Institutional Repository | Satya Wacana Christian University: Alat Uji Rem Portabel pada Kendaraan Roda 4 Menggunakan Sensor Accelerometer dan Sensor Gaya Berbasis Mikrokontroler T1 612005030 BAB II

7

Dalam merealisasikan alat uji rem portabel diperlukan dasar teori untuk menunjang agar didapatkan hasil yang optimal. Pada bab ini akan dibahas secara singkat mengenai teori dasar yang digunakan untuk merealisasikan alat uji rem portabel.

2.1. Kecepatan Rata-Rata dan Kecepatan Sesaat

Kecepatan merupakan laju perubahan posisi. Kecepatan rata-rata didefinisikan sebagai perbandingan antara perpindahan x dan selang waktu t t₂ t₁ :[5]

Kecepatan sesaat adalah limit rasio x/Δt mendekati nol. Didefinisikan sebagai berikut :

2.3. Percepatan Rata-Rata dan Percepatan Sesaat

Percepatan adalah perubahan kecepatan dalam satuan waktu tertentu yang nilainya positif. Sedangkan perlambatan adalah percepatan dengan nilai negatif. Percepatan rata-rata untuk selang waktu t t₂ t₁ didefinisikan sebagai rasio Δv/

: percepatan rata-rata/ perlambatan rata-rata (m/s²) v

 : perubahan kecepatan (m/s)

Δt : perubahan waktu (s)

Percepatan sesaat adalah limit rasio Δv/Δt dengan Δt mendekati nol.

t

2.4. Gaya Penginjakan Rem dan Gaya Perlambatan Kendaraan

Gaya penginjakan pengereman adalah besarnya gaya yang diberikan pada kendali rem pada kendaraan. Didefinisikan sebagai :[6]

r a ta

a = percepatan rata-rata kendaraan (m/s²)

Selain gaya injak rem, ada juga gaya perlambatan kendaraan yang ditentukan oleh tahanan selip. Selip terjadi karena adanya gesekan antara roda dan permukaan jalan. Didefinisikan sebagai : [6]

F = µW _(2.6)

Keterangan : F = gaya perlambatan kendaraan (Newton)

µ = koefisien gesekan antara ban dan permukaan jalan

sehingga nilai µ didapat dari hasil subtitusi Persamaan (2.5) dan Persamaan (2.6) :

g a





(2.7)

Keterangan : µ = koefisien gesekan antara ban dan permukaan jalan a = percepatan kendaraan (m/s²)

g = percepatan gravitasi ≈ 9.806 m/s²

2.5. Jarak Pengereman

Jarak pengereman merupakan jarak perlambatan kendaraan saat rem mulai diinjak hingga pada posisi berhenti. Didefinisikan sebagai berikut : [7]

 



 a dt dt

s ( (_{r a ta r a ta}) )

(2.8)

Keterangan : s = jarak pengereman(m)

a_{r a tar a ta} = perlambatan kendaraan (m/s)

Gambar 2.1 Jarak Pengereman [10]

2.6. Efisiensi Rem

Efisiensi rem merupakan koefisien yang menunjukkan seberapa maksimal kerja rem kendaraan. Semakin besar nilai efisiensinya, maka fungsi rem semakin baik.

Tingkat efisiensi rem suatu kendaraan dapat diukur :

Efisiensi rem =

100%

Sehingga dapat dikatakan bahwa efisiensi rem adalah koefisien batas gesekan antara ban dan permukaan jalan (µ).[6]

2.7. Mikrokontroler Atmega32

Mikrokontroler ATMega32 merupakan IC (Integrated Circuit) mikrokontroler buatan Atmel Corporation. Mikrokontroler ATMega32 mempunyai fasilitas–fasilitas sebagai berikut :

1. Saluran I/O sebanyak 32 buah, yaitu Port A, Port B, Port C dan Port D. 2. ADC 10 bit sebanyak 8 saluran.

3. Tiga buah timer/counter dengan kemampuan pembandingan. 4. CPU yang terdiri atas 32 buah register.

5. Watchdog timer dengan osilator internal. 6. SRAM sebesar 2 KB.

7. Memori flash sebesar 32 KB dengan kemampuan Read While Write. 8. Unit interupsi internal dan eksternal.

9. Port antarmuka SPI.

10. EEPROM sebesar 1024 B yang dapat diprogram saat operasi. 11. Antarmuka komparator analog.

Konfigurasi pin ATMega32 bisa dilihat pada Gambar 2.2 dan dapat dijelaskan secara fungsional konfigurasi pin ATMega32 sebagai berikut:

1. VCC merupakan pin yang berfungsi sebagai pin masukan catu daya. 2. GND merupakan pin ground.

3. Port A (PA0..PA7) merupakan pin I/O dua arah dan pin masukan ADC.

4. Port B (PB0..PB7) merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus, yaitu Timer/Counter, komparator analog dan SPI.

