PERANCANGAN SISTEM PENGENDALIAN FREKUENSI GETARAN DENGAN SERAT OPTIK SKRIPSI YUSUF DOMINGGO MANURUNG

(1)

PERANCANGAN SISTEM PENGENDALIAN FREKUENSI GETARAN DENGAN SERAT OPTIK

SKRIPSI

YUSUF DOMINGGO MANURUNG 150821031

DEPARTEMENT S1 FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATRA UTARA

MEDAN 2017

(2)

PERANCANGAN SISTEM PENGENDALIAN FREKUENSI GETARAN DENGAN SERAT OPTIK

SKRIPSI

Diajukan Untuk Melengkapi Tugas Dan Memenuhi Syarat mencapai gelar Sarjana Sains

YUSUF DOMINGGO MANURUNG 150821031

DEPARTEMENT S1 FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATRA UTARA

MEDAN 2017

(3)

PERSETUJUAN

Judul : PERANCANGAN SISTEM PENGENDALIAN

FREKUENSI GETARAN DENGAN SERAT OPTIK

Kategori : Skripsi

Nama : Yusuf Dominggo Manurung

Nomor Induk Mahasiswa : 150821031

Program Studi : Sarjana (S1) Fisika

Departemen : Fisika

Fakultas : Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara

Disetujui di Medan, Agustus 2017

Pembimbing I Pembimbing II

Drs. Takdir Tamba, M.Eng.Sc. Dr. Perdinan Sinuhaji, MS

NIP. 196006031986011002 NIP.195903101987031002

Diketahui/ disetujui oleh

Departemen Fisika FMIPA USU Ketua,

Dr. Perdinan Sinuhaji, MS NIP.195903101987031002

(4)

PERNYATAAN

PERANCANGAN SISTEM PENGONTROL FREKUENSI GETARAN DENGAN SERAT OPTIK

SKRIPSI

Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil karya sendiri. Kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.

Medan, Agustus 2017

Yusuf Dominggo Manurung 150821031

(5)

PENGHARGAAN

Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas segala anugrah dan karuniaNya, sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul “Perancangan Sistem Pengontrol Frekuensi Getaran Dengan Serat Optik” skripsi ini disusun sebagai syarat akademis dalam menyelesaikan studi program setara satu (S1) jurusan Fisika Instrumentasi Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara.

Penulis menyadari bahwa selama proses hingga terselesaikannya penyusunan Skripsi ini banyak mendapat kontribusi dari berbagai pihak. Dengan kerendahan hati, penulis ingin menyampaikan rasa terima kasih yang sebesar- besarnya atas segala bantuan, dukingan secara saran yang telah diberikan. Oleh karena itu dalam kesempatan ini penulis menyampaikan terima kasih kepada:

• Kedua orang tua saya, terkhusus Alm. Ayahanda yang telah banyak membantu dan memberikan dukungan penuh kepada penulis sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini.

• Bapak Dr. Perdinan Sinuhaji, MS, sebagai ketua Departemen Fisika FMIPA USU.

• Bapak Drs. Takdir Tamba, M.Eng.Sc sebagai pembimbing I dan pembimbing II Bapak Dr. Perdinan Sinuhaji, MS, yang telah bekontribusi membantu penulis dalam memberikan ide, saran, kritik dan bimbingannya kepada penulis selama penulis mengerjakan skripsi ini.

• Seluruh Staf Pengajar / Pegawai program studi fakultas MIPA Universitas Sumatera Utara.

• Buat Teman-teman saya Ferdinand Malau, Arman Hidayat Sirait, Sardo Haryson Purba, Redondo lijuandi S, Baberma Diuz Bangun, Andrius Manik,Gunawan Purba, Ito Maryati Manurung, dan satu yang sudah sangat banayak membantu Shany Mori Marpaung yang dari awal selalu memberi motivasi dan semangat dalam menyelesaikan skripsi ini.

• Semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu per satu, terima kasih atas semua bantuannya dalam menyelesaikan Skripsi ini.

(6)

Penulis menyadari bahwa dalam Skripsi ini masih terdapat banyak kekurangan. Oleh karena itu penulis mohon maaf apabila terdapat banyak kekurangan dan kesalahan. Akhir kata penulis berharap semoga Skripsi ini dapat memberikan manfaat bagi penulis maupun orang lain yang membacanya Amin.

(7)

PERANCANGAN SISTEM PENGENDALIAN FREKUENSI VIBRASI DENGAN SERAT OPTIK

ABSTRAK

Telah dirancang sistem pengontrolan frekuensi getaran menggunakan serat optik dengan metode ekstrinsik. Serat optik digunakan untuk mengukur frekuensi getaran dengan memanfaatkan perubahan tegangan keluaran yang dihasilkan oleh fotodetektor.Tegangan keluaran terjadi akibat perubahan jarak serat optik dengan membran speaker magnet sebagai sumber getarnya. Rancangan sistem kontrol terdiri dari sumber cahaya dari laser dioda, serat optik FD 620-10, fotodetektor OPT 101, mikrokontroler Arduino UNO untuk memproses sinyal, relay dan menggunakan program bahasa csebagai penampil di PC (personal computer).

Hasil pengujian sistem kontrol dapat mengontrol getaran pada frekuensi 10 Hz dari rentang pengukuran 1 sampai 30 Hz.

Kata Kunci : ATMega8, Arduino UNO,Fiber Optic

(8)

DESIGN OF VIBRATION FREQUENCY CONTROL SYSTEM WITH OPTICAL FIBER

ABSTRACT

A vibration frequency control system using optical fiber has been designed. Optical fiber sensor system is used to measure vibration frequency by utilizing the output voltage change in the resulting by photodetector. The output voltage occurs due to change distance of optical fiber with membrane magnet speaker as a source of vibration. The design of the control system consists of a source of light from the laser, optical fiber FD 620-10, photodetector OPT 101, UNO Arduino microcontroller to process the signal, relay and use C as a viewer program on a PC (personal computer). Results of testing the control system can control the vibration at a frequency of 10 Hz of the measuring range 1 to 30 Hz.

Keywords: ATMega8, Arduino Uno, Fiber Optic

(9)

DAFTAR ISI

PERSETUJUAN i

PERNYATAAN ii

PENGHARGAAN iii

ABSTRAK v

DAFTAR ISI vii

DAFTAR GAMBAR x

DAFTAR TABEL xii

DAFTAR LAMPIRAN xiii

BAB 1 PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang Masalah 1

1.2. Rumusan Masalah 2

1.3. Batasan Masalah 2

1.4. Tujuan Penelitian 2

1.5. Manfaat Penelitian 2

BAB 2 TEORI

2.1. Sensor Ultrasonic 3

2.1.1. Pengertian Sesor Ultrasonic 3

2.1.2. Cara Kerja Sensor Ultrasonic 3

2.2. Sensor Infrared 5

(10)

2.2.1. Pengertian Sensor Infrared 5

2.2.2. Sistem Sensor Infrared 6

2.3. Photodioda 6

2.3.1. Pengertian Photodioda 6

2.3.2. Prinsip Kerja Photodioda 7

2.4. LCD 8

2.4.1. Konfigurasi PIN LCD 10

2.5. Mikrokontroler ATMega 16 10

2.5.1. Arsitektur ATMega 16 11

2.5.2. Kofigurasi PIN ATMega 16 13

2.5.3. Deskripsi Mikrokontroler ATMega 16 13

2.5.4. Peta Memori ATMega 16 15

2.5.4.1. Memori Program 15

2.5.4.2. Memori Data 15

2.5.4.3. Memori Data EEPROM 17

2.5.5. Analog To Digital Converter 17

2.6. DFPlayer mini mp3 21

2.7. Speaker 21

BAB III PERANCANGAN ALAT

3.1. Diagram Blok 22

3.1.1. Penjelasan Diagram Blok 23

3.2. Arsitektur Perancangan 24

(11)

