RANCANG BANGUN PENDETEKSI OTOMATIS
KETINGGIAN PERMUKAAN AIR BERBASIS SENSOR
MEDAN MAGNET UGN3503
CHRISS LEOWARDY SITUMORANG
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Rancang Bangun Pendeteksi Otomatis Ketinggian Permukaan Air Berbasis Sensor Medan Magnet UGN3503 adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut Pertanian Bogor.
Bogor, September 2013
Chriss Leowardy S
ABSTRAK
CHRISS LEOWARDY SITUMORANG. Rancang Bangun Pendeteksi Otomatis Ketinggian Permukaan Air Berbasis Sensor Medan Magnet UGN3505. Dibimbing oleh Drs. M. NUR INDRO, M.Sc dan HERIYANTO SYAFUTRA, S.Si, M.Si.
Pada penelitian ini telah dilakukan pembuatan alat pendeteksi otomatis ketinggian permukaan air dengan sensor UGN3505 sebagai detektor perubahan tinggi muka air. Sensor UGN3505 merupakan sensor efek hall yang bekerja berdasarkan besar medan magnet yang mengenai permukaannya. Tegangan keluaran yang dihasilkan oleh sensor tanpa pengaruh medan magnet sebesar 2.525 volt, Tegangan keluaran ini berbeda 0.025 dari yang seharusnya yaitu 2.50 volt. Hal ini menunjukan bahwa sensor tidak benar-benar bebas dari sumber medan magnet, masih ada pengaruh dari medan magnet bumi terhadap sensor. Tegangan keluaran sensor akan meningkat, dengan meningkatnya medan magnet yang mengenai permukaan sensor. Sebagai pusat pengolahan data alat, digunakan mikrokontroler ATMega16. Input pada mikrokontroler adalah perubahan nilai tegangan keluaran sensor yang diubah menjadi data digital (ADC internal ATMega16) akibat perubahan medan magnet. Data digital yang dibaca oleh mikrokontroler akan diolah dan ditampilkan dalam pada LCD 16x2, indikator LED dan buzzer. Program alat dibuat menggunakan software CVAVR dengan bahasa C++.
Kata kunci : ADC, ATMega16, CVAVR, efek hall, medan magnet, Sensor UGN3505
ABSTRACT
CHRISS LEOWARDY SITUMORANG. Design and Build Automatic Detector of Water Level Based Magnetic Field Sensor UGN3505. Supervised by
Drs. M. NUR INDRO, M.Sc and HERIYANTO SYAFUTRA, S.Si, M.Si. An automatic detector of water level with sensor UGN3505 as detector of changes water level has been successfully be made for this research. Sensor UGN3505 is a hall effect sensor which works based on the large magnetic fields on the surface. The output voltage generated by the sensor without the influence of a magnetic field is 2,525 volts, the output voltage is different than it should be 0.025 volts is 2.50. This shows that the sensor is not completely free from magnetic field sources, there is still the effect of the Earth's magnetic field to the sensor. Sensor output voltage will increase, with increasing magnetic field on the surface of the sensor. As the central data processing equipment, used microcontroller ATmega16. The input of microcontroller is the changes output voltage of sensor than has been converted into digital data (internal ADC ATmega16) caused the changes of magnetic field. The digital data are readable by microcontroller be processed and displayed in the 16x2 LCD, LED indicator and buzzer. Programs created using software tools CVAVR with C + + language.
Skripsi
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains pada
Departemen Fisika
RANCANG BANGUN PENDETEKSI OTOMATIS
KETINGGIAN PERMUKAAN AIR BERBASIS SENSOR
MEDAN MAGNET UGN3503
CHRISS LEOWARDY SITUMORANG
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
Judul Skripsi : Rancang Bangun Pendeteksi Otomatis Ketinggian Permukaan Air Berbasis Sensor Medan Magnet UGN3503
Nama : Chriss Leowardy Situmorang NIM : G74090036
Disetujui oleh
Drs. M. N. Indro, M.Sc
Pembimbing I
Heriyanto Syafutra, S.Si, M.Si
Pembimbing II
Diketahui
Dr. Akhiruddin Maddu, M.Si
Ketua Departemen Fisika
Tanggal Lulus:
PRAKATA
Puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa karena berkat dan kasih karunia yang diberikan-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penelitian yang
berjudul “Rancang Bangun Pendeteksi Otomatis Ketinggian Permukaan Air Berbasis Sensor Medan Magnet UGN3503” sebagai salah satu syarat kelulusan program sarjana di Departemen Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor.
Selama penyelesaian penelitian ini tidak terlepas dari bantuan berbagai pihak, oleh karena itu penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada :
1. Bapak Drs. Moh. Nur Indro, M.Sc selaku dosen pembimbing akademik dan pembimbing skripsi
2. Bapak Heriyanto Syafutra selaku dosen pembimbing skripsi serta semua dosen dan staff Departemen Fisika IPB
3. Kedua orang tua, adik dan semua keluarga besar yang selalu memberikan doa, nasehat, semangat dan motivasi kepada penulis. 4. Atin Arie Anggraeni yang selalu memberi motivasi, bantuan dan
dukungan kepada penulis
5. Teman-teman seperjuangan dibagian fisika instrumen Rian Maryanto, Rady P, Anugrah Permana P S, Niken Tri H atas bantuan serta dukungannya.
