BAB 2. Kajian Pustaka dan Dasar Teori
2.3 Sistem Pengukuran
Sistem pengukuran adalah sebuah sistem yang digunakan untuk mengambil, mengolah dan menampilkan informasi data dari sebuah pengukuran pada pembacaan sensor. Sistem pengukuran data selanjutnya dirancang agar mampu mengambil, mengolah dan menampilakn data yang diukur yang dijelaskan pada Gambar 2-5 dengan menunjukkan diagram blok sistem pengukuran secara umum (P. Bentley, 2005).
Gambar 2-5. Diagram Blok Sistem Pengukuran
Pada Gambar 2-5 merupakan diagram blok sistem pengukuran yang terdapat pada sistem monitoring posisi sudut yaw yang berfungsi menghasilkan data sudut yaw dari pergerakan model kapal. Sistem pengukuran terbagi menjadi 3 bagian yang terdiri dari yaitu:
2.3.1. Struktur Sistem Pengukuran
Sistem pengukuran pada umumnya mempunyai 4 tahapan proses agar menjadi sebuah sistem yang sempurna yang terdiri dari sensing element, signal
conditioning element, signal processing element dan data presentation element
yang dapat dijelaskan dibawah ini (P. Bnetley, 2005). - Sensing Element
Sensing Element / sensor adalah sebuah indikator sensitif yang
berfungsi untuk mengetahui perubahan pada besaran fisis yang berubah menjadi besaran fisis lainnya pada saat melakukan pengukuran.
- Signal Conditioning Element
Signal conditioning element merupakan divais yang berfungsi untuk
memanipulasi sinyal analog agar terbaca oleh signal proccesing
20
- Signal Proccesing Element
Signal proccesing element merupakan divais yang berfungsi untuk
memproses sinyal analog dari signal conditioning element agar menjadi sinyal digital, dimana dalam proses tersebut dapat disebut sebagai proses ADC (analog to digital converter).
- Data Presentation Element
Data Presentation Element merupakan divais yang berfungsi untuk
mempresentasikan keluaran data dari pembcaan sistem signal
proccesing element.
2.3.2 Karakteristik Dinamis
Karakteristik dinamis merupakan sebuah perilaku yang menggambarkan parameter instrument dalam keadaan yang dipengaruhi oleh waktu.
2.3.2. Karakteristik Statis
Karakteristik statis merupakan sebuah perilaku yang menggambarkan parameter instrument dalam keadaan yang tidak dipengaruhi oleh waktu. Karakteristik statis sendiri mempunyai parameter yang terdiri dari yaitu:
- Akurasi
Merupakan ketepatan alat ukur dalam memberikan nilai dari hasil pengukuran yang berdekatan dengan hasil nilai sebenarnya. Apabila nilai hasil pengukuran tersebut sesuai dengan yang diinginkan maka didapatkan hasil pembacaan alat ukur yang akurat (P. Bentley, 2005). - Presisi
Presisi merupakan bagian dari sistem pengukuran yang berfungsi untuk menampilkan sebuah data pengukuran yang sama pada pengukuran berulang. Ilustrasi akurasi dan presisi dapat ditunjukkan pada Gambar 2-6 (Raytheon Company, 2007).
21
Gambar 2-6. Ilustrasi Akurasi dan Presisi
Gambar 2-6 menunjukkan tingkat ke-akurasian dan ke-presisian pada sistem pengukuran. Dimana pada gambar diatas mempuyai 4 kondisi berbeda, yang dapat ditinjau dari tingkat akurasi dan presisi dalam setiap pengukurannya. Kondisi tersebut terdiri dari akurasi presisi, akurasi tidak presisi, tidak akurasi dan luar target, serta tidak akurasi tidak presisi.
- Toleransi
Toleransi merupakan bagian dari sistem pengukuran yang bersifat menerima besarnya nilai x̅ (xbar) dengan menunjukkan besarnya error maksimum yang didapatkan ketika melakukan sebuah pengukuran. Toleransi juga dapat disebut sebagai standart deviasi yang berfungsi untuk mengetahui tingkat penyebaran data dari nilai rata-rata dengan diambil dari setiap data pengukuran. Adapun persamaan yang digunakan menghitung standart deviasi yang dapat dilihat pada persamaan 2.1 (Child, Oct 1982).
