BAB 2
LANDASAN TEORI
2.1.Suhu
WMO (1992) mendefinisikan suhu sebagai karakteristik besaran fisik dari gerak acak rata-rata molekul suatu benda. Suhu ditandai lewat kondisi dimana dua benda dalam kontak termal cenderung akan memiliki suhu yang sama.
Dengan demikian, suhu mewakili pernyataan termodinamika dari suatu benda, dan nilainya ditentukan oleh kemampuan benda tersebut untuk memindahkan panas ke benda lain atau menerima panas dari benda-benda lain tersebut (arah aliran panas antara dua benda-benda). Dalam sistem seperti ini, benda yang kehilangan panas ke benda yang lain dikatakan memiliki suhu yang lebih tinggi.
Suhu merupakan karakteristik yang dimiliki oleh suatu benda yang berhubungan dengan panas dan energi. Jika panas dialirkan pada suhu benda, maka suhu benda tersebut akan turun jika benda yang bersangkutan kehilangan panas. Akan tetapi hubungan antara satuan panas dengan satuan suhu tidak merupakan suatu konstanta, karena besarnya peningkatan suhu akibat penerimaan panas dalam jumlah tertentu akan dipengaruhi oleh daya tampung panas (heat capacity) yang dimiliki oleh benda penerima tersebut.
Pada abad 17 terdapat 30 jenis skala yang membuat para ilmuan kebingungan. Hal ini memberikan inspirasi pada Anders Celcius (1701 – 1744) sehingga pada tahun 1742 dia memperkenalkan skala yang digunakan sebagai pedoman pengukuran suhu. Skala ini diberi nama sesuai dengan namanya yaitu Skala Celcius. Apabila benda didinginkan terus maka suhunya akan semakin dingin dan partikelnya akan berhenti bergerak, kondisi ini disebut kondisi nol mutlak. Skala Celcius tidak bisa menjawab masalah ini maka Lord Kelvin (1842 – 1907) menawarkan skala baru yang diberi nama Kelvin. Skala kelvin dimulai dari 273 K ketika air membeku dan 373 K ketika air mendidih. Sehingga nol mutlak sama dengan 0 K atau -273°C. Selain skala tersebut ada juga skala Reamur dan Fahrenheit. Untuk skala Reamur air membeku pada suhu 0°R dan mendidih pada suhu 80°R sedangkan pada skala Fahrenheit air membuka pada suhu 32°F dan mendidih pada suhu 212°F. Perbedaan suhu satu derajat Celsius (° C) unit sama dengan satu kelvin (K) unit. Unit K digunakan tanpa simbol derajat.
2.2.Suhu Ekstrim
Ekstrim dapat diartikan sebagai ‘besar’, ‘banyak’, ‘sering’ atau sebaliknya ‘amat jarang’. Kejadian yang dikategorikan sebagai ekstrim (extreme event) adalah kejadian yang jarang terjadi namun memberi-kan dampak yang besar dan tidak terduga datangnya. Suhu ekstrim adalah suatu keadaan dimana nilai suhu berada diluar batas range suhu normal. Dengan demikian suhu ekstrim dapat dikategorikan menjadi dua bagian yaitu suhu ekstrim minimum dimana suhu ekstrim memiliki nilai dibawah batas range suhu normal dan suhu ekstrim maksimum dimana suhu ekstrim memiliki nilai diatas batas range suhu normal.
beberapa saat setelah intensitas cahaya maksimum tercapai. Intensitas cahaya maksimum tercapai pada saat berkas cahaya jatuh tegak lurus, yakni pada waktu tengah hari.
Permukaan bumi merupakan permukaan penyerap utama dari radiasi matahari. Oleh sebab itu permukaan bumi merupakan sumber panas bagi udara di atasnya dan bagi lapisan tanah di bawahnya. Pada malam hari, permukaan bumi tidak menerima masukan energi dari radiasi matahari, tetapi permukaan bumi tetap akan memancarkan energi dalam bentuk radiasi gelombang panjang, sehingga permukaan akan kehilangan panas, akibatnya suhu permukaan akan turun. Karena perannya yang demikian maka fluktuasi suhu permukaan akan lebih besar dari fluktuasi udara di atasnya.