6. Teman-teman fisika angkatan 46 dan kakak-kakak fisika angkatan 45 yang selalu memberikan semangat dan motivasi kepada penulis. Penulis menyadari bahwa tulisan ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu, kritik dan saran sebagai bahan masukan yang membangun sangat diharapkan penulis guna memperbaiki penelitian dan tulisan ini. Semoga damai sejahtera dan kasih karunia Tuhan Yang Maha Esa selalu menyertai kita semua. Amin.
Bogor, September 2013
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL vii
DAFTAR GAMBAR vii
DAFTAR LAMPIRAN viii
PENDAHULUAN 1
Latar Belakang 1
Perumusan Masalah 1
Tujuan Penelitian 2
Hipotesis 2
TINJAUAN PUSTAKA 2
Pengukuran Tinggi Permukaan Air 2
Sensor Medan Magnet 3
Mikrokontroler ATMega 8535 3
Medan Magnet 3
Efek Hall 4
METODE 5
Waktu dan Tempat Penelitian 5
Alat dan Bahan 5
Metode Penelitian 5 Karakterisasi Magnet Neodymium 5
Perancangan dan Perakitan Rangkaian Elektronik 5
Karakterisasi Sensor Medan Magnet UGN3503 7 Perancangan dan Perakitan Mekanik Alat Pengukur 7
Pemograman Mikrokontroler ATMega8535 8
Kalibrasi dan Pengujian alat 8
Hasil Karakterisasi Magnet Nedymium 11
Rangkaian Regulator 11
Rangkaian Tapis Bawah 12
Hasil Karakterisasi Sensor UGN3503 13
Mekanik Alat 17
Program CVAVR Alat 18
Hasil Pengujian Alat 21
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan 23
Saran 23
DAFTAR PUSTAKA 24
DAFTAR TABEL
1 Tabel 1 Pengelompokan hasil uji sensor menggunakan rangkaian
tapis bawah dan penghalang penggaris mika 17
4 Rangkaian regulator pada software proteus 7.0. 6 5 Rangkaian tapis bawah pada software proteus 7.0. 7 6 Desain alat pengukur ketinggian permukaan air 9
7 Diagram alir kerja alat 9
8 Diagram alir penelitian 10
9 Grafik karakterisasi magnet balok neodymium 11
10 Regulator 5 volt dan 9 volt 12
11 Rangkaian sensor setelah menggunakan tapis bawah 13 12 Grafik uji sensor UGN3505 tanpa rangkaian tapis menggunakan
kutub selatan magnet 14
13 Grafik uji sensor UGN3505 tanpa rangkaian tapis menggunakan
kutub utara magnet 14
14 Grafik uji sensor UGN3505 dengan adanya penghalang menggunakan
kutub selatan magnet 16
15 Grafik uji sensor UGN3505 dengan adanya penghalang menggunakan
kutub utara magnet 16
16 (a) alat pengukur ketinggian permukaan air, (b) Sensor pada sekat alat 18
17 Diagram program secara umum 20
18 Grafik hasil pengukuran manual dan alat terhadap ketinggian
permukaan air 22
DAFTAR LAMPIRAN
1 Lampiran 1 26
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Bencana banjir yang melanda beberapa wilayah di Indonesia setiap tahunnya menyebabkan kerugian yang cukup besar. Banjir yang terkadang datang di malam hari disaat warga sedang tertidur lelap membuat warga tidak bisa siaga ketika bencana datang.1 Pada beberapa wilayah, banjir disebabkan oleh meluapnya air waduk. Hal ini terjadi karena kurang cepatnya penjaga waduk memperoleh informasi ketinggian air di waduk tersebut. Begitu pula bagi masyarakat yang tinggal di dekat sungai atau waduk, informasi mengenai ketinggian air sungai tidak bisa diperoleh secara terus menerus. Tentu saja ini membuat warga tidak siap siaga dalam menghadapi banjir yang mungkin terjadi tiba-tiba.
Saat ini sistem peringatan dini merupakan hal yang sangat penting untuk mengantisipasi banjir. Sistem peringatan yang bersifat manual kurang membantu dalam mempersiapkan diri menghadapi musibah banjir. Ketinggian air waduk tidak dapat terkontrol sehingga kejadian banjir terkadang sulit dideteksi, bisa jadi datangnya secara tiba-tiba dan menimbulkan kerugian yang cukup besar bagi masyarakat. Ketinggian waduk tidak selalu bisa diawasi karena keterbatasan-keterbatasan yang ada.2
Sistem peringatan dini dapat berupa alat pengukur ketinggian air (water level) yang dilengkapi dengan alarm dan lampu indikasi ketinggian air. Oleh karena itu dalam penelitian ini dirancang alat peringatan dini yang bersifat otomatis dan digital sehingga dapat meningkatkan keakuratan pendeteksian ketinggian air waduk. Pemantauan dapat dilakukan setiap saat sehingga memberikan siaga banjir disaat yang tepat dan mampu meminimalisir kerugian yang mungkin terjadi.
Perumusan Masalah
1. Apakah sensor medan magnet UGN3503 dapat digunakan pendeteksi otomatis ketinggian permukaan air?
2. Bagaimana prinsip kerja pendeteksi otomatis ketinggian permukaan air berbasis sensor medan magnet UGN3503?
Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Memanfaatkan sensor medan magnet UGN3503 sebagai pendeteksi otomatis ketinggian permukaan air.
