Oleh :
Andy Imanuel Maha NIM 4123240002 Program Studi Fisika
SKRIPSI
Diajukan Untuk Memenuhi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Sains
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS NEGERI MEDAN
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Binjai, Sumatera Utara pada tanggal 24 Mei 1994.
Ayah bernama (Alm) AKP. P. Maha dan Ibu bernama Itaria Wau. Penulis
merupakan anak ke-3 dari 3 bersaudara. Pada tahun 2001 penulis masuk SD RK St.
Fransiskus Asisi dan lulus pada tahun 2006 di SD RK Panti Budaya Kisaran. Pada
tahun 2006, penulis melanjutkan sekolah ke SMP Negeri 1 Kisaran dan lulus pada
tahun 2009. Pada tahun 2009, penulis melanjutkan sekolah ke SMA Negeri 1
Kisaran dan lulus pada tahun 2012. Pada tahun 2012, penulis mengikuti SNMPTN
jalur tertulis yang kemudian lulus dan diterima di Program Studi Fisika, Fakultas
KONSTRUKSI TIMBANGAN DIGITAL MENGGUNAKAN LOAD CELL BERBASIS ARDUINO UNO DENGAN
TAMPILAN LCD (Liquid Crystal Display)
Andy Imanuel Maha (4123240002)
ABSTRAK
Telah dilakukan penelitian konstruksi timbangan digital dengan
menggunakan load cell berbasis Arduino Uno dengan tampilan LCD (Liquid
Crystal Display) dengan tujuan untuk membuat listing program timbangan digital
yang dirancang, serta untuk mengetahui persentase error dari timbangan digital
yang dirancang.
Dalam penelitian ini digunakan perangkat keras (hardware) yaitu sensor
load cell, Arduino Uno, Mikrokontroler ATMega328, HX711, dan LCD. Proses
kerjanya timbangan dimulai dengan tegangan yang diterima load cell dari beban
yang diberikan akan diteruskan ke HX711 sebagai penguat sinyal, kemudian
diteruskan melalui ADC arduino. Kemudian sinyal tadi diolah oleh ATMega328
dengan menggunakan bahasa C pada Arduino Uno agar tampilan yang keluar
pada LCD sesuai dengan yang diinginkan.
Konstruksi timbangan digital dengan menggunakan load cell berbasis
Arduino Uno dengan menggunakan tampilan LCD (Liquid Crystal Display)
berhasil dibuat dengan hasil uji yang telah memenuhi standar, dengan hasil
pengujian timbangan dalam satuan gram (gr). Hasil pengujian timbangan digital
yang telah dilakukan dengan rata – rata persentase kesalahan sebesar 0,39%.
Perhitungan pengukuruan massa yang mampu dideteksi alat dengan baik yaitu
pada range 189,09 gr hingga 449,27 gr dengan tingkat kepercayaan 95%.
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa yang
telah memberikan kemudahan dan limpahan Rahmat-Nya sehingga penulis dapat
menyelesaikan skripsi yang berjudul “Konstruksi Timbangan Digital Menggunakan Load Cell Berbasis Arduino Uno dengan Tampilan LCD (Liquid Crystal Display)”. Penulis menyadari bahwa selama proses penyusunan ini tidak terlepas dari bantuan, bimbingan maupun dorongan berbagai pihak.
Dalam kesempatan ini penulis ingin menyampaikan terima kasih kepada Bapak
Dr. Ridwan Abdullah Sani, M.Si, selaku dosen Pembimbing Skripsi serta Bapak
Drs. Abdul Hakim, M.Si selaku dosen penguji, Bapak Dr. Alkhafi Maas Siregar,
M.si selaku dosen penguji dan Ketua Jurusan Fisika, dan Bapak Drs. Rappel
Situmorang, M.Si selaku dosen penguji. Penulis juga mengucapkan terima kasih
kepada Bapak Prof. Dr. Nurdin Bukit, M.Si selaku dosen Pembimbing Akademik
dan seluruh staf dan pegawai jurusan Fisika FMIPA UNIMED.
