SKRIPSI
ANALISIS PENGARUH BENTUK GELOMBANG ULTRASONIK PADA EFEKTIVITAS ALAT PENGUSIR TIKUS
Diajukan untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada
Departemen Teknik Elektro
Oleh:
CUT PUTRIANI NIM: 170402170
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN
2021
ii
i
i
ABSTRAK
Tikus merupakan salah satu hewan yang peka terhadap gelombang ultrasonik karena memiliki jangkauan pendengaran melebihi manusia. Tujuan dari penelitian ini adalah meningkatkan efektivitas alat pengusir tikus menggunakan gelombang ultrasonik untuk mendapatkan gelombang yang efektif terpengaruh terhadap tikus dengan konsumsi daya rendah. Teknologi ultrasonik adalah teknologi dengan memanfaatkan bunyi suara ultrasonik frekuensi tinggi. Alat pengusir yang akan dibuat menggunakan signal generator dan rangkaian RC sehingga dapat menghasilkan gelombang sinus, pulsa dan spike dengan nilai frekuensi antara 20 kHz – 60 kHz dengan rataan akurasi frekuensi alat sebesar 99%. Pengujian dilakukan secara langsung dengan lama pemaparan jam terhadap hama tikus. Berdasarkan pengujian dan pengamatan yang telah dilakukan dengan frekuensi 40 kHz diketahui bahwasanya gelombang pulsa lebih efektif terpengaruh terhadap hama tikus dan lebih efektif mengusir tikus sedangkan pada frekuensi 50 kHz yang dihasilkan juga terpengaruh. Pada gelombang spike yang dihasilkan juga efektif terpengaruh terhadap hama tikus pada frekuensi 40 kHz dan 50 kHz.
Kata kunci : Alat pengusir tikus, Gelombang ultrasonik, RC, Spike
ii
KATA PENGANTAR
Puji syukur peneliti haturkan kehadirat Allah S.W.T yang telah memberikan kemampuan dan kesehatan dalam menyelesaikan penelitian dan skripsi ini, serta shalawat beiring salam peneliti sampaikan kepada junjungan umat Nabi Muhammad S.A.W .
Skripsi ini merupakan bagian dari kurikulum yang harus diselesaikan untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan Sarjana Srata Satu di Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
Adapun judul Skripsi ini adalah :
“ANALISIS PENGARUH BENTUK GELOMBANG ULTRASONIK PADA EFEKTIVITAS ALAT PENGUSIR TIKUS ”
Peneliti mengetahui bahwa suksesnya pengerjaan Skripsi adalah berkat dukungan dan bantuan dari berbagai pihak. Pada kesempatan ini peneliti ingin mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada yang telah membantu peneliti dalam menyelesaikan Skripsi ini, yaitu :
1. Bapak Ir. Arman Sani, M.T selaku dosen Pembimbing Skripsi, atas nasehat, bimbingan dan motivasi dalam menyelesaikan Skripsi ini.
2. Bapak Dr. Ir. Fahmi, ST.,M.Sc.,IPM.,ASEAN Eng, selaku Ketua Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
3. Bapak Ir. Arman Sani, M.T selaku Sekretaris Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
4. Bapak Emerson Pascawira Sinulingga, ST.,M.Sc.Ph.D dan Bapak Ir. M.
Zulfin, M.T selaku dosen penguji Skripsi, atas masukan dan bantuannya dalam penyempurnaan Skripsi ini.
5. Bapak Ir. Raja Harahap, M.T selaku dosen wali yang senantiasa mengawasi, membimbing dan menyemangati peneliti selama masa perkuliahan.
iii
6. Seluruh staf pengajar yang telah memberi bekal ilmu kepada penulis dan seluruh pegawai Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara atas segala bantuannya.
7. Keluarga saya, terutama Ibunda Aisah Ibrahim dan Ayahanda Alm.M.
Yusuf Ali Basyah, serta kakak saya Yusrifa Aryuma dan Adek Nurhikmat yang telah memberikan dukungan finansial, motivasi, semangat dan nasihat kepada saya.
8. Sahabat saya M.Ashriansyah Bakti Nst yang selalu memberikan dukungan dan semangat untuk mengerjakan Skripsi.
9. Teman-teman seperjuangan Teknik Elektro stambuk 2017
10. Serta semua yang telah mendukung penyelesaian Skripsi ini yang tidak dapat peneliti sebutkan satu persatu.
Peneliti menyadari bahwa Skripsi ini jauh dari kata sempurna, oleh karena itu peneliti sangat mengaharapkan kritik maupun saran yang bertujuan untuk menyempurnakan dan memperkaya skripsi ini.
Akhir kata peneliti mengucapkan terima kasih dan semoga Skripsi ini bermanfaat bagi para pembaca.
Medan, Mei 2021
Peneliti
Cut Putriani Nim : 170402170
iv
DAFTAR ISI
ABSTRAK ... i
KATA PENGANTAR ... ii
DAFTAR GAMBAR ... vi
DAFTAR TABEL ... viii
BAB I PENDAHULUAN ... 1
1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Rumusan Masalah ... 2
1.3 Batasan Masalah ... 2
1.4 Tujuan Penelitian... 3
1.5 Manfaat Penelitian... 3
1.6 Metodologi Penelitian ... 3
1.7 Sistematika Penulisan ... 4
BAB II DASAR TEORI ... 5
2.1 Tikus Rumah (Rattus-rattus) ... 5
2.2 Gelombang Ultrasonik ... 6
2.3 Persamaan Energi Dan Intensitas Gelombang Ultrasonik ... 7
2.3.1 Intensitas Gelombang Ultrasonik Dihubungkan Dengan Amplitudo Dan Frekuensi ... 8
2.3.2 Intensitas Gelombang Ultrasonik Terhadap Jarak ... 9
2.4 Pulse Width Modulation ... 9
2.5 Tanggapan R-C Terhadap Masukan Gelombang Persegi Untuk Menghasilkan Gelombang Spike ... 11
BAB III METODOLOGI PENELITIAN... 14
3.1 Umum ... 14
3.2 Pengumpulan Data ... 14
3.3 Diagram Alir Tahapan ... 14
3.4 Perancangan Sistem dan Penentuan Komponen ... 15
3.5 Perancangan Prototipe Hardware ... 22
3.6 Pembuatan Program ... 23
v
3.7 Tahap pengujian dan pengambilan data ... 24
BAB IV HASIL DAN ANALISIS ... 26
4.1 Umum ... 26
4.2 Prototipe Hardware ... 26
4.3 Pengujian Fungsi Alat ... 27
4.4 Hubungan Frekuensi dan Intensitas Gelombang Ultrasonik ... 29
4.5 Analisis Hasil Bentuk Gelombang Ultrasonik pada Alat pengusir ... 30
4.6 Analisis Pengaruh Gelombang Ultrasonik dan Pengujian Alat Terhadap Hama ... 32
4.7 Pengujian Jarak Maksimum ... 36
BAB V PENUTUP ... 38
5.1 Kesimpulan... 38
5.2 Saran ... 38
DAFTAR PUSTAKA ... 38
LAMPIRAN ... 38
vi
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Tikus rattus-rattus ... 6
Gambar 2.2 Modulasi lebar pulsa ... 10
Gambar 2.3. Perbedaan Duty Cycle ... 10
Gambar 2.4 Gelombang Pulsa ... 11
Gambar 2.5 dan untuk T/2 > ... 11
Gambar 2.6 dan untuk T/2 = ... 12
Gambar 2.7 dan untuk T/2 < . ... 13
Gambar 2.8 untuk T/2 << . Atau T << ... 13
Gambar 3.1 Diagram Alir Tahapan Penelitian ... 15
Gambar 3.2 Blok diagram perancangan perangkat sistem ... 16
Gambar 3.3 Mikrokontroller arduino uno ... 17
Gambar 3.4 Modul Signal Generator ... 18
Gambar 3.5 LCD ... 19
Gambar 3.6 Speaker ultrasonic ... 20
Gambar 3.7 Sensor ultrasonic ... 20
Gambar 3.8 Relay... 21
Gambar 3.9 Sensor INA219 ... 22
Gambar 3.10 Osiloskop ... 22
Gambar 3.11 Rangkaian skematik prototype ... 23
Gambar 3.12 Pembuatan Program ... 23
Gambar 4.1 Tampak Depan Alat ... 26
Gambar 4.2 Tampak Atas Alat... 26
Gambar 4.3 Blok Pembangkit Gelombang Ultrasonik. ... 27
Gambar 4.4 Bentuk Gelombang Sinus yang dihasilkan dari Alat ... 31
vii
Gambar 4.5 Bentuk Gelombang Pulsa yang dihasilkan dari Alat ... 31
Gambar 4.6 Bentuk Gelombang Spike yang dihasilkan dari Alat ... 31
Gambar 4.7 Bentuk Gelombang Spike pada Simulasi ... 32
Gambar 4.8 Pengujian Alat terhadap Hama ... 33
Gambar 4.9 Blok pengukuran daya pada gelombang pulsa ... 36
Gambar 4.10 Blok pengukuran daya pada gelombang spike ... 36
viii
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1 Hasil Pengujian Signal Generator Penghasil Gelombang Sinus ... 28
Tabel 4.2 Hasil Pengujian Signal Generator Penghasil Gelombang Pulsa ... 28
Tabel 4.3 Hasil Pengujian Signal Generator Penghasil Gelombang Spike ... 28
Tabel 4.4 Hubungan Frekuensi dan Intensitas Gelombang Ultrasonik... 29
Tabel 4.5 Data analisis hasil pengaruh gelombang ultrasonik terhadap hama tikus ... 34
Tabel 4.6 Daya yang dihasilkan alat perancangan ... 35
Tabel 4.7 Pengujian jarak maksimum terhadap sensor ultrasonik ... 36
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Tikus merupakan hama pengerat yang mendatangkan kerugian baik dirumah maupun di industri. Berbagai cara untuk mengatasinya seperti memburu, membunuh dan meracuni tikus.