2. Menciptakan inovasi baru dalam pembuatan alat pengukur ketinggian air yang bersifat otomatis.
Hipotesis
Sensor medan magnet UGN3503 dapat digunakan sebagai pendeteksi otomatis ketinggian permukaan air.
TINJAUAN PUSTAKA
Pengukuran Tinggi Permukaan Air
Tinggi muka air adalah tinggi permukaan air yang diukur dari titik tertentu yang telah ditetapkan, dinyatakan dalam satuan meter (m) atau centimeter (cm). Titik nol duga air ditentukan pada suatu titik tetap dari ketinggian muka air laut rata-rata atau suatu titik referensi tertentu yang dipilih, ini dimaksudkan untuk keseragaman penggunaan data tinggi muka air tersebut. Untuk usaha pengendalian atau pengaturan air, pengamatan dilaksanakan pada tempat yang dapat memberikan gambaran mengenai kenaikan air termasuk pada tempat perubahan yang relatif cepat terhadap penampang tempat penampungan air tersebut.
memanfaatkan sistem elektronik. Kekurangan tersebut seperti bahan pembuat alat yang mudah rusak akibat benturan dan perubahan suhu.3
Sensor Medan Magnet
Sensor medan magnet yang digunakan adalah sensor UGN3503. Sensor UGN3503 adalah sensor efek hall yang paling umum dijumpai. Sensor tipe ini membutuhkan tegangan catu antara 4,5 hingga 6 V. Apabila kutub selatan sebuah magnet berada di dekat sensor, tegangan output akan naik. Besarnya kenaikan tegangan ini sebanding dengan kekuatan medan yang dihasilkan magnet tersebut. Apabila kutub utara sebuah magnet berada di dekat sensor, tegangan output akan jatuh. Sensor UGN3503 ditunjukkan pada Gambar 1.
Mikrokontroler ATMega16
ATMega16 merupakan salah satu mikrokontroler 8 bit buatan ATMEL untuk keluarga AVR (Alf and Vegard’s Risc processor). Pada mikrokontroler ATMega16 ini semua instruksi dikemas dalam kode 8 bit. Pada pembuatan alat ini digunakan mikrokontroller AVR ATMega16 dikarenakan kelebihannya yaitu sudah terdapat pengubah analog ke digital (ADC internal) didalam chip tersebut.4
Medan Magnet
Medan magnet dapat menembus benda maupun medium yang berada disekitar medan magnet tersebut.5 Daerah yang memiliki medan magnet kuat digambarkan dengan garis-garis gaya yang rapat, sedangkan daerah yang memiliki medan magnet lemah digambarkan dengan garis-garis gaya yang renggang.6 Medan magnet B dinyatakan dalam tesla (T) sebagai satuan SI. Satuan lain yang umum digunakan untuk menyatakan medan magnet adalah Wb/m2, cgs, gauss (G).7
Gambar 1 Sensor efek hall UGN3503
Gambar 2 Pin ATMega16.4
Gambar 3 Efek Hall.
Efek Hall
Efek Hall merupakan suatu peristiwa berbeloknya aliran listrik (elektron) dalam pelat konduktor karena adanya pengaruh medan magnet. Efek Hall terjadi ketika muatan pembawa arus pada konduktor tertahan oleh medan magnet, medan memberi gaya menyamping pada muatan-muatan yang mengalir pada konduktor. Semua peralatan Efek Hall diaktifkan oleh medan magnet.
Salah satu contoh sensor Efek Hall adalah IC Efek Hall dengan tipe UGN3503 yang merupakan tipe sensor Efek Hall linier. IC ini memiliki tiga pena komponen internal terdiri dari elemen sensor efek Hall, amplifier dan buffer, semuanya dalam satu chip.8
METODE
Tempat dan Waktu Penelitian
Penelitian dilakukan di Laboratorium Microcontroller, dan Laboratorium Elektronika Dasar Departemen Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor dari bulan Januari 2013 sampai dengan juni 2013.
Alat dan Bahan
Alat dan bahan yang digunakan pada penelitian ini adalah laptop, multimeter, wadah penampung air, solder, obeng, tang potong, tang jepit, adaptor 12 volt, kabel, mikrokontroler ATMega16, pipa akrilik 4 mm dan 5 mm, pelampung, magnet neodymium, sensor medan magnet UGN3503, papan PCB-IC, resistor (1K, 2K, 10K, 220R, 1R), kapasitor (0.1 uF, 1 uF, 100 uF), kabel 2A, kabel jumper, solder, timah solder (Asahi), penyedot timah solder, PCB-IC, push button, IC (7805, 7809), IC 324, LED Super Bright, blackhousing, cone, kaki PCB, switch/saklar, dan LCD 16x2.
Metode Penelitian Karakterisasi Magnet Neodymium
Penelitian ini menggunakan magnet neodymium berbentuk balok dengan ukuran 3 cm x 2 cm x 0.5 cm. Magnet neodymium merupakan jenis magnet tetap dengan medan magnet terbesar dibandingkan dengan jenis-jenis magnet tetap yang lain. Karakterisasi magnet neodymium bertujuan untuk mengukur besarnya medan magnet yang terbaca oleh teslameter pada jarak terdekat dan jarak terjauh. Hasil dari karakterisasi besar medan magnet digunakan sebagai data awal untuk penentuan jarak ukur sensor terhadap magnet neodynium.
