Simulasi Sensor Seismometer Horizontal Menggunakan MEMS Accelerometer Berbasis Arduino UNO Chapter III V

(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

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

MULAI

INISIALISASI

Amplitudo Kecepatan X vX > maksvX maksvX = vX

Amplitudo Kecepatan X vX > maksvX maksvX = abs (vX)

YA Cetak

maksvX = abs(vX)

Cetak maksvX = abs(vX)

TIDAK

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 3.4Rangkaian 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

Gambar 3.5Rangkaian 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 ��

= 1

2 � 0,01 � 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 +

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

Ts = 0,01 sekon

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

 Untuk nilai frekuensi diambil dari rentang data vX[68] sampai dengan

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 ��

= 1

2 � 0,01 � 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.