Teknologi diterapkan untuk mempermudah sarana yang diperlukan bagi manusia, dengan perkembangan teknologi yang sangat pesat dapat menjadi solusi untuk menyelesaikan masalah yang dihadapi manusia, salah satunya terhadap tikus rumah. dengan perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi, terutama dibidang elektronika salah satu sistem yang ditawarkan untuk mengusir hama tikus adalah dengan memanfaatkan teknologi suara ultrasonik. Teknologi ultrasonik adalah teknologi dengan memanfaatkan bunyi suara ultrasonik frekuensi tinggi. tikus merupakan hewan yang peka terhadap gelombang ultrasonik karena tikus memiliki pendengaran antara 5-60 kHz [1].
Pengaruh yang ditimbulkan dari ultrasonik tersebut terhadap tikus dapat mengganggu bagian telinga tikus, merusak fungsinya dan dapat mempengaruhi pendengaran dan keseimbangan, sehingga terganggu otak saraf melalui pendengaran yang bisa menyebabkan perubahan aktivasi saraf di daerah otak terkait dengan kecemasan akibat ultrasonik, perubahan fisiologis pada denyut jantung selama suara ultrasonik berlangsung. Tikus juga menunjukkan penurunan aktivitas lokomotor yang disebabkan peningkatan C-fos neuron (aktivitas saraf) di area otak terkait dengan kecemasan dan ketakutan regulasi seperti periquenductal grey, amigdala(daerah otak yang memproses untuk takut dan kecemasan) [ 2 - 4].
Penelitian yang dilakukan oleh Alfan dan teman-teman membahas tentang
“Rancang Bangun Alat Pengusir Hama Menggunakan Gelombang Ultrasonik”
menyatakan bahwa frekuensi ultrasonik dapat mengganggu tikus dengan frekuensi 40 kHz & 50 kHz [5]. Sedangkan penelitian yang dilakukan Denny dan teman- teman menyatakan bahwa frekuensi yang paling rentan untuk mengganggu
2 pendengaran tikus yaitu 50kHz pada pembahasan “Gelombang Ultrasonik Sebagai Alat Pengusir Tikus Menggunakan Mikrokontroler Atmega8 [6]. Penelitian yang dibahas oleh Darmawan Hidayat dan teman-teman [7] membahas tentang generator pulsa spike untuk transducer ultrasonik, pada gelombang spike menghasilkan lebar pulsa yang dihasilkan lebih singkat dan tegangan tinggi sehingga butuh waktu singkat untuk memicu pembangkitan gelombang ultrasonik.
Berdasarkan hasil penelitian pada jurnal tersebut, peneliti akan menjadikan sebagai referensi frekuensi dan pada penelitian ini penulis menganalisis bentuk gelombang yang dihasilkan dengan alat pengusir tikus dari signal generator dalam bentuk gelombang pulsa dan spike. Penelitian ini dilakukan dengan metode eksperimental dan membuat alat pengusir tikus dengan gelombang ultrasonik berbasis arduino. Dari penelitian ini, akan diharapkan alat pemancar hanya bekerja ketika tikus memasuki daerah yang diproteksi dengan menggunakan sensor untuk menghemat pemakai energi.
1.2 Rumusan Masalah
Adapun rumusan masalah dari Skripsi ini adalah sebagai berikut:
1. Merancang sebuah alat pengusir tikus dengan menggunakan gelombang ultrasonik berbasis arduino yang dapat digunakan didalam ruangan.
2. Menganalisis pengaruh gangguan pada tikus terhadap keluaran gelombang yang berbentuk gelombang pulsa dan spike dari signal generator dengan frekuensi ultrasonik yang dihasilkan.
3. Menguji dan mengukur seberapa jangkauan alat yang dapat bekerja.
4. Optimasi alat yang dirancang bangun untuk mengusir hama tikus.
1.3 Batasan Masalah
Untuk mengatasi meluasnya pokok pembahasan, maka pada Skripsi ini peneliti membuat batasan masalah dan ruang lingkup sebagai berikut:
1. Frekuensi yang dipakai yaitu 40 dan 50 kHz.
2. Menggunakan modul signal generator Ad9833.
3. Menggunakan rangkaian RC dengan nilai C =10 nF dan R =1kΩ 4. Jenis modul sensor yang digunakan adalah modul sensor ultrasonik.
3 5. Menggunakan speaker ultrasonik jenis piezoelektrik.
6. Diterapkan di dalam ruangan (indoor).
1.4 Tujuan Penelitian
Adapun tujuan dari penelitian ini adalah meningkatkan efektivitas alat pengusir tikus menggunakan gelombang ultrasonik dengan mengubah bentuk gelombang sinus menjadi gelombang pulsa dan spike.
1.5 Manfaat Penelitian
Adapun manfaat penelitian pada penulisan Skripsi ini adalah diperoleh alat pengusir tikus yang efektif dengan konsumsi energi lebih sedikit dan ekonomis.
1.6 Metodologi Penelitian
Adapun metodologi penelitian pada tugas akhir ini sebagai berikut:
1. Melakukan tinjauan pencarian referensi atas teori mengenai gelombang ultrasonik, pengaruh ultrasonik terhadap tikus.
2. Perancangan alat dengan proses pembuatan skematik rangkaian dengan software proteus, pembuatan program dilakukan sesuai dengan fungsi alat yang diinginkan, serta pembuatan prototype hardware. Pada perancangan sistem menggunakan signal generator untuk membangkitkan gelombang dengan frekuensi tinggi serta menggunakan sensor ultrasonik, dimana pada bagian sensor ultrasonik pendeteksi gerakan, sehingga akan mengusir tikus menggunakan suara yang dikeluarkan oleh speaker ultrasonik dari signal generator.
3. Melakukan pengujian terhadap objek tikus putih jenis rat (Rattus norvegicus). Pengujian alat dilakukan dimalam hari, di tempat tertutup di dalam ruangan dengan proses lama pemaparan 2 jam dan dengan frekuensi 40 kHz & 50 kHz yang diperoleh dari refensi jurnal yang akan digunakan pada saat pengujian berlangsung.
4. Optimasi alat pengusir tikus dengan 3 bentuk gelombang ultrasonik yaitu gelombang sinus, pulsa dan spike
4 1.7 Sistematika Penulisan
Adapun sistematika penulisan Skripsi ini adalah sebagai berikut:
BAB I : PENDAHULUAN
Bab ini menjelaskan mengenai latar belakang, rumusan masalah, tujuan penelitian, batasan masalah, manfaat penelitian, metode dan sistematika penulisan.
BAB II : DASAR TEORI
Bab ini membahas tentang tikus rattus, sistem gelombang ultrasonik, persamaan energi dan intensitas gelombang ultrasonik, intensitas ultrasonik dihubungkan dengan amplitude dan frekuensi, intensitas gelombang ultrasonik dihubungkan dengan jarak, modulasi lebar pulsa (pwm) dan tanggapan R-C terhadap masukan gelombang persegi yang akan mengahasilkan spike.
BAB III : METODOLOGI PENELITIAN
Bab ini membahas tentang tahapan penelitian, mulai dari tahap studi literatur, diagram alir tahapan, perancangan sistem alat pengusir tikus, tahap perancangan dan penentuan komponen, tahap pembuatan prototipe hardware, tahap pembuatan program pada alat, serta tahap pengujian dan pengambilan data.
BAB IV : HASIL DAN ANALISIS
Bab ini memaparkan hasil dari perancangan yang dilakukan serta analisis data berdasarkan pengujian terhadap alat pengusir tikus yang telah dirancang.
BAB V : PENUTUP
Bab ini berisi tentang kesimpulan dan saran dari penelitian yang dilakukan.
5
BAB II DASAR TEORI
2.1 Tikus Rumah (Rattus-rattus)
Menurut kamus besar bahasa Indonesia tikus adalah binatang penggerat dan merupakan hama yang mendatangkan kerugian baik di rumah maupun di sawah.
Tikus yang berasal dari Asia ini merupakan jenis tikus yang tinggal di dalam rumah. Tikus rumah (rattus-rattus) adalah hewan yang masih satu kerabat dengan tikus jenis Mus-musculus. Spesies ini sangat dominan, terdapat hampir di seluruh dunia, disebut juga tikus rumah [6].