Ucapan terima kasih yang teristimewa kepada orang tua penulis.
Ayahanda Alm AKP. Purnama Maha, Ibunda Itaria Wau yang telah merawat dan
memberikan penulis kasih sayang yang melimpah sampai dewasa ini dan ucapan
terima kasih kasih kepada abang penulis Leonardo Maha dan Bryan Richad Maha
yang telah memberikan semangat dan Doa kepada penulis dalam menyelesaikan
skripsi ini. Penulis juga berterima kasih kepada teman - teman sekelas Fisika
NonDik 2012 Dayah, Elvina, Ulfa, Marlina, Tika, Irma, Sri, Dini, Cindy, Lili,
Intan, Heryanto, Konny, Rita, Clara, Suryani, Peter, Wahyu, Reza, Ibrahim,
Viktor, Renny, Erni, Isrin, Habibi, Gloria, Nila, Alfrina, Evan, Hendro, Nurhayati,
Gordon, Juliana, Marnala yang telah memberikan semangat selama penulis
mengikuti perkuliahan sampai saat ini.
Dalam penulisan skripsi ini penulis telah berusaha semaksimal mungkin.
Akan tetapi penulis tidak pernah lepas dari khilaf dan salah baik dalam penulisan
untuk kesempurnaan skripsi penulis. Akhir kata penulis ucapkan terima kasih,
semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi pengembangan penelitian selanjutnya.
Medan, Maret 2017
Penulis,
Andy Imanuel Maha
DAFTAR ISI
Halaman
Lembar Pengesahan i
Riwayat Hidup ii
Abstrak iii
KATA PENGANTAR iv
DAFTAR ISI vi
DAFTAR GAMBAR ix
DAFTAR TABEL x
DAFTAR LAMPIRAN xi
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar belakang 1
1.2 Identifikasi Masalah 3
1.3 Batasan Masalah 3
1.4 Rumusan Masalah 4
1.5 Tujuan Penelitian 4
1.6 Manfaat Penelitian 4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Massa 5
2.1.1 Ringkasan Konsep Massa 5
2.2 Sensor Beban (Strain Gauges) 7
2.3 Parameter – Parameter Strain Gauge 7
2.3.1 Panjang Gauge 7
2.3.2 Resistansi Gauge 8
2.3.3 Kemampuan Ukur Regangan (Measurable Strain) 8
2.3.4 Rentang Suhu (Temperature Range) 8
2.3.5 Faktor Gauge (K) 8
2.3.6 Sensitifitas Transfer 8
2.3.7 Termal Output 8
2.3.8 Usia Fatigue (Lelah) 9
2.4 Load Cell 9
2.4.1 Load Cell CZL635 10
2.5 Arduino Uno 11
2.5.1 Skema Rangkaian Arduino Uno R3 12
2.5.2 Konfigurasi Pin Arduino Uno R3 13
2.5.3 Analog to Digital Converter (ADC) 14
2.6.1 Fitur Mikrokontroler 16 2.6.2 Skematik Mikrokontroler ATMega328 17
2.6.3 Konfigurasi Pin ATMega328 19
2.7 LCD (Liquid Crystal Display) 22
2.8 Perangkat Lunak 24
2.8.1 Bahasa C 24
2.8.2 Penulisan Bahasa C 25
2.8.3 Bahasa Arduino 25
BAB III METODE PENELITIAN
3.1 Tempat dan Waktu Penelitian 27
3.2 Alat dan Bahan Penelitian 27
3.3 Prosedur Penelitian 28
3.4 Rancangan Sistem 29
3.5 Perancangan Blok Rangkaian Instrumentasi 31 3.5.1 Rangkaian Sensor Massa (Load Cell) 31 3.5.2 Rangkaian Minimum LCD (Liquid Crystal Display) 32 3.5.3 Rangkaian Keseluruhan Alat yang Dirancang 32
3.5.4 Proses Kerja Alat 33
3.6 Perancangan Software 33
3.7 Teknik Analisis Data 34
3.8 Diagram Alir Penelitian 35
BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN
4.1 Hasil Penelitian 36
4.1.1 Deskripsi Penelitian 36
4.1.2 Pengujian Rangkaian Timbangan Digital 38 4.1.2.1 Pengujian Rangkaian Pengkondisi Sinyal 38 4.1.2.2 Pengujian Rangkaian LCD (Liquid Crystal Display) 39 4.1.3 Pengujian Keseluruhan Sistem Timbangan Digital 41