3.3. Perancangan Rangkaian Tiap blok 26 3.3.1. Rangkaian Infrared dan Photodioda 26

3.3.2. Rangkaian Sensor Ultrasonic 27

3.3.3. Rangkaian Power Supply 28

3.3.4. Rangkaian LCD 30

3.3.5. Rangkaian Modul Suara DFPlayer mini MP3 31 3.3.6. Rangkaian Mikrokontroler ATMega 16 32 BAB IV PENGUJIAN RANGKAIAN

4.1. Pengujian Rangkaian 34

4.1.1. Pengujian Rangkaian Catu Daya 34

4.1.2. Pengujian Rangkaian Mikrokontroler 35

4.1.3. Pengujian Rangkaian LCD 36

4.1.4. Pengujian Rangkaian Ultrasonic 37

4.1.5. Pengujian Rangkaian Infrared Photodioda 38

4.1.6. Pengujian Rangkaian Modul Suara 39

4.2. Data Pengujian Alat 40

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. Kesimpulan 41

5.2. Saran 41

DAFTAR PUSTAKA 42

(12)

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Cara Kerja Sensor Ultrasonik 4

Gambar 2.2Sensor Infra Red 5

Gambar 2.3 Photodioda 6

Gambar 2.4 LCD 16 x 2 9

Gambar 2.5 Blok diagram ATMega16 12

Gambar 2.6 Pin-Pin Atmega16 13

Gambar 2.7 Peta Memori ATMega16 15

Gambar 2.8 Peta Memori ATMega16 16

Gambar 2.9 ADC Control and Status Register A – ADCSRA 18

Gambar 2.10 ADC Multiplexe 19

Gambar 2.11 Register SFIOR 19

Gambar 2.12 DFPlayer Mini 21

Gambar 2.13 Speaker 21

Gambar 3.1 Desain Diagram Blok 22

Gambar 3.2 FLOWCHART 24

Gambar 3.3 Rangkaian Infrared dengan Photodioda 26 Gambar 3.4 Rangkaian dasar dari Transmitter Ultrasonik 27 Gambar 3.5 Rangkaian dasar Receiver Sensor Ultrasonik 28 Gambar 3.6 Rangkaian Power Supplay (PSA) 28

(13)

Gambar 3.7 Rangkaian LCD 30 Gambar 3.8 Rangkaian Modul Suara DFPlayer mini MP3 31 Gambar 3.9 Rangkaian sistem minimum ATMEGA16 32 Gambar 4.1 Pengujian Pada Rangkaian Catu Daya 35 Gambar 4.2 Pengujian Rangkaian Mikrokontroler 36

Gambar 4.3 Pengujian Rangkaian LCD 37

(14)

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Konfigurasi Pin LCD 10

Tabel 2.2 Konfigurasi Clock ADC 18

Tabel 2.3 Pemilihan sumber picu ADC 20

Tabel 4.1 Data Jarak deteksi halangan 38

Tabel 4.2 Hasil Pembacaan Sensor Photodoida 39

Tabel 4.3 Data Pengujian 41

(15)

DAFTAR LAMPIRAN

RANGKAIAN LENGKAP Program Lengkap

Data Sheet

(16)

BAB 1 PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Getaran merupakan fenomena yang banyak terjadi di dalam kehidupan sehari-hari.Getaran dari sebuah objek dapat memberikan informasi mengenai keadaan yang sedang terjadi pada objek tersebut dan pengaruhnya terhadap lingkungan sekitar.Manusia dapat mengambil langkah yang tepat untuk mengatasi masalah pada getaran dengan melakukan analisis getaran yang dihasilkan suatu sistem.Getaran terjadi pada mesin-mesin di bidang industri, hal ini disebabkan karenabanyaknya mesin yang beroperasi yang menyebabkan getaran pada benda-benda di sekitarnya.

Pencatatan data getaran secara kontinu diperlukan untuk perbandingan kenaikan getaran dari waktu ke waktu agar dapat mendiagnosa penyebab kerusakan mesin yang menyebabkankenaikan getaran.Getaran yang terjadi pada mesin-mesin di bidang industri tidak bolehmelebihi ambang batas frekuensi yang telah ditetapkan karena jika melebihi ambang batasfrekuensi berarti kondisi mesin tidaklah baik dan perlu diperbaiki sedini mungkin sehinggaproses-proses dalam bidang industri dapat bekerja secara optimal.Berbagai macam instrumen dan metode telah banyak dikembangkan untuk pengamatangetaran.Pengukuran yang banyak dilakukan bersifat kontak, artinya instrumen yang digunakanuntuk melakukan pengukuran harus melakukan kontak dengan obyek yang diukur, hal inibanyak menimbulkan kelemahan jika dilakukan dalam kondisi terbatas yang tidakmemungkinkan terjadinya kontak antara alat ukur dengan obyek pengukuran.Lingkungan yangbersuhu tinggi, posisi obyek yang sulit dijangkau dan kondisi tak ideal lainnya membuat metode pengukuran secara kontak langsung tidak dapat dilakukan.Pengukuran getaran menggunakanserat optik merupakan salah satu jenis penelitian yang dipakai untuk mengatasi kendala dalammelakukan pengukuran dengan kondisi yang terbatas.Hal ini bisa dilakukan karenapengukuran dengan menggunakan serat optik memiliki kelebihan diantaranya memiliki responpengukuran yang sangat cepat dan tanpa

(17)

2

melakukan kontak langsung dengan obyek pengukuran. Pengukuran frekuensi getaran menggunakan serat optik telah banyak dilakukan oleh beberapa peneliti, diantaranya oleh Zulaichah (2004) dengan memanfaatkan serat optik sebagai sensor yang mengubah besaran fisik getaran yaitu displacement menjadi besaran tegangan, Hariyanto (2011) menggunakan directional coupler dari serat optik mode jamak sebagai sensor getaran berbasis modulasi intensitas dan Saputro (2013) mengukur frekuensi getaran secara realtime menggunakan serat optik ekstrinsik.Metode yang telah dilakukan oleh beberapa peneliti tersebut merupakan penelitian awaluntuk menentukan frekuensi getaran dari sebuah obyek dengan menggunakan serat optik.

Padapenelitian ini akan memanfaatkan serat optik sebagai sensor untuk pengontrolan frekuensigetaran.

