HALAMAN JUDUL
SEKOLAH TINGGI METEOROLOGI KLIMATOLOGI DAN GEOFISIKA
PROGRAM STUDI INSTRUMENTASI
LAPORAN
MIKROKONTROLER DAN SISTEM INSTRUMENTASI
RANCANG BANGUN PENGUKUR TEKANAN UDARA DENGAN SENSOR MPX5100AP BERBASIS MIKROKONTROLER ATMega16
Oleh :
1. Aidil Marsal (NPT. 41.13.0002) 2. Elma Kumilaita S (NPT. 41.13.0008) 3. Gita Priyo Aditya (NPT. 41.13.0013) 4. Justinus Risto (NPT. 41.13.0018) 5. Naufal Mufadhol (NPT. 41.13.0023) 6. Shodiq Winarko (NPT. 41.13.0028)
RANCANG BANGUN PENGUKUR TEKANAN UDARA DENGAN
SENSOR MPX5100AP BERBASIS MIKROKONTROLER ATMega16
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur Tim Penyusun panjatkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa yang telah memberikan berkat dan rahmat-Nya, sehingga Tim Penyusun dapat menyelesaikan makalah “Rancang Bangun Pengukur Tekanan Udara dengan Sensor MPX5100AP berbasis Mikrokontroler ATMega16”. Di dalam penyusunan makalah ini, Tim Penyusun banyak menghadapi kendala dan masalah, akan tetapi atas bantuan dan dorongan dari banyak pihak akhirnya Tim Penyusun dapat menyelesaikan makalah ini. Untuk itu pada kesempatan ini Tim Penyusun hendak mengucapkan banyak terima kasih kepada :
1. Bapak Agus Tri Sutanto, selaku Kepala Prodi Instrumentasi,
2. Maulana Fakih Latief, selaku dosen Mata Kuliah Mikrokontroler dan Sistem Instrumentasi, serta
3. Seluruh rekan Kelas Instrumentasi 5A
Kritik dan saran Tim Penyusun harapkan demi kesempurnaan makalah ini. Atas perhatiannya Tim Penyusun ucapkan terima kasih.
Tangerang Selatan, 10 Januari 2017
ABSTRAK
DAFTAR ISI
BAB III : PERANCANGAN DAN CARA KERJA SISTEM ...14
3.1. Perancangan Alat...14
3.1.1. Perancangan Rangkaian (Hardware) Barometer Digital...14
3.1.2. Perancangan Program (Software) Barometer Digital...20
3.2. Kerja Sistem...21
3.2.1. Blok Diagram Kerja Sistem...21
4.1. Hasil Eksperimen...24
4.1.1. Regresi...24
4.1.2. Pengujian dan Kalibrasi...25
4.2. Analisis Data...27
BAB V : KESIMPULAN DAN SARAN...29
5.1. Kesimpulan...29
5.2. Saran...29
DAFTAR PUSTAKA...30
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1. Perbedaan Sinyal Analog dan Digital...5
Gambar 2. Sensor Tekanan MPX5100...9
Gambar 3. Rangkaian Sensor Tekanan MPX5100AP dengan Power Supply...10
Gambar 4. Blok Diagram Internal Sensor Tekanan MPX5100AP...10
Gambar 5. Grafik Tegangan Output Sensor Tekanan MPX5100...11
Gambar 6. Pin-pin ATmega16 kemasan 40-pin...12
Gambar 7. Rangkaian Mirokontroller ATmega16...13
Gambar 8. Barometer Digital BMKG...15
Gambar 9. Desain Rancangan Mekanik Barometer Digital...15
Gambar 10. Sistem Minimum AVR ATMega16...16
Gambar 11. Rangkaian Sistem Minimum ATMega16...16
Gambar 12. Rangkaian Op-Amp Voltage Follower...17
Gambar 13. Rangkaian Pengkondisi Sinyal Voltage Follower...18
Gambar 14. Rangkaian Regulator Tegangan...19
Gambar 15. Rangkaian Serial RTC bagian belakang (a) dan bagian depan (b)...19
Gambar 16. Code Vision AVR C Compiler...20
Gambar 17. Graphical User Interface (GUI) Barometer Digital...21
Gambar 18. Blok Diagram Kerja Sistem Barometer Digital...22
Gambar 19. Flowchart Sistem Barometer Digital...22
Gambar 20. Flowchart Kerja Sistem...23
Gambar 21. Grafik Fungsi Regresi Linear...25
Gambar 22. Grafik Perbandingan Data Tekanan Barometer UUT dan Barometer Standar...27
DAFTAR TABEL
BAB I
PENDAHULUAN
1.1.Latar Belakang
Perkembangan peralatan atau instrumentasi di bidang meteorologi, klimatologi dan geofisika semakin maju seiring berkembangnya zaman terutama di bidang teknologi. Beberapa peralatan konvensional mulai ditinggalkan di udara merupakan salah satu unsur penting dalam berbagai analisa penelitian dan dunia kerja. Dalam dunia penerbangan penggunaan informasi tekanan udara adalah suatu kebutuhan utama dan memiliki resiko tersendiri apabila terdapat kesalahan didalamnya. Alat pengukur tekanan udara adalah barometer.
