ALAT PENUNJUK ARAH KIBLAT DENGAN SENSOR KOMPAS DAN GPS BERBASIS MICROCONTROLLER TUGAS AKHIR

(1)

ALAT PENUNJUK ARAH KIBLAT DENGAN

SENSOR KOMPAS DAN GPS BERBASIS

MICROCONTROLLER

TUGAS AKHIR

Oleh :

ARIF MAULANA AMRI

NIM : 4211323028

PROGRAM STUDI TEKNIK MEKATRONIKA

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

POLITEKNIK NEGERI BATAM

2014

ALAT PENUNJUK ARAH KIBLAT DENGAN

SENSOR KOMPAS DAN GPS BERBASIS

MICROCONTROLLER

TUGAS AKHIR

Oleh :

ARIF MAULANA AMRI

NIM : 4211323028

PROGRAM STUDI TEKNIK MEKATRONIKA

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

POLITEKNIK NEGERI BATAM

2014

ALAT PENUNJUK ARAH KIBLAT DENGAN

SENSOR KOMPAS DAN GPS BERBASIS

MICROCONTROLLER

TUGAS AKHIR

Oleh :

ARIF MAULANA AMRI

NIM : 4211323028

PROGRAM STUDI TEKNIK MEKATRONIKA

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

POLITEKNIK NEGERI BATAM

2014

(2)

ALAT PENUNJUK ARAH KIBLAT DENGAN SENSOR

KOMPAS DAN GPS BERBASIS MICROCONTROLLER

TUGAS AKHIR

Oleh :

ARIF MAULANA AMRI

NIM : 4211323028

Disusun untuk memenuhi salah satu syarat kelulusan Program Diploma IV Program Studi Teknik Mekatronika

Politeknik Negeri Batam

PROGRAM STUDI TEKNIK MEKATRONIKA

POLITEKNIK NEGERI BATAM

(3)

i

PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR

Saya yang bertanda tangan dibawah ini menyatakan bahwa isi sebagian maupun keseluruhan Tugas Akhir saya yang berjudul : “Alat Penunjuk Arah Kiblat dengan Sensor Kompas dan GPS berbasis Microcontroller” adalah hasil karya sendiri, diselesaikan tanpa menggunakan bahan-bahan yang tidak diijinkan dan bukan merupakan karya pihak lain yang saya akui sebagai karya sendiri.

Semua referensi yang dikutip atau dirujuk telah ditulis secara lengkap pada daftar pustaka.

Apabila ternyata pernyataan saya ini tidak benar, saya bersedia menerima sanksi sesuai peraturan yang berlaku.

Batam, 15-01-2015

Arif Maulana Amri NIM. 4211323028

(4)

LEMBAR PENGESAHAN TUGAS AKHIR

Tugas Akhir disusun untuk memenuhi salah satu syarat memperoleh gelar Sarjana Sains Terapan (S. ST.)

di

Politeknik Negeri Batam

Oleh

Arif Maulana Amri NIM. 4211323028

Tanggal Sidang : 20-01-2015

Disetujui oleh :

Dosen Penguji : Dosen Pembimbing :

1. __________________ NIK. 1. Prasaja Wikanta, M.Sc. NIK. 103026 2. __________________ NIK. 2. __________________ NIK. 3. __________________ NIK.

(5)

iii

ABSTRAK

Penelitian ini merupakan aplikasi untuk penentuan arah kiblat berdasarkan hasil perhitungan matematika oleh microcontroller dengan nilai bujur dan lintang dari GPS

(Global Positioning System), kemudian hasilnya akan ditampilkan pada LCD display.

Berdasarkan dari beberapa penelitian sebelumnya, metode rumus yang digunakan hanya menggunakan dua buah titik, yaitu koordinat ka’bah dan koordinat lokasi alat yang akan dihitung arah kiblatnya. Dengan nilai koordinat Ka’bah 21°25’ LU dan 39°50’ BT.

Berdasarkan data yang diamati dari software google earth dan situs google maps bahwasannya koordinat Ka’bah yang digunakan pada penelitian sebelumnya tidak sama persis berada pada koordinat bangunan Ka’bah. Koordinat tersebut merupakan nilai rata-rata atau hasil pembulatan nilai desimal dari koordinat Ka’bah. Hal ini tentu saja akan mempengaruhi tingkat akurasi dan persentase error dari perhitungan sudut arah kiblat. Oleh karena itu, tujuan penelitian ini adalah membuat alat penunjuk arah kiblat menggunakan sensor kompas dan GPS untuk mendapatkan alat yang lebih akurat dan membandingkan dengan metode penelitian sebelumnya. GPS berfungsi untuk mengetahui arah koordinat pengguna dalam satuan Latitude (lintang) dan Longitude (Bujur). Sensor GPS akan saling mengirim data dengan satelit GPS untuk mendapatkan koordinat posisi lintang (latitude) dan bujur (Longitude). Kemudian sensor kompas akan mendapatkan derajat sudut posisi Ka’bah sebagai pembanding dengan rumus arah kiblat. Data dari kedua sensor tersebut akan diproses oleh unit pemroses (microcontroller) dengan rumus arah kiblat. Lalu hasil dari pemrosesan akan ditampilkan pada LCD display sebagai hasil akhir dari sistem.

Berdasarkan hasil pengujian yang dilakukan, diperoleh hasil yang cukup baik. Dengan mengunakan sensor kompas (CMPS10) dengan ketelitian 0.1 (

0-359.9

°)

dan

GPS/GPRS/GSM Module V3.0 dengan akurasi posisi hingga 2.5m, maka sistem pada alat ini

mampu menunjukkan arah kiblat dengan tingkat persentase rata-rata kesalahan sudut arah kiblat sebesar 0.19398%. Sehingga dengan kesalahan yang kecil tersebut alat ini bisa digunakan ataupun menjadi rujukan untuk penunjuk maupun penentuan arah kiblat pada suatu tempat.

(6)

ABSTRACT

This study is to determine the direction of Qibla application based on mathematical calculation by microcontroller with longitude and latitude values of the GPS (Global Positioning System), then the results will be displayed on the LCD display. Based on previous studies, the method uses the formula used only two points, those are the Ka'bah coordinates and the coordinates of the location of the tools that will be counted towards qibla. With the value of the Ka’bah coordinates 21 ° 25 'N and 39° 50' east longitude.

Based on observed data from the software google earth and google maps website bahwasannya Ka’bah coordinates used in previous studies are not exactly located at coordinates Ka’bah building. These coordinates are the average value or the result of rounding decimal values of the coordinates of the Ka’bah. This of course will affect the level of accuracy and the percentage error of the calculation of the angle the direction of Qibla. Therefore, the purpose of this research is to create a pointing device Qibla direction using a compass and a GPS sensor to get a more accurate tool and compare with previous research methods. GPS is used to determine the direction of the user in units Latitude coordinates (latitude) and Longitude (longitude). GPS sensors will each send data to the GPS satellites to obtain the latitude coordinates (latitude) and longitude (Longitude). Then the compass sensor will get degree angle position of the Kaaba as a comparison with formula Qibla direction. The data from the two sensors will be processed by the processing unit (microcontroller) with formula Qibla direction. Then the results of the processing will be displayed on the LCD display as the final result of the system.

Based on the results of tests performed, obtained good results. Using a compass sensor (CMPS10) with an accuracy of 0.1 (0-359.9 °) and GPS / GPRS / GSM Module V3.0 with positioning accuracy of up to 2.5m, then the system at this tool is able to indicate the direction of the Qibla to the level of the average percentage error angle Qibla direction of 0.19398%. So with such a small error of this tool can be used or be a pointer or reference to the determination of the direction of Qibla on somewhere.

Keywords: Qibla, Latitude, Longitude, CMPS10 Compass, GPS / GPRS / GSM Module V3.0.

(7)

v

KATA PENGANTAR

Alhamdulillahirobbil’alamin, segala puji bagi Allah Tuhan semesta alam atas karunia dan rahmat-Nya penulis dapat menyelesaikan tugas akhir yang berjudul Alat Penunjuk

Arah Kiblat dengan Sensor Kompas dan GPS berbasis Microcontroller.

Sholawat dan salam marilah kita sanjungkan kepada Nabi Muhammad SAW, karena atas perjuangan beliaulah kita dapat hidup di zaman yang ber-akhlaqul karimah dan berilmu pengetahuan seperti saat sekarang ini.

