BAB II TINJAUAN PUSTAKA

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Seismik Borehole

Metode seismik borehole merupakan metode yang dapat mendeteksi segala jenis gelombang seismik yang menjalar kebawah permukaan bumi. Output dari metode seismik borehole ini adalah untuk mengetahui struktur lapisan bawah permukaan bumi [8].

Gambar 2.1 Prinsip kerja seismik borehole [9].

Berdasarkan gambar 2.1 pengukuran seismik borehole menggunakan sensor 3 sumbu yaitu sumbu x, y dan z. Sensor sumbu x dan y (komponen horizontal) digunakan untuk melihat gelombang S (Shear) yang memiliki arah peregerakan partikel gelombang S

(Shear) tegak lurus dengan arah gelombangnya (Gambar 2.2b). Oleh karena itu, komponen horizontal akan lebih jelas untuk gelombang S. Sedangkan sensor sumbu z (komponen vertikal) digunakan untuk melihat gelombang P (Pressure) yang memiliki arah pergerakan partikel sejajar dengan arah gelombangnya (Gambar 2.2a). Oleh karena itu, kedatangan gelombang P akan lebih jelas terlihat pada komponen vertikal.

Gambar 2.2 Arah rambat dan gerak partikel pada a) gelombang P b) gelombang S [10].

Dalam pengukuran dilapangan, gelombang S sangatlah sulit untuk dideteksi oleh sensor getaran. Sehingga agar dapat didetesi maka dapat dilakukan pembentukan gelombang S sebanyak dua kali dengan arahnya yang saling berlawanan (180⁰). Selain itu, sumber yang diberikan berasal dari pinggiran sebelah kanan-kiri dan depan- belakang papan atau besi yang digunakan sebagai sumber getaran.

2.2 Perangkat Keras

Perangkat keras merupakan perangkat atau komponen-komponen secara fisik yang digunakan dalam rancang bangun alat seismik borehole. Pada penelitian ini perangkat keras yang digunakan yaitu sensor, pemguat sinyal, Arduino Mega, dan ADC.

2.2.1 Sensor

Sensor merupakan perangkat yang berfungsi untuk mendeteksi sinyal sinyal yang berasal dari perubahan suatu energi. Secara umum, berdasarkan fungsi dan penggunaannya sensor dibagi menjadi 3 yaitu sensor mekanis, sensor optik, dan sensor panas. Pada penelitian ini jenis sensor yang digunakan adalah sensor mekanis. Sensor mekanis merupakan sensor yang mendeteksi peubahan gerak mekanis, seperti perpindahan atau pergeseran atau posisi, gerak lurus dan melingkar, tekanan, aliran, level, dan sebagainya. Jenis sensor yang digunakan pada penelitian ini adalah akselerometer MEMS kapasitif dikarenakan sensor akselerometer tersebut dapat digunakan untuk mendeteksi sinyal frekuensi rendah dan tinggi. Sinyal frekuensi rendah berfungsi untuk memberikan informasi event yang terjadi pada panjang gelombang lebih besar dari ratusan meter. Sedangkan untuk sinyal frekuensi tinggi (dalam orde kHz) berhubungan dengan aktivitas pada Panjang gelombang dalam beberapa meter saja [11].

(a) (b)

Gambar 2.3 (a) Bentuk fisik akselerometer MEMS Colibrys SF1500SN.A dan (b) Skema akselerometer MEMS [12].

Tipe sensor akselerometer MEMS yang digunakan pada penelitian ini adalah Colibrys SF1500SN.A (Gambar 2.3(a)). Adapun spesifikasi dari sensor tersebut dapat dilihat pada Tabel 2.1.

Tabel 2.1Spesifikasi sensor akselerometer MEMS Colibrys SF1500SN.A [13].

Parameter Unit

Tegangan Sumber ±6 - ±15 V Rentang Keluaran Liner ±3 g

Sensitivitas 2,4 ± 0,24 V/g Noise < 0,5 μgrms/√Hz Respon Frekuensi DC – 1.500 Hz Error Linearitas < 1 % (± 1 g)

Pada Gambar 2.3(b), akselerometer MEMS terdiri dari trasduser dan seismic mass.

