RANCANG BANGUN MESIN PEMBERSIH MEMANFAATKAN TRANDUSER ULTRASONIC
BERBASIS MIKROKONTROLLER ATMEGA328
SKRIPSI
CUT ARDILLA 150821038
DEPARTEMENT S1 FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATRA UTARA
MEDAN
2017
RANCANG BANGUN MESIN PEMBERSIH MEMANFAATKAN TRANDUSER ULTRASONIC
BERBASIS MIKROKONTROLLER ATMEGA328
SKRIPSI
Diajukan Untuk Melengkapi Tugas Dan Memenuhi Syarat mencapai gelar Sarjana Sains
CUT ARDILLA 150821038
DEPARTEMENT S1 FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATRA UTARA
MEDAN
2017
PERSETUJUAN
Judul : RANCANG BANGUN MESIN PEMBERSIH
AKSESORIS MEMANFAATKANTRANDUSER ULTRASONIC BERBASIS
MIKROKONTROLLER ATMEGA328
Kategori : SKRIPSI
Nama : CUT ARDILLA
Nomor Induk Mahasiswa : 150821038
Program Studi : SARJANA (S1) FISIKA
Departemen : FISIKA
Fakultas : MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN
ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
Disetujui di Medan, Agustus 2017
Diketahui/disetuji oleh
Departemen Fisika FMIPA USU Pembimbing
Ketua,
Dr. Perdinan Sinuhaji, MS Drs.Kurnia Brahmana, M.Si NIP.195903101987031002 NIP. 196009301986011001
PERNYATAAN
RANCANG BANGUN MESIN PEMBERSIH AKSESORIS MEMANFAATKAN TRANDUSER ULTRASONIC BERBASIS
MIKROKONTROLLER ATMEGA328
SKRIPSI
Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah karya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.
Medan, Agustus 2017
Cut Ardilla 150821038
PENGHARGAAN
Alhamdulillahirobbil‟alamin,
Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat allah Swt atas segala anugerah dan karunia-nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul
“RANCANG BANGUN MESIN PEMBERSIH AKSESORIS
MEMANFAATKAN TRANDUSER ULTRASONIC BERBASIS
MIKROKONTROLLER ATMEGA328” skripsi ini disusun sebagai syarat akademis dalam menyelelesaikan studi program strata satu (S1) jurusan Fisika instrumentasi Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara.
Penulis menyadari bahwa selama proses hingga terselesaikannya penyusunan Skripsi ini banyak mendapat kontribusi dari berbagai pihak. Dengan kerendahan hati, penulis ingin menyampaikan rasa terima kasih yang sebesar-besarnya atas segala bantuan, dukingan secara saran yang telah diberikan. Oleh karena itu dalam kesempatan ini penulis menyampaikan terima kasih kepada:
Bapak Dr. Perdinan Sinuhaji, MS, sebagai ketua Departemen Fisika FMIPA USU
Bapak Drs.Kurnia Brahmana, M.Si sebagai pembimbing yang telah bekontribusi membantu penulis dalam memberikan ide, saran, kritik dan bimbingannya kepada penulis selama penulis mengerjakan skripsi ini
Seluruh Staf Pengajar / Pegawai program studi fakultas MIPA Universitas Sumatera Utara.
Kedua orang tua tercinta Ayahanda Helmizar dan Ibunda Nurmalasari yang telah banyak membantu dan memberikan dukungan penuh kepada penulis sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini.
Terima kasih buat Saudara-saudara saya, Andini Desvira Rizqi, Cut Anggita, Teuku Syahrial, Dan Seluruh Karyawan tempat saya bekerja pada saat ini yang membuat saya semakin semangat dalam mengerjakan Skripsi
Semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu per satu, terima kasih atas semua bantuannya dalam menyelesaikan Skripsi ini.
Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dikatakan dari sempuna, untuk itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun demi penyempurnaan skripsi ini. Akhir kata penulis mengucapkan terimakasih dan semoga bermanfaat bagi yang membutuhkan.
Medan, Agustus 2017
Cut Ardilla
RANCANG BANGUN MESIN PEMBERSIH AKSESORIS MEMANFAATKAN TRANDUSER ULTRASONIC BERBASIS
MIKROKONTROLLER ATMEGA328
ABSTRAK
Pada umumnya tenaga paramedis di rumah sakit melakukan dekontaminasi instrument bedah secara manual dengan menggunakan air biasa, hal ini dapat membahayakan petugas paramedis karena akan berdampak pada terjadinya nosocomial yang diakibatkan oleh tertularnya virus atau bakteri yang terdapat pada instrument medis tersebut.Ultrasonic cleaner merupakan sebuah alat pembersih dengan menggunakan metode ultrasound, metode ini menggunakan vibrasi atau getaran yang dihasilkan dari transduser ultrasonic untuk memecah partikel yang menempel pada obyek melalui media air. Fungsi kerja alat ini digunakan untuk membersihkan instrumen dari bercak- bercak pasca bedah sebelum dimasukkan dalam sterilisator autoclave. Proses ini dilakukan untuk menghindari adanya kontak langsung antara petugas paramedis dengan instrument medis yang dimungkinkan adanya virus atau bakteri yang menempel pada instrumen pasca bedah.Setelah melakukan proses studi literature, perencanaan, percobaan, pembuatan modul, pengujian alat, dan pendataan, secara umum dapat disimpulkan bahwa alat “Ultrasonic Cleanear berbasis mikrokontroler ATMEGA”dapat digunakan dan sesuai dengan perencanaan.
Kata Kunci : Pembersih, Transduser Ultrasonic Cleanear, Mikrokontroler,
DESIGN OF TEMPERATURE SETTING AND WEIGHT BODY MEASURING OF BABY INCUBATOR BASE ON MIKROKONTROLER ATMEGA8535
ABSTRACT
Incubator is an instrument for keeping warm of premature baby after born so that can adapt to around. The main feature of incubator is room temperature controlling for keep warming baby so it will not be hypothermia. The temperature controlling is not enough for caring premature baby, there are another procedure like monitoring baby’s weight regularly.
The system aims to acquire design of temperature control of incubator with range 32oC – 37oC and design of weight scale with range 0 – 6 kg. It uses Mikrokontroler ATmega8535 as overall system controller, the temperature sensor uses DS18B20, and fan DC 5V as temperature controller. For the weight scales using loadcell sensor.
From the result of sensor testing is known that the system can read room condition and weight. Incubator heat has been well enough with range 32oC – 37oC. The loadcell reading has good with 4% maximal error.