Dewasa ini barometer sendiri terdapat banyak jenisnya namun secara garis besar dapat dikelompokkan menjadi barometer digital dan konvensional. Penggunaan barometer konvensional itu sendiri memiliki beberapa kelemahan yang menyebabkan secara perlahan para user mulai beralih menggunakan barometer digital. Penyusun utama sebuah barometer digital adalah sebuah sensor tekanan yang dihubungkan pada minimum system tertentu.
Berdasarkan latar belakang tersebut, para pengamat cuaca membutuhkan peralatan yang dapat mengukur tekanan udara secara digital. Terkait dengan hal tersebut, maka akan dibuat instrumen pengukur tekanan udara dengan menggunakan sensor tekanan MPX5100 berbasis mikrokontroler ATMega16.
1.2.Rumusan Masalah
Dalam penelitian ini, dirumuskan masalah sebagai berikut :
1. Bagaimana merancang perangkat keras dari instrumen ukur tekanan udara? 2. Bagaimana merancang perangkat lunak dari instrumen ukur tekanan udara? 3. Bagaimana hasil pembacaan rancangan instrumen ukur tekanan udara
1.3.Tujuan Dan Manfaat
Berdasarkan permasalahan yang diuraikan di atas, tujuan dari penelitian ini adalah membuat instrumen ukur tekanan udara sebagai pengembangan instrumen pengukuran yang berguna bagi aktifitas pengamatan cuaca.
1.4.Metode Penulisan a. Studi literatur
Penyusun menggunakan metode ini untuk memperoleh informasi yang berkaitan dengan penelitian yang dilakukan dengan mengacu pada buku-buku pegangan, data sheet, internet, makalah, dan lain-lain.
b. Perancangan alat
Penyusun berusaha untuk membuat suatu rancangan sistem pengendalian
hardware baru yang akan dibuat di dalam penelitian, berdasarkan bahan-bahan yang ada untuk dapat dianalisa kembali.
c. Pembuatan alat
Pada bagian ini berisi mengenai proses perancangan rancang bangun dari sistem mekanik yang dibuat. Pada bagian hardware akan membahas desain dan cara kerjanya, sedangkan pada bagian software akan dibahas program yang digunakan dalam sistem pengendaliannya.
d. Pengujian sistem
Pada bagian ini merupakan proses pengujian dari proyek yang dibuat, dengan tujuan untuk mengetahui apakah kinerja dari alat yang dibuat sudah sesuai dengan apa yang diharapkan pada penelitian ini.
e. Pengambilan data
Setelah diuji secara keseluruhan sebagai suatu sistem sehinga dapat dilihat apakah sistem dapat bekerja dengan baik dan benar, sehingga peneliti dapat melakukan pengambilan data.
f. Penulisan penelitian
BAB II
LANDASAN TEORI
Seperti pada penjelasan sistematika penulisan pembuatan laporan, dalam bab inilah akan dijelaskan beberapa landasan-landasan teori sebagai hasil dari studi literatur yang berhubungan dalam perancangan dan pembuatan alat. Pada bab ini penyusun akan membahas dasar-dasar dari beberapa bagian penting yang berhubungan dengan prinsip pengukuran tekanan udara.
2.1.Teori Pengukuran
Pengukuran dapat diartikan sebagai tindakan untuk mengetahui atau menentukan harga dari suatu keadaan benda dalam hal sifat fisis atau kimiawinya. Tetapi, secara prinsip pengukuran pada hakikatnya merupakan kegiatan membandingkan antara besarnya harga besaran yang akan diukur dengan suatu standar yang telah diukur karakteristiknya (Agustian, 2009).
Dalam melakukan aktivitas pengukuran yang perlu diperhatikan adalah standar yang dipakai harus mempunyai ketelitian yang sesuai dengan kebutuhan dan standar dapat diterima secara umum.