Dalam Statistika, data ekstrim secara sederhana didefinisikan sebagai data yang terletak di ujung distribusi, bisa di ujung kanan atau kiri. Analisa data ekstrim pada dasarnya berada di ujung ini
Penentuan suhu ekstrim dapat ditentukan dengan pendekatan distribusi normal dari serangkaian data suhu selama beberapa tahun, dimana kejadian ekstrim lebih kecil sama dengan 5% distribusi, kejadian ekstrim tersebut akan berada pada luasan 5% disebelah kiri dan kanan kurva distribusi normal.
2.3.Distribusi Normal
Salah satu distribusi frekuensi yang paling penting dalam statistika adalah distribusi normal. Distribusi normal berupa kurva berbentuk lonceng setangkup yang melebar tak berhingga pada kedua arah positif dan negatifnya. Penggunaanya sama dengan penggunaan kurva distribusi lainnya. Frekuensi relatif suatu variabel yang mengambil nilai antara dua titik pada sumbu datar. Tidak semua distribusi berbentuk lonceng setangkup merupakan distribusi normal.
Sifat dari variabel kontinu berbeda dengan variabel diskrit. Variabel kontinu mencakup semua bilangan, baik utuh maupun pecahan. Oleh karenanya tidak bisa dipisahkan satu nilai dengan nilai yang lain. Itulah sebabnya fungsi variabel random kontinu sering disebut fungsi kepadatan, karena tidak ada ruang kosong diantara dua nilai tertentu. Dengan kata lain sesungguhnya keberadaan satu buah angka dalam variabel kontinu jika ditinjau dari seluruh nilai adalah sangat kecil, bahkan mendekati nol. Karena itu tidak bisa dicari probabilitas satu buah nilai dalam variabel kontinu, tetapi yang dapat dilakukan adalah mencari probabilitas diantara dua buah nilai.
Distribusi kontinu mempunyai fungsi matematis tertentu. Jika fungsi matematis tersebut digambar, maka akan terbentuk kurva kepadatan dengan sifat sebagai berikut:
1. Probabilitas nilai x dalam variabel tersebut terletak dalam rentang antara 0 dan 1
2. Probabilitas total dari semua nilai x adalah sama dengan satu (sama dengan luas daerah di bawah kurva)
Fungsi kepadatan merupakan dasar untuk mencari nilai probabilitas di antara dua nilai variabel. Probabilitas di antara dua nilai adalah luas daerah di bawah kurva di antara dua nilai dibandingkan dengan luas daerah total di bawah kurva. Dapat dicari luas daerah tersebut dengan menggunakan integral tertentu (definit integral).
Persamaan matematika distribusi peluang peubah normal kontinu bergantung pada dua parameter μ dan σ yaitu rataan dan simpangan baku. Jadi fungsi padat x akan dinyatakan dengan n (x; μ, σ).
Begitu μ d an σ dik etahui mak a selu ruh k uvar normal dik etahui. Sebagai contoh, bila μ = 50 dan σ = 5, maka ordinat n(x ; 50, 5) dapat de ngan mudah dihitung untuk berbagai harga x dan kurvanya dapat
digambarkan. Kedua kurva bentuknyapersis sama tapi titik tengahnya terletak di tempat yang berbeda di sepanjang sumbu datar.
1. Modus, titik pada sumbu datar yang memberikan maksimum kurva, terdapat pada x = μ
2. Kurva setangkup terhadap garis tegak yang melalui rataan μ
3. Kurva mempunyai titik belok pada x = μ σ, cekung dari bawah bila μ –σ < x < μ + σ, dan cekung dari atas untuk harga x lainnya 4. Kedua ujung kurva normal mendekati asimtot sumbu datar bila harga
x bergerak menjauhi μ baik ke kiri maupun ke kanan
5. Seluruh luas di bawah kurva diatas sumbu datar sama dengan 1 Bila x menyatakan peubah acak distribusi maka P( x1 < x < x2) diberikan oleh daerah yang diarsir dengan garis yang turun dari kiri ke kanan. Jelas bahwa kedua daerah yang diarsir berlainan luasnya. Jadi, peluang yang berpadanan dengan masing-masing distribusi akan berlainan pula.