4.1.3.1 Batas Ukur Timbangan Digital 41
4.1.3.2 Daya Beda 41
4.1.3.3 Hasil Pengujian Pembacaan Sensor Terhadap Timbangan Standar 41
4.1.3.4 Sensitivitas Alat 44
4.1.3.5 Pengujian Tingkat Keakurasian Alat 45 4.1.3.5.1 Pengujian Ketepatan (Repeatability) 45
4.1.3.5.2 Pengujian Eksentrisitas 46
4.1.3.5.3 Pengujian Kebenaran 47
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan 49
5.2 Saran 49
DAFTAR GAMBAR
Halaman Gambar 2.1 Load Cell tampak dari samping 9
Gambar 2.2 Load Cell CZL635 11
Gambar 2.3 Skematik Rangkaian Arduino Uno R3 12
Gambar 2.4 Spesifikasi Hardware Arduino Uno R3 13
Gambar 2.5 Proses Konversi pada ADC 15
Gambar 2.6 Diagram Blok Mikrokontroler ATMega328 17
Gambar 2.7 Konfigurasi Pin ATMega328 19
Gambar 2.8 LCD (Liquid Crystal Display) 23
Gambar 2.9 Pin LCD (Liquid Crystal Display) 23
Gambar 2.10 Penggunaan Pin LCD 23
Gambar 3.1 Blok Diagram Sistem Secara Keseluruhan 30
Gambar 3.2 Skematik Load Cell 31
Gambar 3.3 Rangkaian Minimum LCD 32
Gambar 3.4 Load Cell yang sudah dihubungkan dengan Arduino Uno 32
Gambar 3.5 Diagram Alir Penelitian 35
Gambar 4.1 Skema Rangkaian Timbangan Digital 37
Gambar 4.2 Bentuk fisik timbangan digital yang telah dirancang 37
Gambar 4.3 Arduino Uno yang telah dihubungkan dengan LCD 16x2 39
Gambar 4.4 Listing Program untuk tampilan pada LCD 40
Gambar 4.5 Output hasil dari pengujian LCD 40
Gambar 4.6 Grafik Perbandingan HPAS dengan HPAR 43
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1 Mekanis Load Cell CZL635 10
Table 2.2 Bagian Keslistrikan dari Load Cell CZL635 11
Tabel 2.3 14 Pin Digital Input-Output Arduino Uno 14
Tabel 2.4 6 Pin Analog Arduino Uno 14
Tabel 2.5 Konfigurasi Port B 20
Tabel 2.6 Konfigirasu Port C 21
Tabel 2.7 Konfigurasi Port D 22
Tabel 2.8 Fungsi Pin LCD (Liquid Crystal Display) 23
Tabel 3.1 Alat Penelitian 27
Tabel 3.2 Bahan Penelitian 27
Tabel 3.3 Hasil Pengujian Alat 34
Tabel 4.1 Hasil Pengujian Pengkondisi Sinyal Terhadap Beban 38
Tabel 4.2 Hasil Pengujian Timbangan Digital 42
Tabel 4.3 Hasil Pengukuran Ketepatan (Repeatability) 46
Tabel 4.4 Hasil Pengujian Eksentrisitas Timbangan 46
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
Lampiran I List Pemrograman 52
Lampiran II Data Sheet Load Cell CZL 635 55
Lampiran III Data Sheet Arduino Uno R3 59
Lampiran IV Data Sheet Mikrokontroler ATMega328 62
Lampiran V Data Sheet HX711 64
Lampiran VI Data Sheet LCD (Liquid Crytal Display) 73
Lampiran VII Dokumentasi Penelitian 76
Lampiran VIII Perhitungan Pengolahan Data 86
Lampiran IX Surat Keterangan Penugasan Dosen PS 88
Lampiran X Surat Izin Penelitian 89
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang
Seiring dengan perkembangan teknologi dan ilmu pengetahuan pada
bidang elektronika mengalami kemajuan yang pesat dan memberikan kemudahan
bagi manusia untuk memenuhi kebutuhan hidup sehari-hari. Dengan kemajuan
tersebut, membuat manusia memanfaatkan teknologi yang ada untuk
mempermudah kehidupannya. Misalnya dalam hal pengukuran massa (Hidayani,
dkk, 2013).