Tikus rumah merupakan jenis hama dan juga berbahaya bagi kehidupan manusia. Spesies ini juga dikenal dengan perannya dalam penyakit pes (yersinia pestis) yang merengggut banyak korban pada pertengahan abad.
Berdasarkan karakter dan ciri morfologi yang dipunyai, tikus rumah (rattus- rattus diardii) digolongkan ke dalam kelas Mammalia, ordo Rodentia, serta famili Muridae. Adapun karakteristik tikus rumah merupakan panjang tubuh 100 – 190 milimeter, juga mempunyai panjang ekor lebih panjang atau sama dengan panjang tubuh. Panjang kaki belakang 35 milimeter serta telinga 20 milimeter. dengan hidung kerucut, wujud tubuh silindris, ekor tidak ditumbuhi rambut, dan mempuanyai bobot badan berkisar antara 70 – 300 gram. Mempunyai rambut bertekstur agak kasar serta warna pada bagian 21 ventral hampir sama dengan warna rambut pada bagian dorsal.
Tikus mempunyai karakteristik bereproduksi tinggi, dengan tingkatan kelahiran anak sebanyak 5 sampai 8 ekor anak tahun tanpa mengenal masa musim. Perihal ini lah yang membuat hewan tikus tercantum hewan poliestrus.
Aspek habitat juga merupakan salah satu aspek penting padapertumbuhan tikus itu sendiri. Masa bunting tikus sepanjang 21 hari serta pada dikala dilahirkan, anak tikus tidak mempunyai rambut serta matanya tertutup. Rambut berkembang pada usia 1 minggu sehabis dilahirkan serta mata hendak terbuka pada usia 9 sampai14 hari, setelah itu tikus mulai mencari makan di dekat sarang.
6 Pada usia 4 sampai 5 minggu tikus mulai mencari makan sendiri, terpisah dari induknya. Pada umur tersebut tikus bisa dengan gampang diperangkap. Tikus mencapai umur dewasa setelah berumur 45 – 65 hari. Habitat 22 masing-masing tikus pun dipengaruhi oleh ketersediaan makanan. Selain itu dipengaruhi juga dengan jenis makanan yang disukai tiap tikus. Pada umumnya tikus menyukai makanan yang dimakan manusia karena tikus merupakan hewan omnivora (pemakan segala).
Tikus rumah menyukai makanan yang berasal dari biji – bijian, buah – buahan, sayur – sayuran, kacang – kacangan, umbi – umbian, daging, ikan, dan telur. Dalam sehari tikus biasanya membutuhkan pakan sebanyak 10% dari bobot tubuhnya jika pakan dalam keadaan kering, namun bila pakan dalam keadaan basah kebutuhan pakan dapat mencapai 15% dari bobot tubuhnya. Tikus rumah biasanya akan mengenali dan mengambil pakan yang telah tesedia atau yang ditemukan dalam jumlah sedikit, untuk mencicipi atau mengetahui reaksi yang terjadi akibat mengonsumsi pakan yang ditemukan. Jika tidak terjadi reaksi yang membahayakan, maka tikus akan menghabiskan pakan yang tersedia. Adapun tikus rattus ditunjukkan pada Gambar 2.1 [8].
Gambar 2.1 Tikus rattus-rattus 2.2 Gelombang Ultrasonik
Gelombang bunyi atau yang dikenal sebagai gelombang akustik adalah gelombang mekanik yang dapat merambat dalam medium zat padat, cair dan gas.
Gelombang bunyi menurut besar frekuensinya dibedakan menjadi tiga. Infrasonik untuk bunyi dengan frekuensi dibawah 20 Hz. Audiosonik untuk bunyi dengan frekuensi anatara 20 Hz hingga 20 kHz [9].
7 Secara matematis gelombang ultrasonik dapat dirumuskan seperti pada Persamaan 2.1.
(2.1)
Dimana s adalah jarak dalam satuan meter, v adalah kecepatan suara yaitu 340 m/detik dan t adalah waktu tempuh dalam satuan detik. Ketika gelombang ultrasonik menumbuk suatu penghalang maka sebagian gelombang tersebut akan dipantulkan sebagian diserap dan sebagian yang lain akan diteruskan.
2.3 Persamaan Energi Dan Intensitas Gelombang Ultrasonik
Jika gelombang ultrasonik merambat dalam suatu medium, maka partikel medium mengalami perpindahan energi [10]. Besarnya energi gelombang ultrasonik yang dimiliki partikel medium dapat dirumuskan dalam Persamaan 2.2.
𝐸 = 𝐸𝑝 + 𝐸k (2.2)
dengan:
Ep = Energi Potensial (Joule) Ek = Energi Kinetik (Joule)
Untuk menghitung intensitas gelombang ultrasonik perlu mengetahui energi yang dibawa oleh gelombang ultrasonik. Intensitas gelombang ultrasonik (I) adalah energi yang melewati luas permukaan medium 1 /s atau watt/ [11]
Untuk sebuah permukaan, intensitas gelombang ultrasonik (I) diberikan dalam bentuk Persamaan 2.3.
(2.3) dengan:
p = massa jenis medium/jaringan (Kg/ ) v = kecepatan gelombang ultrasonik (m/ ) A = amplitudo maksimum (m)
Z = p v = impedansi akuistik (Kg/ .s)
8 W = 2 f = frekuensi sudut (rad/s)
F = frekuensi (Hz) V = Volume ( )
2.3.1 Intensitas Gelombang Ultrasonik Dihubungkan Dengan Amplitudo Dan Frekuensi
Gelombang ultrasonik merambat membawa energi dari satu medium ke medium lainnya, energi yang dipindahkan sebagai energi getaran dari partikel ke partikel pada medium tersebut. Besarnya energi (𝐸 yang dibawa partikel tersebut diberikan dalam Persamaan 2.3.1 s/d 2.3.3.
𝐸 (2.3.1) dengan:
k = konstanta = 4 T = periode (s)
A = amplitudo geraknya (m)
m= massa partikel pada medium (kg) kemudian:
𝐸 = 2 (2.3.2) Jika: m = p V (kg)
V = volume = luas . tebal = S I ( )
I = v t = jarak yang ditempuh gelombang dalam waktu t (m) V = laju gelombang (m/s)
t = waktu (s) maka:
𝐸 = 2 (2.3.3)
9 Diperoleh hasil bahwa energi yang dibawa oleh gelombang ultrasonik sebanding dengan kuadrat amplitudo. Besarnya daya yang dibawa gelombang ultrasonik (P) dapat dirumuskan dalam Persamaan 2.3.4.
𝑃 = 2 (2.3.4) Intensitas gelombang ultrasonik adalah daya yang dibawa melalui luas permukaan yang tegak lurus terhadap aliran energi maka dapat dirumuskan dalam Persamaan 2.3.5.
= = 2 (2.3.5) hubungan secara eksplisit bahwa intensitas gelombang ultrasonik sebanding dengan kuadrat amplitudo (A) dan dengan kuadrat frekuensi (f).
2.3.2 Intensitas Gelombang Ultrasonik Terhadap Jarak
Gelombang ultrasonik yang keluar dari sumber transduser mengalir keluar ke semua arah dalam arah tiga dimensi. Gelombang ultrasonik merambat keluar, energi yang dibawanya tersebar ke permukaan yang makin lama makin luas, karena merambat dalam arah tiga dimensi, maka luas permukaan merupakan luasan permukaan bola dengan radius r adalah 4 . Berarti intensitas gelombang ultrasonik dapat dirumuskan dalam Persamaan 2.3.6.
(2.3.6)
Jika keluaran daya P dari sumber konstan, maka intensitas berkurang sebagai kebalikan dari kuadrat jarak dari sumber dapat dirumuskan dalam Persamaan 2.3.7.
(2.3.7)
2.4 Pulse Width Modulation
Sinyal PWM pada umumnya memiliki amplitude dan frekuensi dasar yang tetap, namun lebar pulsanya bervariasi. Lebar pulsa PWM berbanding lurus
10 dengan amplitude sinyal asli yang belum termodulasi (dalam hal ini adalah sinus).
Salah satu kelebihan PWM adalah efek noise diminimalkan [12] dan PWM disini menghindari disipasi daya yang berlebih dari peralatan yang akan dikontrol.
Dengan kata lain sinyal PWM, frekuensi gelombangnya adalah konstan (tetap) namun duty cycle bervariasi( antara 0% hingga 100%), menurut amplitudo sinyal aslinya, sinyal PWM ditunjukkan pada Gambar 2.2 [13].
Gambar 2.2 Modulasi lebar pulsa
Karena hanya ada kondisi sinyal PWM (Low dan High) maka dapat juga dikatakan bahwa sinyal PWM adalah sinyal yang informasinya terletak pada lebar pulsa. Perbandingan besar duty cycle dapat dilihat pada Gambar 2.3 [13].
Gambar 2.3. Perbedaan Duty Cycle
Gambar 2.3 menunjukkan perubahan duty cycle akan merubah tegangan DC rata – rata. Jika gelombang PWM yang dihasilkan merupakan dari sintesis gelombang sinus maka tegangan DC rata – rata menunjukkan sinyal sinus.