Keyword: Ds18b20, fan, incubator, loadcell, Mikrokontroler Atmega8535
DAFTAR ISI
Halaman
PERSETUJUAN i
PERNYATAAN ii
PENGHARGAAN iii
ABSTRAK iv
DAFTAR ISI vi
DAFTAR TABEL ix
DAFTAR GAMBAR x
LAMPIRAN BAB 1 PENDAHULUAN ... 1
1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Rumusan Masalah ... 2
1.3 Batasan Masalah ... 2
1.4 Tujuan Penelitian ... 2
1.5 Manfaat Penelitian ... 2
BAB 2 LANDASAN TEORI ... 4
2.1 Sensor Ultrasonic ... 4
2.2 Prinsip Kerja Sistem Ultrasonic ... 5
2.3 Jenis-Jenis Ultrasonic ... 6
2.3.1 Sensor Ultrasonic PING ... 6
2.3.2 Instalasi Sensor Ultrasonic PING ... 7
2.3.3 Sensor Ultrasonic Devantech SRF04 ... 8
2.3.4 Sensor Ultrasonic HC-SR04 ... 8
2.3.5 Generator Ultrasonic ... 9
2.3.6 Spesifikasi Sensor Ultrasonic PING ... 10
2.4 Transduser ... 10
2.4.1 Pengertian Transduser ... 10
2.4.3 Klasifikasi Tranduser Listrik ... 11
2.4.4 Karakteristik Dasar Tranduser ... 12
2.5 Karakteristik Tekanan Bunyi ... 15
2.6 Sensivitas Peneriamaan Tranduser Ultrasonic ... 16
2.7 Magnetostrictive ... 16
2.8 Piezoelectric ... 18
2.9 Atmega328 ... 19
2.9.1 Konfigurasi ATmega328 ... 19
2.9.2 Fitur ATmega328 ... 20
2.10 Catu Daya ... 22
2.11 Aspek Macrokospik Dari Kebersihan ... 26
2.11.1 Dispersi dan Peningkatan Pembubaran Solidfilms dan Cairan ... 27
2.11.2 Penghapusan Kontaminan Berlapis dan Gelembung Udara ... 27
2.11.3 Sistem Pembersihan Ultasonic ... 29
2.12 Ultasonic Cleaner ... 31
2.12.1 Prinsip Ultrasonic Cleaner ... 31
2.12.2 Karakteristik Proses Pembersihan Ultrasonic Cleaner ... 31
BAB 3 PERANCANGAN SISTEM ... 36
3.1 Diagram Blok ... 36
3.2 Flowchart ... 38
BAB 4 PENGUJIAN RANGKAIAN ... 39
4.1 Perancangan Penelitian ... 39
4.2 Hasil Percobaan ... 39
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN ... 43
5.1 Kesimpulan ... 43
5.2 Saran ... 43
DAFTAR TABEL
Halaman Tabel 2.9 Arduino UNO ... 22 Tabel 2.12 Perbandingan Proses Pembersihan Pada Industri ... 34 Tabel 4.1 Hasil Percobaan ... 39
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1 Sensor Ultrasonic Dan Konfigurasi Pin ... 4
Gambar 2.2 Prinsip Kerja Sensor Ultrasonic ... 5
Gambar 2.3 Sensor Ping ... 8
Gambar 2.4 Tranduser Elektronika ... 11
Gambar 2.5 Karakteristik Tekanan Bunyi ... 15
Gambar 2.6 Sensivitas Penerimaan Sensor Ultrasonic Transduser ... 16
Gambar 2.7 Magnetostrictive ... 17
Gambar 2.8 Piezoelectric ... 18
Gambar 2.9 Pin Atmega328 ... 21
Gambar 2.10 Tampilan Framework Arduino Uno ... 25
Gambar 2.11 Kondisi Awal Dan Berevolusi Dari Sistem Pembersihan ... 28
Gambar 2.12 Sistem Industri Untuk Pembersih Ultrasonic ... 33
Gambar 3.1 Diagram Blok ... 36
Gambar 3.2 Flowchart ... 38
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Era modern seperti saat ini muncul berbagai masalah yang sangat beragam. Salah satu masalah yang terjadi adalah masalah perkembangan teknologi yang perkembangannya sangat pesat. Berbagai inovasi dan kreativitas dituangkan menjadi suatu alat ataupun piranti lunak untuk membantu memudahkan aktivitas keseharian manusia. Dengan disusunnya makalah ini difokuskan membahas mengenai sensor dan tranduser yang penggunaannya sudah sangatlah banyak dalam kehidupan sehari-hari. Sensor sendiri ada banyak jenis dan modelnya, begitupun dengan tranduser. Salah satu contoh adalah sensor suhu yang kerjanya dipengaruhi oleh suhu, sensor air yang kerjannya dipengaruhi oleh air, sensor cahaya yang kerjanya dipengaruhi oleh cahaya, dan sebagainya. Tanpa adanya pengaplikasian sensor dan tranduser mungkin pekerjaan manusia dalam kehidupan sehari-hari tidaklah akan mudah seperti saat ini.
Pada dasarnya,Gelombang ultrasonik dihasilkan oleh suatu tranduser yang biasanya bekerja berdasarkan konversi energi listrik menjadi energi mekanik.Gelombang ultrasonik akan terdifraksi sedemikian besar didalam udara sehingga untuk mendapatkan perambatan yang konsisten dari tranduser kebenda uji,kedua permukaan benda yang berhimpitan harus diberi zat perantara yang dapat menghantarkan gelombang ultrasonik yang berupa cairan. Ada dua jenis transduser yang digunakan dalam ultrasonik untuk alat pembersihan,yaitu magnetostrictive dan piezoelektrik.
Dalam Tugas Akhir ini dibuat suatu alat untuk mengukur frekuensi dengan memanfaatkan gelombang ultrasonik.
1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang di atas, dapat dirumuskan permasalahan sebagai berikut :
1. Merancang suatu mekanisme yang akan menghasilkan getaran dari frekuensi 20 kHz – 40 kHz untuk mengarahkan getaran ke objek benda
2. Merancang sistem kontrol yang dapat bekerja otomatis sebagai mesin pembersih aksesoris.
1.3. Batasan Masalah
Untuk membatasi masalah-masalah yang ada, maka penulis membatasi ruang lingkup masalah sebagai berikut:
1. Pembahasan rancangan dalam penelitian ini hanya sebatas alat miniatur saja yang tidak terlalu mempermasalahkan hasil akhir dari tingkat kebersihan tersebut.
2. Rancangan alat menggunakan komponen-komponen elektronika yaitu : Mikrokontroller ATMEGA328, Tranducer, dan sensor Ultrasonik.
1.4.Tujuan Penelitian
Adapun tujuan dari penulisan skripsi ini sebagai berikut:
1. Merancang suatu alat miniatur mesin pembersih dengan memanfaatkan tranducer ultrasonik dan melakukan pengujian.
2. Untuk menghitung jumlah frekuensi yang dihasilkan oleh sensor ultrasonik yang telah dirancang.
1.5. Manfaat Penelitian
Adapun manfaat dari penelitian ini sebagai berikut:
1. Dengan penelitian ini mencoba mengaplikasikan kinerja alat pembersih tersebut dengan alat elektronika yang berbasis C ATmega328.
2. Dengan bantuan sistem alat digital pembersih yang menggunakan gelombang ultrasonic ini,kita tidak perlu repot menggosok atau mengeruk kotoran yang nempel pada barang yang sulit untuk dibersihkan.
1.6 Sistematika Penulisan
Untuk mempermudah pembahasan dan pemahaman maka penulis membuat sistematika pembahasan bagaimana sebenarnya prinsip kerja dari alat ini sebagai berikut :
BAB I PENDAHULUAN
Bab ini mencakup latar belakang penelitian, batasan masalah yang akan diteliti, tujuan penelitian, manfaat penelitian, dan sistematika penulisan
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
Bab ini membahas tentang landasan teori yang menjadi acuan untuk proses pengambilan data, analisa, serta pembahasan
BAB III METODE PENELITIAN
Bab ini membahas tentang peralatan dan bahan penelitian, tempat penelitian, diagram alir penelitian dan prosedur penelitian
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
Bab ini membahas tentang data hasil penelitian dan analisa yang diperoleh dari penelitian
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
Bab ini berisikan tentang kesimpulan yang diperoleh dari penelitian dan memberikan saran untuk penelitian lebih lanjut.
BAB 2 LANDASAN TEORI
2.1 Sensor Ultrasonik
Sensor ultrasonik adalah sebuah sensor yang berfungsi untuk mengubah besaran fisis (bunyi) menjadi besaran listrik dan sebaliknya. Cara kerja sensor ini didasarkan pada prinsip dari pantulan suatu gelombang suara sehingga dapat dipakai untuk menafsirkan eksistensi (jarak) suatu benda dengan frekuensi tertentu. Disebut sebagai sensor ultrasonik karena sensor ini menggunakan gelombang ultrasonik (bunyi ultrasonik).
Pada sensor ultrasonik, gelombang ultrasonik dibangkitkan melalui sebuah alat yang disebut dengan piezoelektrik dengan frekuensi tertentu. Piezoelektrik ini akan menghasilkan gelombang ultrasonik (umumnya berfrekuensi 40kHz) ketika sebuah osilator diterapkan pada benda tersebut. Secara umum, alat ini akan menembakkan gelombang ultrasonik menuju suatu area atau suatu target. Setelah gelombang menyentuh permukaan target, maka target akan memantulkan kembali gelombang tersebut. Gelombang pantulan dari target akan ditangkap oleh sensor, kemudian sensor menghitung selisih antara waktu pengiriman gelombang dan waktu gelombang pantul diterima.
Gambar 2.1 Sensor Ultasonik Dan Konfigurasi Pin
2.2 Prinsip Kerja Sensor Ultrasonik
Pada awalnya sebuah sinyal akan dipancarkan oleh pemancar sensor ultrasonic.Sinyal yang telah dipancarkan berfrekuensi lebih dari 20kHz, sedangkan sinyal yang biasa digunakan untuk mengukur jarak suatu benda adalah 40kHz. Sinyal tersebut akan dibangkitkan oleh rangkaian pemancar ultrasonic.
Kemudian sinyal yang telah dipancarkan tersebut akan merambat sebgai sinyal atau gelombang bunyi dengan kecepatan bunyi berkisar 340 m/s.
Sinyal yang merambat akan dipantulkan dengan objek didepannya dan akan diterima oleh receiver atau bagian penerima ultrasonic. Setelah sinyal tersebut sampai di receiver ultrasonic, kemudian sinyal tersebut akan diproses untuk menghitung jaraknya. Jarak dihitung berdasarkan rumus S =340 x t/2, dimana S adalah jarak antara sensor ultrasonik dengan bidang pantul, dan t adalah selisih waktu antara pemancaran gelombang ultrasonik sampai diterima kembali oleh bagian penerima ultrasonic.