Transduser adalah sepasang kapasitor C1 (kapasitansi antara Top electrode dengan Seismic mass) dan C2 (kapasitansi antara Bottom electrode dengan Seismic mass); dan Seismic mass yang sebagai pusat massa, adalah bagian mekanik mikro dari silikon dengan pelapisan logam pada permukaan atas dan bawahnya. Mekanik pegas berupa beam, merupakan daerah silikon yang telah dipotong sangat tipis, menahan Seismic mass pada lapisan tengah, dan memungkinkan sejumlah kecil gerakan elastis.

Frekuensi resonansi untuk pegas ini umumnya dekat atau di atas satu kHz. Ketika mass tersebut berubah posisi akibat gaya dari luar, jarak antara pelat-pelat logam berubah, dan menimbulkan perubahan nilai kapasitansi [14]. Sensitivitas kapasitif tidak bergantung pada bahan dasar, namun bergantung pada variasi kapasitansi ketika geometri kapasitor berubah. Nilai kapasitansi plat parallel antara C1 dan C2 dapat dicari dengan mencari kapasitansi ruang-bebas (𝐶0) antara plat terlebih dahulu melalui persamaan berikut

𝐶₀= ∈₀∈𝐴

𝑑 (2.1) di mana,

∈_𝐴= ∈₀∈ 𝐴 (2.2) sehingga,

𝐶₀ = ∈_𝐴 ¹

𝑑 (2.3)

Pada Gambar 2.4 dapat dilihat bahwa kapasitansi antara dua plat, C1 dan C2 adalah fungsi dari perpindahan yang sesuai x1 dan x2

𝐶₁= ∈_𝐴 1

𝑥₁= ∈_𝐴 1

𝑑 − 𝑥 = 𝐶₀+ ∆𝐶 (2.4)

𝐶₂= ∈_𝐴 1

𝑥₂ = ∈_𝐴 1

𝑑 + 𝑥= 𝐶₀− ∆𝐶 (2.5)

Jika nilai akselerasi sama dengan nol, maka nilai C1 dan C2 sebanding dikarenakan nilai x1 = x2. Jika x ≠ 0 maka perbedaan kapasitansi dapat dicari menggunakan persamaan berikut

𝐶₁− 𝐶₂= 2 ∆𝐶 (2.6)

∆𝐶 = ∈_𝐴 𝑥

𝑑²− 𝑥² (2.7)

Nilai x pada persamaan di atas dapat dicari menggunakan persamaan linear aljabar linear, sehingga

∆𝐶 𝑥²+ ∈_𝐴𝑥 − ∆𝐶 𝑑²= 0 (2.8)

Untuk nilai x yang sangat kecil, maka ∆𝐶 𝑥² dapat diabaikan, sehingga persamaan di atas dapat dirubah menjadi :

𝑥 ≈ 𝑑²

∈𝐴∆𝐶 (2.9)

Gambar 2.4 Struktur Akselerometer [14].

Untuk mendapatkan besarnya output tegangan dari proof mass dapat menggunakan persamaan

(𝑉𝑥 + 𝑉₀)𝐶₁ + (𝑉𝑥 − 𝑉₀)𝐶₂ = 0 (2.10)

Persamaan 2.9 dapat disederhanakan lagi dengan menggunakan persamaan 2.3 atau 2.4 dan 2.8, sehingga didapatkan persamaan

𝑉𝑥 = 𝑉₀𝐶₂− 𝐶₁ 𝐶₂+ 𝐶₁=𝑥

𝑑𝑉₀ (2.11)

Dikarenakan perubahan kapasitansi sebanding dengan tegangan keluaran sensor, maka perpindahan akan sebanding dengan tegangan keluaran akselerometer (Vx)

𝑥 ≈ 𝑉_𝑥 (2.12)

Untuk sebuah pegas yang ideal, berdasarkan hukum Hooke, gaya yang diberikan pada pegas adalah