Persamaan (2.1) merupakan persamaan yang berfungsi untuk menghitung standar deviasi , dengan xi merupakan hasil dari pengukuran, sedangkan x̅ (xbar) merupakan hasil dari rata-rata
22
pengukuran dan simbol n merupakan jumlah banyaknya sebuah data yang didapatkan ketika melakukan sebuah pengukuran.
- Range
Range merupakan bagian dari sistem pengukuran yang berfungsi untuk mengetahui batas nilai maksimum(IMAX) dan minimum(IMIN) dalam setiap pengukuran yang dihasilkan oleh alat ukur (P.Bentley, 2005). - Sensitifitas
Sensitifitas merupakan sebuah perubahan yang dihasilkan dari hasil pembacaan alat ukur dengan memberikan sejumlah variasi pembacaan dalam pengujian atau pengukuran tersebut. Adapun persamaan yang digunakan untuk mengetahui sensitivitas dapat ditunjukkan pada persamaan (2.2) (P.Bentley, 2005).
2.4. Peralatan Sistem Kontrol 2.4.1. Mikrokontroler
Mikrokontroller merupakan sebuah single chip yang terdapat pada komputer atau berada pada divais kecil mikrokontroller yang digunakan untuk mengontrol sebuah objek, proses atau perintah. Mikrokontroller disebut sebagai
single chip dikarenakan pada mikrokontroller mempuyai memori dan I/O interface yang berada di dalam single chip tersebut (Axelson, 1997). Jenis
mikrokontroller sangatlah banyak yang terdiri dari Intel, ARM, dan Atmega, salah satunya adalah mikrokontroller dari Arduino, yang memiliki fitur mikrokontroller 8 analog input dan 14 digital I/O pins (Arduino, 2016).
Secara umum mikrokontroler dan mikroprosesor memiliki kelebihan dibandingkan dengan sistem diskrit lainnya antara lain :
a. Reprogrammable atau dapat diprogram ulang untuk mendapatkan fungsi yang berbeda.
b. Rangkaian lebih terintegrasi, lebih ringkas, sederhana, dan tidak rumit. c. Fleksibel dalam pengembangannya.
23
Ada perbedaan yang cukup penting antara Mikroprosesor dan Mikrokontroler. Jika Mikroprosesor merupakan CPU (Central Processing Unit) tanpa memori dan I/O pendukung dari sebuah komputer, maka Mikrokontroler umumnya terdiri dari CPU, Memori , I/O tertentu dan unit pendukung, misalnya Analog to Digital Converter (ADC) yang sudah terintegrasi didalam mikrokontroler tersebut. Kelebihan utama dari Mikrokontroler ialah telah tersedianya RAM dan peralatan I/O Pendukung sehingga ukuran board mikrokontroler menjadi sangat ringkas. Terdapat berbagai jenis mikrokontroler dari berbagai vendor yang digunakan secara luas di dunia. Diantaranya yang terkenal ialah dari Intel, Maxim, Motorolla , dan ATMEL. Beberapa seri mikrokontroler yang digunakan secara luas ialah 8031, 68HC11, 6502 , 2051 dan 89S51.
2.4.2 Mikrokontoler Arduino Mega 2560
Arduino Mega 2560 adalah papan mikrokontroler berdasarkan Atmega 328. Papan ini memiliki 54 digital input/output pin (14 pin dapat digunakan sebagai output PWM), 16 input analog. 16 MKz osilator kristal, USB koneksi, Jack listrik, header ICSP dan tombol reset. Cukup dengan menghubungkannya ke komputer melalui kabel USB atau power dihubungkan dengan adaptor AC-DC atau baterai untuk mulai mengaktifkannya. Arduino Mega2560 kompatibel dengan sebagian besar shield yang dirancang untuk Arduino Duemilanove atau Arduino Diecimila. Arduino Mega2560 adalah versi terbaru yang menggantikan versi Arduino Mega. Gambar 2-7 menunjukkan mikrokontroler Arduino Mega 2560
24
Pemetaan PIN pada ATmega2560 dengan Arduino Mega2560 tampak pada Gambar 2-8:
Gambar 2-8. PIN Atmega 2560 pada Arduino Mega 2560
2.4.3. Sensor Ultrasonik
Ultrasonik (Ultrasonic waves) merupakan gelombang mekanik longitudinal dengan frekuensi di atas 20 KHz yaitu daerah batas pendengaran manusia. Gelombang ultrasonik dapat merambat dalam medium padat, cair, dan gas. Hal ini disebabkan karena gelombang ultrasonik merupakan rambatan energi dan momentum mekanik, rambatan energi ini berinteraksi tergantung pada molekul dan sifat inersia medium yang dilaluinya. Waktu yang dibutuhkan oleh gema untuk kembali ke sensor adalah proporsional terhadap jarak dan tinggi dari objek, karena suara memiliki kecepatan yang tetap. Reflektivitas dari gelombang suara di permukaan cairan akan sama dengan permukaan padat, tapi pada tekstil dan foams, gelombang akan diserap.