Bunyi ultrasonik tidak dapat di dengar oleh telinga manusia. Bunyi ultrasonik dapat didengar oleh anjing, kucing, kelelawar, dan lumba-lumba. Bunyi ultrasonik nisa merambat melalui zat padat, cair dan gas. Reflektivitas bunyi ultrasonik di permukaan zat padat hampir sama dengan reflektivitas bunyi ultrasonik di permukaan zat cair. Akan tetapi, gelombang bunyi ultrasonik akan diserap oleh tekstil dan busa.
Gambar 2.2 Prinsip Kerja Sensor Ultrasonik
Besar amplitudo sinyal elekrik yang dihasilkan unit sensor penerima tergantung dari jauh dekatnya objek yang dideteksi serta kualitas dari sensor pemancar dan sensor penerima. Proses sensing yang dilakukan pada sensor ini menggunakan metode pantulan untuk menghitung jarak antara sensor dengan obyek sasaran.
Jarak antara sensor tersebut dihitung dengan cara mengalikan setengah waktu yang digunakan oleh sinyal ultrasonik dalam perjalanannya dari rangkaian Tx sampai diterima oleh rangkaian Rx, dengan kecepatan rambat dari sinyal ultrasonik tersebut pada media rambat yang digunakannya,yaitu udara.
Pembersihan ultrasonik memberikan banyak keuntungan:
Presisi
- Karena efisien menembus rongga dan celah, energi ultrasonik bisa bersih Jenis bagian tak terbatas, sering satu-satunya metode pembersihan yang memenuhi spesifikasi.
Kecepatan
- Lebih cepat dari metode pembersihan lainnya, sistem ultrasonik dengan cepat menghilangkan tanah dan Kontaminasi, membersihkan seluruh rakitan tanpa pembongkaran.
Konsistensi
- Apakah potongan yang harus dibersihkan itu sederhana atau kompleks, besar atau kecil, ultrasonik Pembersihan menawarkan tingkat
konsistensi yang tak tertandingi.
2.3 Jenis-jenis Sensor Ultrasonik 2.3.1 Sensor Ultrasonik PING
Sensor ini memiliki frekuensi 40KHz, di produksi oleh parallax dan biasanya digunakan untuk kontes robot cerdas. Kelebihan sensor ini adalah hanya membutuhkan 1 sinyal (SIG) selain 5V dan Ground. Sensor ini mendeteksi jarak dengan cara memancarkan gelombang ultrasonik 40Khz selama 200 mikro sekon kemudian mendeteksi pantulannya.
Sensor ini memancarkan gelombang ultrasonik sesuai dengan control dari microcontroller. Spesifikasi sensor ultrasonik PING:1 Kisaran pengukuran 3 cm –
3 m2. Input trigger – positive TTL pulse, 2 us min, 5 us tipikal3. Echo hold off 750 us dari of trigger pulse4. Delay before next measurement 200 us5. Brust indikator LED menampilkan aktivitas sensor gelombang ini melalui udara dengan kecepatan 344 m/s kemudian mengenai obyek dan memantul kembali ke sensor.
Ping mengeluarkan pulsa output high pada pin SIG setelah memancarkan gelombang ultrasonik dan setelah gelombang pantulan terdeteksi Ping akan membuat output low pada pin SIG. Lebar pulsa High (tIN) akan sesuai dengan lama waktu tempuh gelombang ultrasonik untuk 2x jarak ukur dengan obyek.
Maka jarak yang diukur ialah [(tIN s x 344 m/s) : 2] meter. Sistem minimal mikrokontroller ATMega 8535 dan software basic stamp Editor diperlukan untuk memprogram mikrokontroller dan mencoba sensor ini.
Keluaran dari pin SIG ini yang dihubungkan ke salah satu port di kit mikrokontroller. Berikut contoh aplikasi sensor PING pada mikrokontroler BS2, dimana pin SIG terhubung ke pa pin7, dan memberikan catu daya 5V dan ground.
fungsi SIG OUT untuk mentrigger ping, sedangkan fungsi SIG IN digunakan untuk mengukur pulsa yang sesuai dengan jarak dari objek target.
2.3.2 Instalasi Sensor Ultrasonic PING
Sensor ultrasonic ping akan bekerja jika mendapat suplay tegangan sebesar 5 V DC. Dimana tegangan 5 V DC dihubungkan dengan konektor Vcc dan ground pada sensor. Untuk konektor SIG dapat dihubungkan dengan mikrokontroler.
Konektor SIG adalah sebagai control sensor ini dalam pendeteksian objek sekaligus pembacaan jarak objek dengan sensor ini. Progamer dapat mensetting sensor ini dengan jarak yang telah ditentukan sesuai dengan ring deteksi dari sensor ultrasonic ping ini sesuai dengan kebutuhan penggunaan dari sensor tersebut. Ketika sensor disetting jaraknya maka dengan jarak yang telah ditentukanlah sensor akan bekerja dalam pendeteksian objek. Kisaran jarak yang dapat di baca sensor ultrasonic ping ini adalah 3 cm sampai 3 m.Selain range jarak antara 3 cm sampai 3 m yang mampu dideteksi oleh sensor ultrasonik ping, sudut pancaran dari sensor jarak ultrasonic ping adalah dari 0 derajat sampai dengan 30 derajat.
Gambar 2.3 Sensor PING
2.3.3 Sensor Ultrasonik Devantech SRF04
Sensor jarak merupakan sensor yang wajib ada pada robot terkini. Devantech SRF04 adalah salah satu sensor jarak yang paling banyak digunakan pada kontes robot di indonesia selain ping Devantech. SRF04 ultrasonik range finder
memberikan informasi jarak dari kisaran 3 cm – 3 m. Harga sensor ini tidak lebih dari Rp 360.000,00. Anda juga dapat membeli SRF05 yang harganya lebih murah dibandingkan SRF04 dengan kualitas yang tidak jauh berbeda.
Kit ini sangat mudah untuk dirangkai dan membutuhkan sumber daya yang kecil sekali, yang sangat ideal untuk aplikasi mobil robot pencari jarak ini bekerja dengan cara memancarkan pulsa suara dengan kecepatan suara ( 0,9 ft/milidetik ).
Gambar 2.3 Sensor devantceh SRF04
2.3.4 Sensor Ultrasonik HC-SR04
Sensor ini merupakan sensor ultrasonik siap pakai, satu alat yang berfungsi sebagai pengirim, penerima, dan pengontrol gelombang ultrasonik. Alat ini bisa
digunakan untuk mengukur jarak benda dari 2cm - 4m dengan akurasi 3mm. Alat ini memiliki 4 pin, pin Vcc, Gnd, Trigger, dan Echo. Pin Vcc untuk listrik positif dan Gnd untuk ground-nya. Pin Trigger untuk trigger keluarnya sinyal dari sensor dan pin Echo untuk menangkap sinyal pantul dari benda.
Gambar 2.3 sensor ultrasonik HC-SR04
Cara menggunakan alat ini yaitu: ketika kita memberikan tegangan positif pada pin Trigger selama 10uS, maka sensor akan mengirimkan 8 step sinyal ultrasonik dengan frekuensi 40kHz. Selanjutnya, sinyal akan diterima pada pin Echo. Untuk mengukur jarak benda yang memantulkan sinyal tersebut, maka selisih waktu ketika mengirim dan menerima sinyal digunakan untuk menentukan jarak benda tersebut. Rumus untuk menghitungnya sudah saya sampaikan di atas.
Berikut adalah visualisasi dari sinyal yang dikirimkan oleh sensor HC-SR04.
Gambar 2.3 sistem pewaktu pada sensor HC-SR04
2.3.5 Generator Ultrasonik
Generator ultrasonik mengubah ener listrik dari garis yang biasanya bergantian Arus pada 50 atau 60Hz ke listrik Energi pada freque ultrasonik Ncy Hal ini dilakukan dalam a Banyak cara oleh berbagai produsen peralatan. Generator ultrasonik saat ini hampir semuanya digunakanTeknologi solid state Ada beberapa inovasi yang relatif baru dalam teknologi generator ultrasonik yang mungkin Meningkatkan efektivitas pembersihan ultrasonik peralatan. Ini termasuk Output gelombang persegi, Perlahan atau cepat pulsing ul Energi trasonik dinyalakan dan dimatikan dan Modulasi atau "sweeping" Frekuensi output generator di sekitar ce Frekuensi operasi ntral Yang paling maju Generator ultrasonik memiliki ketentuan untuk penyesuaian G berbagai parameter output untuk menyesuaikan Keluaran energi ultrasonik untuk tugas itu.
