BAB II
LANDASAN TEORI
2.1 Pengaruh Tekanan Udara (Atmosfer) Terhadap Cuaca dan Penerbangan
Tekanan udara (atmosfer) pada suatu permukaan adalah gaya yang diberikan kepada suatu permukaan atau area oleh sekolom udara di atas permukaan tersebut. Tekanan udara (atmosfer) merupakan salah satu parameter yang diamati oleh observer (pengamat cuaca) ketika melakukan pengamatan udara permukaan atau synoptic observation dan juga merupakan salah satu unsur cuaca terpenting yang dibutuhkan dalam penerbangan. Tekanan sebenarnya di sebuah tempat dan pada satu waktu akan berbeda tergantung pada ketinggian, suhu dan kerapatan udara (air density) Perubahan tekanan udara (atmosfer) akan mempengaruhi pergerakan dalam atmosfer yaitu pergerakan vertikal dari arus naik dan turun serta pergerakan horizontal dalam bentuk angin. Kedua tipe pergerakan ini sangat penting karena keduanya mempengaruhi perubahan cuaca serta mempengaruhi kinerja dari pesawat saat lepas landas (takeoff), mendaki (climb) dan mendarat (landing).
meningkat di sebuah stasiun pengamatan cuaca biasanya menunjukkan bahwa cuaca yang baik akan terjadi sesaat kemudian. Sebaliknya, penurunan tekanan atau jatuhnya tekanan secara cepat biasanya menunjukkan bahwa cuaca buruk dan kemungkinan ada hujan atau badai akan terjadi.
2.2 Barometer Air Raksa
Gambar 2.1 Barometer Air Raksa
2.2.1 Jenis-Jenis Barometer Air Raksa
Barometer air raksa terdiri dari 2 macam yaitu :
a. Barometer Fortin atau barometer bejana tidak tetap.
bejana bagian bawah harus diatur dulu supaya tepat menyentuh ujung taji dan kemudian baru dilakukan pembacaan. Barometer jenis ini, pada umumnya keluar dari pabrik keadaan badannya sudah lengkap terpasang.
b. Barometer Kew Pattern atau barometer bejana tetap.
Barometer Kew Pattern atau barometer bejana tetap, apabila ingin membaca tidak perlu mengatur permukaan air raksa dalam bejana, barometer jenis ini disebut juga barometer stasiun. Pada saat keluar dari pabrik pembuatnya, keadaan badannya, tabung air raksa dan air raksa untuk mengisi bejana masih dalam keadaan terpisah. Jadi sebelum dioperasikan harus dirakit terlebih dahulu, kemudian dikalibrasi untuk menentukan koreksi indeks. Setelah dikalibrasi dan mendapatkan koreksi indeksnya, lalu dibuatkan koreksi temperatur untuk pembacaan barometer sesuai dengan lokasi stasiunnya. Terlampir disertakan petunjuk cara pemasangan barometer, dan dapat dilihat gambar bagian-bagian dari barometer stasiun. (Rizadi. 2010)
2.2.2 Syarat Penempatan Barometer Air Raksa
Dalam menentukan tempat serta penempatan barometer, harus dipilih dan dilakukan dengan sangat teliti dan hati-hati. Ruangan dimana barometer akan ditempatkan harus memenuhi beberapa pokok, yaitu:
a. Ditempatkan pada ruangan yang mempunyai suhu tetap (Homogen). b. Tidak boleh kena sinar matahari langsung.
d. Tidak boleh dekat lalu-lintas orang. e. Tidak boleh dekat meja kerja.
f. Penerangan jangan terlalu besar, maximum 25 watts (Anonymousc, 2008)
2.2.3 Cara Pemasangan Barometer Air Raksa
Petunjuk cara pemasangan barometer adalah sebagai berikut :
a. Keluarkan barometer dari kotak transportnya, posisi barometer dalam keadaan terbalik.
b. Ganti sekrup transport, dengan sekrup operasional yang tersedia.
c. Rubahlah posisi barometer yang terbalik tersebut secara perlahan-lahan, dengan cara memegang ujung tabung barometer dan bejana air raksanya. Selanjutnya gantungkan pada tempat gantungan yang telah tersedia. Usahakan setelah digantung tinggi bejana air raksa terhadap lantai kira-kira 3 feet.
d. Setelah barometer tergantung vertikal, kendurkan sekrup kecil yang terdapat pada permukaan bejana air raksa yang merupakan lubang ventilasi agar udara luar dapat masuk. Perhatikan sekrup jangan sampai terlepas.
e. Tunggu beberapa saat, sampai air raksa dalam tabung barometer turun. Apabila air raksa tidak bisa turun, maka ketuk bejana barometer secara perlahan dengan gagang obeng, sehingga air raksanya menjadi turun.
