PENGUKUR TINGGI BADAN DENGAN DETEKTOR ULTRASONIK

PROSIDING 20 11© HASIL PENELITIAN FAKULTAS TEKNIK

Arsitektur

Elektro

Geologi

Mesin

Perkapalan

Sipil

PENGUKUR TINGGI BADAN DENGAN DETEKTOR ULTRASONIK

A. Ejah Umraeni Salam & Cristophorus Yohannes

Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin Jl. Perintis Kemerdekaan Km. 10 Tamalanrea - Makassar, 90245

Telp./Fax: (0411) 588111 e-mail: a.ejah_umraeni@gmail.com

Abstrak

Perkembangan instrumentasi elektronika mengalami perkembangan seiring dengan banyaknya penemuan sensor-sensor. Tugas akhir ini membahas tentang pembuatan alat untuk mengukur tinggi badan dengan memanfaatkan sensor ultrasonik. Sensor ultrasonik ini mengirimkan pulsa ultrasonik yang apabila mengenai suatu objek maka pulsa tersebut akan memantul dan diterima kembali oleh receiver sensor tersebut. Pulsa yang memantul inilah yang dipakai sebagai indikator jarak kepala orang dengan sensor, yang kemudian jarak tersebut akan dikurangi dengan jarak antara sensor dan lantai, maka diperoleh tinggi badan orang tersebut. Output dari sensor ultrasonik ini kemudian akan diolah dengan menggunakan mikrokontroller ATmega8535 kemudian diolah menjadi data dan data tersebut dapat dibaca dengan menggunakan alat display berupa LCD. Pengukur tinggi badan ini menggunakan pemrograman bahasa C yang berfungsi untuk mengolah dan menata sistem kerja rangkaian mikrokontroller ATmega8535 dan rangkaian sensor ultrasonik agar bekerja sesuai dengan yang diharapkan. Akhir dari pembuatan alat ini adalah dengan melakukan analisa pengujian terhadap alat untuk mengetahui akurasi pengukurannya. Hasil analisa tersebut menghasilkan kesimpulan tentang kelebihan dan kekurangan alat ini untuk selanjutnya dapat dikoreksi dan dikembangkan lebih lanjut. Kata kunci: sensor ultrasonic, ATmega 8535, Display LCD

PENDAHULUAN

Alat ukur tinggi badan yang sering digunakan saat ini yaitu alat ukur tinggi badan konvensional. Alat ukur konvensional ini berupa pita meteran dan segitiga siku. Penggunaan alat ukur ini sangat sederhana yaitu dengan memasang pita meteran pada dinding yang tegak lurus dengan lantai kemudian pembacaan pengukuran dilakukan dengan menggunakan segitiga siku.

Selain alat ukur tinggi badan konvensional, terdapat pula pengukur tinggi badan digital. Alat ukur dengan penampil digital memberikan banyak kemudahan seperti pembacaan yang lebih teliti dan mudah dibaca. Pengolahan data juga lebih mudah dilakukan secara digital, walaupun ada beberapa aspek yang memang tidak bisa mengabaikan suatu alat ukur analog.

Alat ukur tinggi badan dengan penampil digital ini dirancang dengan menggunakan sistem kendali yang dapat mengolah data yang dimasukkan pada sistem kontrolernya menjadi data keluaran yang mudah dibaca, dimana data masukan diperoleh dari sensor ultrasonic

METODA PENELITIAN

Penelitian ini bertujuan untuk mendisain dan membuat alat ukur tinggi badan dengan tahap tahap sebagai beikut:

Garis Besar Perancangan

Pengukur Tinggi Badan dengan… A. Ejah Umraeni Salam & Cristophorus Y.

Arsitektur

Elektro

Geologi

Mesin

Perkapalan

Sipil

Pendeskripsian cara kerja alat ukur ini dapat dilihat pada Gambar 2.

Deskripsi kerja dari pengukur tinggi badan dengan detektor ultrasonik dapat dijelaskan sebagai berikut, sensor ultrasonik akan dipasang tegak lurus di dinding dengan jarak dari lantai ke sensor PING))) adalah 220 cm, jarak tersebut ditentukan dengan pertimbangan batas kemampuan sensor PING))) yang optimal mengukur antara 2 cm s.d. 300 cm dan agar lebih mudah pada saat pemasangan. Variabel distance menyatakan jarak antara sensor PING))) dan kepala. Dengan mengetahui jarak antara kepala dengan sensor PING))) kemudian jarak ini diperkurangkan dengan jarak sensor PING))) dengan lantai, maka dapat diketahui tinggi badan orang yang berdiri di bawah sensor PING))).

