BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Instrumentasi Virtual
2.1.1 Pengertian Dasar
Sebuah instrumen merupakan sebuah alat yang dirancang untuk mengumpulkan data dari lingkungan, atau dari unit yang diuji, dan untuk menampilkan informasi kepada pengguna berdasarkan data yang dikumpulkan. Instrumen tersebut dapat menggunakan transduser untuk merasakan perubahan dalam parameter fisik, seperti suhu atau tekanan, dan untuk mengubah informasi menjadi sinyal listrik, seperti tegangan atau variasi frekuensi.
Istilah Instrumen juga dapat didefinisikan sebagai perangkatfisik yang juga sekaligus mempunyai kemampuan dan fungsi sebagai perangkat lunak yang melakukan analisis terhadap data yang diperoleh dari instrumen lain dan kemudian output data yang diolah untuk menampilkanatau berarti merekam datanya. Kategori kedua dari instrumen ini sebagai contohnya adalah termasuk osiloskop, spektrum analisa dan multimeter digital. Jenis-jenis data yang dikumpulkan dan dianalisis dengan instrumen sangat bervariasi, termasuk parameter fisik seperti suhu, tekanan, jarak, cahaya, frekuensisuara dan amplitudo, dan juga parameter listrik termasuk tegangan, arus, dan frekuensi.
Instrumentasi virtual adalah perangkat lunak komputer, dimana penggunaakan menggunakannya untuk mengembangkan sistem pengujian otomatis dan pengukuran. Perangkat lunak ini berfungsi untuk mengendalikan
dari desktop komputer pengukuran melalui perangkat hardware eksternal, dan untuk menampilkan hasil uji atau pengukuran data yang dikumpulkan oleh perangkat eksternal pada panel instrumen seperti di layar komputer. Definisi instrumentasi virtual juga meliputi sistem yang terkomputerisasi untuk mengendalikan proses berdasarkan data yang dikumpulkan dan diproses oleh sistem instrumentasi berbasis PC (Personal Computer).
Instrumentasi virtual diperlukan karena mampu membuat sistem instrumentasi dengan kemampuan adaptasi yang cepatdimana ini diperlukan untuk konsep, produk, proses desain, pengembangan, dan pengiriman terbaru. Hanya dengan instrumentasi virtual insinyur dan ilmuwan dapat menciptakan
user-defined instrumen yang diperlukan untuk mengimbangi tuntutan dunia. Perkembangan awal sistem instrumentasi virtual menghadapi tantangan dan kesulitan teknis. Hambatan utama termasuk berbagai jenis elektronik interface dimana berbagai perangkat eksternal pengumpulan data dapat digabungkan ke komputer, dan berbagai protokol yang digunakan oleh perusahan perangkathardware yang berbeda untuk mengontrol produk masing-masing.
Dengan demikian, setiap sistem instrumentasi virtual dimaksudkan untuk dihubungkan ke berbagai perangkat keras pengumpulan data yang tersedia secara komersial harus mempunyai perangkat lunak yang mampu berkomunikasi secara efektif dengan berbagai jenis perangkat keras yang berbeda.
2.1.2 Penciptaan Instrumentasi Virtual
Instrumentasi virtual mengacu pada penggunaan komputer tujuan umum dan workstation, sehingga dalam kombinasi dengan perangkat keras pengumpulan data, dan perangkat lunak instrumentasi virtual, untuk membangun sistem instrumentasi yang terintegrasi. Berbagai instrumen pengumpulan data yang dirancang khusus untuk kontrol komputerisasi dan operasi dikembangkan dan
tersedia di pasar komersial, menciptakan lapangan ilmu yang sekarang disebut "instrumentasi virtual".
Seperti dalam sistem perangkat keras untuk pengumpulan data, yang menggabungkan elemen sensing untuk mendeteksi perubahan dalam kondisi uji subyek, sangat erat digabungkan ke komputer, dimana operasi dari sensor dikendalikan oleh perangkat lunak komputer, dan output dari perangkat pengumpulan data ditampilkan pada layar komputer, dengan cara yang dirancang dalam perangkat lunak menjadi sangat berguna bagi pengguna, misalnya dengan penggunaannya untuk memakai tampilan yang menyerupai secara fisik dengan tombol, knob, meteran,dan perangkat visualisasi data lain dari instrumen tradisional. Sistem instrumentasi virtual biasanya juga terdiri dari perangkat lunak murni "instrumen", seperti osiloskop dan analisa spektrum, untuk memproses datasensor dikumpulkan dan dalam cara yang berguna untuk para pengguna data. Sebagai contoh, perangkat lunak dapat digunakan untuk menganalisis data yang dikumpulkan yang diperlukan untuk menyajikan pengguna dengan informasi terpencil di"max" atau "min" pembacaan, rata-rata, standar deviasi, atau kombinasi dari hasil poin penginderaan terkait, dll
2.1.3 Arsitektur Instrumentasi Virtual
Sebuah instrumen virtual terdiridari blok berikut: - Sensor Modul
- Senso rantarmuka
- Sistem informasi antarmuka - Pengolahan modul
- Database antarmuka - User interface
Gambar 2.1 menunjukkan arsitektur umum dari sebuah instrumen virtual. Modul sensor itu mendeteksi sinyal fisik dan mengubahnya menjad ibentuk
listrik, kemudian menkondisikan sinyal, dan mengubahnya menjadi bentuk digital untuk manipulasi lebih lanjut.
