ABSTRACT
TELEMETRY SYSTEM OF LANDSLIDE DATA FROM
POTENTIOMETER SENSOR USING APC220 RADIO FREQUENCY
By Defi Setiawati
This research has been realized a remote communication instrument using APC220 radio frequency as transmitter and receiver of landslide data that has controlled by Atmega32 microcontroller. Landslide sensor utilized by two potentiometers that converting the shift distance into a voltage. The system used 10 WP solar cell and 12V 12Ah battery as a voltage source that can be operated in the isolated area for 15 hours in practice, while in theory can be used for 24 hours.. Computer received voltage and shift distance data from system with interval 10 seconds. In this research, the sensor was able to detect 0 to 15 cm shift distance. First sensor has equation y = 0.275x + 0.138 with linear correlation 0.999 and sensitivity 0.235 V/cm while second sensor has equation y = 0.317 x - 0.677 with linear correlation 0.968 and sensitivity 0.270 V/cm.
ABSTRAK
SISTEM TELEMETRI DATA PERGESERAN TANAH DARI SENSOR POTENSIOMETER MENGGUNAKAN RADIO FREKUENSI APC220
Oleh Defi Setiawati
Penelitian ini menghasilkan sebuah instrument komunikasi jarak jauh menggunakan radio frekuensi APC220 sebagai pengirim dan penerima data pergeseran tanah yang dikendalikan oleh mikrokontroller Atmega32. Sensor pergeseran tanah memanfaatkan dua potensiometer yang mengubah jarak pergeseran menjadi tegangan. Sistem ini memanfaatkan sel surya 10 WP dan aki 12 V 12Ah sebagai sumber tegangan sehingga dapat dioperasikan di daerah pedalaman selama 15 jam secara praktik, sedangkan secara teori dapat dimanfaatkan selama 24 jam. Komputer menerima data tegangan dan jarak pergeseran dari sistem dengan interval 10 detik. Dalam penelitian ini, sensor mampu mendeteksi jarak pergeseran 0 sampai dengan 15 cm. Sensor pertama memiliki persamaan y = 0,275x + 0,138 dengan korelasi linier 0,999 dan sensitivitas 0,235 V/cm sedangkan untuk sensor kedua memiliki persamaan y = 0,317 x – 0,677 dengan korelasi linier 0,968 dan sensitivitas 0,270 V/cm.
Dengan penuh rasa syukur kepada Allah semesta alam, Aku persembahkan karya ini untuk orang-orang yang kucintai
dan kusayangi karena Allah SWT Bapak dan Mama
Terima kasih atas semangat dan doa yang selalu diberikan
Bapak-Ibu guru serta Bapak-Ibu dosen
Terima kasih atas bekal ilmu pengetahuan dan budi pekerti yang telah membuka hati dan wawasanku.
dan
MOTTO
“Wahai Orang-orang yang Beriman Mengapa Kamu Mengatakan Sesuatu yang tidak Kamu Kerjakan ” QS As-Shaff : 2
“Siapa yang Menempuh Jalan Menuntut Ilmu maka Allah akan Mudahkan Jalan untuknya Ke Surga”(Abu Hurairah)
RIWAYAT HIDUP
Penulis bernama lengkap Defi Setia Wati dilahirkan pada tanggal 17 Februari 1992 di Pakuan Ratu dan merupakan anak pertama dari dua bersaudara pasangan Bapak Santoso dan Ibu Dwi Astuti. Pendidikan dasar penulis diselesaikan pada tahun 2004 di SDN 1 Bratasena Adiwarna, kemudian melanjutkan pendidikan tingkat menengah di SMPN1 Gedung Meneng diselesaikan pada tahun 2007. Pendidikan tingkat atas dilanjutkan di SMAN 1 Purbolinggo Lampung Timur diselesaikan pada tahun 2010. Pada tahun 2010 penulis terdaftar sebagai mahasiswa Jurusan Fisika FMIPA Unila melalui jalur SNMPTN.
KATA PENGANTAR
Puji syukur atas kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat dan hidayah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul “Sistem Telemetri Data Pergeseran Tanah dari Sensor Potensiometer Menggunakan Radio Frekuensi APC220” 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 pengiriman perekaman data secara real time dari sensor potensiometer yang merupakan suatu alat untuk deteksi dini pergeseran tanah yang dikirim ke sistem penerima menggunakan radio frekuensi APC220 serta penyimpanan data 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, Februari 2015
SANWACANA
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 Prof. Dr. Warsito, D.E.A. atas kesediaannya menjadi Pembimbing I. 2. Bapak Gurum Ahmad Pauzi, M.T. atas kesediaannya menjadi Pembimbing II. 3. Bapak Drs. Amir Supriyanto, M.Si. atas kesediaannya sebagai Penguji. 4. Ibu Dr.Yanti Yulianti, S.Si., M.Si. selaku Ketua Jurusan Fisika
5. Bapak Arif Surtono, S.Si.,M.Si.,M.Eng. selaku Sekertaris Jurusan Fisika 6. Bapak Dr.Eng. Bambang Joko Suroto selaku Pembimbing Akademik (PA). 7. Bapak Prof. Suharso, Ph.D. selaku Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu
Pengetahuan Alam.
