i ABSTRAK
DESAIN DAN REALISASI SISTEM TELEMETRI GETARAN DENGAN MEDIA TRANSMISI HT MENGGUNAKAN SENSOR ACCELEROMETER
MMA7361 BERBASIS MIKROKONTROLER ATMEGA8535 Oleh
META DIA FEBRISKA
Telah direalisasikan sistem telemetri getaran dengan media transmisi HT menggunakan sensor accelerometer MMA7361 berbasis mikrokontroler ATMega8535. Tujuan penelitian adalah membuat sistem pendeteksi gempa bumi sederhana. Sistem ini terdiri atas sensor accelerometer, mikrokontroler, modem FSK TCM3105, sepasang HT sebagai transmitter dan receiver, LCD dan PC. Penelitian dilakukan dengan meletakan sensor accelerometer di atas speaker yang diberikan frekuensi dari signal generator, dianggap sebagai getaran gempa bumi buatan. Data getaran sensor secara otomatis diambil oleh mikrokontroler master, lalu sinyal keluarannya dimodulasi dengan modul FSK untuk dikirim dengan HT transmitter. Data yang diterima HT receiver didemodulasi sebelum masuk ke mikrokontroler penerima lalu ke PC. Data hasil penelitian dianalisis dan diperoleh standar deviasi rata-rata dari pengiriman data pada sistem telemetri adalah sebesar 0,2313 V pada sumbu X, untuk sumbu Y sebesar 0,4954 V dan pada sumbu Z sebesar 0,0198 V.
ii
ABSTRACT
DESIGN AND REALIZATION TELEMETRY OF VIBRATION SYSTEM WITH HANDY TALKY AS TRANSMISSION MEDIUM USING
ACCELEROMETER MMA7361 THAT BASED ON MICROCONTROLLER ATMEGA8535
By
META DIA FEBRISKA
It has been realized, a telemetry of vibration system using an accelerometer MMA7361 that based on microcontroller ATMega8535 with handy talky (HT) as transmission medium. The main purpose of the research was to make a simple earthquake detection system. The system consists of an accelerometer MMA7361, microcontroller ATMega8535, a pair of FSK TCM3105 modulator demodulator, HT as a transmitter and receiver, LCD and a PC. Research tested by put the accelerometer sensor on top of speakers witch given some frequencies from signal generator, which is regarded as the artificial earthquake vibrations. Vibration data automatically captured by microcontroller master, then the output signal was modulated by TCM3105, so that the signal can be send with HT transmitter. Data that received by HT receiver is demodulated before entering the microcontroller slave, then the output signal went to PC. The results of the research obtained an deviation standart of data delivery on the telemetry system was equal to 0,2313 V on the X-axis, the Y-axis is equal to 0,4954 V and 0,0198 V of the Z-axis.
iii
DESAIN DAN REALISASI SISTEM TELEMETRI GETARAN DENGAN MEDIA TRANSMISI HT MENGGUNAKAN SENSOR ACCELEROMETER
MMA7361 BERBASIS MIKROKONTROLER ATMEGA8535
Oleh
META DIA FEBRISKA
Skripsi
Sebagai Salah Satu Syarat untuk Memperoleh Gelar SARJANA SAINS
Pada Jurusan Fisika
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
JURUSAN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS LAMPUNG
vii
RIWAYAT HIDUP
Penulis bernama lengkap Meta Dia Febriska dilahirkan di Bandar Lampung, 23 Februari 1993, anak pertama dari pasangan Bapak Usman Tabrani dan Ibu Maya Merkes. Penulis menempuh pendidikan dasar pada tahun 1998 di SDN 2 Labuhan Ratu, Bandar Lampung. Pada tahun 2004 penulis melanjutkan pendidikan di SMP Negeri 8 Kedaton Bandar Lampung. Kemudian pada tahun 2007 melanjutkan pendidikan di SMA Negeri 9 Bandar Lampung yang diselesaikan pada tahun 2010.
Tahun 2010 penulis terdaftar sebagai mahasiswa Jurusan Fisika FMIPA Universitas Lampung melalui jalur Penulusuran Kemampuan Akademik dan Bakat (PKAB). Kemudian penulis memilih bidang keilmuan Fisika Instrumentasi sebagai bidang yang ditekuni. Penulis melaksanakan Praktik Kerja Lapangan (PKL) di Radar TV Lampung pada semester genap tahun ajaran 2013/2014.
viii
PERSEMBAHAN
Bismillahirohmanirrohim
Dengan ketulusan dan segala kerendahan hati serta rasa syukur kepada Allah SWT yang telah memberikan kasih sayang dan segala nikmat-Nya,
kupersembahkan karya kecil ini kepada:
Kedua orang tua, Ibu Maya Merkes dan Bapak Usman Tabrani “Terima kasih atas kasih sayang, semangat, pengorbanan dan selalu menyebut
namaku dalam setiap bait do’a yang mereka panjatkan untuk kelancaran dan keberhasilanku”
Ayu Meta Sari dan Vanny Mey Sari beserta Keluarga Besarku “Terima kasih atas semua do’a dan dukungannya”
ix MOTTO
“Allah tidak membebani seseorang melainkan sesuai dengan kesanggupannya” (Al-Baqarah: 286)
“Barangsiapa keluar untuk mencari ilmu, maka ia termasuk di jalan Allah sampai ia kembali.”
(H.R. Tirmidzi)
“Do my best, so that I can’t blame myself foranything” (Magdalena Neuner)
“If it can’t be avoided, then enjoy it”
x
KATA PENGANTAR
Assalamu’alaikum Warohmatulllah Wabarakatuh,
Alhamdulillahi rabbil’alamin. Segala puji bagi Allah SWT yang senantiasa memberikan nikmat iman dan menganugerahkan rahmat, kasih sayang dan ilmu pengetahuan kepada manusia.
Skripsi yang berjudul “Desain dan Realisasi Sistem Telemetri Getaran dengan Media Transmisi HT Menggunakan Sensor Accelerometer MMA7361 Berbasis Mikrokontroler ATmega8535”, disusun sebagai salah satu syarat yang harus ditempuh untuk mendapat gelar Sarjana Sains dari Universitas Lampung. Penulis menyadari skripsi ini masih banyak kelemahan dan ketidaksempurnaan. Oleh karena itu, penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun terhadap kelanjutan dan hasil yang akan dicapai. Semoga skripsi ini bisa bermanfaat bagi kita semua.
Bandar Lampung, Juli 2015 Penulis,
xi
SANWACANA
Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT, atas segala rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis mampu menyelesaikan skripsi ini. Dengan ketulusan dan kerendahan hati, penulis mengucapkan terima kasih kepada pihak – pihak yang selalu tulus mendukung, membantu, membimbing dan mendoakan dalam menyelesaikan skripsi ini. Penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada:
1. Bapak Gurum Ahmad Pauzi, S.Si, M.T. selaku pembimbing I yang selalu memberikan ilmu dengan tulus, sabar dan ikhlas serta atas kesediaan beliau dalam meluangkan waktunya selama penelitian.
2. Bapak Drs. Amir Supriyanto, M.Si. selaku pembimbing II yang selalu memberikan saran dan nasehatnya, sehingga memotivasi penulis menjadi lebih baik.
3. Bapak Arif Surtono, S.Si., M.Si., M.Eng. selaku penguji atas kritik dan sarannya demi penelitian yang lebih baik.
4. Bapak Akhmad Dzakwan, S.Si. dan Bapak Dr. Eng. Bambang Joko Suroto, S.Si., M.Si. selaku pembimbing akademik yang selalu memberikan masukan dan motivasi kepada penulis.
5. Ibu Dr. Yanti Yulianti, M.Si. selaku ketua Jurusan Fisika FMIPA Unila beserta dosen dan karyawan Jurusan Fisika FMIPA Unila.
xii
7. Mama dan Abi, atas segala pengorbanan, kesabaran, kasih sayang, dan do’anya yang tulus selama ini.
8. Ayu, Vanny, Minak, Papi, Ajo dan seluruh keluarga besar atas dukungan dan semangatnya.
9. Teman-teman seperjuangan Fisika 2010 khususnya Riza, Suci, Devi, Irene, Helrita, Putri, Tika, Lidiya, Anisa, Panda dan Muji.
10. Teman-teman angkatan 2008, 2009, 2011 dan 2012. Serta semua pihak yang tidak bisa saya sebutkan satu persatu.
Semoga Allah SWT senantiasa memberikan rahmat dan hidayah-Nya kepada kita semua. Aamiin Yaa Rabbal ‘Alamiin.