11 2.5 Tanggapan R-C Terhadap Masukan Gelombang Persegi Untuk
Menghasilkan Gelombang Spike
Gelombang persegi merupakan bentuk khusus dari gelombang pulsa. Ia memiliki siklus kerja 50% dan harga rata- rata nol volt. Jika gelombang seperti yang dihasilkan pada Gambar 2.4 digunakan untuk sebuah rangkaian R-C, maka periode gelombang persegi tersebut dapat menimbulkan pengaruh pada gelombang yang dihasilkan untuk .
Gambar 2.4 Gelombang Pulsa
Untuk analisis berikut, bahwa keadaan mantap akan ditetapkan setelah periode lima tetapan waktu terlewati. Kemudian jenis gelombang yang dihasilkan pada kapasitor dapat dipisahkan menjadi 3 jenis utama.
1. T/2 >
Keadaan T/2 , atau T , menetapkan keadaan dimana kapasitor tersebut dapat memuat sampai harga keadaan mantapnya sebelum t=T/2.
Gelombang yang dihasilkan untuk dan akan tampak seperti pada Gambar 2.5 [14].
Gambar 2.5 dan untuk T/2 >
Terlihat bahwasanya tidak lebih dari deretan spike yang sangat tajam.
Bahwa perubahan dari V menjadi nol volt pada tebing akhir menghasilkan pengosongan yang cepat menuju nol volt. Bila = 0 maka kapasitor dan tahanan dalam keadaan sejajar dan kapasitor melepas muatan melalui R dengan
12 tetapan waktu yang sama dengan yang dihadap selama fase pengisian akan tetapi dengan arah aliran (arus) yang berlawanan dengan yang ditetapkan selama fase pengisian.
2. T/2 =
Jika frekuensi gelombang persegi sedemikian rupa sehingga T/2= atau T= , tegangan akan mencapai harga akhirnya sebelum permulaan fase pengosongannya. Tegangan tidak lagi menyerupai masukan gelombang persegi dan kenyataannya, memiliki beberapa karakteristik gelombang seggitiga.
Peningkatan tetapan waktu menghasilkan yang lebih bulat dan bertambah lebar yang menunjukkan semakin lama periode pengisian. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.6 [14].
Gambar 2.6 dan untuk T/2 =
3. T/2 <
Jika Keadaan T/2 , atau T , Maka tegangan tidak lagi akan mencapai harga akhirnya selama pulsa yang pertama, dan siklus pengosongan tidak akan kembali ke tegangan nol. Kenyataannya harga awal untuk masing- masing pulsa yang berurutan akan berubah sehingga tercapai keadaan mantap.
Dengan menganggap bahwa keadaan mantap telah tercapai selama lima siklus gelombang yang digunakan. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.7 [14].
(a)
13 (b)
Gambar 2.7 dan untuk T/2 < .
Begitu frekuensi bertambah dan periode berkurang, akan ada perataan tanggapan untuk sehingga menghasilkan pola seperti pada Gambar 2.8 [14].
Gambar 2.8 untuk T/2 << . Atau T <<
Terlihat mengenai kurva tanggapan untuk , dalam keadaan mantap, harga rata-rata akan sama dengan harga rata-rata gelombang persegi yang digunakan bahwa gelombang mendekati harga rata- rata V/2 [14].
14
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Umum
Pada saaat melakukan penelitian haruslah diawali dengan sebuah pengumpulan data serta perancangan terhadap apa yang akan diteliti dan disusun sedemikian rupa agar memperoleh hasil yang diinginkan serta dapat dipertanggungjawabkan secara ilmiah. Tentunya perancangan tersebut tersusun dari berbagai langkah dan tahapan yang saling berkaitan sehingga dapat mempermudah dalam pengimplementasian rancangan tersebut.
3.2 Pengumpulan Data
Adapun pengumpulan data untuk mencari frekuensi yang efektif yang diperoleh dari referensi jurnal yang akan digunakan pada saat pengujian berlangsung. Peneliti akan menjadikan sebagai referensi pada sampel frekuensi yang efektif untuk mempermudah proses pengujian peneliti yaitu pada frekuensi 40 kHz dan 50 kHz berdasarkan referensi yang membahas “Rancang bangun alat pengusir hama menggunakan gelombang ultrasonik [5] yang menyatakan bahwa terlihat respon tikus bingung, dan tidak makan.
Sedangkan referensi “Gelombang ultrasonik sebagai alat pengusir tikus menggunakan mikrokontroller atmega8 [6] menyatakan frekuensi dengan 50 kHz dapat mengganggu pendengaran tikus dengan parameter terlihat tikus menjauh dan tidak makan.
3.3 Diagram Alir Tahapan
Adapun tahapan penelitian yang akan dilakukan diperlihatkan pada diagram alir pada Gambar 3.1.
15 Gambar 3.1 Diagram Alir Tahapan Penelitian
3.4 Perancangan Sistem dan Penentuan Komponen
Pada perancangan sistem ini hanya terdiri dari transmitter, dan perancangan sistem ini menggunakan sensor seperti sensor ultrasonik, dimana pada bagian sensor ultrasonik merupakan bagian untuk mengirimkan masukan data informasi inputan pada arduino dan sebagai pendeteksi adanya gerakan yang dilakukan tikus dengan jarak yang ditentukan, setelah terdeteksi adanya tikus maka data tersebut diolah oleh mikrokontroller untuk menghidupkan signal generator. Relay berfungsi sebagai pengendali signal generator ketika switching untuk mengubah gelombang pulsa menjadi spike pada alat. ketika signal generator hidup akan menghantarkan gelombang suara ultrasonik melalui speaker ultrasonik dengan
16 rentang frekuensi ultrasonik yang digunakan untuk mengusir tikus. Adapun perancangan sistem ini ditunjukkan dalam bentuk blok diagram pada Gambar 3.2.
Gambar 3.2 Blok diagram perancangan perangkat sistem
Adapun untuk komponen yang akan digunakan pada perancangan sistem ini adalah sebagai berikut :
1. Mikrokontroller Arduino UNO
Arduino adalah nama sebuah produk mikrokontroller yang dikembangkan oleh Massino Banzi, Tom Igoe, Gianluca Martino an Nicholas Zambetti. arduino memiliki sedikit perbedaan bahasa yang digunakan pada mikrokontroller, perbedaan tersebut terletak pada variable dan functions sedangkan structure sama dengan bahasa C[15]. Arduino Uno adalah board mikrokontroler berbasis ATmega328 (datasheet). Memiliki 12 pin input dari output digital dimana 6 pin input tersebut dapat digunakan sebagai output PWM dan 6 pin input analog, 16 MHz osilator kristal, koneksi USB, jack power, ICSP header, dan tombol reset.
Untuk mendukung mikrokontroler agar dapat digunakan, cukup hanya menghubungkan Board Arduino Uno ke komputer dengan menggunakan kabel USB atau listrik dengan AC yang ke adaptor DC atau baterai untuk menjalankannya.
Arduino merupakan piranti sebagai pengendali utama sistem alat yang akan dibuat. Adapun gambaran fisik dari mikrokontroller arduino uno pada umumnya dapat dilihat pada Gambar 3.3.
17 Gambar 3.3 Mikrokontroller arduino uno
Adapun bagian dari mikrokontroller arduino uno sebagai berikut:
a. Digital I/O
Arduino uno memiliki 14 pin yang bisa digunakan untuk input dan output. Pin tersebut mulai dari 0 sampai 13, tapi khusus untuk pin 3, 5, 6, 9, 10 dan 11 dapat digunakan sebagai pin analog output. Arduino uno juga dapat memprogram pin output analog dengan nilai 0-255, mewakili tegangan 0-5 volt.
b. Analog Input
Arduino juga memiliki 6 pin yang bisa diguunakan untuk input sensor analog, seperti sensor benda, sensor cahaya, dll. Pin tersebut mulai dari 0-5.
Nilai sensor dapat dibaca oleh program dengan nilai anatara 0-1023, itu mewakili pada tegangan 0-5 volt.
c. USB
Arduino dapat deprogram menggunakan USB tipe A dan tipe B. USB ini sudah langsung tehubung ke power, jadi tidak diperlukan baterai atau yang lainnya saat melakukan pemrograman.
d. Socket DC
Socket DC adalah tombol khusus yang ada pada arduino, berfungsi alih ketika mengulang ke posisi awal program yang digunakan.
e. Reset
Reset merupakan tombol khusus yang ada pada arduino, yang berfungsi ketika mengulang ke posisi awal program yang digunakan.
18 2. Modul Signal Generator
Modul generator adalah modul signal generator yang dapat menghasilkan sinyal gelombang yang di inginkan. Modul signal generator yang digunakan ialah modul jenis Ad9833.
Pembangkit frekuensi gelombang ini dapat diatur dengan mudah dan sesuai dengan keinginan. Frekuensi yang ingin diatur bisa dimulai dari 20 Khz – 50 Khz, dengan batasan mulai dari 1 Hz hingga 25 MHz. Gambaran fisik dari modul dapat ditunjukkan pada Gambar 3.4.
Gambar 3.4 Modul Signal Generator Berikut adalah beberapa fitur dari signal generator :
a. Beroperasi pada frekuensi 1 Hz – 25 MHz.
b. Menghasilkan beberapa gelombang (seperti gelombang sinus, square dan triangular).