8. Para dosen serta karyawan di Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Lampung
9. Kedua orang tuaku Bapak Santoso dan Ibu Dwi Astuti atas semangat, doa dan kepercayaan yang diberikan.
11. Teman-teman seperjuangan angkatan 2010: Juli, Ulum, Danu, Olif, Muji, Alvi, Fina dan semuanya yang selama ini memberikan semangat.
12. 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, Februari 2015
ii
2.4. Pengiriman Data Menggunakan Radio Frekuensi APC220 ... 57
iii
2.5.Bentuk fisik mikrokontroler Atmega32 ... 13
2.6. Arstitektur mikrokontroler Atmega32 ... 14
2.7.Peta memori Atmega32... 16
2.8.Bentuk fisik dan dimensi SD card, mini SD ... 18
2.9.Bentuk fisik modul serial logger ... 19
2.10. Bentuk fisik DS1307 ... 20
2.11. LCD karakter 2x16 ... 21
2.12. Jangkauan frekuensi gelombang elektromagnetik ... 22
2.13 Bentuk fisik radio frekuensi APC220 ... 24
2.14. Frekuency shift keying ... 26
3.1. Diagram alir langkah kerja realisasi rangkaian ... 31
3.2. Skema perancangan perangkat keras ... 32
3.3. Skematik rangkaian keseluruhan ... 33
3.4. Diagram alir perancangan perangkat lunak ... 35
iv
4.5. Rangkaian sistem telemetri data pergeseran tanah ... 46
4.6. Tampilan LCD ... 47
4.14.Grafik hubungan jarak pergeseran real dengan jarak tampilan PC sensor 1 ... 61
4.15.Grafik hubungan tegangan dengan jarak pergeseran sensor 1 ... 62
4.16.Grafik hubungan jarak pergeseran real dengan jarak tampilan PC sensor 2 ... 63
4.17.Grafik hubungan tegangan dengan jarak pergeseran sensor 2 ... 64
4.18. Grafik hubungan jarak pergeseran real dengan jarak tampilan PC sensor 1 ... 65
v
vi
DAFTAR TABEL
Halaman Tabel
1
I. PENDAHULUAN
A.Latar Belakang
Telah kita ketahui banyak wilayah Indonesia yang memiliki lahan dengan struktur tanah yang tidak stabil sehingga sering meyebabkan bencana tanah longsor. Tanah longsor adalah suatu peristiwa geologi dimana terjadi pergeseran tanah seperti jatuhnya bebatuan atau gumpalan tanah besar (Lisnawati, 2013). Salah satu wilayah yang rawan akan bencana longsor berada di Provinsi Lampung di Kabupaten Lampung Barat. Beberapa wilayah terutama wilayah Kecamatan Sumberjaya hingga perbatasan Sumatera Selatan karena daerah ini memiliki kultur tanah yang labil. Sehingga saat musim penghujan tiba beberapa titik rentan terjadinya longsor. Titik tersebut diantaranya di pinggiran tebing, aliran sungai, dan beberapa titik jalan yang berada di jalur lintas barat yang terkadang ambrol akibat hujan.
2
pengukuran-pengukuran dilokasi yang sangat jauh digunakan alat ukur yang langsung dibawa ke lokasi pengukuran tersebut yang dilengkapi dengan alat perekam data. Terkadang proses perekaman data memerlukan waktu yang cukup lama, sebelum akhirnya data tersebut diolah dan dianalisis (Setyawan, 1999).
Salah satu pengiriman data yang sekarang banyak digunakan ialah menggunakan komunikasi jarak jauh atau telemetri data. Sistem telemetri ini banyak digunakan untuk pengukuran didaerah daerah yang sukar untuk dijangkau seperti gunung, gua, lembah, perbukitan dengan struktur tanah yang labil. Pemantauan yang terus menerus tidak memungkinkan seseorang untuk melakukan pengukuran secara terus menerus, sehingga dalam sistem ini cukup meletakkan alat ukur pada tempat pengukuran dan dapat dipantau dari tempat lain (Suhana, 1994).
3
B.Rumusan Masalah
Rumusan masalah pada penelitian:
1. bagaimana merancang dan mendesain pengirim dan penerima jarak jauh dengan memanfaatkan gelombang radio pada Radio Frekuensi APC220;
2. bagaimana mengembangkan sistem perekam data sebelumnya dengan sensor secara realtime yang terhubung dengan Radio Frekuensi APC220;
3. bagaimana menggunakan mikrokontroler sebagai pengendali utama dan mengatur pewaktuan dalam perekaman, pengiriman dan penerimaan data.
C.Tujuan Penelitian
Tujuan dilakukannya penelitian:
1. merealisasikan sebuah perangkat pengirim dan penerima jarak jauh dengan memanfaatkan gelombang radio pada Radio Frekuensi APC220;
2. mengembangkan sistem perekaman data yang telah dibuat sebelumnya dengan sensor secara realtime yang terhubung dengan Radio Frekuensi APC220;
3. menguji sistem perekaman dan pengiriman data secara keseluruhan.