Gambar 2.1 Arsitektur dari Instrumentasi Virtual
Melalui sensor interface, modul sensor berkomunikasi dengan komputer. Setelah data berada dalam bentuk digital pada komputer, mereka dapat diproses, dicampur, dibandingkan, dan sebaliknya dimanipulasi, atau disimpan dalam database. Kemudian, data dapat ditampilkan, atau dikonversi kembali kebentuk analog untuk proses lebih lanjut. Instrumen virtual sering terintegrasi dengan beberapa sistem informasi lainnya. Dengan cara ini, konfigurasi pengaturan data diukur dan dapat disimpan dan terkait dengan catatan yang tersedia. Dibagian berikut masing-masing modu instrumen virtual dijelaskan dalam lebih detail.
a. Modul Sensor
Modul Sensor melakukan pengkondisian sinyal dan mengubahnya menjadi bentuk digital untuk manipulasi lebih lanjut. Setelah data dalam bentuk digital pada komputer, mereka dapat ditampilkan, diolah, dicampurkan, dibandingkan, disimpan dalam database, atau dikonversi kembali kebentuk analog untuk pengendalian proses lebih lanjut. Database tersebut juga dapat menyimpan pengaturan konfigurasi dan catatan sinyal. Modul sensor instrumen virtual
kedunia eksternal sebagian besar mengubah sinyal analog, diukur dan dibaca dalam bentuk komputer. Sebuah modul sensor utama terdiri dari tiga bagian utama:
- Sensor
- Bagian pengkondisian sinyal - TheA / D converter
Sensor mendeteksi sinyal fisik darilingkungan. Jika parameter yang diukur bukan sinyal listrik, sensor harus menyertakan transducer untuk mengkonversi informasi menjadi sinyal listrik, misalnya, ketika mengukur tekanan darah.
Modul pengkondisian sinyal melakukan (biasanya analog) pengkondisian sinyal sebelum konversi menjadi digital sinyal. Modul ini biasanya melakukan amplifikasi, eksitasi transduser, linierisasi, isolasi, atau penyaringan sinyal yang terdeteksi.
A/D converter mengubah tegangan terdeteksi dan dikondisikan menja dinilai digital. Konverterdi definisikan oleh resolusi dan frekuensi sampling. Data yang dikonversi harus ditandai kapan diambil untuk kemudian memungkinkan analisis canggih. Meskipun hampir semua sensor biomedis mengkhususkan diri dalam pengolahan sinyal tertentu, adalah mungkin untuk menggunakan komponen pengukuran generik, seperti alat akuisisi data (DAQ) atau akuisisi gambar (IMAQ), yang mungkin diterapkan ke kelas yang lebih luas dari sinyal. Membuat alat pengukuran generik, dan menggabungkan komponen yang paling penting dari sensor yang berbeda menjadi satu unit, adalah mungkin untuk melakukan fungsi instrumen medis pada komputer yang sama.
b. Sensor Interface
Ada banyak antarmuka yang dapat digunakan untuk komunikasi antara modul sensor dan komputer. Menurut jenis koneksi, antarmuka untuk sensor dapat diklasifikasikan sebagai kabel dan nirkabel.
c. Modul Pengolahan
Integrasi daripada mikroprosesor/mikrokontroler memungkinkan pelaksanaan fungsi pemrosesan canggih yang fleksibel. Karena fungsionalitas dari instrumen virtual tergantung sangat sedikit pada hardware yang khusus, yang pada pokoknya tidak melakukan fungsi pengolahan yang kompleks, maka fungsionalitas dan penampilan daripada instrumen virtual dapat diubah dengan memanfaatkan bermacam-macam fungsi pengolahan. Secara umum, fungsi pengolahan yang digunakan dalam instrumentasi virtual dapat diklasifikasikan sebagai pengolahan analisis dan teknik intelijen buatan.
- Pengolahan Analytic. Analisis fungsi mendefinisikan hubungan fungsional yang jelas antara parameter masukan. Beberapa analisis yang umum digunakan dalam instrumentasi virtual termasuk analisis spektral, penyaringan, windowing, transformasi, puncak deteksi, atau curve fitting. Virtual instrumen sering menggunakan berbagai statistik fungsi, seperti, tugas acak dan analisis biostatistical. Kebanyakan dari fungsi-fungsi tersebut saat ini dapat dilakukan secara real-time.