Buku tugas akhir ini merupakan hasil penelitian dan percobaan penulis dalam membuat sebuah alat yang diharapkan dapat membantu orang untuk mengetahui arah kiblat atau menjadi alternatif bagi pihak yang ingin mendirikan masjid atau musholla.

Dalam prosesnya pembuatannya, Tugas Akhir ini bisa diselesaikan karena tidak terlepas dari bantuan dan dukungan berbagai pihak. Oleh karena itu, dalam kesempatan ini izinkan penulis mengucapkan terima kasih kepada:

● Kedua orang tua saya tercinta, yang terus memberi bantuan, motivasi dan do’a kepada saya sehingga Tugas Akhir ini bisa diselesaikan.

● Bapak Dr. Priyono Eko Sanyoto selaku Direktur Politeknik Negeri Batam atas dukungan fasilitas kampus yang memadai dalam pembuatan Tugas Akhir ini.

● Bapak Prasaja Wikanta, M.Sc. selaku pembimbing yang selalu memberikan arahan dan masukan dalam pembuatan alat dan penulisan buku Tugas Akhir ini.

● Bapak Hendawan M.T. selaku dosen pengampu Tugas Akhir yang sangat rinci dalam menjelaskan panduan Tugas Akhir.

● Bapak Iman Fahruzi, M.T. selaku penguji I yang sudah memberikan saran dan kritik yang membangun dalam pembuatan alat dan penulisan Buku Tugas Akhir ini. ● Bapak Ridwan, S.ST. selaku penguji II yang juga memberikan saran dan kritik yang

membangun dalam pembuatan alat dan penulisan Buku Tugas Akhir ini.

● Kepada rekan-rekan saya yang telah membantu dalam proses pembuatan alat dan Buku Tugas Akhir ini baik secara moril maupun materil.

(8)

Semoga amal baik Bapak dan Ibu serta seluruh pihak yang membantu penulis dalam pembuatan tugas akhir ini mendapatkan balasan baik dan pahala dari Allah SWT.

Penulis menyadari bahwa masih banyak kesalahan dan kekurangan dalam pembuatan alat dan penulisan buku ini. Hal ini dikarenakan keterbatasan kemampuan yang penulis miliki, ibarat pepatah tak ada gading yang tidak retak. Dan atas segala kekurangan yang terdapat pada tugas akhir ini penulis mohon dimaafkan. Oleh karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun sebagai bahan masukan untuk penulis pada masa yang akan datang agar menjadi lebih baik. Serta mengizinkan bagi pembaca yang ingin mempelajari buku ini dan mengembangkannya menjadi sebuah alat yang lebih baik dan lebih berteknologi lagi ke depannya, sehingga menambah manfaat dari alat ini.

Semoga Tugas Akhir ini bermanfaat bagi kita semua, umumnya bagi pembaca dan khususnya bagi penulis sendiri.

Batam, 15 Januari 2015

(9)

vii

DAFTAR ISI

PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR ...i

LEMBAR PENGESAHAN... ii

ABSTRAK ... iii

ABSTRACT ...iv

KATA PENGANTAR...v

DAFTAR ISI ... vii

DAFTAR GAMBAR...ix

DAFTAR TABEL ...xi

BAB 1 PENDAHULUAN...12

1.1 Latar Belakang Masalah ...13

1.2 Rumusan Masalah ...13

1.3 Batasan Masalah ...13

1.4 Tujuan dan Manfaat...14

1.5 Sistematika Penulisan ...14

BAB 2 DASAR TEORI...16

2.1 Kiblat ...16

2.2 Geodesi ...16

2.3 Geometri Bola ...18

2.3.1 Pengertian dan unsur-unsur bola ...18

2.3.2 Segitiga bola ...20

2.3.3 Aturan cosinus dalam segitiga bola ...20

(10)

2.4 Rumus-Rumus Perhitungan Arah Kiblat ...21

2.5 Metode Penentuan Arah Kiblat ...23

2.6 Arduino...26

2.7 Kompas Digital...27

2.7.1 Komunikasi I2C pada CMPS10 ...27

2.8 Global Positioning System (GPS)...31

2.9 Liquid Crystal Display (LCD)...34

BAB 3 PERANCANGAN SISTEM ...35

3.1 Deskripsi Sistem (Blok Diagram)...35

3.2 Deskripsi Rancangan Alat ...36

3.3 Diagram Alir Sistem (Flow Chart)...38

3.4 Instrumen Penelitian ...39

3.5 Metode Analisa...41

BAB 4 HASIL DAN ANALISA ...42

4.1 Pengujian Alat ...42

4.1.1 Pengujian Kompas ...44

4.1.2 Pengujian GPS...45

4.2 Analisa Rumus...47

4.3 Pengambilan data kiblat pada Masjiid yang telah disertifikasi ...52

BAB 5 PENUTUP ...54 5.1 Kesimpulan...54 5.2 Saran ...55 DAFTAR PUSTAKA...56 LAMPIRAN ...57 BIOGRAFI PENULIS ...68

(11)

ix

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Sistem Koordinat Bumi ...17

Gambar 2.2 Garis Lintang, Bujur dan Khatulistiwa...17

Gambar 2.3 Permukaan Bola...18

Gambar 2.4 Segitiga Bola...20

Gambar 2.5 Dua titik koordinat inti untuk penentuan arah kiblat ...24

Gambar 2.6 Penentuan arah kiblat dengan 3 buah titik (Titik Bantu Kutub Utara) ...24

Gambar 2.7 Segitiga Bola ABC ...25

Gambar 2.8 Arduino Duemilanove ...26

Gambar 2.9 Modul kompas CMPS10 ...27

Gambar 2.10 I2C Bus...28

Gambar 2.11 Start sequence ...29

Gambar 2.12 Stop sequence ...30

Gambar 2.13 The bit sequence ...30

Gambar 2.14 Sistem Kerja GPS...32

Gambar 2.15 Liquid Cristal Display (LCD)...34

Gambar 3.1 Blok Diagram Sistem Alat Penunjuk Arah Kiblat...32

(12)

Gambar 3.3 Rancangan Mekanik Alat ...34

Gambar 3.4 Diagram Alir Sistem (Flow Chart) ...35

Gambar 3.5 Kompas analog dan Busur milik depag ...36

Gambar 3.6 Kompas analog ...36

Gambar 3.7 Besi beton ...37

Gambar 3.8 Paku ...37

Gambar 3.9 Magnet ...37

Gambar 3.10 Software Google Earth ...38

Gambar 4.1 Kompas milik depag untuk mengukur arah kiblat...42

Gambar 4.2 Cara menentukan arah kiblat oleh depag...42

Gambar 4.3 Alat Penunjuk Arah Kiblat dengan Sensor Kompas dan GPS ...43

Gambar 4.4 Alat menampilkan derajat arah kiblat 293.10° ...43

(13)

xi

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 CMPS10 register ...29

Tabel 4.1 Error kompas jika terdapat besi di sekitar alat ...44

Tabel 4.2 Error kompas jika terdapat magnet di sekitar alat ...44

Tabel 4.3 Data pengujian pengaruh akurasi GPS terhadap sudut arah kiblat ...46

Tabel 4.4 Data kiblat masjid yang telah disertifikasi ...52

(14)

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1Diagram Blok Kontroler Proporsional ………....00

Gambar 2.2Blok diagram hubungan antara besaran kesalahan dengan kontroler integral…….00