D.Manfaat Penelitian Manfaat penelitian:
1. alternatif baru dalam proses penyimpanan dan pengiriman data terutama di daerah yang berpotensi atau rawan bencana alam;
2. hasil pengukuran dapat dipantau operator meskipun didalam rumah;
4
E.Batasan Masalah
Batasan masalah dalam penelitian:
1. jarak jangkauan Radio Frekuensi APC220 mencapai m;
2. frekuensi Radio Frekuensi APC220 yang digunakan pada penelitian ini 455 MHz; 3. panjang tali pengukuran yang digunakan 2 m;
5
II. TINJAUAN PUSTAKA
A.Penelitian Terkait
Penelitian mengenai sistem perekaman data sebelumnya pernah dilakukan oleh Ambarina (2012) yaitu realisasi dan karakterisasi rangkaian perekam data keluaran dari extensometer menggunakan micro secure digital berbasis mikrokontroler ATmega32. Penelitian ini menggunakan sensor extensometer yang merupakan perangkat elektronika yang berfungsi mengukur parameter pergeseran tanah. Sensor ini menggunakan potensiometer multiturn sebagai komponen utama disertai dengan rangkaian penguat dan pengkondisi sinyal. Dari hasil penelitian menunjukkan penguatan yang dihasilkan oleh pengkondisi sinyal lebih besar dari perubahan tegangan keluaran potensiometer.
6
Selain penelitian yang dilakukan oleh Ambarina dan Lisnawati, penelitian ini juga dilakukan oleh Arzanto (2010). Namun, ada perbedaan dengan penelitian Ambarina dan Lisnawati, penelitian ini menggunkan jaringan Wi-Fi dan SMS. Sistem ini dibuat terdiri dari extensometer, mikrokontroler, Wi-Fi, dan SMS. Pada saat terjadi pergeseran, jarak pergeseran dikirim ke komputer melalui media Wi-Fi. Apabila jarak pergeseran yang terjadi itu berbahaya, maka komputer akan memberi instruksi handphone untuk mengirimkan SMS kepada pihak yang bersangkutan. Sistem telah dapat direalisasikan dan dapat bekerja. Jarak pergeseran di lapangan dapat dipantau melalui komputer.
B.Perbedaan dengan Penelitian Sebelumnya
7
C.Teori Dasar a. Sistem Catu Daya 1. Sel Surya
Photovoltaic merupakan bahan semikonduktor yang diproses sedemikian rupa sehingga apabila terkena sinar matahari atau cahaya akan mengeluarkan tegangan listrik arus searah (DC). Photovoltaic sejenis yang tersusun dari pertemuan p-n (Zuhal, 1995). Sel Photovoltaic seperti ditunjukkan pada Gambar 2.1.
Gambar 2.1. Contoh sel photovoltaic
Efisiensi konversi sel surya (η) adalah kemampuan sel surya untuk mengubah energi listrik yang dinyatakan dengan kerapatan daya maksimum dibagi daya masukan atau dirumuskan sebagai berikut (Culp, 1996).
η =
(2.2.1)
dengan:
Pin = masukan daya sel surya (Watt);
Pmaks = daya keluaran maksimum sel surya (Watt);
8
2. Prinsip Kerja Sel Surya
Sebelum membahas sistem, pertama - tama akan dijelaskan secara singkat komponen penting dalam sistem ini yang berfungsi sebagai pengubah energi cahaya matahari menjadi energi listrik. Listrik tenaga matahari dibangkitkan oleh komponen yang disebut solar cell yang besarnya sekitar 10 - 15 cm persegi. Produk yang dikeluarkan oleh industri-industri solar cell adalah dalam bentuk modul yang ditunjukan pada Gambar 2.2. Pada aplikasinya, tenaga listrik yang dihasilkan oleh satu modul masih cukup kecil (rata-rata maksimum tenaga listrik yang dihasilkan 130 W) maka dalam pemanfaatannya beberapa modul digabungkan dan terbentuklah apa yang disebut array. Sebagai contoh untuk menghasilkan listrik sebesar 3 kW dibutuhkan array seluas kira-kira 20 - 30 meter persegi (Raharjo, 2013).
Gambar 2.2. Bentuk fisik panel sel surya b. Akumulator
9
disimpannya di dalam akumulator tersebut. Sewaktu terjadinya pengosongan, maka energi kimia yang telah disimpan itu akan diubah kembali menjadi energi listrik melalui suatu alat pemakai listrik yang kemudian meninggalkan akumulator. Jadi pengosongan itu terjadi bila antara kutub positif dan negatif disambungkan alat sebagai beban (load) (Hardy, 1994).
Gambar 2.3.Bentuk fisik akumulator.
Aki yang umum digunakan di mobil terdiri atas enam sel identik yang tersusun secara seri. Setiap sel mempunyai anoda timbale dan katoda yang terbuat dari timbale oksida (PbO2) yang dikemas pada sebuah plat logam. Baik katoda maupun anoda
dicelupkan dalam larutan asam sulfat, yang berfungsi sebagai elektrolit. Reaksi selnya ialah:
Anoda: Pb(p) + SO4(aq) -2 PbSo4(P) + 2e-
Katoda: PbO2(p) + 4H+(aq) + SO4(aq) -2 + 2e PbSo4(P) + 2H2O
Keseluruhan: Pb(p) + PbO2(p) + 4H+(aq) + 2SO4(aq) -2 2PbSo4(P)+ 2H2O
10
menyalakan mesin. Tidak seperti sel Leclanche dan baterai merkuri, aki dapat diisi ulang (rechargeable). Pengisian ulang baterai berarti membalik reaksi elektrokimia normal dengan menerapkan voltase eksternal pada katoda dan anoda. Jenis proses ini dinamakan elektrolisis (Raymond, 2005).
c. Sistem Sensor
Dalam semua rangkaian pengukuran dikenal adanya “sensor” sebagai bagian yang paling awal yaitu bagian yang mengindra besaran fisis yang diukur (misalnya dalam pengukuran ketingian permukaan cairan). Sensor selalu memegang peran untuk mengkonversi besaran fisis yang diukur menjadi sinyal elektrik yang selanjutnya dapat diolah dalam rangkaian elektronik mulai dari pengukuran sampai pengendalian. Sensor adalah piranti yang mengkonversi besaran non elektris menjadi besaran elektris, sedangkan tranduser adalah piranti yang mengkonversi suatu besaran energi tertentu ke dalam bentuk energi yang lain (Warsito, 2013).