Perancangan dan Perakitan Rangkaian Elektronika
Rangkaian tapis bawah merupakan filter yang hanya melewatkan data dengan frekuensi yang lebih rendah dari frekuensi cut-offdan frekuensi di atasnya tidak dilewatkan.10 Pada penelitian ini rangkaian tapis bawah yang digunakan merupakan tapis bawah pasif. Rancangan rangkaian tapis bawah pada penelitian ini menggunakan software Proteus 7.0. Rangkaian tapis bawah mengunakan hambatan (R) sebesar 2 KΩ dan Kapasitor (C) sebesar 100 µF. Besarnya frekuensi cut-off yang dimiliki rangkaian tapis ini dapat dihitung menggunakan persamaan berikut.9
�̜
=
12�� (1)
�
̜
= frekuensi cut-off R = Resistansi (ohm) C = Kapasitansi (farad)Tahap selanjutnya ialah menggabungkan rangkaian tapis bawah dengan sensor medan magnet UGN3503. Tujuan dari pemasangan rangkaian tapis bawah pada sensor UGN 3505 untuk menghilangkan noise atau frekuensi yang timbul di atas frekuensi cut-off sehingga nilai output dari sensor konstan.
Gambar 4 Rangkaian regulator pada software proteus 7.0
Gambar 5 Rangkaian tapis bawah pada software proteus 7.0
Karekterisasi Sensor Medan Magnet UGN 3505
Karakterisasi sensor pada penelitian ini meliputi karakterisasi sensor tanpa rangkaian tapis dan karakterisasi sensor menggunakan rangkaian tapis bawah. Karakterisasi dilakukan dengan cara mengukur tegangan pada output sensor terhadap besarnya medan magnet yang diberikan. Besarnya medan magnet yang diberikan dengan cara menggeser magnet balok mendekati dan menjauhi sensor. Perubahan jarak pada proses karakterisasi sebesar 1 cm. Karakterisasi yang dilakukan yaitu mengukur besarnya output sensor terhadap polaritas magnet (kutub selatan dan utara magnet). Selain karakterisasi terhadap polaritas magnet, dilakukan juga karakterisasi terhadap ada tidaknya bahan penghalang antara magnet dan sensor. Output yang diambil dari karakterisasi berupa tegangan output sensor dan nilai analog to digital converter (ADC).
� = �
��
1024 (2)
� = �
1024�� (3)
Perancangan dan Perakitan Mekanik Alat Pengukur
Pembuatan alat pengukur ketinggian air (water level) merupakan penggabungan pipa akrilik, sensor, magnet dan pelampung. Pada penelitian ini digunakan lima sensor dengan jarak antara sensor adalah 20 cm. Setelah
terhubung semua selanjutnya penggabungan mekanik alat dengan elektroniknya. Rancangan alat sensor ketinggian air ditunjukan oleh Gambar 6.
Pemograman Mikrokontroler ATMega16
Pembuatan program untuk mikrokontroler ATMega16 menggunakan software CVAVR V2.0.5.0 dengan bahasa C++ sebagai bahasa pemogramannya. Pada program ini akan dimasukkan data-data dari uji manual yang berguna sebagai standarisasi kerja alat. Data-data uji manual diperoleh dari data ADC yang muncul pada mikrokontroler pada proses karakterisasi sebagai indikasi perubahan jarak magnet terhadap sensor.
Kalibrasi dan Pengujian Alat
Kalibrasi alat merupakan proses penyesuaian sensor pada alat dengan melakukan uji manual terhadap alat dan menyempurnakan data program menggunakan data uji manual. Uji manual dilakukan dengan cara menggerakan magnet pada tiap-tiap jarak yang terdapat pada alat. Tujuannya untuk menyesuaikan data alat dengan data pada program dan menyempurnakan data program jika masih terdapat kekurangan. Setelah kalibrasi, dilakukan pengujian alat. Pengujian alat dilakukan secara simulasi di laboratorium. Uji lab menggunakan wadah penampung air dan ember. Air diisi secara kontinu ke dalam wadah dan alat akan menunjukkan perubahan ketingian air pada wadah. Data yang diperoleh dari uji lab berupa data ketinggian pada alat ukur ketinggian manual, data perubahan ketinggian pada alat dan data ADC. Tujuan pengujian lab untuk menguji kerja alat pada kondisi mendekati keadaan sebenarnya. Selain itu, data uji lab diambil untuk lebih menyempurnakan data program mikrokontroler yang sebelumnya sehingga dapat mengurangi tingkat error pada kerja alat. Informasi yang diperoleh alat akan ditampilakan pada LCD serta indikator LED yang menunjukkan tingkat-tingkat perubahan ketinggian air.
Sistem kerja alat ditunjukkan pada Gambar 7, dimulai dengan input data dari sensor ke mikrokontroler kemudian data menjadi output berupa tampilan LCD, Komputer dan Buzzer. Secara umum metode penelitian ini dijelaskan melalui Gambar 8.
Gambar 6 Desain alat pengukur tinggi permukaan air
Gambar 7 Diagram alir kerja alat Magnet
Sensor UGN3503
Mikrokontroler Atmega16
9
Gambar 8 Diagram alir penelitian
10
Penggabungan Elektronik dan Mekanik Alat
Uji Performance Alat
Uji Laboratorium
Karakterisasi Magnet Neodymium
Perancangan dan Perakitan Elektronik
- Pembuatan Regulator 5V dan 9V.