2.2.4 Cara Membaca Tekanan Udara (Atmosfer)
Cara membaca tekanan udara (atmosfer) pada barometer air raksa antara lain :
a. Baca suhu yang menempel pada Barometer
b. Naikkan air raksa dalam bejana, sehingga menyinggung jarum taji c. Skala Nonius (Vernier) sehingga menyinggung permukaan air raksa d. Baca skala Barometer dan skala Nonius
e. Gunakan koreksi yang telah disediakan (Anonymousc, 2008)
2.2.5 Cara Membawa (Transport)
Ketika akan membawa barometer air raksa ke suatu tempat, hal-hal yang harus diperhatikan antara lain:
a. Barometer dibalik pelan-pelan sehingga bejana berada di atas. b. Masukkan dalam kotak transport, dengan bejana tetap diatas
2.2.6 Koreksi-Koreksi
Tinggi rendahnya kolom air raksa diatas induk barometer air raksa tergantung oleh beberapa faktor, diantaranya:
a. Faktor suhu b. Faktor gravitasi
c. Faktor tinggi tempat (Elifant, 2011)
Jadi, untuk memperoleh data hasil pengamatan tekanan udara (atmosfer) yang dapat dibandingkan antara tempat yang satu dengan tempat yang lainnya, perlu ditentukan suatu keadaan yang disebut sebagai keadaan standard. Keadaan standard yang dimaksud adalah meliputi:
a. Keadaan suhu standard, ialah keadaan pada suhu 0°C, dimana kerapatan air raksa pada suhu 0°C adalah 13595,1 kg/m3.
b. Keadaan gravitasi standard, ialah gravitasi pada lintang 45°, dimana sesuai dengan konvensi adalah 9,80665 m/s2.
c. Keadaan tinggi standard, ialah tinggi pada rata-rata tinggi air laut atau mean sea level yang biasa disingkat (m.s.l).
Berdasarkan ketentuan-ketentuan tersebut, maka diperlukan suatu koreksi, yaitu:
a. Koreksi Index
i. Kesalahan pembagian skala
Dalam praktek sangat sulit untuk membagi dan membuat skala-skala secara sempurna. Terhadap kesalahan-kesalahan ini perlu adanya koreksi tertentu yang sudah dilakukan dari pabrik pembuat barometer tersebut.
ii. Kesalahan tekanan kapiler
Kesalahan ini dapat terjadi karena permukaan air raksa dalam tabung gelas kapiler tidak membasahi dinding tabung gelas, sehingga bentuk puncak air raksa yang disebut sebagai minicus berbentuk cembung. Keadaan ini disebabkan karena kohesi antar molekul-molekul air raksa lebih besar daripada adhesi antara molekul air raksa dengan molekul gelas, sehingga permukaan minicus pada dinding gelas akan tertekan ke bawah. Keadaan ini dapat menghasilkan pembacaan barometer yang sedikit lebih rendah dari pada yang seharusnya.
iii. Kesalahan ruang hampa
Kesalahan kecil yang mungkin terjadi dari kemungkinan adanya sisa udara di dalam tabung hampa diatas minicus air raksa.
iv. Kesalahan pembiasan sinar
Pada barometer yang baik, kesalahan-kesalahan yang timbul karena hal-hal tersebut diatas harus kurang dari 0,1 mb. Setiap barometer mempunyai koreksi indeks tersendiri, yang dibuat oleh laboratorium pabrik dengan membandingkan tiap-tiap barometer yang diproduksi dengan barometer standard. (Elifant, 2011).
