.7  Teori Dasar  Alat

        Alat penghitung tetesan infus dilengkapi pendeteksi gelembung udara pada selang adalah alat yang digunakan untuk menghitung tetesan infus dan untuk mengetahui keberadaan gelembung udara yang terdapat pada selang.

        Alat penghitung tetesan infus dilengkapi dengan pendeteksi gelembung udara pada selang menggunakan sensor infra merah dan photodioda untuk mendeteksi tetesan infus dan gelembung udara yang terdapat dalam selang infus. Mikrokontroller menggunakan ATMega 16 dengan bahasa pemrograman menggunakan bahasa C dengan tampilan menggunakan tampilan LCD 16x4.

2.2  Teori Dasar Komponen

2.2.1  Photodioda

        Sensor photodioda merupakan dioda yang peka terhadap cahaya, sensor photodioda akan mengalami perubahan resistansi pada saat menerima intensitas cahaya dan akan mengalirkan arus listrik secara forward sebagaimana dioda pada umumnya. Simbol dan bentuk fisik ditunjukkan pada gambar 2.2

                Gambar 2.2 Simbol dan Bentuk Fisik Photodioda

        Photodioda merupakan sebuah sensor cahaya (photo detector) yang memungkinkan arus mengalir dalam satu arah dari satu sisi ke sisi lain ketika menyerap foton (cahaya). Semakin banyak cahaya, semakin banyak arus yang mengalir. Cahaya yang dapat dideteksi oleh photodioda adalah cahaya inframerah, cahaya tampak, ultra ungu sampai dengan sinar-X. Photodioda mempunyai tanggapan paling baik terhadap infra merah.

        Beda antara photodioda dengan LED adalah bila photodioda mendeteksi cahaya dan kemudian menciptakan jalur konduktif yang memungkinkan listrik mengalir. Sedangkan LED menerima listrik kemudian memancarkan cahaya.

        Keunggulan dari photodioda dibanding dengan photo transistor adaalah waktu respon dari photodioda lebih cepat daripada photo transistor.

2.2.2  Infra Merah

        Infra merah adalah radiasi elektromagnetik dari panjang gelombang lebih panjang dari cahaya tampak, tetapi lebih pendek dari radiasi gelombang radio. Merah merupakan warna dari cahaya tampak dengan gelombang terpanjang. Radiasi infra merah memiliki jangkauan tiga "order" dan memiliki panjang gelombang antara 700  nm dan 1 mm seperti ditunjukkan pada gambar 2.3

Gambar 2.3 Spektrum Elektromagnetik

        Berdasarkan gambar 2.3 dapat disimpulkan bahwa sinar infra merah merupakan cahaya yang tidak tampak. Jika dilihat dengan dengan spektroskop cahaya maka radiasi cahaya infra merah akan nampak pada spectrum elektromagnet dengan panjang gelombang di atas panjang gelombang cahaya merah. Dengan panjang gelombang ini maka cahaya infra merah ini akan tidak tampak oleh mata namun radiasi panas yang ditimbulkannya masih terasa/ dideteksi.

2.2.3  Perangkat Sensor

Perangkat sensor terdiri dari infra merah dan photodioda. Photodioda dibuat dari semikonduktor dengan bahan yang populer adalah silicon ( Si) atau galium arsenida ( GaAs), dan yang lain meliputi InSb, InAs, PbSe. Material ini menyerap cahaya dengan karakteristik panjang gelombang mencakup: 2500 Å - 11000 Å untuk silicon, 8000 Å – 20,000 Å untuk GaAs. Ketika sebuah photon (satu satuan energi dalam cahaya) dari sumber cahaya diserap, hal tersebut membangkitkan suatu elektron dan menghasilkan sepasang pembawa muatan tunggal, sebuah elektron dan sebuah hole. hole adalah bagian dari kisi-kisi semikonduktor yang kehilangan elektron. Arah Arus yang melalui sebuah semikonduktor adalah kebalikan dengan gerak muatan pembawa (jika arus besar maka tegangan output mendekati tegangan masukan). Cara tersebut didalam sebuah photodioda digunakan untuk mengumpulkan photon - menyebabkan pembawa muatan (seperti arus atau tegangan) mengalir/terbentuk di bagian-bagian elektroda.