Output gelombang persegi
Menerapkan gelombang persegi siGnal ke resu transduser ultrasonik Dalam output akustik yang kaya Harmonik Hasilnya adalah sistem pembersihan multi frekuensi yang bergetar secara simultan diBeberapa frekuensi yang merupakan harmonisa fu Frekuensi ndamental Operasi multi frekuensi Menawarkan manfaat dari semua frekuensi combin Di dalam tangki pembersih ultrasonik tunggal.
2.3.6 Spesifikasi sensor ultrasonik PING 1. Kisaran pengukuran 3 cm – 3 m
2. Input trigger – positive TTL pulse, 2 us min, 5 us tipikal 3. Echo hold off 750 us dari of trigger pulse
4. Delay before next measurement 200 us
5. Brust indikator LED menampilkan aktivitas sensor
2.4 Transduser
2.4.1 Pengertian Tranduser
Transducer adalah suatu peralatan / alat yang dapat mengubah suatu besaran ke besaran lain, seperti besaran listrik, mekanik, kimia, optic (radiasi) atau thermal (panas).
Gambar 2.4 Tranduser Elektronika
2.4.2 Fungsi Transduser
Mengkonversi energi listrik bergantian ke energi mekanik yang bergetar untuk diproduksi
Gelombang tekanan positif dan negatif pada medium berair (1) Transduser bergetar pada frekuensi resonan karena frekuensi tinggi
Sumber generator elektronik; Menginduksi vibrasi diafragma yang diperkuat ,(Rentang frekuensi dari 20 sampai 80 kHz)
2.4.3 Klasifikasi transduser listrik
Transduser listrik dapat dibagi dalam dua katagori yaitu transduser pasif dan transduser aktif.Transduser pasif bekerja berdasarkan prinsip pengontrolan energi, transduser ini bekerjanyaatas dasar perubahan parameter listrik (resistansi, induktansi atau kapasitansi), oleh karena itu supaya dapat bekerja diperlukan penggerak atau sumber dari luar yang berbentuk energi listrik sekunder. Contoh:
pemakaian strain gauge digerakkan sumber listrik arus searah, LVDT (transformator diferensial) digerakkan oleh sinyal gelombang pembawa, Contoh lain: RTD (resistance thermal detector), Potensiometerdan NTC.
Transduser aktif adalah devais yang dapat membangkitkan sendiri, bekerja menurut hukum kekekalan energi.Tranduser aktif dapat membangkitkan sinyal
output listrik yang ekuivalen tanpa adanya sumberenergi dari luar. Contoh: piezo electric, termocouple, photovoltatic dan termistor.
Keuntungan transduser listrik meliputi:
a. Output listrik dapat diperkuat menurut keperluan.
b. Output dapat dilihat dan direkam secara jarak jauh, selain dapat dibaca atau dilihat untuk beberapa transduser dapat diproses bersama-sama.
c. Output dapat diubah tergantung keperluan pemeragaan atau mengontrol alat lain. Besarnya sinyal dapat dinyatakan dengan tegangan atau arus.
Informasi frekuensi atau pulsa. Output yang sama dapat diubah menjadi format digital, pemeragaan digital, pencetakan (print out) atau penghitungan dalam proses (on-linecomputation). Karena output dapat dimodifiksi atau diperkuatmaka sinyal output tersebut dapat direkam pada osilograp perekam multichannel misalnya, pada transduser listrik yang digunakan secara bersamaan.
d. Sinyal dapat dikondisikan atau dicampur untuk mendapatkan kombinasi output dan transduser sejenis, seperti contohnya pada komputer on line,atau
pada sistem kontrol adaptif.
e. Ukuran dan bentuk transduser dapat disesuaikan dengan rancangan alat an
berat serta volume optimum.
f. Dimensi dan bentuk desain dapat dipilih agar tidak mengganggu sifat yangdiukur seperti misalnya pada pengukuran turbulensi arus, ukuran transduserdapat dibuat kecil sekali, ini akan menaikkan frekuensi natural dan menjadilebih baik. Contohnya pada transduser piezo elektrik miniatur yang digunakan untuk mengukur getaran.
2.4.4 Karakteristik Dasar Transduser
Transduser dirancang untuk meraba besaran ukur yang spesifik atau hanya tanggap terhadap besaran ukur tertentu saja. Pemilihan karakteristik transduser
listrik dan mekanik sangat penting, untuk pemakain tertentu dalam instrumen suatu penelitian perlu memperhatikan hal-hal sebagai berikut:
a. Kokoh (ruggedness) kemampuan untuk bertahan pada beban lebih, denganpengamanproteksi beban lebihyang dapat mencegah pemakaian beban lebih.
b. Linieritas, Kemampuan menghasilkan karakteristik input-output yang simetris dan linier.
c. Kemampuan ulang, kemampuan menghasilkan sinyal output yang tepat sama bilamengukur besaran ukur sama secara berulang dalam kondisi lingkungan samapula.
d. Instrumentasi memuaskan, memberikan sinyal output analog yang tinggi dengan perbandingan sinyal terhadap noise yang besar; dalam banyak hal lebih disukaibesaran digital.
e. Stabilitas dan keandalan tinggi, kesalahan pengukuran minimum, tidakterpengaruh temperatur, getaran dan variasi keadaan lingkungan.
f. Tanggapan dinamis (dynamic response) baik: Output dapat dipercaya terhadapinput bila diambil sebagai fungsi waktu. Efek ini dianalisa sebagai tanggapanfrekuensi.
g. Karakteristik mekanik yang baik dapat mempengaruhi unjuk kerja statis kuasistatis dan keadaan dinamis.
h. Minimumkan noise yang bersatu dengan devais integrated, minimumkan asimitri dan kerusakan lain.
Efek utamanya adalah :
1. Histerisis mekanik, mengakibatkan tanggapan elemen sensor yang tidak sempurna, yang terjadi pada dimensi transduser strain. Sifat ini bergantungpada bahan yang dipakai.
2. Kental atau merayap (creep): disebabkan karena adanya aliran kentalbahan elemen sensor. Besarnya semakin naik bila beban naik dan temperatur naik. Bahan yang mempunyai titik leleh rendah memperlihatkan harga sifatmerayap/mengalir yang besar.
3. Sifat elastis yang tertinggal (after effect): Perubahan bentuk yang masihberlanjut bila beban diberikan dengan konstan dan kalau beban dilepas makabentuk secara perlahan-lahan akan kembali keasalnya, dan hilang sisaperubahan bentuknya.
Gambar 2.4 Konstruksi Transducer Ultrasonic
Konstruksi transducer ultrasonic terdiri dari bagian utama yaitu elemen aktif, dan wear plate (plat logam).
1. Element aktif dari transducer ultrasonic adalah piezoelectric yang berfungsi untuk mengubah energi listrik menjadi energi mekanik dalam bentuk gelombang suara ultrasonic. Piezoelectric yang digunakan dalam transducer ultrasonic pada umumnya berbahan ceramic, akan tetapi untuk aplikasi atau keperluan khusus yang membutuhkan performansi tinggi elemen piezoelectric pada transducer ultrasonic ini dibuat dari bahan polymer atau composite. Pada beberapa transducer selain element piezoelectric juga ditambahkan backing yang berfungsi untuk mengendalikan atau meredam getaran frekuensi ultrasonic dari element aktif piezoelectric agar tidak tembus ke bagian belakang transducer, sehingga pancaran energi ultrasonic hanya kedepan saja.
2. Wear plate (plat logam) dalam transducer ultrasonic berfungsi untuk melindungi elemen piezoelectric pada saat transducer bekerja. Wear plate
ini harus mampu bekerja pada getaran dengan frekuensi tinggi (frekuensi ultrasonic) dan tahan terhadap korosi, karena transducer ultrasonic sering digunakan pada perangkat tanpa pelindung (sensor dalam posisi terbuka).
Dalam aplikasinya ada beberapa hal yang harus diketahui dari suatu transducer ultrasonic.
2.5 Karakteristik Tekanan Bunyi
Gambar 2.5 Karakteristik Tekanan Bunyi
Karakteristik tekanan bunyi (Sound Pressure Level; SPL) pada penggunaan transducer ultrasonic yang mengindikasikan volume dan daya dari suara ultrasonic yang dihasilkan transducer. Secara matematis tekanan bunyi (Sound Pressure Level; SPL) dapat diformulasikan sebagai berikut.
Ket :
Po : referensi daya bunyi (20µPa)
2.6 Sensitivitas Penerimaan Transducer Ultrasonic
Gambar 2.6 Sensitivitas Penerimaan Transducer Ultrasonic
Sensitivitas penerimaan gelombang ultrasonic dari transducer ini akan memepengaruhi performansi penggunaan sensor ultrasonic. Sensitivitas transducer ultrasonic ini dapat diekpresikan dalam persamaan matematis berikut.
