KELUARAN DARI EXTENSOMETER MENGGUNAKANMICRO SECURE DIGITALBERBASIS MIKROKONTROLER ATMEGA32
(Skripsi)
Oleh
Dainty Ambarina
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS LAMPUNG
KELUARAN DARI EXTENSOMETER MENGGUNAKANMICRO SECURE DIGITALBERBASIS MIKROKONTROLER ATMEGA32
Oleh
DAINTY AMBARINA
Skripsi
Sebagai Salah Satu Syarat untuk Mencapai Gelar
SARJANA SAINS
Pada Jurusan Fisika
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
UNIVERSITAS LAMPUNG BANDAR LAMPUNG
REALISASI DAN KARAKTERISASI RANGKAIAN PEREKAM DATA
KELUARAN DARI EXTENSOMETER MENGGUNAKANMICRO
SECURE DIGITALBERBASIS MIKROKONTROLER ATMEGA32
Oleh Dainty Ambarina
Pada penelitian ini telah dibuat sebuah sistem instrumentasi yang mampu merekam data dari sensor extensometer ke dalam Micro SD dengan menggunakan Mikrokontroler ATmega32 sebagai pusat pengendali. Sensor extensometer merupakan perangkat elektronika yang berfungsi mengukur parameter pergeseran tanah. Sensor ini menggunakan potensiometer multiturn sebagai komponen utama disertai dengan rangkaian penguat dan pengkondisi sinyal. Sistem ini dapat digunakan di tempat yang tidak ada listriknya karena sumber daya yang digunakan berasal dari baterai Lithium Polymer dengan kapasitas 1300 mAh. Berdasarkan hasil pengujian di lapangan diketahui bahwa baterai dapat bertahan hingga perekaman data selama ±9 jam. Sistem ini juga dapat merekam data secara
real time karena terintegrasi dengan RTC DS1307 sebagai komponen pewaktuan. Interval penyimpanan data dapat diatur sesuai kebutuhan pengguna dengan waktu sampling terkecil 1 detik. Setiap data yang terekam terdiri atas 37 karakter yang berisi informasi waktu, tanggal, dan nilai tegangan. Data-data tersebut disimpan di dalam sebuah file dengan nama volt.txt. Jumlah data yang dapat tersimpan pada Micro SD dengan kapasitas memori 2 GB adalah 48.620.000 data. Berdasarkan perhitungan, memori Micro SD akan terisi penuh dalam kurun waktu 563 hari atau ±1,5 tahun ketika perekaman data diatur setiap 1 detik. Besarnya pergeseran yang dapat dideteksi oleh sensor extensometer berkisar antara 0-110 mm dengan nilai tegangan yang terbaca oleh sistem adalah 0,308-3,594 volt.
REALIZATION AND CHARACTERIZATION OF DATA RECORDER SERIES FROM THE OUTPUT OF
EXTENSOMETER BY USING MICRO SECURE DIGITAL BASED ON MICROCONTROLLER ATMEGA32
By
Dainty Ambarina
In this research it has been made an instrumentation system which could record data from sensor of extensometer into Micro SD by using microcontroller ATmega32 as the central of control. Sensor of extensometer was the electronic equipment which was used to measure parameter of soil movement. This sensor used potentiometer multi turn as the main component which was followed by powerful series and signal control. This system could be used in the place where there was no electricity because the source that was used coming from Lithium Polymerbattery with the capacity 1300 mAh. Based on the result of experiment in the field, it was know that battery could be held on until 9 hours during data recorded. This system could also recorded the data in real time because it integrated with RTC DS1307 as the timer component. Data interval saving could be arranged appropriate with the user need with the smallest sampling time 1 second. Every data which was recorded consisting of 37 characters which contained the information of time, date, and voltage value. Those datum were saved in a file which name was volt.txt. The number of data that could be saved in Micro SD with capacity of memory 2 GB were 48.62 million datum. Based on the calculation, the memory of Micro SD would be full contained in 563 days or 1.5 years when data recorded was arranged every 1 second. The amount of movement that could be detected by extensometer sensor was around 0-110 mm with the voltage value that could be read by system was 0.308-3.594 volt.
RANGKAIAN PEREKAM DATA KELUARAN DARI EXTENSOMETER
MENGGUNAKANMICRO SECURE DIGITAL BERBASIS MIKROKONTROLER
ATMEGA32 Nama Mahasiswa :Dainty Ambarina Nomor Pokok Mahasiswa : 0717041027
Jurusan : Fisika
Fakultas : Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
MENYETUJUI
1. Komisi Pembimbing
Dr. Warsito, D.E.A. Gurum Ahmad Pauzi, M.T.
NIP. 19710212 199512 1 001 NIP. 19801010 200501 1 002
2. Ketua Jurusan Fisika
1. Tim Penguji
Ketua :Dr. Warsito, D.E.A. ...
Sekretaris :Gurum Ahmad Pauzi, M.T. ...
Penguji
BukanPembimbing :Sri Wahyu Suciyati, M.Si. ...
2. Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Prof. Suharso, Ph.D.
NIP. 19690530 199512 1 001
Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam skripsi ini tidak terdapat karya yang pernah dilakukan oleh orang lain, dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat yang ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini sebagaimana disebutkan dalam daftar pustaka, selain itu saya menyatakan pula bahwa skripsi ini dibuat oleh saya sendiri.
Apabila pernyatan saya ini tidak benar maka saya bersedia dikenakan sangsi sesuai dengan hukum yang berlaku.
Bandar Lampung, 29 Mei 2012
Penulis bernama lengkap Dainty Ambarina dilahirkan pada tanggal
06 September 1988 di Liwa dan merupakan anak ketiga dari enam
bersaudara pasangan Bapak Syamsul Bahri dan Ibu Netty Sumarti.
Pendidikan dasar penulis diselesaikan pada tahun 2000 di SDN 1 Tanjung Raya Lampung
Barat, kemudian melanjutkan pendidikan tingkat menengah di SLTP Negeri 2 Liwa
Lampung Barat diselesaikan pada tahun 2003. Pendidikan tingkat atas dilanjutkan di SMA
Adiguna Bandar Lampung diselesaikan pada tahun 2006. Pada tahun 2007 penulis terdaftar
sebagai mahasiswa Jurusan Fisika FMIPA Unila melalui jalur SPMB.
Selama menjadi mahasiswa, penulis sering mengikuti Seminar Nasional dan aktif dalam
organisasi.. Penulis bergabung dalam organisasi kemahasiswaan Himpunan Mahasiswa
Fisika (HIMAFI) pada tahun 2008-2009 sebagai Sekretaris Bidang Sosial Masyarakat.
Penulis pernah mengikuti lomba PLC tingkat nasional di ITB Bandung tahun 2010 dan
Lomba Inovasi Teknologi Bappeda Lampung tahun 2012. Pada bulan Januari-Februari 2011
penulis melaksanakan Praktik Kerja Lapangan (PKL) di bidang Instrumentasi Optik dan
Optoelektronika Pusat Penelitian Fisika LIPI Serpong dengan judul Karakterisasi Daya
dan Intensitas Laser Dioda Terhadap Arus Menggunakan Power Meter . Penulis juga pernah
menjadi asisten Fisika Dasar I dan Elektronika Dasar II pada tahun 2009, asisten Fisika
Dasar II, Pengantar Komputer, Fisika Inti dan Bahasa Assembler tahun 2010 serta asisten
Aku persembahkan karya ini untuk orang-orang yang ku cintai
dan ku sayangi karena Allah SWT
Papi dan Mami
Terima kasih atas kepercayaan pada semua keputusan yang ku buat
Bang Dian, Kak Bela, dan adik2ku (Rio, Yoga, Fitri)
Terima kasih atas doa, motivasi dan kontribusinya selama ini
Bapak-Ibu guru serta Bapak-Ibu dosen
Terima kasih atas bekal ilmu pengetahuan dan budi pekerti
yang telah membuka hati dan wawasanku
Para sahabat dan teman-teman seperjuangan
Terima kasih atas kebaikan kalian dan kebersamaan yang kita lalui
Constanta Blinker Girls
Sosok-sosok luar biasa yang selalu menginspirasi
dan
Tak tahu : Belajarlah
Tak bisa : Bersungguh-sungguhlah Mustahil : Cobalah
Apa yang kamu lihat, itu yang kamu dapat Apa yang kamu fikir, itulah kamu
Puji syukur atas kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat dan hidayah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul “Realisasi dan Karakterisasi Rangkaian Perekam Data Keluaran dari Extensometer Menggunakan Micro Secure Digital Berbasis Mikrokontroler ATmega32” sebagai syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains (S.Si) di bidang keahlian Instrumentasi Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Lampung.