- Teknik kecerdasan buatan. Teknologi kecerdasan buatan bisa digunakan untuk meningkatkan efisiensi, kemampuan, dan fitur instrumentasi di daerah aplikasi yang berhubungan dengan pengukuran, sistem identifikasi, dan kendali. Teknik ini mengeksploitasi kemampuan komputasi yang canggih dari sistem komputasi modern untuk memanipulasi sampe lsinyal input dan mengekstrak pengukuran yang diinginkan. Teknologi intelijen buatan, seperti jaringan saraf tiruan, logika fuzzy dan pakar sistem, yang diterapkan dalam berbagai aplikasi, termasuk fusi sensor untuk sensor tingka ttinggi, sistem identifikasi, prediksi, sistem kontrol, prosedur pengukuran kompleks, kalibrasi, dan deteks ikesalahan instrumen dan isolasi. Berbagai pemrosesan sinyal nonlinier, termasuk logika fuzzy dan jaringan saraf tiruan, juga alat umum dalam analisis sinyal biomedis. Menggunakan kecerdasan buatan bahkan dimungkinkan untuk menambah kecerdasan medis ke perangkat user interface biasa. Misalnya, beberapa kecerdasan teknik, seperti
pengenalan pola dan mesin pembelajaran, yang digunakan dalam sistem berbasis perangkat lunak untuk visual-uji lapangan.
d. Database Interface
Komputerisasi instrumentasi memungkinkan data yang diukur untuk disimpan untuk pengolahan off-line, atau untuk menyimpan catatan sebagai bagian dari catatan pengguna. Saat ini ada beberapa teknologi database yang dapat digunakan untuk tujuan ini. Penggunaan sederhana dari antarmuka file sistem menyebabkan penciptaan proprietary dengan banyakformat, sehingga interoperabilitas mungkin menjadi masalah. Thee Xtensible Markup Language (XML) dapat digunakan untuk memecahkan masalah interoperabilitas dengan menyediakan sintaks yang universal. XML merupakan standar untuk menggambarkan struktur dokumen dan konten. Ini mengatur data menggunakan tag markup, menciptakan self-describing dokumen, sebagai tag menggambarkan informasi yang dikandungnya.
Database manajemen kontemporer sistem seperti SQL Server dan Oracle mempunyai dukungan XMLuntuk impor dan ekspor data. Banyak instrumen virtual menggunakan Sistem Data Base Manajemen (DBMSs). Mereka menyediakan manajemen data yang efisien dan penyisipan terstandarisasi, update, penghapusan, dan seleksi. Pada kebanyakan DBMSs ini disediakan Structure
Query Language (SQL) antarmuka, yang memungkinkan eksekusi transparan atas
program yang sama terhadap database dari vendor yang berbeda. Virtual instrumenmemakai DMBSs tersebut dengan menggunakan beberapa pemrograman antarmuka, seperti ODBC, JDBC, ADO, dan DAO.
e. Sistem Informasi Interface
Instrumen virtual semakin terintegrasi dengan sistem informasi medis lainnya, seperti sistem informasi rumah sakit. Mereka dapat digunakan untuk membuat dashboard eksekutif, mendukung pendukung keputusan, real time alert, dan
prediktif peringatan. Beberapa toolkit antarmuka virtual, seperti LabVIEW, memberikan mekanisme untuk komponen yang dimodifikasi, seperti obyek
ActiveX, yang memungkinkan komunikasi dengan sistem informasi lainnya,
menyembunyikan rincian komunikasi dari kode antarmuka virtual. Dalam aplikasi berbasis web ini integrasi ini biasanya diimplementasikan menggunakan Unit
Resource Locators (URL). Setiap instrumen virtual diidentifikasi dengan
URL-nya, menerima konfigurasi pengaturan melalui parameter. Instrumen virtual kemudian dapat menyimpan hasil pengolahan ke dalam database diidentifikasi dengan URL-nya.
2.1.4 Presentasi dan Kontrol
Sebuah pengguna antarmuka yang efektif untuk presentasi dan kontrol dari instrumen virtual mempengaruhi efisiensi dan ketepatan operator melakukan pengukuran dan memfasilitasi interpretasi hasil. Karena antarmuka pengguna komputer jauh lebih mudah dibentuk dan berubah dibandingkan antarmuka pengguna instrumen konvensional, maka sangat memungkinkan untuk menggunakan efek presentasi yang lebih dan untuk menyesuaikan antarmuka untuk setiap pengguna. Menurut kemampuan presentasi dan interaksi, kita bisa mengklasifikasikan antarmuka yang digunakan dalam instrumentasi virtual dalam empat kelompok:
- Antarmuka Pengguna Terminal – Antarmuka pengguna grafis
– Antarmuka pengguna dan Multimodal – Virtual dan augmented reality interface
Terminal User Interfaces
Program pertama untuk instrumentasi, kontrol,dan akuisisi data memiliki pengguna terminal interface yang berorientasi karakter. Ini diperlukan karena
sebelumnya komputer PC tidak mampu menyajikan grafis yang kompleks. Karena terminal antarmuka pengguna memerlukan sedikit sumber daya sistem, maka mereka dapat diimplementasikan pada banyak platform. Dalam komunikasi,
interface antara pengguna dan komputer adalah murni tekstual. Pengguna
mengirimkan permintaan ke komputer mengetik perintah, dan menerima respon dalam bentuk pesan tekstual.