3. LCD (Liquid Crystal Display)
LCD adalah sebuah peralatan elektronik yang berfungsi untuk menampilkan output sebuah sistem dengan cara membentuk suatu citra atau gambaran pada sebuah layar. Secara garis besar komponen penyusun LCD terdiri dari Kristal cair (liquid crystal) yang diapit oleh 2 buah elektroda transparan dan 2 buah filter polarisasi (polarizing filter).
Pada umumnya LCD yang dijual di pasaran sudah memiliki integrated circuit tersendiri sehingga para pemakai dapat mengontrol tampilan LCD dengan mudah menggunakan mikrokontroler untuk mengirimkan data melalui pin-pin input yang sudah tersedia. merupakan jenis layar LCD handphone atau
19 smartphone yang umum dari tipe lainnya. Adapun bentuk fisik jenis LCD dapat dilihat pada Gambar 3.5 [6].
Gambar 3.5 LCD
Berikut adalah beberapa fitur dari Lcd 16 x 2 sebagai berikut : a. Terdiri dari 16 kolom dan 2 baris
b. Dilengkapi dengan backlight
c. Mempuanyai 192 karakter tersimpan
d. Dapat dialamati dengan mode 4 bit- dan 8 bit e. Terdapat karakter generator terprogram.
4. Speaker Ultrasonik
Speaker adalah komponen elektronika yang terdiri dari beberapa kumparan, membran dan magnet sebagai bagian yang saling terikat. tanpa adanya membran, sebuah speaker tidak akan mengeluarkan suara, demikian sebaliknya. speaker ultrasonik yang berjenis piezoelektrik biasanya berukuran 51 mm x 20mm, fungsi speaker ultrasonic adalah untuk mengeluarkan frekuensi tinggi yang cangkupannya pada rentang 2.5 Hz – 60 kHz. Adapun gambaran fisik speaker ultrasonik dapat dilihat pada Gambar 3.6.
20 Gambar 3.6 Speaker ultrasonic
5. Sensor Ultrasonik
Sensor merupakan komponen yang dapat mendeteksi atau mengukur kondisi sebenarnya di dunia nyata, seperti pergerakan, panas atau cahaya dan mengubah kondisi nyata tersebut ke dalam bentuk analog atau digital[16]. Sensor adalah alat yang merespon keadaan fisik, seperti energi panas, energi elektromagnetik, tekanan magnetik atau pergerakan dengan menghasilkan sinyal elektrik.
Sensor jenis ultrasonic merupakan sensor yang terdiri dari sensor, chip pembangkit gelombang, penerima gelombang dan pembangkit pulsa[17]. Ketika rangkaian elektronik dari sensor mendapat catu daya, maka akan dihasilkan pulsa yang akan dikirim oleh bagian transmiter. Sensor kemudian mendeteksi adanya sebuah objek yang berada di depan sensor, yang ditandai dengan adanya sinyal yang diterima oleh sensor penerima pulsa. Adapun bentuk fisik dari sensor ultrasonic dapat dilihat pada Gambar 3.7.
Gambar 3.7 Sensor ultrasonic
21 6. Resistor
Resitor ialah elemen pasif dimana elemen ini menerima dengan cara menyerap sehingga menimbulkan panas. resistor juga disebut sebagai tahanan, hambatan, penghantar, atau resistansi dimana resistor mempuanyai fungsi sebagai penghambat arus, pembagi arus, dan pembagi tegangan.
Nilai resistor juga tergantung dari hambatan jenis bahan resistor itu sendiri (tergantung dari bahan pembuatnya), panjang dari resistor itu sendiri dan luas penampang dari resistor itu sendiri [18].
7. Kapasitor
Sering juga disebut dengan kondensator atau kapasitansi. Mempuanyai fungsi untuk membatasi arus DC yang mengalir pada kapasitor tersebut, dan dapat menyimpan energi dalam bentuk medan listrik. Nilai suatu kapasitor tergantung dari nilai permitivitas bahan pembuat kapasitor, luas penampang dari kapasitor tersebut dan jarak antara dua keeping penyusun dari kapasitor tersebut [18].
8. Relay
Relay yakni Saklar (Switch) yang dioperasikan secara listrik serta ialah komponen Electromechanikal. Relay memakai Prinsip Elektromagnetik untuk menggerakkan Kontak Saklar sehingga dengan arus listrik yang kecil (low power) dapat menghantarkan listrik yang bertegangan lebih tinggi. Adapun bentuk fisik dari relay dapat dilihat pada Gambar 3.8 [19].
Gambar 3.8 Relay
22 9. Sensor Arus
Sensor arus adalah perangkat yang mendeteksi arus listrik (AC atau DC) yang melewatinya. Adapun bentuk fisik dari sensor dapat dilihat pada Gambar 3.9.
Gambar 3.9 Sensor INA219 10. Osciloscope
Osiloskop adalah alat ukur besaran listrik yang dapat memproyeksikan sinyal listrik dan juga frekuensi. Dengan menggunakan osiloskop dapat mengetahui besaran-besaran pada sinyal listrik seperti tegangan, frekuensi, periode dan bentuk sinyal dari objek yang akan diukur. Dengan osiloskop juga dapat membedakan gelombang, serta dapat juga melihat gangguan dalam system transmisi atau penyaluran seperti noise. Adapun bentuk fisik oscilloscope dapat dilihat pada Gambar 3.10.
Gambar 3.10 Osiloskop 3.5 Perancangan Prototipe Hardware
Setelah dilakukan perancangan alat dan serta penentuan komponen yang akan diperlukan, tahap selanjutnya adalah melakukan pembuatan prototipe hadware berdasarkan rangkaian skematik yang telah dibuat. Rangkaian skematik sistem dapat dilihat pada Gambar 3.11.
23 Gambar 3.11 Rangkaian skematik prototipe
Pada rangkaian transmitter terdiri dari sebuah arduino sebagai mikrokontroller yang terintegrasi dengan signal generator dan sebagai pengukur jaraknya menggunakan sensor ultrasonik.
3.6 Pembuatan Program
Tahap pembuatan program dilakukan pada arduino, dimana program hanya dibuat yaitu pada bagian transmitter saja. Program dibuat untuk terhubung antara input dan output pada alat yang akan dibuat. Sedangkan software yang digunakan untuk melakukan pemrograman ialah dengan menggunakan software Arduino IDE. Pada program dapat dilihat pada Gambar 3.12.
Gambar 3.12 Pembuatan Program
24 3.7 Tahap pengujian dan pengambilan data
Setelah pembuatan prototipe hardware selesai, tahap pertama yang dilakukan dalam penelitian ini adalah pengujian fungsi alat. pengujian dilakukan untuk melihat tingkat akurasi yang dihasilkan pada alat dengan membandingkan frekuensi yang tertera pada LCD dengan frekuensi yang tertera pada osiloskop.
Tahap pengujian pertama yaitu dengan penghasil gelombang sinus, kemudian dengan penghasil gelombang pulsa dan penghasil gelombang spike.
Pengujian dilakukan dengan cara menghubungkan rangkaian pada alat dengan osiloskop menggunakan kabel probe clamp ke (CH1) dan menekan tombol CH1 untuk menampilkan gelombang pada channel 1. Setelah itu menekan tombol Auto set pada osiloskop, maka akan terlihat bentuk gelombang dan frekuensi pada osiloskop yang dihasilkan dari alat yang telah dibuat. Kemudian atur setiap sampel frekuensi pada alat dengan menekan tombol up pada alat. Maka osiloskop menampilkan bentuk gelombang dan frekuensi yang dihasilkan oleh alat pada saat pengujian.
Tahap selanjutnya ialah dengan melakukan pengujian dan pengambilan data dengan metode eksperimental bertujuan untuk memperoleh data pengamatan pengaruh bentuk gelombang ultrasonik terhadap tikus. Tahap eksperimental adalah dengan menggunakan alat rancangan sistem yang telah dibuat dan menggunakan frekuensi efektif dari referensi jurnal yang digunakan sebagai rujukan. Analisis pengaruh bentuk gelombang ultrasonik yang diberikan terhadap hama tikus.
Adapun objek percobaan merupakan tikus putih jenis rat (rattus norvegicus). Pengujian alat dilakukan dimalam hari, di tempat tertutup di dalam ruangan dengan proses lama pemaparan 2 jam dan dengan frekuensi 40 kHz &
50 kHz yang diperoleh dari refensi jurnal yang akan digunakan pada saat pengujian berlangsung. Sebelum pengujian berlangsung, tikus ditempatkan dilokasi pengujian selama 2 hari dan diberi makan.
Selanjutnya tahap pengujian alat pertama diawali dengan gelombang sinus, kemudian gelombang pulsa dan terakhir pada gelombang spike, dengan masing- masing dua frekuensi yang berbeda. Dalam perancangan sistem, setiap perubahan
25 antara jenis gelombang sinus menjadi pulsa dan sebaliknya dilakukan secara manual, yaitu dengan menekan kedua push botton a dan b secara bersamaan pada alat. Tetapi untuk mengubah menjadi jenis gelombang spike dilakukan dengan cara merubah terdahulu menjadi jenis gelombang pulsa kemudian menekan switch menjadi on. Alat diletakkan di lokasi pengujian dan diberi pakan di dekat alat untuk melihat reaksi tikus mendekat atau menjauhi pakan pada saat selama pengujian berlangsung.