- Pembuatan Rangkaian tapis bawah
Kalibrasi alat Perancangan dan Perakitan
Mekanik
- Pembuatan pipa alat
- Penggabungan pipa alat dengan sensor
Pembuatan Laporan Tahap Persiapan
Pencarian Alat dan Bahan
Karakterisasi Sensor UGN3503
HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil Karakterisasi Magnet Balok Neodymium
Gambar 9 Grafik karakterisasi magnet neodymium
Karakterisasi magnet neodymium berupa pengukuran besar medan magnet menggunakan tesla meter. Magnet batang neodymium digerakan mendekati dan menjauhi probe teslameter. Medan magnet terbesar diperoleh pada saat kutub selatan magnet dan kutub utara magnet berhimpit dengan probe teslameter, kemudian medan magnet menurun secara drastis sampai jarak 2 cm, kemudian grafik penurun medan magnet menjadi landai. Hasil pengukuran medan magnet untuk kutub utara magnet diperoleh hasil yang hampir sama dengan kutub selatan tetapi medan magnet bernilai negatif. Pada beberapa jarak tertentu besar medan magnet tidak menunjukan nilai yang konstan sehingga diambil nilai yang dominan muncul. Hasil pengukuran medan magnet ditunjukan pada Gambar 9.
Rangkaian Regulator
Penelitian ini menggunakan regulator sebagai catu daya untuk mikrokontroler ATMega16, rangkaian LED dan buzzer. Regulator tegangan yang digunakan adalah regulator 5 volt dan 9 volt. Pada regulator 5 volt digunakan IC regulator 7805 dan regulator 9 volt mengggunakan IC regulator 7809. Fungsi IC regulator untuk menghasilkan tegangan output regulator yang lebih stabil.9
Gambar 10 Regulator 5 volt dan 9 volt
Hasil pengukuran (output) dari regulator 5 volt adalah 5.03 volt dan hasil pengukuran (output) dari regulator 9 volt adalah 8.95 volt. Dari hasil yang diperoleh maka regulator yang dibuat telah sesuai dengan standar masukan input untuk mikrokontroler , buzzer dan LED.
Regulator 5 volt digunakan sebagai catu daya pada rangkaian LED. Sedangkan regulator 9 volt digunakan sebagai catu daya buzzer. Catu daya untuk mikrokontroler berasal dari adaptor 12 volt yang juga digunakan sebagai catu daya untuk regulator 5 volt dan 9 volt. Hasil dari rangkaian regulator tegangan 5 volt dan 9 volt ditunjukkan pada Gambar 10.
Rangkaian Tapis Bawah
Rangkaian tapis pada penelitian ini merupakan rangkaian yang terdiri dari resistor dan kapasitor. Frekuensi cut-off yang dihasilkan dari rangkaian tapis bawah ini adalah 0.796 Hz. Nilai frekuensi cut-off diperoleh dari persamaan (1). Rangkaian tapis ini akan melewatkan data dengan frekuensi yang lebih kecil dari 0.796 Hz dan menahan data dengan frekuensi yang lebih besar dari 0.796 Hz.
Data output dari sensor setelah menggunakan tapis bawah masih berubah namun perubahan yang ada tidak sesering perubahan data output sensor tanpa tapis bawah. Perubahan yang terjadi mengindikasikan bahwa data-data tersebut memiliki frekuensi di bawah frekuensi cut-off 0.796 Hz. Data-data yang tidak muncul setelah adanya rangkaian tapis bawah merupakan data-data yang memiliki frekuensi di atas frekuensi cut-off 0.796 Hz. Sesuai dengan fungsinya rangkaian
tapis bawah melewatkan data dengan frekuensi di bawah frekuensi cut-off dan menahan data dengan frekuensi di atas frekuensi cut-off.10
Hasil Karakterisasi Sensor Medan Magnet UGN3503
Berdasarkan datasheet, sensor UGN3503 akan mengeluakan tegangan setengah dari supply yang diberikan jika tidak ada pengaruh sumber medan magnet. Pada karakterisasi sensor UGN3503 menggunakan supply 5 volt yang berasal dari mikrokontroler. Tegangan keluaran yang dihasilkan oleh sensor tanpa pengaruh medan magnet sebesar 2.525 volt. Tegangan keluaran ini berbeda 0.025 dari yang seharusnya yaitu 2.50 volt. Hal ini menunjukan bahwa sensor tidak benar-benar bebas dari sumber medan magnet, masih ada pengaruh dari medan magnet bumi terhadap sensor.11
Hasil karakterisasi dari sensor medan magnet UGN3503 tanpa rangkaian tapis ditunjukan dalam bentuk tegangan keluaran. Perlakuan awal yang diberikan pada karakterisasi ini adalah pengukuran tegangan keluaran sensor tanpa tapis bawah dengan ada tidaknya penghalang berupa penggaris mika. Nilai tegangan keluaran yang dihasilkan dari sensor berubah-ubah. Hal ini menunjukan bahwa sensor medan magnet UGN3503 menerima medan magnet yang tidak konstan. Data hasil karakterisasi ini belum dapat digunakan karena terdapat nilai tegangan keluaran yang sama pada jarak yang berbeda. Pengambilan data karakterisasi ini dilakukan dengan mengambil data yang dominan muncul. Hasil karakterisasi sensor medan magnet UGN3503 tanpa rangkaian tapis ditunjukkan pada Gambar 12 dan Gambar 13.