Perancangan sistem di atas membutuhkan alat dan bahan sebagai berikut:  Rangkaian mikrokontroler ATmega8535

 Sensor Ultrasonik  Adaptor 12 V, 1 mA

Prinsip Kerja

Prinsip kerja dari Pengukur Tinggi Badan dengan Detektor Ultrasonik adalah sebagai berikut, objek dalam hal ini orang yang akan diukur tinggi badannya, berdiri di bawah sensor PING))) yang dipasang pada ketinggian 220 cm dari lantai. Setelah itu, untuk mengukur tinggi badan maka sensor PING))) dan rangkaian mikrokontroler diaktifkan. Setelah aktif, mikrokontroler menghasilkan sinyal high selama 5 µs (tout) ke pin

mikrokontroler yang terhubung dengan sensor PING))), kemudian di-low-kan kembali selama 750 µs (tholdoff),

lalu PING))) akan membuat logika sinyal pulsa kembali high, kemudian men-transmite sinyal ultrasoniknya. Pada saat PING))) membuat logika high, maka saat itu counter mulai pencacahannya, dan menunggu sampai sinyal ultrasonik dipantulkan oleh objek. Pada saat sinyal yang dipantulkan telah diterima oleh unit penerima sensor PING))) maka, logika di-low-kan kembali oleh PING))), dan counter berhenti mencacah. Untuk lebih jelasnya, prinsip kerja PING))) dapat dilihat pada Gambar 3.

Hasil cacahan counter merupakan besaran waktu dengan satuan µs. Untuk mengubahnya menjadi besaran jarak maka digunakan rumus hubungan jarak, kecepatan, dan waktu.

s = jarak (cm)

v = kecepatan suara di udara (34442.4 cm/s) t = waktu (s)

Data waktu yang diterima oleh mikrokontroler adalah waktu tempuh mengirim dan menerima sensor ultrasonik, maka kita perlu membagi dua nilai t yang diperoleh dari PING))), sehingga perhitungan jarak menjadi seperti berikut ini:

Gambar 1. Rancang Bangun Pengukur Tinggi Badan denganDetektorUltrasonik

PROSIDING 20 11© HASIL PENELITIAN FAKULTAS TEKNIK

Arsitektur

Elektro

Geologi

Mesin

Perkapalan

Sipil

distance = jarak objek dengan PING)))

vsuara = kecepatan suara di udara (34442.4 cm/s)

counter = waktu dalam satuan µs

Pembuatan Piranti Masukan

Piranti masukan yang digunakan untuk mendeteksi jarak objek adalah sensor PING))) Ultrasonik. Sensor ini dipasang pada sebuah dudukan yang terbuat dari fiber. Dudukan ini nantinya akan ditempel di dinding dengan jarak 220 cm tegak lurus dari lantai.

Kaki-kaki dari sensor PING))) dihubungkan ke papan rangkaian mikrokontroler dengan kabel sepanjang ± 175 cm. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada Gambar 4.

Pembuatan Rangkaian Mikrokontroler

Rangkaian Mikrokontroller bertugas mengendalikan sistem pengukuran. Sistem kontroller yang membangkitkan sinyal input agar sensor PING))) aktif kemudian menerima data dari PING))), mengolah datanya, kemudian menampilkan hasil olahan data ke alat display.

Start PortB.0 = 1 Delay 5µs PortB.0 = 0 Delay 750 µs Menunggu logika PING))) = 1 PortB.0 = 1 counter ++ 1 1 PortB.0=0 counter end End

Gambar 3. Flowchart prinsip kerja PING))) Ultrasonik

Pengukur Tinggi Badan dengan… A. Ejah Umraeni Salam & Cristophorus Y.

Arsitektur

Elektro

Geologi

Mesin

Perkapalan

Sipil

Kaki SIG pada sensor PING))) dihubungkan ke Port B.0. Untuk pemasangan LCD digunakan Port A. Selain rangkaian PING))) dan LCD, pada rangkaian juga diberikan rangkaian reset dan clock. Untuk clock, digunakan cyrstal 11.0592 MHz. Sebagai power supply rangkaian, digunakan adaptor 12 volt dengan arus 1200 mA. AN7805 digunakan sebagai regulator tegangan, regulator dipasangkan pada rangkaian sensor PING))), rangkaian LCD, dan rangkaian ATmega8535.