1.2 Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang di atas, dapat dirumuskan permasalahan yaitu bagaimana membuat alat untuk membantu mengukur frekuensi getaran menggunakan sensor opt 101 di sumber getaran yang sulit dijangkau

1.3 Batasan Masalah

Dalam perancangan dan pembuatan sistem ini, terdapat beberapa pembatasan masalah, antara lain :

1. Mengunkan arduino atmega 8 sebagai penggerak sensor opt 101 dan serat optik .

2. Sumber frekuensi adalah speaker .

3. Media tampilan yang digunakan adalah LCD.

1.4 Tujuan Penelitian

Adapun tujuan dari penulisan skripsi ini sebagai berikut:

1. Mengukur frekuensi dari sumber getaran yang tidak mampu di jangkau.

2. Mengefesiensikan waktu pengukuran.

(18)

3

1.5 Manfaat Penelitian

Adapun manfaat dari penelitian ini sebagai berikut:

1. Mengurangi lama waktu pengukuran yang terkendala karna kondisi lingkungan yang tidak memungkinkan .

2. Dapat digunakan sebagai acuan variasi pengembangan aplikasi serat optic dalam kehidupan sehari-hari .

(19)

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Serat Optik

Dalam sistem komunikasi dewasa ini, komunikasi serat optik semakin banyak digunakan. Bukan hanya sebagai pengganti dari jenis sistem transmisi sebelumnya, tetapi karena sistem serat optik ini memberikan keuntungan yang jauh lebih efektif dan efisien dibandingkan yang lain. Jenis komunikasi serat optik ini juga tidak bersifat menghantarkan listrik, sehingga dapat digunakan di daerah- daerah terisolasi listrik.Karena memiliki kapasitas dengan informasi yang tinggi, maka jalur-jalur saluran dapat diringkas menjadi kabel-kabel yang jauh lebih kecil, sehingga dapat mengurangi arus traffic pada jalur-jalur kabel yang sudah sangat padat. Pada sistem komunikasi serat optik ini sinyal awal yang berbentuk sinyal listrik pada transmitter akan dirubah oleh transducer menjadi gelombang cahaya yang kemudian di transmisikan melalui kabel serat optik menuju penerima (receiver) yang terletak pada ujung kabel lainnya. Pada penerima sinyal optik ini akan dirubah kembali oleh transducer menjadi sinyal listrik.

2.2 Struktur Dasar Kabel Serat Optik

Serat optik terbuat dari bahan dielektrik yang berbentuk seperti kaca (glass). Di dalam serat inilah energi listrik diubah menjadi cahaya yang akan ditransmisikan sehingga dapat diterima di ujung unit penerima (receiver) melalui transducer.

Gambar 2.1 Struktur Dasar Kabel Serat Optik

(20)

5

2.2.1. Inti (core)

Bagian yang paling utama dinamakan bagian inti (core), dimana gelombang cahaya yang dikirimkan akan merambat dan mempunyai indeks bias lebih besar dari lapisan kedua. Terbuat dari kaca (glass) yang berdiameter antara 2µm-125µm, dalam hal ini tergantung dari jenis serat optiknya.

2.2.2. Cladding

Cladding berfungsi sebagai cermin yaitu memantulkan cahaya agar dapat merambat ke ujung lainnya.Dengan adanya cladding ini cahaya dapat merambat dalam core serat optik.Cladding terbuat dari bahan gelas dengan indeks bias yang lebih kecil dari core. Cladding merupakan selubung dari core. Diameter cladding antara 5µm-250µm, hubungan indeks bias antara core dan cladding akan mempengaruhi perambatan cahaya pada core, (yaitu mempengaruhi besarnya sudut kritis).

2.2.3. Jaket (coating)

Coating berfungsi sebagai pelindung mekanis pada serat optik dan identitas kode warna terbuat dari bahan plastik.Berfungsi untuk melindungi serat optik dari kerusakan.

2.3. Jenis-jenis Serat Optik

Berdasarkan keperluan yang berbeda-beda, maka serat optik dibuat dalam dua jenis utama yang berbeda, yaitu single-mode fibers dan multi-mode fibers.

2.3.1. Single-mode Fibers

Single-mode Fibers mempunyai inti sangat kecil (yang memiliki diameter sekitar 9x10-6 meter atau 9 mikro meter), pada Gambar 2.2 dapat dilihat bagaimana perambatan gelombang terjadi pada sistem single-mode fibers [1].Cahaya yang merambat secara paralel di tengah membuat terjadinya sedikit dispersi pulsa.Single-mode fibers mentransmisikan cahaya laser inframerah (panjang gelombang 1300-1550 nm).Jenis serat ini digunakan untuk

(21)

6

mentransmisikan satu sinyal dalam setiap serat.Serat ini sering dipakai dalam pesawat telepon dan TV (televisi) kabel.

Gambar 2.2 Perambatan Gelombang pada Single-mode Fibers 2.3.2 Multi-mode Fibers

Multi-mode Fibers mempunyai ukuran inti lebih besar (berdiameter sekitar 6,35x10-5 meter atau 63,5 mikro meter) dan mentransmisikan cahaya inframerah (panjang gelombang 850-1300 nm) dari lampu light-emitting diodes (LED) dan pada Gambar 2.3 dapat dilihat bagaimana perambatan gelombang terjadi pada sistem multi-mode fibers [1].Serat ini digunakan untuk mentransmisikan banyak sinyal dalam setiap serat dan sering digunakan pada jaringan komputer dan Local Area Networks (LAN).

Gambar 2.3 Perambatan Gelombang pada Multi-mode Fibers 2.3.3. Multi-mode Graded Index

Pada jenis serat optik ini, core multi-mode graded index terdiri dari sejumlah lapisan gelas yang memiliki indeks bias yang berbeda, indeks bias tertinggi terdapat pada pusat core dan berangsur-angsur turun sampai ke batas core-cladding. Akibatnya dispersi waktu berbagai mode cahaya yang merambat berkurang sehingga cahaya akan tiba pada waktu yang bersamaan. Pada Gambar 2.4 dapat dilihat bagaimana perambatan gelombang terjadi pada sistem multi- mode graded index fibers [1].

(22)

7

Gambar 2.4 Perambatan Gelombang pada Multi-mode Graded Index Fibers

Pada multi-mode Graded Index ini, cahaya merambat karena difraksi yang terjadi pada core sehingga rambatan cahaya sejajar dengan sumbu serat.Dispersiminimum sehingga baik jika digunakan untuk jarak menengah.Memiliki ukuran diameter core antara 30-60 µm, lebih kecil dari multi- mode step index. Dan dibuat dari bahan silica glass dengan harga yang lebih mahal dari serat optik multi-mode step index karena proses pembuatannya lebih sulit.

2.4 Cara Kerja Serat Transmisi Optik

Ada beberapa cara kerja sistem transmisi serat optik yang akan dijelaskan, diantaranya pengiriman data dengan media cahaya, sistem relay, konsep kerugian, dan lebar jalur pada serat optik [1].

2.4.1 Transmisi Cahaya pada Serat Optik

Jika cahaya hendak dipancarkan ke sasaran yang lurus, hal itu dapat dilakukan dengan menyorotkan cahaya ke sasaran yang dituju karena cahaya merambat lurus.Tetapi bagaimana jika cahaya hendak dipancarkan melalui daerah yang berbelok-belok ataupun berupa lintasan yang rumit, seperti di bawah tanah atau lubang yang kecil.Untuk mengatasi hal ini maka diperlukan suatu sistem yang bekerja seperti cermin tetapi memiliki efisiensi tinggi.Sistem pemantulan inilah yang merupakan prinsip dasar serat optik [2].

Serat optik akan mengirimkan data dengan media cahaya dalam serat optik yang merambat melewati inti dengan pemantulan (memantul dari dinding pembungkus atau cladding) yang tetap. Prinsip ini disebut total pantulan internal.Karena cladding tidak menyerap cahaya dari inti maka cahaya dapat melintasi jarak yang cukup jauh.Walaupun begitu ada beberapa cahaya yang mengalami kerugian (loss) ketika merambat dalam serat.Hal itu disebabkan

(23)

8

karenapengotoran atau ketidakmurnian kaca.Besarnya kerugian cahaya tergantung kemurnian kaca dan panjang gelombang cahaya yang ditransmisikan [2].