Ket :
Dimana S : tegangan sensor (V) dan
So : referensi tegangan bunyi (V/Pa).
2.7 Magnetostrictive
Magnetostrictive transduser menggunakan prinsip magnetostriction dimana material tertentu Memperluas dan kontrak kapan Ditempatkan di altern Ating medan magnet
Gambar 2.7 Magnetostrictive
Bergantian energi listrik dari Generator ultrasonik pertama kali diubah menjadi alternating medan magnet melalui penggunaan kumparan kawat.Magnet bolak lapangan kemudian digunakan untuk Menginduksi getaran mekanik pada Frekuensi ultrasonik dalam strip resonan nikel atau lainnya Bahan magnetostrictive yang menempel pada permukaan menjadi bergetar. Karena Bahan magnetostrictive berperilaku identik dengan ma Bidang gnetic baik po Kecenderungan, frekuensi Energi listrik yang diaplikasikan pada transduc Er adalah 1/2 dari frekuensi keluaran yang diinginkan. Transduser magnetik pertama kali memasok a Sumber kuat getaran ultrasonik untuk tinggi Aplikasi daya seperti pembersihan ultrasonik.
Karena kendala mekanis yang melekat pada Ukuran fisik perangkat keras dan juga Listrik dan komplikasi magnetik, daya tinggi Transduser magnetostrictive Ers
di sisi lain, dapat dengan mudah Beroperasi dengan baik ke dalam kisaran megahertz.
Transduser magnetik adalah genelary Kurang efisien Daripada piezoelectri mereka C rekan-rekan Ini Terutama disebabkan oleh fakta bahwa Transduser magnetostrictive kembali Mengikuti konversi energi ganda Dari listrik ke magnetik dan kemudian dari magnetik Untuk mekanik Beberapa effi Ketergantungan hilang di masing-masing konversi. Histeresis magnetik Ffects juga mengurangi efisiensi magnetostrictive Transduser
2.8 Piezoelectric
Transduser piezoelektrik berubahbAlternating energi listrik di Dengan energi mekanis Melalui penggunaan efek piezoelektrik di mana H bahan tertentu chan Dimensi ge bila a Muatan listrik diterapkan pada mereka.
Gambar 2.8 Piezoelectric
Energi listrik pada frekuensi ultrasonik adalah Dipasok ke transduser oleh ultrasonik generator. Energi listrik ini diterapkan Elemen piezoelektrik Di transduser yang mana bergetar. Getaran ini diperkuat oleh reso Massa transduser dan diarahkan ke dalam Cairan melalui pl Makan. Piezoelectri awal C transduser digunakan Seperti piezoelektrik Bahan seperti kristal kuarsa alami Dan barium
titanat yang rapuh dan Tidak stabil Piezoele awal Transduser ctric adalah, oleh karena itu, tidak bisa diandalkan. Transduser hari ini Menggabungkan lebih kuat, lebih efisien Ent dan keramik pi yang sangat stabil Bahan ezoelektrik yang Berkembang sebagai hasil usaha AS Angkatan Laut dan penelitiannya mengembangkan sonar maju Transponder di tahun 1940an.Sebagian besar transduser digunakan saat ini untuk pembersihan ultrasonik Memanfaatkan efek piezoelektrik
Radiasi Pancaran Gelombang Ultrasonic
Yang dimaksud dengan radiasi pancaran adalah sudut pancaran dari gelombang ultrasonic yang dihasilkan transducer ultrasonic. Hal ini perlu diperhatikan karena akan mempengaruhi kulitas penerimaan dan pancaran dari transducer ultrasonic. Ada beberapa transducer ultrasonic yang dilengkapi horn untuk memfokuskan pancaran gelombang ultrasonic, sehingga performasi pancaran gelombang utrasonic dari transducer lebih optimal.
2.9 ATmega328
2.9.1 Konfigurasi Pin ATmega328
ATMega328 merupakan mikrokontroler keluarga AVR 8 bit. Beberapa tipe mikrokontroler yang sama dengan ATMega8 ini antara lain ATMega8535, ATMega16, ATMega32, ATmega328, yang membedakan antara mikrokontroler antara lain adalah, ukuran memori, banyaknya GPIO (pin input/output), peripherial (USART, timer, counter, dll). Dari segi ukuran fisik, ATMega328 memiliki ukuran fisik lebih kecil dibandingkan dengan beberapa mikrokontroler diatas. Namun untuk segi memori dan periperial lainnya ATMega328 tidak kalah dengan yang lainnya karena ukuran memori dan periperialnya relatif sama dengan ATMega8535, ATMega32, hanya saja jumlah GPIO lebih sedikit dibandingkan mikrokontroler diatas.
Gambar 2.9 Pin Mikrokontroler Atmega328
2.9.2 Fitur ATmega328
ATMega328 adalah mikrokontroler keluaran dari atmel yang mempunyai arsitektur RISC (Reduce Instruction Set Computer) yang mana setiap proses eksekusi data lebih cepat dari pada arsitektur CISC (Completed Instruction Set Computer). Mikrokontroler ini memiliki beberapa fitur antara lain:
1. Memiliki EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) sebesar 1KB sebagai tempat penyimpanan data semi permanen karena EEPROM tetap dapat menyimpan data meskipun catu daya dimatikan.
2. Memiliki SRAM (Static Random Access Memory) sebesar 2KB.
3. Memiliki pin I/O digital sebanyak 14 pin 6 diantaranya PWM (Pulse Width Modulation) output.
4. 32 x 8-bit register serba guna.
5. Dengan clock 16 MHz kecepatan mencapai 16 MIPS.
6. 32 KB Flash memory dan pada arduino memiliki bootloader yang menggunakan 2 KB dari flash memori sebagai bootloader.
7. 130 macam instruksi yang hampir semuanya dieksekusi dalam satu siklus clock.
Gambar 2.9 Arduino UNO R3 ATmega328 Board Arduino Unomemiliki fitur-fitur baru sebagai berikut :
1,0 pinout: tambah SDA dan SCL pin yang dekat ke pin aref dan dua pin baru lainnya ditempatkan dekat ke pin RESET, dengan IO REF yang memungkinkan sebagai bufferuntuk beradaptasi dengan tegangan yang disediakan dari board sistem.
Pengembangannya, sistem akan lebih kompatibel dengan Prosesor yang menggunakan AVR, yang beroperasi dengan 5V dan dengan Arduino Karena yang beroperasidengan 3.3V.
Yang kedua adalah pin tidak terhubung, yang disediakan untuk tujuan pengembangannya.
Tabel 2.9 Arduino Uno 2.10 Catu Daya
Uno Arduino dapat diaktifkan melalui koneksi USB atau dengan catu daya eksternal. Sumber listrik dipilih secara otomatis. Eksternal (non- USB) daya dapat datang baik dari AC-DC adaptor ataubaterai. Adaptor ini dapat dihubungkan dengan cara menghubungkannya plugpusat-positif 2.1mm ke dalam board colokan listrik. Lead dari baterai dapat dimasukkan ke dalam headerpin Gnd dan Vin dari konektor Power.
Board dapat beroperasi pada pasokan daya dari 6 - 20 volt. Jika diberikan dengan kurang dari 7V, bagaimanapun, pin 5V dapat menyuplai kurang dari 5 volt dan boardmungkin tidak stabil. Jika menggunakan lebih dari 12V, regulator tegangan bisa panas dan merusak board. Rentang yang dianjurkan adalah 7 - 12 volt.
Pin catu daya adalah sebagai berikut:
VIN. Tegangan input ke board Arduino ketika menggunakan sumber daya eksternal (sebagai lawan dari 5 volt dari koneksi USB atau sumber daya lainnya diatur). Anda dapat menyediakan tegangan melalui pin ini, atau, jika memasok tegangan melalui colokan listrik, mengaksesnya melalui pin ini.
5V. Catu daya diatur digunakan untuk daya mikrokontroler dan komponen lainnya di board. Hal ini dapat terjadi baik dari VIN melalui regulator on-board, atau diberikan oleh USB .
3,3 volt pasokan yang dihasilkan oleh regulator on-board. Menarik arus maksimum adalah 50 mA.
GND
1. Memory
ATmega328 ini memiliki 32 KB dengan 0,5 KB digunakan untuk loading file.