Gambar 2.3Blok Diagram Kontroler Diferensial………00

Gambar 2.4Blok diagram kontroler PID……….00

Gambar 2.5Motor DC Planetary Gear………00

Gambar 2.6Motor DC Planetary Gear………00

Gambar 2.7Sensor Hall Efect……….00

Gambar 2.8Prinsip Kerja Sensor Hall Efect………...00

Gambar 2.9Pengukuran Tegangan Hall………. 00

Gambar 2.10Motor Servo Tower Pro MG996R……….00

Gambar 2.11Konfigurasi pin motor servo Tower Pro MG996R………00

Gambar 212Blok diagram Sensor ADXL345……….00

Gambar 2.13Sensor Accelerometer ADXL345………..00

Gambar 2.14Laser………..00

Gambar 3.1 Perancangan Sistem Alat………...00

Gambar 3.2 Perancangan Mekanik Alat………... 00

Gambar 3.3 Blok Diagram Elektronik Alat……….. 00

Gambar 3.4 Control Box Alat………... 00

Gambar 3.5 Rangkaian Elektronik Keseluruhan Alat………... 00

Gambar 3.6 Flow Chart Sistem Kerja Alat………...00

Gambar 3.7 Blok Diagram Umum PID……….00

Gambar 3.8 Blok Diagram PID Sistem Alat………. 00

Gambar 4.2 Pengujian Respon Sensor Akselerometer Dalam Keadaan Diam…………. 00

Gambar 4.3 Grafik Respon Sensor ADXL345 Dalam Keadaan Diam………. 00

Gambar 4.4 Pengujian Respon Sensor ADXL345 Dalam Keadaan Bergerak…………..00

Gambar 4.5 Grafik Respon sensor ADXL345 dalam keadaan bergerak ...……….. 00

Gambar 4.6 Pengujian Proses Mensejajarkan Laser………. 00

Gambar 4.7 Grafik Respon Sensor ADXL345 Menuju Titik 0 Dengan Nilai G=16……00

Gambar 4.8 Pengujian Kontroler PID pada Alat………...00

Gambar 4.9 Grafik Perbandingan Kontroller P, PI, PD dan PID………..00

(15)

DAFTAR TABEL

Tabel 3.1 Acuan penentuan konstanta Kp, Ki, Kd………00

Tabel 4.1 Data Pengujian Sensor Rotary Encoder………...…. 00

Tabel 4.2 Data Hasil Pengujian Sensor ADXL345 Dalam Keadaan Diam………... 00

Tabel 4.3 Data Hasil Pengujian………... 00

Tabel 4.4 Data Hasil Pengujian Kontroller PID………..………….……. 00

Tabel 4.5 Data Pengujian Tingkat Kesalahan Alat……….……….……… 00

(16)

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Salah satu syarat sah ketika seseorang yang beragama islam hendak mengerjakan sholat adalah menghadap kiblat. Kiblat adalah arah ke Ka’bah yang berada di Mekkah. Ketika seseorang berada di suatu tempat asing yang belum pernah dikunjungi sebelumnya, misalnya hutan atau di tengah laut, maka akan sangat kesulitan dalam menentukan arah kiblat. Apalagi kondisi arah bangunan pada beberapa masjid ternyata melenceng beberapa derajat dari arah kiblat. "Kesalahan satu derajat di Indonesia yang berjarak sekitar 8.000 km dari Mekkah, bisa menyebabkan penyimpangan besar, sekitar 140 km pada jarak tersebut," Prof Dr Thomas Djamaluddin (pakar Astronomi LAPAN) [8]. Oleh karena itu dalam menentukan arah kiblat harus diperhatikan secara teliti agar arah kiblat benar-benar menghadap ke Ka’bah.

Permasalahan yang akan dibahas dalam proyek akhir ini adalah penentuan arah kiblat berdasarkan hasil perhitungan matematika oleh microcontroller dengan nilai bujur dan lintang dari GPS (Global Positioning System), kemudian hasilnya akan ditampilkan pada LCD display.

Berdasarkan dari beberapa penelitian sebelumnya, metode rumus yang digunakan hanya menggunakan dua buah titik, yaitu koordinat ka’bah dan koordinat lokasi alat yang akan dihitung arah kiblatnya. Dengan nilai koordinat Ka’bah 21°25’ LU dan 39°50’ BT [1].

Berdasarkan data yang penulis amati dari software google earth dan situs

google maps bahwasannya koordinat Ka’bah yang digunakan pada penelitian

sebelumnya tidak sama persis berada pada koordinat bangunan Ka’bah. Koordinat tersebut merupakan nilai rata-rata atau hasil pembulatan nilai desimal dari koordinat Ka’bah. Hal ini tentu saja akan mempengaruhi tingkat akurasi dan persentase error dari perhitungan sudut arah kiblat.

Oleh karena itu, tujuan penelitian ini adalah membuat alat penunjuk arah kiblat menggunakan sensor kompas dan GPS untuk mendapatkan alat yang lebih akurat dan membandingkan dengan metode penelitian sebelumnya. GPS berfungsi untuk

(17)

13 mengetahui arah koordinat pengguna dalam satuan Latitude (lintang) dan Longitude (Bujur).

Metode utama yang dilakukan pada penelitian ini adalah mengolah data nilai koordinat GPS yang berupa posisi lintang dan bujur menggunakan microcontroller untuk diproses dengan perhitungan matematika sehingga akan menghasilkan arah kiblat pengguna dalam satuan derajat. Kemudian membandingkan hasil perhitungannya dengan data dari kompas digital untuk merepresentasikan ke arah mana pengguna alat harus menghadap (kiblat).

Metode rumus penentuan arah kiblat yang dicoba pada penelitian ini adalah menggunakan rumus penentuan arah kiblat dengan titik bantu. Langkah pertama, menentukan 2 buah titik koordinat inti, yaitu koordinat Ka’bah dan koordinat lokasi alat. Kemudian, dengan dua buah titik koordinat inti tersebut, diperlukan 1 buah titik bantu yaitu koordinat kutub utara untuk membentuk garis segitiga bola. Sehingga ada 3 buah titik untuk menarik garis segitiga bola tersebut.

1.2 Rumusan Masalah

Berdasarkan uraian pada latar belakang, maka yang menjadi perumusan masalah pada proyek akhir ini adalah:

1. Bagaimana cara mendapatkan koordinat posisi kita berada? 2. Bagaimana cara menunjukkan sudut/arah ke kiblat ?

3. Bagaimana cara mengolah data GPS dan Kompas ?

4. Bagaimana cara menampilkan arah ke kiblat pada LCD display ? 1.3 Batasan Masalah

Proyek Akhir ini memiliki batasan masalah sebagai berikut: 1. Alat penunjuk arah kiblat ini khusus digunakan di area Batam.

2. Alat ini harus terhindar dari benda-benda yang memiliki medan magnet.

3. GPS memiliki keterbatasan dalam mendapatkan sinyal di area gedung-gedung tinggi, karena gedung tinggi dapat menghalangi transmisi sinyal satelit ke GPS sehingga membutuhkan waktu yang lebih lama.

(18)

1.4 Tujuan dan Manfaat

Adapun tujuan dan manfaat yang ingin dicapai dari pembuatan alat ini adalah: 1. Membuat alat penunjuk arah kiblat yang lebih akurat.

2. Menampilkan arah kiblat pada LCD, sehingga mudah untuk mengetahui sudut yang tepat.

3. Memudahkan pembacaan sudut arah kiblat jika dibandingkan dengan alat penunjuk arah kiblat analog.

4. Memudahkan mencari arah kiblat jika kita berada pada daerah yang baru dikunjungi.

1.5 Sistematika Penulisan

Sistematika penulisan merupakan bagian dari penulisan Buku Tugas Akhir yang mempunyai tujuan untuk mempermudah pembaca dalam memahami isi yang terkandung di dalam Buku Tugas Akhir ini, untuk menghindari kesalahan dalam penafsiran.

Secara garis besar sistematika penulisan pada buku ini terdiri dari :

1. BAB I PENDAHULUAN, berisi latar belakang, rumusan masalah, batasan masalah, tujuan dan manfaat, serta sistematika penulisan.

2. BAB II DASAR TEORI, berisi teori penunjang/dasar yang diperoleh dari referensi-referensi yang dipublikasi secara resmi baik berupa buku teks, makalah, jurnal, media massa atau Tugas Akhir sebelumnya yang telah dilakukan sendiri atau oleh orang lain yang dibutuhkan dalam rangka penyelesaian masalah.

3. BAB III PERANCANGAN SISTEM, berisi perencanaan bagian-bagian system, mulai dari proses disain, implementasi, parameter-parameter sistem, blok diagram/flow chart sub sistem, flow chart proses pekerjaan dan hal-hal lain yang berhubungan dengan proses perencanaan.

4. BAB IV HASIL DAN ANALISA, berisi pengujian dan pengambilan data yang dilakukan, serta nilai parameter yang sudah diukur, dianalisa atau disimulasikan, dan sebagainya.

5. BAB V KESIMPULAN DAN SARAN, kesimpulan berisi hal-hal yang disimpulkan dari hasil dan analisa pembuatan alat. Saran berisi hal-hal yang dianggap penting diketahui oleh pembaca dalam rangka kelanjutan/pengembangan penelitian.