Perkembangan ini juga telah menjangkau hampir seluruh aspek kehidupan
manusia. Digitalisasi alat ukur analog adalah salah satu contohnya dan hampir
diterapkan pada semua jenis alat ukur modern. dari sejumlah piranti ukur yang
beralih dari analog ke digital tersebut salah satunya adalah timbangan (Kamirul,
dkk, 2015).
Timbangan digital dapat dirancang dengan menggunakan load cell sebagai
sebuah sensor gaya yang banyak digunakan dalam industri yang memerlukan
peralatan untuk mengukur massa. Secara umum, load cell dan sensor gaya berisi
pegas (spring) logam mekanik dengan mengaplikasikan beberapa foil metal strain
gauges (SG). Strain dari pegas mekanik muncul sebagai pengaruh dari
pembebanan yang kemudian ditransmisikan pada strain gauges. Pengukuran
sinyal yang dihasilkan dari load cell adalah dari perubahan resistansi strain gauge
yang linear dengan gaya yang diaplikasikan.
Pada penelitian Rukmana, dkk (2014) yang menggunakan load cell
CZL635 dapat menimbang barang maksimum sebesar 0,58 gram dan minimum
0,19 gram. Motor servo SG-5010 juga digunakan dalam penelitian ini bertujuan
untuk mendorong barang yang akan disortir. Dalam pengujian ini perubahan nilai
ADC berbanding lurus terhadap perubahan sampel beban. Program antar muka
dapat menampilkan hasil ukur load cell sesuai dengan nilai yang ditampilkan pada
LCD mikrokontroler. Program penyortiran barang dengan mikrokontroler ini
dapat bekerja dengan baik, namun pada motor servo SG-5010 yang digunakan
Putra (2014) merancang sebuah prototype neraca digital dengan
menggunakan load cell CZL635 berbasis mikrokontroler ATmega16. Hasil
kalibrasi menunjukkan bahwa neraca digital yang telah dibuat dapat mengukur
perubahan massa minimum sebesar 8,40 gram. Hal tersebut dikarenakan
keterbatasan resolusi ADC yang digunakan yaitu 10 bit. Hasil pengujian yang
telah berhasil dilakukan adalah untuk mengukur massa bertahap dan penerapan
pengukuran massa jenis. Keakuratan nilai yang diukur oleh neraca digital yang
dibuat masih memiliki error yang cukup besar dalam mengukur pembacaan massa
dibawah 200 gram. Hal tersebut juga mempengaruhi hasil pengukuran massa
jenis.
Alvian (2014) merancang sebuah prototype penimbang gula otomatis
menggunakan sensor load cell bertipe LAB-B-B berbasis ATMega16 dan
menggunakan penguat INA125 dengan penguatan sinyal sampai 10.000 kali.
Sistem pada prototype penimbang gula lebih cepat ketika melakukan
penimbangan dengan massa 250g hanya dalam waktu 6,8 detik, massa 500g hanya
dalam waktu 7,3 detik, massa 1000g hanya dalam waktu 12,9 detik dan massa
3000g hanya dalam waktu 36,3 detik.