Ia juga memiliki 2 KB dari SRAM dan 1 KB dari EEPROM 2. Input & Output
Masing-masing dari 14 pin digital pada Uno dapat digunakan sebagai input atau output, menggunakan fungsi pinMode(), digitalWrite(), dan digitalRead(). Mereka beroperasi di 5 volt. Setiap pin dapat memberikan atau menerima maksimum 40 mA dan memiliki resistor pull-up internal dari 20-50 KΩ. Selain itu, beberapa pin memiliki fungsi khusus:
Serial: 0 (RX) dan 1 (TX). Digunakan untuk menerima(RX) dan mengirimkan (TX) data TTL serial. Pin ini terhubung ke pin yang sesuai dari chip ATmega8U2 USB-to-Serial TTL.
Eksternal Interupsi: 2 dan 3. Pin ini dapat dikonfigurasi untuk memicu interupsi pada nilai yang rendah, tepi naik atau jatuh, atau perubahan nilai. Lihat attachInterrupt () fungsi untuk rincian.
PWM: 3, 5, 6, 9, 10, dan 11. Menyediakan 8-bit output PWM dengan analogWrite () fungsi.
SPI: 10 (SS), 11 (mosi), 12 (MISO), 13 (SCK). Pin ini mendukung komunikasi SPI menggunakan perpustakaan SPI.
LED: 13. Ada built-in LED terhubung ke pin digital 13. Ketika pin adalah nilai TINGGI, LED menyala, ketika pin adalah RENDAH, itu
Uno memiliki 6 input analog, diberi label A0 melalui A5, masing-masing menyediakan 10 bit resolusi yaitu 1024 nilai yang berbeda. Secara default sistem mengukur dari tanah sampai 5 volt.
TWI: A4 atau SDA pin dan A5 atau SCL pin. Mendukung komunikasi TWI
Aref. Referensi tegangan untuk input analog. Digunakan dengan analog Reference().
Reset.
3. Komunikasi
Uno Arduino memiliki sejumlah fasilitas untuk berkomunikasi dengan komputer, Arduino lain, atau mikrokontroler lain. ATmega328 ini menyediakan UART TTL (5V) komunikasi serial, yang tersedia pada pin digital 0 (RX) dan 1 (TX). Sebuah ATmega16U2 pada saluran boardini komunikasi serial melalui USB dan muncul sebagai com port virtual untuk perangkat lunak pada komputer. FirmwareArduino menggunakan USB driver standar COM, dan tidak ada drivereksternal yang dibutuhkan.
Namun, pada Windows, file. Inf diperlukan. Perangkat lunak Arduino termasuk monitor serial yang memungkinkan data sederhana yang akan dikirim ke board Arduino. RX dan TX LED di boardakan berkedip ketika data sedang dikirim melalui chip USB-to-serial dan koneksi USB ke komputer. ATmega328 ini juga mendukung komunikasi I2C (TWI) dan SPI. Fungsi ini digunakan untuk melakukan komunikasi inteface pada sistem.
4. Komunikasi
Uno Arduino memiliki sejumlah fasilitas untuk berkomunikasi dengan komputer, Arduino lain, atau mikrokontroler lain. ATmega328 ini menyediakan UART TTL (5V) komunikasi serial, yang tersedia pada pin digital 0 (RX) dan 1 (TX). Sebuah ATmega16U2 pada saluran boardini
komunikasi serial melalui USB dan muncul sebagai com port virtual untuk perangkat lunak pada komputer. Firmware Arduino menggunakan USB driverstandar COM, dan tidak ada drivereksternal yang dibutuhkan.
Namun, pada Windows, file. Inf diperlukan. Perangkat lunak Arduino termasuk monitor serial yang memungkinkan data sederhana yang akan dikirim ke boardArduino. RX dan TX LED di boardakan berkedip ketika data sedang dikirim melalui chip USB-to-serial dan koneksi USB ke komputer. ATmega328 ini juga mendukung komunikasi I2C (TWI) dan SPI. Sistem dapat menggunakan perangkat lunak FLIP Atmel (Windows) atau programmer DFU (Mac OS X dan Linux) untuk memuat firmwarebaru. Atau Anda dapat menggunakan header ISP dengan programmer eksternal.
5. Perangkat Lunak (Arduino IDE)
Lingkungan open-source Arduinomemudahkan untuk menulis kode dan meng-uploadke board Arduino. Ini berjalan pada Windows, Mac OS X, dan Linux. Berdasarkan Pengolahan, avr-gcc, dan perangkat lunak sumber terbuka lainnya.
Gambar 2.10 Tampilan Framework Arduino UNO
6. Otomatis Software Reset
Tombol reset Uno Arduino dirancang untuk menjalankan program yang tersimpan didalam mikrokontroller dariawal. Tombol reset terhubung ke Atmega328 melalui kapasitor 100nf. Setelah tombol reset ditekan cukup lama untuk me-reset chip, software IDEArduino dapat juga berfungsi untuk meng- uploadprogram dengan hanya menekan tombol uploaddi software IDEArduino.
7. Modul SD Card
SD Card Board untuk kartu SD standar. Hal ini memungkinkan sistem untuk menambahkan penyimpanan dan data logging untuk penyimpanan data sistem, sehingga data-data yang dihasilkan dari sistem yang kita buat dapat secara otomatis tersimpan dalam memory ini.
Gambar 2.10 Modul SD-Card
Spesifikasi Modul SD-Card:
Board untuk standar kartu SD dan Micro SD (TF) kartu
Berisi tombol untuk memilih slot kartu flash
Dudukan langsung pada Arduino Uno.
2.11 Aspek Macroscoopik Dari Kebersihan
Kebersihan, secara umum, terdiri dari kontaminan permanen dari substrat, yang secara permanen menghilangkan kontaminan,mungkin permukaan benda apapun.
Untuk melakukan pembersihan, harus melakukan pekerjaan untuk menghapus kontaminan, melanggar ikatan kimia dan mengatasi kekuatan daya tarik listrik dan
Van der Waals, dan pastikan bahwa pemindahan ini bersifat permanen, mencegah daya tarik menarik listrik kembali.
Oleh karena itu, pembersihan substrat bukanlah tugas yang mudah, terutama jika yang dibutuhkan tingkat kebersihannya tinggi, kontaminannya bersifat kimiawi, objek yang harus dibersihkan memiliki ceruk dan rongga atau tidak bisa mengalami abrasi kimia atau mekanis.
Dalam sistem pembersihan dengan ultrasound, yang melakukan pembersihan menghilangkan kontaminan dan penahanan mereka jauh dari substrat (biasanya dengan chemicalhelp) adalah dua fenomena propagasi suara dengan intensitas tinggi: Cavitation dan momentum transfer.
Perilaku makroskopis fenomena ini
Dalam proses pembersihan adalah sebagai berikut :
Meningkatkan dispersi dan pelarutan film padat dan cairan
Erosi
Kelelahan dan kerusakan lapisan kontaminan
Pelepasan gelembung udara dari lubang dan alur kecil
2.11.1 Dispersi dan peningkatan pembubaran solidfilms dan cairan Kondisi awal dan berevolusi substrat yang direndam dalam bahan kimia statis mandi. Karena aksi bak mandi hanya terjadi di antarmuka, melalui pembubaran, saat mandi bereaksi dengan kontaminan membentuk lapisan jenuh, yang menyebabkan laju disolusi berkurang atau bahkan stagnasi proses, membuat tindakan mekanis penting. Bila objek yang akan dibersihkan memiliki geometri yang kompleks,dengan rongga dan celah- celah, sering kali agitasi mekanis yang dihasilkan oleh gelembung udara, baling-baling atau pengaduk tidak cukup, membutuhkan penggunaan ultrasound.
Gambar 2.11 Kondisi awal dan berevolusi dari sistem pembersihan dimana substrat harus dibersihkan dan pembersih kimia bersifat statis.
Erosi
Di antara segudang kontaminan, kita memiliki inerts kimia, yang paling sulit
untuk menghapus karena kebutuhan untuk menggunakan tindakan mekanis yang kuat. Untuk aplikasi ini, Sistem pembersihan ultrasonik sangat sesuai karena erosi yang dihasilkan oleh kavitasi,menghindari kontak langsung objek yang harus dibersihkan dengan sikat atau agen fisik eksternal lainnya.