5. Port C (PC0..PC7) merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus, yaitu komparator analog dan timer oscilator.

6. Port D (PD0..PD7) merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus, yaitu komparator analog, interupsi eksternal dan komunikasi serial.

7. RESET merupakan pin yang digunakan untuk mereset mikrokontroler. 8. XTAL1 dan XTAL2 merupakan pin masukan clock eksternal.

9. AVCC merupakan pin masukan tegangan ADC.

10.AREF merupakan pin masukan tegangan referensi ADC.

2.8. LCD (Liquid Crystal Display)

Modul LCD yang digunakan pada skripsi ini adalah LCD karakter 20 kolom x 4 baris. LCD ini melakukan operasi baca atau tulis melalui 3 jalur control word (RS, R/W, E) dan 8 jalur data bus yang bekerja pada tegangan +5VDC. Tabel 2.1 menunjukkan pin keluaran dari modul LCD karakter.

Tabel 2.1 Konfigurasi Pin LCD

Pin No. Symbol Level Description

1 Vss 0V Ground DS1307. Gambar 2.5 adalah Konfigurasi Pin DS 1307. Pin X1 dan X2 adalah pin yang terhubung dengan Kristal eksternal. Kristal ini merupakan pembangkit sinyal untuk mendukung kerja DS 1307. Nilai Kristal yang digunakan adalah 32,768 kHz.

Pin Vbat adalah pin yang terhubung dengan baterai yang berfungsi sebagai catu daya cadangan apabila catu daya utama IC DS1307 (VCC, pin 8) mati. Ketika catu daya mati, baterai ini akan tetap menjaga IC DS1307 bekerja.

(two wire bidirectional ). Untuk pin SDA DS1307 terhubung dengan pin PORTB.0/SDA dan untuk pin SCL DS1307 akan terhubung dengan pin PORTB.1/SCL pada mikrokontroler.

Gambar 2.3 Konfigurasi Pin DS 1307

Gambar 2.4 Untai Modul RTC

2.10. Sensor Accelerometer

Accelerometer merupakan sensor percepatan, sensor ini mengukur percepatan akibat pengaruh gravitasi bumi dan dapat mengukur percepatan akibat gerakan benda yang melekat padanya.

2.10.1. Accelerometer LIS3LV02DL

Sensor accelerometer yang digunakan adalah LIS3LV02DL buatan STmicroelectronics yang mempunyai 3 axis (x, y, z) pengukuran dengan output data digital yang linier (±2g - ±6g) . Antar muka yang digunakan dapat berupa two-wire interface - I²C (Inter-Integrated Circuit) atau SPI (Serial perihperal Interface).

Konfigurasi pin accelerometer dapat dilihat pada Gambar 2.5 :

Gambar 2.5 Konfigurasi Pin LIS3LV02DL

Tabel 2.2 Karakteristik Sensor LIS3LV02DL

Simbol Parameter Tes Kondisi Minimal Ideal Maksimal Satuan

Karakteristik dari sensor LIS3LV02DL yang berupa measurement range, device resolution, dan sensitivity dapat dilihat pada Tabel 2.2. Dari Tabel 2.2 juga dapat diketahui bahwa Accelerometer LIS3LV02DL mempunyai range pengukuran g dari ±2g s.d. ±6g. Untuk menghasilkan output sensitifitas yang tinggi, maka sensitifitasnya diatur sebesar ±2g dengan 12 bit representation sehingga menghasilkan output 920 LSB/g pada minimalnya dan menghasilkan output 1126 LSB/g pada maksimalnya. Resolusi dari sensor accelerometer jika menggunakan ODR (Output Data Rate) sebesar 40 Hz saat full scale ±2g, akan memiliki resolusi sebesar 1,0 mg (miligravitasi)[9].