𝐹_𝑆 = 𝑘_𝑆 𝑥 (2.13)

di mana 𝑘_𝑆 adalah konstanta pegas. Berdasarkan hukum II newton, gesekan pada udara diabaikan dikarenakan sangat kecil sehingga didapat persamaan

𝐹_𝑆 = 𝑚 𝑎 (2.14)

sehingga fungsi akselerasi sebagai fungsi perpindahan x adalah sebagai berikut 𝑎 = 𝑘_𝑆

𝑚 𝑥 (2.15) dengan demikian,

𝑎 ≈ 𝑉_𝑥 (2.16)

Dari persamaan 2.15 dapat kita simpulkan bahwa, tegangan keluaran sensor merupakan respon percepatan/akselerasi terhadap getaran yang diterima oleh sensor [16].

2.2.2 Penguatan Sinyal ( Operational Amplifier )

Penguatan sinyal atau sering disebut Op-Amp (Operational Amplifier) sangat dibutuhkan dalam suatu instrumentasi, dikarenakan jika ada sinyal yang diterima oleh sensor sangat kecil, maka sinyal tersebut butuh untuk dikuatkan agar keluaran dari sinyal dapat terbaca dan sesuai dengan yang diinginkan. Ada beberapa karakteristik yang harus dimiliki oleh sebuah penguat sinyal agar dapat dikategorikan sebagai sebuah ideal Op-Amp [15], yaitu:

(1) Penguatan tak hingga (A = ∞);

(2) Tegangan keluaran, VO = 0, ketika tegangan masukan V1 = V2 (Gambar 2.5);

Gambar 2.5 Rangkaian persamaan op-amp [15].

(3) Impedansi masukan tak hingga (Rd = ∞);

(4) Impedansi keluaran nol (RO = 0); dan

(5) Lebar pita tak hingga (tidak ada batasan respon frekuensi).

Selain karakteristik di atas, ada 2 aturan dasar yang harus dimiliki oleh sebuah op-amp [17,18], yaitu:

(1) Ketika op-amp dalam rentang linearnya, dua terminal masukan harus dalam tegangan yang sama (ground yang sama); dan

(2) Tidak ada arus yang saling mengalir pada dua terminal masukan op-amp.

Tipe penguatan yang sering digunakan dalam instrumentasi adalah tipe penguatan diferensial, dikarenakan tipe penguat diferensial cocok untuk menguatkan sinyal yang sangat kecil. Tipe penguat diferensial ada yang menggunakan satu, dua, atau tiga op- amp. Untuk penelitian ini, tipe penguat diferensial yang digunakan adalah tipe penguat diferensial menggunakan tiga op-amp atau biasa disebut penguat instrumentasi. Karena penguat diferensial menggunakan tiga op-amp memiliki penguatan yang lebih besar dari penguat menggunakan dua op-amp maupun satu op-amp. Untuk lebih jelasnya, berikut penjelasan terkait perbedaan antara penguat diferensial dua op-amp dan penguat tiga op-amp.

(1) Penguat diferensial menggunakan dua op-amp [16,17] (Gambar 2.6).

Gambar 2.6 Penguat diferensial dengan dua op-amp[16,17].

Jika Rf2 = R1, Rf1 = R2, tegangan keluaran VO adalah 𝑉_𝑂 = 𝑉_𝐼𝑁2− 𝑉_𝐼𝑁1 (1 + 𝑅₁

𝑅₂ + 2𝑅₁

𝑅_𝑔) (2.17) sehingga tegangan keluaran total dari tipe penguat ini adalah

𝑉_𝑂 = ( 𝑉_𝐼𝑁2− 𝑉_𝐼𝑁1) 𝐺 (2.18) dengan penguatan G,

𝐺 = (1 + 𝑅₁

𝑅₂ + 2𝑅₁

𝑅_𝑔) (2.19) (2) Penguat diferensial menggunakan tiga op-amp [16,17] (Gambar 2.7).

Gambar 2.7 Penguat diferensial dengan tiga op-amp [16, 17].