Dengan demikian, jelas bahwa penentuan alat ukur yang akan digunakan serta tata cara penggunaan alat ukur harus dilaksanakan dengan teliti dan akurat, dikarenakan hasil pengukuran akan menentukan dari hasil pengendalian.
2.2.Teori Tekanan Atmosfer
Atmosfer merupakan tekanan udara di daerah udara terbuka di permukaan bumi. Selanjutnya tekanan atmosfer disebut juga tekanan udara luar atau tekanan udara saja. Tekanan atmosfer terbesar adalah di permukaan laut, besarnya 1 atmosfer. Tekanan 1 atmosfer setara dengan tekanan yang diberikan oleh penampang depan mobil sedan seluas 2 m2 dalam kedaan tegak dan
Atmosfer kita berisi beragam jenis gas, baik O2, CO2, N2, dan lain-lain.
Atom atau molekul itu memiliki berat yang berbeda-beda dan di atmosfer bumi berkerapatan tidak homogeny. Gas bermassa lebih besar, lebih dominan berada pada tempat yang rendah. Semakin tinggi tempat relatif terhadap permukaan laut, nilai tekanan udara berkurang. Ini bisa dibuktikan ketika berada di tempat yang tinggi maka titik didih air (di wadah terbuka) adalah kurang dari 100°C. Selain itu juga dapat dibuktikan oleh rendahnya kenaikan permukaan air raksa (Hg) di dalam tabung barometer Torricelli (Bambang, Tri, 2007).
2.3.Pengolahan Sinyal
Dalam dunia elektronika, dikenal dua macam sinyal yaitu sinyal analog dan sinyal digital.
Gambar 1. Perbedaan Sinyal Analog dan Digital
Secara umum, sinyal dapat didefinisikan sebagai suatu besaran fisis yang merupakan fungsi waktu, ruangan, atau beberapa variabel.
2.3.1. Sinyal Analog
semua bentuk isyarat analog. Hal ini didasarkan kenyataan bahwa berdasarkan analisis fourier, suatu sinyal analog dapat diperoleh dari perpaduan sejumlah gelombang sinus. Dengan menggunakan sinyal analog, maka jangkauan transmisi data dapat mencapai jarak yang jauh, tetapi sinyal ini mudah terpengaruh oleh noise. Gelombang pada sinyal analog yang umumnya berbentuk gelombang sinus memiliki tiga variable dasar, yaitu amplitudo, frekuensi dan phase.
1. Amplitudo merupakan ukuran tinggi rendahnya tegangan dari sinyal analog.
2. Frekuensi adalah jumlah gelombang sinyal analog dalam satuan detik.
3. Phase adalah besar sudut dari sinyal analog pada saat tertentu. Pengolahan sinyal analog memanfaatkan komponen-komponen analog seperti dioda, transistor, Op-Amp, dan lainnya.
2.3.2. Sinyal Digital
Sinyal digital merupakan hasil teknologi yang dapat mengubah signal menjadi kombinasi urutan bilangan 0 dan 1 (biner), sehingga tidak mudah terpengaruh oleh derau, proses informasinya pun mudah, cepat dan akurat, tetapi transmisi dengan sinyal digital hanya mencapai jarak jangkau pengiriman data yang relatif dekat. Biasanya sinyal ini juga dikenal dengan sinyal diskret. Sinyal yang mempunyai dua keadaan ini biasa disebut dengan bit. Bit merupakan istilah khas pada sinyal digital. Sebuah bit dapat berupa nol (0) atau satu (1). Kemungkinan nilai untuk sebuah bit adalah 2 buah (21). Kemungkinan nilai untuk 2 bit adalah
sebanyak 4 (22), berupa 00, 01, 10, dan 11. Secara umum, jumlah
kemungkinan nilai yang terbentuk oleh kombinasi n bit adalah sebesar 2n
buah. Sistem digital merupakan bentuk sampling dari sistem analog. Digital pada dasarnya di code-kan dalam bentuk biner atau hexa. besarnya nilai suatu sistem digital dibatasi oleh lebarnya/jumlah bit (bandwidth). jumlah bit juga sangat mempengaruhi nilai akurasi sistem digital.
a. Mampu mengirimkan informasi dengan kecepatan cahaya yang dapat membuat informasi dapat dikirim dengan kecepatan tinggi.
b. Penggunaan yang berulang-ulang terhadap informasi tidak mempengaruhi kualitas dan kuantitas informsi itu sendiri.
c. Informasi dapat dengan mudah diproses dan dimodifikasi ke dalam berbagai bentuk.
d. Dapat memproses informasi dalam jumlah yang sangat besar dan mengirimnya secara interaktif.