Skripsi ini menjelaskan tentang proses perekaman data secara real time dari sensor extensometer yang merupakan suatu alat untuk deteksi dini bencana tanah longsor ke dalam Micro SD dalam bentuk file dengan format ekstensi text document(*.txt) dengan menggunakan Mikrokontroler ATmega32.
Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih terdapat kekurangan, oleh karena itu saran dan kritik yang bersifat membangun sangat diharapkan untuk menuju suatu yang lebih baik. Akhirnya, penulis berharap agar penyusunan skripsi ini mampu memberikan sumbangsih bagi perkembangan dan kemajuan Jurusan Fisika FMIPA Universitas Lampung.
Bandar Lampung, Mei 2012
Alhamdulillah, penulis menyadari bahwa skripsi ini dapat terselesaikan dengan baik berkat dorongan, bantuan dan motivasi dari berbagai pihak, oleh karena itu pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada:
1. Bapak Dr. Warsito, D.E.A. atas kesediaannya menjadi Pembimbing I.
2. Bapak Gurum Ahmad Pauzi, M.T. atas kesediaannya menjadi Pembimbing II. 3. Ibu Sri Wahyu Suciyati, M.Si. atas kesediaannya sebagai Penguji.
4. Ibu Dra. Dwi Asmi, M.Si., Ph.D. selaku Ketua Jurusan Fisika dan Pembimbing Akademik (PA).
5. Bapak Prof. Suharso, Ph.D. selaku Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam.
6. Para sahabat: Fikri, Lisna, Budiman, Ansyori, Fitri, Dian, Kimi, Lia, Yuyun, Nevi, Echa, Doni Kis, Mardi, Reka, Ade, Richa dan seluruh angkatan 2007. 7. Adik-adik tingkat angkatan 2008, 2009 dan 2010: Itun, Defi, Eko, dan Berli. 8. Semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu-persatu, yang telah membantu
penulis selama menyelesaikan Tugas Akhir.
Semoga Allah SWT memberi balasan atas segala usaha yang telah dilakukan oleh berbagai pihak sehingga skripsi ini dapat selesai dan bermanfaat.
Bandar Lampung, Mei 2012
I. PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Sistem akuisisi data dapat didefinisikan sebagai suatu sistem yang berfungsi untuk mengambil, mengumpulkan, menyiapkan dan memproses data sehingga diperoleh informasi yang dikehendaki. Jenis dan mode yang dipilih umumnya bertujuan untuk menyederhanakan setiap langkah yang dilaksanakan pada keseluruhan proses (Batubara, 2005). Sistem akuisisi data dapat mengubah output yang belum diolah dari satu atau lebih sensor ke dalam sinyal digital yang ekuivalen untuk dipakai pada proses lebih lanjut, seperti kendali dan aplikasi display (Tompkins and Webster, 1988; Vudhivanich and Sriwongsa, 2011).
Akuisisi data harus memiliki tiga unsur utama dalam prosesnya yaitu sumber data, media akuisisi dan penerima. Berdasarkan fungsinya, perangkat akuisisi data dapat digunakan untuk aplikasi umum dan untuk aplikasi khusus. Perangkat akuisisi data untuk aplikasi umum dapat melakukan pengambilan data terhadap banyak jenis masukan sedangkan akuisisi data untuk aplikasi khusus hanya untuk beberapa jenis masukan saja (Komarudin dkk, 2008).
Data dapat berupa apa saja, misalnya temperatur, kelembaban udara, ketinggian air, tekanan, dan sebagainya. Data juga dapat diperoleh dari mana saja bahkan terkadang data harus diperoleh di tempat-tempat yang sangat jauh dari lingkungan masyarakat atau terpencil sehingga belum dijangkau oleh saluran listrik maupun telepon (Martinus, 2007). Proses pengambilan data umumnya dilakukan secara manual oleh operator. Cara manual memiliki beberapa kelemahan yaitu banyaknya waktu yang diperlukan untuk melakukan pencatatan data, tingkat akurasi data sulit dipertanggungjawabkan karena lebih rentan terhadap masalah
human error dan keamanan data diragukan ketika data disimpan pada sebuah media yang mudah rusak seperti kertas (Sumiharto, 2010).
B. Tujuan Penelitian
Tujuan penulis melakukan penelitian tentang perekaman data dari sensor ke Micro SD ini antara lain:
1. Merealisasikan sebuah sistem perekam data dengan perangkat keras yang portabel dan memiliki kemampuan dokumentasi yang baik dengan memanfaatkan extensometer yang sudah ada di lapangan sebagai sumber data masukan.
2. Mengaplikasikan IC Real Time Clock (RTC) DS1307 agar dapat berfungsi memberi informasi waktu pada saat pengambilan data dilakukan.
3. Menguji apakah sistem dapat merekam data secara real time dengan rentang waktu penyamplingan sesuai dengan yang ditentukan.
4. Menguji kinerja sistem perekam data secara keseluruhan.
C. Manfaat Penelitian
Jika tujuan penelitian ini tercapai, maka hasil dari penelitian ini akan membawa beberapa manfaat:
1. Memberikan alternatif baru dalam media penyimpanan data di lapangan sehingga akan memudahkan kegiatan pengumpulan data, dapat menghemat waktu, dan meningkatkan kinerja dalam bertukar informasi.
2. Meningkatkan kemampuan terhadap teknologi serta mengaplikasikannya, seperti penggunaan mikrokontroler sebagai pengendali otomatis dalam perangkat elektronika.
4. Memberikan gambaran awal dalam perancangan dan perekayasaan alat dokumentasi otomatis berbasis Micro SD bagi peneliti-peneliti selanjutnya di Jurusan Fisika FMIPA Unila.
D. Rumusan Masalah
Sesuai dengan latar belakang penelitian yang dipaparkan di atas, maka permasalahan yang coba untuk diselesaikan, dirumuskan sebagai berikut:
1. Bagaimana merancang hardware dan software sebagai satu kesatuan sistem agar dapat merekam data dari sistem extensometer secara real time dan dapat beroperasi tanpa daya dari PLN.
2. Bagaimana agar data-data hasil penelitian dapat tersimpan di dalam Micro SD berupa suatu file dengan format ekstensitext document(*.txt).
3. Bagaimana memanfaatkan RTC DS1307 agar dapat memberikan informasi pewaktuan pada data yang terekam di dalam Micro SD.
E. Batasan Masalah
Adapun batasan masalah yang dilakukan dalam penelitian ini yaitu:
1. Sistem extensometer menggunakan sensor potensiometer multiturn 10 kΩ .
2. Micro SD yang digunakan memiliki kapasitas 2 GB dengan format FAT 32. 3. Data yang direkam hanya informasi waktu dari RTC DS1307 dan nilai
tegangan dari extensometer.