Jika Rf2 = Rf1, R4 = R2, R3 = R1, tegangan keluaran VO adalah

V_O = 𝑉_{𝑛𝑖𝑛𝑣}− 𝑉_𝑖𝑛𝑣 (1 + 2𝑅_𝑓1 𝑅_𝑔 ) (𝑅₂

𝑅₁) (2.20) sehingga tegangan keluaran total dari tipe penguat ini adalah

𝑉_𝑂= ( 𝑉_{𝑛𝑖𝑛𝑣}− 𝑉_𝑖𝑛𝑣) 𝐺 (2.21) dengan penguatan G,

𝐺 = (1 + 2𝑅_𝑓1 𝑅_𝑔 ) (𝑅₂

𝑅₁) (2.22)

Untuk spesifik tipe penguat diferensial tiga op-amp (penguat instrumentasi) yang digunakan pada penelitian ini adalah penguat isntrumentasi AD620. Penguat instrumentasi AD620 adalah penguat instrumentasi monolitik berdasarkan modifikasi

dari pendekatan penguat diferensial tiga op-amp klasik. Skema rangkaian AD620 dapat dilihat pada Gambar 2.8.

Gambar 2.8 Skema sederhana AD620 [18].

Resistor penguatan internal, R1 dan R2, dipangkas ke nilai absolut 24,7 kΩ, memungkinkan penguatan diprogram secara akurat dengan resistor eksternal tunggal [19], sehingga berdasarkan persamaan 2.21, penguatan G sebesar

𝐺 = 49.4𝑘Ω

𝑅_𝑔 + 1 (2.23)

Gambar 2.9 Perbandingan AD620 dengan Penguat diferensial 3 op-amp biasa [18].

Berdasarkan Gambar 2.9, AD620 lebih efisien dan efektif dibandingkan dengan penguat diferensial 3 op-amp biasa. Di mana perbedaan eror yang dihasilkan antara kedua penguat memiliki selisih 10.000 PPM of full scale.

2.2.3 Arduino Mega

Arduino Mega merupakan board mikrokontroler yang berbasis pada chip ATmega2560. Board ini memiliki pin I/O yang cukup banyak di antaranya adalah 54 buah digital I/O pin (15 pin di antaranya adalah PWM) yang dapat digunakan sebagai input atau output dan 16 pin analog berlabel A0 sampai A15 sebagai ADC, setiap pin analog memiliki resolusi sebesar 10-bit. Arduino Mega 2560 dilengkapi dengan pin dengan fungsi khusus sebagai berikut [19]:

1. Port Serial 4 buah: Port Serial 0, yaitu Pin 0 (RX) dan Pin 1 (TX); Port Serial 1, yaitu Pin 19 (RX) dan Pin 18 (TX); Port Serial 2, yaitu Pin 17 (RX) dan Pin 16 (TX); dan Port Serial 3, yaitu Pin 15 (RX) dan Pin 14 (TX). Pin RX digunakan untuk menerima data serial dan Pin TX untuk mengirim data serial.

2. Pin External Interrupts 6 buah: Pin 2 (Interrupt 0), Pin 3 (Interrupt 1), Pin 18 (Interrupt 5), Pin 19 (Interrupt 4), Pin 20 (Interrupt 3), dan Pin 21 (Interrupt 2).

3. Pin PWM 15 buah: pin 2-13, dan pin 44-46.

4. Pin SPI: Pin 50 (MISO), Pin 51 (MOSI), Pin 52 (SCK), Pin 53 (SS), digunakan untuk komunikasi SPI menggunakan SPI Library.

5. pin I2C: Pin 20 (SDA) dan Pin 21 (SCL) , komunikasi I2C menggunakan wire library.

6. Pin LED, yaitu buit-in LED yang terhubung pada pin 13.

Board ini sudah sangat lengkap, sudah memiliki segala sesuatu yang dibutuhkan untuk sebuah mikrokontroller. Bentuk fisik dari Arduino Mega dapat dilihat pada Gambar 2.10.