Pengolahan sinyal digital memerlukan komponen-komponen digital,
register, counter, decoder, mikroprosessor, mikrokontroler dan sebagainya. Saat ini pengolahan sinyal banyak dilakukan secara digital, karena kelebihannya antara lain:
2. lebih kebal terhadap noise karena bekerja pada level ’0′ dan ’1′. 3. lebih kebal terhadap perubahan temperatur.
4. lebih mudah pemrosesannya.
Sinyal digital inilah yang bisa dibaca oleh perangkat digital kita yaitu mikrokontroler dan komputer. Agar sinyal analog dapat diolah oleh komputer, maka harus diubah terlebih dahulu menjadi sinyal digital.
2.4.Sensor
Sensor adalah suatu peralatan yang berfungsi untuk mendeteksi gejala-gejala atau sinyal-sinyal yang berasal dari perubahan suatu energi seperti energi listrik, energi fisika, energi kimia, energi biologi, energi mekanik dan sebagainya (D Sharon, dkk, 1982).
kimia baik cairan maupun gas. Dengan definisi ini maka sensor merupakan alat elektronik yang begitu banyak dipakai dalam kehidupan manusia saat ini.
Bagian berikutnya adalah transducer, yaitu bagian yang mampu mengubah hasil deteksi tersebut menjadi sinyal elektrik. Bagian penerima berfungsi menyeleksi dan mengubah sifat fisis yang dideteksinya menjadi energi yang bisa diukur oleh bagian transducer. Sedangkan transducer
berfungsi mengubah energi yang membawa sifat-sifat fisis tersebut menjadi sinyal elektrik.
Karakteristik sensor ditentukan dari sejauh mana sensor tersebut memiliki kemampuan yang baik dalam mengenali sifat fisis yang ingin dideteksinya. Kemampuan mendeteksi zat tersebut ini meliputi:
1. Sensitifitas, yaitu ukuran seberapa sensitif sensor mengenali apa yang dideteksinya.
2. Selektifitas, yaitu sejauh mana sensor memiliki kemampuan menyeleksi sifat fisis yang ingin dideteksinya.
3. Waktu respon dan waktu recovery, yaitu waktu yang dibutuhkan sensor untuk mengenali apa yang dideteksinya. Semakin cepat waktu respon dan waktu recovery maka semakin baik sensor tersebut.
4. Stabilitas dan daya tahan yaitu sejauh mana sensor dapat secara konsisten memberikan besar sensitifitas yang sama untuk suatu sifat fisis, serta seberapa lama sensor tersebut dapat terus digunakan.
2.4.1. Sensor Tekanan MPX5100AP metalization dan proses bipolar semikonduktor.
prinsip bahwa tahanan pengantar berubah dengan panjang dan luas penampang. Daya yang diberikan pada kawat itu sendiri menyebabkan ukuran kawat menjadi bengkok. Sehingga menyebabkan ukuran kawat berubah dan mengubah ketahanannya.
Bentuk fisik dari sensor tekanan MPX5100AP cukup kecil sehingga dapat digunakan dengan lebih praktis dan efisien tempat peletakan sensor tekanan MPX5100AP tersebut. Dengan adanya rangkaian pengkondisi sinyal, sensor ini dapat terhubung langsung pada Analog to Digital Converter. Bentuk fisik sensor tekanan MPX5100AP cukup kecil seperti terlihat pada Gambar 2.
Rangkaian pengkondisi sinyal menghasilkan tegangan analog dengan skala penuh (full scale) hingga 5 Volt. Sesuai datasheet dari sensor tekanan, fitur yang dimiliki oleh sensor tekanan tipe MPX5100AP: 1. 2.5% maximum error, 0° to 85°C
2. Tegangan catu daya 5 V. 3. Range output 0,2 – 4,7 V. 4. Range tekanan 15 – 115 kPa. 5. Sensitivity 45 mV/kPa.
Sensor tekanan yang digunakan dalam artikel ini yaitu MPX5100AP, kerena sensor ini merupakan sensor tekanan tipe absolut. Selain tipe tekanan absolut, sensor ini tidak membutuhkan rangkaian penguat tegangan, hanya saja sensor ini membutuhkan dua buah kapasitor untuk penstabil tegangan yang dihubungkan paralel dengan kaki catu dayanya. Output MPX5100AP berupa tegangan analog yang dapat
langsung dihubungkan dengan ADC. Rangkaian sensor tekanan dapat dilihat pada Gambar 3.
