ABSTRAK
RANCANG BANGUN PENGUKURAN PANAS PERALATAN
LISTRIK DENGAN THERMOPILLE ARRAY MLX 90620
BERBASIS MIKROKONTROLLER ATMEGA 2560 DAN
RASPBERRY PI
Oleh
AKHMAD HARRY SUSANTO
Teknologi Inframerah dalam berbagai bidang saat ini berkembang dengan pesat. Salah satu penggunan teknologi inframerah yaitu pada pemantauan peralatan listrik. Teknologi inframerah dapat mengetahui panas yang dihasilkan dari suatu peralatan listrik yang sudah digunakan. Fokus utama dalam penelitian ini adalah mengetahui jarak efektif dari pengukuran menggunakan sistem yang dibangun dan mendapatkan citra panas yang sebenarnya dari objek peralatan listrik yang diukur.
Sistem yang dibangun menyerupai embeded sistem yaitu penggabungan dari beberapa perangkat pemrosesan menjadi satu perangkat. Sistem ini terdiri dari hardware dan software. Hardware berupa perangkat beberapa sensor, kontroler yang berupa Arduino Mega dan pemrosesan data yaitu Raspberry Pi. Selanjutnya software berupa pemrosesan data menjadi citra berwarna yaitu Python 2.7.
Telah dilakukan pengujian pada hardware dan software. Berdasarkan hasil pengujian sistem pengukuran dengan menggunakan thermopille array MLX 90620 memiliki jarak efektif pengukuran 35 cm serta dapat mengidentifikasi titik letak panas yang diukur. Selain itu, sistem yang dibangun sudah dapat menggambarkan pola panas yang dihasilkan dari peralatan listrik.
ABSTRACT
HEAT MEASURING DESIGN OF ELECTRIC TOOLS WITH THERMOPILLE ARRAY MLX 90620 BASED ON MICROCONTROLLER
ATMEGA 2560 AND RASPBERRY PI
By
AKHMAD HARRY SUSANTO
Nowadays, technology of Infra red is developing in every sector rapidly. One of it’s function is to monitor electric tools. It can detect heat caused by the use of electric tools. The main focus of this research is to know the effective distance using the measurement of built systems and to get the real heat image of electric tools measurable object.
The system having been built resembles embeded system which is a merger of some processing tools. It consists of hardware and software. Hardware is a device consisting some sensors and controlers like Arduino Mega, then data processing like Raspberry Pi. Furthermore, software is in the form of data processing that becomes colored image, Python 2.7.
A testing also had been done on hardware and software. Based on the result of measurement system test using thermopille array, MLX 90620 has an effective range of measurement of 35 cm and it also can identify the measured heat spot. Besides that, the system that is developing has been capable to represent the heat pattern resulted from electric tools.
\
RANCANG BANGUN PENGUKURAN PANAS PERALATAN
LISTRIK DENGAN
THERMOPILLE ARRAY
MLX 90620
BERBASIS
MIKROKONTROLLER
ATMEGA 2560 DAN
RASPBERRY PI
Oleh
AKHMAD HARRY SUSANTO
Skripsi
Sebagai salah satu syarat untuk mencapai gelar SARJANA TEKNIK
Pada
Jurusan Teknik Elektro
Fakultas Teknik Universitas Lampung
FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS LAMPUNG
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Bekasi pada tanggal 25 November 1992, sebagai anak teakhir dari empat bersaudara, dari Bapak Sumarno Sastradiwirya dan Ibu Fammy Umiyati. Pendidikan di Sekolah Dasar di SDN Jakasetia IV Rajabasa diselesaikan pada tahun 2004, Sekolah Menengah Pertama di SMPN 199 Jakarta diselesaikan pada tahun 2007, dan Sekolah Menengah Atas di SMAN 91 Jakarta diselesaikan pada tahun 2010.
Siemens S700 di Pabrik Billet Baja PT. Krakatau Steel ”
“
Kita tidak akan tahu hasil akhirnya, Tapi kita
Patut Mencoba
”
Bergeraklah maka kamu akan
mendapatkan HASILNYA
Takperlulah kita bercerita tentang apa yang
telah kita BERIKAN biarkan ‘mereka’
DENGAN BANGGA
KUPERSEMBAHKAN KARYA
SEDERHANA INI UNTUK
AYAHANDA DAN IBUNDA TERCINTA:
Sumarno Sastradiwirya dan
Fammy Umiyati
SERTA
KAKAKku Tersayang :
Alhamdulillahirobbil’alamiin, penulis memanjatkan puji syukur kehadirat
Alloh SWT yang telah memberikan rahmat dan hidayah-Nya sehingga penulis
dapat menyelesaikan penelitian Tugas Akhir ini tepat pada waktunya.
Tugas akhirdenganjudul “Rancang Bangun Pengukuran Panas Peralatan
Listrik dengan Thermopille Array MLX90620 Berbasis Mikrokontroller Atmega
2560 dan Raspberry Pi” ini merupakan salah satusyarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Teknik pada Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas
Lampung.
Dalam kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada:
1. Prof. Suharno, M.Sc, Ph.D. selaku DekanFakultasTeknikUniversitas
Lampung.
2.
Bapak AgusTrisanto, Ph.D. selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro FakultasTeknik Universitas Lampung.
3.
M. Komarudin, S.T., M.T selaku Kepala Puskom Unila dan sekaligus sebagaipembimbing utama skripsi yang telah memberikan bimbingan di sela-sela
kesibukan sebagai Kepala Puskom.
4. Dr. Lukmanul Hakim S.T., selaku pembimbing pendamping yang telah
yang telah memberikan saran dan krikitikan yang sangat membangun dalam
penyusunan skripsi.
6. Yuliarto Raharjo S.T., M.T sebagai pembina Unila Robotika dan Otomasi
yang telah memberikan banyak wawasan serta pengalamannya pada saat
penulis menjadi anggota Unila Robotika dan Otomasi.
7.
Segenap dosen dan pegawai di Jurusan Teknik Elektro yang telahmemberikan ilmu dan wawasan yang tak terlupakan oleh penulis.
8.
Ayahanda Sumarno Sastradiwirya (Bapak), ibunda fammy Umiyati (Mamah),Mas Irdam, Mas Danu dan Mbak Wiwid yang selama ini telah memberikan
kasih sayang, semangat, doa, nasihat serta dukungan.