4. Sumber daya pada sistem berasal dari baterai Lithium Polymer yang bersifat
II. TINJAUAN PUSTAKA
A. Sistem Akuisisi Data
Proses perubahan output yang belum diolah dari satu atau lebih sensor kedalam sinyal digital yang ekivalen untuk dipakai pada proses lebih lanjut disebut dengan sistem akuisisi data. Mode akuisisi data merupakan tata cara pengiriman data dari suatu perangkat ke perangkat lainnya (Stallings, 2001). Terdapat dua cara dalam mode akuisisi yaitu dengan sinkron dan asinkron. Akuisisi sinkron adalah jenis akuisisi dimana kedua belah pihak, pengirim atau penerima berada pada waktu yang sinkron contoh dalam komputer. Sedangkan akuisisi asinkron merupakan akuisisi data dimana kedua belah pihak baik pengirim maupun penerima tidak perlu berada pada waktu yang sinkron. Seperti contoh prosesor kecepatannya lebih cepat dibanding dengan kecepatan mengetik seorang manusia (Ariyus dan Rumandri, 2008).
Berdasarkan arah pengirimannya akuisisi data dibedakan menjadi tiga (Bogart, 1992) yaitu:
1. Simplex: data dikirimkan hanya dalam satu arah saja. Data dari A (pengirim) dapat dikirimkan ke B (penerima), tetapi B tidak bisa mengirim data ke A. Seperti komunikasi pemancar TV dengan pesawat TV.
komunikasi menggunakan handy talkie masing-masing perangkat yang digunakan untuk bisa bekerja secara bersamaan tetapi dilakukan secara bergantian.
3. Full duplex: data dikirimkan dalam dua arah secara bersamaan. Pada saat bersamaan antara A dan B dapat saling mengirim dan menerima data. Contoh yang seperti pesawat telepon yang dapat melakukan komunikasi dua arah secara bersamaan.
Sistem akuisisi data yang berbasis Micro SD secara umum dijelaskan pada Gambar 2.1.
Gambar 2.1Akuisisi data pada sistem perekaman data.
Dari Gambar 2.1 dapat dijelaskan bahwa sebuah besaran fisis di alam dapat dirasakan oleh sebuah sensor atau tranduser, dimana sinyal dari sensor tersebut diperkuat oleh pengkondisi sinyal, selanjutnya sinyal diubah menjadi sinyal data digital di port ADC pada mikrokontroler ATmega32 dengan tujuan agar sinyal tersebut dapat diolah untuk mengetahui hasilnya (Komarudin dkk, 2008) di dalam Micro SD yang merupakan salah satu instrumen yang bekerja dengan menggunakan data digital (Sunardi dkk, 2009).
B. Perekam Data
Perekam data merupakan alat berukuran kecil yang dapat dihubungkan dengan sejumlah sensor, yang dapat mencuplik sinyal sensor, mengubah sinyal tersebut dari bentuk analog ke dalam bentuk digital, mengolah sinyal digital berdasarkan kemauan pengguna, menyimpan data pada waktu yang telah ditentukan atau tergantung perintah eksternal serta mengirim data ke perangkat lain (Brock and Richardson, 2001). Perekam data dapat melakukan monitoring sekaligus penyimpanan data pengalamatan dari suatu objek tertentu, dalam kurun waktu tertentu, dan dengan sampling data tertentu dari suatu plant (Sumiharto, 2010). Selain itu perekam data juga berfungsi untuk mengolah data input serta memberikan output berupa file data yang disimpan di dalam suatu memori (Santoso, 2012).
C. Sensor dan Extensometer
Sensor dan transduser merupakan peralatan atau komponen yang mempunyai peranan penting dalam sebuah sistem pengaturan otomatis. Ketepatan dan kesesuaian dalam memilih sebuah sensor akan sangat menentukan kinerja dari sistem pengaturan secara otomatis. Sensor adalah perangkat yang digunakan untuk mendeteksi fenomena fisik menjadi sinyal elektronik. Sensor merupakan peralatan atau komponen yang mempunyai peranan penting dalam sebuah sistem pengaturan otomatis. Ketepatan dan kesesuaian dalam memilih sebuah sensor akan sangat menentukan kinerja dari sistem pengaturan secara otomatis (Kenny, 2005).
Sensor tidak dapat berdiri sendiri karena membutuhkan pengkondisi sinyal yang harus kompatibel dengan perangkat keras pengukuran. Pengkondisi sinyal dapat terdiri atas penguat (untuk sensor yang menghasilkan sinyal dengan level yang sangat rendah), filter (untuk membatasi noise pada sinyal), isolasi (untuk melindungi perangkat pengukuran dari masukan yang berbahaya), serta rangkaian lain yang dibutuhkan untuk menyesuaikan sensor terhadap perangkat pengukuran (Taylor, 1997). Selain itu impedansi masukan pengkondisi sinyal harus dibuat setinggi mungkin agar tidak terjadi jatuh tegangan pada keluaran sensor sehingga tidak mengurangi akurasi pengukuran. Sinyal listrik yang dihasilkan sensor harus dioptimasi untuk rentang masukan yang sesuai dengan perangkat akuisisi data (Komarudin dkk, 2008).
besaran listrik pada sistem pengukuran, atau sistem manipulasi atau sistem pengontrolan, maka biasanya besaran yang bukan listrik diubah terlebih dahulu menjadi suatu sinyal listrik melalui sebuah alat yang disebut transduser. Transduser adalah sebuah alat yang bila digerakan oleh suatu energi di dalam sebuah sistem transmisi, akan menyalurkan energi tersebut dalam bentuk yang sama atau dalam bentuk yang berlainan ke sistem transmisi berikutnya. Transmisi energi ini bisa berupa listrik, mekanik, kimia, optik (radiasi) atau thermal (panas). Contoh: generator adalah transduser yang merubah energi mekanik menjadi energi listrik, motor adalah transduser yang merubah energi listrik menjadi energi mekanik, dan sebagainya (Talman, 1983).
Dalam penelitian ini sensor yang digunakan adalah potensiometer multiturn. Potensiometer masuk ke dalam kategori sensor mekanis karena mendeteksi perubahan gerak mekanis dan transduser daya dari luar (external power transduser) karena memerlukan sejumlah energi dari luar untuk menghasilkan suatu keluaran. Potensiometer multiturn memiliki keakuratan cukup baik terhadap perubahan hambatan serta dengan harga yang terjangkau memungkinkan untuk direalisasikan sensor pergeseran tanah yang bekerja secara digital (Kanchi and Gosala, 2010). Bentuk fisik dari potensiometer ditunjukan oleh Gambar 2.2.
Gambar 2.2Bentuk fisik potensiometer.
Potensiometer merupakan komponen resistor dengan tiga terminal yang tidak memiliki batas putaran pada kedua arahnya seperti terlihat pada Gambar 2.2. Jika ketiga terminal digunakan, potensiometer berfungsi sebagai rangkaian pembagi tegangan. Namun jika hanya dua terminal (terminal bagian tengah dan salah satu terminal bagian tepi) yang digunakan, potensiometer berfungsi sebagai variabel resistor atau rheostat (Chandra dan Arifianto, 2010). Potensiometer digunakan untuk mengubah gerak translasi atau anguler ke dalam suatu perubahan resistansi yang dapat langsung diubah menjadi sinyal tegangan atau arus listrik. Potensiometer terdiri dari sebuah kontak yang dapat menyapu pada hambatan lilitan kawat. Pergeseran kontak inilah yang menyebabkan terjadinya perubahan hambatan pada terminal-terminal kontak. Jika pada potensiometer dihubungkan dengan sebuah sumber tegangan maka perubahan hambatan tersebut menghasilkan perubahan tegangan keluaran (Tompkins and Webster, 1988).