b. Koreksi Lintang c. Koreksi Tinggi
Untuk membandingkan tempat-tempat tertentu diperlukan tekanan udara diatas permukaan laut. Koreksi ini merupakan suatu penjabaran yang dilakukan, apabila dikehendaki untuk mendapatkan hasil pengamatan tekanan udara pada suatu permukaan tertentu, yang elevasinya berbeda dengan elevasi induk barometer. Misalnya untuk mendapatkan tekanan udara untuk mendapatkan tekanan udara permukaan laut dimana elevasi induk barometer tidak terletak setinggi permukaan laut. Agar harga tekanan udara yang didapat dari beberapa tempat stasiun yang terletak pada elevasi yang berbeda dapat diperbandingkan, maka hasil pengamatan tekanan udara tersebut perlu dijabarkan ke suatu ketinggian dengan elevasi yang sama yaitu ketinggian standard yang telah ditentukan yaitu ketinggian rata-rata permukaan laut atau mean sea level. Harga tekanan yang didapat dari penjabaran ini disebut tekanan permukaan laut (QFF).
d. Koreksi Suhu
Jika pembacaan lebih tinggi dari 0°C, maka pembacaan barometer dikurangi dengan koreksi suhu ini, jika lebih rendah dari 0°C koreksi ditambah. Koreksi ini perlu diadakan karena :
ii. Adanya perbedaan pemuaian antara air raksa dan induk barometer pada barometer tipe kew pattern.
Sehubungan dengan hal tersebut, setiap pengamatan atau pembacaan tekanan udara dengan menggunakan barometer air raksa harus dikoreksi terhadap suhu yang diperoleh jika barometer tidak berada pada keadaan suhu standard yaitu suhu 0°C. Untuk keperluan koreksi suhu ini maka pada setiap barometer air raksa tertempel sebuah termometer yang menunjukkan temperatur air raksa pada saat pengamatan, yang disebut sebagai termometer tempel.
Jika barometer air raksa yang digunakan dipasang pada suatu tempat yang tetap, misalnya barometer air raksa pada suatu stasiun meteorologi di darat yang umumnya dipasang pada suatu tempat yang tetap. Biasanya dari beberapa koreksi tersebut diatas, dijadikan suatu tabel yang terdiri dari dua macam koreksi yaitu :
a) Tabel koreksi QFE untuk mencari tekanan udara permukaan stasiun atau lapangan terbang.
b) Tabel QFF untuk mencari tekanan udara permukaan laut.
2.2.7 Kelebihan dan Kekurangan Barometer Air Raksa
Kelebihan barometer air raksa yaitu:
b) Data yang dihasilkan dengan barometer ini lebih teliti dibandingkan dengan barometer aneroid atau barograf.
c) Lebih tahan lama dibandingkan alat pengukur tekanan udara yang lain selama ruang diatas air raksa tetap hampa.
Kekurangan barometer air raksa yaitu :
a) Peluang terjadinya kesalahan paralak sangat besar.
b) Tidak dapat mengetahui kapan terjadinya tekanan udara maksimum dan minimum.
Berdasarkan kekurangan dari barometer air raksa tersebut, maka penulis membuat penelitian rancangan alat tekanan udara (atmosfer) digital yang akan membantu observer (pengamat cuaca) di Stasiun Meteorologi Polonia Medan khususnya dalam membaca tekanan udara (atmosfer) dengan lebih mudah dan lebih akurat.
2.3 Sensor HP03
Sensor HP03 adalah sensor yang dapat mendeteksi tekanan udara. Jangkauan tekanan udara yang dapat dibaca oleh sensor adalah 300hPa hingga 1100hPa dengan resolusi 0.1hPa. Spesifikasi sensor antara lain :
- Sumber catu daya menggunakan tegangan 4,5 - 5,5 Volt. - Range sensor tekanan udara 300 - 1100 hpa (hectopascal). - Akurasi sensor tekanan udara ± 1,5 hpa.
- Range sensor temperatur -20 - 60 °C.
- Akurasi sensor temperatur ± 0,8 °C.
- Resolusi sensor temperatur 0,1 °C.
- Pin Input/Output kompatibel dengan level tegangan TTL dan CMOS. - Dilengkapi dengan antarmuka UART TTL dan I2C.
- Dilengkapi dengan jumper untuk pengaturan alamat, sehingga bisa dicascade sampai 8 modul tanpa perangkat keras tambahan (untuk satu master menggunakan antarmuka I2C).