Tegangan output dari sensor ini berkisar 0.2 Volt sampai 4.7 Volt, untuk mengantisipasi adanya tegangan rendah perlu dikuatkan terlebih dahulu sebelum diintegrasikan ke dalam mikrokontroller.
Sensor ini mempunyai kemampuan untuk mendeteksi tekanan 15 hingga 115 kilo Pascal dan bekerja berdasarkan perbedaan tekanan P1 dan P2. P1 atau Pressure Side terdiri dari fluorisilicone gel yang melindunginya dari benda-benda keras. Rangkaian blok diagram internal sensor tekanan MPX5100AP ditunjukan pada Gambar 4.
Grafik tegangan output sensor tekanan MPX5100AP pada Gambar 4 Gambar 3. Rangkaian Sensor Tekanan
MPX5100AP dengan Power Supply
di mana perubahan bergerak linear setelah 20 kPa. Tampak 3 buah garis pada grafik tersebut yang menunjukkan batas maksimum dan minimum error dari hasil pengukuran sensor. Sensor tekanan pada aplikasi robotik seringkali digunakan sebagai feedback mechanic di mana sistem mikrokontroler dapat mendeteksi kondisi mekanik pada saat itu. Contohnya untuk mendeteksi kuat lemah cengkeraman robot atau menghitung beban yang diletakkan pada robot. Selain itu pengukuran tekanan kompresi pada manifold mesin (otomotif) sering menggunakan sensor tekanan MPX5100AP ini karena tetap stabil dalam perubahan suhu yang tinggi.
Berdasarkan grafik pada gambar 5 dan datasheet MPX5100AP dapat diperoleh transfer fungsi sebagai berikut.
P5100=
V5100 Sensitivity
ADC= V¿ Vref
×maximal data= V¿ Vref
×1023
V¿=V5100
ADC=V5100
AVR merupakan seri mikrokontroler CMOS 8-bit buatan Atmel, berbasis arsitektur RISC (Reduced Instruction Set Computer). Hampir semua instruksi dieksekusi dalam satu siklus clock. AVR mempunyai 32 register general-purpose, timer/counter fleksibel dengan mode compare, interrupt internal dan eksternal, serial UART, programmable Watchdog Timer, dan mode power saving. Mempunyai ADC dan PWM internal. AVR juga mempunyai In- System Programmable Flash on-chip yang mengijinkan memori program untuk diprogram ulang dalam sistem menggunakan hubungan serial SPI.
ATMega16 adalah mikrokontroler CMOS 8-bit daya-rendah berbasis arsitektur RISC yang ditingkatkan. Kebanyakan instruksi dikerjakan pada satu siklus clock, ATMega16 mempunyai throughput mendekati 1 MIPS per MHz membuat disainer sistem untuk mengoptimasi komsumsi daya versus kecepatan proses.
2.5.1. Konfigurasi Pin ATMega16
Sistem pada proyek akhir ini menggunakan mikrokontroller ATmega16 sebagai pengonversi data dari analog ke digital memanfaatkan ADC internal pada mikrokontroller itu sendiri untuk bisa ditampilkan pada PC menggunakan komunikasi serial RS 232. Adapun rangkaian mikrokontroller itu sendiri seperti tampak pada gambar 7 berikut:
Gambar 6. Pin-pin ATmega16 kemasan 40-pin
BAB III
PERANCANGAN DAN CARA KERJA SISTEM
Pada bab ini dijelaskan langkah-langkah perancangan beserta analisis dari perangkat keras pengukur tekanan berbasiskan mikrokontroler ATMega16. Perancangan alat ini menggunakan gambaran umum dan referensi dari pengukur tekanan digital Badan Meteorologi Klimatologi dan Geofisika (BMKG), Word Meteorological Organization (WMO), dan sumber-sumber lainnya.
3.1.Perancangan Alat
Proses perancangan pengukur tekanan ini, penulis membagi proses perancangan menjadi 2 (dua) bagian utama yang akan dibahas, diantaranya : a. Perancangan rangkaian (hardware)
Meliputi perancangan mekanik dari alat dan rangkaian elektronik pada sistem yang berupa rangkaian input, proses, dan input.
b. Perancangan program (software)
Meliputi flowchart atau urutan sistem kerja pada kendali mikrokontroler.