D. Mikrokontroler ATmega32
Mikrokontroler adalah suatu chip yang dapat digunakan sebagai pengontrol utama sistem elektronika, di dalam chip tersebut sudah ada unit pemrosesan memori
Read Only Memory (ROM), Random Access Memory (RAM), Input-Output, dan fasilitas pendukung lainnya (Budiharto, 2004) sehingga sangat memungkinkan untuk membentuk suatu sistem yang hanya terdiri dari single chip (keping tunggal) (Wardhana, 2006). Pada penelitian ini digunakan mikrokontroler ATmega32 yang merupakan mikrokontroler dengan arsitektur Reduced Instruction Set Computing (RISC) dengan lebar bus data 8 bit. Bentuk fisik mikrokontroler ATmega32 dapat dilihat pada Gambar 2.3.
Gambar 2.3Mikrokontroler ATmega32.
disediakan di dalam chip. ADC mengkonversi tegangan masukan analog ke nilai digital 10 bit melaluisuccessive approximation. Nilai minimum adalah GND dan nilai maksimumnya adalah tegangan pada pin AREF dikurangi 1 LSB. Pada pin ADC terdapat rangkaian Sample and Hold, dimana tegangan input ADC ditahan dalam tingkat yang konstan pada saat konversi berlangsung. Kecepatan konversinya sekitar 65-260 µs (Susilo, 2010).
1. Konfigurasi pin mikrokontroler ATmega32
Mikrokontroler memiliki beberapa port yang dapat digunakan sebagai
input/output (I/O). Susunan kaki standar 40 pin DIP mikrokontroler AVR ATmega32 seperti Gambar 2.4.
Gambar 2.4Susunan kaki ATmega32.
Pin pada mikrokontroler memiliki fungsi masing-masing yaitu: a. VCC merupakan pin masukan positif catu daya.
b. GND sebagai pin Ground.
c. AVCC sebagai pin masukan tegangan untuk ADC. d. AREF sebagai pin masukan tegangan referensi.
f. Port A (PA0-PA7) merupakan pin I/O dua arah dan dapat diprogram sebagai pin masukan ADC.
g. Port B (PB0-PB7) merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus, yaitu Timer/Counter, komparator analog dan SPI.
h. Port C (PC0-PC7) merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus, yaitu TWI, komparator analog, danTimer Osilator.
i. Port D (PD0-PD7) merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus, yaitu komparator analog, interupsi eksternal dan komunikasi serial.
j. XTAL 1 dan XTAL 2 sebagai pin masukan clock eksternal. Sumber detak (clock) dibutuhkan oleh mikrokontroler agar dapat mengeksekusi instruksi yang ada di memori. Semakin tinggi nilai kristalnya, maka semakin cepat kerja mikrokontroler tersebut (Budiharto dan Rizal, 2007).
2. Peta memory ATmega32
Untuk penyimpanan data, mikrokontroler AVR menyediakan dua jenis memori yang berbeda, yaitu Electrically Eraseable Programmable Read Only Memory
(EEPROM) dan Static Random Access Memory (SRAM). EEPROM umumnya digunakan untuk menyimpan data-data program yang bersifat permanen, sedangkan SRAM digunakan untuk menyimpan data variabel yang dimungkinkan setiap saatnya. ATmega32 berisi 1024 byte memori data EEPROM atau memori yang dapat dapat ditulis dan dihapus secara elektrik. Memori ini diorganisasikan agar dapat diakses baca dan ditulis dalam satu byte.
terhubung pada ALU sehingga untuk operasi yang menggunakan data pada SRAM harus melalui register umum R0-R31. Akan tetapi data pada SRAM dapat diakses secara direct (langsung) maupun indirect (melalui Pointer Register). Alamat $085F adalah akhir dari alamat SRAM internal atau biasa disebut RAMEND. Peta memori ATmega32 seperti pada Gambar 2.5.
Gambar 2.5Peta memori ATmega32.
menyimpan kode-kode instruksi dan merupakan memori dengan kapasitas terbesar di antara memori yang ada di dalam sebuah chip mikrokontroler. Memori program yang terletak pada memori jenis ini tersusun dalam 1 word atau 2 byte dengan lebar kode instruksi sebesar 16 byte atau 32 bit. ATmega32 memiliki 32 Kilobyte x 16 bit dengan alamat dari $000 sampai dengan $3FFF. Mode pengalamatan memori ini ditangani oleh Program Counter (PC) sebesar 12 bit. Untuk keamanan perangkat lunak, lahan memori Flash PEROM dibagi menjadi 2 bagian, bagian Boot Program dan bagianApplication Program(Susilo, 2010).
E. Media Penyimpanan Data
Micro SD seringkali digunakan sebagai sarana penyimpan data pada Personal Digital Assistant (PDA), kamera digital, dan telepon seluler (ponsel). SD card memiliki dimensi 32 mm x 24 mm x 2,1 mm (panjang x lebar x tebal). Pengembangan lebih lanjut dari media penyimpanan ini menghasilkan dimensi yang lebih kecil dan kompak seiring dengan perkembangan zaman yang berupa Mini SD dan Micro SD seperti yang ditunjukan Gambar 2.6.
Gambar 2.6Bentuk fisik dan dimensi SD Card, Mini SD, dan MicroSD.
komunikasi yang terakhir merupakan cara termudah karena protokolnya mudah dipelajari, tersedia dokumentasi, dan berlisensi gratis. Sehingga komunikasi yang umum digunakan menggunakan mikrokontroler adalah SPI (Sunardi dkk, 2009).
Format data pada Micro SD umumnya menggunakan formatFile Alocation Table
(FAT). FAT pertama kali dikembangkan oleh Bill Gates dan Marc McDonald, pada tahun 1976-1977. FAT file systems adalah sebuah sistem berkas yang menggunakan struktur tabel alokasi berkas sebagai cara dirinya beroperasi. Dengan adanya FAT file systems memungkinkan data disimpan dalam file yang dapat langsung dikenali oleh sistem operasi dengan format ekstensitext document
(*.txt) sehingga data hasil rekaman dapat langsung dibaca dan dipindahkan ke dalam komputer (Sumiharto, 2010). FAT12 digunakan untuk kapasitas 16 MB ke bawah, FAT16 digunakan untuk kapasitas 32 MB hingga 2 GB, dan FAT32 umumnya digunakan untuk kapasitas di atas 2 GB (Haryono dan Surmayono, 2006).
Dilakukan perhitungan sebagai berikut untuk mengetahui tipe FAT yang digunakan:
= atau
=
Clusters = Total Sectors–( Data Region–Boot Sector ) ) / Sector per Cluster )
Nilai cluster awal menunjuk ke nomor cluster awal dari sebuah data. Jika entri berupa direktori, maka cluster awal menunjuk ke cluster yang mengandung awal sub-direktori. Jika entri berupa file, maka cluster awal menunjuk ke cluster yang mengandung awal file. Ukuran file adalah ukuran total file dalam satuan byte. Ukurannya tidak boleh melebihi 4 GB untuk satu file. Untuk entri selain berupa file, nilainya harus 0. Isi dari file dituliskan pada alamatFirst Sector of Cluster N
dengan cluster N adalah nilai cluster awal. Jika ukuran file melebihi 1 cluster, maka isi selanjutnya dapat dituliskan pada cluster lain. Tabel FAT pun harus disesuaikan dengan perubahan ini agar sistem dapat mengetahui isi file secara berurutan. Jika ingin melakukan penambahan isi file, maka parameter yang harus dicari atau dihitung tidak hanya alamat cluster awal dan First Sector namun juga Ukuran File,Bytes per Sector, dan Sector per Cluster. Dari ukuran file danBytes per Sectordidapat jumlah sektor yang ditempati file. Dari nilai tersebut danSector per Clusterdidapat jumlah cluster yang ditempati file (Anonimous, 2011 C).