Gambar 11 Rangkaian sensor setelah menggunakan tapis bawah
Gambar 12 Grafik uji sensor UGN3505 tanpa rangkaian tapis menggunakan kutub selatan magnet
Gambar 13 Grafik uji sensor UGN3505 tanpa rangkaian tapis menggunakan kutub utara magnet
Dari data karakterisasi sensor UGN3503 tanpa tapis bawah dengan ada dan tidaknya penghalang, terlihat bahwa pada jarak 1 cm sampai dengan jarak 3 cm nilai ADC mengalami perubahan yang besar. Hal ini dapat disebabkan pada saat pengukuran, posisi magnet tidak benar-benar pada titik ukur. Perubahan jarak sedikit akan menyebabkan perubahan besar pada medan magnet pada jarak 1 cm sampai 3 cm seperti yang ditunjukkan Gambar 9. Sedangkan pada jarak 4 cm sampai dengan 10 cm terlihat perbedaan nilai ADC yang tidak besar karena pada
rentang jarak ini perubahan jarak sedikit tidak mengubah medan magnet secara drastis.
Dari data terlihat bahwa medan magnet kutub utara yang diterima sensor memiliki perilaku data yang sama dengan data pada kutub selatan. Hal ini disebabkan permukaan sensor yang menerima medan magnet kutub utara dan kutub selatan berbeda. Medan magnet kutub selatan diterima oleh permukaan sensor bagian depan sedangkan medan magnet kutub utara diterima oleh permukaan sensor bagian belakang. Hal ini akan berbeda jika medan magnet kedua kutub diterima oleh satu permukaan sensor yang sama. Maka perilaku data keluaran dari sensor akan berbanding terbalik. Saat mengenai permukaan bagian depan sensor, semakin dekat kutub selatan magnet maka semakin besar nilai keluaran. Sedangkan semakin dekat kutub utara magnet maka semakin kecil keluaran dari sensor. Hal sebaliknya terjadi jika medan magnet kedua kutub diterima permukaaan bagian belakang sensor.
Data keluaran sensor ketika ada penghalang mengalami penurunan. Hal ini disebabkan pada saat ada panghalang, jarak antara magnet dan sensor bertambah dibandingkan kondisi ketika tidak ada penghalang. Pada jarak 0 cm terjadi penurunan keluaran yang drastis karena kedua permukaan sensor menerima medan magnet yang berbeda dan bersifat menurunkan keluaran sensor. Permukaan depan sensor menerima medan magnet kutub utara dan permukaan belakang sensor menerima medan magnet kutub selatan.8
Hasil karakterisasi sensor medan magnet menggunakan rangkaian tapis bawah cenderung lebih konstan dan perubahan nilainya tidak sesering nilai tegangan keluaran sensor tanpa rangkaian tapis bawah. Hasil karaterisasi yang didapatkan terlihat pada Gambar 14 dan Gambar 15.
Gambar 14 Grafik uji sensor UGN3505 dengan adanya penghalang menggunakan kutub selatan magnet
Gambar 15 Grafik uji sensor UGN3505 dengan adanya penghalang menggunakan kutub utara magnet
Pada uji sensor menggunakan rangkaian tapis bawah masih terdapat nilai ADC yang sama untuk dua jarak yang berbeda dan terkadang muncul nilai ADC yang sama pada dua jarak yang berdekatan. Hal ini menunjukkan bahwa nilai ADC tersebut masih berada di bawah nilai frekuensi cut-off. Selanjutnya dalam bahasan penelitian ini data keluaran kutub selatan dan kutub utara digabung dalam satu jarak dengan total 20 cm seperti yang ditunjukkan pada Tabel 1
Tabel 1 Pengelompokan hasil uji sensor menggunakan rangkaian tapis bawah dan rangkaian tapis bawah. Sensor-sensor ini diberi label sensor a, sensor b, sensor c, sensor d dan sensor e. Data kelima sensor tersebut tercantum pada data lampiran. Pada pembahasan selanjutnya data sensor yang digunakan adalah data salah satu dari kelima sensor yang dikarakterisasi yaitu data sensor a.
Mekanik Alat
Mekanik alat terbuat dari pipa akrilik dengan ketebalan 5 mm dan berbentuk balok dengan ukuran 120 cm x 10 cm x 10 cm. Alat dibuat berbentuk kotak untuk menjaga posisi pelampung tetap konstan karena perubahan posisi dari pelampung akan mempengaruhi besar medan magnet yang terbaca oleh sensor. Bagian dalam pipa terbagi atas dua ruangan yaitu ruang sensor yang kedap air dan ruang pelampung tempat air masuk. Sensor diletakkan pada dinding sekat
sebanyak lima sensor dengan jarak antara sensor 20 cm. Pada bagian bawah pipa dibuat pori-pori sebagai jalan masuk air ke dalam pipa. Hasil pembuatan mekanik alat ditunjukan pada Gambar 16.