2.4.2 Perambatan Cahaya dalam Serat Optik

Pada dasarnya cahaya dapat merambat lurus atau memantul di dalam core serat optik, pemantulan cahaya terjadi karena indeks bias core lebih besar dibandingkan indeks bias cladding. Pola perambatan cahaya dalam serat optik sebagai berikut sinar merambat lurus sepanjang sumbu serat tanpa mengalami refleksi atau refraksi. Sinar datang mengalami refleksi total karena memiliki sudut datang yang lebih besar dari sudut kritis dan akan merambat sepanjang serat melalui pantulan-pantulan. Refraksi (pembiasan cahaya) adalah peristiwa penyimpangan atau pembelokan cahaya karena melalui dua medium yang berbeda kerapatan optiknya. Sinar akan mengalami refraksi dan tidak akan dirambatkan sepanjang serat karena memiliki sudut datang yang lebih kecil dari sudut kritis [2].

2.4.3 Indeks Bias

Ketika cahaya merambat di dalam suatu bahan yang jernih, kecepatannya akan turun sebesar suatu faktor yang ditentukan oleh karakteristik bahan yang dinamakan indeks bias. Dengan kata lain indeks bias adalah pebandingan antara kecepatan cahaya di ruang hampa dengan kecepatan cahaya di dalam bahan.

Sebagian besar bahan yang digunakan untuk membuat serat optik memiliki nilai indeks bias sekitar 1,5 [3]. Karena indeks bias sebenarnya merupakan nilai perbandingan (rasio) antara kecepatan cahaya di dalam ruang hampa terhadap kecepatan cahaya di dalam bahan, maka besaran indeks bias tidak memliki satuan.

Dengan indeks bias berperan sebagai faktor pembagi dalam menentukan kecepatan cahaya di dalam suatu bahan, hal ini berarti bahwa semakin rendah nilai indeks bias maka semakin tinggi kecepatan cahaya di dalam bahan terkait [3].

indeks bias rendah = kecepatan cahaya tinggi

2.5. Sistem Relay Serat Optik

Sistem relay serat optik terdiri dari transmitter (membuat dan menulis dalam sandi sinyal cahaya), serat optik (menghubungkan sinyal cahaya), regenerator

(24)

9

optik (diperlukan untuk menaikkan sinyal jika serat digunakan pada jarak yang jauh) dan receiver optik (menerima dan menguraikan sandi sinyal cahaya) [4].

2.5.1. Transmitter

Transmitter berfungsi untuk menerima dan mengarahkan cahaya melalui peralatan optikal kemudian dirubah ke dalam rangkaian yang benar.Secara fisik transmitter mirip dengan serat optik dan biasanya mempunyai lensa untuk memfokuskan cahaya ke dalam serat.Pada dasarnya transmitter mengubah input sinyal listrik ke dalam modulasi cahaya untuk transmisi serat optik. Bergantung pada kealamian sinyal, hasil cahaya termodulasi mungkin akan berjalan on-off atau linier dengan intensitas bervariasi. Peralatan yang paling sering digunakan sebagai sumber cahaya transmitter adalah Light Emitting Diode (LED) dan Laser Diode (LD) [4].

2.5.2. Konektor

Konektor adalah peralatan mekanik yang ditempatkan di ujung akhir kabel serat optik, sumber cahaya, receiver, atau kerangka mesin.Pada transmitter menyediakan informasi cahaya penjuru (bearing light) dari kabel serat optik melalui konektor.Konektor harus mengarahkan dan mengumpulkan cahaya.Konektor juga harus dapat dipasang dan dilepas dengan mudah dari peralatan.Hal ini merupakan titik kunci.Konektor dapat dibongkar-pasang.Dengan fitur ini konektor menjadi berbeda dengan sambungan (splice) [4].Untuk memastikan didapatkannya rugi yang rendah, konektor harus menghilangkan efek-efek pergeseran sudut dan lateral dan juga menjaga bahwa kedua ujung fiber akan saling menutup dengan sempurna. Bermacam-macam rancangan telah digunakan untuk membuat konektor-konektor semacam ini, di mana sebagian adalah lebih berhasil dari pada yang lain. Konektor optik merupakan salah satu perlengkapan kabel serat optik yang berfungsi sebagai penghubung serat [4].Konektor ini mirip dengan konektor listrik dalam hal fungsi dan tampilan luar tetapi konektor pada serat optik memiliki ketelitian yang lebih tinggi.Konektor menandai sebuah tempat dalam sambungan data serat optik setempat dimana daya sinyal dapat hilang dan BER (Bit Error Rate) atau keandalan dapat dipengaruhi

(25)

10

oleh koneksi mekanik. Konektor yang digunakan dengan kabel serat optik kaca [4] :

1. Bionik, salah satu jenis konektor yang paling awal digunakan dalam sambungan data serat optik. Konektor bionik memiliki selongsong tirus (tapered sleeve) yang merupakan harga mati untuk kabel serat optik. Ketika steker ini dimasukkan ke dalam akhir tirus stop kontak berarti menempatkan kabel serat optik dalam posisi tepat. Dengan konektor ini, tutup tepat di atas landasannya, sisanya terpandu cincin dan memutar masuk ke dalam selongsong tergulung untuk menjamin koneksi.Konektor jenis ini sekarang jarang digunakan.

2. D4, konektor ini sangat mirip dengan konektor FC (Fiber Connector) dalam hal berkas pemasangannya, penguncian dan penyelesaian PC (Physical Contact) nya.

Perbedaan utamanya adalah diameter landasan 2,0 mm, aslinya didesain oleh Nippon Electric Corp.

3. FC/PC, digunakan untuk kabel single-mode fiber. Konektor ini menawarkan penempatan yang sangat tepat untuk kabel single-mode fiber, menanggapi pancaran sumber optik transmitter dan detector optic receiver konektor. Konektor ini mengistimewakan posisi yang dapat dilokasikan derajatnya dan sebuah stop kontak tergulung. Konektor ini dapat ditarik dan didorong dengan tab pengunci.

4. SMA, pendahulu konektor ST (Straight Tip). Konektor ini mengistimewakan tutup tergulung dan perumahan.

5. ST, suatu jenis bayonet terkunci mirip dengan konektor BNC (Bayonet Neil Concelmen). Konektor ini digunakan baik untuk kabel single-mode fibers maupun multi-mode fibers.Konektor ini digunakan secara luas karena mempunyai kemampuan yang baik dalam hal memasukkan maupun mengeluarkannya dari kabel serat optik dengan cepat dan mudah.Metode penempatannya juga mudah.Ada dua versi konektor ini, yaitu ST dan ST2.Kedua konektor ini terkunci dan memuat pegas serta dapat ditarik dan diputar.

(26)

11

6. Konektor Kabel Serat Optik, konektor ini digunakan secara eksklusif untuk kabel serat optik guna menekan harga dan mempermudah penerapannya. Sering digunakan pada penerapan dengan tanpa penggosokan atau epoxy (sambungan dari suatu komposisi dengan satu oksigen dan dua atom karbon dalam ikatan segitiga).

2.6.Receiver

Optical receiver (penerima optik) seperti pelaut di dek kapal penerima sinyal.Receiver optik berfungsi mengambil sinyal cahaya digital yang masuk, menguraikannya dan mengirim sinyal listrik ke komputer lain, televisi atau telepon.Receiver menggunakan fotosel fotodioda untuk mendeteksi cahaya.Pada dasarnya receiver optik mengubah modulasi cahaya yang datang dari serat optik kembali ke bentuk asalnya.Karena jumlah cahaya pada serat optik sangat kecil, receiver optik biasanya menggunakan penguat internal yang tinggi.Oleh karena itu receiver optik dapat dengan mudah diisi kembali.Untuk alasan ini maka penting dilakukan untuk hanya menggunakan ukuran serat yang sesuai dengan sistem yang diberikan.Sebagai contoh, pasangan transmitter/receiver didesain untuk penggunaan single-mode fibers, tetapi digunakan dengan multi-mode fibers sehingga sejumlah besar cahaya pada keluaran serat akan memenuhi receiver dan kemudian menyebabkan beberapa distorsi sinyal keluaran (kelebihan sumber cahaya).