Sensor merupakan komponen penting di dalam sistem pengaturan otomatis. Dalam sistem pengaturan otomatis diperlukan ketepatan dan kesesuain dalam memilih sebuah sensor untuk meningkatkan kinerja dari sistem tersebut. Sensor adalah perangkat yang digunakan untuk mendeteksi fenomena fisik menjadi sinyal elektronik (Kenny, 2005).
11
pengontrolan, maka biasanya besaran yang bukan listrik dirubah terlebih dahulu menjadi suatu sinyal listrik melalui sebuah alat yang mampu mengubah sinyal listrik tersebut yang disebut tranduser. Tranduser adalah sebuah komponen yang apabila digerakan oleh energi lain maka akan beralih ke bentuk energi lain. Perubahan energi itu misalnya berupa listrik, mekanik, kimia, optik (radiasi) atau thermal (panas).
Dalam penelitian ini mengggunakan sensor potensiometer dikarenakan sensor ini memiliki tingkat keakuratan cukup baik terhadap perubahan hambatan serta harga yang mudah dijangkau sehingga mudah untuk direalisasikan sensor pergeseran tanah yang bekerja secara digital. Potensiometer digunakan untuk mengubah gerak translasi atau anguler ke dalam suatu perubahan resistansi yang dapat langsung diubah menjadi sinyal tegangan atau arus listrik Potensiometer resistif merupakan salah satu tranduser pergeseran yang paling sederhana. dan efisien. 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 DC maka perubahan hambatan tersebut menghasilkan perubahan tegangan keluaran (Surtono, 2006). Bentuk fisik potensiometer ditunjukkan pada Gambar 2.4.
12
Gambar 2.4 menunjukkan komponen resistor dengan tiga terminal yang tidak memiliki batas putaran pada kedua arahnya. 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 variable resistor atau rheostat (Chandra dan Arifianto, 2010).
d. Mikrokontroler ATmega32
Atmel merupakan salah satu vendor yang bergerak di bidang mikroelektronika yang telah mengembangkan Alf And Vegard’s Risc Processor (AVR) sekitar tahun 1997. Berbeda dengan mikrokontroler MCS51, AVR menggunakan arsitektur Reduce Intruction Set Komputer (RISC) yang mempunyai lebar bus data 8 bit. Perbedaan ini bisa dilihat dari frekuensi kerjanya. MCS51 memiliki frekuensi kerja seperduabelas kali frekuensi oscillator, sedangkan frekuensi kerja AVR sama dengan frekuensi oscillator. Jadi dengan frekuensi oscillator yang sama, kecepatan AVR dua belas kali lebih cepat dibanding kecepatan MCS51 (Heryanto, 2008).
13
Reduced Instruction Set Computing (RISC) dengan lebar bus data 8 bit. Bentuk fisik mikrokontroler ATmega32 dapat dilihat pada Gambar 2.5.
Gambar 2.5 Bentuk fisik mikrokontroler Atmega32
ATmega32 merupakan salah satu mikrokontroler buatan Atmel yang memiliki banyak kegunaan. Harga mikrokontroler ini tergolong murah saat ini jika dilihat dari fasilitas yang dimilikinya. ATmega32 memiliki empat port yang dapat digunakan untuk banyak masukan atau keluaran, memiliki ADC 10 bit, timer dan fasilitas lainya. Keuntungan lain mikrokontroler ini adalah cara memrogramnya juga mudah karena tidak memerlukan downloader yang sangat merepotkan seperti mikrokontroler generasi sebelumnya karena dapat diprogram menggunakan sistem minimalnya (Ristantono dkk, 2012).
1. Konfigurasi pin mikrokontroler ATmega32
14
Gambar 2.6 Arsitektur mikrokontroler ATmega32
Penjelasan konfigurasi pin pada mikrokontroler AVR ATmega32:
a. Pin I sampai 8 (port B) merupakan port parallel 8 bit dua arah (bidirectional), yang dapat digunakan untuk general purpose dan special feature.
b. Pin 9 (reset) jika terdapat minimum pulse pada saat active low c. Pin 10 (VCC) dihubungkan ke Vcc (2,7-5,5 volt)
d. Pin 11 dan 31 (GND) di hubungkan ke Vcc atau Ground
e. Pin 12 (XTAL 2) adalah pin masukan ke rangkaian osilator internal sebuah osilator Kristal atau sumber osilator luar.
f. Pin 13 (XTAL 1) adalah pin keluaran ke rangkaian osilator internal. Pin ini di pakai apabila menggunakan osilator Kristal.
g. Pin 14 samapi 21 (port D) adalah 8 bit dua arah (bi-derictional I/O) port dengan pull-up resistor digunakan untuk general purpose dan special feature.