3.1.1. Perancangan Rangkaian (Hardware) Barometer Digital
Pada bagian ini, penulis membuat sistem perancangan mekanik terlebih dahulu dengan merancang bentuk fisik dari alat ukur tekanan yang di dalamnya terdapat sensor tekanan untuk mengubah besaran fisika menjadi besaran listrik. Alat ini berfungsi untuk mengukur tekanan udara. Penulis akan memaparkan cara kerja dari alat tersebut seperti terpampang pada gambar ini.
sedangkan yang dipakai oleh BMKG terbuat dari logam alumunium. Untuk lebih merinci, pada lampiran terdapat perbedaan antara rancang bangun dengan pengukur tekanan digital BMKG.
Prinsip kerja dari barometer adalah sangat sederhana, seperti yang ditunjukkan pada blok diagram pada gambar 8.
Mekanika yang dibutuhkan dalam tugas praktik ini meliputi beberapa bagian dasar, seperti casing mekanik, sensor tekanan, sistem minimum, dan adaptor. Pada bagian-bagian dasar tersebut, penyusun hanya akan menjelaskan konstruksi dari beberapa bagian saja, seperti bentuk dasar dari barometer digital, karena hanya pada konstruksi bagian dasar tersebut perlu diperhatikan, diperhitungkan, dan diperkirakan sesuai dengan hasil yang diinginkan. Acuan atau dasar dari bentuk mekanika ini berdasarkan dari model alat pengukur tekanan udara (barometer) digital dengan standar dari Badan Meteorologi Klimatologi dan Geofisika (BMKG).
a. Desain Mekanik
Desain rancangan mekanik dari barometer digital dapat dijelaskan pada gambar 10 di bawah ini.
b. Rangkaian Sistem Minimum
Rangkaian sistem minimum menggunakan sistem minimum mikrokontroler AVR ATMega16.
15
Gambar 8. Barometer Digital BMKG
Rangkaian sistem minimum pada gambar 11 adalah rangkaian elektronika yang terdiri dari komponen-komponen dasar yang dibutuhkan oleh suatu mikrokontroler untuk dapat berfungsi dengan baik. Rangkaian ini membutuhkan beberapa komponen antara lain XTAL (Crystal Oscillator) dan rangkaian reset. XTAL yang digunakan pada rangkaian ini adalah 11,0592 MHz. Fungsi dari rangkaian reset
adalah membuat mikrokontroler memulai kembali pembacaan program, hal ini dibutuhkan pada saat mikrokontroler mengalami gangguan dalam mengeksekusi program.
c. Rangkaian Pengkondisi Sinyal
Rangkaian pengkondisi sinyal menggunakan IC LM358 dengan menggabungkan ke dalam rangakaian voltage follower. Gambar 12 dan gambar 13 merupakan gambar dari rangkaian voltage follower
yang berfungsi sebagai rangkaian penyangga.
Pada proyek perancangan barometer digital ini digunakan rangkaian penguatan (Op-Amp) voltage follower. Rangkaian ini diperlukan untuk menyangga agar sinyal keluaran dari rangkaian sensor dapat terbaca dengan baik dan tidak terganggu oleh hambatan-dalam dari pembacanya sendiri. Op-Amp voltage follower atau yang dikenal dengan buffer amplifier merupakan rangkaian Op-Amp yang memiliki penguatan (gain) sebesar 1 (satu) kali. Op-Amp ini tidak memberikan amplifikasi atau atenuasi terhadap sinyal inputnya, yang artinya output sama dengan inputannya.
Persamaan untuk Op-Amp voltage follower adalah sebagai berikut :
d. Rangkaian Regulator Tegangan
Regulator tegangan adalah bagian power supply yang berfungsi untuk memberikan stabilitas output pada suatu power supply. Output tegangan DC dari penyearah tanpa regulator mempunyai kecenderungan berubah harganya saat dioperasikan. Adanya perubahan pada masukan AC dan variasi beban merupakan penyebab utama terjadinya ketidakstabilan pada power supply. Pada sebagian peralatan elektronika, terjadinya perubahan catu daya akan berakibat cukup serius. Untuk mendapatkan pencatu daya yang stabil diperlukan regulator tegangan. Regulator tegangan untuk suatu power supply
paling sederhana adalah menggunakan dioda zener. Rangkaian dasar penggunaan dioda zener sebagai regulator tegangan dapat dilihat pada gambar rangkaian dibawah.
e. Rangkaian Serial Real Time Clock (RTC)
Pada perancangan tugas alat ini, penyusun menggunakan IC RTC DS1307 sebagai input pemberi referensi waktu terhadap data yang akan diperoleh. Berikut ini adalah gambar dari rangkaian serial RTC.