9.
Teman-teman Elektro angkatan 2010 : M. Jerry Jeliandra Suja, AnwarSolichin, Ahmad Surya Arifin, Derry Ferdiyansyah, Haki Midia Haliman
Hakim, Victor Farhan W., Fendi Antoni serta teman – teman yang tidak
disebuktan satu persatu terima kasih atas dukungan dan semangat
10. Seluruh penghuni Laboratorium Terpadu Teknik Elektro khususnya Teknik
Digital, Mas Legino, Ka Cahyo, Ka Hadi, Ka Supri, ka Hendi, Ka Hadi,
Yusuf Tamtomi, Nanang, Arosyiq, Choi, Gata, Chandra ‘Ucok’, nanang,
Yasin dan lain – lain terima kasih atas dukungannya sangat bangga pernah
menjadi bagian dari kalian.
11. Bella Nurbaitty Shafira terima kasih banyak atas perhatian yang selalu
diberikan.
12. Semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu atas bantuan dan
penulis demi kebaikan di masa yang akan datang. Sekali lagi penulis ucapkan
terima kasih dan semoga Alloh SWT membalas kebaikan Anda semua dan diberi
kemudahan dalam segala urusannya. Aamiin.
Bandar Lampung, Agustus 2015
Penulis,
DAFTAR ISI
Halaman
DAFTAR ISI ... i
DAFTAR GAMBAR ... iv
DAFTAR TABEL ... viii
I. PENDAHULUAN 1.1.Latar Belakang ... 1
1.2. Tujuan Penelitian ... 3
1.3. Manfaat Penelitian ... 3
1.4.Rumusan Masalah ... 4
1.5.Batasan Masalah... 4
1.6.Hipotesis ... 5
1.7.Sistematika penulisan ... 5
II. TINJAUAN PUSTAKA 2.1.Termografi Infra Merah ... 7
2.2. Aplikasi Termografi Infra Merah ... 8
2.2.1.Pemantauan Lingkungan ... 8
2.2.2. Pemantauan Kualitas Buah ... 9
2.2.3. Aplikasi dalam Bidang Kesehatan ... 10
2.3. Penggunaan Sensor Thermopille Array ... 12
2.3.1. Sensor TPA 81 ... 12
2.3.2. Sensor MLX 90614 ... 13
2.3.3. Sensor MLX 90620 ... 14
III. METODE PENELITIAN 3.1. Metode Penelitian ... 16
3.2. Waktu dan Tempat Penelitian ... 17
3.3. Alat dan Bahan ... 18
3.4. Metode / Prosedur Kerja ... 20
3.4.1. Studi Literatur ... 21
3.4.2. Perancangan Blok Diagram ... 21
3.4.3. Perancangan Perangkat Keras... 22
3.4.4. Pembuatan Program Mikrokontroller ... 23
3.4.5. Pengujian Perangkat Keras dan Program ... 24
3.4.6. Pembuatan Program Python 2.7 pada Raspberry Pi ... 25
3.4.7. Pengujian Sistem Pengukuran ... 25
a. Melakukan Kalibrasi dengan sensor LM 35 ... 26
b. Melakukan Kalibrasi dengan Infrared Thermometer Fluke ... 26
3.4.8. Analisa dan Pembahasan ... 27
3.4.9. Pembuatan Laporan ... 27
3.5. Spesifikasi dan Perancangan Sistem ... 27
3.5.1. Karakteristik Sistem ... 27
3.5.2. Cara Kerja Sistem ... 28
3.6.1. Diagram Alir Sensor MLX 90620 ... 31
3.6.2. Diagram Alir Sensor LM 35 ... 32
3.6.3. Diagram Alir Sensor HC – SR04 ... 34
3.6.4. Diagram Alir Pembuatan Citra Pada Software Python 2.7 ... 35
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1.Hasil ... 37
4.1.1. Tampilan Fisik Keseluruhan ... 37
4.1.2. Spesifikasi dari Sistem ... 39
4.1.4. Hasil Pengujian Kecepatan Pemrosesan ... 50
a. Perbandingan Kecepatan Pemrosesan Secara Keseluruhan ... 50
b. Perbandingan Waktu Tunda ... 51
4.1.5. Hasil Pengujian Akurasi Pembacaan Pengukuran ... 53
a. Pengujian Suhu Tanpa Panas... 53
b. Pengujian Suhu Panas Solder ... 55
c. Pengujian Suhu Panas Setrika ... 58
4.1.6. Hasil Pengujian Bentuk Benda Panas ... 65
a. Setrika ... 66
b. Solder ... 68
c. Transformator ... 69
V. SIMPULAN DAN SARAN
5.1. Simpulan ... 79
5.2. Saran ... 80
DAFTAR PUSTAKA
DAFTAR GAMBAR
3.6. Perancangan bentuk sistem pengukuran panas peralatan listrik ... 27
3.7. Cara kerja sistem ... 28
3.8. Diagrm alir sistem ... 30
3.9. Diagram alir sensor MLX 90620 ... 31
3.10. Rangkaian MLX 9620 ... 32
3.12. Rangkaian LM 35 ... 33
3.13. Diagram alir sensor HC-SR04 ... 34
3.14. Rangkaian HC-SR04 ... 35
3.15. Diagam alir pembuatan citra pada software Python 2.7 ... 35
4.1. Sistem tampak dari atas ... 38
4.15. Citra dari program interpolasi matriks... 48
4.16. Citra dengan collor bar statis ... 49
4.17. Citra dengan collor bar dinamis... 49
4.18. Grafik perbandingan kecepatan pemrosesan ... 51
4.19. Grafik perbandingan waktu tunda ... 52
4.21. Gambar interpolasi pengukuran tanpa panas sensor MLX 9620 ... 55
4.22. Pengujian suhu panas solder dengan MLX 90620 ... 57
4.23. pengujian suhu panas solder dengan Infrared Thermometer ... 57
4.24. Hasil pengukuran Infrared Thermometer dari plat Setrika ... 59
4.25. Pengkuran plat setrika dengan jarak 13 cm ... 62
4.40. Interpolasi Nearest panas Transformator ... 69
4.41. Interpolasi Billinear panas Transformator ... 69
4.42. Interpolasi Bicubbic panas Transformator ... 70
4.43. Hasil foto dari kamera Raspberry Pi... 71
DAFTAR TABEL
Tabel Halaman
3.1. Tabel kegiatan peneltian ... 18 4.1. Daftar perbandingn kecepatan pemrosesan keseluruhan anara
I. PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Listrik merupakan suatu kebutuhan penting bagi manusia dalam menjalankan aktivitas sehari-hari, dimana pada yang zaman modern ini sudah banyak alat pendukung kehidupan manusia yang membutuhkan tenaga listrikuntuk mengoperasikannya, seperti lampu, mesin cuci, mesin pompa air, televisi, radio, komputer dan perangkat elektronik lainnya.