(19)

15 6. DAFTAR PUSTAKA, berisi sumber-sumber yang dirujuk dalam penulisan dan

penyusunan Tugas Akhir.

7. LAMPIRAN, berisi data pendukung, spesifikasi alat, datasheet, dan teori pendukung yang membahas alat Tugas Akhir ini.

8. BIOGRAFI PENULIS, berisi foto dan data-data diri penulis lengkap dengan riwayat pendidikan.

(20)

BAB II

DASAR TEORI

2.1 Kiblat[2]

Kiblat berasal dari bahasa Arab (ﺔ ﻠﺒﻗ ) adalah arah yang merujuk ke suatu tempat dimana bangunan Ka’bah di Masjidil Haram, Makkah, Arab Saudi. Ka’bah juga sering disebut dengan Baitullah (Rumah Allah). Menghadap arah Kiblat merupakan suatu masalah yang penting dalam syariat Islam. Menurut hukum syariat, menghadap ke arah kiblat diartikan sebagai seluruh tubuh atau badan seseorang menghadap ke arah Ka'bah yang terletak di Makkah yang merupakan pusat tumpuan umat Islam bagi menyempurnakan ibadah-ibadah tertentu.

Pada awalnya, kiblat mengarah ke Baitul Maqdis atau Masjidil Aqsa Jerussalem di Palestina, namun pada tahun 624 M ketika Nabi Muhammad SAW hijrah ke Madinah, arah Kiblat berpindah ke arah Ka’bah di Makkah hingga kini atas petunjuk wahyu dari Allah SWT. Beberapa ulama berpendapat bahwa turunnya wahyu perpindahan kiblat ini karena perselisihan Rasulullah SAW di Madinah.

Menghadap ke arah kiblat menjadi syarat sah bagi umat Islam yang hendak menunaikan shalat baik shalat fardhu lima waktu sehari semalam atau shalat-shalat sunat yang lain. Kaidah dalam menentukan arah kiblat memerlukan suatu ilmu khusus yang harus dipelajari atau sekurang-kurangnya meyakini arah yang dibenarkan agar sesuai dengan syariat.

2.2 Geodesi

Geodesi adalah cabang ilmu geosains yang mempelajari tentang pemetaan bumi. Sebagaimana matematika dalam mendiskripsikan letak atau posisi digunakan sistem koordinat, posisi suatu tempat di bumi juga menggunakan sistem koordinat. Secara sederhana sistem koordinat bumi dalam bidang datar dapat digambarkan sebagai berikut:

(21)

17

Gambar 2.1 Sistem Koordinat Bumi

Dalam sistem koordinat bumi, sumbu x yang ada dalam sistem koordinat kartesius digantikan dengan garis ekuator atau khatulistiwa, sedangkan sumbu Y digantikan dengan garis meridian.

Gambar 2.2 Garis Lintang, Bujur dan Khatulistiwa

Garis ekuator atau khatulistiwa adalah garis yang posisinya tepat di tengah-tengah antara kutub utara dan kutub selatan, sehingga garis ekuator ini membagi bumi dalam dua belahan bumi yaitu belahan bumi utara dan belahan bumi selatan [3]. Selain itu, garis ekuator (khatulistiwa) merupakan garis acuan lintang (ϕ), sehingga dengan demikian bumi yang berada di belahan utara disebut dengan lintang utara dan bertanda positif. Sedangkan bumi yang berada di belahan selatan disebut dengan lintang selatan dengan tanda negatif. Seluruh lintang di permukaan bumi antara–90 hingga 90 [4].

17

(22)

Garis meridian atau bujur adalah garis yang melalui sumbu atau poros bumi dan membelah bumi menjadi dua bagian yaitu bagian barat dan bagian timur. Garis meridian yang menjadi acuan bujur (λ) yaitu garis meridian yang melewati kota Greenwich di London, Inggris. Sehingga, garis meridian (bujur) yang berada di barat meridian tersebut disebut dengan bujur barat, sedangkan yang berada di timurnya disebut dengan bujur timur. Bujur timur bernilai positif dan bujur barat bernilai negatif. (Catatan: ada sejumlah literatur yang menulis sebaliknya, bujur barat bernilai positif, seperti Astronomical Algorithm karya Jean Meeus) [4]. Seluruh bujur permukaan bumi dibagi ke dalam 360 derajat, yaitu dari –180 hingga 180.

Selain itu, dalam sistem koordinat bumi, satuan koordinat yang dipakai yaitu derajat. Satu derajat = 60 menit busur (arcminute) = 3600 detik busur (arcsecond). Seringkali menit busur dan detik busur cukup disebut menit dan detik saja. Namun demikian harap dibedakan dengan menit dan detik sebagai satuan waktu [4].

2.3 Geometri Bola [5]

Dalam penelitian ini, geometri suatu bola diperlukan karena bumi berbentuk bulat seperti bola. Sehingga untuk mendapatkan arah kiblat, kita harus tahu geometri sebuah bola.

2.3.1 Pengertian dan unsur-unsur bola

Permukaan bumi kita berbentuk bola sehingga segitiga yang akan kita hadapi juga berada pada permukaan bola, seperti gambar 2.3 permukaan bola.

(23)

19 Keterangan gambar 2.3 sebagai berikut:

a. Lingkaran besar adalah lingkaran pada pemukaan bola dengan titik pusat O

b. Lingkaran kecil adalah lingkaran pada permukaan bola dengan titik pusat bukan di O

c. Busur adalah lintasan pada lingkaran

Dari gambar dapat diketahui bahwa pada permukaaan bola dapat dibuat banyak sekali (tidak berhingga) lingkaran besar maupun lingkaran kecil. Untuk memudahkan pembahasan kita ambil lingkaran besar dan lingkaran kecil horizontal seperti pada gambar 2.3.

Lingkaran dan setengah lingkaran a. ABCDA

b. PFBQ c. PGCQ

Berjari–jari R. Sedangkan lingkaran EFGHE adalah lingkaran kecil dengan jari–jari KF. Bidang lingkaran horizontal besar ABCDA sejajar dengan bidang lingkaran kecil EFGHE. Selanjutnya diperoleh:

a. KF // (sejajar) OB karena terletak pada satu bidang PFBQP b. KG // OC karena terletak pada satu bidang PGCQP

c. Sudut BOC = sudut FKG (akibat 1 dan 2) d. OB = OF = R

e. KF = R Sin

f. busur BC = OB. Sudut BOC = R g. busur FG = KF. Sudut FKG = BC sin

(24)

2.3.2 Segitiga bola [6]

Untuk memudahkan tentang segitiga bola perhatikan gambar berikut:

Gambar 2.4 Segitiga Bola

Titik A, B, dan C pada permukaan bola sekaligus menyatakan sudut yaitu sudut A (sudut CAB). B (sudut ABC), dan C (sudut BCA) di depan ketiga sudut ini terdapat busur a, b, dan c.

a. Panjang OA = OB = OC = jari– jari lingkaran R b. Sudut antara OB dan OC = sudut BOC =

c. Sudut antara OA dan OC = sudut AOC =

d. Sudut antara OA dan OB = sudut BOC = , sehingga e. a = R

f. b = R g. c = R

h. Jika R = 1, maka a = α, b = β, dan c = γ

Berdasarkan hal di atas maka segitiga bola yaitu sebuah segitiga yang sisi-sisinya merupakan lingkaran besar.