F. Serial Peripheral Interface(SPI)
SPI merupakan hubungan data serial yang standar untuk mikroprosesor, mikrokontroler dan peripheral yang dikeluarkan oleh perusahaan Motorola. Hubungan dalam SPI merupakan hubungan data serial yang full-duplex,
memori. Pengontrol yang terintegrasi dengan port SPI menyediakan hubungan ke piranti peripheral dengan port SPI. SPI mampu mengirim data hingga kecepatan 3 MHz (Susilo, 2010). Skema SPI terdiri dari SPIMasterdan SPISlaveseperti yang ditunjukan Gambar 2.7.
Gambar 2.7Skema antarmuka komunikasi SPI.
Mode pengiriman data dengan SPI memerlukan 4 pin jalur data, yaitu Serial Clock (SCLK), Master Output/Slave Input (MOSI/SIMO), Master Input/Slave Output (MISO/SOMI) dan Slave Select (SS). Device yang dikomunikasikan menggunakan SPI dibedakan dalam master dan slave mode. Pada alat perekam data ini, SPI Master adalah Mikrokontroler dan SPI Slave adalah Micro SD. (Withamana, 2009).
G.Real Time Clock(RTC) DS1307
Agar pencatatan pada Micro SD teridentifikasi dengan baik, pada setiap pencatatan diperlukan waktu lokal pencatatan. Waktu lokal pencatatan dibangun menggunakan IC DS1307 (Sumiharto, 2010). DS1307 merupakan RTC buatan Dallas-Maxim Semiconductor®. Tanggal pada DS1307 menyediakan informasi
DS1307 tidak memiliki keterbatasan dalam penulisan ulang, tetapi DS1307 membutuhkan baterai untuk menyimpan data dan menjalankan jam. Apabila baterai tidak dipasang, maka semua data yang ada pada DS1307 akan hilang (Khoswanto dkk, 2004). Secara fisik DS1307 seperti pada Gambar 2.8.
Gambar 2.8Bentuk fisik DS1307 beserta keterangan kaki-kakinya.
DS1307 memiliki sistem nonvolatile (permanen) SRAM 56 bytes dimana alamat dan data dikirimkan secara serial perbit dengan menggunakan sistem Inter Integrated Circuit (I2C) yang dikembangkan oleh Philips Semikonduktor® hampir 20 tahun silam untuk memudahkan komunikasi antar komponen dalam sebuah papan PCB (Susilo, 2010). I2C adalah komunikasi serial antar rangkaian terintegrasi. Komunikasi serial I2C selalu diawali dengan kondisi start dan diakhiri stop. Kondisi start adalah ketika terjadi perubahan kondisi dari high ke
low pada SDA ketika SCL pada kondisi high, sedangkan kondisi stop adalah ketika terjadi perubahan kondisi dari low ke high pada SDA ketika SCL pada kondisihigh(Budiharto dan Rizal, 2007).
Pada komunikasi I2C antara DS1307 dan mikrokontroler, data-data jam dan yang lain dikirim dalam formatfull binary-coded-decimal(BCD). Data dikirim per-byte
DS1307. Format pengiriman data waktu ke DS1307 ditunjukkan pada Gambar 2.9.
Gambar 2.9Format pengiriman data jam ke DS1307.
Data tanggal ditulis mulai alamat 04H, untuk pengaturan hari tidak dilakukan karena DS1307 otomatis akan menyesuaikan hari berdasarkan tanggal yang telah diatur. Untuk format pengiriman data tanggal ditunjukkan pada Gambar 2.10.
Gambar 2.10Format pengiriman data tanggal ke DS1307.
Awal komunikasi, mikrokontroler akan membangkitkan sinyal start I2C. Kemudian mikrokontroler akan mengirimkan alamat grup dari DS1307 yaitu 1101 dan kode untuk menulis ke DS1307 yaitu 0 pada LSB-nya. Kode tulis ini diberikan ke DS1307 karena mikrokontroler akan menuliskan terlebih dahulu alamat awal pembacaan register DS1307 yaitu 00H. Setelah itu, proses pembacaan I2C dimulai. Format pembacaan data dari DS1307 oleh mikrokontroler ditunjukkan pada Gambar 2.11.
Mikrokontroler mengirimkan alamat DS1307 beserta kode instruksi baca. Proses pembacaan dilakukan per-byte dimulai dari register detik sampai register tahun, alamat masing-masing register tersebut ditunjukkan pada Gambar 2.12.
Gambar 2.12Register penyimpanan informasi kalender di dalam DS1307.
Setelah menerima data 1-byte utuh mikrokontroler akan mengirimkan sinyal
acknowledge ke DS1307. Pada akhir pembacaan register tahun, akan dikirim sinyalnotacknowledgedan diakhiri dengan sinyal stop (Putra, 2010).
H.Liquid Crystal Display(LCD)
proses akses data ke atau dari Register Perintah akan mengakses ke Instruction Decoderdan menentukan perintah-perintah yang dilakukan LCD (Nalwan, 2004).
Untuk menampilkan karakter atau string ke LCD sangat mudah karena didukung pustaka yang telah disediakan oleh CodeVision AVR. Susunan alamat pada LCD seperti pada Gambar 2.13.
Gambar 2.13Susunan alamat pada LCD.
Penampil LCD sangat membantu dalam memprogram karena kita tidak menggunakan program debug. Kita perlu menampilkan hasil perhitungan, isi variabel atau keperluan debug lain ke LCD untuk mengetahui proses program yang kita buat LCD nantinya juga bisa untuk menampilkan hasil pengambilan data dari sensor, bahkan bisa untuk interaksi antara mikrokontroler dengan manusia (Heryanto dan Adi, 2008).
Display karakter pada LCD diatur oleh pin EN, RS dan RW:
1. Jalur EN dinamakan Enable. Jalur ini digunakan untuk memberitahu LCD bahwa anda sedang mengirimkan sebuah data. Untuk mengirimkan data ke LCD, maka melalui program EN harus dibuat logika low “0” dan set pada dua jalur kontrol yang lain RS dan RW. Ketika dua jalur yang lain telah siap, set EN dengan logika “1” dan tunggu untuk sejumlah waktu tertentu (sesuai dengan datasheet dari LCD tersebut) dan display karakter pada LCD diatur oleh pin EN, RS dan RW berikutnya set EN ke logika low “0” lagi.
2. Jalur RS adalah jalur Register Select. Ketika RS berlogika low “0”, data akan dianggap sebagai sebuah perintah atau instruksi khusus (seperti clear screen, posisi kursor dan lain-lain). Ketika RS berlogika high “1”, data yang dikirim adalah data text yang akan ditampilkan pada display LCD.
3. Jalur RW adalah jalur kontrol Read/Write. Ketika RW berlogika low (0), maka informasi pada bus data akan dituliskan pada layar LCD. Ketika RW berlogika high ”1”, maka program akan melakukan pembacaan memori dari LCD. Sedangkan pada aplikasi umum pin RW selalu diberi logika low ”0”. Pada akhirnya, bus data terdiri dari 4 atau 8 jalur (bergantung pada mode operasi yang dipilih oleh user). Pada kasus bus data 8 bit, jalur diacukan sebagai DB0 s/d DB7 (Budiharto dan Rizal, 2007).