Suatu sistem tenaga listrik terdiri dari tiga bagian utama, yaitu : pembangkit listrik, saluran transmisi, dan sistem distribusi listrik. Tenaga listrik yang dihasilkan oleh pembangkit listrik dengan tegangan dati 11 kV sampai 24 kV dinaikan tegangannya oleh gardu induk transformator penaik tegangan menjadi 70 kV, 154 kV, 220kV atau 500 kV. Selanjutnya disalurkan melalui saluran transmisi. Dari saluran transmisi, tegangan di turunkan menjadi 20 kV dengan transformator penurun tegangan pada gardu induk distribusi.
mempunyai beban berlebih. Transformator adalah peralatan listrik yang sangat vital dalam pendistribusian energi listrik, untuk itu keandalannya harus tetap terjaga agar proses penyaluran energi listrik berjalan lancar. Ada beberapa faktor yang mempengaruhi diantaranya faktor umur, naik turunnya tegangan dan juga kurangnya sistem monitoring menyebabkan transformator sering mengalami kerusakan. Proses perbaikan transformator juga mempengaruhi jangka waktu dalam penggunaannya.
Kurangnya sistem monitoring dan keterbatasan sumber daya manusia mengakibatkan kurang terjaganya kualitas dari peralatan listrik yang ada. ini juga diakibatkan dari alat monitoring berupa kamera termal FLIR (Forward looking infrared) yang harganya cukup mahal. Kamera termal FLIR merupakan alat yang mengukur radiasi inframerah yang dipancarkan dan menunjukannya dalam bentuk gambaran suhu dari permukaan objek yang diukur.
1.2. Tujuan Penelitian
Adapun tujuan dari penelitian ini adalah sebagai berikut :
1. Merancang dan membuat sistem pengukuran panas suatu benda menggunakan sensor thermopille array MLX 90620.
2. Mengetahui jarak efektif pengukuran panas menggunakan sensor thermopille array MLX 90620.
3. Mendapatkan informasi suhu panas suatu benda yang diukur melalui citra berwarna.
4. Mengaplikasikan sistem pengukuran yang dibuat untuk mengukur peralatan listrik transformator.
1.3. Manfaat Penelitian
Melalui penelitian ini, manfaat yang dapat diperoleh dari sistem yang dibangun adalah :
1. Dapat mengetahui suhu objek tanpa menyentuh objek yang diukur.
2. Dapat menggambarkan suhu panas objek yang diukur melalui visual gambar.
3. Dapat menghemat biaya dari alat ukur yang mahal dengan fungsi yang sama.
1.4. Rumusan Masalah
Mengacu pada permasalahan yang ada maka perumusan perancangan ini difokuskan pada aspek berikut:
1. Bagaimana menentukan desain dari mekanik dan bahan sensor yang digunakan dalam pengukuran panas peralatan listrik.
2. Bagaimana membaca data yang keluar dari sensor MLX 90620, HC – SR04 dan LM35.
3. Bagaimana menentukan akurasi dari pembacaan panas oleh sensor MLX 90620.
4. Bagaimana mengimplementasi data MLX 90620 untuk menggambarkan panas melalui matriks berwarna.
5. Bagaimana mengoptimalkan jarak pengukuran panas yang dilakukan.
1.5. Batasan Masalah
Adapun pembatasan masalah dalam penelitian ini adalah seperti diuraikan di bawah ini:
1. Sensor yang digunakanhanya sensor MLX90620, sensor jarak HC - SR04 dan sensor LM 35.
2. Pengukuran panas dilakukan hanya pada peralatan listik.
3. Pengujian panas peralatan listrik menggunakan alat ukur suhu Infrared Thermometer Fluke sebagai data pembanding dari pembacaan sensor MLX 90620.
5. Collor maps yang digunakan berasal dari library mathplolib yang sudah ada sehinga warna yang dihasilkan merupakan hasil terjemahan data yang dihasilkan.
1.6. Hipotesis
Output dari pengukuran panas menggunakan sensor MLX 90620 dapat menggambarkan panas sebenarnya dariperalatan listrik yang di ukur dengan membandingkan hasil pengukurannya dengan alat ukur Infrared Thermometer.
1.7. Sistematika Penulisan
Untuk memudahkan penulisan dan pemahaman mengenai materi tugas akhir yang di buat, maka tulisan ini akan dibagi menjadi lima bab, yaitu:
BAB I PENDAHULUAN
Memuat latar belakang, tujuan, perumusan masalah, batasan masalah, manfaat, hipotesis, dan sistematika penulisan.
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
sebelumnya yang menggunakan thermal imager dalam berbagai bidang.
BABIII METODE PENELITIAN
Berisi rancangan pengukuran panas transformator distribusidengan sensor MLX 90620, meliputi alat dan bahan, langkah-langkah pengerjaan yang akan dilakukan, penentuan spesifikasi rangkaian, blok diagram rangkaian, cara kerjanya, dan penjelasan masing-masing bagian blok diagram.
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
Menjelaskan prosedur pengujian, hasil pengujian dan analisa.
BAB V SIMPULAN DAN SARAN
Memuat simpulan yang diperoleh dari pembuatan dan pengujian alat, dan saran-saran untuk pengembangan lebih lanjutpenelitian sistem pengukuran panas dengan thermopille array yang akan dibuat selanjutnya.