2.11.2 Penghapusan Kontaminan Berlapis Dan Gelembung Udara Dalam propagasinya, gelombang ultrasonik menghasilkan ekspansi dan kontraksi gelembung udaray ang mungkin terjebak dalam lubang dan rongga, sering kali mencegah pembersihan benda secara menyeluruh
dengan cara menghalangi
akses pembersih kimia. Siklus ini menyebabkan kelelahan kontaminan berlapis dan memudahkannya penghilangan gelembung yang terjebak oleh tegangan permukaan (selama ekspansi, volume meningkat, dan Akibatnya, gaya apung yang menghilangkan gelembung)
Gambar 2.11 Fenomena kavitasi dan Momentum transfer
Memaksimalkan Proses Pembersihan Ultrasonik Parameter Proses
Aplikasi pembersihan ultrasonik yang efektif memerlukan pertimbangan sejumlah Parameter. Sementara waktu, suhu dan kimia tetap penting dalam pembersihan ultrasonik Berada dalam teknologi pembersihan lainnyaAda faktor lain yang mu Harus dipertimbangkan untuk memaksimalkan Efektivitas prosesnya. Yang terpenting adalah variabel-variabel yang mempengaruhi intensitas Kavitasi ultrasonik dalam cairan.
Memaksimalkan Kavitasi
Memaksimalkan kavitasi cairan pembersih tersebut Jelas sangat penting bagi keberhasilan Proses pembersihan ultrasonik. Beberapa vaRiables mempengaruhi cavitasi Intensitas Suhu adalah paramete tunggal yang paling penting untuk dipertimbangkan dalam memaksimalkan kavitasi intensitas. Ini karena begitu banyak sifat cair Es yang mempengaruhi intensitas kavitasi terkait dengan suhu.
Perubahan suhu menghasilkan perubahan viskositas,Kelarutan gas di Cairan, laju difusi gas terlarut di cair, dan tekanan uap, yang semuanya mempengaruhi Intensitas kavitasi. Di murni efek kavitasinya Dimaksimalkan sekitar 160 ° F.
Viskositas cairan harus Diminimalkan untuk maximuM kavitasi efek Cairan kental adalah Lamban dan tidak bisa merespon dengan cepat Cukup untuk membentuk gelembung kavitasi dan ledakan kekerasan. Itu Viskositas kebanyakan cairan adalah dikurangi sebagai suhu meningkat.
2.11.3 Sistem Pembersihan Ultrasonic
Komponen dasar sebuah bank transduser ultrasonik dipasang pada diafragma yang memancar, sebuah listrik Generator, dan tangki diisi
larutan berair.
Pembersih ultrasonik hanyalah tangki logam (stainless steel) yang memiliki transduser piezo-keramik yang terikat ke bagian bawah atau samping. Transdusernya adalah digabungkan ke generator ultrasonik.
Gambar 2.11 Tangki pembersihan ultrasonik 2.12 Ultrasonic Cleaner
2.12.1 Prinsip Ultrasonic Cleaner
Energi listrik frekuensi tinggi diubah menjadi gelombang ultrasuara dengan menggunakan randuser T ultrasonik, yang terikat pada basis S. S.
Air Tank.
Gelombang suara frekuensi tinggi ini menciptakan banyak Bubuk Vakum Mikroskopik yang tak terhitung jumlahnya, yang dengan cepat berkembang dan runtuh. Fenomena ini adalah KAVITASI. Gelembung ini bertindak seperti sikat kecepatan tinggi miniatur, menggerakkan cairan ke semua bukaan dan relung menit dari Objek yang terbenam di cair.
Penggosokan Cavitation yang intens membersihkan semua kotoran dan tanah dari benda yang direndam dan benda dibersihkan dengan sempurna.
Benda yang rumit bisa jadi dibersihkan dengan pembongkaran lengkap atau sedikit.
2.12.2 Karakteristik Proses Pembersihan Ultrasonic Cleaner
Ultrasonic Cleaner menggunakan gelembung kavitasi yang disebabkan oleh tekanan frekuensi tinggi gelombang (suara) yang merangsang cairan.
Rangsangan menghasilkan kekuatan tinggi pada kootoran yang melekat pada substrat seperti logam, plastik, kaca, karet, dan keramik. Rangsangan ini juga menembus lubang buta, retak, dan wadahnya. Tujuannya adalah untuk benar-benar menghapus semua jejak kotoran yang erat melekat atau tertanam pada permukaan benda padat. Air atau pelarut lain dapat digunakan, tergantung pada jenis kotoran dan benda yang dibersihkan.
Kotoran dapat mencakup debu, minyak, pigmen, karat, minyak, ganggang, jamur, bakteri, kapur skala, senyawa polishing, bahan fluks, sidik jari, lilin jelaga dan bahan pelepas cetakan, kotoran biologis seperti darah, dan sebagainya. Ultrasonic Cleaner dapat digunakan untuk berbagai macam bentuk benda, ukuran dan bahan, dan tidak memerlukan bagian yang akan dibongkar sebelum pembersihan. Objek tidak boleh menempel dibagian bawah alat ini selama proses pembersihan , karena akan menghambat kavitasi yang akan membersihkan bagian dari objek yang tidak
Dalam Ultrasonic Cleaner, obyek yang akan dibersihkan ditempatkan dalam wadah yang berisi solusi yang cocok (dalam larutan berair atau organik, tergantung pada aplikasi). Dalam pembersih air, bahan kimia yang ditambahkan adalah surfaktan (misalnya deterjen laundry) yang memecah tegangan permukaan dasar air. Ultrasound menghasilkan transduser dibangun ke dalam wadah, atau diturunkan ke dalam cairan, menghasilkan gelombang ultrasonik dalam cairan dengan mengubah ukuran dalam reaksi dengan sinyal listrik berosilasi pada frekuensi ultrasonik. Hal ini menciptakan gelombang kompresi dalam cairan dari tangki yang „merobek‟ cairan terpisah, meninggalkan jutaan mikroskopis
„void‟ atau „gelembung vakum parsial‟ (kavitasi). Gelembung ini runtuh dengan energi yang sangat besar, suhu dan tekanan pada urutan 5.000 K dan 20.000 lbs per inci persegi dicapai. Namun, mereka begitu kecil, yang mereka lakukan tidak lebih dari membersihkan dan menghilangkan kotoran dari permukaan benda yang dibersihkan . Semakin tinggi frekuensi, semakin kecil node antara titik kavitasi, yang memungkinkan untuk membersihkan detail yang lebih rumit.Transduser ultrasonik menunjukkan ~ 20 kHz dan 40 kHz ~ susunan. Unsur-unsur aktif (dekat bagian atas) adalah dua cincin timbal zirkonat titanat, yang melesat ke tanduk penghubung aluminium.
Jenis utama dari sistem pembersihan dapat dibagi menjadi 8 kelompok:
1. Alkaline
2. Dengan pelarut 3. Dengan emulsi
4. Dengan mandi garam cair 5. Ultrasonik
6. AC id 7. Mekanika
8. Dengan pengawetan
Pemilihan sistem pembersihan biasanya ditentukan oleh variabel berikut :
Sifat kontaminan
Sifat benda yang harus dibersihkan
Tingkat kebersihan yang dibutuhkan
Geometri dari benda yang harus dibersihkan
Kuantitas dan frekuensi
Kebutuhan proses otomatis
Batasan dan standar lingkungan
Biaya dan anggaran tersedia
Teknologi pembersihan ultrasonik menggunakan kavitasi dan momentum transfer, yang diinduksi.Fenomena oleh perambatan gelombang akustik dengan intensitas tinggi, dengan frekuensi di atas manusia. Batas yang dapat didengar (kurang lebih 18 kHz) di media cair.Ini adalah metode non-abrasif yang paling efisien Untuk pembersihan dan tidak menggunakan pembubaran kimia dari substrat. Terkait dengan metode lain sebagai pembersih alkali, asam atau emulsi, pembersihan ultrasonik mampu mengeluarkan lebih banyak kompleks.
Kontaminan tanpa mengorbankan integritas atau merusak permukaan yang sedang dibersihkan.Terutama efektif dalam membersihkan benda-benda dengan rongga, lubang dan ceruk.Saat ini banyak digunakan di industri pengerjaan logam, otomotif, dirgantara dan optik, untuk menghilangkan logam dan lemak.
Gambar 2.12 Sistem Industri Yang Khas Untuk Pembersihan Ultrasonik Dengan Dua Tangki Pembersih
Tabel 2.12 Perbandingan Antara Proses Pembersihan Utama Yang Digunakan Pada Industri Pengerjaan Logam.
Bagian-bagian Ultrasonic cleaner memiliki bagian-bagian sebagai berikut:
1. Bak cuci yang dilengkapi keranjang, penutup, dan katup pembuangan air, pada bak cuci terdapat tombol pengatur waktu, tombol start/stop, lampu displai untuk waktu, dan kabel listrik untuk menghubungkan jaringan elektroni pada bak cuci dengan regulator tegangan listrik.
2. Jaringan elektronik pengubah energi listrik menjadi getaran; bagian ini terdapat disalah satu bagian badan alat, berfungsi untuk mengubah energi listrik yang diberikan pada alat ini menjadi getaran dengan frekuensi sangat tinggi.