Bandar Lampung, Juli 2015 Penulis
xiii DAFTAR ISI
halaman
ABSTRAK ...i
ABSTRACT ...ii
HALAMAN JUDUL ...iii
HALAMAN PERSETUJUAN ...iv
HALAMAN PENGESAHAN ...v
HALAMAN PERNYATAAN ...vi
RIWAYAT HIDUP ...vii
HALAMAN PERSEMBAHAN ...viii
MOTTO ...ix
KATA PENGANTAR ...x
SANWANCANA ...xi
DAFTAR ISI ...xiii
DAFTAR GAMBAR ...xvi
DAFTAR TABEL ...xviii
I. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ...1
1.2 Tujuan ...4
1.3 Manfaat ...5
1.4 Rumusan Masalah ...5
xiv II. TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Penelitian Terkait ...6
2.2 Getaran dan Gelombang ...8
2.3 Gempa Bumi ...10
2.4 Gelombang Gempa Bumi ...11
2.5 Modulasi ...13
2.6 TCM3105 ...19
2.7 Handy Talk (HT)...21
2.8 Mikrokontroler ...24
2.9 Sensor Accelerometer ...26
2.10Fast Fourier Transform (FFT) ...30
2.11Filter ...32
III. METODE PENELITIAN 3.1 Tempat dan Waktu Penelitian ...34
3.2 Alat dan Bahan Penelitian ...34
3.3 Prosedur Penelitian ...36
1. Perancangan Perangkat Keras...36
3.4 Diagram Alir Penelitian ...42
3.5 Pengujian Sistem ...44
3.6 Metode Analisis ...47
IV. HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN 4.1 Analisis Hardware ...49
a. Analisis Sensor Accelerometer MMA7361L ...57
b. Analisis Jangkauan Transmisi HT ...65
c. Analisis Sistem Minimum Mikrokontroler ...67
d. Analisis mikrokontroler master dan mikrokontroler slave ...69
d. Analisis Modul FSK ...70
4.2 Analisis Software ...72
a. Analisis Program Mikrokontroler Pengirim ...72
b. Analisis Program Mikrokontroler Penerima...76
c. Analisis Program LCD ...77
xv V. KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan ...81 5.2 Saran ...82 DAFTAR PUSTAKA
xvi
DAFTAR GAMBAR
Gambar halaman
2.1 Patahan-patahan penyebab gempa bumi ...10
2.2 Seismograf ...11
2.3 (a) Sinyal analog dan (b) sinyal digital ...14
2.4 Amplitudo ...15
2.5 Amplitude modulation ...15
2.6 Phase modulation ...16
2.7 Frequency modulation ...16
2.8 (a) Sinyal carrier (b) sinyal modulasi (c) sinyal pada amplitude shift keying (d) sinyal pada phase shift keying dan (e) sinyal pada frekuensi shift keying ...19
2.9 Konfigurasi pin IC TCM3105 ...19
2.10Handy Talk Uniden GMR3040-2CKHS ...23
2.11Konfigurasi pin ATmega8535 ...25
2.12Sensor Accelerometer ...26
2.13Pergeseran beams ...27
2.14Konfigurasi pin sensor accelerometer MMA7361 ...29
2.15(a) Low pass filter (b) High pass filter (c) Band pass filter ...33
3.1Rangkaian pengiriman data ...36
3.2Rangkaian penerima data ...36
3.3Rangkaian sensor accelerometer ...38
3.4Rangkaian Mikrokontroler ATMega8535 ...39
3.5Rangkaian FSK modulator demodulator dengan IC TCM3105 ...40
3.6 Rangkaian LCD ...41
3.7 Diagram alir penelitian ...43
3.8 Teknis pengambilan data (a) sistem pengirim (b) sistem penerima ...44
4.1 Rangkaian perangkat keras sistem telemetri ...49
4.2 (a) Sinyal keluaran sumbu X pada saat bergetar (b) sinyal keluaran sumbu Y pada saat bergetar (c) sinyal keluaran sumbu Z pada saat bergetar ...51
4.3 Sinyal input MAX232 ...52
4.4 Proses modulasi sinyal di TCM3105 ...53
4.5 Sinyal hasil modulasi di TXA ...53
4.6 Sinyal pada speaker HT receiver ...55
4.7 Perangkat keras sistem pengiriman (1) sensor accelerometer (2) mikrokontroler (3) modul fsk (4) konektor DB-9 (5) HT ...55
4.8 Perangkat keras sistem penerima (1) HT (2) modul fsk (3) konektor DB-9 (4) MAX232 (5) LCD (6) Mikrokontroler ...56
xvii
4.10Sinyal hasil demodulasi di RXD ...57
4.11Sinyal keluaran sumbu X frekuensi 0,5Hz. ...58
4.12Spektrum sinyal pada sumbu X frekuensi 0,5Hz ...59
4.13Sinyal keluaran sumbu Y frekuensi 0,5Hz ...59
4.14Spektrum sinyal pada sumbu Y frekuensi 0,5Hz ...60
4.15Sinyal keluaran sumbu Z frekuensi 0,5Hz ...60
4.16Spektrum sinyal pada sumbu Z frekuensi 0,5Hz ...61
4.17Sinyal pada sumbu X dengan frekuensi sumber 0,5Hz – 20Hz ...62
4.18Spektrum sinyal sumbu X dengan frekuensi sumber 0,5Hz – 20Hz ...63
4.19Sinyal pada sumbu Y dengan frekuensi sumber 0,5Hz – 20Hz ...63
4.20Spektrum sinyal sumbu Y dengan frekuensi sumber 0,5Hz – 20Hz ...64
4.21Sinyal pada sumbu Z dengan frekuensi sumber 0,5Hz – 20Hz ...64
4.22Spektrum sinyal sumbu Z dengan frekuensi sumber 0,5Hz – 20Hz ...64
4.23Pengukuran jarak dengan Google Earth ...66
4.24Sinyal Keluran HT Transmitter Ketika Sedang Mengirim Data ...66
4.25Sinyal dari HT Receiver Ketika Sedang Menerima Data ...67
4.26Code wizard AVR ...73
4.27Menu generate, save and exit ...74
4.28Menu editor ...74
xviii
DAFTAR TABEL
Tabel halaman
2.1 Fungsi pin sensor accelerometer MMA7361 ...30
2.2 Deskripsi tingkat sensitivitas accelerometer MMA7361 ...30
3.1 Data sensor accelerometer ...45
3.2 Pengujian jarak pengiriman ...45
3.3 Perbandingan nilai keluaran tegangan pada PC dan pada multimeter ....46
3.4 Perbandingan nilai keluaran tegangan pada master dan slave ...47
4.1 Data Frekuensi hasil FFT ...61
4.2 Pengujian jarak jangkau HT ...65
4.3 Perbandingan nilai keluaran tegangan pada PC dan pada multimeter ....68
4.4 Perbandingan nilai keluaran tegangan pada master dan slave ...69
4.5 Perbandingan nilai keluaran tegangan pada sistem telemetri ...79
1
I. PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Gempa bumi adalah peristiwa pelepasan energi regangan elastis batuan dalam bentuk patahan atau pergeseran lempeng bumi. Semakin besar energi yang dilepas semakin kuat gempa yang terjadi. Penyebab gempa bumi dapat berupa dinamika bumi (tektonik), aktivitas gunung api, akibat meteor jatuh atau longsoran di bawah muka air laut. Gempa bumi tektonik merupakan gempa bumi yang paling sering terjadi, hal ini disebabkan karena secara geologis Indonesia terletak di persimpangan tiga lempeng tektonik dunia, yaitu lempeng Australia, lempeng Asia (Eurasia) dan lempeng Pasifik. Ketiga lempeng ini bergerak relatif antara satu terhadap yang lain. Pergerakan relatif ketiga lempeng ini merupakan penyebab utama aktivitas gempa bumi di Indonesia (Noor, 2006). Salah satu contohnya adalah lempeng Indo-Australia yang bertabrakan dengan lempeng Eurasia di pantai Sumatera, yang menyebabkan seringnya terjadi gempa bumi di sepanjang pulau Sumatera dan menjadikan kawasan ini menjadi daerah aktif gempa bumi (Naryanto, 1997).
2
sehingga bila tekanan besar dapat menimbulkan gempa. Pada bulan Juni 2006 di daerah Kemiling, Bandar Lampung hampir setiap hari dilanda gempa jenis swarm, epinsentrumnya berada di Gunung Betung. Gempa ini terjadi sebagai efek sisa dari gempa-gempa yang terjadi sebelumnya, yaitu gempa yang menggoyang Kalianda pada 12 Mei 2006 dan gempa yang terjadi pada 7 Juni 2006 di perbatasan Bengkulu dan Lampung. Gempa bumi swarm tidak berbahaya, namun karena terjadi berulangkali dan frekuensinya yang tinggi, hal ini menimbulkan isu-isu negatif di kalangan masyarakat.
Kepala Seksi Uji Komputasi Balai Pengkajian Dinamika Pantai, Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi, Widjo Kongko pada April 2014 menyatakan bahwa riset yang dilakukan berdasar pada proyek Selat Sunda, mengungkap bahwa zona tumbukan lempeng bumi di bawah laut Selat Sunda berpotensi gempabumi hingga mencapai 9 Skala Richter (SR) atau yang dikenal dengan Sunda Megathrust. Gempa bumi ini akan menyebabkan tsunami dan mengancam daerah Banten dan Lampung, yang mana daerah tersebut padat penduduk dan industri, sehingga resiko kerusakan fisik maupun korban jiwa sangat tinggi.
3
dapat dilakukan adalah membangun sistem peringatan dini (early warning system) yang berfungsi sebagai peringatan darurat saat terjadinya gempa.
Novianta (2012), membuat sistem deteksi dini gempa dengan menggunakan sensor piezoelektrik. Sistem pendeteksi dini gempa bumi berbasis piezoelektrik dan mikrokontroler ini terbukti dapat digunakan untuk mendeteksi taraf getaran yang sangat kecil dan menvisualisasikan level sinyal gelombangnya melalui LCD. Getaran pada suatu benda dapat dideteksi juga dengan sensor jenis lain, salah satunya adalah sensor accelerometer.
