BAB 3 SISTEM PERANCANGAN

(1)

Universitas Sumatera Utara

BAB 3 SISTEM PERANCANGAN

3.1 Diagram Blok Rangkaian

Dalam bab ini akan dibahas mengenai perancangan dan pembuatan perangkat keras serta perangkat lunak pendukungnya. Rangkaian yang digunakan terdiri dari vibration sensor, jumper dan arduino uno. Perancangan dan pembuatan rangkaian vibration sensor beserta pendukungnya.

Ketika ada getaran maka sensor vibrasi yang telah terhubung dengan Arduino UNO akan menampilkan nilai getaran berupa nilai Acccelerometer pada sudut X yang nantina akan ditampilkan di PC. Alat ini juga berfungsi untuk menghitung kecepata dari getaran yang dihasilkan Accelerometer.

Vibration Sensor (GY-521) Vibration Sensor (GY-521) A R D U I N O U N O R3 ATMEGA 328P A R D U I N O U N O R3 ATMEGA 328P Interface PC Interface PC I2C Input

Gambar 3.1 Blok diagram

Fungsi Tiap Blok :

1. Blok Vibration Sensor : Sebagai pengukur percepatan getaran dari mems

2. Blok Arduino UNO R3 : Mengolah data dari sensor

3. Blok Interface PC :Sebagai media untuk melihat data yang telah di

diolah dari sensor

(2)

32

Universitas Sumatera Utara 3.2 Flowchart

Integrator percepatan (Kecepatan X)

Dapatkan data MEMS accelerometer X Dapatkan data MEMS

accelerometer X MULAI MULAI INISIALISASI INISIALISASI Amplitudo Kecepatan X vX > maksvX maksvX = vX Amplitudo Kecepatan X vX > maksvX maksvX = vX YA Cetak maksvX = vX Cetak maksvX = vX Data ke-n (nvx) Kecepatan X nvx == 0 && nvs == 0 nvs++ Data ke-n (nvx) Kecepatan X nvx == 0 && nvs == 0 nvs++ YA Cetak nvx = 0 Cetak nvx = 0 Data ke-n (nvx) Kecepatan X nvx == 0 && nvs == 0 nvx++ Data ke-n (nvx) Kecepatan X nvx == 0 && nvs == 0 nvx++ YA Cetak nvx ++ Cetak nvx ++ Amplitudo Kecepatan X vX > maksvX maksvX = abs (vX) Amplitudo Kecepatan X vX > maksvX maksvX = abs (vX) YA Cetak maksvX = abs(vX) Cetak maksvX = abs(vX) TIDAK TIDAK TIDAK SELESAI SELESAI ULANGI TIDAK LOOP SELESAI ? LOOP SELESAI ? YA TIDAK

Gambar 3.2 Diagram rangkaian program

(3)

33

Berikut ini merupakan penjelasan dari gambar 3.2 diagram rangkaian diatas :

1. Program ini dirancang untuk menginisialisasi setiap port yang digunakan, inisialisasi port ini berfungsi untuk mengatur pin-pin input dan output Arduino yang digunakan dalam rangkaian.

2. Baca Sensor Getaran dengan menggunakan protocol I2C.

3. Baca nilai percepatan dari MEMS Accelerometer di sudut X. dari nilai Accelerometer yang telah didapat diambil sebanyak 500 data.

4. Dihitung nilai Amplitudo Acceleration di X, jika ax > maksaX maka maksaX = ax tapi jika -ax > maksaX maka maksaX = abs (ax).

5. Cari data ke-n mulai dari Accelerometer positif dan berhenti ketika Accelerometer bernilai negative untuk menghitung panjang ½ gelombang. Program akan mulai menghitung dimulai ketika Acceleration bernilai positif (ncx == 0) dan berhenti ketika bernilai negative (ncs == 0). Ketika Acceleration bernilai positif maka jumlah ncx yang bernilai positif akan dihitung sedangkan ketika nilainya negaif makan ncx yang ditampilkan bernilai 0.

6. Cari Kecepatan dengan cara menghitung integrator dari percepatan (Acceleration). 7. Dihitung nilai Amplitudo Kecepatan di X, jika vX > maksvX maka maksvX = vX

tapi jika -vX > maksvX maka maksvX = abs (vX).

8. Cari data ke-n mulai dari Kecepatan yang bernilai positif dan berhenti ketika Kecepatan bernilai negative untuk menghitung panjang ½ gelombang. Program akan mulai menghitung dimulai ketika Kecepatan bernilai positif (nvx == 0) dan berhenti ketika bernilai negative (nvs == 0). Ketika Kecepatan bernilai positif maka jumlah nvx yang bernilai positif akan dihitung sedangkan ketika nilainya negaif makan nvx yang ditampilkan bernilai 0.