2.4.Uji Normalitas Kolmogorov Smirnov
Uji distribusi normal adalah uji untuk mengukur apakah data yang didapatkan memiliki distribusi normal sehingga dapat dipakai dalam statistik parametrik (statistik inferensial). Dengan kata lain, uji normalitas adalah uji untuk mengetahui apakah data empirik yang didapatkan dari lapangan itu sesuai dengan distribusi teoritik tertentu. Dalam kasus ini, distribusi normal. Dengan kata lain, apakah data yang diperoleh berasal dari populasi yang berdistribusi normal.
Tes-tes parametrik untuk uji normalitas dibangun dari distribusi normal. Jika kita lihat suatu tabel, misalnya tabel t-tes, pembuatannya mengacu pada tebel normalitas. Kita bisa berasumsi bahwa sampel kita bener-bener mewakili populasi sehingga hasil penelitian kita bisa digeneralisasikan pada populasi. Dalam pandangan statistic, sifat dan karakteristik populasi adalah terdistribusi secara normal.
pengamat dengan pengamat yang lain, yang sering terjadi pada uji normalitas dengan menggunakan grafik.
Konsep dasar dari uji normalitas Kolmogorov Smirnov adalah dengan membandingkan distribusi data (yang akan diuji normalitasnya) dengan distribusi normal baku. Distribusi normal baku adalah data yang telah ditransformasikan ke dalam bentuk Z-Score dan diasumsikan normal. Jadi sebenarnya uji Kolmogorov Smirnov adalah uji beda antara data yang diuji normalitasnya dengan data normal baku. Seperti pada uji beda biasa, jika signifikansi di bawah 0,05 berarti terdapat perbedaan yang signifikan, dan jika signifikansi di atas 0,05 maka tidak terjadi perbedaan yang signifikan. Penerapan pada uji Kolmogorov Smirnov adalah bahwa jika signifikansi di bawah 0,05 berarti data yang akan diuji mempunyai perbedaan yang signifikan dengan data normal baku, berarti data tersebut tidak normal.
Lebih lanjut, jika signifikansi di atas 0,05 maka berarti tidak terdapat perbedaan yang signifikan antara data yang akan diuji dengan data normal baku, artinya data yang kita uji normal, karna tidak berbeda dengan normal baku.
Metode Kolmogorov Smirnov menggunakan data dasar yang belum diolah dalam tabel distribusi frekuensi. Data ditransformasikan dalam nilai Z untuk dapat dihitung luasan kurva normal sebagai probabilitas komulatif normal. Probabilitas tersebut dicari bedanya dengan probabilitas kumulatif empiris. Beda terbesar dibanding dengan tabel Kolmogorov Smirnov, seperti tabel berikut :
Keterangan :
Xi = Angka pada data
Z = Transformasi dari angka ke notasi pada distribusi normal FT = Probabilitas komulatif normal
FS = Probabilitas komulatif empiris
Signifikansi uji, nilai |FT – FS| terbesar dibandingkan dengan nilai tabel Kolmogorov Smirnov.
Jika nilai |FT – FS| terbesar < nilai tabel Kolmogorov Smirnov, maka Ho diterima ; Ha ditolak.
Jika nilai |FT – FS| terbesar > nilai tabel Kolmogorov Smirnov, maka Ho ditolak ; Ha diterima.