Begitu juga jika pasangan transmitter/receiver yang didesain untuk multi- mode fibers digunakan pada single-mode fibers maka tidak cukup cahaya yang dapat

mencapai receiver. Hasil keluaran terlalu banyak atau tidak ada sinyal sama sekali.

“Ketidaksesuaian” receiver baru dipertimbangkan jika ada cukup banyak kehilangan dalam serat dengan tambahan 5-10 dB pasangan cahaya ke dalam serat multi-mode hanya digunakan untuk memberikan kesempatan untuk mencapai operasi yang pantas.Meskipun begitu, ini merupakan kasus yang ekstrim dan tidak normal [4].

2.7. Konsep Kerugian dalam Serat Optik

Kerugian di sini terjadi karena cahaya berjalan melewati serat.Mengingat cahaya menempuh jarak puluhan kilometer atau lebih, maka kemurnian kaca pada inti serat harus sangat tinggi.Inti serat optik terbuat dari kaca sangat murni yang

(27)

12

memiliki sedikit kerugian.Untuk menilai kemurnian kaca digunakan sistem perbandingan dengan kaca jendela biasa. Kaca jendela yang bening, dapat melewatkan cahaya dengan bebas, memiliki ketebalan 0,25 samapai 0,5 cm.

bagian tembus pandang. Dalam kasus ini, cahaya yang melewati pinggiran dan masuk ke kaca, melewati beberapa centimeter.Jadi hanya sedikit cahaya yang mampu melewati puluhan kilometer kaca jendela [4].

Kerugian merupakan hasil utama dari perambatan acak dan penyerapan ketidakmurnian kaca. Sumber kerugian yang lain dalam serat disebabkan karena bengkok yang berlebihan yang mana menyebabkan cahaya meninggalkan area inti serat. Semakin kecil radius pembengkokan, semakin kecil kerugian.Oleh karena itu pembengkokan di sepanjang kabel serat optik harus memiliki radius sekecil mungkin [4].

2.8Arduino Mega

Arduino Mega adalah papan microcontroller berbasiskan Atmega. Arduino Mega seperti gambar 1.1 memiliki 54 pin digital input / output, dimana 15 pin dapat digunakan sebagai output PWM, 16 pin sebagai input analog, dan 4 pin sebagai UART (port serial hardware), 16 MHz kristal osilator, koneksi USB, jack power, header ICSP, dan tombol reset. Ini semua yang diperlukan untuk mendukung microcontroller.Cukup dengan menghubungkannya ke komputer melalui kabel USB atau power dihubungkan dengan adaptor AC – DC atau baterai untuk mulai mengaktifkannya. Arduino Mega kompatibel dengan sebagian besar shield yang dirancang untuk Arduino Duemilanove atau Arduino Diecimila. Arduino Mega 2560 adalah versi terbaru yang menggantikan versi Arduino Mega.

Arduino Mega berbeda dari papan sebelumnya, karena versi terbaru sudah tidak menggunakan chip driver FTDI USB-to-serial. Tapi, menggunakan chip Atmega 16U2 (Atmega 8U2 pada papan Revisi 1 dan Revisi 2) yang diprogram sebagai konverter USB-to-serial. Arduino Mega Revisi 2 memiliki resistor penarik jalur HWB 8U2 ke Ground, sehingga lebih mudah untuk dimasukkan ke dalam mode DFU.

Arduino Mega Revisi 3 memiliki fitur-fitur baru berikut:

(28)

13

1. Pinout : Ditambahkan pin SDA dan pin SCL yang dekat dengan pin AREF dan dua pin baru lainnya ditempatkan dekat dengan pin RESET, IOREF memungkinkan shield untuk beradaptasi dengan tegangan yang tersedia pada papan. Di masa depan,shield akan kompatibel baik dengan papan yang menggunakan AVR yang beroperasi dengan 5 Volt dan dengan Arduino Due yang beroperasi dengan tegangan 3.3 Volt. Dan ada dua pin yang tidak terhubung, yang disediakan untuk tujuan masa depan.

2. Sirkuit RESET.

3. Chip ATmega16U2 menggantikan chip Atmega 8U2.

Gambar 2.5. Board Arduino Mega Berikut tabel spesifikasi arduino mega 2560.

Tabel 2.1. Spesifikasi dari Arduino Mega

Tegangan Operasi 5V

(29)

14

Input voltage (disarankan) Input Voltage (limit) Jumlah pin I/O digital Jumlah pin input analog Arus DC tiap pin I/O Arus DC untuk pin 3.3V Flash Memory

SRAM EEPROM Clock Speed

7-12V 6-20V

54 (15 pin digunakan sebagai output PWM)

16 40 Ma 50 Ma

256 KB (8 KB digunakan untuk bootloader)

8 KB 4 KB 16 MHz

2.9Laser

OSU EH&S (2015) menyatakan bahwa cahaya yang dihasilkan oleh laser berbeda dengan cahaya biasa dan setidaknya memiliki 3 sifat utama.Sifat dari cahaya laser tersebut adalah monokromatik (hanya terdiri dari satu panjang gelombang spesifik), koheren (semua foton mempunyai gelombang yang sefasa) dan terkolimasi (foto yang dihasilkan oleh laser terfokuskan pada satu titik sehingga tidak menyebar untuk jarak yang jauh).

OSU EH&S (2015) mengatakan “... Ada banyak jenis laser di pasaran yang umum dipakai dalam bidang kesehatan, industry, maupun komersil. Hal yang membedakan dari banyak jenis laser adalah medium penguatan yang digunakan untuk menghasilkan laser ini ...”.Berdasarkan medium penguatnya, laser terdiri dari solid state, gas, excimer, dye, dan semiconductor. Salah satu jenis laser yang banyak digunakan adalah semiconductor. Laser jenis ini juga sering disebut dengan diode laser dan berukuran sangat kecil dan menggunakan daya yang kecil.

Selain berdasarkan mediumnya, laser juga diklasifikasikan berdasarkan potensial kerusakan biologisnya pada manusia (OSU EH&S 2015) sebagai berikut:

(30)

15

i. Kelas I

Laser pada level ini tidak mengemisikan radiasi yang berbahaya.

ii. Kelas IA

Pada kelas ini laser tidak boleh dilihat langsung.Batas maksimum dayanya adalah 4mW.

iii. Kelas II

Laser ini bisa dilihat mata dan mengemisikan laser dengan daya diatas kelas I. Manusia akan secara otomatis menghindar bila disinari laser ini agar selamat.

iv. Kelas IIIA

Laser jenis ini berdaya menengah yani 1-5 mW dan berbahaya jika diarahkan langsung ke mata.Kebanyakan penunjuk laser yang dijual dipasaran merupakan kelas ini.

v. Kelas IIIB

Laser dengan daya menengah.

vi. Kelas IV

Laser ini berdaya tinggi (lebih dari 500mW) yang sangat berbahaya bila dilihat langsung atau melalui pantulannya.Laser dengan kelas ini bahkan bisa menimbulkan luka bakar.

Diode laser dipilih untuk digunakan sebagai modul saklar cahaya.Diode laser ini dipilih karena bentuknya yang kecil dan berdaya rendah serta memenuhi spesifikasi modul transmitter yang diinginkan, yaitu berukuran kecil dan tahan lama.Sumber daya laser ini menggunakan batere dan laser yang digunakan berkelas IV dan memiliki panjang gelombang cahaya 532 nm (warna hijau).