Berikut ini adalah gambar skematik sensor HP03 :
Gambar 2.2 Skematik Sensor HP03
Tabel 2.1 Fungsi Pin Pada Sensor HP03
Pin Nama Fungsi
1 GND Titik referensi untuk catu daya input
2 VCC Terhubung ke catu daya
3 RXD Input serial level TTL ke modul
4 TXD Output serial level TTL dari modul
5 MAIN SDA I2C-bus data input/output
6 MAIN SCL I2C bus-clock input
2.4 Mikrokontroller
Mikrokontroller adalah suatu sistem komputer lengkap dalam satu chip. Lengkap
dalam artian memiliki unit CPU, port I/O (paralel dan serial), timer, counter, memori
RAM untuk penyimpanan data saat eksekusi program, dan ROM tempat dari mana
perintah yang akan dieksekusi. Mikrokontroller merupakan teknologi semikonduktor
dengan kandungan transistor yang lebih banyak namun hanya membutuhkan ruang
kecil serta dapat diproduksi secara massal (dalam jumlah banyak) sehingga harganya
Tidak seperti sistem komputer, yang mampu menangani berbagai macam program aplikasi (misalnya pengolah kata, pengolah angka dan lain sebagainya), mikrokontroler hanya bisa digunakan untuk satu aplikasi tertentu saja. Perbedaan lainnya terletak pada perbandingan RAM dan ROM-nya. Pada sistem komputer perbandingan RAM dan ROM-nya besar, artinya program-program pengguna disimpan dalam ruang RAM yang relatif besar, sedangkan rutin-rutin antarmuka perangkat keras disimpan dalam ruang ROM yang kecil. Sedangkan pada mikrokontroler, perbandingan ROM dan RAM-nya yang besar artinya program kontrol disimpan dalam ROM (bisa Masked ROM atau Flash PEROM) yang ukurannya relatif lebih besar, sedangkan RAM digunakan sebagai tempat penyimpanan sementara, termasuk register-register yang digunakan pada mikrokontroler yang bersangkutan.
Mikrokontroller yang digunakan dalam penelitian ini adalah Mikrokontroller ATMega8535. Mikrokontroler ATMega8535 merupakan salah satu keluarga dari MCS-51 keluaran Atmel. Jenis Mikrokontroler ini pada prinsipnya dapat digunakan untuk mengolah data per bit ataupun 8 bit secara bersamaan. Pada prinsipnya program pada mikrokontroler dijalankan bertahap, jadi pada program itu sendiri terdapat beberapa set instruksi dan tiap instruksi itu dijalankan secara bertahap atau berurutan. Beberapa fasilitas yang dimiliki oleh Mikrokontroler ATMega8535 adalah sebagai berikut :
a. Sebuah Central Processing Unit 8 bit. b. Osilatc : Internal dan rangkaian pewaktu. c. RAM internal 128 byte.
e. Lima buah jalur interupsi (dua buah interupsi eksternal dan tiga buah interupsi internal).
f. Empat buah programmable port I/O yang masing – masing terdiri dari delapan buah jalur I/O.
g. Sebuah port serial dengan control serial full duplex UART.
h. Kemampuan untuk melaksanakan operasi aritmatika dan operasi logika.
Mikrokontroler ATMega8535 memiliki 3 jenis memori, yaitu memori program, memori data dan memori EEPROM. Ketiganya memiliki ruang sendiri dan terpisah.
a. Memori program
ATmega8535 memiliki kapasitas memori progam sebesar 8 Kbyte yang terpetakan dari alamat 0000h – 0FFFh dimana masing-masing alamat memiliki lebar data 16 bit. Memori program ini terbagi menjadi 2 bagian yaitu bagian program boot dan bagian program aplikasi.
b. Memori data
b. Memori EEPROM
ATmega8535 memiliki memori EEPROM sebesar 512 byte yang terpisah dari memori program maupun memori data. Memori EEPROM ini hanya dapat diakses dengan menggunakan register-register I/O yaitu register EEPROM Address, register EEPROM Data, dan register EEPROM Control. Untuk mengakses memori EEPROM ini diperlakukan seperti mengakses data eksternal, sehingga waktu eksekusinya relatif lebih lama bila dibandingkan dengan mengakses data dari SRAM.