DAFTAR PUSTAKA
II. TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Termografi Infra Merah
Termografi adalah alat diagnostik yang menggunakan energi panas ( mendeteksi temperatur permukaan). Saat ini termografi telah diterapkan dalam berbagai
bidang yang diantaranya adalah bidang kesehatan, bidang teknik, bidang lingkungan, maupun bidang militer. Termografi dalam bidang kesehatan
digunakan untuk pemantauan dini kanker payudara. Pada bidang teknik, Termografi digunakan untuk mendeteksi overheating pada komponen - komponen motor, generator, kabel ataupun yang lainnya. Dalam bidang lingkungan
termografi sudah dikenal dapat mendeteksi tingkat kualitas udara lingkungan. Selanjutnya dalam bidang militer, termografi sudah digunakan untuk proses pengintaian musuh dalam peperangan.
Semua bidang tersebut memanfaatkan termografi dikarenakan semua benda yang
Gambar 2.1. Spektrum Elektromagnetik[1]
Inframerah merupakan bagian dari gelombang elektromagnetik. Panjang
gelombang inframerah antara 700 nm dan 1 nm[1].Sehinggabentuk dari infra merah ini tidak dapat dilihat oleh mata manusia karena mata manusia tidak dapat
menangkap panjang gelombang yang dipancarkan dari inframerah.
2.2. Aplikasi Termografi Infra Merah
Termografi Infra merah sudah banyak di aplikasikan dalam kehidupan sehari-hari. Berikut ini beberapa aplikasi termografi yang sudah ditulis dalam jurnal :
2.2.1. Pemantauan Lingkungan
Leonardo Simanullang dalam jurnal ELECTRICIAN yang berjudul Penentuan Kondisi Udara (Lingkungan) Menggunakan Citra Inframerah menjelaskan
kualitas udara dapat dibedakan dengan citra Inframerah[2]. Melalui penelitiannya alat yang digunakan kamera Fujifilm Fineplex A400 dan kamera Casio QV – R200 serta filter optik yang digunakan berupa negatiffilm. Penentuan kualitas
(Signal to Noise Ratio) yang di dapat setelah citra mengalami proses LPF (Low
Pass Filter), Medium filter dan HPF (High Pass Filter). Hasil dari penelitian ini
adalah kondisi udara yang kotor maupun kondisi udara yang bersih terdapat
perbedaan saat mengalami citra inframerah. Sedangkan nilai dari SNR belum dapat menentukan kondisi udara di lokasi penelitian.
Gambar 2.2. (a) Gambar infra merah dan (b) gambar greyscale[2]
2.2.2. Pemantauan Kualitas Buah
Gambar 2.3. Pendeteksian memar pada apel[3]
J. Varith, G.M Hyde, dkk dalam jurnal Innovative Food Science & Emerging
Technologies 4 (2003) 211-218 yang berjudul Non – Contact Bruise Detection in
Apples by Thermal Imaging menjelaskan buah yang memiliki memar memiliki
perbedaan dengan buah yang tidak memar[3]. Pada penelitiannya menggunakan buah apel sebagai objek penelitiannya. Alat yang digunakan dalam penelitian ini
yaitu ThermalCam PM 390 (FLIR System). Hasil dari penelitian yang dilakukan adalah saat suhu lingkungan dilakukan perbedaan, memar apel dapat terdeteksi.
2.2.3. Aplikasi dalam Bidang Kesehatan
Gambar 2.4. (a) Citra RGB dan (b) Citra Greyscale[4]
Dringhuzen Jekke Mamahit, ST., M.ENG dalam jurnal yang berjudul Detection
Early Breast Cancerby Using Digital Infrared Image Based on
AsymmetryThermal menjelasakan kanker payudara dapat dideteksi lebih dini
menggunakan gambar digital Infrared[4]. Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah Fluke Thermal Imager Model Ti20 dan Matlab sebagai pengolah citra
yang dihasilkan oleh kamera thermal. Dalam hasil penelitian di jelaskan kamera citra Infra merah Fluke dapat mendeksi dini kanker payudara dengan dibuktikan
hasil USG dari pasien yang terdeteksi dini kanker payudara. Selain itu dari pengolahan citra segmentasi deteksi tepi, ekstraksi dan histogram dapat memberikan informasi perbandingan citra yang terdeteksi sakit dengan citra yang
2.2.4. Preventive Maintenance Peralatan Listrik
Gambar 2.5. (a) Gambar input dan (b) Gambar output[5]
Djoko Hari Nugroho, dkk dalam Prosiding PPI – PDIPT 2007 dengan judul Pendekatan Color Segmentation Pada Citra Kamera Termografi Infra Merah untuk Diagram NOSIS Kerusakan Secara Otomatik menjelaskan teknik
pendekatan color segmentation mendeteksi lokasi yang memiliki beda panas dengan daerah sekitarnya[6]. Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah kamera dan software delphi 7.0. Teknik yang dilakukan yaitu dari data gambar
yang didapat dari kamera diubah dalam bentuk RGB ( RED, Green, Blue) dan kemudian dikonversi ke dalam bentuk citra model CMYK ( Cyan, Magenta,
Yellow, Key for Black). Citra CMYK diproses menggunakan pendekatan color segmentation untuk mengetahui adanya kerusakan yang mengasumsikan kerusakan ditampilkan oleh warna kuning citra yang menandakan adanya
titikpanas. Hasil yang didapat dari penelitian ini adalah perangkat ini dapat otomatis mendeteksi adanya kerusakan dengan persentase 80 % dari citra gambar
2.3. Penggunaan Sensor Thermopille Array
Ada beberapa macam dari bentuk dari sensor Thermopille Array. Yang membedakannya adalah banyaknya piksel di dalam sensor. Berikut ini dijelaskan
tentang TPA 81, MLX 90616 dan sensor MLX 90620.
2.3.1. Sensor TPA 81
Gambar 2.6. TPA 81[7]
Sensor TPA 81 merupakan sensor yang diproduksi oleh Devantect. Sensor TPA 81 dapat mendeteksi sinar infra merah dengan panjang gelombang 2um – 22um[7]. Seperti diketahui 1 mikro meter adalah seperjuta meter. Panjang gelombang ini dihasilkan oleh benda yang memiliki panas. Oleh karena itu yang dideteksi oleh sensor TPA 81 hanya radiasi panasnya saja. Dalam Datasheet dijelaskan bahwa
sensor TPA 81 dapat mendeteksi lilin dalam jarak 2 meter tanpa terpengaruh cahaya ruangan. Sensor TPA 81 memiliki 8 buah piksel didalamnya dengan
memiliki sudut pandang 41o terhadap sumbu horizontal serta 6o dalam sumbu vertikal. Sensor TPA memiliki 7 buah pin yang berfungsi untuk mengaktifkan
sensor ini. Diantaranya adalah pin VCC 5v, SDA, SCL, GND, Pulsa Servo, Power Servo, dan GND Servo. Didalam sensor TPA 81 terdapat register yang berfungsi untuk mengaktifkan servo sehingga sensor ini dapat bergerak 180 derajat. Penulis
Robot pemadam api ini melakukan misi pencarian lilin kemudian mematikannya
secepat mungkin.