2.3.3 Aturan cosinus dalam segitiga bola cos = cos cos + sin sin cos cos = cos cos + sin sin cos cos = cos cos + sin sin cos

(25)

21

2.3.4 Aturan sinus dalam segitiga bola sin sin = sin sin = sin sin

2.4 Rumus-Rumus Perhitungan Arah Kiblat

1. Rumus cosinus dan sinus

Rumus cosinus dan sinus didefinisikan sebagai berikut:

=

+

Atau,

=

−

Keterangan:

β

: Sudut arah kiblat untuk daerah di timur ka’bah

C: Selisih bujur tempat dengan bujur ka’bah a: Busur (90°−

φ

)

b: Busur (90°−

φ

K)

φ

: Lintang tempat pengamat, dengan ketentuan

φ

< 0° (negatif) untuk selatan ekuator,

φ

= 0° untuk ekuator,

φ

˃ 0° (positif) untuk utara ekuator

φ

K: Lintang ka’bah 2. Rumus Analogi Napier

Analaogi Napier didefinisikan sebagai berikut:

( + ) =

( − )

( + )

( − ) =

( − )

( + )

= ( + ) − ( − )

(26)

Keterangan:

β

: Sudut arah kiblat untuk daerah di timur ka’bah (arah kiblat dari utara ke barat)

C: Selisihbujur tempat dengan bujur ka’bah a: Busur (90°−

φ

)

b: Busur (90°−

φ

K)

φ

K: Lintang ka’bah

3. Rumus Cosinus dan Sinus dengan Sudut Bantu [5]

Rumus sudut bantu yang didefinisikan sebagai berikut:

=

( − )

4. Rumus Haversine

Rumus haversine didefinisikan sebagai berikut:

=

( − ) +

= ( + + )

=

( − )

Bentuk lain dari rumus-rumus perhitungan arah kiblat:

Rumus-rumus tersebut memiliki bentuk-bentuk lain yang lebih mudah untuk dioperasikan pada program microcontroller. Bentuk-bentuk lain tersebut yaitu sebagai berikut:

a. Rumus cosinus dan sinus

(27)

23 Keterangan:

β

: Sudut arah kiblat untuk daerah di timur ka’bah

C: Selisih bujur tempat dengan bujur ka’bah a: Busur (90°−

φ

)

b: Busur (90°−

φ

K)

φ

K: Lintang ka’bah b. Rumus Analogi Napier

Rumus tersebut sudah dalam bentuk yang mudah untuk dioperasikan pada program microcontroller.

c. Rumus Cosinus dan Sinus dengan Sudut Bantu

=

_{( − )}

d. RumusHaversine = − ( − ( − )) + ( − )

= ( + + )

= − ( ( − ) ( − ))

2.5 Metode Penentuan Arah Kiblat

Untuk melakukan perhitungan arah kiblat diperlukan dua titik koordinat inti: 1. Koordinat Ka’bah

φ

K =21°25'21.01" LU dan

λ

K=39°49'34.34" BT

2. Koordinat lokasi yang akan dihitung arah kiblatnya. Sedangkan data lintang dan bujur tempat lokasi kota yang akan dihitung arah kiblatnya dapat diambil dari pengukuran langsung menggunakan piranti GPS.

(28)

Gambar 2.5 Dua titik koordinat inti untuk penentuan arah kiblat

Dengan dua buah titik koordinat inti tersebut, diperlukan 1 buah titik bantu untuk membentuk garis segitiga bola seperti gambar 2.6. Sehingga ada 3 buah titik untuk menarik garis segitiga bola ABC tersebut, yaitu:

1. Titik A adalahKa’bah (Mekkah).

2. Titik B adalah lokasi//tempat yang akan ditentukan arah kiblatnya. 3. Titik C adalah kutub utara

Gambar 2.6 Penentuan arah kiblat dengan 3 buah titik (Titik Bantu Kutub Utara) Gambar 2.5 Dua titik koordinat inti untuk penentuan arah kiblat

(29)

25

Gambar 2.7 Segitiga bola ABC

Titik A dan titik C adalah dua titik yang tetap, karenatitik A tepat di Ka’bah dan titik C tepat di kutub utara, sedangkan titik B sebagai variabel yang berubah tergantung lokasi mana yang akan dihitung arah kiblatnya. Bila ketiga titik tersebut dihubungkan dengan garis lengkung permukaan Bumi, maka terjadilah segitiga bola ABC, seperti dalam gambar 2.6 dan 2.7. Ketiga sisi segitiga ABC diberi nama dengan huruf kecil dengan nama sudut di depannya masing masing

sisi a, sisi b dan sisi c. Dari gambar 2.6 akan diketahui bahwa yang dimaksud

dengan perhitungan arah kiblat adalah suatu perhitungan untuk mengetahui berapa besar nilai sudut K di titik B, yakni sudut yang diapit oleh sisi a dan sisi c.

Pembuatan gambar segitiga bola sangat berguna untuk membantu menentukan nilai sudut arah kiblat bagi suatu tempat di permukaan bumi yang dihitung/diukur dari suatu titik arah mata angin ke arah mata angin lainnya, misal diukur dari titik Utara ke Barat (U-B), atau diukur searah jarum jam dari titik Utara-Timur-Selatan-Barat (UTSB).

25

(30)

2.6 Arduino [7]

Arduino seperti yang terlihat pada gambar 2.8 adalah kit elektronik atau papan rangkaian elektronik open source yang di dalamnya terdapat komponen utama yaitu sebuah chip mikrokontroler dengan jenis AVR dari perusahaan Atmel.

Gambar 2.8 Arduino Duemilanove

Mikrokontroler itu sendiri adalah chip atau IC (integrated circuit) yang bisa diprogram menggunakan komputer. Tujuan menanamkan program pada mikrokontroler adalah agar rangkaian elektronik dapat membaca input, memproses input tersebut dan kemudian menghasilkan output sesuai yang diinginkan. Jadi mikrokontroler bertugas sebagai ‘otak’ yang mengendalikan input, proses dan output sebuah rangkaian elektronik.

Gambar 2.8 adalah Arduino Duemilanove dengan mikrokontroler ATmega168 atau ATmega328. Duemilanove adalah “2009” dalam bahasa Italia. Board ini memiliki 14 buah pin I/O termasuk di dalamnya 6 buah keluaran PWM yang siap mengontrol motor, heater ataupun beban lainnya. Selain itu terdapat pula 6 buah pin masukan analog yang siap digunakan untuk membaca data dari sensor apapun yang kita gunakan. Pin-pin I/O juga dapat dikonfigurasikan menjadi Serial TX/RX, External Interrupts, I2C, SPI sesuai dengan fungsinya dalam mikrokontroler ATmega168 atau ATmega328. Dan dengan kristal 16MHz, maka Duemilanove ini dapat digunakan sebagai controller pada sistem yang membutuhkan kecepatan respon yang tinggi. Arduino Duemilanove terhubung ke komputer menggunakan port USB.

(31)

27

2.7 Kompas Digital [1]

Untuk mendeteksi arah diperlukan sebuah sensor yang dapat mendeteksi medan magnet bumi. Agar pendeteksian lebih akurat, maka diperlukan sebuah sensor yang memiliki sensitivitas tinggi, sehingga medan magnet yang sangat lemah sekalipun masih dapat diukur. Selain itu juga diperlukan sensor yang tahan terhadap kondisi kondisi tertentu yang dapat mengganggu pendeteksian. Modul CMPS10 merupakan salah satu sensor magnet yang menggunakan magnetometer

3-axis dan accelerometer 3-axis serta prosesor 16-bit yang kuat, CMPS10 telah

dirancang untuk menghapus kesalahan akibat kemiringan dari PCB. CMPS10 menghasilkan hasil nilai keluaran dari 0-3599 mewakili 0-359,9 atau 0 sampai 255. CMPS10 membutuhkan power supply 3,3 - 5V, 25mA. Pada gambar 2.10 modul CMPS10 dengan 6 pin ini mampu dioperasikan atau dikomunikasikan dengan berbagai mode, yaitu mode I2C, mode Serial dan mode PWM.

Gambar 2.9 Modul kompas CMPS10

Pemilihan mode yang dipakai dapat dipilih dari penggunaan fungsi kaki-kaki CMPS10.

2.7.1 Komunikasi I2C pada CMPS10 [9]

Komunikasi I2C (Inter Integrated Circuit) merupakan salah satu jenis komunikasi antara komponen elektronik dengan microcontroller. Komunikasi ini membutuhkan 2 jalur yaitu jalur SDA dan jalur SCL. Jalur SCL digunakan untuk memberikan clock yang sesuai. Jalur SDA digunakan untuk mendapatkan data dari komponen elektronik. Kedua jalur ini memerlukan pull up resistor yang nilainya berkisar antara 1.8kΩ hingga 47kΩ. Biasanya resistor yang digunakan adalah 1K8, 4K7, dan 10K.

(32)

Tegangan masukan untuk komponen yang menggunakan komunikasi I2C adalah 5 V (Gambar 2.10).