2.10.2. Konsep accelerometer LIS3LV02DL

Pada intinya, accelerometer LIS3LV02DL terdiri dari dua permukaan sel mesin mikro yang bersifat kapasitif atau disebut juga g-cell. Struktur mekanik g-cell terbuat dari bahan semikonduktor (polysilicon) dan dapat dimodelkan sebagai sepasang sinar yang terpancarkan pada suatu benda yang bergerak diantara dua sumber sinar tetap. Benda tersebut akan bergerak ketika ada percepatan. Karena sinar terpancarkan pada benda bergerak tadi, maka jarak antara benda dengan sumber sinar tetap pada satu sisi akan bertambah sejumlah berkurangnya jarak pada sisi yang lain. Hal ini menyebabkan berubahnya nilai masing-masing kapasitor yang dapat dirumuskan pada Persamaan (2.12).

(2.11)

Keterangan : C = nilai kapasitor (farad)

A = luas bidang yang dipancari sinar ( m²)

D = jarak antara sinar tetap dan benda yang bergerak(m)

= Permitifitas dielektrik

Gambar 2.6 Model Sederhana Transduser g-Cell

2.10.3 Ilustrasi Accelerometer

Untuk memahami lebih jelas tentang accelerometer, maka digunakan ilustrasi gambar bola yang menggambarkan percepatan sebuah accelerometer[8]. Gambar 2.7 s.d Gambar 2.10 adalah ilustrasi accelerometer yang digambarkan dalam bentuk bola.

Gambar 2.7 Ilustrasi Accelerometer X= 0g,Y= 0g,Z= 0g

Gambar 2.9 Ilustrasi Accelerometer X= 0g,Y= 0g,Z= -1g

Gambar 2.10 Ilustrasi Accelerometer X= -0.71g,Y= 0g,Z= -0.71g

Ilustrasi accelerometer juga bisa digambarkan dalam bentuk vektor dapat dilihat pada Gambar 2.11.

Dari ilustrasi vektor dapat diketahui bahwa :

cos(Axr) = Rx / R (2.12)

cos(Ayr) = Ry / R (2.13)

cos(Azr) = Rz / R (2.14)

√ (2.15)

Dari persamaan diatas bisa diketahui sudutnya yaitu :

Axr = arccos(Rx/R) (2.16)

Ayr = arccos(Ry/R) (2.17)

Azr = arccos(Rz/R) (2.18)

cosX = cos(Axr) = Rx / R (2.19)

cosY = cos(Ayr) = Ry / R (2.20)

cosZ = cos(Azr) = Rz / R (2.21)

Rumus triplet ini sering disebut direction cosine dan juga bisa direpresentasikan dalam persamaan :

√ (2.22)

2.10.4 Metode Integral dengan Pendekatan Trapezoidal

Data yang dihasilkan oleh accelerometer adalah berupa data percepatan. Untuk memperoleh data kecepatan dan jarak, maka diperlukan proses integral seperti pada persamaan :

⃗⃗ ∫ ⃗⃗ (2.23)

⃗ ∫ ∫ ⃗⃗ (2.24)

Keterangan : = kecepatan accelerometer (m/s) = percepatan(m/s²)

Proses pengintegralan sinyal dengan pendekatan luas trapesium dapat dilihat pada Gambar 2.12.

Gambar 2.12 Metode Penghitungan Secara Trapezoidal [10]

Untuk menghitung luas area digunakan persamaan :

_(2.25)

Keterangan : = Luas area ke-n

= sample data ke-n

= sample data ke- (n-1)

T = Waktu sampling (s)

2.11. Sensor F lexiF orce

Gambar 2.13 Konstruksi Sensor Flexiforce

2.11.1. Prinsip Kerja Sensor F lexiforce

Sensor flexiforce bersifat resistif dan nilai konduktansinya berbanding lurus dengan gaya/beban yang diterimanya. Semakin besar beban yang diterima sensor flexiforce, maka nilai hambatan output-nya akan semakin menurun, namun jika besar beban yang diterima semakin kecil, maka nilai hambatan outputnya akan semakin membesar. Pada keadaan tanpa beban, resistansi sensor ini sebesar kurang lebih 20M ohm. Ketika diberi beban maksimum, resistansi sensor akan turun hingga kurang lebih 20k ohm.

Gambar 2.14 Grafik Hubungan Resistansi Dan Konduktansi Flexiforce[11]

Gambar 2.15 Sensor FlexiForce

Hasil konversi ADC = (Vin/Vreff) x 1023 (2.26)

Keterangan : Vin = tegangan masukan Vreff = tegangan referensi

1023d = rentang outputADC 10bit