Photodioda digunakan sebagai penangkap gelombang cahaya yang dipancarkan oleh Infrared. Besarnya tegangan atau arus listrik yang dihasilkan oleh photodioda tergantung besar kecilnya radiasi yang dipancarkan oleh infrared.

Sebuah dioda penerima infra merah yang baik paling tidak mempunyai respond time sebesar 500 nano detik atau kurang. Jika respond time terlalu besar maka dioda infra merah ini tidak dapat merespon sinyal cahaya yang dimodulasi dengan sinyal frekuensi tinggi dengan baik. Hal ini akan mengakibatkan adanya data loss (gagal). Photodioda terdapat Filter optikal yang mempunyai dua fungsi yaitu sebagai lensa fresnel dan juga sebagai filter cahaya yang masuk ke area penerimaan dioda infra merah. Terbuat dari bahan polycarbonate berbentuk cembung dan transparan. Filter opikal ini akan membatasi cahaya-cahaya yang tidak diinginkan kecuali cahaya infra merah sehingga tidak mengganggu sinyal cahaya infra merah yang diterima oleh detektor/area penerima (photodioda). Arus bocor yang dihasilkan oleh detektor photodioda besarnya linier terhadap intensitas cahaya infra merah yang dimasukkan ke dalam area penerimaan. Oleh sebab itu arus ini harus dirubah ke tegangan agar dapat didapatkan sinyalnya kembali.

Photodioda tidak menerima sinar infra merah maka arus photodioda kecil dan tegangan outputnya mendekati Vcc (tegangan masukan). Sebaliknya saat photodioda menerima pantulan sinar inframerah, arus photodioda menjadi besar menyebabkan tegangan ouput menjadi kecil mendekati 0. Semakin jauh jarak sumber cahaya yang dapat ditangkap oleh photodioda, maka semakin kecil arus pada photodioda (kemampuan photodiode menerima cahaya dipengaruhi oleh jarak).

2.2.4  LCD 16x4  ( Liquid Crystal Display )

        Liquid crystal display  (LCD) merupakan komponen elektronika yang digunakan untuk menampilkan suatu karakter baik itu angka, huruf atau karakter tertentu, sehingga tampilan tersebut dapat dilihat secara visual. Disamping itu dapat juga menampilkan angka, huruf atau simbol dan karakter  tertentu.

        LCD dapat memunculkan gambar atau tulisan dikarenakan terdapat banyak sekali titik cahaya (pixel) yang terdiri dari satu buah kristal cair sebagai sebuah titik cahaya. Kristal cair ini tidak memancarkan cahaya sendiri. Sumber cahaya di dalam sebuah perangkat LCD adalah lampu neon berwarna putih di bagian belakang susunan kristal cair.

        Karakter yang ditampilkan untuk membantu menginformasikan proses dan control yang terjadi dalam suatu program menggunakan LCD dengan karakter 16x4. 16 menyatakan kolom dan 4 menyatakan baris.

        LCD terdiri atas tumpukan tipis atau sel dari dua lembar kaca dengan pinggiran tertutup rapat. Antara dua lembar kaca tersebut diberi bahan kristal cair (liquid crystal) yang tembus cahaya. Permukaan luar masing-masing keping kaca mempunyai lapisan tembus cahaya seperti  oxida timah (tin oxide) atau oxida indium (indium oxide). Sel mempunyai ketebalan 1x10-5 meter dan diisi dengan kristal cair. Tegangan yang dibutuhkan LCD yaitu 5 V_DC.