Gambar 2.10 Arduino Mega [19].

Spesifikasi Arduino Mega ditunjukan pada Tabel 2.2 berikut:

Tabel 2. 2 Spesifikasi Arduino Mega [19].

Spesifikasi Keterangan

Mikrokontroler ATMega2560

Tegangan Operasi 5 V

Tegangan input 7-12 V

Tegangan input (limit) 6-20V

Pin Digital I/O 54, 6 di antaranya PWM output Pin Analog Input 16 buah

Arus DC per Pin I/O 20 mA Arus DC untuk Pin 3.3 V 50 mA

Memori Flash 250, 8 KB digunakan bootloader

2.2.4 ADC ( Analog Digital Converter )

ADC merupakan sebuah perangkat yang digunakan untuk mengubah suatu data kontinu terhadap waktu (analog) menjadi suatu data diskrit terhadap waktu (digital).

ADC banyak digunakan sebagai pengatur proses industri, komunikasi digital dan rangkaian pengukuran/pengujian. Umumnya ADC digunakan sebagai perantara antara

sensor yang kebanyakan analog dengan sistem komputer seperti sensor suhu, cahaya, tekanan/berat, aliran dan sebagainya kemudian diukur dengan menggunakan sistem digital (komputer). Ada beberapa hal hal yang perlu diperhatikan dalam penggunaan ADC yaitu tegangan maksimum yang dapat dikonversikan oleh ADC dari rangkaian pengkondisi sinyal, resolusi, pewaktu eksternal ADC, tipe keluaran, ketepatan dan waktu konversinya [20]. Selain itu, ADC juga memiliki 2 kaaraktek prinsip [20], yaitu:

1. Kecepatan sampling suatu ADC menyatakan seberapa sering sinyal analog dikonversikan kebentuk sinyal digital pada selang waktu tertentu. Kecepatan sampling biasanya dinyatakan dalam sample per second (SPS) atau Hz.

2. Resolusi ADC menentukan ketelitian nilai hasil konversi ADC. Sebagai contoh:

ADC 8-bit akan memiliki output 8-bit data digital, ini berarti sinyal input dapat dinyatakan dalam 255 (2ⁿ – 1) nilai diskrit. ADC 12-bit memiliki 12-bit output data digital, ini berarti sinyal input dapat dinyatakan dalam 4096 nilai diskrit. Dari contoh di atas ADC 12-bit akan memberikan ketelitian nilai hasil konversi yang jauh lebih baik daripada ADC 8-bit.

Ada 3 tahapan yang dilakukan ADC untuk merubah sinyal analog menjadi sinyal digital, yaitu:

1. Pencuplikan

Pencuplikan merupakan proses pegambilan nilai diskrit pada suatu data dalam waktu tertentu dengan periode yang tetap. Proses pencuplikan pada ADC dapat dilihat pada Gambar 2.11.

Gambar 2.11 Proses Pencuplikan pada ADC [20].

2. Kuantisasi

Kuantisasi dalam pemrosesan sinyal disebut sebagai suatu proses pemetaan nilai input yang berasal dari hasil proses pencuplikan. Proses kuantisasi pada ADC dapa dilihat pada Gambar 2.12.

Gambar 2.12 Proses Kuantisasi pada ADC [20].

Pada teori sampling kecepatan pengambilan sampel (frekuensi sampling) dari sinyal analog yang akan dikonversi haruslah memenuhi kriteria Nyquist,

𝑓𝑠 > 2 𝑓𝑖𝑛_𝑀𝑎𝑥 (2.24)

Di mana “Frekuensi sampling (fs) minimum adalah 2 kali frekuensi sinyal analog yang akan dikonversi (finMax)” [21]. Apabila kriteria Nyquist tidak dipenuhi maka akan timbul efek aliasing. Aliasing merupakan pengaruh yang menyebabkan sinyal-sinyal yang berbeda menjadi tidak dapat dibedakan satu sama lain (atau menjadi alias sinyal yang lain) saat rekonstruksi sampel. Aliasing juga menggambarkan distorsi atau artifak yang dihasilkan saat sinyal direkonstruksi dari sampel di mana gambaran yang diberikan berbeda dari sinyal kontinu.