Pengamatan dilakukan dengan merekam reaksi hama tikus dengan alat perekam video yang telah dipasang. Pengujian ini bertujuan untuk melihat pengaruh gelombang ultrasonik pada hama tikus.
26
BAB IV
HASIL DAN ANALISIS
4.1 Umum
Bab ini menguraikan hasil alat pengusir tikus serta melakukan pengujian pengaruh gelombang pada alat pengusir tikus secara langsung terhadap objek tikus dengan lama pemaparan, melakukan pengujian alat melalui hubungan frekuensi, dan intensitas gelombang ultrasonik serta akan dipaparkan dengan perhitungan, dan menguji jarak maksimum dalam perancangan sistem, serta mengimplementasikan alat pengusir.
4.2 Prototipe Hardware
Hardware yang telah dibuat berdasarkan rancangan yang telah dilakukan.
Untuk Hardware pada sistem dapat dilihat pada Gambar 4.1.
Gambar 4.1 Tampak Depan Alat
Gambar 4.2 Tampak Atas Alat
27 Pada sistem ini terdiri dari beberapa komponen, yaitu sebuah mikrokontroler arduino sebagai sistem tertanam yang bertugas untuk menjalankan program yang telah diberikan, modul signal generator sebagai penghasil dari beberapa gelombang yang akan dihasilkan pada alat yaitu gelombang sinus, pulsa dan spike. Alat pengusir hama yang telah dibuat dapat menghasilkan beberapa frekuensi dengan jangkauan 20 kHz – 60 kHz. Sesuai dengan jangkauan gelombang ultrasonik yang dimiliki oleh hama tersebut. Pancaran gelombang ultrasonik melepaskan pulsa–pulsa listrik kearah speaker didalam transducer sehingga akan menyebabkan transmisi gelombang ultrasonik di dalam pancarannya. Adapun diagram blok skema rangkaian sumber gelombang ultrasonik dapat dilihat pada Gambar 4.3.
Gambar 4.3 Blok Pembangkit Gelombang Ultrasonik.
4.3 Pengujian Fungsi Alat
Pengujian fungsi alat dilakukan dengan melihat frekuensi yang tertera pada LCD dan membandingkannya dengan frekuensi yang tertera pada osiloskop untuk melihat tingkat akurasi pada alat yang telah dibuat yang dihasilkan dari signal generator.
Tahap pengujian pertama yaitu dengan penghasil gelombang sinus, kemudian dengan penghasil gelombang pulsa dan penghasil gelombang spike.
Pengujian dilakukan dengan cara menghubungkan rangkaian pada alat dengan osiloskop menggunakan kabel probe clamp ke (CH1) dan menekan tombol CH1 untuk menampilkan gelombang pada channel 1. Setelah itu menekan tombol Auto set pada osiloskop, maka akan terlihat bentuk gelombang dan frekuensi pada osiloskop yang dihasilkan dari alat yang telah dibuat. Kemudian atur setiap sampel frekuensi pada alat dengan menekan tombol up pada alat, maka osiloskop menampilkan bentuk gelombang dan frekuensi yang dihasilkan oleh alat pada saat pengujian. Kemudian membandingkan setiap sampel frekuensi yang tertera pada LCD dengan frekuensi yang tertera pada osiloskop. Perbandingan tersebut ditunjukkan pada Tabel 4.1 - 4.3.
28 Tabel 4.1 Hasil Pengujian Signal Generator Penghasil Gelombang Sinus
Frekuensi pada LCD Frekuensi Pada osiloskop Akurasi
25 kHz 24.95 kHz 99%
30 kHz 30.19 kHz 99%
40 kHz 40.13 kHz 99%
50 kHz 49.95 kHz 99%
60 kHz 60.02 kHz 99%
Frekuensi rata-rata 99%
Tabel 4.2 Hasil Pengujian Signal Generator Penghasil Gelombang Pulsa Frekuensi pada LCD Frekuensi Pada osiloskop Akurasi
22 kHz 22.08 kHz 99%
30 kHz 30.96 kHz 99%
40 kHz 40 kHz 99%
50 kHz 50 kHz 99%
60 kHz 60.24 kHz 99%
Frekuensi rata-rata 99%
Tabel 4.3 Hasil Pengujian Signal Generator Penghasil Gelombang Spike Frekuensi pada LCD Frekuensi Pada osiloskop Akurasi
22 kHz 22.01 kHz 99%
32 kHz 32.01 kHz 99%
40 kHz 40.01 kHz 99%
50 kHz 50.02 kHz 99%
60 kHz 60 kHz 99%
Frekuensi rata-rata 99%
Pada Tabel 4.1 - 4.3 ditunjukkan hanya sedikit perbedaan antara pada frekuensi di LCD dengan Osiloskop. Rata-rata tingkat akurasi yang dihasilkan pada alat mencapai 99%, bahwasanya frekuensi yang ditunjukkan LCD hampir
29 sama dengan frekuensi hasil ukur pada osiloskop. Alat yang dirancang sudah bekerja sesuai yang diharapkan dengan mengeluarkan frekuensi dari 20 kHz – 60 kHz.
4.4 Hubungan Frekuensi dan Intensitas Gelombang Ultrasonik
Berikut adalah tabel data hasil perhitungan hubungan frekuensi dan intensitas gelombang ultrasonik pada alat pengusir. yang ditunjukkan pada Tabel 4.4.
Tabel 4.4 Hubungan Frekuensi dan Intensitas Gelombang Ultrasonik No Frekuensi (kHz) Intensitas Gelombang ultrasonic (w/
1. 40 kHz 2,448 x
2. 50 kHz 2,443 x
dimana V1 (merupakan kecepatan gelombang ultrasonik ) = 340 m/s ( massa jenis udara ) = 1,25 kg/
Maka Z (udara ) = x
= 1,25 kg/ x 340 m/s = 425 kg/
Sehingga besarnya intensitas gelombang ultrasonik melalui medium udara adalah
dimana
, merupakan Amplitudo ekustik Maka untuk f = 40 Khz
=
= m
= )
= 2,448 x w/
Maka diperoleh energi gelombang sebesar :
30 𝐸
𝐸
𝐸 Maka untuk f = 50 Khz
=
= m
= )
= 2,443 x w/
Maka diperoleh energi gelombang sebesar : 𝐸
𝐸
𝐸
Adapun hubungan frekuensi dan intensitas gelombang ultrasonik dapat ditunjukkan sehingga dapat disimpulkan bahwa semakin kecil frekuensi yang diberikan maka intensitas gelombang ultrasonik yang dihasilkan besar.
4.5 Analisis Hasil Bentuk Gelombang Ultrasonik pada Alat pengusir
Pada perancangan sistem ini, alat dapat menghasilkan beberapa gelombang seperti sinus, pulsa dan spike yang dihasilkan pada signal generator. untuk gelombang spike dapat dihasilkan dari proses R-C yang melewati pada rangkaian sehingga dalam keadaan charge dan dircharge. Bentuk gelombang yang dihasilkan pada alat dapat dilihat pada Gambar 4.4 - 4.6.
31
(a) (b)
Gambar 4.4 Bentuk Gelombang Sinus yang dihasilkan dari Alat dengan frekuensi (a) 40kHz dan (b) 50kHz
(a) (b)
Gambar 4.5 Bentuk Gelombang Pulsa yang dihasilkan dari Alat (a) 40kHz dan (b) 50kHz
(a) (b)
Gambar 4.6 (a) dan (b) Bentuk Gelombang Spike yang dihasilkan Alat
32 (c)
Gambar 4.7 (c) Bentuk Gelombang Spike pada simulasi
Pada bentuk gelombang spike yang dihasilkan pada perancangan sistem alat ini peneliti menggunakan kapasitor 10 nF atau 0.01 dan resistor 1 kΩ.
Berdasarkan hasil simulasi proteus ada perbedaan bentuk gelombang spike yang dihasilkan yang dapat ditunjukkan pada gambar Sehingga peneliti menggunakan sampel acak untuk mendapatkan gelombang spike yang diinginkan, sehingga diperoleh nilai pada kapasitor sebesar 10 nF dan resistor 1 kΩ. Pada proses discharge dan charge kapasitor dipengaruhi frekuensi, yang menuju rangkaian RC.
Sehingga semakin tinggi frekuensi semakin kecil kemungkinan proses terjadinya charge dan discharge secara sempurna. Sementara ketika memberikan nilai C=0.1 , difrekuensi ultrasonik untuk bentuk gelombang spike yang dihasilkan hampir menyerupai pulsa. Sehingga bentuk gelombang spike yang dihasilkan pada alat tersebut dalam keadaan seperti T/2< .