Pembuatan Piranti Keluaran

LCD 2x16 HD44780U produksi HITACHI, digunakan sebagai alat display yang akan menampilkan hasil olahan data mikrokontroler. Alat display ini dipasang diluar box rangkaian mikrokontroler. Gambar III.7 memperlihatkan pemasangan LCD pada box rangkaian.

Pembuatan Program Pengendali

Untuk bahasa pemrograman yang digunakan untuk membuat program pengendali, Penulis menggunakan bahasa pemrograman C sebab bahasa pemrograman C memiliki struktur pemrograman yang lebih teratur daripada bahasa C sehingga dapat mendeteksi kesalahan program lebih cepat. Selain itu, sebaris kode program dalam bahasa C sama dengan beberapa kode atau baris pada bahasa Assembly. Dengan menggunakan bahasa C proses perhitungan aritmatika lebih mudah dibandingkan dengan menggunakan bahasa Assembly.

Setelah program dalam bahasa C ditulis dan dilakukan kompilasi tidak terdapat kesalahan (error) maka proses download dapat dilakukan.

HASIL DAN BAHASAN

Dalam bab ini akan dibahas tentang pengujian berdasarkan perencanaan dari sistem yang dibuat. Pengujian ini dilaksanakan untuk mengetahui kehandalan dari sistem dan untuk mengetahui apakah sudah sesuai dengan perencanaan atau belum. Pengujian pertama dilakukan untuk menguji keakuratan sensor PING))). Pengujian kedua dilakukan untuk menguji kinerja seluruh sistem yang telah direncanakan.

Pengujian Sensor Ultrasonik

Pengujian sensor ultrasonik dilakukan dengan tujuan mengetahui jarak terjauh yang dapat dideteksi oleh sensor PING))) dengan akurat. Pengujian dilakukan dengan benda padat yang permukaannya datar dijadikan sebagai

Gambar 5. Skema Rangkaian Mikrokontroler

PROSIDING 20 11© HASIL PENELITIAN FAKULTAS TEKNIK

Arsitektur

Elektro

Geologi

Mesin

Perkapalan

Sipil

objek. Data yang diperoleh dari PING))) kemudian dibandingkan dengan hasil pengukuran manual menggunakan penggaris 50 cm. Hasil pengujiannya dapat dilihat pada tabel berikut ini.

Tabel 1. Hasil Pengujian Sensor PING)))

No. Jarak dari

PING))) (cm) Jarak Sebenarnya (cm) 1 3 3 2 4 4 3 5 5 4 6 7 5 8 10 6 9 12 7 12 15 8 18 24 9 21 25 10 24 30

Dari data hasil pengujian PING))) dapat diketahui bahwa dengan mengandalkan kecepatan rambat udara sebagai pengali counter ternyata membuat pengukuran menjadi tidak tepat. Setelah diteliti lebih lanjut, ternyata secara fisika, kecepatan rambat di udara juga bergantung pada suhu disekitarnya [6]. Hal ini membuat ketidakpastian pengukuran pada sensor PING))). Maka dibuat suatu perbandingan antara counter dan jarak yang ditunjukkannya. Perbandingan diperoleh dengan cara mengambil beberapa sampel kemudian diuji keakuratan penghitungannya, begitu seterusnya sampai didapatkan perbandingan yang menghasilkan penghitungan yang akurat. Ditentukan range pengukuran 3 cm sampai 300 cm (jarak maksimum pendeteksian PING)))). Jika benda ditempatkan di depan PING))) dengan jarak 3 cm maka counter menunjukkan nilai 182 µs . Untuk jarak terjauh dalam hal ini 300 cm (dibuat agar PING))) tidak dihalangi objek) counter menunjukkan nilai 16650 µs.