Program CVAVR Alat
Program alat didasarkan pada nilai ADC yang muncul sebagai pembacaan jarak. Berdasarkan Tabel di atas, untuk membuat alat ukur dengan interval 1 cm akan terjadi pembacaan jarak yang salah pada jarak yang berdekatan karena terdapat nilai ADC yang sama untuk jarak yang berbeda. Sehingga untuk mengatasi kelemahan ini, maka dibuat perubahan interval dari 1 cm menjadi 2 cm seperti yang terlihat pada Tabel 2.
(a) (b)
Gambar 16 (a) Alat pengukur ketinggian air (b) Sensor pada sekat alat
Tabel 2 Pengelompokan interval hasil uji sensor menggunakan rangkaian tapis bawah dan penghalang penggaris mika.
Jarak ( cm ) Nilai ADC Kelompok Interval ( cm )
Pada kelompok interval 8 cm tidak dilakukan penggabungan antara jarak 8 cm dan 9 cm karena nilai kedua ADC memiliki rentang yang terlalu besar jika digabungkan.Sehingga jika dibuat rentang ADC antara 427 sampai 542 maka jarak interval yang 0, 2, 4, 6 akan terbaca sebagai jarak interval 8 cm. Sedangkan jarak 9 cm, 10 cm dan 11 cm di jadikan satu interval karena ketiga data ADC jarak ini dapat disatukan dalam suatu rentang yaitu nilai ADC di bawah 499. Nilai ADC jarak 11 cm tidak masuk dalam rentang tersebut karena jika dibuat rentang nilai ADC dibawah 542 maka kelompok interval 12, 14, 16, 18 dan 20 akan terbaca sebagai kelompok interval 10 cm. Untuk membaca data jarak 11 cm sebagai kelompok interval 10 cm maka nilai ADC tersebut tidak dibaca dan diganti dengan nilai ADC jarak 10 cm. Secara umum cara kerja dari program alat dijelaskan melalui Gambar 17.
Hasil Pengujian Alat
Tabel 3 Hasil Pengujian Alat.
Gambar 18 Grafik hasil pengukuran manual dan alat terhadap ketinggian permukaan air.
Hasil pengujian alat ditunjukkan pada Tabel 3. Hasil pengujian alat menunjukan bahwa alat bekerja sesuai program yang telah dibuat. Saat magnet berada di antara dua sensor maka kedua sensor akan membaca besar data yang diterima dan mikrokontroler memilih apakah data yang ditangkap sensor masuk dalam rentang program atau tidak. Jika data yang dibaca sensor masuk dalam rentang program salah satu sensor, maka mikrokontroler akan mengaktifkan sensor tersebut sedangkan yang lain tidak akan direspon oleh mikrokontroler. Nilai error alat dari pengujian sekitar 1 cm. Berdasarkan gambar 18 diperoleh grafik perbandingan nilai pengukuran ketinggian permukaan air secara manual dan menggunakan alat. Kemiringan dari grafik perbandingan kedua nilai ini adalah 1.009. Nilai kemiringan ini menunjukkan bahwa hasil pengukuran alat memiliki sedikit penyimpangan dengan hasil pengukuran manual, sehingga alat ini dapat diaplikasikan sebagai alat pendeteksi otomatis ketinggian permukaan air. Gambar aktivitas pengujian alat ini dapat dilihat pada Gambar 19.
Gambar 19 Langkah-langkah pengujian alat
23
(a) (b)
SIMPULAN DAN SARAN Simpulan
Pada alat pendeteksi otomatis ketinggian permukaan air digunakan regulator 5 volt dan 9 volt sebagai catu daya untuk rangkaian LED dan buzzer. Sedangkan catu daya mikrokontroler ATMega16 menggunakan adaptor 12 volt. Rangkaian tapis bawah yang dihasilkan memiliki frekuensi cut-off 0.796 Hz. Tegangan yang dihasilkan oleh sensor tanpa pengaruh medan magnet sebesar 2.525 volt. Tegangan keluaran ini berbeda 0.25 volt dari yang seharusnya yaitu 2.50 volt. Hal ini menunjukkan bahwa masih ada pengaruh dari medan magnet bumi terhadap sensor.
Sensor UGN3503 dapat digunakan sebagai pendeteksi ketinggian air dengan memanfaatkan fenomena perubahan medan magnet terhadap perubahan jarak magnet dengan sensor. Posisi magnet sangat berpengaruh pada pembacaan besar medan magnet yang diterima oleh sensor. Perubahan terbesar medan magnet yang terbaca oleh sensor berada pada jarak 0 cm sampai dengan 2 cm. penurunan besar medan magnet landai ketika jarak magnet dari sensor UGN3503 lebih dari 2 cm. Alat pengukur ketinggian air yang dapat dihasilkan dari sensor UGN3503 memiliki rentang pengukuran 2 cm karena pada rentang 1 cm alat membaca 2 jarak berbeda sebagai 1 kondisi yang sama. Alat ini memiliki nilai error 1 cm.
Cara kerja alat ini adalah membaca besar medan magnet yang diterima sensor UGN3503 kemudian mengolahnya dalam mikrokontroler ATMega16 dan ditampilkan pada LCD 16x2, indikator LED dan buzzer. Alat ini dapat dikategorikan sebagai inovasi baru dalam pembuatan alat pengukur otomatis tinggi permukaan air (automatic water level).
