BAB II TEORI PENUNJANG
2.5 Skala Richter
Skala Richter yang diusulkan oleh Charles Richter didefinisikan sebagai logaritma (basis 10) dari amplitudo maksimum, yang diukur dalam satuan mikrometer, dari rekaman gempa oleh instrumen pengukur gempa (seismometer) Wood-Anderson, pada jarak 100 km dari pusat gempanya. Sebagai contoh, misalnya kita mempunyai rekaman gempa bumi (seismogram) dari seismometer yang terpasang sejauh 100 km dari pusat gempanya, amplitudo maksimumnya sebesar 1 mm, maka kekuatan gempa tersebut adalah log (10 pangkat 3 mikrometer) sama dengan 3,0 skala Richter.
Untuk memudahkan orang dalam menentukan skala Richter ini, tanpa melakukan perhitungan matematis yang rumit, dibuatlah tabel sederhana seperti gambar 2.33 di bawah ini.
Gambar 2.33 Perhitungan skala richter1
Parameter yang harus diketahui adalah amplitudo maksimum yang terekam oleh seismometer (dalam milimeter) dan beda waktu tempuh antara gelombang-P dan gelombang-S (dalam detik) atau jarak antara seismometer dengan pusat gempa (dalam kilometer). Dalam gambar di atas dicontohkan sebuah seismogram mempunyai amplitudo maksimum sebesar 23 milimeter dan selisih antara gelombang P dan gelombang S adalah 24 detik maka dengan menarik garis dari titik 24 dt di sebelah
kiri ke titik 23 mm di sebelah kanan maka garis tersebut akan memotong skala 5,0. Jadi skala gempa tersebut sebesar 5,0 skala Richter.
Untuk mengetahui besaran skala Richter dan akibat yang ditimbulkan dapat dilihat pada tabel 2.14 di bawah ini
Tabel 2.14 Skala Richter35 Kondisi Skala
richter Akibat
Mikro < 2.0 Getaran tidak terasa
Sangat Kecil 2.0 – 2.9 Umumnya getaran tidak terasa tapi dapat terdeteksi
Kecil 3.0 – 3.9 Sedikit terasa, jarang menyebabkan kerusakan
Ringan 4.0 – 4.9 Menggetarkan perabotan dan menyebabkan bunyi berderak
Medium 5.0 – 5.9 Menyebabkan kerusakan pada bangunan dengan konstruksi kurang baik
Kuat 6.0 – 6.9 Jangkauan kerusakan 100 mil disekitar titik gempa
Besar 7.0 – 7.9 Menyebabkan kerusakan yang serius pada kawasan yang luas
Sangat besar 8.0 – 8.9 Menyebabkan kerusakan yang serius pada beberapa kawasan sangat luas
35www.wikipedia.org
BAB III
PERANCANGAN DAN PEMBUATAN
PERANGKAT KERAS DAN LUNAK
Perancangan sistem ini memerlukan sebuah sensor yang dapat mendeteksi getaran dengan menggunakan prinsip Hukum Faraday. Sensor ini terdiri dari sebuah kumparan dengan intinya yang dapat bergerak. Dari pergerakan kumparan dan inti ini menyebabkan perubahan ggl induksi yang dihasilkan. Perubahan ggl induksi ini menghasilkan suatu bentuk sinyal tertentu. Sinyal analog ini kemudian diubah melalui ADC (Analog to Digital Converter) untuk memberikan aksi pada gedung sesuai nilai tegangan yang di terima ADC.
3.1. PERANCANGAN PERANGKAT KERAS
Perangkat utama dari sistem ini adalah piranti sensor, modul driver sensor dan rangkaian simulasi pada gedung. Blok perangkat keras ini ditunjukkan pada gambar 3.1.
Mikrokontro
ler
Penguat
Aksi pada gedung ADC Senso
r
Gambar 3.1 Diagram Blok Rangkaian 3.1.1. Sistem Kerja
Secara umum sistem kerja dari blok diagram diatas adalah sensor akan bekerja untuk mendeteksi getaran. Output dari sensor ini berupa perubahan tegangan. Tegangan yang dihasilkan oleh sensor ini masih terlalu kecil sehingga perlu dikuatkan oleh rangkaian operasional amplifier (Op-Amp). Tegangan yang dihasilkan dari sensor berada pada range positif dan negatif. Agar dapat dibaca atau diproses oleh ADC maka sinyal sinus tersebut perlu disearahkan terlebih dahulu dan kemudian diubah ke tegangan DC. Maka dalam proses ini ditambahkan rangkaian penyearah dan pengubah AC ke DC. Tegangan yang paling
besar berada pada tengah-tengah sensor, tegangan ini terbaca saat sensor dalam keadaan diam. Agar saat diam tegangan yang terbaca kecil maka untuk aplikasi ini ditambahkan rangkaian differensial sebelum masuk ke ADC.