Gambar 2.10 I2C Bus

Komunikasi I2C terdiri dari perintah-perintah yang dirangkum sebagai berikut:

1. Pengiriman perintah start bit

2. Pengiriman alamat I2C dari komponen

3. Pengiriman register yang ingin diakses dari komponen 4. Pengiriman data bit

5. Pengiriman data bit berikutnya (optional) 6. Pengiriman stop bit

Dengan menggunakan komponen CMPS10 maka kode programnya sebagai berikut:

unsigned char cmps10 (char reg) { int nilai; i2c_start(); i2c_write(0xC0); i2c_write(reg); i2c_start(); i2c_write(0xc1); nilai=i2c_read(0); i2c_stop(); return nilai; }

(33)

29 Kode program tersebut dapat dijelaskan sebagai berikut:

Komunikasi I2C dimulai dengan menggunakan i2c_start(). Perintah

start bit ini akan memerintahkan microcontroller untuk memberikan logika

0 pada SDA (tegangan 0V) dan logika 1 pada SCL (Gambar 2.11). Logika 1 berarti mengeluarkan tegangan sebesar 5 V.

Gambar 2.11 Start sequence

Setelah perintah start bit dilaksanakan, maka kita mengirimkan alamat dari komponen untuk pengambilan data dengan perintah

i2c_write(0XC0). Setiap komponen memiliki alamat yang berbeda-beda.

Sebagai contoh CMPS10, alamat yang digunakan (default) adalah 0XC0. Kemudian kita mengirimkan kembali perintah i2c_write (reg), reg ini merupakan sebuah variabel yang akan diisi dengan register komponen yang ingin diakses datanya.

(34)

Jika ingin mendapatkan nilai arah maka kita dapat mengakses

register 1 atau register 2,3. Perbedaan antara pengambilan data pada register 1 dan register 2,3 adalah resolusi datanya. Register 1 memiliki

resolusi nilai arah sebesar 1,4 derajat (didapat dari 360 dibagi dengan 255). Register 2,3 memiliki resolusi nilai arah sebesar 0,1 derajat.

Data diambil dengan perintah i2c_read(0). Perintah ini memiliki arti bahwa microcontroller mengambil data dari komponen tanpa adanya

acknowledgement (ACK). Komunikasi I2C dihentikan dengan perintah i2c-stop().

Perintah i2c_stop () akan memberikan perintah pada microcontroller untuk memberikan logika 1 pada jalur SDA saat jalur SCL berlogika 1 (Gambar 2.12).

Jika kita ingin mengambil data arah dari CMPS10 maka di dalam fungsi while(1) kita hanya menuliskan kode ini cmps10(1) untuk mendapatkan nilai arah dari register 1.

Gambar 2.12 Stop sequence

Semua penjelasan di tersebut berasal dari perintah yang diilustrasikan pada gambar 2.13.

(35)

31

2.8Global Positioning System (GPS)

Global Positioning System atau GPS merupakan sebuah alat atau sistem

yang dapat digunakan untuk menginformasikan posisi penggunanya dimana berada (secara global) di permukaan bumi yang berbasis satelit.

GPS memakai sistem perhitungan ‘triangulation’ dari satelit. Untuk perhitungan‘triangulation’, GPS mengukur jarak menggunakan travel time sinyal radio. Untuk mengukur travel time, GPS memerlukan akurasi waktu yang tinggi. Untuk perhitungan jarak, posisi satelit dan ketingian pada orbitnya akan mengkonversi delay sinyal waktu perjalanan di atmosfer sampai diterima receiver. Data dikirim via satelit berupa sinyal radio dengan data digital. GPS dapat membantu menunjukan arah dengan layanan yang tersedia secara gratis. GPS dapat digunakan dimanapun dalam dalam layanan 24 jam. Posisi unit GPS akan ditentukan berdasarkan titik-titik koordinat derajat lintang dan bujur.

Setiap sudut-sudut atau daerah di atas permukaan bumi ini minimal terjangkau oleh 3-4 satelit. Pada prakteknya, setiap GPS terbaru bisa menerima sampai dengan 12 channel satelit sekaligus. Kondisi langit yang cerah dan bebas dari halangan membuat GPS dapat dengan mudah menangkap sinyal yang dikirimkan oleh satelit. Semakin banyak satelit yang diterima oleh GPS, maka akurasi yang diberikan juga akan semakin tinggi.

Satelit GPS berputar mengelilingi bumi selama 12 jam di dalam orbit yang sangat akurat dan mengirimkan sinyal informasi ke bumi. GPS receiver mengambil informasi itu dan dengan menggunakan perhitungan ‘triangulation’ menghitung lokasi user dengan tepat. GPS receiver membandingkan waktu sinyal dikirim dengan waktu sinyal tersebut diterima. Dari informasi itu dapat diketahui berapa jarak satelit. GPS receiver dapat melakukan perhitungan dan menentukan posisi

(36)

Gambar 2.14 Sistem Kerja GPS

Sistem koordinat geografi yang digunakan pada GPS untuk menunjukkan suatu titik atau lokasi di Bumi berdasarkan garis lintang dan garis bujur.

Dalam Bahasa Inggris; garis Lintang dikenal dengan Latitude,

disingkat Lat. Sedangkan garis Bujur dikenal dengan istilah Longitude,

disingkat Lon. Suatu titik di Bumi dideskripsikan dengan menggabungkan kedua pengukuran tersebut.

Misal : 6° 10′ 12.9” Lintang Selatan (LS) 106° 49′ 27.0” Bujur Timur (BT) adalah lokasi dari “Istana Merdeka”

Pembacaan:“Enam derajat, sepuluh menit, dua belas koma sembilan detik

Lintang Selatan. Seratus enam derajat, empat puluh sembilan menit, dua puluh tujuh koma nol, Bujur Timur”

Setiap 60 detik, nilai menit naik satu angka, begitu juga setelah nilai menit berjumlah 60, nilai derajat naik satu angka. begitu seterusnya.

(37)

33 Ada tiga jenis format koordinat yang digunakan di GPS

1. hddd.ddddd° = Degrees.degrees (derajat koma derajat)

2. hddd°mm.mmm’ = Degrees minutes.minutes (derajat menit koma menit) 3. hddd°mm’ss.s” = Degrees minutes seconds.seconds (derajat menit detik

koma detik)

Ketiga format tersebut nilainya sama hanya perbedaan penulisan. Akan tetapi yang paling praktis adalah format nomor 1, yaitu‘derajat koma derajat’. Untuk mengkonversi jenis koordinathddd°mm’ss.s” ke koordinat hddd°mm.mmm’ dan ke hddd.ddddd° adalah dengan cara sebagai berikut:

Contoh :

6° 10′ 12.9” Lintang Selatan (LS) 106° 49′ 27.0” Bujur Timur (BT) Konversi ke koordinathddd°mm.mmm’ : 6° (10+12.9/60)’ = 6° 10.215′ LS 106°(49+27.0/60)’ = 106° 49.45′ BT Konversi ke koordinat hddd.ddddd° : 6+((10/60)+(12.9/3600))° = 6.17025° LS 106+((49/60)+(27.0/3600))° = 106.824167° BT

Konversi koordinat hddd.ddddd° ke koordinathddd°mm.mmm’ :

6.17025° = 0,17025*60% = 0,10215

Dua angka dibelakang koma dipisah dengan titik sehingga menjadi

0,10.215 kemudian angka 0 diganti dengan angka di depan koma (dalam contoh

ini 6) maka hasil akhirnya 6° 10.215′. Lintang Selatan dan Bujur Barat juga dapat ditulis dengan nilai ‘negatif (-)’ sehingga koordinat ‘Istana Merdeka’ di atas dapat ditulis juga:

(38)

2.9Liquid Crystal Display (LCD)

Display elektronik adalah salah satu komponen elektronika yang berfungsi sebagai tampilan suatu data, baik karakter, huruf ataupun grafik. LCD (Liquid

Crystal Display) adalah salah satu jenis display elektronik yang dibuat dengan

teknologi CMOS logic yang bekerja dengan tidak menghasilkan cahaya tetapi memantulkan cahaya yang ada di sekelilingnya terhadap front-lit atau mentransmisikan cahaya dari back-lit. LCD (Liquid Crystal Display) berfungsi sebagai penampil data baik dalam bentuk karakter, huruf, angka ataupun grafik.