                  Gambar 2.4 Bentuk Fisik LCD 16x4

        Bentuk fisik dari LCD 16x4 seperti ditunjukkan pada gambar 2.4, sedangkan untuk spesifikasi ukuran adalah sebagai berikut :

Lebar        = 3.45 inci (87mm)

Tinggi       = 2.35 inci (60mm)

Tampilan  = 62mm x 26mm

        Adapun koneksi pin out pada LCD 16x4 yaitu seperti ditunjukkan pada tabel 2.2

Tabel 2.2 Koneksi Pin Out

Pin	Simbol	Tingkat	Deskripsi
1	VSS	0V	Ground
2	Vdd	5V	Tegangan input
3	VO	(Variabel)	Pengaturan LCD (contrast)
4	RS	H / L	H: DATA, L: Kode Instruksi
5	R / W	H, H-> L	H: Baca (signal) L: Tulis (signal)
6	E	H / L	Chip memungkinkan sinyal
7	DB0	H / L	Jalur bus data
8	DB1	H / L	Jalur bus data
9	DB2	H / L	Jalur bus data
10	DB3	H / L	Jalur bus data
11	DB4	H / L	Jalur bus data
12	DB5	H / L	Jalur bus data
13	DB6	H / L	Jalur bus data
14	DB7	H / L	Jalur bus data
15	A	5V	Tegangan input
16	K	0V	Ground

       

        Berdasarkan tabel 2.2 terdapat VO sebagai pengatur  contrast yang digunakan untuk mengatur tingkat kecerahan (backlight).

2.2.5  IC LM 358

        Operasional amplifier sebagai komparator adalah suatu rangkaian yang berfungsi untuk membandingkan tegangan input (V_in) dengan tegangan referensi (V_ref) agar didapatkan keluaran yang sesuai dengan yang diinginkan. Konfigurasi pada IC LM 358 ditunjukkan pada gambar 2.5

Gambar 2.5  Konfigurasi IC LM 358

Keterangan :

1        Pin output Op-amp A

2        Pin membalik inputan Op-amp A

3        Pin tak membalik Op-amp A

4        Ground

5        Pin tak membalik Op-amp B

6        Pin membalik inputan Op-amp B

7        Pin output Op-amp B

8        Pin V_CC

        Sebuah komparator membandingkan tegangan isyarat pada satu masukan dengan suatu tegangan acuan pada masukan yang lainnya.

Pada komparator hanya terdapat dua keadaan keluaran yaitu :

1)      Pada saat masukan tak membalik lebih besar dari pada membalik (V_in > V_ref), maka keluarannya adalah positif saturasi. V_out = +V_sat

2)      Pada saat masukan tak membalik lebih kecil dari pada membalik  (V_in<V_ref), maka keluarannya akan 0. V_out = 0

        Arah saturasi keluaran ditentukan oleh polaritas sinyal masukan. Bila tegangan masukan tak membalik lebih besar dibandingkan dengan tegangan masukan membalik, keluaran akan menuju saturasi positif (+V_sat). Sebaliknya jika tegangan tak membalik lebih kecil dari tegangan masukan membalik, keluaran akan menuju saturasi negatif    (-V_sat). Rangkaian komparator ditunjukkan pada gambar 2.6

Vout

Vin

Vref

R2

R1

+

Op-amp

Gambar 2.6 Rangkaian komparator

        Berdasarkan gambar 2.6 maka tegangan referensi didapat dari pembagian antara R₁ dan R₂ dan dapat menggunakan persamaan :

     ...........  persamaan 2

Keterangan :     V_ref   = Tegangan referensi (volt)

R₁     = Resistor 1

R₂     = Resistor 2

V_CC = Tegangan masukan (volt)

2.2.6  IC 74LS14

        IC 74LS14 digunakan sebagai schmitt trigger. Schmitt trigger dapat mendeteksi tegangan masukan yang melintasi suatu peringkat tertentu. Selain itu schmitt trigger sangat berguna untuk pengkondisi sinyal segitiga atau pun bentuk gelombang lainnya, maka keluaran  schmitt trigger akan menghasilkan suatu keluaran gelombang segi empat dengan pinggiran naik dan pinggiran turun yang tajam.