15
i. Pin 30 adalah Avcc pin penyuplai daya untuk port A dan A/D converter dan dihubungkan ke Vcc jika ADC digunakan.
j. Pin 32 adalah AREF pin yang berfungsi sebagai referensi untuk pin analog jika A/D converter digunakan.
k. Pin 33 sampao 40 (port A) adalah 8 bit dua arah (bi-directional I/O) port dengan internal pull-up resistor digunakan untuk general purpose.
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.
16
SRAM internal atau biasa disebut RAMEND. Peta memori ATmega32 seperti pada Gambar 2.7.
Gambar 2.7. Peta memori ATmega32.
17
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 bagian Application Program (Susilo, 2010).
e. Media Penyimpanan Data
18
Gambar 2.8 Bentuk fisik dan dimensi SD Card, Mini SD, dan MicroSD.
f. Serial Logger
Serlog Modul adalah modul yang berfungsi sebagai perekam data dalam aplikasi data logger. Pada umumnya untuk membangun data logger dengan mikrokontroler dibutuhkan SPI (Serial Peripheral Interface) protokol untuk berkomunikasi kartu memori. Penggunaan Modul Serlog lebih sederhana, di mana untuk mengaksesnya menggunakan protokol serial. Serlog Modul mudah diterapkan karena efektif dan mudah, tidak hanya dapat menulis data ke kartu memori, tetapi juga dapat membaca dari kartu memori. Kode sederhana untuk menulis dan membaca data membuat pengguna akan lebih cepat untuk membangun aplikasinya (Saputro,2014).
aplikasi:
Banyak aplikasi dapat membangun dengan Serlog modul, seperti: a) Pengukuran Aplikasi Data Logger
b) Aplikasi Jadwal Doa c) Aplikasi Bel Sekolah
19
Keterangan Modul Serlog: 1) 5VDC Power Supply
2) Jenis memori MicroSD yang dapat dipasang pada Serlog modul 3) Maksimum ukuran memori 8GB
4) Ukuran modul 50mm x 50mm 5) Standar Baudrate 9600
6) Tiga pin untuk mengontrol modul (Tx, Rx, Rst)
7) Pastikan untuk memformat kartu baik FAT16 atau FAT32
Gambar 2.9 Bentuk fisik modul serial logger
g. Real Time Clock (RTC) DS1307
20
Gambar 2.10 Bentuk 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® (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 kondisi high (Budiharto dan Rizal, 2007).
h. Liquid Crystal Display (LCD)
21
mengatur tempat penyimpanan tersebut.(Rizal,2007). Di bawah ini adalah gambar LCD 2x16 karakter.
Gambar 2.11. LCD karakter 2x16
Bagian kedua merupakan sebuah sistem yang dibentuk dengan mikrokontroler yang ditempel dibalik pada panel LCD, berfungsi mengatur tampilan LCD. Dengan demikian pemakaian LCD M1632 menjadi sederhana, sistem lain cukup mengirimkan kode-kode ASCII dari informasi yang
ditampilkan. Spesifikasi LCD M1632:
a. Tampilan 16 karakter 2 baris dengan matrik 5 x 7 + kursor. b. ROM pembangkit karakter 192 jenis.
c. RAM pembangkit karakter 8 jenis (diprogram pemakai). d. RAM data tampilan 80 x 8 bit (8 karakter).
e. Duty ratio 1/16.
f. RAM data tampilan dan RAM pembangkit karakter dapat dibaca dari unit mikroprosesor.
22
i. Gelombang Radio
Dewasa ini, penggunaan gelombang elektromagnetik semakin luas. Sistem komunikasi radio, televisi, telepon genggam, dan radar merupakan beberapa contoh penggunaan gelombang elektromagnetik. Gelombang elektromagnetik adalah gelombang yang dapat merambat walaupun tidak ada medium dan terdiri dari medan listrik dan medan magnetik. Gelombang elektromagnetik telah dibangkitkan atau dideteksi pada jangkauan frekuensi yang lebar. Jika diurut dari frekuensi terbesar hingga frekuensi terkecil, yaitu sinar gamma, sinar-X, sinar ultraviolet, sinar tampak (cahaya), sinar inframerah, gelombang mikro (radar), gelombang televisi, dan gelombang radio. Gelombang-gelombang ini disebut spektrum gelombang elektromagnetik. Jangkauan frekuensi spektrum gelombang elektromagnetik ditunjukkan pada Gambar 2.12.
Gambar 2.12. Jangkauan frekuensi gelombang elektromagnetik
23
udara. Sehingga gelombang radio yang dipancarkan oleh transmitter dapat ditumpangi oleh gelombang suara. Selanjutnya, saat gelombang radio tersebut diterima oleh receiver, gelombang radio akan dihilangkan dan gelombang suara akan diteruskan pada speaker. Menurut Douglas (1998), Transmitter - Receiver dirancang untuk dioperasikan pada beberapa frekuensi, diantaranya Low Frequency (LF, 30-300 KHz) dan HF sampai VHF, Ultra High Frequency (UHF, 300-3000 MHz) dan radar Super High Frequency (SHF, 3-30 GHz).
j. Radio Frekuensi APC220
24
Gambar 2.13 Bentuk fisik radio frekuensi APC220
Gelombang radio mengacu pada frekuensi yang jatuh dalam spectrum elektromagnetik yang terkait dengan propagansi gelombang radio. Ketika diterapkan pada antena, gelombang radio menciptakan medan elektromagnetik yang menyebarkan sinyal diterapkan melalui ruang. Setiap medan elektromagnetik memiliki panjang gelombang radio yang berbanding terbalik sebanding dengan panjang gelombang. APC220 menggunakan frekuensi 455 MHz, panjang gelombang 0,69 meter.