ATmega8535 merupakan tipe AVR yang telah dilengkapi dengan 8 saluran ADC internal dengan fidelitas 10 bit. Dalam mode operasinya, ADC ATmega8535 dapat dikonfigurasi, baik secara single ended input maupun differential input. Selain itu, ADC ATmega8535 memiliki konfigurasi pewaktuan, tegangan referensi, mode operasi, dan kemampuan filter derau yang amat fleksibel, sehingga dengan mudah disesuaikan dengan kebutuhan ADC itu sendiri. ATmega8535 memiliki 3 modul timer yang terdiri dari 2 buah timer/counter 8 bit dan 1 buah timer/counter 16 bit. Ketiga modul timer/counter ini dapat diatur dalam mode yang berbeda secara individu dan tidak saling mempengaruhi satu sama lain. Selain itu, semua timer/counter juga dapat difungsikan sebagai sumber interupsi. Masing-masing timer/counter ini memiliki register tertentu yang digunakan untuk mengatur mode dan cara kerjanya.
modul-modul eksternal termasuk PC yang memiliki fitur UART. USART memungkinkan transmisi data baik secara syncrhronous maupun asyncrhronous, sehingga dengan memiliki USART pasti kompatibel dengan UART. Pada ATmega8535, secara umum pengaturan mode syncrhronous maupun asyncrhronous adalah sama. Perbedaannya hanyalah terletak pada sumber clock saja. Jika pada mode asyncrhronous masing-masing peripheral memiliki sumber clock sendiri, maka pada mode syncrhronous hanya ada satu sumber clock yang digunakan secara bersama-sama. Dengan demikian, secara hardware untuk mode asyncrhronous hanya membutuhkan 2 pin yaitu TXD dan RXD, sedangkan untuk mode syncrhronous harus 3 pin yaitu TXD, RXD dan XCK. Berikut iniadalah gambar konfigurasi IC Mikrokontroller ATMega8535 :
Penjelasan Pin :
1. VCC : Tegangan Supplay (5 volt) 2. GND : Ground
3. RESET : Input reset level rendah pada pin ini selama lebih dari panjang pulsa minimum akan menghasilkan reset, walaupun clock sedang berjalan.
4. XTAL1 : Input penguat osilator inverting dan input pada rangkaian operasi clock internal.
5. XTAL2 : Output dari penguat osilator inverting.
6. AVCC : Pin tegangan suplay untuk port A dan ADC. Pin ini harus dihubungkan ke VCC walaupun ADC tidak digunakan, maka pin ini harus dihubungkan ke VCC melalui low pass filter.
7. AREF : Pin referensi tegangan analaog untuk ADC. 8. Port A (PA0-PA7)
Merupakan pin input/output dua arah dan pin masukan ADC. 9. Port B (PB0-PB7)
Merupakan pin input/output dua arah dan dan pin fungsi khusus pada tabel berikut ini :
Tabel 2.2 Fungsi Khusus Port B
Pin Fungsi Khusus
PB7 SCK (SPI Bus Serial Clock)
PB6 MISO (SPI Bus Master Input/ Slave Output)
PB5 MOSI (SPI Bus Master Output/ Slave Input)
PB3 AIN1 (Analog Comparator Negative Input)
OC0 (Timer/Counter0 Output Compare Match
Output)
PB2 AIN0 (Analog Comparator Positive Input)
INT2 (External Interrupt 2 Input)
PB1 T1 (Timer/ Counter1 External Counter Input)
PB0 T0 T1 (Timer/Counter External Counter Input)
XCK (USART External Clock Input/Output)
10.Port C (PC0-PC7)
Merupakan pin input/output dua arah dan pin fungsi khusus, seperti dapat dilihat pada tabel dibawah ini.
Tabel 2.3 Fungsi Khusus Port C
Pin Fungsi khusus
PC7 TOSC2 ( Timer Oscillator Pin2)
PC6 TOSC1 ( Timer Oscillator Pin1)
PC5 Input/Output
PC4 Input/Output
PC3 Input/Output
PC2 Input/Output
PC1 SDA ( Two-wire Serial Buas Data Input/Output Line)
11.Port D (PD0-PD7)
Merupakan pin input/output dua arah dan pin fungsi khusus, seperti yang terlihat pada tabel dibawah ini.
Tabel 2.4 Fungsi Khusus Port D
Pin Fungsi khusus
PD7 OC2 (Timer/Counter Output Compare Match Output)
PD6 ICP (Timer/Counter1 Input Capture Pin)
PD5 OC1A (Timer/Counter1 Output Compare A Match Output)
PD4 OC1B (Timer/Counter1 Output Compare B Match Output)
PD3 INT1 (External Interrupt 1 Input)
PD2 INT0 (External Interrupt 0 Input)
PD1 TXD (USART Output Pin)