4.6 Analisis Pengaruh Gelombang Ultrasonik dan Pengujian Alat Terhadap Hama
Peneliti telah melakukan analisis pengaruh gelombang ultrasonik yang dihasilkan alat perancangan sistem yang telah dibuat dan melakukan pengujian alat terhadap objek hama, yaitu dengan melihat pengaruh gelombang ultrasonik terhadap hama tikus. Sebelum pengujian dilakukan, pada saat pengujian berlangsung peneliti mengambil sampel frekuensi 40 kHz dan 50 kHz sebagai frekuensi yang efektif berdasarkan referensi yang digunakan. Lalu peneliti melakukan pengujian dengan gelombang sinus, pulsa dan spike pada alat rancangan sistem yang telah dibuat. Adapun objek percobaan merupakan tikus putih jenis rat (rattus norvegicus). Pengujian alat dilakukan disetiap hari yang
33 berbeda (setiap satu frekuensi dalam satu jenis gelombang), dilakukan dimalam hari dan ditempat tertutup didalam ruangan dengan proses lama pemaparan 2 jam. Sebelum pengujian berlangsung, tikus ditempatkan dilokasi pengujian selama 2 hari dan diberi makan.
Tahap pengujian pertama dilakukan dengan gelombang sinus dengan masing-masing dua frekuensi yang berbeda, kemudian dengan gelombang pulsa dan terakhir gelombang spike. Dalam perancangan sistem, setiap perubahan antara jenis gelombang sinus menjadi pulsa dan sebaliknya dilakukan secara manual, yaitu dengan menekan kedua push botton a dan b secara bersamaan pada alat.
Tetapi untuk mengubah menjadi jenis gelombang spike dilakukan dengan cara merubah terdahulu menjadi jenis gelombang pulsa kemudian menekan switch menjadi on. Alat diletakkan di lokasi pengujian dan diberi pakan di dekat alat untuk melihat reaksi tikus mendekat atau menjauhi pakan pada saat selama pengujian berlangsung. Pengamatan dilakukan dengan merekam reaksi hama tikus dengan alat perekam video yang telah dipasang. Pengujian ini bertujuan untuk melihat pengaruh gelombang ultrasonik pada hama tikus. yang dapat ditunjukkan pada Gambar 4.8.
Gambar 4.8 Pengujian Alat terhadap Hama
34 Adapun data hasil analisis pengaruh gelombang ultrasonik terhadap hama tikus dapat ditunjukkan pada Tabel 4.5.
Tabel 4.5 Data analisis hasil pengaruh gelombang ultrasonik terhadap hama tikus
No. Jenis
Gelombang
Frekuensi Lama pemaparan
Hasil Selama Pemaparan
1. Sinus
40 kHz
2 jam
Tidak Terpengaruh
50 kHz Tidak Terpengaruh
2. Pulsa
40 kHz
2 jam
Sangat Terpengaruh
50 kHz Terpengaruh
3. Spike
40 kHz
2 jam
Terpengaruh
50 kHz Terpengaruh
Percobaan dilakukan dengan menggunakan 4 ekor tikus putih jenis rat, pada saat percobaan pengujian pertama yaitu dengan jenis gelombang sinus dengan frekuensi 40 kHz reaksi tikus pada saat pengujian dengan lamanya pemaparan 2 jam. reaksi tikus tidak terpengaruh yang ditunjukkan dengan 3 dari 4 ekor tikus masih makan hingga menghabiskan pakan yang dekat dengan sumber pada saat pengujian berlangsung dengan lamanya pemaparan dan mendekati sumber gelombang. kemudian pada pengujian frekuensi 50 kHz dengan gelombang sinus tampak reaksi tidak terlalu menjauh dari sumber speaker dan mendekati sumber gelombang.
Lalu pada saat pengujian pulsa dengan frekuensi 40 kHz tampak tikus menjauh dari sumber gelombang dan tidak mengambil dan mendekati makanan yang dekat dengan sumber gelombang selama proses pemaparan berlangsung.
Tikus tampak dalam keadaan lemas, hal ini rasa aktif untuk makan pada tikus berkurang dan menjadi lebih pasif dan pola perilaku juga ditandai dengan pasif pada saat pemaparan berlangsung. Pada saat pengujian dengan frekuensi 50 kHz tampak 1 dari 4 ekor tikus mendekati makanan dan makan, dan sedikit merasa terganggu dengan menjauhi speaker.
35 Sementara pada saat peneliti melakukan pengujian gelombang spike berlangsung dengan lamanya pemaparan 2 jam terhadap hama tikus. reaksi dihasilkan ialah 1 dari 4 ekor tikus masih dalam keadaan makan dan sedikit terganggu dengan menjauhi speaker dan selebihnya tidak mendekati makanan yang dekat dengan sumber gelombang. menjauhi sumber gelombang dengan mencoba untuk keluar, dan perilaku geraknya menjadi pasif atau diam pada frekuensi 40 kHz pada saat proses pengujian berlangsung. Selanjutnya pada pengujian gelombang spike dengan frekuensi 50 kHz dimana 1 dari 4 tikus mendekati sumber gelombang dan mengambil dan mendekati makanan yang dekat dengan sumber gelombang selama proses pemaparan berlangsung dan 3 ekor tikus tidak mendekati sumber speaker dan pola perilaku menjadi lebih pasif.
Pada dasarnya pengaruh gelombang ultrasonik yang ditimbulkan pada frekuensi 40 kHz & 50 kHz pada gelombang pulsa dan spike menimbulkan pengaruh pola perilaku yang cukup signifikan. Untuk gelombang pulsa dengan frekuensi 40 kHz yang dihasilkan lebih efektif mengusir tikus dan sangat terpengaruh terhadap tikus dan gelombang spike yang dihasilkan juga efektif terpengaruh terhadap tikus.
Berdasarkan alat yang telah dirancang adapun pengukuran daya yang dihasilkan pada gelombang sinus, pulsa dan spike pada perancangan sistem alat yang telah dibuat yaitu dapat ditunjukkan pada Tabel 4.6.
Tabel 4.6 Daya yang dihasilkan alat perancangan
No. Jenis
Gelombang
Frekuensi Daya
Konsumsi Rangkaian
1. Sinus
40 kHz 623.89 mW
50 kHz 847.56 mW
2. Pulsa
40 kHz 633.04 mW
50 kHz 852.80 mW
3. Spike
40 kHz 620.59 mW
50 kHz 843.35 mW
36 Berdasarkan alat yang telah dirancang adapun daya yang dihasilkan merupakan daya dari keseluruhan rangkaian pada alat yang di rancang dengan menggunakan sensor INA219 untuk menampilkan penggunaan dari konsumsi energi power supply yang digunakan dan dapat ditunjukkan dengan diagram blok pada Gambar 4.9 dan 4.10.
Gambar 4.9 Blok pengukuran daya pada gelombang pulsa.
Gambar 4.10 Blok pengukuran daya pada gelombang Spike.
4.7 Pengujian Jarak Maksimum
Peneliti melakukan pengujian pada alat perancangan dengan proses kalibrasi untuk melihat jarak maksimum lokasi yang dapat diamankan di dalam ruangan dengan menggunakan sensor ultrasonik dapat ditunjukkan pada Tabel 4.7
Tabel 4.7 Pengujian jarak maksimum terhadap sensor ultrasonik No Jarak pada sensor Ultrasonik Kondisi display LCD
1. 10 cm hidup
2. 50 cm Hidup
3. 100 cm hidup
4. 150 cm hidup
5. 200 cm hidup
6. 210 cm mati
37 Ketika sensor mendeteksi objek maka kondisi LCD akan menyala. Pada keterangan tabel diatas menjukkan bahwa jarak maksimum yang dapat dijangkau oleh sensor ultrasonic hanya sejauh 200 cm pada alat perancangan yang telah dibuat.
38
BAB V PENUTUP
5.1 Kesimpulan
Berdasarkan hasil penelitian yang telah dilakukan dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut:
1. Berdasarkan hasil penelitian dan pengamatan bahwa reaksi tikus tidak terpengaruh terhadap bentuk gelombang sinus dengan frekuensi 40 kHz & 50 kHz pada saat pengujian berlangsung.
2. Pada saat pengujian bentuk gelombang pulsa dengan frekuensi 40 kHz hasil yang diperoleh ialah sangat terpengaruh terhadap hama tikus dan lebih efektif mengusir tikus yang ditandai tikus menjauh dari sumber gelombang dan tidak mendekati makanan yang dekat dari sumber gelombang. Hal ini gelombang pulsa lebih efektif untuk mengusir tikus dengan frekuensi 40 kHz dibandingkan dengan gelombang sinus dan spike pada frekuensi yang sama.
3. Pada saat pengujian gelombang spike dengan frekuensi 40 kHz & 50 kHz hasil yang diperoleh ialah reaksi tikus hanya terpengaruh yang ditandai dengan kurangnya menjauh dari sumber gelombang.
4. Berdasarkan hasil penelitian untuk menghasilkan gelombang spike ialah dengan penggunaan kapasitor dengan nilai 10 nF dan resistor 1 kΩ.
5.2 Saran
Beberapa saran yang dapat peneliti berikan pada skripsi ini ialah sebagai berikut:
1. Untuk peneliti selanjutnya, diharapkan agar menguji nilai frekuensi yang berbeda pada bentuk gelombang pulsa dan spike terhadap pengaruh hama tikus.