9. Setelah program dan pengiriman data dilakukan maka program akan diulangi kembali (3-8).

10. Selesai.

(4)

34

Universitas Sumatera Utara 3.3 Skematik Perancangan Accelerometer dengan Arduino UNO R3

Konfigurasi pin pada Arduino UNO R3 ATMEGA 328P dan sensor vibrasi GY-521 dapat dilihat pada gambar dibawah ini :

Gambar 3.3 Konfigurasi Pin pada Arduino UNO dan GY-521

Merakit rangkaian antara board Arduino dan Sensor GY-521 :

(hubungkan berdasarkan pin yang disebutkan pada point-point dibawah) • Pin VCC (GY-521) ke pin 5 V (Arduino).

• Pin GND (GY-521) ke pin GND (Arduino).

• Pin SCL (GY-521) ke pin A5 (SCL pada Arduino)*. • Pin SDA (GY-521) ke pin A4 (SDA pada Arduino)*. • Pin INT (GY-521) ke pin D2 (Arduino).

(5)

35

Universitas Sumatera Utara 3.4 Skematik Perancangan Sistem Keseluruhan

Gambar 3.4 Rangkaian Sistem Keseluruhan

Pada kondisi terguncang sensor getaran akan berfungsi untuk menghitung percepatan, kecepatan dan Amplitudo. Data yang dikirimkan berupa data percepatan dengan nilai integer, sensor rmodul accelerometer MPU-6050 menggunakan jalur

komunikasi data I2C ( Inter Integrated Circuit ).

(6)

36

CLKIN AUX_DA AUX_CL VLOGIC AD0 REGOUT FSYNC INT CPOUT SDA SCL CLKOUT RESV RESV GND VND IC1 MPU6050 SDA SCL VCC_3.3V C102 0.1µf 24 23 22 21 20 19 18 13 C14 2200µf R5 4.7K R4 4.7K 1 6 8 9 10 11 XDA XCL AD0 INT 7 12 VCC_3.3V C13 0.1µf C11 0.01µf VCC_3.3V en 3.3L DO I GND O _by VC C_ 3.3 V 5 4 1 2 C3 4. 7µf C10 10µf 0.1 µf C12 Q2 R20 1 1K LE D D1 VC C_ 5V en 1 2 3 4 1 2 3 4 VC C_ 5V J2 CO N2 J1 CO N1 SDA SCL XDA XCL AD0 IN T R6 4. 7 K 3

Gambar 3.5 Rangkaian Skematik Arduino UNO dan GY 521

(7)

BAB 4 PENGUJIAN DAN ANALISIS

4.1 Pengujian Arduino

Tujuan pengujian ini untuk mengetahui apakah Arduino UNO bisa bekerja atau tidak. Pengujian ini dilakukan dengan memprogram ke Arduino UNO dengan menggunakan perintah Blink Tes. Jika lampu LED pada mikrokontroller berkelip maka mikrokontroller sudah dapat digunakan dan berfungsi dengan baik. Apabila Blink Tes berhasil, dapat dilihat dari gambar 4.1 dibawah ini :

Gambar 4.1 Blink Tes

(8)

38

4.2 Pengujian MEMS Accelerometer MPU-6050

Tujuan pengujian ini untuk mengetahui apakah Sensr Vibrasi GY 521 yang didalamnya terdapat MEMS Accelerometer MPU-6050 sudah terkoneksi atau tidak. Pengujian ini dilakukan dengan memprogram ke Arduino UNO dengan memprogram MPU-6050 ke Arduino UNO. Jika mems sudah terkoneksi maka pada output akan ditampilkan bahwa MPU-6050 ON dan jika tidak akan ditampilkan MPU-6050 OFF. Tes koneksi akan ditampilkan pada gambar 4.2 seperti berikut :

Gambar 4.2 Test koneksi MPU-6050 dan nilai Acceleration

(9)

39 4.3 Pengujian Sistem Keseluruhan

Pengujian sistem dilakukan dengan cara memprogram sistem kemudian di upload. Apabila program yang di upload berhasil maka diprogram langsung ke arduino. Pengujian Sistem tersebut adalah sebagai berikut:

Gambar 4.3 Nilai Accelerometer X dan Kecepatan X

(10)

40

Gambar 4.4 Nilai Amplitudo dan Data ke-n

(11)

41

Pengujian keseluruhan ini dilakukan dengan 3x data pengujian sebagai berikut : I. Pengujian I dilakukan ketika adanya getaran Handphone disekitar sistem. Berikut

data yang diambil dari pengujian ini :

(data rinci ditampilkan pada lampiran hal. 56 )

Gambar 4.5 Data pengujian I

Gambar 4.6 Grafik hubungan vX-vs-ax dari pengujian I -1500 -1000 -500 0 500 1000 1 ₂₅ ₄₉ ₇₃ ₉₇ 121 145 169 193 217 241 265 289 313 337 361 385 409 433 457 481

Grafik

vX-vs-ax

ax vX

(12)

42 Analisa Data :

 Untuk besaran Amplitudo dari Kecepatan, data yang diambil dari

vX[139] sampai dengan vX[143]. (terdapat data pada lampiran hal. 56 ) A(vx) = (788 + 756 + 760 + 692 + 780) / 5

= 3776 / 5 = 755,2

 Untuk nilai frekuensi diambil dari rentang data vX[63] sampai dengan

vX[230].