Pernyataan lainnya adalah bahwa aliasing merupakan akibat dari penggunaan data diskret dan bukan yang kontinu [22].

3. Pengkodean

Pengkodean merupakan proses mengubah nilai hasil kuantisasi ke dalam suatu nilai berbentuk biner atau digital (0/1). Proses pengkodean dapat dilihat pada Gambar 2.13.

Gambar 2.13 Proses Pengkodean pada ADC [20].

Nilai dari proses pengkodean ADC adalah 2ⁿ. Contohnya ADC 3-bit memiliki kuantisasi kode (N) sebanyak 2³ = 8 kode. Kode ini menyatakan tingkatan nilai analog dalam nilai digital. Semakin tinggi jumlah bit suatu ADC, semakin banyak kode digital yang merepresentasikan suatu tegangan analog tertentu.

Secara matematis pengkodean ADC dapat dituliskan dengan persamaan.

𝐷𝑎𝑡𝑎 𝐷𝑖𝑔𝑖𝑡𝑎𝑙 (𝐼𝑛𝑡𝑒𝑔𝑒𝑟) = 𝑉_𝑖𝑛

𝑉_𝑟𝑒𝑓 (2^𝑛− 1) (2.25) Tiap kode memiliki perbedaan nilai tegangan analog, Q sebesar

Q = 𝑉_𝑟𝑒𝑓

2^𝑛 (2.26)

Vref berkaitan dengan jenjang tiap kelompok dalam proses kuantisasi, resolusi ADC berkaitan dengan jumlah maksimal data ADC (2ⁿ), di mana maksimal data berhubungan dengan proses pengkodean.Jika tegangan referensi, Vref = 8 V, untuk ADC 3-bit, tiap kenaikan 1-bitnya menyatakan nilai 1 V (Gambar 2.14(a)).

Perubahan tegangan masukan tiap 1 V, akan dikonversi sempurna tanpa ada kesalahan (error). Namun bila tegangan analog berubah secara perlahan (ada nilai tegangan analog orde desimal), akan terjadi kesalahan pengonversian. Misalnya tegangan 2,5 V, akan ada dua kemungkinan kode digitalnya, yaitu 010 atau 011 (Gambar 2.14(b)). Jika Vref = 0,8 V, perbedaan nilai tiap bit berubah menjadi 100 mV. Sehingga memungkinkan untuk melakukan pengukuran dengan rentang tegangan yang lebih kecil (0 V hingga 0.8 V) dengan akurasi yang tinggi [20].

(a)

(b)

Gambar 2.14 (a) ADC 3-bit, (b) Magnitudo rentang error pada ADC 3-bit [20]. Tipe ADC yang digunakan pada penelitian ini adalah ADS1256, yaitu ADC dengan resolusi 24-bit. Adapun spesifikasi dari ADS1256 dapat dilihat pada Tabel 2.3.

Tabel 2.3 Spesifikasi ADS1256 [23].

Parameter Unit

Tegangan Sumber 5 V Tegangan Referensi 2,5 V

Resolusi 24-bit

Kecepatan Pencuplikan 10 – 14.400 SPS

Komunikasi SPI

SCLK 4 MHz

2.3 Perangkat Lunak

Perangkat lunak berfungsi sebagai penghubung antara pengguna dan perangkat keras.