Modul sensor ultrasonik DT-SENSE USIRR merupakan sensor jarak yang presisi. Dapat melakukan pengukuran jarak 2 cm sampai 3 meter dan sangat mudah untuk dihubungkan ke mikrokontroler menggunakan sebuah pin I/O
Adapun karakteristik dari sensor ultrasonik DT-Sense adalah sebagai berikut:
1. Terdiri dari sebuah Ultrasonic Ranger dan dapat dihubungkan dengan 2 buah sensor Infrared Ranger GP2D12 (opsional).
25
2. Memiliki 2 buah antarmuka yang dapat aktif bersama yaitu: a. Pulse Width / Lebar Pulsa (10 μs/mm)
b. I2C-bus
3. Dapat dicascade hingga 8 modul dengan hanya 2 pin I/O. 4. Single supply 5 VDC.
5. Supply Current (jika tanpa sensor infrared ranger) a. Aktif: 17 mA typ.
b. Reduced Operation: 13 mA typ. c. Power Down: 7 mA typ.
d. Power Down + Reduced Operation: 2 mA typ. 6. Siklus pengukuran yang cepat.
7. Pembacaan dapat dilakukan tiap 25 ms (40 Hz rate). 8. Spesifikasi Ultrasonic Ranger:
a. Jangkauan: 2 cm hingga 3 m
b. Obyek 0-2 cm diukur berjarak 2 cm
Sensor ultrasonik yang digunakan merupakan modul pengukur jarak non kontak. Untuk memicu dan membaca data pengukuran hanya memerlukan 1 buah pin mikrokontroler. Selain itu disediakan antarmuka komunikasi 12C. Untuk mengaktifkan sensor maka modul diberi triger pulsa maka sensor akan mengeluarkan sinyal PWM dan duty cycle tersebut sebagai jarak objek dengan sensor. Selanjutnya data ultrasonik dikirim ke mikrokontroler dengan komunikasi serial. Data yang dikirim adalah data 8-bit dengan nilai 5-255 dimana nilai 0 digunakan sebagai tanda akhir data. Gambar 2-9 menunjukkan gambar sensor ultrasonik.
26
2.4.4. Sensor IMU
Sensor IMU (inertial measurements unit) merupakan sebuah komponen inersia yang digunakan untuk panduan sebuah sistem yang umumnya digunakan pada kendaraan darat, kendaraan laut, dan roket kendali. Sensor IMU bekerja dengan mensensing sebuah gerakan, dan perpindahan arah dengan menggunakan kombinasi sensor accelerometer digunakan untuk menentukan percepatan gravitasi, gyroscopes digunakan untuk menentukan percepatan sudut dan sensor
magnetometer digunakan untuk heading atau menentukan arah mata angin dan
digunakan sebagai refrensi pada sumbu yaw (H Azfar, 2009). Sensor IMU yang diguanakan adalah sensor Gyro dengan tipe GY- 521 yang dapat ditunjukkan pada Gambar 2-10
Gambar 2-10. Sensor IMU GY – 521
Tabel 2-2 Spesifikasi Sensor IMU GY – 521 No Parameter Keterangan
1 Input Voltage 2.0 volt - 3,3 volt
2 ADXCL345 3-axis digital
accelerometer
3 ITG-3200 3-axis digital gyroscope
4 HMC5883L 3-axis digital
magnetometer
5 Interface i2c Serial Data
2.4.5. Radio Frequency
Radio frequency adalah sebuah gelombang elektromagnetik yang dapat
dikatakan sama dengan sinyal wireless dan high frequency signal. Aplikasi dari
radio frequency tersebut dapat ditemui pada penggunaan sinyal amplitude modulation(AM), penggunaan sinyal frekuensi pada komputer sebesar 1605 kHz,