Mulyono dan Gunawan (2013), membuat prototype sistem pendeteksi gempa untuk rumah/kantor berbasis mikrokontroler menggunakan sensor accelerometer MMA7260Q. Penelitian ini bertujuan membuat sebuah perangkat sistem pendeteksi gempa sederhana menggunakan sensor MMA7260Q. Sebagai pengolah data dari sensor digunakan mikrokontroler ATMega8535, sedangkan untuk penampil informasi menggunakan rangkaian LCD.
4
Penggunakan radio HT tidak memerlukan jaringan kabel yang rumit perawatannya. Radio HT sangat umum digunakan oleh masyarakat dan memiliki jangkauan area yang cukup jauh tergantung kekuatan pancaran transmisinya. Selain itu media frekuensi radio HT sangat ekonomis karena saluran yang dipakai gratis, tidak seperti media komunikasi lainnya seperti ponsel maupun telepon. Selain itu HT memiliki kelebihan antara lain memiliki bentuk fisik yang kecil sehingga mudah untuk dibawa, tidak perlu mengetikkan nomor telepon, dapat langsung terhubung dengan penerima hanya dengan mencocokkan frekuensi saja dan weatherproof atau tahan terhadap cuaca buruk. HT juga dapat melakukan komunikasi dengan lebih dari satu penerima sehingga sistem penerima deteksi gempa ini dapat dipasang lebih dari satu tempat. Hal inilah yang mendasari dilakukannya penelitian ini yaitu, sistem peringatan dini gempa bumi yang berbasis mikrokontroler ATMega8535 dengan menggunakan HT Uniden GMR3040-2CKHS sebagai media transmisinya.
1.2 Tujuan
Adapun tujuan dilakukannya penelitian ini adalah sebagai berikut.
a. Membuat dan menguji sistem deteksi getaran dengan sensor accelerometer MMA7361.
b. Membuat sistem komunikasi antara dua mikrokontroler.
c. Membuat dan menguji sistem telemetri dengan media transmisi HT.
5
1.3 Manfaat
Manfaat dari penelitian ini adalah dihasilkan prototype sistem telemetri getaran media transmisi HT dengan sensor accelerometer MMA7361 sebagai pendeteksi gempa bumi sederhana.
1.4 Rumusan Masalah
Adapun rumusan masalah dari penelitian ini adalah sebagai berikut.
a. Bagaimana membuat dan menguji sistem deteksi getaran dengan sensor accelerometer MMA7361.
b. Bagaimana membuat sistem komunikasi antara dua mikrokontroler.
c. Bagaimana membuat dan menguji sistem telemetri dengan media transmisi HT.
d. Bagaimana membuat program untuk menganalisis spektrum frekuensi dari sinyal getaran menggunakan transformasi fourier pada matlab.
1.5 Batasan Masalah
Batasan masalah dari penelitian ini adalah sebagai berikut.
a. Penelitian ini hanya menggunakan satu sensor accelerometer MMA7361 yang digunakan memiliki 3 derajat kebebasan.
b. Range percepatan yang digunakan sebesar 1,5 g. c. Uji coba dilakukan dengan metode getaran buatan.
6
II. TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Penelitian Terkait
Hidayat dkk (2012), melakukan penelitian tentang perancangan pengukur magnitudo dan arah gempa menggunakan sensor accelerometer ADXL330 melalui telemetri. Spesifikasi alat yang dirancang terdiri dari sensor accelerometer ADXL330 yang berfungsi untuk mendeteksi terjadinya simpangan pada benda (bandul) dengan keluaran analog, mikrokontroler AVR ATMega16 yang digunakan untuk mengolah data dari sensor dan mengubahnya menjadi data digital dan Personal Computer (PC) sebagai penampil besarnya gempa yang ditampilkan secara real time.
7
sensor pengukur simpangan sedang bergerak sesuai getaran yang terjadi dan saat itu juga grafik perubahannya ditampilkan. Data perubahan tersebut disimpan dalam database dan ditampilkan dalam grafik per detik. Tampilan riwayat gempa digunakan untuk melihat data kejadian gempa (history) agar dapat dianalisis. Pada tampilan ini juga kekuatan gempa dihitung sehingga didapatkan magnitudonya.
Selanjutnya Rachman (2007), melakukan penelitian tentang rancang bangun sistem pendeteksi level getaran menggunakan sensor geofon dengan penampil borland delphi 7.0 pada monitor komputer. Penelitian ini telah berhasil merancang dan merealisasikan sistem instrumen pendeteksi level getaran dengan sensor geofon. Sistem ini berguna untuk mendeteksi gempabumi, analisa kerja mesin, analisa kekuatan jalan raya, analisa struktur bangunan gedung bertingkat, frekuensi diri pipa, eksplorasi minyak dan gas bumi, dan pendeteksi getaran. Sensor geofon mampu mendeteksi getaran sumber dan mengubah getaran mekanik menjadi tenaga listrik. Sensor ini dikuatkan dengan menggunakan rangkaian buffer dan penguat opamp tak membalik agar sinyal keluaran yang terukur menjadi besar dan dapat diolah datanya oleh modul ADC 0804. Selain dengan sensor geofon getaran juga dapat dideteksi dengan sensor accelerometer.
8
Pembacaan terhadap getaran dilakukan dengan menggunakan dua sensor akselerometer yang ditempatkan pada lantai bangunan, kemudian data percepatan dianalisis dengan Fast Fourier Transform (FFT) untuk mendapatkan nilai amplitudo terbesar dalam domain frekuensi. Sistem mikrokontroler ini digunakan sebagai pengolah data dari sensor. Data dari sensor akan diolah dan dikirim langsung ke Personal Computer (PC). Sistem mikrokontroler yang digunakan sistem ini adalah Arduino Uno. Perangkat lunak yang digunakan untuk mengolah data pada penelitian ini adalah Matlab versi R2012a. Data percepatan yang disimpan pada PC, kemudian data diambil sebanyak sebanyak 1000 sebagai sample. Semua data sumbu X, Y, maupun Z pada tiap lantai bangunan diolah menggunakan FFT untuk mendapatkan amplitudo dari ranah frekuensi. Hasil penelitian menunjukkan bahwa nilai amplitudo terbesar pada lantai 1 lebih kecil dibandingkan dengan nilai amplitudo terbesar pada lantai 2.
2.2 Getaran dan Gelombang
9
Menurut cara perambatannya, gelombang dibagi menjadi dua yaitu, gelombang mekanik dan gelombang elektromagnetik. Gelombang elektromagnetik adalah gelombang yang dapat merambat walau tidak ada medium. Energi gelombang elektromagnetik dipancarkan, atau dilepaskan, oleh semua masa di alam semesta pada level yang berbeda-beda. Semakin tinggi level energi dalam suatu sumber energi, semakin rendah panjang gelombang dari energi yang dihasilkan, dan semakin tinggi frekuensinya. Gelombang mekanik adalah sebuah gelombang yang dalam perambatannya memerlukan medium, yang menyalurkan energi untuk keperluan proses penjalaran sebuah gelombang (Marquis et al, 2014).
Saat merambat, gelombang akan mentransfer energi dari satu tempat ke tempat lainnya secara seri dalam bentuk gerakan yang periodik dari materi-materi yang menyusun medium rambatnya. Gelombang memiliki tiga karakteristik mekanik, yaitu:
a. ketika gelombang merambat dari satu media ke media lainnya, maka gelombang akan dipantulkan dan diteruskan (dirambatkan);
b. ketika gelombang bertemu dengan gelombang mekanik lainnya, maka gelombang akan mengalami interferensi;
c. ketika gelombang menemui suatu penghalang (celah) maka gelombang akan mengalami difraksi.
10
2.3 Gempa Bumi
Gempa bumi merupakan peristiwa alam yang secara fisik merupakan gerakan atau getaran kulit bumi yang disebabkan oleh gaya endogen atau kekuatan dari dalam bumi, misalnya gempa bumi tektonik. Gempa bumi tektonik terjadi karena pergeseran letak lapisan kulit bumi (Haris dan Irjan, 2013). Gempa bumi jenis ini yang sering menimbulkan kerusakan besar. Menurut Priyadi dan Wijaya (2014) gempa bumi disebabkan karena adanya pelepasan energi regangan elastis batuan dalam bentuk patahan atau pergeseran lempeng bumi. Ada tiga kemungkinan pergerakan satu lempeng tektonik relatif terhadap lempeng lainnya, yaitu apabila kedua lempeng saling menjauhi (spreading), saling mendekati (collision) dan saling geser (transform) (Yulianti, 2013). Jenis-jenis pergerakan penyebab gempa bumi terdapat pada Gambar 2.1.
Gambar 2.1. Patahan-patahan pergerakan gempa bumi (Marquis et al, 2014)
11
bumi dirambatkan ke segala arah dalam bentuk gelombang seismik. Semakin besar energi yang dilepas semakin kuat gempa yang terjadi (Haris dan Irjan, 2013).