Gambar 13. Rangkaian Pengkondisi Sinyal Voltage Follower
Perancangan RTC yaitu dengan menghubungkan pin VCC pada power
supply agar apabila alat dimatikan RTC akan tetap aktif menghitung waktu. Pin OUT dihubungkan dengan port pin PB1, pin SCL dengan
port pin PB2, dan pin SDA dengan port pin PB3 pada mikrokontroler.
Cara kerjanya adalah alamat dan data ditransimisikan secara serial melalui sebuah jalur data dua arah I2C, karena menggunakan jalur data
tersebut, maka hanya memerlukan dua buah pin saja untuk berkomunikasi, yaitu pin data dan pin sinyal clock (SDA dan SCL).
3.1.2. Perancangan Program (Software) Barometer Digital
Dalam proses perancangan program (software) untuk barometer digital digunakan sebuah program compiler yaitu Code Vision AVR C
Compiler di mana program ini digunakan sebagai pemrograman mikrokontroler.
Pada tahap ini dilakukan adalah membuat program untuk dijalankan pada mikrokontroler ATMega16 yang bertujuan untuk :
a. Membaca masukan ADC sensor tekanan berupa tegangan b. Membaca modul sensor tekanan MPX5100AP
Setelah melakukan pengaturan untuk program pada Code Vision
dilakukan upload program ke mikrokontroler dengan bantuan downloader
USBK-125i.
(a) (b)
Gambar 15. Rangkaian Serial RTC bagian belakang (a) dan bagian depan (b)
Dalam proses akuisisi data, penyusun membuat sebuah software Graphical User Interface (GUI) untuk memudahkan pengguna dalam proses pengambilan data tekanan. Dalam kerjanya, barometer digital dihubungkan ke sebuah Personal Computer (PC) menggunakan kabel serial yang sudah terpasang dalam sistem minimum, sehingga data tekanan akan langsung terbaca pada display PC. Pada gambar 17 dapat ditunjukkan tampilan GUI untuk barometer digital yang telah dibuat.
3.2.Kerja Sistem
Konsep dasar dari perancangan mekanik dan elektrik pada barometer digital adalah sebuah sistem yang dapat bekerja secara otomatis untuk membantu dalam pengukuran tekanan dengan diletakkan di suatu tempat dengan ketinggian tertentu. Alat ini juga dapat membantu dalam pengamatan meteorologi agar lebih mudah dan cepat sehingga akan di dapat data dengan kualitas yang baik untuk proses menganalisa prakiraan cuaca.
Alat ini bekerja dengan menggunakan sensor tekanan udara sebagai input masukan yang kemudian hasil pendeteksian sensor akan di proses oleh mikrokontroler, kemudian akan ditampilkan pada LCD (Liquid Crystal Display) sebagai outputnya. Input yang diterima oleh sensor berupa perubahan tekanan
karena sensor yang digunakan adalah sensor yang menerima perubahan besaran tekanan udara.
3.2.1. Blok Diagram Kerja Sistem
Blok diagram kerja dari perancangan barometer digital ditunjukkan pada gambar 16 di bawah ini.
Prinsip kesrja dari barometer digital ini adalah ketika perubahan tekanan maka akan terjadi pembacaan sensor tekanan udara. Setelah pembacaan sensor selesai amakan akan dilakukan proses selanjutnya yaitu inputan akan dikondisikan oleh pengkondisi sinyal (Op-Amp voltage follower) di mana fungsi dan kegunaanya sudah dijelaskan pada sub bab di atas. Setelah melewati pengkondisi sinyal, maka akan dilakukan proses berupa penghtungan ADC, sehingga dapat diproses pada mikrokontroler ATMega16. Di dalam mikrokontroler ATMega16 terjadi proses eksekusi
rule sesuai dengan flowchart pada gambar 18 dengan inputan berupa tekanan udara. Output dari sistem adalah tampilan berupa nilai dari tekanan udara yang terukur.
3.2.2. Flowchart dan Algoritma a. Flowchart Sistem
Dalam proses akuisisi data oleh sistem, dapat digambarkan dalam sebuah flowchart seperti pada gambar 20.
b. Algoritma
1. Saat alat aktif, maka sensor akan aktif.
2. Tegangan keluaran sensor sama dengan tegangan inputnya, dikarenakan digunakan Op-Amp voltage follower sebagai buffer amplifier.