I. Perangkat Lunak
Perangkat lunak merupakan faktor penting dalam tahap perancangan sistem perekam data. Perangkat lunak ini merupakan algoritma dalam bentuk listing
1. Pemrograman bahasa C
Bahasa pemrograman C merupakan bahasa level atas yang paling banyak dipakai untuk mikrokontroler. Hal tersebut karena Bahasa C mempunyai kemampuan lebih dari bahasa pemrograman yang lain. Bahasa C merupakan bahasa yang sifatnya portabel yaitu dengan sedikit (tanpa perubahan) satu program yang ditulis dengan bahasa C pada suatu komputer dapat dijalankan pada komputer lain. Keunggulan lain dari bahasa C adalah kecepatan prosesnya 50 kali lebih cepat dibandingkan dengan program BASIC. Kebaikan Bahasa C yang lain adalah program yang ditulis itu akan teratur dengan baik (Nugroho, 1994).
Dalam penulisan program C terbagi dua kategori yaitu deklarasi dan pernyataan (statement). Deklarasi adalah membuat dan memberitahu kepadacompilertentang sesuatu yang digunakan nanti dalam penulisan program agar digunakan semestinya dan tidak dianggap error atau asing. Sedangkan pernyataan adalah membuat instruksi-instruksi program dengan menggunakan keyword seperti instruksi operasi aritmatika, logika, operasi bit, atau instruksi percabangan dan
looping, atau pembuatan fungsi (Winoto, 2010).
Berikut adalah penjelasan dasar-dasar dari pemrograman bahasa C: a. Identifier
b. Tipe data
Tipe data menunjukkan bagaimana data itu direpresentasikan serta diproses oleh komputer. Tipe data yang dasar terdiri dari int, float, char dan bool. Tipe-tipe data yang ada dalam bahasa C dan yang dikenali oleh Code Vision AVR dijelaskan dalam Tabel 2.1.
Tabel 2.1Tipe-tipe data dalam bahasa C
No Tipe Data Ukuran Jangkauan Nilai
1 Bit 1 bit 0 atau 1
2 Char 1 byte -128 s/d 225
3 Unsigned Char 1 byte 0 s/d 225
4 Signed Char 1 byte -128 s/d 127
5 Int 2 byte -32.768 s/d 32.767
6 Short Int 2 byte -32.768 s/d 32.767
7 Unsigned Int 2 byte 0 s/d 65.535
8 Signed Int 2 byte -32.768 s/d 32.767
9 Long Int 4 byte -2.147.483.648 s/d 2.147.483.647
10 Unsigned Long Int 4 byte 0 s/d 4.294.967.295
11 Signed Long Int 4 byte -2.147.483.648 s/d 2.147.483.647
12 Float 4 byte 1.2*10-38 s/d 3.4*10+38
13 Double 4 byte 1.2*10-38 s/d 3.4*10+38
Pada Penelitian ini menggunakan tipe data float. Tipe data float dideklarasikan dengan menggunakan keyword float, doubledan long double. Tipe data float dipakai untuk merepresentasikan bilangan riil (misalnya 19.0, 153.24). Bilangan riil direpresentasikan sebagai pendekatan oleh memori komputer. Alokasi memori yang digunakan tipe data float tergantung pada presisi yang digunakan yang terdiri dari:
• Single precision(float): 4 byte dan 6 digit desimal
• Double precision(double): 8 bytes and 16 digit desimal
c. Komentar
Komentar digunakan untuk memberikan penjelasan, informasi ataupun keterangan-keterangan yang dapat membantu mempermudah dalam memahami kode program baik bagi pembuat program maupun bagi orang lain yang membacanya. Komentar yang hanya satu baris ditulis dengan diawali
’//’ sedangkan komentar yang lebih dari satu baris diawali dengan ’/*’ dan diakhiri dengan ’*/’. Selain digunakan untuk memberikan keterangan program, komentar juga dapat digunakan untuk membantu dalam pengujian program yaitu dengan menon-aktifkan dan mengaktifkan kembali bagian program tertentu selama proses pengujian. Komentar tidak akan dikompilasi (diabaikan) olehcompiler(Bejo, 2008).
d. Pernyataan
Pernyataan merupakan satu buah instruksi lengkap yang dapat berdiri sendiri. Pernyataan If digunakan untuk melakukan pengambilan keputusan terhadap dua buah kemungkinan yaitu mengerjakan suatu blok pernyataan atau tidak. Bentuk pernyataan If adalah :
if(kondisi)
dengan nilai PINA dan data 0xFF dikeluarkan ke PORT C. Apabila dalam blok pernyataan hanya terdapat satu pernyataan saja maka tanda { dan } dapat dihilangkan seperti:
if(PINA>0x80) PORTC=0xFF; e. Konstanta dan Variabel
Variabel adalah tempat untuk menyimpan dan mengakses data yang mewakili memori dalam mikrokontroler. Variabel harus dideklarasikan (memberitahu kompiler) dengan tipe data beserta nama variabel yang akan digunakan. Selain harus punya nama, variabel juga harus dideklarasikan sebelum dapat digunakan. Konstanta adalah identifier yang merepresentasikan lokasi di memori komputer dimana isi lokasi tersebut tidak dapat diubah (variabel yang mempunyai nilai tetap). Pendeklarasian konstanta dapat dilakukan dengan 2 cara. Cara yang pertama berasal dari bahasa C menggunakan preprocessor directive #define. Cara kedua adalah dimulai dengan keyword const dan tipe data lalu nama konstanta beserta harga konstanta tersebut (Joni dan Raharjo, 2011).
2. Code Vision AVR
untuk belajar AVR, karena selain mudah penggunaannya juga didukung berbagai fitur yang sangat membantu dalam pembuatan software untuk keperluan pemrograman AVR. Code vision AVR menyediakan area kerja dan toolbar yang mudah untuk melakukan berbagai operasi. Tampilan Code Vision AVR seperti pada Gambar 2.14.
Gambar 2.14Tampilan Code Vision AVR.
Code Vision AVR memiliki beberapa menu aplikasi windows yaitu meliputi File,
Project,Edit,Debug, View,Tool,Windows,Help,check syntak eror compile dan
make. Ada perbedaan pada menu Code Vision AVR yaitu, ketika belum ada satu pun project atau file yang dibuka, Code Vision AVR hanya memiliki enam menu yaitu File, Project, View, Tools, Debug dan Help, namun jika sebuah project atau file telah dibuka dan sedang dikerjakan, maka akan terdapat dua menu tambahan yaitu Edit dan Windows (Haryanto, 2005).
III. METODE PENELITIAN
A. Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan pada bulan November 2011 hingga Mei 2012. Perancangan, pembuatan dan pengambilan data dilaksanakan di Laboratorium Elektronika Dasar dan Instrumentasi Jurusan Fisika Fakultas MIPA Universitas Lampung.
B. Alat dan Bahan
Alat-alat yang digunakan untuk merealisasikan rangkaian perekam data adalah: 1. Personal Computer (PC) untuk membuat dan mendownload program
mikrokontroler.
2. Bor listrik untuk melubangi PCB sehingga dapat dipasang komponen elektronika.
3. Solder listrik untuk melelehkan timah agar komponen elektronika melekat pada PCB.
4. Penyedot timah untuk membuang timah pada PCB yang tidak terpakai.
5. Multimeter digital untuk mengukur arus (A), resistansi (Ω ), tegangan AC dan
DC dan untuk mengecek komponen elektronika. 6. Gergaji untuk memotong PCB.
Sedangkan bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah
1. Papan Printed Circuit Board (PCB) untuk menghubungkan komponen-komponen pada rangkaian agar arus mengalir seperti pada sebuah kabel. 2. Fericlorida (FeCl) untuk melarutkan PCB agar diperoleh jalur yang sesuai
dengan layout.