2.4 Gelombang Gempa Bumi
Pada saat patahan atau pergeseran mendadak terjadi di dalam kerak bumi, maka suatu energi akan menyebar ke luar sebagai gelombang gempa. Episentrum gempa adalah titik atau garis di permukaan bumi atau permukaan laut tempat gelombang permukaan mulai dirambatkan, dengan kata lain tempat gelombang primer dan sekunder pertama kali mencapai permukaan bumi atau laut (Noor, 2006).
Skala kekuatan gempabumi diukur berdasarkan kuat atau lemahnya getaran. Kekuatan gempabumi umumnya dinyatakan dengan skala Richter. Skala Richter didasarkan pada alat pengukur gempabumi, yaitu Seismograf Wood Anderson. Seismogram adalah gambaran getaran gempabumi yang dicatat pada seismograf seperti pada Gambar 2.2.
Gambar 2.2. Seismograf (seismograf.org)
12
gempa itu di satu tempat, maka semakin panjang pita seismograf yang menggambarkan seismogram. Hasil pengukuran alat pengukur gempabumi ini dengan cepat dapat diketahui berapa kekuatan gempa dan jarak antara lokasi pengamat dengan sumber gempa. Pada skala Richter, kekuatan gempa diukur berdasarkan getaran magnitudo.
Magnitudo gempa adalah parameter gempa yang berhubungan dengan besarnya kekuatan gempa di sumbernya. Jadi pengukuran magnitudo yang dilakukan di tempat yang berbeda, harus menghasilkan harga yang sama walaupun gempa yang dirasakan di tempat-tempat tersebut tentu berbeda. Magnitudo gempa merupakan karakteristik gempa yang berhubungan dengan jumlah energi total seismik yang dilepaskan sumber gempa.
Richter pada tahun 1930-an memperkenalkan konsep magnitudo untuk ukuran kekuatan gempa di sumbernya. Satuan yang dipakai adalah skala Richter (Richter Scale), yang bersifat logaritmik. Pada umumnya magnitudo diukur berdasarkan
amplitudo dan periode fase gelombang tertentu. Skala Richter atau SR didefinisikan sebagai logaritma dari amplitudo maksimum, yang diukur dalam satuan mikrometer, dari rekaman gempa oleh instrumen pengukur gempa atau seismometer (Erlita dkk, 2014).
...(1)
dengan:
M : magnitudo (dB),
13
T : periode gelombang (s),
∆ : jarak pusat gempa atau episenter (m), h : kedalaman gempa (m),
CS : koreksi stasiun oleh struktur lokal (sama dengan 0 untuk kondisi tertentu), dan
CR : koreksi regional yang berbeda untuk setiap daerah gempa (Erlita dkk, 2014).
2.5 Modulasi
Sinyal adalah besaran yang berubah dalam waktu dan atau dalam ruang, dan membawa suatu informasi. Suatu sinyal mempunyai beberapa informasi yang dapat diamati, misalnya amplitudo, frekuensi, perbedaan fase, dan gangguan akibat noise (Nurwati, 2009).
Dalam dunia elektronika, dikenal dua macam sinyal yaitu sinyal analog dan sinyal digital. Sinyal analog adalah sinyal yang berupa gelombang elektromagnetik dan bergerak atas dasar fekuensi. Satu siklus lengkap terjadi saat gelombang berada pada titik bertegangan nol, menuju titik bertegangan positif tertinggi pada gelombang, menurun ke titik tegangan negatif dan menuju ke titik nol kembali.
14
bertambah jauh sinyal analog juga memungut interferensi elektrik atau noise dari dalam jalur. Gambar 2.3 menunjukan bentuk sinyal analog dan digital.
(a) (b)
Gambar 2.3. (a) Sinyal analog dan (b) sinyal digital (Nurwati, 2009).
Sinyal digital merupakan hasil teknologi yang dapat mengubah sinyal menjadi kombinasi urutan bilangan biner 0 dan 1, sehingga tidak mudah terpengaruh oleh derau, proses informasinya pun mudah, cepat dan akurat, tetapi transmisi dengan sinyal digital hanya mencapai jarak jangkau pengiriman data yang relatif dekat. Biasanya sinyal ini juga dikenal dengan sinyal diskret.
Modulasi adalah proses modifikasi sinyal carrier terhadap sinyal input. Sinyal informasi berupa suara, gambar atau data, agar dapat dikirim ke tempat lain, sinyal tersebut harus ditumpangkan pada sinyal lain. Dalam konteks radio siaran, sinyal yang menumpang adalah sinyal suara, sedangkan yang ditumpangi adalah sinyal radio yang disebut sinyal pembawa (carrier). Modulasi digunakan untuk mengatasi ketidaksesuaian karakter sinyal dengan media (kanal) yang digunakan (Ling, 1995).
Terdapat tiga jenis modulasi, yaitu:
a. Modulasi Amplitudo
15
Gambar 2.4 Amplitudo (Nurwati, 2009)
Pada modulasi ini menggunakan amplitudo sinyal analog untuk membedakan dua keadaan sinyal digital. Pada AM, frekuensi dan phasa sinyal tetap, sedangkan yang berubah-ubah adalah amplitudonya.
Dengan cara ini, maka keadaan 1 (high) sinyal digital diwakili dengan tegangan yang lebih besar daripada tegangan yang dimiliki keadaan 0 (low) sinyal digital. Penerima cukup membedakan mana sinyal yang lebih besar amplitudonya dan mana yang lebih kecil, tanpa perlu memperhatikan bentuk sinyal tersebut untuk mendapatkan hasilnya. Gambar 2.5 menunjukan modulasi amplitudo pada suatu sinyal
Gambar 2.5 Amplitude Modulation (Nurwati, 2009)
b. Modulasi Phasa
16
Gambar 2.6 Phase Modulation (Nurwati, 2009)
c. Modulasi Frekuensi
Modulasi ini mempergunakan frekuensi sinyal analog untuk membedakan dua keadaan sinyal digital. Pada modulasi frekuensi, amplitudo dan phase tetap, tetapi frekuensinya berubah-ubah. Gambar 2.7 menunjukan modulasi frekuensi pada suatu sinyal.
Gambar 2.7 Frequency Modulation (Nurwati, 2009)
Dalam proses transmisi data, digunakan sebuah alat yang dinamakan modem. Modem merupakan singkatan dari modulator demodulator. Sebagai modulator, modem akan menerjemahkan data atau informasi dalam bentuk sinyal digital menjadi sinyal analog yang kemudian menggabungkannya dengan frekuensi pembawa (carrier), sedangkan sebagai demodulator, modem akan memisahkan dari frekuensi pembawa dan menerjemahkan data atau informasi sinyal analog tersebut ke dalam bentuk sinyal digital.
17
a. Amplitude Shift Keying (ASK)
Pada sistem ini, amplitude gelombang pembawa diubah-ubah sesuai informasi yang ada.Frekuensi pembawa atau carrier diubah amplitudenya sesuai dengan signal informasi yang akan dikirimkan. Pada Amplitudo Shift Keying, signal digital 1 sebagai suatu nilai tegangan tertentu
(misalnya 1 Volt) dan sinyal digital 0 sebagai sinyal digital dengan tegangan 0 Volt. Pada Gambar 2.8 (c) menampilkan perubahan yang terjadi pada gelombang pembawa dengan pensinyalan ASK.
Keuntungan yang diperoleh dari metode ini adalah bit per baud atau kecepatan digitalnya lebih besar. Sedangkan kesulitannya adalah dalam menentukan level acuan yang dimilikinya, yakni setiap sinyal yang diteruskan melalui saluran transmisi jarak jauh selalu dipengaruhi oleh redaman dan distorsi. Oleh sebab itu metode ASK hanya menguntungkan bila dipakai untuk hubungan jarak dekat saja (Nurwati, 2009).
b. Phase Shift Keying (PSK)
Phase Shift Keying (PSK) atau pengiriman sinyal melalui pergeseran fasa.
Metode ini merupakan suatu bentuk modulasi fasa yang memungkinkan fungsi pemodulasi fasa gelombang termodulasi di antara nilai-nilai diskrit yang telah ditetapkan sebelumnya. Dalam proses modulasi ini fasa dari frekuensi gelombang pembawa berubah-ubah sesuai dengan perubahan status sinyal informasi digital.
18
pembuatan phase. Sistem ini digunakan dalam transmisi yang memiliki kecepatan sedang dan tinggi. Pada Gambar 2.8 (d) menampilkan perubahan yang terjadi pada gelombang pembawa dengan pensinyalan PSK (Nurwati, 2009).
c. Frequency Shift Keying (FSK)
Modulasi digital Frequency Shift Keying (FSK) merupakan modulasi sinyal digital yang menggeser outputnya antara dua frekuensi yang telah ditentukan sebelumnya, yang biasa diistilahkan frekuensi mark dan space. Modulasi digital dengan FSK juga menggeser frekuensi carrier menjadi beberapa frekuensi yang berbeda didalam bandnya
sesuai dengan keadaan digit yang dilewatkannya. Jenis modulasi ini tidak mengubah amplitudo dari signal carrier yang berubah hanya frekuensi, seperti pada Gambar 2.8 (e).
Jika sinyal yang memodulasi tersebut hanya mempunyai dua harga tegangan 0 dan 1, maka proses modulasi tersebut dapat diartikan sebagai proses penguncian frekuensi sinyal. Teknik FSK banyak digunakan untuk informasi pengiriman jarak jauh atau teletype (Nurwati, 2009).