2.3.2. Sensor MLX 90614
Sensor MLX 90614 merupakan sensor infra merah thermometer yang hanya mempunyai satu piksel di dalamnya[8]. Akurasi yang ditawarkan dalam sensor
MLX 90620 ini yaitu 0.5oC dengan range pembacaan antara 0oC hingga 50oC. Sensor MLX 90614 menggunakan komunikasi i2c untuk pengaktifan sensor.
Dimana terdapat 4 pin yang terdapat dalam sensor MLX 90614 yaitu 3V VCC, GND, SDA, SCL. Dalam penggunaan sensor ini dapat digunakan secara pararel
hingga 100 buah sensor MLX 90614. Sudut pandang dari sensor ini yaitu 10o. Pada datasheet MLX 90616 dapat di aplikasikan sebagai sensor panas pada gudang, pengukuran suhu tubuh, kontrol suhu pada printer, hingga kontrol suhu
pada industri.
2.3.3. Sensor MLX 90620
Gambar 2.8. MLX 90620[9]
Sensor MLX 90620 merupakan sensor yang di produksi oleh MELEXIS yaitu perusahaan yang bergerak dalam pembuatan komponen elektronika yang berfokus pada bidang sensor[9]. Sensor MLX 90620 memiliki 64 piksel sensor di dalamnya.
64 piksel tersebut terbagi dalam 4 baris dan 16 kolom. Sudut pandang dari sensor MLX 90620 yang digunakan yaitu 40o horizontal dan 10.4o vertikal. Melexis
sebagai pengembang dari sensor ini menyediakan perhitungan kalibrasi dari sensor ini dikarenakan setiap device sensor MLX 90620 memiliki kalibrasi yang
berbeda. Sama seperti TPA 81 dan MLX 90614, sensor MLX 90620 dalam pengoprasiannya menggunakan komunikasi i2c. Tegangan yang diperlukan pada sensor ini yaitu 2.6 V dengan konsumsi arus kurang dari 9 mA. Dalam datasheet
MLX 90620, aplikasi yang dapat diterapkan pada sensor ini adalah thermal
scanner, penentuan banyaknya penumpang dalam suatu kendaraan, mendeteksi
suhu kondisi udara untuk perumahan, perkantoran dan industri. Temperatur
Ambient atau temperatur lingkungan dalam pengoprasian sensor ini adalah – 40
o
C hingga 85 oC. Selain itu sensor ini dapat mendeteksi panas dari objek dari – 50 o
Pada penelitian ini menggunakan sensor ini dikarenakan temperatur objek yang
dapat dideteksi oleh sensor ini yaitu 300 oC sehingga objek yang dapat diteliti banyak. Selain itu, dari segi biaya harga yang relatif murah untuk piksel yang
III. METODE PENELITIAN
3.1.Metode Penelitian
Keterangan :
SO = Suhu Objek
SB = Suhu Balik
SL = Suhu Lingkungan
Gambar 3.1 Konsep cara kerja sensor infra merah
Gambar 3.1 menggambarkan prinsip cara kerja dari sensor infra merah yang
dimana terdapat sebuah objek yang akan diukur. Suatu objek yang mepunyai suhu
ditas 0oC akan memancarkan sinar Infra merah. Cara kerja sensor ini yaitu akan
menangkap sinar infra merah yang dipancarkan suatu benda. Suhu yang ditangkap
akan memiliki variasi tinggi rendahnya suhu benda yang diukur. Untuk
SO
SL
membedakan antara suhu lingkungan dengan suhu objek, sensor MLX 90620
memiliki internal sensor didalamnya. Sehingga sensor ini dapat mengukur suhu
lingkungan yang kemudian akan dibandingkan dengan suhu benda objek yang
diukur. Suhu balik kemudin dapat diketahui dengan penambahan antra suhu
lingkungan dengan suhu objek yang diukur. Suhu balik dapat didefinisikan
sebagai berikut :
SB = SL + SO (3-1)
dimana ; SL > TO
SL = TO
SL < TO
Dari rumus (3-1) dapat didefinisikan suhu balik yaitu suhu sumber ditambah suhu
objek, Dimana suhu sumber dapat lebih besar dari suhu objek, suhu sumber
samadengan suhu objek atau suhu sumber dapat kurang dari suhu objek. Selisih
dari suhu sumber dan suhu balik dapat diterjemahkan objek benda yang sedang
diukur apakah suhunya lebih tinggi ataupun lebih rendah.
3.2.Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian dan perancangan tugas akhir ini dilaksanakan mulai dari Juli 2014
sampai Februari 2015, bertempat di Laboratorium Terpadu Teknik Elektro,
bangun pengukuran panas peralatan listrik dengan thermopille array MLX 90620
berbasis mikrokontroller Atmega 2560 dan Raspberry Pi adalah sebagai berikut :
Tabel 3.1 Tabel kegiatan penelitian
Kegiatan Juli 2014 Agustus 2014 September 2014
I II III IV I II III IV I II III IV
Kegiatan Oktober2014 November 2014 Desember 2014
1. Hardware
a. Personal komputer / Laptop
b. Arduino Mega
c. Raspberry Pi
d. 1 Sensor Suhu LM 35
e. 1 Sensor Thermopille Array MLX 90620
f. 2 sensor Hc – SR04
g. 1 Data logger shield
h. 1 buah catu daya power bank 10.000 mAh
i. LED indikator
2. Software
a. Ide Arduino digunakan untuk proses pemrograman mikrokontroller Arduino
Uno.
b. Microsoft excell 2007 digunakan sebagai pencatatan data yang dilakukan oleh
data logger.