25
k. Modulasi Gelombang
Modulasi adalah proses perubahan (varying) suatu gelombang periodik sehingga menjadikan suatu sinyal mampu membawa suatu informasi. Dengan proses modulasi, suatu informasi (biasanya berfrekuensi rendah) bisa dimasukkan ke dalam suatu gelombang pembawa, biasanya berupa gelombang sinus berfrekuensi tinggi. Terdapat tiga parameter kunci pada suatu gelombang sinusiuodal yaitu : amplitudo, fase dan frekuensi. Ketiga parameter tersebut dapat dimodifikasi sesuai dengan sinyal informasi (berfrekuensi rendah) untuk membentuk sinyal yang termodulasi.
Peralatan untuk melaksanakan proses modulasi disebut modulator, sedangkan peralatan untuk memperoleh informasi informasi awal (kebalikan dari dari proses modulasi) disebut demodulator dan peralatan yang melaksanakan kedua proses tersebut disebut modem. Informasi yang dikirim bisa berupa data analog maupun digital sehingga terdapat dua jenis modulasi yaitu; modulasi analog dan modulasi digital.
26
Modulasi Digital
Sistem modulasi digital memiliki 3 teknik modulasi yang paling mendasar yaitu: modulasi digital dengan mengubah amplitudo sinyal pembawa disebut Amplitudo Shift Keying (ASK),modulasi digital dengan mengubah frekuensi sinyal pembawa yaitu Frekuensi Shift Keying (FSK), dan modulasi digital dengan mengubah phasa sinyal pembawa yang disebut dengan Phase Shift Keying (PSK). Dari ketiga teknik modulasi pada penelitian ini menggunakan teknik modulasi Frequency Shift Keying (FSK).
Frequency Shift Keying (FSK) atau pengiriman sinyal melalui penggeseran frekuensi. Metode ini merupakan suatu bentuk modulasi yang memungkinkan gelombang modulasi menggeser frekuensi output gelombang pembawa. Dalam proses modulasi ini besarnya frekuensi gelombang pembawa berubah-ubah sesuai dengan perubahan ada atau tidak adanya sinyal informasi digital. FSK biner adalah suatu fungsi step pada domain frekuensi. Sesuai perubahan sinyal masukan biner dari suatu logic 0 ke logic 1, dan sebaliknya, keluaran FSK bergeser diantara dua frekuensi: suatu mark frekuensi atau logic 1 dan suatu space frekuensi atau logic 0 (Cooper, 1986). Gambar dibawah ini merupakan blok diagram pemancar dan penerima dari FSK .
27
Frequency Shift Keying (FSK) adalah modulasi yang menyatakan sinyal digital 1 sebagai suatu nilai tegangan dengan frekuensi tertentu (misalnya f1 = 1200 Hz), sementara sinyal digital 0 dinyatakan sebagai suatu nilai tegangan dengan frekuensi tertentu yang berbeda (misalnya f2 = 2200 Hz) (Setiawan, 1997).
28
III. METODE PENELITIAN
A.Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan pada bulan Juli 2014 sampai dengan Januari 2015. 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 merealisaikan rangkaian pengirim data adalah sebagai berikut.
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;
29
7. USB ISP untuk mendownload program ke mikrokontroler.
Sedangkan bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut.
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. sel surya 10 Wp sebagai sumber tegangan;
5. kabel sebagai penghubung antar rangkaian;.
6. IC mikrokontroler ATmega 32 + Soket sebagai pengontrol utama rangkaian perekam data;
7. XTAL 11.0592 MHz dan 32.768 KHz sebagai sumber detak; 8. potensiometer multiturn digunakan sebagai sensor pergeseran; 9. RTC DS1307 sebagai komponen pewaktuan;
10. akumulator sebagai sumber tegangan untuk sel surya; 11. micro SD sebagai media penyimpanan data;
12. Radio Frekuensi APC220 sebagai pengirim dan penerima data; 13. modul serial logger sebagai modul perekaman data;
30
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. Pada Gambar 3.1 langkah kerja realisasi alat terdiri dari dua tahap, yaitu tahap pertama pembuatan hardware dan tahap kedua pembuatan software.
31
Gambar 3.1 Diagram alir langkah kerja realisasi rangkaian.