19
(a) (b)
(c) (d)
(e)
Gambar 2.8 (a) Sinyal carrier (b) sinyal modulasi (c) sinyal pada amplitude shift keying (d) sinyal pada phase shift keying dan (e) sinyal pada frekuensi shift keying (Nurwati, 2009).
2.6 TCM3105
Dalam penelitian ini modulasi digital yang dipakai adalah sistem FSK dengan menggunakan rangkaian terintegrasi tipe TCM3105. Konfigurasi pin IC TCM3105 terdapat pada Gambar 2.9.
Gambar 2.9. Konfigurasi pin IC TCM3105
Adapun fungsi-fungsi pin-pin pada IC tersebut adalah sebagai berikut:
a. VDD berfungsi sebagai masukan tegangan catu +5V;
20
75, maka CLK = 16 x 1200 Hz. Sebaliknya jika baud rate kirim =75, baud rate terima = 1200, maka CLK = 16 X 75 HZ;
c. CDT (carrier detect) berfungsi sebagai output berlogika 1 jika ada sinyal yang benar diterima. Jika tidak ada sinyal yang diterima atau sinyal tidak valid berlogika 0;
d. RXA berfungsi sebagai input audio ke demodulator, harus terkoneksi secara AC;
e. TRS berfungsi sebagai pemilih standar operasi (Bell202 atau CCITT), bersama TXR1 dan TXR2 menentukan (baud rate) pengirim data (modulator) dan penerima data (demodulator);
f. NC tak tersambung;
g. RXB berfungsi sebagai mengatur tegangan bias output demodulator (RXD);
h. RXD berfungsi sebagai output demodulator, merupakan data digital yang diterima dari lawan komunikasi;
i. VSS berfungsi sebagai ground catu daya;
j. CDL berfungsi sebagai carrier-detect level adjust untuk mengatur tegangan ambang sinyal masukan demodulator. Maksudnya seberapa besar sinyal audio yang dianggap valid masuk ke demodulator;
k. TXA berfungsi sebagai output modulator berupa audio yang frekuensinya tergantung isyarat data digital yang dimasukkan ke masukan modulator (TXD);
21
n. TXD berfungsi sebagai masukan modulator, yaitu isyarat serial data digital yang mau dikirim ke lawan komunikasi;
o. OSC1 berfungsi sebagai sambungan ke oscilator (pembangkit gelombang); p. OSC2 berfungsi sebagai koneksi ke kristal 4.3 Mhz, jika menggunakan oscilator lain, pin ini tidak digunakan (dibiarkan mengambang) (Ling, 1995).
2.7 Handy Talk (HT)
Komunikasi adalah suatu proses penyampaian informasi dari satu pihak kepada pihak lain. Pada umumnya, komunikasi dilakukan secara lisan atau verbal yang dapat dimengerti oleh kedua belah pihak. Media alat komunikasi adalah alat perantara yang digunakan dalam penyampaian informasi dari communicator kepada communicant yang bertujuan untuk efisiensi penyebaran informasi atau pesan tersebut. Media komunikasi wireless merupakan suatu media transmisi data yang tidak memerlukan kabel dalam proses transmisinya, media unguided atau wireless ini memanfaatkan sebuah antena untuk transmisi di udara, ruang hampa
udara atau air (Gunadhi, 2014). Salah satu produk teknologi komunikasi tersebut adalah teknologi handy talk .
Handy talk (HT) adalah sebuah alat komunikasi genggam yang dapat
22
dan mendengar lawan bicara secara bergantian, alat ini memiliki radio transmitter dan penerima sinyal komunikasi radio (Khoswanto dkk, 2014).
Prinsip kerja HT menggunakan jenis frekuensi yang digunakan oleh radio komunikasi Very High Frequency (VHF) dan High Frequency (HF). Gelombang VHF biasanya digunakan untuk radio komunikasi jarak dekat dan beroperasi pada frekuensi 100 – 300 Mhz. Hal ini disebabkan karena gelombang radio dipancarkan secara horizontal. Sehingga jika di antara dua stasiun transmitter dan receiver terdapat objek – objek seperti bangunan, pohon – pohon yang tinggi, ataupun pegunungan yang lebih tinggi dari pancaran gelombang radio, akan terdapat hambatan pada sistem transmisinya.
Gelombang HF merupakan gelombang radio yang bekerja pada frekuensi 2 – 24 Mhz, dan biasanya digunakan untuk radio komunikasi jarak jauh karena sifat gelombangnya yang dapat memantul di atmosfer. Sehingga jika cuaca sedang baik, keberadaan pepohonan ataupun bangunan tinggi tidak dapat mengganggu transmisi (Gunadhi, 2014).
Ada dua cara yang dapat dilakukan untuk mengirim data yaitu VOX dan PTT. Voice Operated Exchange (VOX) adalah pengiriman data tanpa menyentuh
tombol bicara karena HT akan mendeteksi suara dengan sendirinya, sedangkan Push to Talk (PTT) harus menekan tombol bicara (Muchlas dkk, 2006). Gambar
23
Gambar 2.10. Handy Talk Uniden GMR3040-2CKHS
Pada penelitian ini HT yang digunakan adalah HT Uniden GMR3040-2CKHS. Adapun spesifikasi dari alat ini adalah sebagai berikut:
a. Roger beep; b. Charger baterai; c. Pemantau saluran; d. Channel scan; e. Pengunci channel; f. Jack DC 9V;
g. Saluran Cuaca NOAA;
h. GMRS 15 saluran / FRS 7 Saluran; i. 121 sub kode;
j. Jangkauan sampai dengan 48km; k. Internal VOX;
l. Headset jack.
24
berada pada Family Radio Service (FRS) untuk saluran 8-14. Jangkauan HT ini berada pada frekuensi 462,5500 MHz – 467,7125 MHz. Jika tidak faktor internal atau pun external yang mengganggu sistem transmisi maka HT dapat mengirim data sampai dengan 48.2803 km.
2.8 Mikrokontroler
Mikrokontroler merupakan suatu komponen elektronika yang didalamnya terdapat rangkaian mikroprosesor, memori (RAM/ROM) dan I/O, rangkaian tersebut terdapat dalam level chip atau biasa disebut single chip microcomputer. Pada mikrokontroler sudah terdapat komponen-komponen mikroprosesor dengan bus-bus internal yang saling berhubungan. Komponen–komponen tersebut adalah RAM, ROM, Timer, komponen I/O paralel dan serial, dan interrupt controller (Riantiningsih, 2009).
AVR menjalankan sebuah instruksi tunggal dalam satu siklus dan memiliki struktur I/O yang cukup lengkap sehingga penggunaan komponen eksternal dapat dikurangi. Mikrokontroller AVR sudah menggunakan konsep arsitektur Harvard yang memisahkan memori dan bus untuk data dan program. Selain itu mikrokontroller AVR juga mengimplementasikan Reduced Instruction Set Computing (RISC) sehingga eksekusi instruksi dapat berlangsung sangat cepat dan efisien.
25
siklus clock (Seto, 2014). Gambar 2.11 merupakan konfigurasi pin mikrokontroler ATMega8535.
Gambar 2.11. Konfigurasi pin ATMega8535
Adapun fungsi masing-masing pin mikrokontroler ATMega8535 adalah sebagai berikut.
a. VCC merupakan pin yang berfungsi sebagai pin masukan catudaya, b. GND merupakan pin ground,
c. Port A (PA0...PA7) merupakan pin I/O dan pin masukan ADC,
d. Port B (PB0...PB7) merupakan pin I/O dan pin yang mempunyai fungsi khusus yaitu timer/counter, komparator analog dan SPI,
e. Port C (PC0...PC7) merupakan port I/O dan pin yang mempunyai fungsi khusus, yaitu komparator analog dan timer oscillator,
f. Port D (PD0...PD1) merupakan port I/O dan pin fungsi khusus yaitu komparator analog dan interrupt eksternal serta komunikasi serial,
g. RESET merupakan pin yang digunakan untuk mereset mikrokontroler, h. XTAL1 dan XTAL2 merupakan pin masukan clock eksternal,
i. AVCC merupakan pin masukan untuk tegangan ADC,
26
Mikrokontroler jenis AVR dapat diprogram menggunakan bahasa pemrograman C, visual basic, Assembler, dll. Untuk setiap bahasa pemrograman tersebut digunakan beberapa software yang berbeda. Seperti mikrokontroler jenis MCS dimana bahasa pemrograman assembler digunakan software topview simulator, untuk mikrokontroler jenis AVR bahasa pemrograman assembler digunakan software AVR Studio 4 sedangkan jika menggunakan bahasa pemrograman C digunakan CV AVR. Dalam penelitian ini program yang digunakan adalah Code Vision AVR.
2.9 Sensor Accelerometer
Accelerometer adalah sebuah tranduser yang berfungsi untuk mengukur
percepatan, mendeteksi dan mengukur getaran, ataupun untuk mengukur percepatan akibat gravitasi bumi (Isnianto dan Rhido, 2013). Gambar 2.12 merupakan sensor yang digunakan pada penelitian ini.