Presentasi biasanya dilakukan pada layar dengan resolusi tetap, misalnya 25 baris dan 80 kolom pada PC biasa, di mana setiap sel menyajikan salah satu karakter dari set karakter tetap, seperti set ASCII. Tambahan efek, seperti teks dan warna latar belakang atau berkedip, dapat dilakukan pada sebagian terminal user interface. Bahkan dengan set karakter terbatas, efek lebih canggih dalam bentuk grafis karakter yang mungkin. Meskipun terminal antarmuka pengguna tidak lagi banyak digunakan pada PC desktop, mereka telah kembali menjadi penting dalam berbagai perangkat meresap baru, seperti sebagai ponsel low-end atau personal
digital assistant (PDA). Sebagai tekstual layanan, seperti Sistem Short Message
(SMS), memerlukan presentasi kecildan sumber daya jaringan mereka secara luas didukung dan tersedia di hampir semuaperangkat telepon seluler. Layanan ini mungkin sangat penting dalam didistribusikan maya instrumentasi, dan untuk alert darurat.
a. Antarmuka Pengguna Grafis
Graphic User Interface (GUI) yang aktif lebih intuitif untuk interaksi manusia
dan komputer, membuat instrumentasi virtual lebih mudah diakses. Kesederhanaan interaksi dan intuitif yang tinggi operasi antarmuka pengguna grafis yang dibuat kemungkinan penciptaan instrumen pengguna virtual yang ramah. GUI memungkinkan penciptaan banyak widget grafis canggih seperti grafik, diagram, tabel, alat pengukur, atau meter, yang dapat dengan mudah dibuat dengan alat antarmuka pengguna banyak. Selain itu, perbaikan dalam kemampuan presentasi komputer pribadi diperbolehkan untuk pengembangan berbagai
teknologi canggih 2D dan 3D pencitraan medis. Komputer grafis diperpanjang fungsi medis konvensional diagnostik pencitraan dalam banyak cara, misalnya, dengan menambahkan alat visual warna. Misalnya, interpretasi radiografi, yaitu gambar hitam dan putih membutuhkan banyak pelatihan, namun dengan warna, adalah mungkin untuk menyorot masalah dengan jelas. Selain itu, perbaikan dalam kemampuan presentasi komputer pribadi memungkinkan untuk pengembangan 2D canggih dan berbagai 3D teknologi pencitraan medis.
b. Multimodal Presentasi
Selain antarmuka pengguna grafis yang meningkatkan visualisasi, kontemporer komputer pribadi yang mampu menyajikan modalitas lain seperti sebagai selanjutnya sonifikasi atau hapticrendering. Multimodal kombinasi daripada komplemen termodalitas dapat sangat meningkatkan kualitas persepsi dari antarmuka pengguna. Selanjutnya sonifikasi adalah modalitas presentasi kedua yang paling penting. Hubungan antara visualisasi dan sonifikasi itu sendiri adalah masalah desain yang kompleks, karena dengan sifat pengolahan informasi kognitif. Efisiensi selanjutnya dari sonifikasi, sebagai modalitas presentasi akustik, tergantung pada modalitas presentasi lainnya. Selanjutnya sonifikasi secara efektif digunakan dalam berbagai aplikasi biomedis, misalnya, dalam instrumen virtual untuk analisis EEG.
c. Virtual dan Augmented Reality Interface
Lingkungan virtual kemungkinan besar akan mendominasi praktek medis dimasa depan. Banyak tujuan dari pengembang teknologi virtual reality sebenarnya menyerupai tujuan daripada mereka yang terlibat dalam pekerjaan instrumentasi virtual. Meskipun sistem maya kenyataannya tidak selalu melibatkan penggunaan instrumentasi virtual, mereka tetap mendorong perkembangan kondisi baru di mana dokter akan memerlukan akses ke data dalam bentuk yang berbeda secara
radikal. Kombinasi Presentasi virtual dengan objek dunia nyata menciptakan menambah kenyataan antarmuka.
2.1.5 Integrasi Fungsional
Integrasi fungsional daripada modul-modul menentukan fleksibilitas instrumen virtual. Yang paling sederhana dan cara yang paling sedikit fleksibelitasnya, adalah untuk menciptakan sebuah instrumen virtual sebagai aplikasi tunggal monolitik dengan semua modul perangkat lunak virtual instrumen logis dan fisik terintegrasi. Pendekatan ini dapat mencapai kinerja terbaik, tetapi membuat perawatan sulit dan tidak dapat dikustomisasi. Oleh karena itu, akan lebih mudah untuk menggunakan organisasi modular. Sebuah metode objek-oriented diidentifikasi sebagai pendekatan alami dalam pemodelan dan desain instrumen.