2.10 Power Supply (Catu Daya)

Power supply adalah sebuah perangkat yang memasok energi listrik untuk satu atau lebih beban listrik atau alat atau sistem yang berfungsi untuk menyalurkan energi listrik atau bentuk energi jenis apapun yang sering digunakan untuk menyalurkan energi listrik.Istilah ini paling sering diterapkan ke perangkat yang mengkonversi salah satu bentuk energi listrik yang lain, meskipun mungkin juga merujuk ke perangkat yang mengkonversi energi bentuk lain (misalnya,

(31)

16

mekanis, kimia, surya) menjadi energi listrik. Sebuah catu daya diatur adalah salah satu yang mengontrol tegangan output atau saat ini untuk nilai tertentu, nilai dikendalikan mengadakan hampir konstan, meskipun variasi baik dalam beban arus atau tegangan yang diberikan oleh sumber energi satu daya.

Secara prinsip rangkaian power supply adalah menurunkan tegangan AC , menyearahkan tegangan AC sehingga menjadi DC ,menstabilkan tegangan DC.

Pada dasarnya power supply termasuk dari bagian power conversion. Power conversion terdiri dari tiga macam : a. AC/DC power supply b. DC/DC converter c. DC/AC inverter Power supply untuk PC sering juga disebut PSU (Power Supply Unit) PSU termasuk power conversion AC/DC. Fungsi utamanya mengubah listrik arus bolak balik (AC) yang tersedia dari aliran listrik ( di Indonesia, PLN) menjadi arus listrik searah (DC)yang dibutuhkan oleh komponen pada PC. Power supply diharapkan dapat melakukan fungsi berikut ini :

1. Rectification : konversi input listrik AC menjadi DC

2. Voltage Transformation : memberikan keluaran tegangan / voltage DC yang sesuai dengan yang dibutuhkan

3. Filtering : menghasilkan arus listrik DC yang lebih "bersih", bebas dari ripple ataupun noise listrik yang lain

4. Regulation : mengendalikan tegangan keluaran agar tetap terjaga, tergantung pada tingkatan yang diinginkan, beban daya, dan perubahan kenaikan temperatur kerja juga toleransi perubahan tegangan daya input 5. Isolation : memisahkan secara elektrik output yang dihasilkan dari sumber

input

6. Protection : mencegah lonjakan tegangan listrik (jika terjadi), sehingga tidak terjadi pada output, biasanya dengan tersedianya sekering untuk auto shutdown jika hal terjadi.

Idealnya, sebuah power supply dapat menghasilkan output yang bersih, dengan tegangan output yang konstan terjaga dengan tingkat toleransi dari tegangan input, beban daya, juga suhu kerja, dengan tingkat konversi efisiensi 100%.

Untuk konversi listrik AC ke DC, ada dua metode yang mungkin digunakan.Pertama dengan linear power supply.Ini adalah rangkaian AC ke DC

(32)

17

yang sangat sederhana. Setlah Listrik AC dari line input di-step-down oleh transformer, kemudian dijadikan DC secara sederhana dengan rangkaian empat diode penyearah. Komponen tambahan lain adalah kapasitor untuk meratakan tegangan. Tambahan komponen yang mungkin disertakan adalah linear regulation, yang bertugas menjaga tegangan sesuai yang diinginkan, meski daya output yang dibutuhkan bertambah.

2.11. Sinyal Generator ( Timer 555)

Timer IC 555 dapat digunakan sebagai rangkaian pengontrol Pulse Width Modulation „PWM controller‟ yang sederhana seperti yang dinyatakan PWM ...

(2012). Hal ini karena IC 555 memiliki dasar pengendali PWM dengan fitur pengendalian lebar pulsa 0-100% yang dikendalikan menggunakan suatu potensiometer RP1 pada suatu pembangkit pulsa dengan frekuensi yang stabil, tidak terpengaruh oleh perubahan posisi potensiometer RP1 tersebut. Frekuensi output yang dihasilkan dari rangkaian pengendali PWM di bawah ditentukan oleh nilai resistor R1 dan R2, potensiometer RP1 dan kapasitor C1. Lebar pulsa sisi positif dan sisi negatif dari pulsa output rangkaian PWM controller ini dapat ditentukan dari posisi potensiometer RP1. Frekuensi output rangkaian PWM controller dengan konfigurasiseperti pada Gambar 4 dapat disesuaikan dengan keinginan berdasarkan rumusnya. Gambar 2 memperlihatkan gelombang segi empat yang dihasilkan PWM controller IC 555 dengan duty cycle yang berbeda- beda.

2.12. Photodioda

Sensor fotodioda merupakan dioda yang peka terhadap cahaya, akan mengalami perubahan resistansi pada saat menerima intensitas cahaya, dan akan mengalirkan arus listrik secara forward sebagaimana dioda pada umumnya.

Sensor fotodioda juga merupakan salah satu jenis sensor peka cahaya (fotodetektor) dan akan mengalirkan arus yang membentuk fungsi linear terhadap intensitas cahaya yang diterima.

Fotodioda (Gambar 3 (a)) yang digunakan dalam penelitian ini berwarna hitam (berfilter).Tanggapan frekuensi sensor fotodioda tidak luas seperti terlihat

(33)

18

pada Gambar 3 (b). Sensor fotodioda memiliki tanggapan paling baik terhadap cahaya infra merah, tepatnya pada cahaya dengan panjang gelombang sekitar 0,9 µm. Panjang gelombang sinar laser hijau (532 nm) juga termasuk dalam rentang tanggapan sensor fotodioda.Fotodioda oleh karena itu digunakan dalam penelitian ini sebagai receiver sensor cahaya laser.

Gambar 2.7 Kurva tanggapan frekuensi sensor fotodiod

(34)

BAB 3

METODE PENELITIAN

3.1 Perancangan Diagram Blok Sistem

Adapun diagram blokdarisistem yang dirancangadalahseperti yang diperlihatkanpadagambar 3.1.1.berikutini :

LASER FIBER OPTIK SPEAKER FIBER OPTIK OPT 101

ATMEGA8

DRIVER RELAY RELAY

SIGNAL GENERATOR

LCD

Gambar 3.1. Diagram Blok

3.1.1 Fungsi dari setiap blok

1. Speaker : Sebagai sumber getaran.

1. Blok Arduino mega8 : sebagai controller

2. Fiber Optik : Sebagai transmitter dan receiver 3. Blok LCD : Sebagai output tampilan

4. Laser : Sebagai media yang dipancarkan ke objek sampai ke sensor

5. Sensor Photodioda Opt 101 : Sebagai detektor cahaya 6. Sinyal Generator : Sebagai pembangkit frekuensi 7. Relay : Sebagai output on/off speaker

(35)

20

3.2. Perancangan Rangkaian Power Supply

Gambar 3.2.rangkaian power supply

Rangkaian power supplay dapat ditunjukkan pada gambar 3.2 seperti diatas.Rangkaian ini berfungsi untuk mensupplay tegangan ke seluruh rangkaian yang ada. Rangkaian PSA yang dibuat terdiri dari dua keluaran, yaitu 5 volt dan 12 volt, keluaran 5 volt digunakan untuk mensupplay tegangan ke seluruh rangkaian, sedangkan keluaran 12 volt digunakan untuk mensuplay tegangan ke motor dan kipas 12 V DC.

3.3. Perancangan Rangkaian Relay

Relay merupakan saklar remote listrik yang memungkinkan pengguna arus kecil seperti Arduino Uno, mengontrol arus yang lebih besar relay adalah sebagai saklar yang dapat dikontrol oleh Arduino Uno. Namun relay belum dapat dikontrol oleh Arduino Uno secara langsung, karena arus output Arduino Uno sangat kecil sehingga diperlukan rangkaian tambahan, berikut rangkaian relay.