(39)

35

BAB III

PERANCANGAN SISTEM

3.1 Deskripsi Sistem (Blok Diagram)

Deskripsi sistem berisi penjelasan tentang cara kerja sistem secara keseluruhan, dengan disertai penjelasan rinci dari masing-masing modul yang digunakan. Secara garis besar sistem terdiri dari 3 blok utama seperti yang terlihat pada gambar 3.1.

Gambar 3.1 Blok Diagram Sistem Alat Penunjuk Arah Kiblat

Keterangan blok diagram: 1. Unit Masukan (Input)

Memberikan data masukan dari sensor GPS yang saling mengirim data dengan satelit GPS untuk mendapatkan koordinat posisi lintang (latitude) dan bujur (Longitude). Sensor kompas untuk mendapatkan derajat sudut posisi Ka’bah sebagai pembanding dengan rumus arah kiblat. Data dari kedua sensor tersebut akan diproses oleh unit pemroses (microcontroller).

INPUT PROSES Microcontroller Arduino OUTPUT LCD Display Sensor GPS Sensor Kompas Satelit GPS Rumus Arah Kiblat

(40)

2. Unit Pemroses

Data dari sensor GPS dan kompas akan diproses oleh unit microcontroller. Data GPS akan dimasukkan pada rumus arah kiblat. Sedangkan data kompas akan dibandingkan dengan hasil dari rumus arah kiblat untuk mendapatkan sudut arah kiblat. Hasil pemrosesan data-data tersebut akan ditampilkan pada unit keluaran

(output).

3. Unit keluaran (Output)

Menampilkan hasil dari pemrosesan pada LCD display sebagai hasil akhir dari sistem.

3.2 Deskripsi Rancangan Alat

Alat penunjuk arah kiblat ini terdiri dari perangkat lunak/program (software) dan dari beberapa perangkat keras/komponen (hardware). Gambar 3.2 adalah diagram komponen-komponen penyusun sistem dari alat ini.

Gambar 3.2 Diagram Rancangan Alat

2. Unit Pemroses

(output).

Gambar 3.2 Diagram Rancangan Alat

2. Unit Pemroses

(output).

(41)

37 Dari gambar 3.2 dapat dilihat komponen penyusun sistem ini terdiri dari:

a. Rumus Kiblat

Rumus kiblat merupakan bagian yang penting dari sitem ini. Karena rumus kiblat inilah yang digunakan oleh mikrokontroler untuk menghasilkan arah kiblat berdasarkan data garis lintang dan garis bujur yang dikirim oleh GPS.

b. Microcontroller Arduino

Arduino merupakan salah satu jenis microcontroller open source. Arduino berfungsi untuk memroses dan mengolah data GPS ke dalam rumus dan membandingkannya dengan kompas digital sehingga menghasilkan arah kiblat. c. GPS (Global Positioning System)

GPS berfungsi untuk melacak posisi koordinat lintang (latitude) dan bujur (Longitude) yang diproses oleh microcontroller untuk memperoleh arah kiblat dari perhitungan rumus kiblat.

d. Kompas Digital

Kompas digital pada proyek akhir ini digunakan sebagai pembanding arah dari perhitungan rumus kiblat. Dari perbandingan arah perhitungan dan data kompas inilah diperoleh arah kiblat dari posisi pengguna.

e. LCD (Liquid Crystal Display)

LCD berfungsi sebagai tampilan output dari sistem, yaitu berupa data arah kiblat dan pesan arahan ke posisi arah kiblat yang semestinya.

Gambar 3.3 Rancangan Mekanik Alat

a. Rumus Kiblat

d. Kompas Digital

Gambar 3.3 Rancangan Mekanik Alat

a. Rumus Kiblat

d. Kompas Digital

(42)

3.3 Diagram Alir Sistem (Flow Chart)

Prinsip kerja sistem dijelaskan seperti gambar 3.4 diagram alir (flow chart) sistem.

Gambar 3.4 Diagram Alir Alat Penunjuk Arah Kiblat

MULAI 1. Sensor GPS 2. Sensor Kompas Apakah Data sensor kompas=hasil rumus? SELESAI Rumus arah kiblat Pemrosesan data sensor GPS,

kompas, dan rumus arah kiblat padaMicrocontroller

Output LCD: Posisi tepat menghadap

arah kiblat

Pemrosesan data GPS lintang (latitude) dan bujur (longitude) ke

dalam rumus arah kiblat

Proses perbandingan Hasil dari rumus dibandingkan dengan data

kompas Baca data kompas

YA

TIDAK Output LCD: Putar ke kanan/kiri

(43)

39

3.4 Instrumen Penelitian

Pada penelitian ini, untuk memastikan apakah arah kiblat yang ditunjukkan alat tugas akhir tepat mengarah ke Ka’bah maka digunakan instrumen pembanding kompas dan busur yang dimiliki oleh depag dalam menentukan arah kiblat. Serta menggunakan kompas jenis lainnya untuk data pembanding.

Gambar 3.5 Kompas analog dan Busur milik depag

Gambar 3.6 Kompas analog

Kemudian alat tugas akhir diuji di beberapa masjid yang arah kiblatnya telah disertifikasi oleh depag.

(44)

Selain itu, diperlukan juga instrumen untuk pengujian pengaruh kompas terhadap benda logam dan magnet yaitu material seperti besi beton, paku dan magnet, serta instrumen pengujian akurasi gps yaitu software google earth.

Gambar 3.7 Besi beton

Gambar 3.8 Paku

(45)

41

Gambar 3.10 Software Google Earth 3.5 Metode Analisa

Untuk menganalisa apakah alat bekerja dengan baik dan sesuai dengan yang diharapkan maka perlu dilakukan beberapa analisa berikut:

 Analisa GPS

Metodenya dengan membandingkan hasil data koordinat latitude (lintang) dan

longitude (bujur) dari gps receiver dengan koordinat latitude dan longitude

sebenarnya pada software google earth.  Analisa Kompas

Metodenya dengan menguji pengaruh kompas terhadap benda logam dan magnet dengan cara meletakkan besi beton, paku atau magnet di sekitar alat tugas akhir dari 6 arah, yaitu: depan, belakang, kanan, kiri, atas dan bawah.

 Analisa Rumus

Metodenya dengan membandingkan hasil perhitungan 4 buah rumus menentukan arah kiblat yang akan digunakan, apakah hasilnya sama atau tidak, yaitu rumus:

Sinus Cosinus, Analogi Napier, Sinus Cosinus dengan sudut bantu, dan Haversine.

Lalu dipilih salah satu yang paling mudah diaplikasikan pada program

(46)

BAB IV

HASIL DAN ANALISA

4.1 Pengujian Alat

Untuk mengetahui apakah alat penunjuk arah kiblat ini menunjukkan arah yang tepat ke ka’bah, maka dilakukanlah pengujian dengan alat yang dimiliki oleh depag.

Gambar 4.1 Kompas milik depag untuk mengukur arah kiblat

(47)

43

Gambar 4.3 Alat penunjuk arah kiblat dengan sensor kompas dan GPS

Gambar 4.4 Alat menampilkan derajat arah kiblat 293.10°

Dari hasil pengukuran dan perbandingan dengan alat depag, maka didapat hasil yaitu:  Metode Depag: Mengarahkan pada arah barat 270° kemudian ditarik garis

menggunakan busur sejauh 23° dari arah barat, sehingga didapat arah kiblat 293° (UTSB).

 Alat Tugas Akhir: Menampilkan arah kiblat dengan ketelitian 0.10° sebesar 293.10°, pass dengan garis yang ditarik oleh depag.

(48)

4.1.1 Pengujian Kompas

Jika terdapat medan magnet atau besi di sekitar alat maka terdapat error dari hasil yang ditunjukkan oleh sensor kompas.