Mulai
Mempelajari Konsep Sistem Alat
Perancangan Sistem dan Perakitan Komponen
Pengujian Hardware
Penyusunan Laporan Berhasil/Tidak
Perancangan Software
Pemrograman Software dan Pengujian Software
Pengujian Alat Keseluruhan Berhasil/Tidak
Selesai
Tidak
Ya
Tidak
32
1. Rancang Bangun Perangkat Keras
Perangkat keras dari sistem telemetri pengukuran pergeseran tanah ini terdiri dari dua buah sensor potensiometer yang digunakan sebagai sensor pergeseran tanah, kedua sensor ini dihubungkan dengan ADC mikrokontroler, RTC sebagai pewaktuan dihubungkan ke mikrokontroler, nilai untuk hasil perekaman dan pewaktuan data ditampilkan di lcd, sedangkan untuk sistem ganti perekaman dan pengiriman data di atur menggunakan IC 4066, waktu pergantian yang digunakan dalam penelitian ini ialah selama 10 detik. Modul perekaman data yang digunakan dalam penelitian ini menggunakan modul serlog tipe V3, dari sistem pengiriman data akan langsung diteruskan ke sistem penerimaan data menggunakan APC220 dalam bentuk sinyal digital dan langsung diterima oleh sistem penerima melalui APC220 juga, sehingga data dapat langsung di lihat diPC. Secara umum skema perancangan perangkat keras ditunjukkan pada Gambar 3.2
33
2. Rancangan Rangkaian Keseluruhan
Rangkaian dibawah ini merupakan rangkaian keseluruhan dari perekam dan pengiriman data pada penelitian ini. Skema dapat dilihat pada Gambar 3.3
Gambar 3.3 Skematik Rangkaian Keseluruhan.
34
pada mikrokontroler. Kemudian, didalam mikrokontroler terdapat reset yang berfungsi untuk mereset sistem sehingga proses dapat dimulai dari awal. Untuk mengisi program ke dalam mikrokontroler digunakan USB ASP utuk mendownload program ke mikrokontroler.
Penelitian ini pewaktuan diatur menggunakan RTC DS1307. RTC ini berkomunikasi menggunakan 2 buah jalur yang tersedia dialam chip mikrokontroler yaitu jalur SDA dan SCL. Kemudian 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.
Perbedaan dengan peneitian sebelumnya, perekaman data dalam penelitian ini menggunakan serlog V3 sebagai modul penyimpanan data ke dalam micro sd serta penambahan rangkaian IC 4066 untuk pengaturan perekaman dan pengiriman data ke sistem penerima. Pada penelitian ini menggunakan modul radio komunikasi, dimana modul ini sudah terintegrasi dengan baik dan dapat langsung digunakan ke mikrokontroler
3. Rancang Bangun Perangkat Lunak
35
dengan modul RF yang digunakan. Diagram alir perangkat lunak dapat dilihat pada Gambar 3.4
36
Kemudian, untuk pengaturan frekuensi pada modul RF APC220 menggunakan software Rf-Magic, pengaturan ini berfungsi untuk menyamakan frekuensi pengirim dengan frekuensi penerima, agar data yang dikirm dapat terbaca diPC, serta pengaturan kecepatan pengiriman. Tampilan Rf-Magic dapat dilihat pada Gambar 3.5.
Gambar 3.5 Tampilan Software Rf-Magic
4. Teknik Pengambilan Data a. Rancangan Desain Alat
37
Setelah alat dijalankan LCD akan menampilkan informasi yang dibutuhkan, seperti pewaktuan yang berjalan secara real time yang terdiri dari tanggal, bulan,tahun dan jam. Informasi pokok yang disimpan dan dikirim dalam sistem ini adalah tegangan serta jarak pergeseran secara real time. Interval penimpanan dan pengiriman data disesuaikan dengan kebutuhan. Hasil perekaman data disimpan dengan file ekstensi text document (*.txt) di dalam micro SD. Data yang diambil disesuaikan dengan interval waktu penyimpanan dan waktu pengiriman data ke pihak penerima. Sistem diatur untuk pengulangan penyimpanan dan pengiriman data selama 10 detik. Rancangan desain alat dapat dilihat pada Gambar 3.6
38
b. Rancangan Tabel Pengamatan
Tabel 1. Rancangan Hasil Pengujian Potensiometer
No
Jarak Pergeseran Tegangan Sensor ADC
(cm) (volt) (volt)
Rancangan grafik hubungan antara tegangan dengan jarak pergeseran
72
V. KESIMPULAN DAN SARAN
A.Kesimpulan
Dari hasil perancangan, pembuatan, pengujian dan analisis sistem perekam serta pengirim data rangkaian sensor potensiometer 1 dan 2, maka dapat disimpulkan sebagai berikut;
1. pergeseran potensiometer saat sebelum ditambah pulley whell hanya bergeser 2 cm ketika sudah ditambah pulley whell mampu bergeser hingga 15 cm dengan sudut putaran sensor sebesar 202 ;
2. nilai deviasi hambatan yang dihasilkan dari kedua sensor yaitu 0,93 ohm dan 1,13 ohm dengan rentang pengukuran 0-15 cm. Semakin kecil nilai deviasi yang dihasilkan semakin kecil pula tingkat kesalahan pengujian sistem; 3. interval penyimpanan dan pengiriman data disesuaiakan dengan kebutuhan
dan kondisi lapangan dengan interval terkecil 5 detik;
72
B.Saran
Pengembangan teknologi khususnya pada teknologi informasi, diharapkan pada sistem telemetri selanjutnya dapat lebih disempurnakan baik hardware maupun software antara lain:
1. dapat mengembangkan sistem telemetri dengan penyempurnaan hardware dan software bersifat halfduplex;
2. penambahan buzzer/alarm sebagai penandaan status tanda bahaya;
3. penggunaan otomatisasi multi sensor secara halfduplex dan dapat dikontrol melalui jarak jauh;
DAFTAR PUSTAKA
Ambarina, Dainty. 2012. Realisasi dan Karakterisasi Rangkaian Perekam Data Keluaran Dari Extensometer Menggunakan Micro Secure Digital Berbasis Mikrokontroler ATmega32. (Skripsi). Universitas Lampung. Lampung
Arzanto, Ferdiani. 2010. Rancang Bangun Sistem Monitoring Pergeseran Tanah Melalui Jaringan Wi-Fi Menggunakan Sensor Extensometer. (Tugas Akhir). Universitas Diponegoro. Semarang. Hal:1-3
Budiharto dan Rizal. 2007. 12 Proyek Mikrokontroler. Elex Media Komputindo. Jakarta
Chandra dan Arifianto. 2010. Jago Elektronika Rangakaian Sistem Otomatis. Kawan Pustaka. Jakarta.