c. Python 2.7 digunakan sebagai proses pemrograman pada Raspberry Pi untuk
3.4.Metode/Prosedur Kerja
Dalam penelitian ini, langkah-langkah kerja yang dilakukan adalah sebagai
berikut:
3.4.1.Studi Literatur
Studi literatur dilakukan untuk mempelajari berbagai sumber referensi atau teori
yang berkaitan dengan sistem perancangan pengukuran panas peralatan listrik
menggunakan sensor thermopille array MLX90620, antara lain :
a. Bahasa pemrograman yang digunakan dalam mikrokontroler AVR,
pemrograman mikrokontroller Arduino, dan bahasa python.
b. Aplikasi-aplikasi mikrokontrolerAVR.
c. Mempelajari Thermografi.
d. Penggunaan FLIR sebagai pencitraan visual panas.
e. Memperlajari pengolahan citra melalui python.
f. Pengolahan citra matriks output data melalui python.
g. Pengolahan output sensorMLX90620 untuk pencatatan data secara berkala.
h. Pengolahan output sensor lainnya sebagai pembanding data sensor MLX90620.
3.4.2 Perancangan Blok Diagram
Perancangan blok diagram ini dilakukan agar lebih mudah merealisasikan alat
yang akan dibuat. Secara umum gambar blok diagram sistem dapat di lihat pada
MLX 90620
Gambar 3.3 Blok diagram sistem
3.4.3. Perancangan Perangkat Keras
Implementasi rangkaian dilakukan dengan tahapan-tahapan sebagai berikut:
a. Menentukan sensor dan komponen yang digunakan dalam setiap bagian
perangkat yang akan dibuat.
b. Merangkai perbagian sensor dan komponen ke dalam board Arduino mega
2560.
c. Melakukan pengujian terhadap rangkaian yang telah dibuat pada
masing-masing bagian sensor dan komponen tersebut.
d. Menggabungkan rangkaian perblok yang telah diuji pada sebuah papan
percobaan (project board), melakukan pengujian ulang setelah dilakukan
3.4.4. Pembuatan Program Mikrokontroller
Gambar 3.4. Pemrograman pada IDE Arduino
Pemrograman pada IDE Arduino ini menggunakan bahasa C. Pada IDE Arduino
terdapat library-library yang dapat membantu penulisan pemrograman. Interface
pada IDE arduino ini sangat memudahkan bagi pemula dikarenakan arduino sudah
open source. Sebelum tulisan pemrograman yang kita buat di upload ke
mikrokontroller harus melewati complier. Complier ini yang akan memverifikasi
apakah pemrograman yang ditulis sudah benar ataupun salah. Jika salah complier
akan memberitahukan kepada pengguna letak kesalahan penulisan pada
pemrograman. Complier itu sendiri berguna untuk merubah file C ke dalam
bentuk HEX sehingga tulisan yang dibuat dapat di identifikasi oleh
3.4.5. Pengujian Perangkat Keras dan Program
Pengujian perangkat keras dan program ini dilakukan untuk mengetahui seberapa
besar nilai pembacaan suhupada sensor MLX 90620. Pengujian ini dilakukan
beberapa tahap diantaranya :
a. Komunikasi serial kontroler dengan komputer.
b. Pengendalian pengukuran dengan MLX90620.
c. Penyimpanan data melalui data logging shield.
d. Komunikasi serial antara Raspberry Pi dengan Arduino Mega 2560
e. Pengolahan citra dari data hasil sensor MLX 90620.
f. Pengujian temperature ruangan dengan sensor MLX 90620.
g. Pengujian temperature ruangan menggunakan sensor MLX 90620
dibandingkan dengan sensor LM 35.
h. Pengujian temperature suatu objek misalnya solder, cangkir dengan air
hangat, dan komputer dengan sensor MLX 90620. Dari pengujian ini didapat
3.4.6. Pembuatan Program Python pada Raspberry Pi
Gambar 3.5. Pemrograman pada Python
Pembuatan program Raspberry Pi ini dilakukan dengan menggunakan program
Python 2.7. Pembuatan program ini dilakukan untuk pemprosesan citra dari data
yang diterima melalui serial menjadi matriks berwarna yang mengimpretasikan
suhu dari benda yang diukur. Matriks berwarna ini mengidentifikasikan tingkat
kepanasan suatu objek yang dituju atau yang diukur. Warna biru menandakan
objek tersebut mempunyai temperature normal sedangkan temperature merah
menandakan objek yang diukur memiliki tingkat temperature yang tinggi.
3.4.7. Pengujian Sistem Pengukuran
Pengujian sistem pengukuran ini dilakukan dalam beberapa tahap. Hal ini
dimaksudkan agar pembacaan yang dilakukan oleh sensor MLX 90620
merupakan nilai yang benar dari temperature objek yang diukur. Untuk menguji
a. Melakukan kalibrasi dengan sensor LM 35
Pengujian ini dimaksudkan melihat akurasi pembacaan temperature
lingkungan dari sensor MLX 90620 terhadap sensor LM 35. Dalam
pengukuran ini sistem tidak melakukan pengukuran terhadap benda panas
melainkan sistem akan melakukan pengukuran terhadap suhu lingkungan.
Hasil yang didapat nantinya akan mereprentasikan akurasi dari pembacaan
setiap pixel sensor MLX 90620.
b. Melakukan kalibrasi dengan Infrared Temperature Fluke
Dalam melakukan kalibrasi dengan Infrared Temperature Fluke ini
menggunakan sebuah plat besi berukuran 18 cm x 58 cm. Dalam melakukan
kalibrasi dengan Infrared Temperature ini berbeda dengan kalibrasi dengan
sensor LM 35. Dalam kalibrasi ini, plat besi diberi ukuran 1 cm x 1 cm
dengan menyesuaikan matriks yang dihasilkan dari sensor MLX 90620.
Matriks yang dihasilkan dari MLX 90620 ini yaitu 4 baris dengan 16 kolom.
Sebuah plat besi dalam pengujian kali ini menggunakan benda seterika akan
ditempelkan ke plat besi tersebut. Kemudian plat besi ini akan diukur
menggunakan Infrared Temperature Fluke setiap kotak satu per satu.