Range counter : 16650 – 182 = 16468 Range jarak : 300 – 3 = 297

Perbandingan = 16468 : 297 = 55.34 : 1

Perbandingan di atas diartikan tiap kenaikan 1 cm maka counter juga akan naik 55.34 µs. Dengan perbandingan ini kemudian digunakan rumus seperti berikut

distance =counter / 55.34

Setelah diuji kembali, ternyata datanya tidak jauh berbeda dengan sebelum perbandingan digunakan. Untuk mengatasi hal ini, diambil sampel berikutnya dengan meletakkan benda di depan PING))) sejauh 45 cm dan 50 cm. Untuk 45 cm counter menunjukkan nilai 2272 µs dan untuk 50 cm counter menunjukkan nilai 2478 µs. Maka diperoleh perbandingan sebagai berikut

Range counter : 2272 – 182 = 2090 Range jarak : 45 – 3 = 42 Perbandingan = 2090 : 42 = 49.76 Range counter : 2478 – 182 = 2296 Range jarak : 50 – 3 = 47 Perbandingan = 2296 : 47 = 48.85

Dengan melihat sampel di atas maka dicoba perbandingan 49 : 1 ke dalam rumus :

Pengukur Tinggi Badan dengan… A. Ejah Umraeni Salam & Cristophorus Y.

Arsitektur

Elektro

Geologi

Mesin

Perkapalan

Sipil

Tabel 2. Hasil Pengujian PING)) dengan memakai perbandingan

No. Jarak dari

PING))) (cm)

Jarak Sebenarnya

(cm)

No. Jarak dari

PING))) (cm) Jarak Sebenarnya (cm) 1 3 3 11 18 18 2 4 4 12 20 20 3 5 5 13 21 21 4 6 6 14 24 24 5 7 7 15 25 25 6 8 8 16 30 30 7 9 9 17 32 32 8 10 10 18 41 41 9 12 12 19 45 45 10 15 15 20 50 50

Dari data pengujian yang ke-2 ini, dapat dilihat bahwa perbandingan persentase kesalahan pengukuran PING))) dan jarak sebenarnya adalah 0 %. Dengan keakuratan seperti ini, maka sensor ultrasonik PING))) dapat digunakan sebagai pendeteksi jarak.

Pengujian Pengukuran Tinggi Badan

Tujuan pengujian ini adalah untuk mengetahui kinerja sensor PING))), mikrokontroler, dan LCD, sebagai suatu sistem stabil dan handal untuk mengukur tinggi badan manusia. Pengujian dilakukan dengan permukaan objek pendeteksian sensor berupa bidang datar dan tidak datar. Untuk bidang tidak datar, sensor akan dihadapkan dengan bagian atas kepala orang yang akan diukur tinggi badannya, sedangkan untuk bidang datar, akan diletakkan penggaris lebar dengan ketebalan ± 2 mm di atas kepala orang yang akan diukur tinggi badannya.0020

Tabel 3. Hasil Pengujian Pengukur Tinggi Badan Data

ke-n Manual(cm)

Pengukuran dengan sensor PING))) Permukaan Objek Datar Permukaan Objek Tidak Datar 1 157 157 157 2 170 170 170 3 87 87 87 4 166 166 166 5 163 163 162 6 165 165 165 7 162 162 162 8 154 154 151 9 159.5 160 159 10 159 158 156 11 157 157 155 12 171 171 169 13 154 154 151 14 158 157 158 15 156 156 156 16 157 157 157 17 151 150 150 18 175 174 175 19 163.9 163 163 20 147 147 146

Dari datas terrsebut diatas maka dapat diketahui terdapat beberapa data pengukuran sensor PING))) yang sama persis dengan pengukuran meteran dan ada juga yang nilainya bergeser beberapa centimeter dari pengukuran dengan meteran.

PROSIDING 20 11© HASIL PENELITIAN FAKULTAS TEKNIK

Arsitektur

Elektro

Geologi

Mesin

Perkapalan

Sipil

Analisa Pengukuran dengan Permukaan Datar

Untuk pergeseran 0.1 – 0.9 cm pada pengukuran permukaan datar disebabkan karena pembacaan alat ukur tidak memakai tipe data float (bilangan desimal) melainkan memakai tipe data integer (bilangan bulat), sehingga tinggi yang nilainya bukan bilangan bulat akan dibulatkan oleh mikrokontroler, dengan kata lain satuan terkecil dari pengukur tinggi badan dengan sensor ultrasonik ini adalah 1 cm.