Saran
Untuk pengembangan lebih lanjut, sistem pengiriman data dari mikrokontroler ke komputer dapat menggunakan sistem pengiriman telemetri, sehingga dapat meminimalisir kehilangan data yang disebabkan oleh kabel yang panjang. Untuk sumber tegangan dapat menggunakan sumber energi portable
DAFTAR PUSTAKA
1. Syarfina A. Perancangan Pendeteksi Banjir Jarak Jauh Menggunakan Sistem Komunikasi 802.15.4. Semarang. 2012
2. Khisan I. Konsep Rancangan Pendeteksi Banjir Jarak Jauh Memanfaatkan Fasilitas Pesan Singkat (SMS). Semarang. 2012
3. Wiranto. Pengembangan Sensor Ketinggian Air (Water Level) dengan Menggunakan Pendekatan Elektroda Resistansi. IPB Skripsi S1. 2008
4. Widjonarko, A. Penggunaan Film Litium Tantalat (LiTaO3) Berbantukan Light Dependent Resistor (LDR) sebagai Detektor Garis pada Robot
Pengikut Garis Berbasis Microcontroller AVR ATMega16. IPB Skripsi S1. 2013
5. Nuryandani E. Perubahan kontraksi Otot Longitudinal Usus Halus Kelinci Akibat Paparan Medan Listrik dan Magnet Secara In Vitro. Bogor: IPB Skripsi S1.2005
6. Suarga C. 2006. Efek Medan Magnet Terhadap kontraksi Usus Halus Kelinci Secara In Vitro. IPB Skripsi S1.2005
7. Giancoli, DC. Fisika Edisi Kelima. Jilid kedua. Erlangga; jakarta. 2001 8. Suryono. Karakterisasi Sensor Magnetik Efek Hall UGN3503 Terhadap
Sumber Magnet dan Implementasinya pada Pengukuran Massa. Semarang. 2009.
9. Chandra Setiawan. 2013. Rancang Bangun Alat Ukur Kadar Larutan Glukosa Berbasis Film Barium Stronsium Titanat (BST). IPB Skripsi S1. 2013
10. Kusuma Sastra. Diktat Elektronika 1. Jakarta. 2012
LAMPIRAN
Lampiran I
Tabel 1 Hasil uji sensor UGN3503 tanpa penghalang penggaris mika dan rangkaian tapis bawah
Jarak (cm) Kutub Selatan Kutub Utara
Tabel 2 Hasil Uji Sensor UGN3503 dengan penghalang penggaris mika tanpa rangkaian tapis bawah
Jarak Kutub Selatan Kutub Utara
Tabel 3 Hasil Uji Sensor menggunakan rangkaian tapis bawah dan penghalang
Jarak Kutub Selatan Kutub Utara
Tabel Hasil Uji Sensor C Tabel Hasil Uji Sensor D
Jarak (cm) ADC Vout(volt) Jarak (cm) ADC Vout(volt)
0 519 2.534 0 529 2.583
1 520 2.539 1 529 2.583
2 521 2.544 2 531 2.593
3 523 2.554 3 533 2.603
4 524 2.559 4 535 2.612
5 529 2.583 5 539 2.632
6 539 2.632 6 543 2.651
7 553 2.700 7 553 2.700
8 575 2.808 8 563 2.749
9 559 2.729 9 521 2.544
10 203 0.991 10 217 1.060
11 527 2.573 11 543 2.651
12 564 2.754 12 585 2.856
13 551 2.690 13 567 2.769
14 537 2.622 14 551 2.690
15 529 2.583 15 542 2.646
16 524 2.559 16 526 2.568
17 522 2.549 17 534 2.607
18 519 2.534 18 531 2.593
19 519 2.534 19 529 2.583
20 518 2.529 20 529 2.583
Tabel Hasil Uji Sensor E
Jarak (cm) ADC Vout(volt)
0 516 2.520
1 516 2.520
2 519 2.534
3 521 2.544
4 522 2.549
5 526 2.568
6 531 2.593
7 542 2.646
8 556 2.715
9 548 2.676
10 307 1.499
11 449 2.192
12 544 2.656
13 542 2.646
14 532 2.598
15 527 2.573
16 523 2.554
17 520 2.539
18 519 2.534
19 518 2.529
20 516 2.520
Lampiran 3
RIWAYAT HIDUP
Penulis Dilahirkan di Palipi pada tanggal 30 Januari 1991 dari pasangan Saritua Situmorang dan Esmidar Sinaga. Penulis adalah anak pertama dari empat bersaudara.
Tahun 1997 penulis sekolah di SD Katolik WR Soepratman Tanjung Redeb Berau, lulus tahun 2003 dan melanjutkan pendidikan di SMP Katolik WR Soepratman Tanjung Redeb Berau. Setelah lulus tahun 2006, penulis melanjutkan ke SMA Negeri 4 Sambaliung Berau dan lulus tahun 2009. Penulis diterima sebagai mahasiswa di Institut Pertanian Bogor (IPB) melalui jalur USMI di departemen Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam (FMIPA).
Selama menempuh pendidikan, penulis pernah menjadi asisten praktikum Eksperimen Fisika 2 (2012-2013) dan asisten praktikum Sensor dan Transduser (2012-2013). Penulis juga pernah aktif di beberapa kegiatan kepanitian organisasi, yaitu ketua pelaksana Hari Olahraga Kemaki IPB (2011-2012), ketua pelaksana