Selanjutnya sistem akan melakukan pengukuran dengan cara memindahkan
jarak pengukuran antara sistem dengan objek plat ini. Sehingga nantinya akan
mendapatkan jarak optimal yang menyerupai pengukuran dari Infrared
3.4.8. Analisa dan Pembahasan
Analisa dilakukan dengan cara membandingkan antarahasilpengukuran panas
transformator yang didapat dengan hasil datasheet dari transformator distribusi
yang diukur sehingga di dapat kesimpulan mengenai sistem pengukuran panas
transformator ini efektif dan efisien.
3.4.9 Pembuatan Laporan
Akhir dari tahap penelitian ini adalah pembuatan laporan dari semua kegiatan
penelitian yang telah dilakukan.
3.5. Spesifikasi dan Perancangan Sistem
3.5.1. Karakteristik Sistem
Spesifikasi alat yang dibuat adalah sebagai berikut :
1. Pengolahan sensor MLX90620, sensor LM35, dan Sensor HC-SR04 dilakukan
di mikrokontroler Arduino Mega 2560.
2. Sensor MLX 90620 memiliki 64 pixel sensor yang terdiri dari 4 baris dan 16
kolom pixel.
3. Hasil keluaran sensor MLX90620 kemudian dikirim ke Raspberry Pi melalui
USB serial untuk diolah citra yang dihasilkan oleh sensor tersebut.
4. Citra yang di peroleh kemudian di interpolasi dengan 3 cara yaitu interpolasi
Nearest, interpolasi Bilinear, dan interpolasi Bicubbic.
5. Hasil pengolahan sensor MLX90620 ini menggunakan i2c dalam komunikasi
dengan mikrokontroller Atmega 2560.
6. Hasil dari pengukuran oleh sensor MLX 90620, LM 35, dan sensor HC-
7. SR04 ini disimpan di data logger berupa file .txt .
3.5.2.Cara Kerja Sistem
Secara umum, cara kerja sistem pengukur panas peralatan listrik ini akan
menggunakan sistem kendali open loop. Ilustrasi sistem dapat dilihat pada gambar
3.7.
Masukan dari sistem ini yaitu sensor MLX 90620, sensor LM 35, dan Sensor
HC-SR04. Sensor Ketiga sensor ini kemudian diolah dengan mikrokontroller Arduino
Mega 2560. Selanjutnya data ketiga sensor ini akan disimpan dengan sebuah
datalogger. Di datalogger ini akan tersimpan nilai dari pembacaan sensor MLX
90620, Sensor LM 35, sensor HC – SR04, dan waktu melakukan pengukuran.
Sesudah disimpan dalam datalogger data MLX 90620 akan dikirimkan ke mini
komputer Raspberry Pi melalui USB serial. Nilai data sensor MLX 90620
diharapkan mendapatkan nilai yang ideal dengan cara pengukuran jarak antara
alat yang dibuat dengan objek yang akan diukur. Selanjutnya data yang diterima
akan diolah menjadi sebuah matriks yang berukuran 4 baris dan 16 kolom yang
kemudian akan diubah menjadi citra berwarna yang mereprentasikan suhu dari
objek yang diukur dengan software Python 2.7. Citra berwarna yang di hasilkan
kemudian diinterpolasi dengan 3 cara interpolasi yaitu interpolasi Nearest,
interpolasi Bilinear dan interpolasi Bicubic.
3.6. Diagram Alir Sistem Pengukuran Panas
Dari gambar 3.8. dapat dilihat diagram alir dari sistem pengukuran panas dengan
thermopille array MLX 90620. Diagram alir ini tidak memiliki caption atau
meriview dari pembacaan masing - masing sensor dikarenakan sistem yang
dibangun adalah sistem dengan kendali openloop.
Pada sistem pengukur panas peralatan listrik yang akan dibuat ini, diagram alir
Mulai
Gambar 3.8. Diagram alir sistem
Sistem akan dimulai dengan pembacaan nilai dari temperature MLX 90620.
Untuk diagram alir pembacaan temperature MLX 90620 dapat dilihat pada
gambar 3.8. Selanjutnya yaitu pembacaan berturut-turut adalah pembacaan sensor
oleh sensor LM 35 dan sensor HC-SR04. Kemudian semua data yang didapat
akan disimpan dalam datalogger dan selanjutnya data MLX 90620 akan
dikirimkan ke Raspberry Pi untuk dilakukan pembentukan citra. (Rangkaian
3.6.1 Diagram Alir Sensor MLX 90620
Mulai
Stop
MLX 90620, EEPROM, TA, TO
Baca EEPROM
Menghitung TA
Baca TO
Cetak Temperature
Cetak Temperature
Gambar 3.9. Diagram alir sensor MLX 90620
Dari gambar 3.9. yang merupakan diagram alir sensor MLX 90620 terdapat
persiapan yaitu diantaranya 64 pixel MLX90620 sebagai masukan, EEPROM
yang merupakan penyimpanan dari kalkulasi alpha i dan j, Temperature ambient
(TA) yang merupakan temperature lingkungan, dan Temperature Object (TO)
yang merupakan temperature dari objek yang diukur. Sensor MLX 90620
menggunakan rangkaian I2C yang terdiri dari SDA dan SCL. Pulsa dibangkitkan
Gambar 3.10 Rangkaian MLX 90620
Gambar 3.10 merupakan rangkaian dari sensor MLX 90620. Rangkaian MLX
90620 terdapat reistor pull up pada pin SDA. Tegangan yang diperlukan untuk
mngaktifkn sensor MLX 90620 yaitu 2.6 VDC.
3.6.2 Diagram Alir sensor LM 35
Mulai
Stop PIN LM35, TEMPC
Tempc = (5 * PINLM35*100)/1024
Cetak Tempc Baca PIN LM
35
Gambar 3.11. Diagram alir sensor LM 35
Diagram alir sensor LM 35 terdiri dari persiapan yaitu masukan pin analog pin
LM35 dan inisialisasi dari sensor LM 35. Sensor LM 35 memiliki sensivitas
dibaca akan naik 1oC. Sensor LM 35 merupakan sensor degan penggunaan
analog. Sehingga pin keluaran dari sensor ini akan menjadi masukan pada
mikrokontroller Arduino Mega 2560. Rumus dari LM 35 menjadi :
Temperatur = ∗� ∗ (3-2)
Dimana :
5 = Tegangan input
Out = Tegangan output dari LM 35
100 = Hasil dari pembagian �
��
1024 = Hasil bilangan dari desimal dari 10 bit bilangan biner
Dapat dijelaskan dari rumus (3-2) tegangan output diubah menjadi temperatur.