Setiap modul instrumen virtual ini kemudian diimplementasikan sebagai objek dengan antarmuka yang jelas, terintegrasi dengan obyek lain menggunakan pesan interchange. Pendekatan serupa adalah pendekatan berorientasi komponen, di mana, selain pemisahan logis dari komponen menjadi objek, mereka secara fisik ditempatkan ke dalam unit yang berbeda untuk memungkinkan penggunaan kembali (reuse). Pendekatan lain, serupa dalam ide dasar untuk pendekatan berorientasi objek, adalah paradigma kopling struktural untuk pengendali non konvensional yang mendefinisikan pendekatan berlapis untuk fungsional integrasi modul sensor. Model sensor diterapkan di banyak domain, termasuk sistem interaksi elektro fisiologi dengan sensor untuk manusia fisiologis sinyal.
Dalam model interaksi sensor, aliran data mentah dari perangkat keras penginderaan, untuk electro encephalo gram misalnya (EEG), data melewati hingga dua tingkat preprocessing sinyal sebelum itu dilewatkan ke aplikasi atau disajikan langsung ke subjek. Kedua perintah lapisan, yang opsional, memungkinkan organisasi lebih fleksibel pengolahan data dan plug-and-play
seperti integrasi mekanisme pengolahan yang kompleks menjadi solusi instrumentasi virtual.
2.2 Instrumentasi Virtual Konvensional
Adopsi yang cepat dari PC dalam 20 tahun terakhir dikatalisis revolusi dalam instrumentasi untuk pengujian, pengukuran dan otomatisasi. Satu utama pembangunan yang dihasilkan dari mana-mana PC adalah konsep virtual instrumentasi, yang menawarkan beberapa keuntungan untuk insinyur dan ilmuwan yang membutuhkan peningkatan produktivitas, akurasi, dan kinerja. Sebuah instrumen virtual terdiri dari komputer standar industri atau workstation dilengkapi dengan perangkat lunak aplikasi yang kuat, hemat biaya hardware seperti papan plug-in, dan perangkat lunak driver, yang bersama-sama melakukan fungsi instrumen tradisional. Instrumen Virtual mewakili perubahan mendasar dari sistem instrumentasi tradisional hardware berpusat sistem software yang memanfaatkan kekuatan komputasi, produktivitas, tampilan, dan konektivitas kemampuan komputer desktop populer dan workstation. Meskipun PC dan teknologi sirkuit terpadu telah mengalami kemajuan signifikan dalam dua dekade terakhir, perangkat lunak yang benar-benar menyediakan leverage untuk membangun di atas landasan hardware yang kuat untuk menciptakan instrumen maya, memberikan cara yang lebih baik untuk berinovasi, dan secara signifikan mengurangi biaya.
Dengan instrumen virtual, insinyur dan ilmuwan membangun pengukuran dan otomasi sistem yang sesuai dengan kebutuhan mereka persis (user-defined) bukan dibatasi oleh tetap tradisional-fungsi instrumen (vendor-didefinisikan). Bagian ini menjelaskan tool pemrograman yang kuat, perangkat keras akuisisi fleksibel, dan komputer pribadi, yang merupakan komponen penting untuk virtual instrumentasi. Sinergi antara mereka menawarkan keuntungan yang tidak bisa cocok dengan instrumentasi tradisional.
2.3 Instrumentasi Virtual Terdistribusi
Kemajuan di bidang telekomunikasi dan teknologi jaringan dimungkinkan fisik distribusi komponen instrumen virtual ke dalam sistem telemedical untuk memberikan informasi medis dan jasa di kejauhan. Instrumen virtual terdistribusi secara alami diintegrasikan ke dalam sistem telemedical.
2.4 PemrogramanGrafisBahasa-LabVIEW
2.4.1 Pengertian LabVIEW
LabVIEW (Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench) adalah bahasa
pemrograman grafis yang menggunakan ikon bukanbaris teks untuk membuat aplikasi. Software ini digunakan khusus untuk pemrosesan dan visualisasi data dalam bidang akuisisi data, kendali dan instrumentasi, serta otomatisasi industri. Berbeda dengan bahasa pemrograman berbasis teks, di mana petunjuk menentukan eksekusi program. LabVIEW menggunakan dataflow pemrograman, di mana aliran data menentukan eksekusi.
LabVIEW adalah berorientasi objek grafis bahasa komputer yang
dikembangkan untuk memfasilitasi perangkat keras dan perangkat lunak. Komunikasi LabVIEW adalah bahasa komputer yang lengkap yang dapat digunakan seperti Basic, FORTRAN, atau C. Dalam LabVIEW kita bisa untuk menciptakan instrumentasi virtual yang estetis tampak seperti instrumentasi nyata tetapi dikendalikan oleh program komputer yang canggih. Ada beberapa tingkatan instrumentasi virtual akuisisi data yang membuatnya mudah untuk mengontrol aliran data, dan pemrosesan sinyal banyak dan algoritma analisis datang dengan perangkat lunak sebagai instrumentasi virtual premade. Di dalam kelas, kesamaan antara instrumen virtual dan nyata membantu mahasiswa memahami bagaimana informasi dilewatkan antara komputer dan instrumen terpasang. Perangkat lunak
ini dapat digunakan dalam ketiadaan hardware sehingga mahasiswa dapat bekerja di rumah maupun di kelas.