Cooper, George.1986. Modern Communications and Spread Spectrum. McGraw HillBook Company.Singapore
Culp, A.W. 1996. Prinsip-Prinsip Energi. Erlangga.Jakarta
Dam,Jeppe.2011.Initial Development of an Autonomous Underwater Vehicle. Aalborg University. Denmark. Hal:30
Douglas, M.E. 1998. Miniature radio frequency transponder technology suitability as
threatened species tags. Department of Conservation, Otago.
Hardy, S. 1994. Dasar-Dasar Teknik Listrik Aliran Rata I. Cetakan Kedua. PT. Rineka Cipta. Jakarta.
Haryono dan Surmayono. 2006. Project Work Pembuatan Alat Perekam Panggilan Keluar. ITS. Surabaya.
Heryanto, Hari,. 2008. Pemrograman Bahasa C Untuk Mikrokontroler ATmega 8535. Andi. Yogyakarta.
Kenny, T. 2005. Sensor Fundamental. Sensor Technology Handbook. Oxford. Elseiver.
Lisnawati.2013. Rancang Bangun Sensor Extensometer Elektris Sebagai Pendeteksi Pergeseran Permukaan Tanah dan Sistem Akusisi Data Pada Komputer. Jurnal Teori dan Aplikasi Fisika. Vol.1,No.1
Muda, dkk. 2007. Rancang Bangun Sistem Enkripsi Sebagai Security Komunikasi Handy-Talkie (HT) Menggunakan Mikrokontroler AVR Seri. Jurnal Rekayasa dan Teknologi Elektro. Vol 1. No1.
Pracoyo, A. 2008. Mengakses Serial Real Time Clock (RTC) Dallas Tipe DS1307 dengan BASCOM Kompiler. J Eltek 6(1): 1-8.
Raharjo, Puloeng. 2012. Perancangan Sistem Hibrid Solar-Cell-Baterai-PLN Menggunakan Progammable Logic Controller. (Skripsi). Universitas Jember. Jawa Timur.
Raymond, Chang. 2005. Kimia Dasar Konsep-Konsep Inti Edisi Ketiga Jilid Dua. Erlangga. Jakarta.
Ristantono,dkk. 2012. Desain dan Implemetasi Kontroler PID Logika Fuzzy Pada Sistem Automatic Voltage Regulator (AVR) Gasoline Generator Set. Kapasitas 1 KVA Mesin 4-Tak. Jurnal Teknik POMITS. Vol.1, No.1 :1-7
Rizal,Gamayel.2007.Pengertian Elektronik Digital Liquid Crystal Display. ITB.Bandung
Saputro, Sandi. 2014. Modul Serial Logger. http://mikrodb.com/modul-serlog.pdf Diakses 01 Desember 2014 Pukul 10.00 WIB
Setiawan Budi, F.1997. Modul Praktikum Dasar Telekomunikasi. Universitas Katolik Soegijapranata. Semarang
Setyawan, R.1999. Sistem Pengukuran Temperatur Berbasis PC untuk Telemetri Radio. (Skripsi). Universitas Brawijaya. Malang
Suhana. 1994. Buku Tegangan Teknik Telekomunikasi. Pradya Paramita. Jakarta. Sumiharto, R. 2010. Logger Suhu dan Kelembaban Udara Menggunakan Multi Media
Card (MMC) Sebagai Media Penyimpanan. J Nasional Oktober 2010.
Surtono, Arif. 2006. Studi Pemanfaatan Apungan dan Potensiometer Sebagai Tranduser Ketinggian Air. Jurnal Sains Teknologi. Vol.12, No.1 : 59-62
Susilo, D. 2010. 48 Jam Kupas Tuntas Mikrokontroler MC 551 dan AVR. Andi. Yogyakarta
Talman, A.J. 1983. A Device For Recording Fluctuating Water Levels. Journal Of Agricultural Engineering Research. 28(3):273-297
Warsito. 2013. Sistem Sensor Seri Akuisisi Data. Fisika FMIPA Universitas Lampung. Lampung. Hal:1-2
Wasito, S.1985. Datasheet BookI, Data IC Linier, TTL & CMOS. Elex Media Komputindo. Jakarta.
Yohannes, Christoforus. 2011. Sistem Penghitung Jumlah Barang Otomatis Dengan Sensor Ultrasonik. Jurnal Ilmiah “Eletrikal Engineering” UNHAS. Vol. 9, No. 2