2.3.1 Arduino IDE

Integrated Development Enviroment (IDE) Arduino merupakan software yang bahasa pemrograman Java berguna untuk menulis program, meng-compile menjadi kode biner dan meng-upload kedalam memori mikrokontroler. Arduino IDE yang ada saat ini adalah versi 1.6.7. Arduino IDE terdiri dari:

1. Editor program merupakan sebuah window yang memungkinkan pengguna menulis dan mengedit program dalam bahasa processing;

2. Compiler, merupakan sebuah modul yang mengubah kode program (bahasa processing) menjadi kode biner. Mikrokontroler hanya dapat mengerti kode biner, maka dari itu compiler sangat diperlukan dalam hal ini; dan

3. Uploader, merupakan sebuah modul yang memuat kode biner dari komputer kedalam memori dipapan Arduino.

Program yang ditulis menggunakan Software Arduino (IDE) disebut sketsa. Sketsa ini ditulis dalam editor teks dan disimpan dengan ekstensi file “dot ino” (.ino). Editor memiliki fitur untuk memotong dan untuk mencari / mengganti teks. Daerah pesan memberikan umpan balik saat menyimpan dan mengekspor dan juga menampilkan kesalahan. Konsol menampilkan output teks dengan Arduino Software (IDE), termasuk pesan kesalahan yang lengkap dan informasi lainnya. Pojok kanan bawah jendela menampilkan papan dikonfigurasi dan port serial. Tombol toolbar memungkinkan untuk memverifikasi dan mengupload program, membuat, membuka, dan menyimpan sketsa, dan membuka monitor serial. Tampilan Software Arduino (IDE) dapat dilihat pada Gambar 2.15.

Gambar 2.15 Tampilan Arduino IDE.

2.3.2 Microsoft Visual Studio

Microsoft Visual Studio merupakan perangkat lunak yang dapat digunakan untuk mengembangkan sebuah aplikasi baik untuk desktop, mobile, maupun website. Visual Studio menyediakan berbagai macam kompiler yakni antara lain Visual C++, Visual C#, Visual Basic dot NET (vb.NET), Visual InterDev, Visual J++, Visual J#, Visual FoxPro, dan Visual SourceSafe. Penelitian ini menggunakan Visual Studio untuk merancang tampilan untuk menyimpan data, melakukan pengaturan disaat pengambilan data dan menmapilkan data dalam bentuk x, y dan z. Tampilan Microsoft Visual Studio dapat dilihat pada Gambar 2.16.

Gambar 2.16 Tampilan Microsoft Visual Studio.

2.3.3 Notepad ++

Notepad++ dapat menampilkan serta menyunting teks dan berkas kode sumber berbasis bahasa pemprograman yang dijalankan pada sistem operasi Windows. Pengguna Notepad++ tidak perlu mengeluarkan biaya untuk mendapatkan lisensi aplikasi ini karena free-device. Selain itu notepad++ memiliki tampilan yang sangat baik, fitur fitur yang ada didalamnya sudah lengkap dan sangat simple dan ringan. Pada penelitian ini, notepad digunakan untuk menyimpan data pengukuran dalam bentuk .txt. Tampilan notepad ++ dapat dilihat pada Gambar 2.17.

Gambar 2.17 Tampilan notepad ++.

2.5 Sistem Komunikasi Data

Sistem komunikasi data sangat dibutuhkan untuk membangun sebuah emebeded system. Dalam perancangan sistem seismik borehole, sistem komunikasi yang digunakan yaitu komunikasi serial UART (RS-232) dan komunikasi Serial Peripheral Interface (SPI).

2.5.1 Komunikasi Serial UART (RS-232)

Komunikasi serial UART (RS-232) merupakan komunikasi yang terjadi antara transmitter (TX) dengan receiver (RX). Sistem komunikasi serial UART dikenal sebagai sistem komunikasi yang asinkron. Sistem komunikasi tersebut dikatakan asinkron dikarenakan tidak terdapat kontrol ketika data dikirim atau tidak ada jaminan bahwa kedua perangkat yang berkomunikasi memiliki kecepatan detak yang sama.

Operasi pada Arduino Mega umumnya menggunakan clock kristal tunggal, sehingga perbedaan kecepatan dapat menjadi masalah ketika dua perangkat yang sama sama dilengkapi dengan sumber detak yang berbeda saling berkomunikasi.