(36)

21

Gambar 3.3. Rangkaian Relay

3.4 Perancangan Rangkaian LCD

Pada alat ini, display yang digunakan adalah LCD (Liquid Crystal Display) 16 x 2. Untuk blok ini tidak ada komponen tambahan karena mikrokontroler dapat memberi data langsung ke LCD, pada LCD Hitachi - M1632 sudah terdapat driver untuk mengubah data ASCII output mikrokontroler menjadi tampilan karakter. Pemasangan potensio sebesar 5 KΩ untuk mengatur kontras karakter yang tampil.Gambar 3.6 berikut merupakan gambar rangkaian LCD yang dihubungkan ke mikrokontroler.

Gambar 3.4.Rangkaian LCD

Dari gambar 3.6, rangkaian ini terhubung ke PB.0... PB.7, yang merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus, yaitu sebagai Timer/Counter, komperator analog dan SPI mempunyai fungsi khusus sebagai pengiriman data secara serial. Sehingga nilai yang akan tampil pada LCD display akan dapat dikendalikan oleh Mikrokontroller ATMega8535.

(37)

22

3.5 Perancangan Rangkaian Modul Suara DFPlayer mini MP3 (Speaker)

Gambar 3.5.Rangkaian Modul Suara DFPlayer mini MP3

Modul DFPLayer Mini adalah sebuah modul MP3 serial yang menyediakan kesempurnaan integrasi MP3, WMV perangkat kerasdecoding.

Sedangkan perangkat lunaknya mendukung driver TF card, mendukung sistem file FAT16, FAT32. Dan speaker adalah Transduser yang dapat mengubah sinyal listrik menjadi Frekuensi Audio (sinyal suara) yang dapat didengar oleh telinga manusia dengan cara mengetarkan komponen membran pada Speaker tersebut sehingga terjadilah gelombang suara.

3.6. Perancangan Rangkaian Photodioda

Rangkaian Sensor Infrared & Photo Dioda Rangkaian Sensor Infrared dengan Photo Dioda Keunggulan photodioda dibandingkan LDR adalah photodioda lebih tidak rentan terhadap noisekarena hanya menerima sinar infrared, sedangkan LDR menerima seluruh cahaya yang adatermasuk infrared.Rangkaian yang akan kita gunakan adalah seperti gambar di bawah ini.

(38)

23

Gambar 3.6.Rangkaian Photodioda

Rangkaian Sensor Infrared dengan Photo Dioda Keunggulan photodioda dibandingkan LDR adalah photodioda lebih tidak rentan terhadap noisekarena hanya menerima sinar infrared, sedangkan LDR menerima seluruh cahaya yang adatermasuk infrared.Rangkaian yang akan kita gunakan adalah seperti gambar di bawah ini.Pada saat intensitas Infrared yang diterima Photodiode besar maka tahanan Photodiode menjadikecil, sedangkan jika intensitas Infrared yang diterima Photodiode kecil maka tahanan yangdimiliki photodiode besar.Jika tahanan photodiode kecil maka tegangan V- akan kecil.

3.7 Perancangan Rangkaian Sinyal Generator

Laser yang digunakan sebagai transmitter ingin dikedipkan dengan frekuensi tetap 3,000 Hz agar dapat dideteksi receiver.Pengkedipan ini dilakukan dengan menggunakan osilator 555 sebagai astable multivibrator sehingga dihasilkan gelombang persegi, seperti yang dapat dilihat pada gambar gelombang transmitter di osiloskop pada Lampiran 4.Bukit dan lembah gelombang ini memperlihatkan bagian on dan off tegangan yang dihasilkan. Tegangan laser akan ditingkatkan pada bukit (bagian on). Peningkatan tegangan ini dilakukan agar cahaya laser lebih terang dan jangkauan semakin jauh, serta membuang gangguan dari cahaya lain.

Peningkatan tegangan yang dilakukan pada frekuensi tinggi dapat menyebabkan laser cepat putus (rusak) dan boros baterai.Hal ini dapat dihindari dengan mengatur lebar bukit dan lembah gelombang.Lebar bukit dapat dibuat

(39)

24

pendek sehingga waktu tegangan tinggi cepat dan lebar lembah panjang sehingga waktu tegangan off lama.Oleh karena itu dibutuhkan teknik osilator yang dapat menghasilkan lebar pulsa tersebut dengan frekuensi yang tetap, yaitu Pulse Width Modulation (PWM).

3.8 Jarak Transmitter-Receiver

Jarak transmitter-receiver diuji setiap 50 m hingga lebih dari 100 m.

Perlakuan ini dilakukan untuk mengetahui berapa jarak maksimum yang dapat dicapai sensor.

3.9. Sumber Cahaya Lain

Sumber cahaya lain seperti cahaya mata hari pada siang dan sore hari serta lampu neon pada malam hari dapat menimbulkan noise yang mempengaruhi sistem transmitter-receiver. Sensor diletakkan pada jarak 3 m dari lampu neon.Kondisi ini dibuat untuk melihat pengaruh noise tersebut terhadap sistem.

3.10. Frekuensi yang Diterima

Frekuensi yang diterima rangkaian sensor penerima dapat dilihat pada saat pengujian menggunakan osiloskop.Frekuensi yang diterima harus tetap pada duty cycle transmitter yang diubah-ubah.

3.11. Tegangan yang Diterima

Tegangan yang diterima rangkaian sensor penerima dapat dilihat pada saat pengujian menggunakan osiloskop.Tegangan yang diukur adalah tegangan sinyal setelah melewati penguatan sebelum komparator. Hasil pengukuran parameter ini digunakan untuk melihat apakah penguatan tegangan yang dirancang sudah optimal untuk menguatkan tegangan hingga lebih besar dari tegangan set komparator.

(40)

25

3.12. Jarak antar Fotodioda

Jarak antar fotodioda pada receiver juga akan diukur untuk diuji keandalan penggunaannya. Jarak antar fotodioda dicoba pada jarak 1 cm, 2 cm, 3 cm, 4 cm, 5 cm, dan 6 cm. Cahaya laser fokus pada satu titik pada saat dekat dan menyebar menjadi titik dengan diameter yang lebih besar pada saat jauh. Jarak antar fotodioda yang diinginkan yaitu dapat mendeteksi sinar laser pada saat jarak transmitter-receiver dekat dan jauh.

(41)

26

3.13.Flowchart

Gambar 3.7.Flowchart

(42)

BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1. Pengujian rangkaian Power supplay

Pengujian rangkaian power supply ini bertujuan untuk mengetahui tegangan yang dikeluarkan oleh rangkaian tersebut. Dengan begitu dapat dipastikan apakah terjadi kesalahan terhadap rangkaian atau tidak. Jika diukur, hasil dari keluaran tegangan tidak murni sebesar +5 Volt Hasil tersebut dikarenakan beberapa faktor, diantaranya kualitas dari tiap-tiap komponen yang digunakan nilainya tidak murni.Selain itu, tegangan jala-jala listrik yang digunakan tidak stabil. Pada pengujian Power Suplay, tegangan yang kita butuhkan sebesar 5 volt, pertama masuk tegangan AC sebesar 220 volt dari PLN.