2. Untuk penelitian selanjutnya disarankan agar menguji jenis gelombang yang lain, seperti gelombang gergaji.
39
DAFTAR PUSTAKA
[1] H. E. Heffner and R. S. Heffner, “Hearing ranges of laboratory animals,” J.
Am. Assoc. Lab. Anim. Sci., vol. 46, no. 1, pp. 20–22, 2007.
[2] M. Sadananda, M. Wöhr, and R. K. W. Schwarting, “Playback of 22-kHz and 50-kHz ultrasonic vocalizations induces differential c-fos expression in rat brain,” Neurosci. Lett., vol. 435, no. 1, pp. 17–23, 2008.
[3] L. Ouda, M. Jílek, and J. Syka, “Expression of c-Fos in rat auditory and limbic systems following 22-kHz calls,” Behav. Brain Res., vol. 308, pp.
196–204, 2016.
[4] C. Demaestri, H. C. Brenhouse, and J. A. Honeycutt, “22 kHz and 55 kHz ultrasonic vocalizations differentially influence neural and behavioral outcomes: Implications for modeling anxiety via auditory stimuli in the rat,” Behav. Brain Res., vol. 360, no. December 2018, pp. 134–145, 2019.
[5] A. A. Mujab, M. Rosmiati, and M. I. Sari, “Rancang Bangun Alat Pengusir Hama Menggunakan Gelombang Ultrasonik,” eProceedings Appl. Sci., vol.
6, no. 1, pp. 340–348, 2020.
[6] D. Wijanarko, I. Widiastuti, and A. Widya, “Gelombang Ultrasonik Sebagai Alat Pengusir Tikus Menggunakan Mikrokontroler Atmega 8,” J.
Teknol. Inf. dan Terap., vol. 5, no. 1, pp. 49–54, 2019.
[7] D. Hidayat, T. Ismail, N. S. Syafei, and B. M. Wibawa, “Generator Pulsa Spike Terprogram untuk Pemicu Transduser Ultrasonik,” JTERA (Jurnal Teknol. Rekayasa), vol. 3, no. 2, p. 295, 2018.
[8] Priyambodo. Swastiko, “Pengendalian Hama Tikus Terpadu,” edisi 3.
Jakarta: Penebar Swadaya, 2003.
[9] M. Se-Yuen, “Wave experiments using low-cost 40 kHz ultrasonic transducers,” Phys. Educ., vol. 38, no. 5, pp. 441–446, 2003.
[10] Giancoli, “Fisika Jilid I ,” Jakarta: Erlangga, 1998.
40 [11] A. Cameron and R. John, “Medical Physics,” New York: John Wiley and
Sons Inc, 1978.
[12] N. Jones, “BEGINNER ’ S CORNER Lint,” Embed. Syst. Program., no.
May, pp. 55–56, 2002.
[13] Y. A. Sinaga, A. S. Samosir, and A. Haris, “Rancang Bangun Inverter 1 Phasa dengan Kontrol Pembangkit Pulse Width Modulation ( PWM ),”
Electrician, vol. 11, no. 2, pp. 81–90, 2017.
[14] “Bentuk Gelombang Pulsa dan Tanggapan (respon) R-C,” Teknik Rangkaian Listrik. pp. 688–731. [Online]. Tersedia :
http://elearning.gunadarma.ac.id/docmodul/teknik_rangkaian_listrik2/22_b entuk_gelombang_pulsa_dan_tanggapan_(respon)_r-c.pdf. [Diakses pada Januari 2021]
[15] R. Bangun et al., “Rancang Bangun Alat Pengusir Hama Monyet Dan Tikus Di Ladang Jagung Berbasis Arduino,” Junal ITN Malang, vol. 12, 2019.
[16] A. Febtriko, “Perancangan Sistem Pengamanan Ruangan Berbasis Mikrokontroler (Arduino) Dengan Metode Motion Detection,” Rabit J.
Teknol. dan Sist. Inf. Univrab, vol. 1, no. 1, pp. 1–7, 2016.
[17] P. Studi, T. Informatika, F. T. Informasi, and U. Stikubank, “Alat musik ultrasonik 1,2,” pp. 251–255, 2018.
[18] Asran, “Rangkaian Listrik I,” J. Chem. Inf. Model., vol. 53, no. 9, pp.
1689–1699, 2014.
[19] M. Saleh and M. Haryanti, “Rancang Bangun Sistem Keamanan Rumah Menggunakan Relay,” J. Teknol. Elektro, Univ. Buana, vol. 8, no. 2, pp.
87–94, 2017. [Online]. Tersedia :
https://media.neliti.com/media/publications/141935-ID-perancangan- simulasi-sistem-pemantauan-p.pdf. [Diakses pada Juni 2021]
41
LAMPIRAN
Lampiran : Dokumentasi terhadap kalibrasi alat dengan osciloskop pada gelombang sinus yang dihasilkan dari perancangan sistem.
42 Lampiran : Kalibrasi pada gelombang pulsa
43 Lampiran : Kalibrasi pada gelombang Spike
44 Dokumentasi pengujian hasil pemaparan pada gelombang sinus pada frekuensi 40 kHz
Tikus dalam keadaan makan
pakan
45 Dokumentasi pengujian hasil pemaparan pada gelombang sinus pada frekuensi 50 kHz.
46 Dokumentasi pengujian hasil pemaparan pada gelombang pulsa pada frekuensi 40 kHz.
Tikus tampak menjauh dan tidak mendekati makanan
47 Dokumentasi pengujian hasil pemaparan pada gelombang pulsa pada frekuensi 50 kHz.
Salah satuTikus mendekati sumber speaker
48 Dokumentasi pengujian hasil pemaparan pada gelombang Spike pada frekuensi 40 kHz.
Tampak salah satu tikus sedang makan dan ada yang menjauh
49 Dokumentasi pengujian hasil pemaparan pada gelombang Spike pada frekuensi 50 kHz.
Tampak tikus
mendekati sumber speaker
50 Lampiran : Kode Program Alat Pengusir Tikus
#include <Wire.h> // Library komunikasi I2C
#include <LiquidCrystal_I2C.h> // Library modul I2C LCD LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 16, 2);
#include <EEPROM.h>
#include <AD9833.h> // Include the library
#define FNC_PIN 10 // Can be any digital IO pin
AD9833 gen(FNC_PIN); // Defaults to 25MHz internal reference frequency
#include <Adafruit_INA219.h>
Adafruit_INA219 ina219;
const int tombol_down = 2;
const int tombol_up = 3;
const int relay = 4;
const int saklar = 5;
int memori, gelombang;
double frekuensi;
const unsigned int TRIG_KANAN = 8;
const unsigned int ECHO_KANAN = 9;
51 const unsigned int TRIG_KIRI = A1;
const unsigned int ECHO_KIRI = A0;
const unsigned int TRIG_DEPAN = 6;
const unsigned int ECHO_DEPAN = 7;
float voltage_V = 0, shuntVoltage_mV, busVoltage_V;
float current_mA = 0;
float power_mW = 0;
float energy_Wh = 0;
long time_s = 0;
void setup() {
Serial.begin(9600);
pinMode(TRIG_KANAN, OUTPUT);
pinMode(ECHO_KANAN, INPUT);
pinMode(TRIG_KIRI, OUTPUT);
pinMode(ECHO_KIRI, INPUT);
pinMode(TRIG_DEPAN, OUTPUT);
pinMode(ECHO_DEPAN, INPUT);
52 lcd.backlight();
lcd.init();
lcd.setCursor(4, 0);
lcd.print("Function");
lcd.setCursor(3, 1);
lcd.print("Generator");
gen.Begin();
gen.ApplySignal(SQUARE_WAVE, REG0, 350000);
gen.EnableOutput(true);
pinMode(relay, OUTPUT);
pinMode(tombol_up, INPUT);
pinMode(tombol_down, INPUT);
pinMode(saklar, INPUT);
pinMode (tombol_down, INPUT_PULLUP);
pinMode (tombol_up, INPUT_PULLUP);
pinMode (saklar, INPUT_PULLUP);
digitalWrite(relay, HIGH);
delay(3000);
lcd.clear();
53 frekuensi = 30;
uint32_t currentFrequency;
ina219.begin();
}
int kondisi_jarak_kiri, kondisi_jarak_kanan, kondisi_jarak_depan;
int obstacle;
void loop() {
cek_jarak_kiri();
cek_jarak_kanan();
cek_jarak_depan();
prog_utama();
if (kondisi_jarak_kiri == 1 or kondisi_jarak_kanan == 1 or kondisi_jarak_depan
== 1) {
lcd.backlight();
obstacle = 1;
} else {
54 lcd.noBacklight();
obstacle = 0;
gen.ApplySignal(SINE_WAVE, REG0, 0);
}
}
void cek_jarak_kiri() {
digitalWrite(TRIG_KIRI, LOW);
delayMicroseconds(2);
digitalWrite(TRIG_KIRI, HIGH);
delayMicroseconds(10);
digitalWrite(TRIG_KIRI, LOW);
const unsigned long duration = pulseIn(ECHO_KIRI, HIGH);
int distance = duration / 29 / 2;
if (distance < 30) {
Serial.print("Sensor kiri aktif ");
Serial.println(distance);
lcd.backlight();
kondisi_jarak_kiri = 1;
} else {