Gambar 2.12. Sensor accelerometer
Accelerometer terdiri dari permukaan micromachined dengan sel kapasitif dan
27
G-sell adalah struktur mekanik yang terbuat dari bahan semikonduktor (polysilicon), menggunakan proses semikonduktor masking dan etching. G-sell dapat dimodelkan sebagai satu set beams (balok) yang melekat pada movable central mass yang bergerak di antara beams tetap.
Beams tersebut dapat bergerak dari posisi diam mereka jika dipengaruhi oleh
percepatan atau adanya getaran pada sensor. Akibatnya pada beams yang melekat pada movable central mass, jaraknya ke beams tetap akan berubah, pada satu sisi akan bertambah sedangkan sisi lain akan berkurang. Perubahan jarak ini yang akan mempengaruhi besar percepatan yang dihasilkan, seperti pada Gambar 2.13.
Gambar 2.13 Pergerakan beams
Sensor accelerometer mengukur percepatan gerakan benda yang melekat padanya. Percepatan merupakan suatu keadaan berubahnya kecepatan terhadap waktu. Bertambahnya suatu kecepatan dalam suatu rentang waktu disebut juga percepatan (acceleration). Jika kecepatan semakin berkurang daripada kecepatan sebelumnya, disebut perlambatan (deceleration). Berubahnya arah pergerakan suatu benda akan menimbulkan percepatan.
Beams melekat di movable central mass
28
Untuk mengukur sudut kemiringan (tilt) suatu engineering model satelit hanya diperlukan pengukuran percepatan statis (Haryanti dkk, 2008). Accelerometer dapat mengukur percepatan dinamis dan statis. Pengukuran percepatan dinamis adalah pengukuran percepatan pada obyek bergerak, sedangkan percepatan statis adalah pengukuran percepatan terhadap gravitasi bumi.
Keluaran sensor berupa tegangan analog yang menentukan sudut kemiringan sensor. Berikut adalah cara pengukuran sudut sensor
Voffset : tegangan sensor pada saat 0g, dan
Sensitivitas : nilai tegangan sensitivitas yang digunakan.
Dalam penelitian ini sensor yang digunakan adalah sensor accelerometer MMA7361, yang merupakan modul accelerometer hemat daya yang kaya fitur. Adapun fitur dari sensor ini adalah sebagai berikut.
a. Konsumsi arus yang sangat hemat energi, hanya 400 µA, b. Catu daya bertegangan rendah: 2,2 Volt ~ 3,6 Volt,
c. Sensitivitas tinggi, 800 mV/g pada 1,5 g dan 206 mV/g pada ±6 g, d. Pilihan resolusi sensitivitas yaitu ±1,5 g dan ±6 g,
29
f. Bandwith pada sumbu X dan Y sebesar 400 Hz dan pada sumbu Z sebesar 300 Hz,
g. Temperatur range mulai dari -40 ᵒC s.d. 125 ᵒC, dan
h. Rancangan yang kokoh, mampu bertahan pada kondisi kejut (high shocks survivability).
Nilai g merujuk pada percepatan dengan ukuran gravitasi bumi yang bernilai 9,8 m/s2. Tipe keluaran dari sensor ini adalah signal analog yang bervariasi tegangannya sesuai kedudukan sensor, satu signal keluaran untuk setiap sumbu sehingga total terdapat 3 signal keluaran analog. Gambar 2.14 menunjukan Konfigurasi pin sensor accelerometer MMA7361.
Gambar 2.14. Konfigurasi pin sensor accelerometer MMA7361
30
Tabel 2.1. Fungsi pin sensor accelerometer MMA7361
No. Pin Nama Pin Fungsi Pin
9 0g-Detect Logika digital linear jatuh bebas sinyal output 10 g-select Pin logic input untuk memilih g level
11 N/C Tidak ada koneksi
12 N/C Tidak ada koneksi
13 Self test Pin input untuk self test
14 N/C Tidak ada koneksi
Pada sensor accelerometer MMA7361 ini memiliki fasilitas g-select yang memungkinkan sensor bekerja pada dua tingkat sensitivitas yang berbeda. Penguatan internal pada sensor akan berubah sesuai dengan tingkat sensitivitas, yaitu 1,5g atau 6g. Pemilihan tingkat sensitivitas ini dilakukan dengan memberikan input logika pada pin g-select. Diskripsi pemilihan tingkat sensitivitas pada sensor accelerometer MMA7361 dapat diamati pada Tabel 2.2.
Tabel 2.2. Deskripsi tingkat sensitivitas accelerometer MMA7361
g-Select g-Range Sensitivitas
0 1,5g 800mV/g
1 6g 206mV/g
2.10 Fast Fourier Transform (FFT)
31
Salah satu algoritma yang dapat digunakan adalah Fast Fourier Transform (FFT). Prinsip kerja FFT mentransformasikan sinyal yang diskret dalam domain waktu, kemudian diubah ke dalam domain frekuensi (Sipasulta, 2014). FFT merupakan turunan dari persamaan Discrete Fourier Transform (DFT) dimana jumlah perhitungan digital pada DFT dapat dikurangi secara signifikan sehingga dengan adanya penemuan FFT maka perhitungan digital terhadap spektrum-spektrum frekuensi dapat diwujudkan secara sederhana dalam implementasinya. Perubahan yang dilakukan adalah dengan cara mengelompokan batas n ganjil dan n genap sehingga N point DFT menjadi (N/2) point. Persamaan di bawah ini menunjukan persamaan FFT Decimation In Time.
X [k] =
∑
k = 0,1, .... N-1 ... (5) Persamaan (5) dibagi menjadi dua bagian, untuk n genap dan n ganjil, sehingga diperoleh persamaan sebagai berikut
∑ ∑ ... (6)
genap ganjil n=2r n = 2r+1
dengan memasukan nilai n genap dengan 2r dan untuk n ganjil 2r+1 diperoleh persamaan seperti pada persamaan berikut
∑ ∑ ...(7)
dimana
( ) ⁄
32
Persamaan akhir dapat dituliskan sebagai berikut
...(9)
33
dalam noice reduction, image processing, antialiasing dan menghilang pseudoimage pada multirate processing. Filter dibagi menjadi 3 jenis, yaitu.
a. Low Pass Filter adalah sebuah rangkaian yang tegangan keluarannya tetap dari dc, naik sampai ke suatu frekuensi cut-off (fc). Low pass filter merupakan jenis filter yang melewatkan frekuensi rendah serta meredam/menahan frekuensi tinggi. Bentuk respon LPF seperti ditunjukkan Gambar 2.15 (a).
b. High Pass Filter memperlemah tegangan keluaran untuk semua frekuensi di bawah frekuensi cut off (fc). Di atas fc, besarnya tegangan keluaran tetap. Dengan kata lain, High pass filter merupakan jenis filter yang melewatkan frekuensi tinggi serta meredam/menahan frekuensi rendah. Bentuk respon HPF seperti ditunjukkan Gambar 2.15 (b).
c. Filter Band Pass hanya melewatkan sinyal pada pita frekuensi yang telah ditentukan, kemudian memperlemah semua frekuensi di luar pita itu. Bentuk respon HPF seperti ditunjukkan Gambar 2.15 (c) (Wijaya, 2014).
(a) (b) (c)
34
III. METODE PENELITIAN
3.1 Tempat dan Waktu Penelitian
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Elektronika dan Instrumentasi Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Lampung pada bulan Oktober 2014 sampai dengan Juni 2015.
3.2 Alat dan Bahan Penelitian
Alat-alat yang digunakan pada penelitian adalah sebagai berikut.
1. Personal Computer (PC) untuk membuat dan mendownload program mikrokontroler, serta menampilkan grafik hasil alat dengan menggunakan Matlab.
2. Catu daya untuk memberikan tegangan masukan ke rangkaian. 3. Handy talk (HT) digunakan sebagai media transmisi.
4. Solder listrik untuk melelehkan timah agar komponen elektronika melekat pada PCB.
5. Penyedot timah untuk membuang timah pada PCB yang tidak terpakai. 6. Bor listrik untuk melubangi PCB sehingga dapat dipasang komponen
35
7. Multimeter digital untuk mengukur arus (A), resistansi (Ω), tegangan AC dan DC dan untuk mengecek komponen elektronika.
8. Gergaji untuk memotong PCB.
9. K-125R untuk mendownload program ke mikrokontroler.
10.Speaker untuk sumber getaran sebagai alat uji sensor accelerometer. 11.Signal Generator untuk memberikan inputan frekuensi pada speaker. 12.Osiloskop untuk melihat gambar gelombang hasil getaran.
13.Konektor DB-9 pin male dan female digunakan untuk menghubungkan rangkaian sistem mikrokontroler dengan modul FSK.
Sedangkan bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian adalah sebagai berikut.
1. Papan printed circuit board (PCB) digunakan sebagai tempat memasang komponen yang digunakan.
2. Pelarut (Fe2Cl3) digunakan untuk melarutkan jalur pada PCB. 3. LED digunakan sebagai lampu indikator.
4. Resistor digunakan untuk memberi hambatan pada rangkaian. 5. Dioda digunakan untuk membatasi tegangan pada rangkaian. 6. Transistor digunakan sebagai penguat tegangan.
7. Kapasitor digunakan untuk menyimpan muatan listrik.
8. TCM3105 digunakan untuk memodulasi dan mendemodulasi sinyal. 9. Mikrokontroler ATMega8535 sebagai pengontrol dan pengendali utama
rangkaian pengukuran getaran.