LabVIEW dapat digunakan untuk mengontrol aliran data antara komputer
dan instrumen, memiliki banyak fitur penting untuk pemrosesan sinyal dan analisis, dan membantu mahasiswa untuk mudah dan cepat mengerti bagaimana instrumen virtual dapat digunakan di tempat instrumentasi fisik. Pengembangan komputer pribadi dan workstation yang kuat telah mengubah cara fisikawan, insinyur dan ilmuwan lainnya bekerja.
Peningkatan kecepatan pemrosesan dan memori yang tersedia telah menyebabkan pengembangan program yang sangat canggih yang melakukan perhitungan yang rumit dan menangani data set yang besar. Pemrosesan sinyal elektronik sekarang bisa sering digantikan oleh pemrosesan komputer digital. Windows dan antarmuka pengguna grafis telah memungkinkan bagi komputer untuk melakukan tugas secara bersamaan dan telah membuat lebih mudah bagi para ilmuwan untuk menganalisa dan menampilkan data serta untuk menulis makalah, mengelola referensi, dan sebagainya. Meskipun perangkat lunak komputer antarmuka telah mengambil keuntungan dari proses lebih cepat, pengembangan bahasa user-friendly untuk mesin mengintegrasikan dan komputer berjalan lambat. Integrasi perangkat lunak komputer antarmuka ke dalam kurikulum telah lambat diam.
LabVIEW menawarkan pendekatan, kuat secara luas berlaku untuk interfacing yang menggunakan pemrograman berorientasi obyek dan konsep
"instrumen virtual" (IV) dan dengan pendekatan ini dapat digunakan di kelas dan laboratorium penelitian. Diskusi ini berfokus pada LabVIEW, sebuah bahasa komputer yang dikembangkan oleh National Instruments - untuk antarmuka komputer melalui alat akuisisi data mereka, yang dapat dibeli secara terpisah. National Instruments bukanlah satu-satunya perusahaan untuk mengambil rute ini, namun LabVIEW mungkin adalah perangkat lunak yang paling umum digunakan
jenis ini, tersedia untuk berbagai sistem komputer, adalah bahasa yang lengkap, dan user friendly.
Dalam LabVIEW, sebuah antarmuka pengguna dengan satu set alat dan benda dapat disesuaikan. User interface dikenal sebagai panel depan. Pengguna kemudian menambahkan kode menggunakan grafis representasi dari fungsi untuk mengontrol panel depan benda. Diagram blok berisi kode ini. Di beberapa cara, diagram blok menyerupai diagram alur.
Dalam LabVIEW, node didefinisikan sebagai objek pada diagram yang memiliki input dan atau output dan melakukan operasi pada saat instrumentasi virtual yang berjalan. Node akan mulai dijalankan sebagai selama input data yang diperlukan menjadi efektif. Demikian memfasilitasi instrumentasi virtual untuk menjalankan berdampingan dan alami mengoptimalkan komputasi proses kinerja.
Sebagai bagian penting dari LabVIEW, subVI akan membuat seluruh proses lebih jelas, lebih-tingkat yang berbeda dan lebih dibaca. Sebuah instrumentasi virtual dipanggil dari diagram blokla ininstrumentasi virtual disebut subIVa. Sebuah node subIV sesuai dengan subroutine panggilan dalam teks berbasis bahasa pemrograman.
2.4.2 Menciptakan Instrumentasi Virtual menggunakan LabVIEW
LabVIEW merupakan bagian integral dari instrumentasi virtual karena memberikan kemudahan menggunakan lingkungan pengembangan aplikasi yang dirancang khusus dengan kebutuhan insinyur dan ilmuwan dalam pikiran.
LabVIEW menawarkan fitur canggih yang membuatnya mudah untuk terhubung
ke berbagai perangkat keras dan software lainnya. Pemrograman grafis LabVIEW adalah salah satu fitur yang paling kuat yang menawarkan insinyur dan ilmuwan.
Dengan LabVIEW, pengguna dapat merancang kustom instrumen maya dengan menciptakan antarmuka pengguna grafis pada layar komputer yang melaluinya orang dapat :
- Mengoperasikan program instrumentasi - Kontrol hardware yang dipilih
- Menganalisis data yang diperoleh - Display results
Pengguna dapat menyesuaikan panel depan dengan tombol-tombol, tombol, cepat, dan grafik untuk meniru panel kontrol instrumen tradisional, membuat panel pengujian kustom,atau visual mewakili kontrol dan operasi proses. Kesamaanantara flow chart standar dan program grafis memperpendek pembelajaran kurva terkait dengan bahasa berbasis teks tradisional. Pengguna dapat menentukan perilaku instrumen virtual dengan menghubungkan ikon sama untuk menciptakan diagram blok dan panel depan seperti ditunjukkan pada gambar 2.2.