Kusriyanto (2016) merancang sebuah timbangan digital terintegrasi
informasi BMI (Body Mass Index) dengan keluaran suara berbasis Arduino Mega
2560. Dari hasil perancangan sistem alat pengukur tinggi dan berat badan
didapatkan design yang terbaik dan tepat guna. Dari hasil pengujian alat
pengukuran berat badan didapat hasil error sebesar 0,43% mengindikasikan
bahwa alat pengukur berat badan sudah berjalan sesuai dengan hasil yang ingin
dicapai, sedangkan hasil pengujian suara yang didapatkan bahwa modul suara
juga bekerja dengan baik tanpa memiliki kesalahan.
Berdasarkan dari uraian di atas, peneliti akan membuat suatu timbangan
digital yang menggunakan laptop sebagai sumber tegangan dari timbangnan
digital yang akan dirancang. Dengan menggunakan laptop, maka hasil
penimbangan dapat diolah dan disimpan dengan baik. Peneliti menggunakan
Arduino Uno R3. Dimana pada Arduino telah terdapat ADC sebagai pengkonversi
masukan, data analog yang diperoleh akan diterima oleh ADC akan diubah
menjadi data digital. Data digital tadi akan diproses kembali oleh bahasa C pada
Arduino untuk menampilkan hasil pada LCD dengan satuan gram (gr). Dalam
kaitannya dengan hal tersebut, maka penulis merancang sebuah alat yang
berhubungan dengan massa atau biasa disebut dengan timbangan digital yang
menggunakan load cell. Dengan menampilkan suatu hasil secara digital, sehingga
diharapkan hasil yang diperoleh bisa lebih baik. Adapun penelitian yang akan
dilakukan berjudul “Konstruksi Timbangan Digital Menggunakan Load Cell Berbasis Arduino Uno dengan Tampilan LCD (Liquid Crystal Display)”. 1.2 Identifikasi Masalah
Berdasarkan latar belakang di atas peneliti mengidentifikasi masalah
sebagai berikut :
1. Kurang maksimalnya penggunaan laptop sebagai media penyimpanan data
yang telah didapat setelah pengukuran.
2. Jarangnya penggunaan Arduino Uno sebagai basis suatu timbangan digital
yang mengakibatkan alat menjadi tidak praktis.
1.3 Batasan Masalah
Untuk memberi ruang lingkup yang jelas dalam penelitian ini penulis
membatasi masalahnya yaitu :
1. Alat yang dirancang berupa timbangan digital.
2. Perangkat keras yang digunakan berbasis Arduino.
3. Sensor massa yang digunakan adalah load cell sebagai penerima input.
4. Data pengukuran yang ditampilkan ke LCD berupa angka dengan satuan
1.4 Rumusan Masalah
Dari latar belakang yang telah diuraikan, maka masalah dirumuskan
sebagai berikut :
1. Bagaimana proses kerja alat yang akan dirancang hingga menghasilkan
nilai digital pada LCD?
2. Bagaimana persentase error timbangan digital dengan mengunakan load
cell berbasis Arduino Uno dengan tampilan LCD?
1.5 Tujuan Penelitian
Dari rumusan masalah di atas, maka tujuan pembuatan alat ini yaitu :
1. Untuk mengetahui proses kerja alat yang akan dirancang hingga
menghasilkan nilai digital pada LCD.
2. Untuk mengetahui persentase error timbangan digital dengan mengunakan
load cell berbasis Arduino Uno dengan tampilan LCD.
1.6 Manfaat Penelitian
Penelitian ini diharapkan dapat memberikan alternatif dalam pengukuran
massa dengan harga yang murah dan sederhana dalam pengoperasiannya pada
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan
Setelah dilakukan pembuatan alat ukur timbangan digital menggunakan
load cell kemudian melakukan pengujian alat, maka dapat diambil kesimpulan :
1. Konstruksi timbangan digital menggunakan load cell yang digunakan
sebagai penerima sinyal berupa tegangan analog dari beban berbasis
Arduino Uno yang mengubah tegangan analog menjadi digital kemudian
ditampilkan pada LCD berhasil dibuat dengan hasil yang baik.
2. Hasil pengujian keseluruhan dari timbangan digital yang telah didapat
yaitu nilai rata – rata persentase kesalahan sebesar 0,39%. Perhitungan
pengukuran massa yang mampu dideteksi alat dengan baik yaitu pada
range 189,09 gr hingga 449,27 gr dengan tingkat kepercayaan 95%.