10. Jumper digunakan untuk menghubungkan antar komponen.
11. Headset jack digunakan untuk menhubungkan HT dengan modul FSK.
36
3.3 Prosedur Penelitian
1. Perancangan Perangkat Keras
Alat-alat yang akan digunakan dalam penelitian ini adalah sensor accelerometer, rangkaian mikrokontroler ATMega8535, rangkaian FSK modulator dan rangkaian FSK demodulator. Diagram blok rancangan pengirim dan penerima telemetri dapat dilihat pada Gambar 3.1 dan Gambar 3.2.
Gambar 3.1. Rangkaian pengiriman data
Gambar 3.2. Rangkaian penerima data
Penelitian ini adalah bentuk aplikasi dari sistem telemetri yang merupakan pemantauan atau monitoring keadaan fisis dari jarak jauh. Sensor yang digunakan
37
adalah sebuah sensor accelerometer, sensor ini digunakan untuk merubah besaran fisis yang berupa getaran menjadi besaran elektris. Output dari sensor ini berupa sinyal analog, kemudian dengan ADC internal yang terdapat di mikrokontroler ATMega8535, sinyal analog tersebut diubah menjadi sinyal digital, karena mikrokontroler hanya akan memproses sinyal dalam bentuk digital. Pada mikrokontroler ATMega8535 ini, sinyal paralel diubah menjadi serial. Sinyal keluaran ini tidak dapat langsung dihubungkan ke pemancar FM, dalam hal in HT, karena HT hanya menerima sinyal analog. Oleh karena itu dibutuhkan rangkaian FSK modulator, yang berperan untuk memodulasi sinyal dengan metode FSK dan mengkonversi bit-bit digital menjadi sinyal analog. FSK modulator ini menggunakan IC TCM3105. Keluaran dari rangkaian inilah yang akan masuk ke HT, untuk dikirimkan informasinya ke pesawat penerima. Output dari HT penerima adalah sinyal analog, yang tidak langsung diolah dengan PC. Oleh karena itu digunakan rangkaian FSK demodulator, untuk mendapatkan kembali sinyal level tegangan TTL keluaran dari mikrokontroler ATMega8535. Kemudian sinyal masuk ke MAX-232 untuk mendapatkan level tegangan RS-232, sehingga dapat diteruskan ke PC.
a. Perancangan Sensor
Sensor yang digunakan dalam sistem ini adalah sensor accelerometer, sensor inilah yang berfungsi sebagai sumber informasi dalam sistem akuisisi. Sensor accelerometer digunakan untuk mendeteksi dan mengukur getaran.
38
MMA7361 dapat digunakan untuk mengukur percepatan pada tiga sumbu pengukuran, yaitu terhadap sumbu X, sumbu Y, dan sumbu Z. Keluaran dari sensor ini sudah dapat langsung masuk ke mikrokontroler tanpa melalui rangkaian pengkondisi sinyal. Sumbu X dari sensor dihubungkan ke pin 0 pada port A mikrokontroler, sedangkan pin 1 terhubung dengan sumbu Y dan sumbu Z di pin 2. Rangkaian sensor ini dapat dilihat pada Gambar 3.3.
Gambar 3.3. Rangkaian Sensor Accelerometer MMA7361
b. Perancangan Rangkaian Mikrokontroller ATMega8535
39
Gambar 3.4. Rangkaian sistem minimum mikrokontroler ATMega8535
Sistem minimum mikrokontroler ATMega8535 terdiri dari kristal dengan frekuensi detak sebesar 12 MHz dan kapasitor sebesar 22 pF yang dihubungkan dengan pin XTAL1 dan XTAL2 dari mikrokontroler sebagai sumber clock. Tombol reset berfungsi untuk mereset program yang sudah tertanam dalam IC tersebut. Pin reset tidak langsung dihubungkan dengan tegangan masukan 5 V, namun ditambah dengan resistor dan kapasitor. Port A (pin 33 hingga pin 40) digunakan sebagai jalur input data yang berasal dari sensor.
c. Perancangan Rangkaian FSK Modulator Demodulator
40
Gambar 3.5. Rangkaian FSK modulator demodulator dengan IC TCM3105
Tegangan 5 volt masuk melalui VDD pin 1 IC TCM3105. TRS (pin 5) mendapat sinyal not CLK dari CLK (pin2) yang dibalik oleh transistor T1, sehingga menjadi standar Bell 202. CDT (pin 3) adalah output carrier detect disambungkan dengan lampu LED ke GND melalui resistor 220-680 ohm, untuk indikator ada sinyal yang diterima. RXA (pin 4) masukan sinyal audio dari radio, dibatasi tegangannya oleh dioda.
RXB (pin 7) dapat diatur tegangannya dengan trimpot 50k untuk menyetel tegangan bias RXD. RXD (pin 8) keluaran data serial standar TTL, untuk dihubungkan dengan RXD komputer melalui logic translator IC MAX232. CDL (pin 10) ditahan tegangannya dengan resistor 50k untuk menyetel carrier detect level untuk menentukan sensitivitas masukan di RXA. TXA (pin 11) merupakan
MAX-232
TCM 3105
41
output audio yang akan dipancarkan melalui HT. Pada HT Uniden GMR3040-2CKHS dipasang microphone input. TXR1 dan TXR2 (pin 12 dan 13) digroundkan berarti memilih baud rate 1200 bit/sec. TXD (pin 14) dihubungkan dengan output serial data melalui logic translator max 232. OSC1 dan OSC2 langsung dihubungkan dengan kristal 4.4336 MHz.
d. Perancangan Rangkaian LCD
LCD digunakan untuk menampilkan karakter-karakter berupa huruf dan angka. Tidak ada komponen tambahan pada skematik rangkaian mikrokontroler dan LCD. LCD yang digunakan adalah tipe 16x2. Rangkaian dapat dilihat pada Gambar 3.6.
Gambar 3.6. Rangkaian LCD
2. Perancangan Perangkat Lunak
42
a. Perancangan Perangkat Lunak Mikrokontroler ATMega8535
Program sistem akuisisi data dibuat dengan perangkat lunak CodeVision AVR. Pertama-tama CPU mikrokontroler memerintahkan ADC untuk mencuplik isyarat analog dari kedelapan saluran masukan, dengan cara menginisiasi port serial kemudian membaca data ADC. Data yang terbaca disimpan di RAM Internal mikrokontroler ATMega8535 dikirim ke modulator demodulator FSK. Data yang didownloadkan ke mikrokontroler adalah file dalam format heksa (*.hex) yang di program dengan CV AVR.
b. Perancangan Perangkat Lunak Hyperterminal
Perangkat lunak ini berisi instruksi-instruksi untuk pengaturan port serial PC dan pembuatan tampilan hasil pembacaan data dari sensor accelerometer MMA7361. Interfacing pada PC dilakukan pada program hyperterminal untuk melihat tegangan keluaran sensor.
c. Perancangan Perangkat Lunak Matlab
Pada penelitian ini data keluaran sensor diolah dengan menggunakan matlab berdasarkan program Fast Fourier Transform (FFT) untuk meilhat sinyal keluaran dalam bentuk grafik dan mencari frekuensi dominannya.
3.4 Diagram Alir Penelitian
43
Gambar 3.7. Diagram Alir Prosedur Kerja
Memverifikasi Hasil Pengukuran
Selesai
Pengambilan data dan analisis Pengujian sistem otomatisasi alat ukur Tidak
Ya
Mulai
Pengujian pengiriman data dengan media transmisi HT
Perancangan sistem otomatisasi telemetri getaran dengan media transmisi HT Perancangan telemetri getaran dengan
media transmisi HT
Penambahan sistem sensor
Pengujian sistem sensor Tidak
Ya
44
3.5 Pengujian Sistem
Pengujian sistem dibagi menjadi pengujian getaran dari sensor dan pengujian jarak transmisi HT pengirim ke HT penerima.
a. Pengujian Getaran
Pengujian sistem dilakukan dengan cara meletakkan sensor accelerometer pada permukaan speaker. Speaker diberikan frekuensi bervariasi dari 0,5 Hz – 20 Hz, dengan interval 0,5 Hz, masing-masing frekuensi diambil data dalam waktu 15 detik. Selanjutnya diukur nilai tegangan keluaran dari sumbu X, sumbu Y dan sumbu Z pada sensor tersebut. Gambar 3.8 menunjukan pengujian getaran.
(a)
(b)
Gambar 3.8 Pengujian getaran (a) sistem pengirim (b) sistem penerima Mikro-
kontroler
TCM 3105 Sensor
Accelerometer
Speaker Signal
Generator
Mikro- kontroler TCM
45
Berikut adalah data yang akan diambil dari penelitian ini seperti pada Tabel 3.1. Tabel 3.1. Data sensor accelerometer
No. Waktu (s) Sumbu X
b. Pengujian Jarak Pengiriman
Jarak pengiriman diuji dengan cara melakukan komunikasi antara HT pengirim dan HT penerima dengan jarak tertentu. Kemudian dilihat apakah sinyal yang diterima baik atau tidak. Berikut ini adalah tabel pengambilan data dari penelitian ini seperti pada Tabel 3.2.