4.2. Pengujian rangkaian arduino

Pengujian Arduino ini dilakukan dengan cara menghubungkan led ke pin 13 arduino. Kemudian memprogram arduino dengan compiler arduino ide.Pengujian ini dilakukan bertujuan untuk mengetahui kebenaran program yang telah dibuat.Program tersebut adalah sebagai berikut.

void setup() {

pinMode(LED_BUILTIN, OUTPUT);

}

void loop() {

digitalWrite(LED_BUILTIN, HIGH);

delay(1000);

digitalWrite(LED_BUILTIN, LOW);

delay(1000);

}

Setelah program diatas di upload maka led akan hidup dan mati dengan interval 1 detik. Dengan demikian arduino dapat digunakan dengan baik.Karena program dapat diupload dan dipat dijalankan.

(43)

28

Gambar 4.1.gambar pengujian arduino saat led mati

Gambar 4.2.gambar pengujian arduino saat led hidup

4.3. Pengujian Relay

Pengujian Relay ini bertujuan mengukur seberapa cepat transmitter menanggapi sinyal yang diberikan receiver

void setup() {

pinMode(8, OUTPUT);

}

void loop() {

(44)

29

digitalWrite(8, HIGH);

delay(1000);

digitalWrite(8, LOW);

delay(1000);

}

4.4 Pengujian Frekuensi

Frekuensi yang diukur diteruskan transmitter void setup() {

pinMode(8, OUTPUT);

}

void loop() {

delay(1000);

}

4.5. Pengujian Speaker

Pada rangkaian ini buzzer dihubungkan ke rangkaian yang telah ada ke pin 34 arduino. Kemudian memprogram arduino dengan compiler arduino ide.Pengujian ini dilakukan bertujuan untuk mengetahui terhubungnya buzzer sudah benar atau tidak.Pengujian ini dilakukan bertujuan untuk mengetahui kebenaran program yang telah dibuat.Program tersebut adalah sebagai berikut.

void setup() {

pinMode(LED_BUILTIN, OUTPUT);

}

void loop() {

(45)

30

delay(1000);

}

4.6. Pengujian Prototipe Transmitter

Transmitter yang dirancang menggunakan sumber listrik baterai power bank 5 volt 8,400 mAh, rangkaian listrik dikemas pada papan berukuran 3 cm x 3 cm, dan laser hijau berdaya 1000 mW sehingga memiliki ukuran keseluruhan yang kecil, yaitu (p x l x t) 14 cm x 3.5 cm x 4 cm..Astabil multivibrator IC 555 dirancang dengan frekuensi kerja tetap, yaitu 2,981 Hz (nilai RC tetap), pada kenyataannya dihasilkan frekuensi 2,632 Hz. Upayamenaikan tegangan sumber dan memperkecil duty cycle sehingga diperoleh jangkauan maksimum tidak dapat dilakukan. Hal ini hanya menghasilkan intensitas cahaya yang kecil dan tidak dapat terdeteksi oleh receiver.

Gambar 4.4. Hasil Pengujian

4.7. Pengujian Prototipe Receiver

Prototipe receiver yang dibuat memiiki dimensi rangkaian listrik yang kecil, yaitu 4 cm x 4 cm dan hanya memerlukan sumber listrik dari power supply

(46)

31

sebesar volt 5,000 mAh. Output rangkaian sesor penerima yang seharusnya dimasukkan ke inverter dan nand gate digunakan untuk menyalakan led sebagai detektor yang akan menyala apabila fotodioda terkena sinar laser. Modul receiver yang dibuat menggunakan 2 fotodioda dan 2 led sehingga apabila sinar laser mengenai kedua fotodioda menyebabkan kedua led menyala, seperti terlihat pada gambar di bawah.

Gambar 4.5. Recevier

Sinyal hasil penguatan dikeluarkan dengan kabel menuju osiloskop untuk dilihat gambar gelombangnya dan difoto untuk diukur tegangan dan frekuensinya .Tegangan yang ditimbulkan fotodioda saat terkena sinar laser yaitu sekitar 30 mV pada jarak 1m. Hal ini dikarenakan rangkaian sensor penerima yang digunakan menggunakan komparator. Dengan demikian berapapun tegangan yang dihasilkan penguat, asalkan bernilai di atas set point komparator, yaitu 0.5 volt, akan menghasilkan teggangan sebesar tegangan sumber listrik.

4.8. Perbandingan Frekuensi Terukur vs Frekuensi Generator

Rancangan perangkat lunak sistem sensor serat optik untuk mengukur frekuensi menggunakan mikrokontroler Arduino dengan tampilan pada PC dengan bantuan dari program c. Prinsip kerjanya yaitu dengan mengukur terlebih dahulu besar tegangan keluaran yang dihasikan oleh frekuensi getaran speaker melalui sensor serat optik dengan input berasal dari sinyal generator. Pengukuran

(47)

32

besar tegangan keluaran ini dilakukan dengan variasi frekuensi masukan sebesar 10 Hz dari sinyal generator.

Frekuensi Terukur

Frekuensi Sinyal Generator

0 1

5 6

10 8

14 11

17 16

21 19

24 22

25 25

0 5 10 15 20 25 30

1 6 8 11 16 19 22 25

Frekuensi Terukur VS Frekuensi Generator

(48)

BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. Kesimpulan

Dari hasil perancangan alat hingga pengujian dan pembahasan sistem maka penulis dapat menarik kesimpulan, antara lain :

1. Telah berhasil dirancang sebuah sistem pengukuran frekuensi yang lebih praktis untuk mengukur frekuensi di lingkungan yang sulit di jangkau seperti di perindustrian yang tingkat polusi suaranya tinggi

2. Dari hasil penelitian di dapat hasil bahwa untuk mengukur frekuensi alat ini membutuhkan rentan waktu yang singkat, juga tidak mengalami kendala apabila dilakukan pengukuran di tempat yang sulit dijangkau 1.2. Saran

Setelah melakukan penelitian, diperoleh saran untuk dilakukan penelitian lebih lanjut yaitu :

1. Penelitian ini menggunakan bahan-bahan yang tersedia secara umum di pasaran agar mudah dilakukan, sehingga kadang spesifikasi dan kualitasnya tidak sesuai dengan kebutuhan atau tidak seragam. Oleh karena itu saat dilakukan perbanyakan alat ini, sebaiknya digunakan bahan-bahan yang sesuai dengan kebutuhan dan memiliki kualitas yang baik dan seragam. Peggunaan IC pada rangkaian sensor penerima juga masih menggunakan IC op-amp standar, sehingga pada penelitian berikutnya dapat digunakan IC op amp rangkap 4 rendah gangguan „low noise quad op-amp‟ untuk mengefisienkan penggunaan komponen elektronika dan meningkatkan performa receiver.

2. Pengujian jarak penerimaan sinyal dan jarak antar fotodioda juga dapat diperbaiki untuk mendapatkan hasil yang lebih optimal, seperti menguji hingga 250 m dan menggunakan teropong untuk memudahkan dan mempercepat pengukuran.

(49)

34

DAFTAR PUSTAKA

Catur Edi Widodo & Retna Prasetia. 2004. Teori dan Praktek Interfacing Port Serial Komputer dengan VisualBasic 6.0. Yogyakarta: Andi

Wardaya siswa & Surya pramudya Anggara. 2005. Pengantar Mikrokontroler dan Aplikasi pada Arduino. Yogyakarta: Andi

Putra eko afgianto.2002.Teknik Antar Muka Komputer: Konsep dan Aplikasi Yogyakarta: Graha ilmu

Muhsin, Muhammad. 2004.Elektronika Digital Teori dan Penyelesaian Soal.

Yogyakarta:Andi

https://depokinstruments.com/2016/02/23/hc-sr04-ultrasonic-sensor/

diakses bulan februari 2017

http://www.digi-bytes.com/index.php?route=product/product&product_id=96 diakses bulan februari 2017

(50)