Penggunaan ADC sebagai konversi sinyal analog yang dihasilkan dari driver (penguat) sensor tersebut. Data yang dihasilkan berupa kode biner yang dilakukan berdasarkan perintah dari mikrokontroller yang dilakukan secara real time. Penggunaan mikrokontoller sebagai kontrol aksi pada simulasi gedung. Mikrokontroller akan membaca nilai dari ADC yang kemudian akan disimpan sementara pada mikrokontroller yang akan digunakan untuk mengaktifkan aksi-aksi pada gedung.
3.1.2. Perancangan Sensor Getaran
Dalam perancangan sensor getaran ini komponen yang diperlukan adalah kawat email, inti ferit, pegas, resistor masing-masing 1K dan 3K3,rangkaian oscilator serta sebuah penyangga. Kawat email yang digunakan sebagai lilitan dipilih email yang memiliki diameter 0.4 mm. Pemilihan diameter email sebesar 0.4 mm ini karena semakin banyak lilitan email yang digunakan maka fluks magnetik yang dihasilkan akan semakin besar pula. Panjang email yang digunakan kira-kira 50 m dan jumlah lilitan sebanyak ± 900.
Ferit yang digunakan adalah ferit yang secara umum dijual dipasaran dengan panjang 18 cm dan mempunyai diameter sebesar 1 cm. Untuk pegas dipilih pegas yang sangat lentur namun masih bisa menahan berat yang sangat besar. Resistor yang dipilih hanya untuk menunjukkan adanya beda potensial diantara dua kutub tersebut. Rangkaian osilator yang digunakan dipilih pada frekuensi 190 KHz. Pemilihan frekuensi ini karena menghasilkan amplitudo maksimal. Desain dari kontruksi sensor ditunjukkan pada gambar 3.2.
Gambar 3.2 Desain konstruksi sensor
Prinsip kerja dari sensor tersebut adalah saat terdapat getaran maka lilitan akan bergerak secara vertikal (naik-turun). Pergerakan lilitan tersebut disebabkan oleh pegas yang menahannya. Arus penyebab dari rangkaian osilator dihubungkan dengan lilitan. Maka dengan demikian akan timbul arus induksi atau ggl induksi yang mengalir pada loop tertutup pada rangkaian resistor tersebut. Besarnya ggl induksi pada loop tertutup resistor sebanding dengan besarnya getaran yang ditangkap oleh sensor. Output sensor yang berupa tegangan inilah yang selanjutnya diproses untuk mengontrol aksi pada simulasi gedung. Untuk flowchartnya dapat dilihat pada gambar 3.3 di bawah ini
Y N Y N Y N start Baca ADC aman sedang
besar L off, B on, M on L on,B on, M off L on,B off, M off
end
Gambar 3.3 Flowchart sistem
Ket
L=lampu sbg simulasi saluran listrik dan gas B=buzzer sbg simulasi alarm tanda bahaya M=motor sbg simulasi pintu darurat
3.1.3. Perancangan Rangkaian Operasional Amplifier 3.1.3.1. Penguat Non-Inverting
Gambar 3.3 dibawah ini merupakan rangkaian pemilih penguatan dengan menggunakan non-inverting amplifier. Harga penguatan yang dihasilkan bergantung pada harga Rf dan Rin yang keduanya merupakan resistansi input dan resistansi feedback dengan persamaan : Av = 1 +
Ri Rf
Av = Vin Vout ...(3.2) + -In Out TL 084 R1 100K R2 10K
Gambar 3.4 Rangkaian penguat non-inverting 3.1.3.2. Rangkaian Penyearah
Rangkai nyearah
gelombang uaran yang
nn a, tetapi tidak sebanding dengan an penyerah yang digunakan adalah r gkaian pe
penuh yang mana akan mengeluarkan suatu kelan sebanding dengan besar masuka
polaritas masukannya. Berikut ini adalah gambar rangkaian penyearah y gelombang penuh dengan menggunakan diode 1N4148 dan IC TL074.
+ -+ 10 K IN4148 Output IN4148 IN4148 IN4148 10 K 10 K 10 K 5K6 Input TL 074 TL 074
3.1.3.3. Rangkaian Pengubah AC ke DC
Sebuah kapasitor bocoran rendah yang harganya besar (10 uF tantalum) ditambahkan dengan rangkaian harga mutlak dari gambar 3.5. Rangkaian yang dihasilkan adalah penguat MAV atau pengubah ac-ke-dc yang terlihat pada gambar 3.5. Kapasitor C melaksanakan perataan keluaran yang disearahkan dari opamp B. Diperlukan kira-kira 50 siklus tegangan masukan sebelum tegangan kapasitornya menurun ke pembacaan akhir. Jika bentuk-bentuk gelombang sinus diterapkan ke pengubah ac-ke-dc, keluaran akan merupakan MAV dari tiap gelombang.
Gambar 3.6 Rangkaian pengubah ac-ke-dc 3.1.3.4. Rangkaian differensial
Gambar 3.7 Rangkaian differensial
Ouput dari rangkaian pengub ac ke dc sebagai input rangkaian
negatif Op-Amp. Kemudian pada kaki positif dihubungkan pada tegangan dc sebesar tegangan maksimal yang dihasilkan oleh sensor. Diode zener 5 volt digunakan sebagai pengaman ADC agar tegangan output tidak melebihi 5 volt.