3. Regulator tegangan listrik, merupakan pelengkap alat “ultra sonic cleaner”
yang berfungsi untuk mengubah arus listrik dua arah dengan tegangan 220-240 volt menjadi arus listrik dua arah dengan tegangan 100 volt.
Bagian ini sangat penting untuk menjalankan “ultra sonic cleaner” karena alat ini dibuat dan diperuntukkan bagi pengguna di Jepang yang memiliki arus listrik dengan tegangan 100 volt.
Cara pemakaian Ultrasonic Cleanser
1. Memastikan bak dalam keadaan bersih dan katup air tertutup;
2. Mengisi bak dengan air kran hingga mencapai batas yang ada di dalam bak;
3. Menambahkan deterjen netral sebanyak ± 2 sendok makan;
4. Memasukkan peralatan yang akan dicuci ke dalam keranjang, kemudian memasukkan keranjang dan peralatan yang ada di dalamnya ke dalam bak;
5. Menghubungkan kabel listrik ke sumber listrik;
6. Mengatur waktu pencucian selama ± 20 menit tergantung dari tingkat kekotoran alat yang dicuci;
7. Menekan tombol “start”. Pencucian akan berlangsung selama waktu yang kita tentukan. Setelah waktu pencucian selesai getaran akan berhenti.
Aplikasi
1. Industri : Semi-Konduktor, Komponen Elektronik, Berharga Bagian & mekanisme
2. Kedokteran : Gigi & Instrumen Bedah.
3. Optik : Kacamata, Bingkai Tontonan, Lensa
4. Perhiasan : Untuk semua jenis perhiasan, Batu Mulia dll
5. Laboratorium : Untuk Barang pecah belah, Filter Pembersihan & HPLC
Memilih Solusi Pembersihan dan Solusi Pembersihan
Analisis aplikasi harus dilakukan pada bagian-bagian yang harus dibersihkan sebelum membeli ultrasonik sistem. Analisis ini harus mempertimbangkan bahan konstruksi, jumlah bagian, tanah untuk Dihilangkan,dan keduanya berair dan pendekatan pembersihan pelarut. Langkah ini sangat penting untuk memastikan ultrasonik yang tepat dengan sistem pembersihan disediakan.
Sistem pembersih ultrasonik dirancang untuk digunakan secara khusus dengan yang tertentu larutan pembersih.
Sistem berair biasanya terdiri dari tangki terbuka yang memungkinkan bagian dibenamkan, dan kompleks sistem mungkin terdiri beberapa tangki recirculating Sistem pompa dan saringan, tahap bilas dan pengeringan serta Aksesoris lainnya.
BAB 3 PERANCANGAN SISTEM
3.1 Diagram Blok
Diagram merupakan pernyataan hubungan yang berurutan dari satu atau lebih komponen yang memiliki kesatuan kerja tersendiri, dan setiap blok komponen mempengaruhi komponen yang lainnya. Diagram blok merupakan salah satu cara yang paling sederhana untuk menjelaskan cara kerja dari suatu sistem. Dengan diagram blok kita dapat menganalisa cara kerja rangkaian dan merancang hardware yang akan dibuat secara umum. Adapun diagram blok sistem yang dirancang seperti yang diperlihatkan pada gambar 3.1.
3.1 Diagram Blok Kerja Sistem
Cara Kerja Blok Diagram
1. Pertama power supplay menyuplay tegangan ke semua rangakaian sebelum menjalankan alat
2. chamber harus terisi dengan air terlebih dahulu.
3. kemudian pilih timer sebagai pewaktu pembersihan kemudian pemilihan mode pembersihan disini ada dua pemilihan mode yaitu mode low dan high ,
4. setelah itu AVR akan memproses inputan yang berjutuan untuk memerintahkan untuk bekerjan lalu mendraiver rangkaian pembangkit frekuensi untuk bekerja. frekuensi disini berfungsi sebagai pemicu agar dapat memberikan inputan yang dibutuhkan oleh transduser agar dapatbekerja sehingga ultrasound transduser bekerja dengan cara mengeluarkangetaran/vibrasi ,sehingga menghasilkan gelembung ultrasound yang berfungsi untuk memecah partikel atau kotoran yang menempel pada obyek,
5. lcd character disini berfungsi untuk menampilkan timer dan pemilihan timer dan digunakan untuk pemilihan frekuensi.
3.2 FLOWCHART
Cara Kerja diagram alir
Mikrocontroler sebelumnya akan melakukan proses initialisasi LCD, selanjutnya kita melakukan setting timer ada dua pilihan timer yaitu 5 dan 10 menit setelah selesai melakukan pemilihan timer selanjutnya melakukan pemilihan pemilihan mode, ada dua mode pembersihan yaitu mode low dan mode high kemudian tekan enter driver on proses pembersihan berjalan sesuai settingan ketika timer sudah
BAB 4 PENGUJIAN ALAT
4.1 Perancangan Penelitian
Rancangan penelitian model alat ini menggunakan metode pre-eksperimental dengan jenis penelitian After Only Design. Pada rancangan ini, peneliti hanya melihat hasil tanpa mengukur keadaan sebelumnya. Tetapi disini sudah ada kelompok control, walaupun tidak dilakukan rendomisasi. Kelemahan dari rancangan ini adalah tidak tahu keadaan awalnya, sehingga hasil yang didapat sulit disimpulkan.
4.2 Hasil Percobaan 4.2.1 Hasil Percobaan
Pengambilan data dengan cara menyesuaikan settingan Frekuensi Objek yang dibersihkan :
1.Cincin
Frekuensi : 20 kHz Tabel 4.2 hasil pengukuran
t (detik)
Hasil Benda yang Di Bersihkan
60 kotor
120 kotor
180 kotor
Frekuensi : 30 Khz
Tabel hasil pengukuran
t (detik)
Hasil Benda yang Di Bersihkan
60 kotor
120 kotor
180 kotor
Frekuensi : 40 Khz Tabel hasil pengukuran
t (detik)
Hasil Benda yang Di Bersihkan
60 Sedikit bersih
120 Sedikit bersih
180 Sedikit bersih
Frekuensi : 50 Khz
Tabel hasil pengukuran
t (detik)
Hasil Benda yang Di Bersihkan
60 bersih
120 bersih
180 bersih
2.Kacamata
Frekuensi : 20 Khz
Tabel hasil pengukuran
t (detik)
Hasil Benda yang Di Bersihkan
60 kotor
120 kotor
180 kotor
Frekuensi : 30 Khz Tabel hasil pengukuran
t (detik)
Hasil Benda yang Di Bersihkan
60 kotor
120 kotor
180 kotor
Frekuensi : 40 Khz
Tabel hasil pengukuran t
(detik)
Hasil Benda yang Di Bersihkan
60 Sedikit bersih
120 Sedikit bersih
180 Sedikit bersih
Frekuensi : 50 Khz
Tabel hasil pengukuran t
(detik)
Hasil Benda yang Di Bersihkan
60 bersih
120 bersih
180 bersih
BAB 5 PENUTUP
5.1 Kesimpulan
Berdasarakan hasil perencanaan, pembuatan modul, penulisan dan analisa data dapat disimpulkan sebagai berikut ini:
1. Dari hasil pengujian alat,dapat disimpulkan bahwa rata-rata hasil pengukuran kebersihan objek yang di uji adalah pada frekuensi 50 kHz dan dengan waktu 180 detik.
2. Vibrasi yang dihaslkaan oleh transduser dapat melunturkan kotoran yang menempel pada instrument.
5.2 Saran
Penelitian ini dapat dikembangkan:
1. Dapat ditambahkan pembuangan air dan sirkulasi air otomatis
2. Dapat ditambahkan heater agar kotoran yang sulit dibersihkan mudah terangkat
DAFTAR PUSTAKA
Malvino,Albert Paul.2003.Prinsip-Prinsop Elektronika. Jakarta: SalembaTeknika Tulisanterkini “Ultrasonic” 29 Juni 2017
Bhisop, Owen. 2004. Dasar-dasar Elektronika. Jakarta: Erlangga
Budiharto, Widodo. 2005. Panduan Lengkap Belajar Mikrokontrorel Perancangan Sistem
http://tulisanterkini.com/artikel/biologi/1408-ultrasonic-cleaner-usc.html Elektronika-dasar “ Tranducer “ 30 Juni 2017
http://elektronika-dasar.web.id/transducer-ultrasonic/
mrc.magicnet “ Ultrasonic Cleaning” 3 Juli 2017
http://mrc.magicnet.co.il/data/MagicNetFiles/General//Ultrasonic20Cleaning.pdf
LAMPIRAN
Kinerja Sistem Keseluruhan
Gambar Alat