Dengan mengingat bahwa 10 mV/oC maka didapat nilai 100 yaitu hasil pembagia
1 V dibagi 10 mV. Kemudian 1024 merupakan nilai dari 10 bit bilangan biner.
3.6.3. Diagram Alir sensor HC-SR04
Gambar 3.13. merupakan diagram alir dari sensor HC-SR04. Sensor HC-SR04
merupakan sensor jarak yang prinsip kerjanya adalah Pin trigger akan
mengeluarkan sonar yang kemudian akan ditangkap melalui pin Echo.
Perhitungan ini kemudian menggunakan kecepatan suara sebagai medianya.
Selanjutnya hasil jarak ini akan dicetak dan disimpan dalam datalogger.
Mulai
digunakan untuk mengaktifkan sensor HC-SR04 yaitu 5VDC. Pin echo
merupakan pin yang menerima sinyal. Kemudan pin Trigger adalah pin yang
mengeluarkan sinyal suara. Kedua pin ini akan dihubungkan dengan pin digital
Gambar 3.14. Rangkaian HC – SR04
3.6.4 Diagram Alir Pembuatan Citra pada Software Python 2.7
Gambar 3.15. Diagram alir pembuatan citra pada software Python 2.7
Gambar 3.15. merupakan diagram alir pembuatan citra pada software Python 2.7.
Dari diagram diatas dapat dilihat masukan dari diagram ini yaitu 64 data MLX
90620. Selanjutnya 64 data tersebut dibentuk matriks berbentuk 4 baris dan 16
kolom. Pembentukan ini menggunakan library numpy dan matplotlib. Library ini
disediakan oleh python yang berguna untuk mengolah gambar. Dengan bantuan
library matplotlib pembentukan gambar akan semakin mudah. Dalam proses ini
akan dibentuk 3 buah gambar interpolasi yaitu interpolasi Nearest, interpolasi
Billinear dan interpolasi Bicubic. Selanjutnya gambar ini akan disimpan dengan
pengkodean nomor didepan nama gambar untukmembedakan gambar-gambar
V. SIMPULAN DAN SARAN
5.1. Simpulan
Dari serangkaian penelitian, pengujian dan analisa dapat disimpulkan sistem
pengukuran panas dengan MLX 90620 adalah sebagai berikut :
1. Sistem pengukuran panas menggunakan thermopille array MLX 90620
memiliki jarak pengukuran ideal yaitu 35 cm. Hal ini didasarkan pada
hasil pengujian kalibrasi pembanding dengan Infrared Thermometer
Fluke.
2. Sistem pengukuran panas dengan thermopille array MLX 90620 terdapat
kerusakan pada 13 piksel dari 64 piksel yang ada. Hal ini sangat
mempengaruhi hasil pencitraan melalui visual dalam gambar.
3. Dalam melakukan pengukuran, letak dari sistem sangat menentukan hasil
dari pengukuran terhadap objek yang diukur.
4. Sistem pengukuran panas dengan MLX 90620 dapat melakukan
pengukuran hingga jarak lebih dari 50 cm yang dapat dilihat dari hasil
pengujian.
5. Sistem pengukuran panas dengan MLX 90620 dapat mencitrakan bentuk
suatu benda yang memiliki panas.
6. Sistem pengukuran dengan MLX 90620 belum diterapkan dalam suatu
5.2. Saran
Adapun saran yang dapat diberikan untuk penelitian selanjutnya adalah sebagai
berikut :
1. Membuat sistem yang terintegrasi dengan kamera Infrared pada Raspberry
Pi untuk meningkatkan akurasi dari pembacaan yang dilakukan oleh
sensor MLX 90620.
2. Membuat desainyang lebih ringan dan lebih ringkas sehingga kedepannya
sistem ini dapat sebagai muatan Quadcopter.
3. Menggunakan sensor Thermopille yang memiliki piksel yang lebih besar
agar cakupan FOV ( Field Of View ) lebih lebar dan akurat.
4. Menggunakan Raspberry Pi type 2 B yang memiliki kapasitas memori 1
GB agar pemrosesan gambar lebih cepat.
5. Mengembangkan sistem agar dapat dikendalikan secara manual dan
otomatis.
6. Mengembangkan sistem yang real time dimana data yang masuk adalah
DAFTAR PUSTAKA
[1] David Cooper Wiliam. 1984. Electronic Instrumentation nd Measurment
Technique, 2nd ed. Penerbit Erlangga. Jakarta.
[2] Simanuang, Leonardo, dkk. 2013 . Penentuan Kondisi Udara (Lingkungan)
Menggunakan Citra Inframerah. Electrician Jurnal Rekayasa dan Teknik
Elekro. Lampung.
[3] Varith J, dkk. 2013. Non-Contact Bruise Detection in Apples by Thermal
Imaging Novative Food and Science and Emerging Technologies.
Washington.
[4] Jekke Mamahit, D. 2010. Detection Early Breast CancerBy Using Digital Infrared
Image Based on Asymmetry Thermal. Jurnal. Semarang.
[5] Hai Nugroho, Djoko. 2007. Pendekatan Color Segmentation Citra Kamera
Termografi Infra Merah untuk Diagnosis Kerusakan secara Otomatik.
Proshiding PPI. Yogyakarta.
[6] Datasheet TPA 81
[7] Datasheet MLX 90620
Kadir, Abdul. 2005. Dasar Pemrogrman Python. Penerbit Andi. Yogyakarta.
Prasetyo, eko. 2011. Pengolahan Citra Digital dan Aplikasinya Menggunakan
Mathlab. Penerbit Andi. Yogyakarta.
Rossum, Guido van, & Drake, Fred L. 2004. Python Library Reference Release 2.4.
Python Software Foundation.
Rahman Alma, Vidi. 2009. Aplikasi TPA pada Deteksi Posisi. Universitas
Diponegoro. Semarang.
Widada, W. 2005. Aplikasi Digital Expnential Filtering untuk Embeded Sensor
Payload Roket. Proshiding Semiloka Teknologi Simulasi dan Komputasi
serta Aplikasi. Lembaga Penerbangan dan Antarikasa Nasional. Bogor.