Umumnya untuk mengatasi hal tersebut, dapat digunakan bit tambahan berupa start bit dan stop bit di setiap paket data yang dikirim. Kedua perangkat yang yang berkomunikasi harus memiliki sistem konfigurasi yang sama. Pada sistem komunikasi pada umumnya, data dikirim dalam banyak paket, maka kecepatan akan berkurang, dikarenakan terdapat bit ekstra yang harus dikirim (Gambar 2.18). Demikian pula, jika kedua perangkat berkomunikasi dengan kecepatan sampling yg berbeda, sistem komunikasi akan gagal atau salah kirim dalam menerjemahkan. Salah satu solusi yang digunakan untuk mengatasi masalah tersebut adalah dengan menggunakan komunikasi secara Serial Peripheral Interface (SPI).

Gambar 2.18 Transfer data serial RS-232 [24].

2.5.2 Komunikasi Serial Peripheral Interface (SPI)

SPI adalah protokol komunikasi secara synchronous antara dua perangkat (master dan slave), yang memisahkan antara jalur data dan jalur detak. Komunikasi SPI pertama kali dikembangkan oleh Motorola (sekarang Freescale), dan diterapkan secara luas oleh berbagai perushaan semikonduktor. Dalam koneksinya, device yang terhubung satu sama lain akan bersifat Full Duplex, yaitu ada device yang bertindak sebagai Master dan Slave. Master device adalah perangkat yang memulai sambungan dengan cara menginisialisai SPI address dari slave device, sehingga master dan slave dapat menerima ataupun mengirim data dalam waktu bersamaan. Dalam penerapannya, SPI banyak digunakan pada komunikasi antarperangkat yaitu EEPROM, ADC, DAC, sensor, dan aktuator lainnya.

SPI menggunakan dua pin untuk transfer data, yaitu SDI (Din) dan SDO (Dout). Bus SPI memiliki sebuah SCLK (Shift Clock) yang berfungsi sebagai penyedia detak untuk sinkroniasasi data dan memilki satu atau lebih CE (Chip Enable) yang berfungsi untuk memilih satu slave mana yang akan berkomunikasi dengan master. Pada beberapa perangkat pin SDI disebut sebagai MOSI (Master Out - Slave In), SDO disebut sebagai MISO (Master In - Slave Out), SCLK disebut sebagai SCK dan CE disebut sebagai SS (Slave Select).

Gambar 2.19 Arsitektur SPI [25].

Pada Gambar 2.19 dapat dilihat bahwa SPI terdiri dari 2 buah shift register yang terletak dibagian slave dan master. Pembangkit detak terletak pada bagian master yang memberi detak pada shift register pada bagian master dan slave. Kedua shift register memiliki lebar 8-bit, sehingga shift register akan melakukan pertukaran data setelah 8- detak. Jika master ingin mengirim 1 byte (8-bit) maka master akan meletakkan data pada shift register. Setelah 8-detak maka isi dari shift register akan sampai pada slave, begitu juga sebaliknya. Namun perlu di ingat bahwa komunikasi SPI yang terjadi pada jalur MISO maupun MOSI terjadi ketika jalur SS dalam keadaan low.Komunikasi SPI dapat terjadi pada lebih dari dua alat, seperti yang ditunjukan pada Gambar 2.20.

Gambar 2.20 Komunikasi SPI dengan multiple slave [25].

Dari Gambar 2.20 dapat dilihat bahwa semua pin MISO, MOSI, dan SCK dari master akan terkoneksi secara parallel ke 3 Slave device. Namun ada 3 pin SS dari master yang masing-masing pinnya terpisah dan hanya terkoneksi ke pin SS dari setiap slave. Pin SS-lah yang akan bergantian unutk memilih slave mana yang akan dilakukan

komunikasi dengan master. Dapat dilihat pada Gambar 2.20, master berkomunikasi dengan 3 slave, maka diperlukan jalur SS1 untuk slave 1, jalur SS2 untuk slave 2 dan jalur SS3 untuk slave 3. Untuk menghindari tabarakan pada data maka pada pin SS1, SS2, dan SS3 tidak boleh diberikan logic low atau 0 secara bersamaan. Namun untuk memberikan logic low atau 0 harus dilakukan secara bergantian (menunggu transfer data selesai pada satu slave).