Nilai counter juga mempengaruhi pembulatan, seperti telah dipaparkan sebelumnya bahwa perhitungan yang digunakan untuk mengukur tinggi badan adalah perbandingan nilai counter dan skala 1 cm (49 : 1), jadi jika nilai counter lebih cenderung ke skala berikutnya maka program akan menampilkan skala berikutnya dan jika sebaliknya maka program akan menampilkan skala sebelumnya.

Untuk pergeseran 1 cm pada pengukuran permukaan datar disebabkan karena pada saat melakukan pengujian, posisi bidang datar yang dipasang di dinding tidak tegak lurus terhadap dinding dan sensor, sehingga pembacaan sensor kurang akurat.

Analisa Pengukuran dengan Permukaan Tidak Datar

Meskipun keakuratan pengukuran dengan bidang datar lebih banyak daripada bidang tidak datar, namun dari data selisih yang diperoleh, pengukuran akurat dengan selisih nol lebih banyak daripada pengukuran yang memiliki selisih. Setelah diamati, rata-rata tinggi badan yang bergeser adalah tinggi badan koresponden yang kepalanya tidak datar bersandar penuh pada dinding tempat pengukuran, hal ini disebabkan oleh beberapa hal seperti, koresponden perempuan yang mengikat rambutnya ke belakang, koresponden yang bergerak pada saat pengukuran, dan perbedaan bentuk kepala serta ketebalan rambut koresponden. Sehingga pada saat melakukan pembacaan, harus menunggu beberapa saat untuk mendapatkan nilai pembacaan yang tetap.

Gambar di bawah ini merupakan grafik perbandingan persentase kesalahan antara pengukuran dengan permukaan objek rata dan pengukuran dengan permukaan objek tidak rata.

Dari hasil kedua pengambilan data tersebut secara manual dan digital, didapatkan perbedaan pengukuran tinggi badan. Ini disebabkan oleh banyak faktor yang terjadi pada saat proses pengambilan data itu sendiri:

1. Kesalahan manusia membaca meteran pada saat pengujian alat.

2. Bagian atas kepala orang yang diukur tinggi badannya memiliki permukaan yang tidak datar sehingga mempengaruhi keakuratan pengukuran.

SIMPULAN

 Pengukur tinggi badan dengan detektor ultrasonik dapat bekerja dengan optimal dan dapat digunakan untuk mengukur tinggi badan.

 Untuk mendapatkan pengukuran tinggi badan yang tepat, maka pada saat pengukuran, objek dialasi dengan permukaan datar yang tipis, misalnya penggaris.

% Kesalahan

Data Ke-n

Pengukur Tinggi Badan dengan… A. Ejah Umraeni Salam & Cristophorus Y.

Arsitektur

Elektro

Geologi

Mesin

Perkapalan

Sipil

SARAN

 Penambahan rangkaian khusus agar data yang diperoleh dapat langsung diolah pada database komputer.  Pembuatan rancangan mekanik untuk pengukur tinggi badan dengan detektor ultrasonik.

DAFTAR PUSTAKA

Asita, St. Aisyah dan Hasmini. 2009. Sistem Akuisisi Data Towing Tank Berbasis PC. Makassar : Jurusan Elektro Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin.

Bejo, Agus. 2008. C dan AVR Rahasia Kemudahan Bahasa C dalam Mikrokontroler ATmega8535. Yogyakarta: Graham Ilmu.

Heryanto, Ary dan Wisnu Adi. 2008. Pemrograman Bahasa C untuk Mikrokontroler ATmega8535. Yogyakarta: Andi Offset.

Rachmad Z., Dwi. 2007. Rancang Bangun Alat Bantu Bagi Tuna Netra. Surabaya: Jurusan Telekomunikasi Politeknik Elektronika Negeri Surabaya Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

Winoto, Ardi. 2008. Mikrokontroler AVR ATmega8/16/32/8535 dan Pemrogramannya dengan Bahasa C pada WinAVR. Bandung: Informatika.

http://agfi.staff.ugm.ac.id/blog/index.php/2009/01/pemrograman-mikrokontroler-dalam-bahasa-tingkat-tinggi http://digitallaboratory.wordpress.com/2010/01/22/sensor-ultrasonic-srf04

http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/HBASE/sound/souspe.html http://www.parallax.com/dl/docs/prod/acc/28015-PINGv1.3.pdf www.atmel.com/atmel/acrobat/doc2502.pdf