        IC 74LS14 merupakan salah satu jenis IC yang telah terpaket yang terdiri dari 6 buah inverter dengan schmitt trigger. Fungsi dari IC ini adalah sebagai pembalik dan pemantap atau untuk mendeteksi taraf dan membentuk kembali pulsa-pulsa yang buruk pada bagian tepinya (membentuk sinyal kotak).

Konfigurasi pena IC 74LS14 ditunjukkan pada gambar 2.7

Gambar 2.7 Konfigurasi Pena IC 74LS14

     Berdasarkan gambar 2.7 dapat diketahui pada kaki berapa konfigurasi pada IC 74LS14 yang dapat digunakan sebagai inverter. Inverter atau gerbang not adalah pembalik yang mempunyai satu masukan dan satu keluaran. Jika masukan sebuah inverter berlogika 1 (high), maka keluarannya akan berlogika 0 (low). Dan sebaliknya jika masukan berlogika 0, maka keluarannya berlogika 1 (high).

2.2.7  Mikrokontroller  ATMega 16

        ATMega 16 merupakan seri mikrokontroler CMOS 8-bit buatan Atmel keluarga AVR berbasis arsitektur RISC (Reduced Instruction Set Computer). Hampir semua instruksi dieksekusi dalam satu siklus clock. AVR mempunyai 32 register general-purpose, timer/counter fleksibel dengan mode compare,  interrupt internal dan eksternal, serial UART, programmable Watchdog Timer, dan  mode power saving, ADC dan PWM internal. AVR juga mempunyai In-System Programmable Flash on-chip yang mengijinkan memori program untuk diprogram ulang dalam sistem menggunakan hubungan serial SPI. ATMega16. Susunan konfigurasi pin ATMega 16 ditunjukkan pada gambar 2.8

                    Gambar 2.8 Susunan Konfigurasi Pin ATMega 16

Fungsi dari masing-masing pin ATMega16 berdasarkan gambar 2.8 adalah sebagai berikut:

a         Vcc merupakan pin yang berfungsi sebagai masukan catu daya.

b        GND merupakan pin Ground.

c         Port A (PA0…7) merupakan pin input/output dua arah dan pin masukan ADC.

d        Port B (PB0…7) merupakan pin input/output dua arah dan pin dengan fungsi khusus seperti SPI, MISO, MOSI, SS, AIN1/OC0, AIN0/INT2, T1, T0 T1/XCK.

e         Port C (PC0…7) merupakan pin input/output dua arah dan pin dengan fungsi khusus, seperti TOSC2, TOSC1, TDI, TD0, TMS, TCK, SDA, SCL .

f         Port D (PD0…7) merupakan pin input/output dua arah dan pin dengan fungsi khusus, seperti RXD, TXD, INT0, INT1, OC1B, OC1A, ICP1.

g        RESET merupakan pin yang digunakan untuk me-reset mikrokontroler.

h        XTAL1 dan XTAL2 merupakan pin masukan clock eksternal.

i          AVCC merupakan pin masukan tegangan untuk ADC.

j          AREF merupakan pin masukan tegangan referensi ADC.

2.2.7.1. Port Sebagai Input/Output Digital

        ATMega16 mempunyai empat buah port yang bernama  PortA, PortB, PortC, dan PortD. Keempat port tersebut merupakan jalur bi-directional dengan pilihan internal pull-up. Tiap port mempunyai tiga buah register bit, yaitu DDxn, PORTxn, dan PINxn. Huruf ‘x’mewakili nama huruf dari port sedangkan huruf ‘n’ mewakili nomor bit. Bit DDxn terdapat pada I/O address DDRx, bit PORTxn terdapat pada I/O address PORTx, dan bit PINxn terdapat pada I/O address PINx. Bit DDxn dalam register DDRx (Data Direction Register) menentukan arah pin. Bila DDxn diset 1 maka  Px berfungsi sebagai pin output. Bila DDxn diset 0 maka Px berfungsi sebagai pin input.