5.2 Saran
Berdasarkan hasil penelitian timbangan digital dengan load cell ini,
peneliti memberikan saran untuk penelitian selanjutnya, yaitu :
1. Alat yang dirancang tidak dapat mengukur beban dibawah 1,00 gram,
maka sebaiknya sensor yang digunakan yaitu load cell khusus untuk
pengukuran skala kecil.
2. Karena masih tersedianya port yang masih kosong, maka timbangan
digital ini dapat dikembangkan untuk mencatat data beberapa masukan
DAFTAR PUSTAKA
Alvian, R., (2014), Prototipe Penimbang Gula Otomatis Menggunakan Sensor Berat Berbasis ATMega16., Malang: Fakultas Teknik Universitas Brawijaya, Skripsi
Arduino., (2011), Arduino Manual Documentation and Product Specificatiom, Arduino Official Site.
Arifin, J., Sumardi., Iwan. S., (2008), Model Timbangan Digital Menggunakan Load Cell Berbasis Mikrokontroler AT89S5, Semarang: Fakultas Teknik Universitas Diponegoro.
Assa’idah., Yulinar. A., (2009), Investigasi Terhadap Kemampuan 2 tipe ADC, Palembang: FMIPA Universitas Sriwijaya., Jurnal Penelitian Sains, Volume 12, Nomor 2(B) 12205
Banzi, M., (2008), Getting Started With Arduino, 1 Edition. O’Reilly Media, Inc, Sebastopol, AS.
Hidayani, T.U., Tri. M., Abdul. R., Dedy. H., (2013), Rancang Bangun Timbangan Buah Digital Dengan Keluaran Berat dan Harga, Palembang: AMIK GI MDP.
Istiyanto, E. J., (2013), Pengantar Elektronika dan Instrumentasi, Yogyakarta: Penerbit ANDY.
Iswanto., (2008), Belajar Mikrokontroler Dengan Bahasa C, Yogyakarta: Penerbit ANDY.
Kamirul., Syahwanti, H., Nelvi, A., dan Hendro, M.S., (2015), Rancang Bangun Data Logger Massa Menggunakan Load Cell, Prosiding SKF 2015, ISBN : 978-602-19655-9-7
Khakim, A., (2015), Rancang Bangun Alat Timbangan Digital Berbasis AVR Tipe ATMega32, Semarang: Universitas Negeri Semarang., Skripsi
Kusriyanto, M., Saputra, A., (2016), Rancang Bangun Timbangan Digital Terintegrasi Informasi BMI Dengan Keluaran Suara Berbasis Arduino Mega 2560, Yogyakarta: FTI UII., Teknoin Volume 22 No. 4 Desember 2016 : 269-275
Putra, G. I., (2014), Perancangan dan Penerapan Neraca Digital Untuk Percobaan Menentukan Massa Jenis Zat Padat, Surabaya: FMIPA Universitas Negeri Surabaya., Jurnal Fisika. Volume 03 Nomor 03 Tahun 2014, hal 16-20
Rukmana, I. C. A., Ro’uf. A., (2014), Aplikasi Sensor Load Cell pada Purwarupa Sistem Sortir Barang, Yogyakarta: FMIPA UGM., IJEIS, Volume 4, Nomor 1, April 2014, ISSN: 2088-3714
Sudirham, S., (2002), Analisis Rangkaian Listrik, Bandung: Penerbit ITB.
Sudjana, (2005), Metoda Statistika Edisi ke-6, Bandung : Penerbit Tarsito.
Tokheim, L. R., (1994), Digital Electronic Fouth Edition, McGRAW-HILL, Inc.
Tooley, M., (2003), Rangkaian Elektronika Prinsip dan Aplikasi Edisi Kedua, Jakarta: Erlangga.
http://www.jam-statistic.id/2014/05/pendugaan-interval-1.html/ diakses pada 17 Mei 2017