Gambar 2.2 Panel depan LabVIEW dan diagram blok
Diagram ini menggambarkan notasi desain alami bagi para ilmuwan dan insinyur. Dengan program grafis, pengguna dapat mengembangkan sistem lebih cepat dibandingkan dengan bahasa pemrograman konvensional, sementara tetap
mempertahankan daya dan fleksibilitas yang diperlukan untuk menciptakan berbagai aplikasi. Setiap Virtual Instrument (VI) menggunakan fungsi-fungsi yang menggerakkan masukan dari pemakai antarmuka atau sumber lain dan menampilkan informasi itu atau memindahkannya ke file lain atau ke komputer lain. VI berisi tiga komponen sebagai berikut :
a. Panel muka (front panel), yang melayani antarmuka pengguna. Front panel merupakan interface antar pengguna (user) dengan program. Di dalam front panel terdapat kontrol (input) dan indikator (output) yang dikenal dengan
Control Pallete. Kontrol pada front panel dapat berupa knop, tombol, dial, dan
lainnya. Sedangkan untuk indikator (output) dapat berupa LED, grafik, dan tampilan lainnya. Kontrol menirukan input instrumen dan menyuplai data ke diagram blok pada VI yang bersangkutan. Indikator menirukan instrumen keluaran dan menampilkan data. Untuk menampilkan Control Pallete maka pada Front panel dapat diaktifkan View >> Control Pallete.
b. Diagram blok, berisi kode sumber grafis yang menggambarkan fungsi-fungsi
VI. Setelah membangun panel muka, perlu menambahkan kode menggunakan
grafis yang mewakili fungsi untuk mengendalikan objek - objek panel muka. Blok diagram berisi source kode grafis ini. Objek –objek panel muka tampak seperti terminal pada diagram blok. Virtual Instrumen menunjukkan beberapa objek diagram blok seperti terminal – terminal, fungsi –fungsi dan alur. Pada diagram blok terdapat Function Pallete, yang menyediakan visible items untuk membentuk suatu program. Jika tidak tertampil pada diagram blok windows maka dapat diaktifkan melalui Window >> Show Functions Pallete, atau klik kanan area pada diagram window.
2.4.3 Data Akuisisi dalam LabVIEW
LabVIEW sangat kuat untuk menciptakan aplikasi data akuisisi. LabVIEW
mengkonfigurasi, memperoleh data dan mengirim data ke perangkat data akuisisi. Seringkali, satu perangkat dapat melakukan berbagai fungsi, seperti konversi analog-ke-digital (A /D), konversi digital-ke-analog (D /A), digital I/O, dan
counter/timeroperasi.
Setiap perangkat mendukung data akuisis yang berbeda dan kecepatan sinyal generasi. Juga, setiap perangkat data akuisisi dirancang untuk perangkat keras tertentu, platform dan sistem operasi. National Instrumentation, penemu LabVIEW, juga membuat perangkat data akuisisi, sehingga integrasi dengan perangkat data akuisisi dari NI dan software LabVIEW membuatnya mudah untuk melakukan operasi I/O dari lingkungan LabVIEW. Tujuan dari akuisisi data untuk mengukur suatu fenomena listrik atau fisik seperti tegangan, arus, tekanan suara, atau temperatur.
PC-berbasis akuisisi data menggunakan kombinasi hardware modular, aplikasi perangkat lunak, dan komputer untuk melakukan pengukuran. Meskipun setiap sistem akuisisi data didefinisikan oleh persyaratan aplikasinya, setiap sistem saham mempunyai tujuan bersama untuk memperoleh, menganalisis, dan penyajian informasi. Sistem akuisisi data menggabungkan sinyal, sensor, aktuator, pengkondisian sinyal, perangkat akuisisi data, dan aplikasi perangkat lunak. Jadi kesimpulannya, Data Acquisition (DAQ) adalah proses mendapatkan sinyal dari nyata-fenomena dunia, digitalisasi sinyal serta menganalisa, menyajikan dan menyimpan data.
2.5 Sound Card
Sound Card adalah suatu perangkat keras komputer yang digunakan untuk
mengeluarkan suara dan merekam suara. Pada awalnya, Sound Card hanyalah sebagai pelengkap dari komputer. Sound card merupakan periferal yang terhubung ke slot ISA atau PCI pada motherboard, yang memungkinkan komputer untuk memasukkan input, memproses dan menghantarkan data berupa suara. Salah satu
komponen multimedia yang tentu saja berperan adalah sound card atau kartu suara. Disebut demikian karena perangkat yang berbentuk sebuah lempengan PCB ini mampu mengolah dan menghasilkan suara.