3.1.4. Rangkaian Mikrokontroler AVR ATMega16
ah diffrensial dihubungkan pada kaki
Gambar 3.8 Rangkaian mikrokontroler Atmega16
Mikrokontroler Atmega 16 dalam proyek akhir ini digunakan untuk mengolah data dari masukan sensor dan kemudian diolah menjadi data keluaran. Atmega16 merupakan mikrokontroler keluarga AVR Atmega termasuk tipe CMOS 8 bit dengan 8 Kbytes Flash PEROM (Programmable Erasable Read Only Memory). Atmega16 mempunyai komponen memori sebagai berikut :
1. RAM Internal, memori sebesar 512 bytes yang biasanya digunakan untuk menyimpan program atau data yang sedang berjalan dan bersifat sementara.
2. Special Function Register (SFR) disebut juga Register fungsi khusus karena memori ini berisi register-register yang mempunyai fungsi-fungsi khusus yang disediakan oleh mikrokontroler tersebut seperti timer, serial dan lain-lain.
3. Flash PEROM, memori yang digunakan untuk menyimpan instruksi/program dasar dari sebuah mikrokontroler.Atmega mempunyai struktur memori yang terpisah antara RAM internal dan Flash PEROM-nya, RAM internal dialamati oleh RAM Address Register sedang FLASH PEROM dialamati oleh Program Address Register.
Di sini akan dibahas sedikit keterangan mengenai port-port yang kita gunakan dalam mikrokontroler.
1. Port paralel
2. Konfigurasi pin dari mikrokontroler untuk ADC 3. Interfacing simulasi pada gedung
3.1.4.1 Port Paralel
Untuk komunikasi paralel pada Atmega 16 sebagai pengiriman atau
downl tersedia di
Atmega16 yaitu sck port B7, miso port B6, mosi port B5, dan port reset
oad program Menggunakan port paralel yang
port 9. Mendownload program ke Atmega16 melalui modul downloder sebagai interface dari PC ke AVR.
Gambar 3.9 Rangkaian Downloader 3.1.4.2. Diagram Blok dan Konfigurasi Pin ADC
Adapun blok diagram dari mikrokontroler Atmega1 digambarkan pada gambar 3.8 Mikrokontroler ini memiliki 40 konfigurasi pin seperti digambarkan pada gambar
Gambar 3.10 Blok Diagram ADC Mikrokontroler ATmega16
ADC mengkonversi input analog voltase untuk 10-bit nilai digital sampai berurutan. Nilai minimum sebagai GND dan nilai
mak SB.
Secara bebas dipilih, AVCC atau suatu 2.56V acuan yang internal ltase
n ADC dapat pilih
simum sebagai voltase pada batas atas AREF memberi data 1 L vo dihubungkan kepada AREF dengan menulis kepada REFSN dalam ADMUX Mendaftarkan data. Acuannya adalah voltase internal kemudian decoupled secara eksternal kapasitor di AREF.
Analog masuk saluran dan diferensial memproses dengan menulis kepada MUX di dalam ADMUX. ADC yang manapun masuk, seperti halnya GND dan suatu range acuan voltase yang ditetapkan dapat terpilih sebagai masukan ke ADC. Suatu pemiliha
ter sebagai masukan negatif dan positif pada amplifier keuntungannya adalah diferensial. Jika saluran diferensial terpilih, keuntungannya diferensial memperkuat range perbedaan voltase antara input terpilih nilai yang diperbesar kemudian menjadi analog masuk ke ADC.
Pada tugas ahkir ini ADC yang digunakan hanya satu channel yaitu ADC channel 0.
angkaian untuk simulasi
Simulasi yang digunakan adalah buzzer, LED dan motor. Gambar rangkaian dari simulasi dap t dilihat pada gambar 3.11.
3.1.4.3. Perancangan R
a
PC.0
Gambar 3.11 Rangkaian simulasi pada gedung
Buzer akan berbunyi apabila getaran yang ditangkap sensor
bertambah i PortD.7.
Kemudian LED digunakan sebagai simulasi dari saluran listrik dan gas. Jika kon
μC
cc+12 PC.6
V
besar. Buzer pada mikrokontroler dihubungkan d
disi tidak ada getaran atau mendeteksi getaran kecil maka LED tetap menyala dan apabila getaran yang ditangkap sensor sangat besar maka secara otomatis LED akan mati. Simulasi LED ini dihubungkan pada PortC 0-6. Motor digunakan untuk simulasi pintu darurat. Untuk driver motor digunakan dua buah relay. Jika getaran yang dihasilkan sensor sangat besar maka pintu secara otomatis akan membuka. Untuk
PD.7 PD.6
menutup dapat ditekan tombol switch. Port yang digunakan untuk mengatur pintu ini adalah PortD.6