3. Timah digunakan untuk merekatkan komponen pada PCB. 4. BateraiLithium Polymer (LiPo) sebagai sumber tegangan.
5. IC regulator LM 7805 untuk mengubah tegangan masukan bernilai 11.1 volt menjadi 5 volt.
6. Elektrolit kapasitor digunakan pada rangkaian catudaya sebagai penyearah. 7. LED berfungsi sebagai indikator.
8. Resistor digunakan sebagai penghambat arus. 9. Dioda zener digunakan sebagai penstabil tegangan. 10. Kabel sebagai penghubung antar rangkaian.
11. IC mikrokontroler ATmega 32 + Soket sebagai pengontrol utama rangkaian perekam data.
12. XTAL 11.0592 MHz dan 32.768 KHz sebagai sumber detak.
13. Switch PTT digunakan untuk mereset kembali program pada rangkaian. 14. Potensiometer multiturn digunakan sebagai sensor pergeseran.
15. TL431CLP sebagai pembagi tegangan masukan pada pengkondisi sinyal. 16. IC LM358 digunakan sebagaibufferdan penguat pada pengkondisi sinyal. 17. RTC DS1307 sebagai komponen pewaktuan.
18. BateraiMicro Lithium3V sebagai sumber tegangan cadangan.
C. Prosedur Penelitian
Pada penelitian ini dilakukan beberapa langkah dalam perancangan alat dengan tujuan agar dapat mengetahui tahapan-tahapan dalam mengerjakan alat sampai dengan selesai. Diagram alir langkah kerja untuk merealisasikan rangkaian seperti pada Gambar 3.1.
Gambar 3.1Diagram alir langkah kerja realisasi rangkaian.
1. Rancang bangun perangkat keras
Perangkat keras perekam data terdiri dari sistem minimum mikrokontroler yang terhubung dengan catudaya, rangkaian sensor, rangkaian pewaktuan dan rangkaian Micro SD. Secara umum skema perancangan perangkat keras ditunjukan pada Gambar 3.2.
Gambar 3.2Skema perancangan perangkat keras.
a. Rancangan catudaya
Rangkaian ini berfungsi untuk mensuplai tegangan ke seluruh rangkaian agar dapat bekerja sesuai dengan yang diharapkan. Skematik rangkaian catudaya pada rangkaian perekam data dapat dilihat pada Gambar 3.3.
Sumber tegangan yang biasa digunakan ada dua macam, konverter AC/DC dan konverter DC/DC. Konverter AC/DC mengubah tegangan bolak-balik (AC) menjadi tegangan DC sesuai kebutuhan komponen elektronik. Konverter DC/DC mengubah tegangan dari sumber DC (misal: baterai) menjadi tegangan yang dibutuhkan oleh komponen elektronik. Karena sistem yang dirancang bersifat portabel, maka sumber tenaga yang digunakan adalah baterai dengan tipe konversi DC/DC. Catudaya ini memanfaatkan baterai LiPo yang memiliki tegangan 11,1 volt dan kapasitas 1300 mAh. Kapasitor4700 μ Fberfungsi sebagai filter tegangan DC atau penghalus pulsa-pulsa tegangan. IC regulator LM7805 digunakan agar keluaran yang dihasilkan tetap 5 volt meskipun terjadi perubahan pada tegangan masukannya.
Mikrokontroler ATmega 32 memiliki tegangan logika 4,5-5,5 volt pada kondisi
high, sedangkan Micro SD 2,8-3,6 volt untuk memenuhi kondisi high. Sehingga perlu dipasang IC regulator LM1722A-33PZL untuk menurunkan tegangan 5 volt menjadi 3,3 volt. Tegangan keluaran 5 volt dihubungkan ke pin 10 pada mikrokontroler sedangkan tegangan keluaran 3,3 volt dihubungkan ke pin 4 pada rangkaian Micro SD. R2 merupakanpull-up resistoragar logika pada pin tersebut
high pada saat tidak ada Micro SD di dalam soket. Pada rangkaian diberi LED sebagai indikator saat catudaya dinyalakan.
b. Rangkaian sensor dan pengkondisi sinyal
Sensor yang digunakan pada penelitian ini adalah potensiometer multiturn 10 kΩ
Potensiometer
tinggi sehingga dapat mendeteksi pergeseran dalam orde millimeter. Namun perubahan tegangan sangat kecil pada potensiometer saat bergeser 1 mm, sehingga dibutuhkan rangkaian pengkondisi sinyal untuk menguatkan tegangan keluaran potensiometer tersebut. Skematik rangkaian sensor dan pengkondisi sinyal pada penelitian seperti Gambar 3.4.
Gambar 3.4Skematik rangkaian sensor dan pengkondisi sinyal.
R6 ditentukan bernilai 1 KΩ untuk membatasi arus yang akan melalui IC TL431.
IC TL431 berfungsi sebagai pembagi tegangan dengan keluaran sebesar 2,5 volt, tegangan ini merupakan tegangan referensi yang nilainya selalu konstan. Keluaran dari IC TL431 kemudian dihubungkan ke kaki 2 pada IC LM358. LM358 merupakan rangkaian terintegrasi yang cukup sederhana yaitu 1 chip memuat 2 Op-Amp. Pada rangkaian ini digunakan 2 buah LM358. LM358 yang pertama merupakan rangkaian buffer yang berfungsi menyangga tegangan agar tidak drop
atau turun karena pembebanan oleh blok rangkaian berikutnya. Tegangan keluaran dari rangkaian buffer ini sama dengan tegangan masukannya. LM358 yang kedua berfungsi sebagaibufferdan penguatnon-invertingagar keluaran dari sensor potensiometer dapat terbaca. Tegangan output sensor dihubungkan dengan
input rangkaian bufferpada kaki 3 dan diteruskan ke penguat non-inverting pada kaki 5. Keluaran dari rangkaian ini dihubungkan ke port A1 pada mikrokontroler.
c. Rangkaian sistem minimum ATmega32
Mikrokontroler ATmega32 berfungsi sebagai pusat kendali dari seluruh sistem yang ada. Mikrokontroler ATmega32 dipilih karena sudah dilengkapi dengan ADC internal dengan lebar 10 bit dan memiliki RAM 2 kbyte. Rangkaian mikrokontroler dapat dilihat pada Gambar 3.5.
Gambar 3.5Sistem minimum ATmega32.
kapasitor tersebut disebut rangkaian osilator yang merupakan subsistem dari mikrokontroler yang berfungsi untuk membangkitkan clockpada mikrokontroler.
Clock tersebut diperlukan oleh mikrokoktroler untuk mensinkronkan proses yang sedang berlangsung dalam mikrokontroler tersebut. Selain osilator, dalam sistem minimum tersebut juga terdapat rangkaian reset. Rangkaian ini dibuat untuk
me-resetsistem sehingga proses dapat dijalankan mulai dari awal lagi. Rangkaian ISP digunakan saat mendownload program ke mikrokontroler.
d. Rancangan rangkaian RTC
RTC DS1307 berkomunikasi dengan menggunakan 2 buah jalur yaitu SDA dan SCL. ATmega32 memilikihardwareI2C pada Port C pin 1 sebagai SDA dan Port C pin 0 sebagai SCL. Skematik rangkaian RTC menggunakan DS1307 seperti pada Gambar 3.6.
Gambar 3.6Skematik rangkaian dasar DS1307.
digunakan memiliki nilai 32.768 KHz berfungsi sebagai pembangkit frekuensi osilator. Agar tanggal dan waktu tetap berjalan, diperlukan sumber tenaga cadangan ketika catudaya dimatikan. Oleh karena itu digunakan Micro Lithium Cellbertipe CR2032 dengan tegangan 3 volt.
e. Rancangan rangkaian Micro SD dengan ATmega32
Micro SD digunakan sebagai media penyimpanan database. Micro SD yang digunakan pada penelitian ini kapasitasnya 2 GB. Skematik rangkaian dasar ATmega 32 dan soket Micro SD seperti pada Gambar 3.7.