        Bila PORTxn diset 1 pada saat pin terkonfigurasi sebagai pin input, maka resistor pull-up akan diaktifkan. Untuk mematikan resistor  pull-up, PORTxn harus diset 0 atau pin dikonfigurasi sebagai pin output. Pin port adalah  tri-state setelah kondisi reset. Bila PORTxn diset 1 pada saat pin terkonfigurasi sebagai pin output maka pin port akan berlogika 1. Dan bila PORTxn diset 0 pada saat pin terkonfigurasi sebagai pin output maka pin port akan berlogika 0. Saat mengubah kondisi port dari kondisi  tri-state  (DDxn=0, PORTxn=0) ke kondisi  output high (DDxn=1, PORTxn=1) maka harus ada kondisi peralihan apakah itu kondisi pull-up enabled  (DDxn=0, PORTxn=1) atau kondisi output low (DDxn=1, PORTxn=0).

        Untuk  peralihan dari kondisi input dengan pull-up ke kondisi output low harus menggunakan kondisi  tri-state (DDxn=0, PORTxn=0) atau kondisi output high (DDxn=1, PORTxn=0) sebagai kondisi transisi. Konfigurasi pin port dari ATMega 16 ditunjukkan pada tabel 2.3

Tabel 2.3 Konfigurasi Pin Port ATMega 16

Kelebihan yang dimiliki oleh AVR ATMega 16 :

1)      Saluran Input/Output (I/O) ada 32 buah, yaitu PORTA, PORTB, PORTC, PORTD

2)      ADC / Analog to Digital Converter 10 bit sebanyak 8 channel pada PORTA

3)      2 buah timer/counter 8-bit dan 1 buah timer/counter 16-bit dengan prescalers dan kemampuan pembanding

4)      Watchdog timer dengan osilator internal

5)      Tegangan operasi 2,75 - 5,5 V pada ATMega16L dan 4,5 - 5,5 V pada ATMega16

6)      EEPROM sebesar 512 byte yang dapat diprogram saat operasi

7)      Antarmuka komparator analog

8)      4 channel PWM

9)      Kecepatan nilai (speed grades) 0 - 8 MHz untuk ATMega16L dan 0 - 16 MHz untuk ATMega16

2.2.7.2. Inisialisasi USART (Universal Syncronous Asyncronous Receiver/Transmiter)

        USART merupakan protokol komunikasi serial yang terdapat pada mikrokontroler AVR. USART dapat menghubungkan mikrokontroler dengan PC, hape, GPS atau modem. Komunikasi dengan menggunakan USART dapat dilakukan dengan dua cara yaitu dengan mode sinkron dimana pengirim data mengeluarkan pulsa/clock untuk sinkronisasi data, dan yang kedua dengan mode asinkron, dimana pengirim data tidak mengeluarkan pulsa/clock, tetapi untuk proses sinkronisasi memerlukan inisialisasi, agar data yang diterima sama dengan data yang dikirimkan. 

        Proses inisialisasi terdiri dari pengesetan  baud rate, penyetingan  frame format dan pengaktifan pengirim atau penerima tergantung pada pemakaian. Untuk interrupt menjalankan operasi USART, global interrupt flag (penanda) sebaiknya dibersihkan (interrupt global disable) ketika inisialisasi dilakukan.