Sebuah sound card memiliki output yang harus terhubung ke spiker. Sound card, juga sering disebut audio card, adalah periferal yang terhubung ke slot ISA atau PCI pada motherboard, yang memungkinkan komputer untuk memasukkan input, memproses dan menghantarkan data berupa suara. Seperti halnya VGA card, sound card pun memiliki beragam bentuk, macam dan jenis. Sound card memiliki empat fungsi utama, yaitu sebagai synthesizer, sebagai MIDI interface, pengonversi data analog ke digital (misalnya merekam suara dari mikrofon) dan pengonversi data digital ke bentuk analog (misalnya saat memproduksi suara dari spiker). Sedangkan cara pengangkutan suara biasanya menggunakan tiga cara, yaitu melalui teknologi frequency modulation (FM), wavetable, dan model fisik. Sintesa lewat FM adalah cara yang paling efektif untuk menghasilkan suara yang jernih, meski mahal. Suara disimulasikan dengan menggunakan bilangan algoritma untuk menghasilkan sine wave, alias gelombang yang lentur sehingga menghasilkan suara yang mirip suara sumber aslinya. Misalnya, suara denting gitar akan disimulasikan dan hasilnya akan mendekati suara asli. Cara wavetable adalah merekam suara yang tersimpan pada chip kartu suara, dan meneruskannya ke spiker. Sedangkan synthesizing secara fisik berarti suara disimulasikan melalui prosedur programming yang kompleks.
Soundcard digunakan untuk mengukur sinyal-sinyal yang rentang
frekuensinya memang dapat ditanggap oleh soundcard. Penggunaan soundcard untuk membaca sinyal-sinyal di luar rentang tanggapan soundcard, yaitu sinyal DC atau sinyal-sinyal yang berfrekuensi sangat rendah tidak dijumpai dalam studi literatur yang dilakukan, tetapi dasar-dasar teori yang menunjukan kemampuan
soundcard untuk itu banyak dijumpai dalam literatur.
Untuk dapat membaca level DC, yaitu sinyal yang rentang frekuensinya berada di luar tanggapan frekuensi soundcard, maka sinyal DC yang akan dibaca
harus diubah sehingga dapat ditanggapi oleh soundcard, dan ini dilakukan dengan teknik modulasi. Analisis Fourier dari sinyal termodulasi memberikan efek penggeseran spektrum frekuensi, sama seperti ditunjukkan oleh hasil analisis trigonometri. Penggeseran spektrum frekuensi ini penting karena soundcard dirancang untuk frekuensi audio.
2.6 Konversi Analog-to Digital (A/D)
Suatu sinyal analog diubah menjadi sinyal digital melalui rangkaian
converter-to-digital converter (ADC). Converter A/D sudah direalisasikan dalam suatu piranti
IC (integrated circuit). Keluaran dari ADC berupa suatu kode biner yang nilainya bersesuaian dengan level kuantisasi dari sinyal analog yang dicuplik pada waktu tertentu (Ts). Pada ADC, sinyal analog tersebut diproses melalui tiga proses, yaitu sampling, kuantisasi dan pengkodean. Dari gambar 2.3 dapat dijelaskan konversia analog secara konsepsi, konversi analog ke digital dapat dijelaskan :
Gambar 2.3 Bagian dasar konverter analog ke digital
- Pencuplikan adalah konversi suatu sinyal kontinu menjadi suatu sinyal waktu diskrit yang diperoleh dengan mengambil “cuplikan” sinyal waktu kontinu pada saat waktu diskrit. Jadi Xa(t) adalah masukan dari cuplikan dan keluarannya adalah Xa(nT) = x(n) dengan T yang dinamakan selang pencuplikan.
- Kuantisasi adalah konversi sinyal yang bernilai kontinu, waktu diskrit menjadi sinyal digital bernilai diskrit
- Pengkodean adalah setiap nilai diskrit Xq(n) digambarkan dengan suatu barisan biner.
2.7 Sampling Rate
Sampling rate atau sampling frekuensi adalah sinyal audio yang diambil dalam satu detik ketika melakukan rekaman suara. Semakin tinggi nilai sample rate ini kualititas audio dimainkan semakin baik. Agar diperoleh suara digital yang bagus maka suara analog harus disampling sekitar 2 kali lipat frekuensinya. Karena frekuensi tertinggi suara sekita 20 kHz, maka sampling yang terbaik harusalah minimal 44.100 sample/detik (kualitas CD).
Tabel 2.1 Perbandingan tingkat kualitas suara berdasarkan sample ratenya Sample rate (Hz) Tingkat kualitas Kisaran Frekuensi (Hz)
11.025 Kurang dari radio AM 0–5,512
22.050 Mendekati radio FM 0–11.025
32.000 Lebih baik dari radio FM 0–6.000
44.100 CD 0–22.000
48.000 DAT 0–24.000
96.000 DVD 0–48.000
2.8 Frekuensi dan Amplitudo
Ada dua elemen yang terukur alam gelombang suara, yaitu frekuensi dan amplitudo. Frekuensi adalah jumlah tingkat gerakan ke atas dan kebawah (siklus) atau jumlah panjang gelombang yang terjadi perdetik. Amplitudo mendefenisikan keras lemahnya atau tinggi rendahnya suatu gelombang. Amplitudo dibatasi oleh volume dan sound pressure level (SPL). Semakin tinggi suatu tekanan makan akan semakin halus kerasnya suara. Level ini dibatasi oleh pengukuran logaritmik yang disebut decibel.