Gambar 3.7Skematik rangkaian Micro SD.
Micro SD ini dihubungkan dengan mikrokontroler ATmega32 secara Serial
dihubungkan dengan sebuah mikrokontroler maka tegangannya distabilkan dengan menggunakan dioda zener. Selain itu dioda zener juga dipakai sebagai pembatas tegangan pada level 3,3 volt untuk keamanan rangkaian. Resistor yang digunakan dalam rangkaian power adalah resistor SMD, resistor yang terbuat dari bahan keramik atau porselin yang dilapisi dengan kaca tipis. Jenis resistor ini telah banyak digunakan dalam rangkaian elektronika saat ini karena bentuk fisiknya kecil, memiliki resistansi yang tinggi dan tahan terhadap panas.
f. Rangkaian LCD
LCD digunakan untuk menampilkan karakter-karakter berupa huruf dan angka. Untuk blok ini tidak ada komponen tambahan karena mikrokontroler dapat memberi data langsung ke LCD. Rangkaian LCD seperti pada Gambar 3.8.
Gambar 3.8Skematik rangkaian LCD.
komparator analog, dan Timer Osilator. Display karakter pada LCD diatur oleh pin Enable(E),Register Select(RS) dan Read/Write(RW). Pin RW dihubungkan ke Ground karena kita hanya melakukan operasi write, dan data bus yang digunakan hanya 4 yakni D4-D7. Pemasangan potensiometer sebesar 10 KΩ
berfungsi untuk mengatur tegangan pada kaki VEE. Besarnya tegangan pada kaki tersebut akan mempengaruhi ketajaman yang tampak pada LCD.
g. Rangkaian keseluruhan
Rangkaian ini merupakan rancangan skematik rangkaian keseluruhan dari sistem perekam data pada penelitian ini, seperti yang terlihat pada Gambar 3.9.
Gambar 3.9Skematik rangkaian keseluruhan.
2. Rancang bangun perangkat lunak
berfungsi untuk memberikan instruksi dan menjalankan mikrokontroler. Instruksi yang dilakukan adalah untuk mengambil informasi tanggal, waktu, tegangan lalu merekamnya ke dalam Micro SD secara otomatis pada interval yang ditentukan sebelumnya oleh pengguna. Diagram alir dibuat untuk mempermudah perancangan dan pencarian kesalahan pada firmware. Diagram ini juga mempermudah orang lain memahami alur kerja dari alat yang dirancang. Diagram alir untuk alat perekam data tegangan dari extensometer berbasis mikrokontroler ditunjukkan pada Gambar 3.10.
Untuk membuat program kita dapat memilih konfigurasi yang dibutuhkan pada CodeWizardAVR. Baris pertama kode pemrograman harus merupakan inisialisasi awal mikrokontroler. Inisialisasi ini meliputi jenis mikrokontroler yang digunakan, serta beberapa fitur yang akan dipakai seperti, frekuensi osilator eksternal, kendali ADC, LCD, antarmuka I2C, pengaturan SPI dan pustaka-pustaka yang digunakan. Inisialisasi Micro SD berfungsi untuk mengatur hubungan pin-pin yang ada di soket Micro SD dengan mikrokontroler. Informasi pokok yang ingin ditampilkan pada layar LCD adalah pewaktuan yang berjalan secara realtime dan data tegangan dari rangkaian extensometer. Data waktu dan tegangan yang tersimpan sesuai dengan interval penyimpanan data.
Kompilasi dilakukan setelah kode pemrograman ditulis tanpa ada kesalahan. Untuk mengetahui adanya kesalahan pada program, bisa dilakukan pengecekan melalui menu Project>Compile atau tekan Ctrl+F9. Setelah tidak ada kesalahan kita dapat melalukan kompilasi melalui menu Project>Build>Program the chip. Perlu diperhatikan settingan COM port yang digunakan saat mendownload program pada CVAVR, selain itu saat mendownload program komputer tidak boleh terhubung dengandeviceapapun termasuk bluetooth, printer dan internet.
3. Teknik pengambilan data
alat karakterisasi. Header power pada rangkaian perekam data dan rangkaian extensometer dihubungkan dengan catudaya yang menggunakan sumber tegangan baterai.
Ada beberapa parameter yang perlu diatur sebelum alat digunakan. Parameter tersebut adalah interval pengambilan data dan konfigurasi waktu dan tanggal. Parameter-parameter tersebut diatur melalui program. Uji coba alat terdiri dari 2 tahap, yaitu karakterisasi sensor dan pengkondisi sinyal dan uji coba rangkaian menggunakan alat karakterisasi di lapangan. Pengujian sensor extensometer dilakukan dengan menggeser tali yang dikaitkan ke penggaris. Desain alat karakterisasi dapat dilihat pada Gambar 3.11.
Gambar 3.11Rancangan alat karakterisasi.
Selama sistem dinyalakan, LCD dirancang agar menampilkan beberapa informasi diantaranya saat membuat file baru, inisialisasi FAT, pewaktuan yang berjalan
real time, dan saat sistem menyimpan data. Informasi pokok yang ingin direkam
Rangkaian perekam
dalam sistem ini adalah data tegangan secara real time. Baris pertama pada LCD merupakan informasi waktu yang berjalan sedangkan baris kedua pada LCD merupakan nilai tegangan yang terbaca oleh pin ADC1. Interval penyimpanan data yang digunakan dapat disesuaikan dengan kebutuhan. Hasil perekam data berupa sebuah file dengan ekstensitext document(*.txt) di dalam Micro SD.
File tersebut dapat diakses menggunakan komputer yang telah dilengkapi dengan slot Micro SD dan saat dibuka tampilan file seperti pada Gambar 3.12.
Gambar 3.12Rancangan hasil perekaman data.
V. KESIMPULAN DAN SARAN
A. KESIMPULAN
Dari hasil perancangan, pembuatan, pengujian dan analisa sistem perekam data rangkaian extensometer, maka dapat disimpulkan antara lain
1. Penguatan yang dihasilkan oleh pengkondisi sinyal sebesar 10 kali dengan perubahan tegangan keluaran potensiometer rata-rata adalah ±3,33 mV/mm dan setelah dihubungkan dengan pengkondisi sinyal menjadi ±33,7 mV /mm. 2. Untuk membuat suatu aplikasi penyimpanan data dengan format data text document (*.txt) dibutuhkan suatu mikrokontroler yang memiliki RAM minimal 2 kbyte karena proses baca dan tulis pada sistem selalu melibatkan 1 sektor Micro SD yaitu 512 byte.
3. Interval penyimpanan data dapat diubah-ubah sesuai dengan keinginan pengguna dengan interval waktu terkecil 1 detik.
4. Nilai tegangan yang dapat terekam 0,308-3,594 volt dengan rentang pergeseran 0-110 mm, rentang pergeseran ini dipengaruhi oleh tegangan output catudaya sebesar 4,93 volt. Semakin besar tegangan dari catudaya maka rentang pergeseran yang dapat diukur akan semakin jauh.
B. SARAN
Diharapkan alat ini dapat lebih dikembangkan, baik dari segi fungsi maupun aplikasi serta implementasi lainnya, seperti:
1. Interval pengambilan data saat sistem dinyalakan sebaiknya di setting dengan waktu tunda 2 detik, karena pada waktu tunda 2 detik pewaktuan dapat berjalan tanpa gangguan.
2. Perlu dikembangkan sistem perekaman data dengan multi-sensor untuk aplikasi yang lebih kompleks.