        Sebelum melakukan inisialisasi ulang dengan mengubah baud rate atau frame format, untuk meyakinkan bahwa tidak ada transmisi berkelanjutan sepanjang periode register yang diubah. Flag TXC dapat digunakan untuk mengecek bahwa pemancar telah melengkapi semua pengiriman, dan flag RXC dapat digunakan untuk mengecek bahwa tidak ada data yang tidak terbaca pada buffer penerima. Tercatat bahwa flag TXC harus dibersihkan sebelum tiap transmisi (sebelum UDR ditulisi) jika itu semua digunakan untuk tujuan tersebut.

2.2.8  IC 7805  dan IC 7812

        IC 7805 dan IC 7812 adalah regulator tegangan positif, yaitu regulator yang didesain untuk memberikan tegangan keluaran yang relatif positif terhadap ground. IC ini digunakan sebagai regulator linier monolitik bernilai tetap yang mampu memberikan arus listrik hingga 1.5 Ampere tergantung dari kemasan. (kemasan yang lebih kecil atau lebih besar akan memberikan arus yang lebih kecil atau lebih besar).

          Spesifikasi IC individual, dua angka dibelakang mengindikasikan tegangan keluaran yang didesain. 7805 mempunyai keluaran 5 volt dan 7812 memberikan 12 volt. Susunan kaki IC 7805 dan IC 7812 ditunjukkan pada gambar 2.9

Gambar 2.9 Susunan Kaki IC 7805 dan IC 7812

        Berdasarkan gambar 2.9 dapat diketahui letak susunan kaki IC 7805 dan 7812 yaitu letak tegangan masukan (in), tegangan keluaran (out) dan ground. IC 7805 dan 7812 memiliki beberapa keunggulan dibandingkan regulator tegangan lainnya, yaitu:

a         Tidak memerlukan komponen tambahan untuk meregulasi tegangan, membuatnya mudah digunakan, ekonomis dan hemat ruang. Regulator tegangan lainnya mungkin memerlukan komponen tambahan untuk membantu peregulasian tegangan. Bahkan untuk regulator bersakelar, selain membutuhkan banyak komponen, juga membutuhkan perencanaan yang rumit.

b         Memiliki rangkaian pengaman terhadap pembebanan lebih, panas tinggi dan hubungsingkat, membuatnya hampir tak dapat dirusak. Dalam keadaan tertentu, kemampuan pembatasan arus peranti IC ini tidak hanya melindunginya sendiri, tetapi juga melindungi rangkaian yang ditopangnya.

        IC 7805 memiliki batas maksimal tegangan keluaran sebesar 5.2 VDC dan memiliki batas minimum tegangan keluaran sebesar 4.8 VDC. Sedangkan untuk IC 7812 memiliki batas maksimal tegangan keluaran sebesar 12.5 VDC dan memiliki batas minimum tegangan keluaran sebesar 11.5 VDC

2.2.9  Buzzer

        Buzzer adalah alat yang terbuat dari elemen piezoceramics yang dapat mengubah sinyal listrik menjadi sinyal suara. Buzzer digunakan untuk alarm, karena penggunaannya cukup mudah yaitu dengan memberikan tegangan input maka buzzer akan mengeluarkan bunyi. Frekuensi suara yang di keluarkan oleh buzzer yaitu antara 1-5 KHz. Bentuk fisik dan simbol dari buzzer ditunjukkan pada gambar 2.10

                      

                                                Bentuk Fisik                          Simbol

          Gambar 2.10 Bentuk Fisik dan Simbol Buzzer

        Prinsip kerja buzzer hampir sama dengan loud speaker. Buzzer terdiri dari kumparan yang terpasang pada diafragma dan kemudian kumparan tersebut dialiri arus sehingga menjadi elektromagnet, kumparan tersebut akan tertarik ke dalam atau keluar, tergantung dari arah arus dan polaritas magnetnya, karena kumparan dipasang pada diafragma maka setiap gerakan kumparan akan menggerakkan diafragma secara bolak-balik sehingga membuat udara bergetar yang akan menghasilkan suara.