3. Proses kuantisasi dan pengubahan dari analog ke digital melalui ADC pada mikrokontroler ATMega16.
4. Data diproses oleh mikrokontroler untuk menampilkan data tekanan dan waktu pada LCD.
Gambar 19. Flowchart Sistem Barometer Digital
BAB IV
HASIL EKSPERIMEN DAN ANALISIS DATA
Proses terakhir yang harus dilakukan adalah untuk mengetahui apakah sistem berjalan dengan baik, yaitu pengujian sistem serta pengambilan data sehingga dapat diketahui kehandalan dari sistem serta dapat menganalisa dari sistem yang telah dibuat.
4.1.Hasil Eksperimen 4.1.1. Regresi
Regresi merupakan metode analisis statistik untuk melihat pengaruh antara dua atau lebih variabel yang diwujudkan dalam suatu model matematis.
2,42 1024,1 2,37 1004,3
Dari tabel regresi tersebut dapat digambarkan grafik fungsi regresi linier seperti pada gambar 21.
4.1.2. Pengujian dan Kalibrasi
Pengujian terhadap rangkaian barometer digital dilakukan di met garden Sekolah Tinggi Meteorologi Klimatologi dan Geofisika (STMKG). Dalam tahap pengujian ini penyusun membandingkan hasil pembacaan tekanan dari rancangan barometer UUT (Unit Under Test) dengan barometer standar yang ada pada met garden. Kegiatan membandingkan antara alat UUT dengan alat standar disebut kalibrasi, di mana kalibrasi dimaksudkan untuk menghasilkan nilai koreksi dan nilai ketidakpastian dari alat UUT. Tabel 1 merupakan data tekanan udara yang diambil dari pengukuran menggunakan barometer UUT dan barometer standar.
Tabel 2. Perbandingan Data Tekanan Barometer UUT dan Barometer Standar
SET
RATA BAROMETER UUT RATA-RATA KOREKSI RATA-RATA (mBar
) (mBar) (mBar) (mBar) (mBar) (mBar) (mBar)
950
1000 1000 999,9 1001,7 1000,7 -1,7 -0,8
1000 1000,5 -0,5
999,8 1000,5 -0,7
1 2 3 4 5 6 dilakukan pembandingan dengan barometer standar pada met garden STMKG, maka dapat diperoleh hasil koreksi dari barometer UUT. Nilai koreksi yang diperoleh merupakan hasil pengurangan dari nilai pembacaan barometer standar dan barometer UUT.
Tabel 3. Nilai Koreksi Barometer UUT
Berdasarkan data dari tabel nilai koreksi barometer UUT di atas, dapat digambarkan dalam sebuah grafik nilai koreksi barometer UUT seperti yang
BAB V
a. Secara keseluruhan alat dapat bekerja dengan baik
b. Sistem bersifat pasif, yang artinya hanya melakukan pemantuauan keadaan pada sistem tersebut secara terus-menerus, sehingga perlu adanya penambahan media penyimpanan apabila data tekanan diperlukan untuk proses penelitian jangka panjang
c. Hadil pengukuran tekanan tidak jauh berbeda dengan barometer standar yang terdapat pada met garden STMKG sebagai acuan pengukuran hal ini dikarenakan pada saat pembuatan program dimasukkan permsamaan regresi linear antara tekanan dari barometer UUT dan barometer standar d. Nilai koreksi yang dihasilkan dari proses kalibrasi barometer UUT
berbeda-beda pada tiap range tekanan tertentu.
e. Pada tekanan antara 1000 sampai dengan 1010 mBar tedapat koreksi sebesar -0,8 mBar.
f. Pada tekanan antara 1010 sampai dengan 1020 mBar terdapat koreksi sebesar -0,6 mBar,
5.2.Saran
DAFTAR PUSTAKA
Agustian, Aldi. 2009. Skripsi Rancang Bangun Miniatur Stasiun Cuaca Berbasis Mikrokontroler. Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Univeristas Indonesia : Jakarta.
https://depokinstruments.com/digilib/dl-e-book/dl-e-book-avr/ (diakses pada tanggal 17 Januari 2017 pukul 22:36 WIB)
https://depokinstruments.com/tag/produk-mikrokontoler/page/3/ (diakses pada tanggal 17 Januari 2017 pukul 22:45 WIB)