(keterangan gambar 4.6 data dapat dilihat pada lampiran hal.54-58 )

Ts = 0,01 sekon N = 168 data Maka, f1 = 1 2 𝑥 𝑇𝑠 𝑥 𝑁 = 1 2 𝑥 0,01 𝑥 168 = 1 3.36 = 0,297 Hz

II. Pengujian II dilakukan ketika adanya getaran Aerator disekitar sistem. Berikut data yang diambil dari pengujian ini :

(data rinci ditampilkan pada lampiran hal.58-59 )

Gambar 4.7 Data pengujian II

(13)

43

Gambar 4.8 Grafik hubungan vX-vs-ax dari pengujian II

Analisa Data :

 Untuk besaran Amplitudo dari Kecepatan, data yang diambil dari

vX[237] sampai dengan vX[251] (terdapat data pada lampiran hal.58-59 )

A(vx) = (452 + 456 + 440 + 376 + 388 + 292 + 256 + 352 + 368 + 340 + 300 + 344 + 344 + 400 + 400) / 15

= 5508 / 15 = 367,2

vX[261].

(keterangan gambar 4.8 data dapat dilihat pada lampiran hal.58-59)

Ts = 0,01 sekon N = 39 data Maka, f2 = 1 2 𝑥 𝑇𝑠 𝑥 𝑁 = 1 2 𝑥 0,01 𝑥 39 = 1 0,78 = 1,282 Hz -1000 -800 -600 -400 -200 0 200 400 600 800 1 ₂₅ ₄₉ ₇₃ ₉₇ 121 145 169 193 217 241 265 289 313 337 361 385 409 433 457 481

Grafik

vX-vs-ax

ax vX

(14)

44

III. Pengujian III dilakukan ketika adanya getaran Kipas disekitar system. Berikut data yang diambil dari pengujian ini:

(data rinci ditampilkan pada lampiran hal.55 )

Gambar 4.9 Data pengujian III

Gambar 4.10 Grafik hubungan vX-vs-ax dari pengujian III -1000 -800 -600 -400 -200 0 200 400 600 800 1 ₂₅ ₄₉ ₇₃ ₉₇ 121 145 169 193 217 241 265 289 313 337 361 385 409 433 457 481

Grafik

vX-vs-ax

ax vX

(15)

45 Analisa Data :

 Untuk nilai besaran Amplitudo dari Kecepatan, data yang diambil dari

vX[79] sampai dengan vX[89] (terdapat data pada lampiran hal.55)

A(vx) = (528+528+468+376+448+428+488+412+452+500++536)/10 = 5164 / 10

= 516,4

vX[106].

(keterangan gambar 4.10 data dapat dilihat pada lampiran hal.54-55)

Ts = 0,01 sekon N = 39 data Maka, f3 = 1 2 𝑥 𝑇𝑠 𝑥 𝑁 = 1 2 𝑥 0,01 𝑥 39 = 1 0,78 = 1,282 Hz

(16)

Universitas Sumatera Utara 46

BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Dalam perancangan dan pembuatan perangkat simulasi untuk mendeteksi akan terjadinya gempa dapat diperoleh beberapa kesimpulan yang bisa digunakan sebagai pertimbangan kedepan,yaitu antara lain:

1. Sensor Vibrasi (Vibration Sensor) mampu merepresentasikan gejala seismik, dan mengukur getaran tanah sehingga dipakai seismometer dimana pada pengujian I besaran amplitude sebesar 755.2, pengujian II dengan besaran amplitude sebesar 367.2, pengujian III dengan besaran amplitude sebesar 367.2 berdasarkan data digital pembacaan sensor yang didapat.

2. Sistem deteksi gempa bumi berbasis vibration sensor dan mikrokontroler ini mampu mendeteksi frekuensi rendah ( 0.1 Hz – 10 Hz ) dimana pada pengujian I didapat nilai frekuensinya sebesar 0,297 Hz, pengujian II dengan nilai frekuensi sebesar 0,297 Hz, Pengujian III dengan nilai frekuensi sebesar 1,282 Hz. Nilai ini adalah skala pengukuran frekuensi rendah.

5.2 Saran

Setelah melakukan penulisan ini diperoleh beberapa hal yang dapat dijadikan saran untuk dapat dilakukan perancangan lebih lanjut, yaitu:

1. Agar dilakukan peningkatan kemampuan pada alat ini, seperti filter noise dan anti wind-up integrator.

2. Untuk dimasa yang akan datang, agar alat ini dapat diuji di meja getar.