Tabel 3.2 Pengujian Jarak Pengiriman
46
c. Pengujian Sistem Minimum Mikrokontroler
Pengujian sistem minimum mikrokontroler dilihat dengan membandingkan nilai tegangan keluaran multimeter dengan tegangan yang ditampilkan oleh PC seperti yang ditunjukan pada Tabel 3.3.
Tabel 3.3 Perbandingan nilai keluaran tegangan pada PC dan pada multimeter No Sudut
d. Pengujian mikrokontroler master dan mikrokontroler slave
47
48
%======================Memangggil data==========================
filename='sumbu-x.txt'; % disesuaikan dengan nama file
data=load(filename); t=data(:,1);
x=data(:,2)
%===================Perancangan High pass filter=================
Fs=30; f=Fs/2; n=10;
fc=0.5; % Frek cut-off
w1=(fc)/f;
b,a]=butter (n,w1,'high'); y=filter(b,a,x);
%============================= FFT ==============================
81
V. KESIMPULAN DAN SARAN PENELITIAN
5.1 Kesimpulan
Berdasarkan hasil dan pembahasan penelitian dapat disimpulkan sebagai berikut.
1. Jangkauan pengiriman data menggunakan HT Uniden GMR3040-2CKHS mencapai 950 meter.
2. Pengambilan data dengan frekuensi menjelaskan bahwa semakin besar frekuensi yang diberikan semakin besar pula getaran yang dideteksi sensor. 3. Nilai bandwith dari modul FSK TCM3105 adalah sebesar 3000 Hz.
4. Hasil pengujian FFT untuk frekuensi sumber 0,5 Hz – 20 Hz, frekuensi dominan yang diperoleh adalah 4,7892 Hz dengan magnitudo sebesar 58,8514 dB untuk sumbu X, sedangkan untuk sumbu Y frekuensi dominan yang diperoleh adalah 2,6097 Hz dengan magnitudo sebesar 71,0618 dB dan untuk sumbu Z frekuensi dominan yang diperoleh adalah 0,72199 Hz dengan magnitudo sebesar 75,5713 dB.
82
6. Nilai deviasi pada pengambilan data dengan menggunakan multimeter dan mikrokontroler pada sumbu X adalah sebesar 0,02 V, sedangkan untuk sumbu Y adalah 0,03 V dan untuk sumbu Z adalah 0,02 V.
7. Nilai rata-rata deviasi komunikasi dua mikrokontroler dari master ke slave adalah 0,046 V pada sumbu X, untuk sumbu Y sebesar 0,047 V dan pada sumbu Z sebesar 0,046 V.
8. Nilai standar deviasi rata-rata dari pengiriman data pada sistem telemetri adalah sebesar 0,2313 V pada sumbu X, untuk sumbu Y sebesar 0,4954 V dan pada sumbu Z sebesar 0,0198 V.
5.2 Saran
Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan, saran yang dapat diberikan untuk penelitian selanjutnya sebagai berikut.
1. Untuk pengembangan selanjutnya, sebaiknya mengunakan modul FSK yang memiliki baud rate dengan kecepatan lebih tinggi sehingga dapat mendukung pengiriman data dengan lebih baik.
2. Untuk memperoleh jangkauan pengiriman yang lebih luas, sebaiknya sistem transmisi HT mengunakan repeater.
83
DAFTAR PUSTAKA
Aini, Dian N., Widya Utama dan Syaeful Bahri. 2012. Penaksiran Resonansi Tanah dan Bangunan Menggunakan Analisis Mikrotremor Wilayah Surabaya Jawa Timur. Jurnal Teknik POMITS Vol. 1, No. 1. Hal 1-5.
Cutnell, J. D. dan K.W. Johnson. 2012. Physics. New Jersey: John Wiley.
Erlita, E., Yurri S. dan Lizda J. 2014. Penentuan Nilai Parameter Peredam Getaran Akibat Gempa Pada Bangunan Berlantai Tiga. Skripsi. Institut Teknologi Sepuluh November. Surabaya.
Gunadhi, Yudgi. 2014. Sistem Transmisi Data dalam Telekomunikasi. http://digilib.mercubuana.ac.id. Diunduh Selasa, 7 Mei 2014 pukul 10.50 WIB.
Haris, Adam dan Irjan. 2013. Analisis Percepatan Getaran Tanah Maksimum Wilayah Yogyakarta dengan Metode Atenuasi Patwardhan. Jurnal Neutrino Vol.5, No. 2 April 2013.
Haryanti, Munnik dan Nurwijayanti Kusumaningrum. 2008. Aplikasi Accelerometer 3 Axis Untuk Mengukur Sudut Kemiringan (Tilt) Engineering Model Satelit Di Atas Air Bearing. Tesla, Vol. 10, No. 2.
Hidayat, Usep Mohamad Ishaq dan Andi Lasa. 2012. Perancangan Pengukur Magnitudo Dan Arah Gempa Menggunakan Sensor Accelerometer ADXl330 Melalui Telemetri. Jurnal Sistem Komputer Unikom Komputika, Vol 1, No 2.
Isnianto, Hidayat Nur dan Ali Ridho. 2013. Rancang Bangun Alat Ukur Unting-unting Digital dan Waterpass Digital dengan Accelero Sensor Berbasis Mikrokontroler ATmega8535. Jurnal Rekayasa Elektrika Universitas Gadjah Mada Vol. 10, No. 3.
Jokowinarno, Dwi. 2011. Mitigasi Bencana Tsunami di Wilayah Pesisir Lampung. Jurnal Rekayasa, Vol. 15 No. 1.
84
Ling, Fan. 1995. Wireless Modem. Thesis and Dissertations. Lehigh University. Pennsylvania.
Marquis, J., Katrin H. and Egill Hauksson. 2014. Investigating Earthquakes through Regional Seismicity California Institude of Technologi. http://scedc.caltech.edu. Diunduh Jumat, 6 Juni 2014 pukul 12.50 WIB. Muchlas, Tole Sutikno dan Sahnan. 2006. Sistem Kendali Peralatan Rumah
Tangga Berbasis HT dan Mikrokontroler AT89S5. Jurnal Telkomnika Universitas Ahmad Dahlan, Vol 4, No 1. Hal 33 – 38.
Mulyono, Heri dan Imam Gunawan. 2013. Prototype Sistem Pendeteksi Gempa Untuk Rumah/Kantor Berbasis Mikrokontroller Menggunakan Sensor Mma7260Q. Jurnal Teknologi Informasi & Pendidikan Vol. 6 No. 2.
Naryanto, Heru Sri. 1997. Kegempaan di Daerah Sumatra. Jurnal Alami Vol. 2, No. 3.
Noor, Djauhari. 2006. Geologi Lingkungan. Yogyakarta: Graha Ilmu.
Novianta, Muhammad Andang. 2012. Sistem Deteksi Dini Gempa Dengan Piezo Elektrik Berbasis Mikrokontroler AT89C51. Simposium Nasional Rapi XI FT UMS.
Nurwati, Tri. 2009. Pengolahan Sinyal. http://digilib.uin-suka.ac.id. Diunduh Selasa, 7 Mei 2014 pukul 10.40 WIB.
Priyadi, Irnanda dan Meiky Enda Wijaya. 2014. Perancangan Alat Pendeteksi dan Peringatan Gempa Berpotensi Tsunami dengan Transmisi Sinyal Audio Melalui Media Jala-Jala Listrik. Skripsi. Universitas Bengkulu. Bengkulu.
Rahman, Fatkhur. 2007. Rancang Bangun Sistem Pendeteksi Level Getaran Menggunakan Sensor Geofon dengan Penampil Borland Delphi 7.0 Pada Monitor Komputer. Skripsi. Universitas Diponegoro. Semarang.
Rakhmadi, Indra dan Panggih Basuki. 2013. Purwarupa Sistem Pemantau Getaran pada Bangunan Bertingkat Dua Menggunakan Sensor Akselerometer. International Journal of Enterprise Information Systems (IJEIS), Vol.3 No.2. Hal 197 – 206.
Riantiningsih, Wahyu Nurdila. 2009. Pengamanan Rumah Berbasis Mikrokontroler ATmega8535 dengan Menggunakan PC. Skripsi. Universitas Sumatera Utara. Medan.
85
Sipasulta, R. Yohanes, Arie Lumenta, Sherwin Sompie. 2014. Simulasi Sistem Pengacak Sinyal Dengan Metode FFT (Fast Fourier Transform). E-journal Teknik Elektro dan Komputer. ISSN 2301-8402 Simulasi. Hal 1 – 9.
Tanudjaja, Harlianto 2008. Pengolahan Sinyal Digital & Sistem Pemrosesan Sinyal. Yogyakarta: Andi Publisher.
Widjokongko. 2014. Seismik Senyap Selat Sunda Simpan Potensi Gempa. www.beritasatu.com. Diunduh Jumat, 6 Juni 2014 pukul 10.33 WIB.
Wijaya. 2014. Filter Pasif. Diktat Elektronika Dasar 1. Universitas indonesia. Jakarta.
Wiley, John. 2003. The Nature of Waves. http://demo.webassign.net. Diunduh Jumat, 6 Juni 2014 pukul 12.33 WIB.
Yulianti, Ria Catur. 2013. Rekayasa Gempa. http://www.elearning.uty.ac.id. Diunduh Selasa, 6 Mei 2014 pukul 20.40 WIB.