Tabel 4.1 Error kompas jika terdapat besi di sekitar alat

No. Arah Sumber Jarak antara Alat dan Besi

40 cm 30 cm 20 cm 10 cm 1 Depan 0.24° 0.6° 1.2° 4.8° 2 Belakang 0.5° 0.7° 1.3° 3.0° 3 Kanan 0.7° 1.1° 3.5° 16.8° 4 Kiri 0.2° 0.3° 0.5° 0.7° 5 Atas 0.2° 0.7° 1.5° 16.2° 6 Bawah 0.8° 2.0° 5.7° 20.9°

Tabel 4.2 Error kompas jika terdapat magnet di sekitar alat

No. Arah Sumber Jarak antara Alat dan Magnet

40 cm 30 cm 20 cm 10 cm 1 Depan 0.5° 0.8° 2.4° 8.1° 2 Belakang 0.5° 0.8° 1.4° 4.5° 3 Kanan 0.8° 1.2° 3.1° 22.2° 4 Kiri 0.2° 0.4° 0.8° 2.1° 5 Atas 0.2° 0.2° 0.7° 4.7° 6 Bawah 0.0° 0.2° 0.7° 5.1°

(49)

45

4.1.2 Pengujian GPS

Untuk mengetahui seberapa besar pengaruh akurasi GPS terhadap sudut arah kiblat maka dilakukan pengujian dan pengambilan data berikut:

Gambar 4.5 Pengujian GPS

45

Gambar 4.5 Pengujian GPS

45

(50)

Tabel 4.3 Data pengujian pengaruh akurasi GPS terhadap sudut arah kiblat

No. Koordinat Aktual Sudut Kiblat(UTSB) Data Aktual

Koordinat Sample Sudut Kiblat (UTSB) Data

Sample

Error _{Error Sudut}

Kiblat

Latitude Longitude Latitude Longitude Latitude Longitude Position_(m)

1 1.1183028 104.0480111 293.0837056 1.1183400 104.0480728 293.0836804 -0.0000372 -0.0000617 8.37 0.000007% 2 1.1183028 104.0480111 293.0837056 1.1183530 104.0480804 293.0836738 -0.0000502 -0.0000693 9.82 0.000009% 3 1.1183028 104.0480111 293.0837056 1.1182389 104.0480778 293.0837216 0.0000639 -0.0000667 10.31 -0.000004% 4 1.1183028 104.0480111 293.0837056 1.1182000 104.0478611 293.0837720 0.0001028 0.0001500 20.46 -0.000018% 5 1.1183028 104.0480111 293.0837056 1.1185250 104.0481778 293.0835869 -0.0002222 -0.0001667 30.37 0.000033% 6 1.1183028 104.0480111 293.0837056 1.1186639 104.0479444 293.0835659 -0.0003611 0.0000667 40.56 0.000039% 7 1.1183028 104.0480111 293.0837056 1.1178583 104.0479111 293.0839062 0.0004445 0.0001000 50.77 -0.000056% 8 1.1183028 104.0480111 293.0837056 1.1183583 104.0485556 293.0835966 -0.0000555 -0.0005445 60.49 0.000030% 9 1.1183028 104.0480111 293.0837056 1.1177028 104.0482222 293.0839218 0.0006000 -0.0002111 70.46 -0.000060% 10 1.1183028 104.0480111 293.0837056 1.1180500 104.0486889 293.0837038 0.0002528 -0.0006778 80.25 0.000000% 11 1.1183028 104.0480111 293.0837056 1.1176472 104.0485028 293.0839006 0.0006556 -0.0004917 90.42 -0.000054% 12 1.1183028 104.0480111 293.0837056 1.1175972 104.0474583 293.0840861 0.0007056 0.0005528 100.41 -0.000106%

(51)

47

4.2 Analisa Rumus

Untuk menentukan arah kiblat ada 4 rumus yang dapat digunakan pada program

microcontroller. Dan untuk membuktikan ke-empat rumus tersebut menghasilkan nilai

yang sama maka dilakukan analisa berikut:

Diketahui: Lintang Ka’bah (

φ

K) = 21.4225028 Bujur Ka'bah (

λ

K) = 39.8262056 Lintang Tempat (

φ

T) = 1.0266799 Bujur Tempat (

λ

T) = 104.0610580 a = 90 -

φ

T = 90 - 1.0266799 = 88.9733201 b = 90 -

φ

K = 90 - 21.4225028 = 68.5774972

γ

= C =

λ

T -

λ

K = 104.0610580 -39.8262056 = 64.2348524

1. Rumus sinus cosinus [6]

=

−

cot =

sin

88.9733201

_sin

cot

68.5774972

64.2348524

− cos

88.9733201

cot

64.2348524

cot =

0.9998395 × 0.3923489 0.9005834

−

0.0179180 × 0.4826687

cot =

0.3922859 0.9005834

−

0.0086485

cot =

0.4269424

tan =

1 cot = 1 0.4269424 = 2.3422364

=

66.8803094 (U-B)

=

90 − 66.8803094 = 23.1196906 (B-U)

=

360 − 66.8803094 = . (UTSB)

(52)

Cara lain yang telah disederhanakan: [6]

=

₋

tan =

_cos

sin

64.2348524

1.0266799

tan

21.4225028

− sin

1.0266799

cos

64.2348524

tan =

0.9005834 0.9998395 × 0.3923489

−

0.0179180 × 0.4346834

tan =

0.9005834 0.3922859

−

0.0077887

tan =

2.3422364

=

66.8803094 (U-B)

=

90 − 66.8803094 = 23.1196906 (B-U)

=

360 − 66.8803094 = . (UTSB)

2. Rumus Analogi Napier [6]

( + ) =

( − )

( + )

tan

1 ₂

( + ) =

cos (

88.9733201

−

68.5774972

)

cos (

88.9733201

+

68.5774972

)

cot

1

2

64.2348524

tan

1 ₂

( + ) =

cos

_cos

10.1979114

78.77540871.5930601

tan

1

2 ( + ) =

0.9842021 0.19465541.5930601

tan

1 ₂

( + ) =

8.0547127

1

2 ( + ) =

82.9228888

(53)

49

( − ) =

( − )

( + )

tan

1 ₂

( − ) =

sin (

88.9733201

−

68.5774972

)

sin (

88.9733201

+

68.5774972

)

cot

1

2

64.2348524

tan

1

2 ( − ) =

sin

10.1979114

sin

78.77540871.5930601

tan

1 ₂

( − ) =

0.1770489_0.98087171.5930601

tan

1 ₂

( − ) =

0.2875498

1

2 ( − ) =

16.0425794

= ( + ) − ( − )

=

82.9228888

−

16.0425794

=

66.8803094 (U-B)

=

90 − 66.8803094 = 23.1196906 (B-U)

=

360 − 66.8803094 = . (UTSB)

3. Rumus sinus cosinus dengan sudut bantu [6]

=

tan = tan

68.5774972

cos

64.2348524

tan =

2.548752207 × 0.43468336

tan =

1.107900184

(54)

=

_{( − )}

tan =

_sin(

tan

64.2348524

sin

47.93032562

88.9733201

−

47.93032562

)

tan β =

2.071814626 × 0.742330582 0.656625175

tan β =

1.537971357 0.656625175

tan β =

2.342236356

=

66.8803094 (U-B)

=

90 − 66.8803094 = 23.1196906 (B-U)

=

360 − 66.8803094 = . (UTSB) 4. Rumus Haversine [6]

=

+

cos = cos

88.9733201

cos

68.5774972

+ sin

88.9733201

sin

68.5774972

cos

64.2348524

cos = (

0.0179180 × 0.3652424

)

+

(

0.9998395 × 0.9309124 × 0.4346834

)

cos =

0.0065444 + 0.4045872

cos =

0.4111316

=

.

= ( + + )

=

1 ₂

(

88.9733201

+

68.5774972

+

65.7240602

)

=

111.6374388

(55)

51

=

( − )

Hav = sin(

111.6374388

−

88.9733201

) sin(

111.6374388

−

65.7240602

) csc

88.9733201

csc

65.7240602

Hav = sin

22.6641187

sin

45.9133785

csc

88.9733201

csc

65.7240602

Hav =

0.3853282 × 0.7182888 × 1.0001606 × 1.0970012

Hav =

0.3036734

=

−

= −

cos =

1 − 2

(

0.3036734

)

cos =

1 − 0.6073468

cos =

0.3926532

=

66.8803094 (U-B)

=

90 − 66.8803094 = 23.1196906 (B-U)

=

360 − 66.8803094 = . (UTSB)

Berdasarkan analisa dari ke-empat rumus tersebut, rumus nomor 1 sinus cosinus yang telah disederhanakan paling ringkas dan praktis jika dibandingkan dengan rumus-rumus lainnya. Sehingga penulis memilih rumus-rumus tersebut untuk diaplikasikan pada

microcontroller. Karena bentuk rumusnya sudah sangat sesuai dengan logika