Tabel 2.2. Tabel Probabilitas Kolmogorov Smirnov
N Probabilitas
0,01 0,02 0,05 0,1 0,2
92 0,16994 0,15847 0,14179 0,12719 0,11156 93 0,16902 0,15762 0,14103 0,12651 0,11095 94 0,16812 0,15678 0,14027 0,12583 0,11036 95 0,16723 0,15595 0,13953 0,12517 0,10978 96 0,16636 0,15513 0,13880 0,12452 0,10921 97 0,16550 0,15433 0,13809 0,12387 0,10864 98 0,16465 0,15354 0,13738 0,12324 0,10809 99 0,16382 0,15277 0,13669 0,12261 0,10754 100 0,16300 0,15200 0,13600 0,12200 0,10700
2.5.Sensor Suhu LM35
Gambar 2.1. Sensor Suhu LM35
Gambar 2.1 Menunjukan bentuk dari sensor suhu LM35 dimana terdiri dari 3 pin yang menujukan fungsi masing-masing pin. Pin 1 berfungsi sebagai sumber tegangan kerja dari LM35, pin 2 atau tengah digunakan sebagai tegangan keluaran atau Vout dengan jangkauan kerja dari 0 Volt sampai dengan 1,5 Volt dengan tegangan operasi sensor LM35 yang dapat digunakan antar 4 Volt sampai 30 Volt. Keluaran sensor ini akan naik sebesar 10 mV setiap derajat celcius sehingga diperoleh persamaan sebagai berikut :
VLM35 = Suhu* 10 mV
atau rangkaian lain seperti rangkaian pembanding tegangan dan rangkaian Analog-to-Digital Converter.
Rangkaian dasar tersebut cukup untuk sekedar bereksperimen atau untuk aplikasi yang tidak memerlukan akurasi pengukuran yang sempurna. Akan tetapi tidak untuk aplikasi yang sesungguhnya. Terbukti dari eksperimen yang telah dilakukan, tegangan keluaran sensor belumlah stabil. Pada kondisi suhu yang relatif sama, jika tegangan suplai diubah-ubah (naikkan atau turunkan), maka Vout juga ikut berubah. Memang secara logika hal ini sepertinya benar, tapi untuk instrumentasi hal ini tidaklah diperkenankan. Dibandingkan dengan tingkat kepresisian, maka tingkat akurasi alat ukur lebih utama karena alat ukur dapat dijadikan patokan bagi penggunanya. Jika nilainya berubah-ubah untuk kondisi yang relatif tidak ada perubahan, maka alat ukur yang demikian ini tidak dapat digunakan.
Karakteristik Sensor LM35
1. Memiliki sensitivitas suhu, dengan faktor skala linier antara tegangan dan suhu 10 mVolt/ºC, sehingga dapat dikalibrasi langsung dalam celcius. 2. Memiliki ketepatan atau akurasi kalibrasi yaitu 0,5ºC pada suhu 25 ºC
seperti terlihat pada gambar 2.2.
3. Memiliki jangkauan maksimal operasi suhu antara -55 ºC sampai +150 ºC. 4. Bekerja pada tegangan 4 sampai 30 volt.
5. Memiliki arus rendah yaitu kurang dari 60 µA.
6. Memiliki pemanasan sendiri yang rendah (low-heating) yaitu kurang dari 0,1 ºC pada udara diam.
Gambar 2.3. Grafik akurasi LM35 terhadap suhu
Sensor LM35 bekerja dengan mengubah besaran suhu menjadi besaran tegangan. Tegangan ideal yang keluar dari LM35 mempunyai perbandingan 100°C setara dengan 1 volt. Sensor ini mempunyai pemanasan diri (self heating) kurang dari 0,1°C, dapat dioperasikan dengan menggunakan power supply tunggal dan dapat dihubungkan antar muka (interface) rangkaian control yang sangat mudah.
IC LM35 sebagai sensor suhu yang teliti dan terkemas dalam bentuk Integrated Circuit (IC), dimana output tegangan keluaran sangat linear terhadap perubahan suhu. Sensor ini berfungsi sebagai pegubah dari besaran fisis suhu ke besaran tegangan yang memiliki koefisien sebesar 10 mV /°C yang berarti bahwa kenaikan suhu 1 °C maka akan terjadi kenaikan tegangan sebesar 10 mV.
Gambar 2.4. Rangkaian Sensor LM35
temperatur ruang. Jangka sensor mulai dari – 55°C sampai dengan 150°C, IC LM35 penggunaannya sangat mudah, difungsikan sebagai kontrol dari indicator tampilan catu daya terbelah. IC LM35 dapat dialiri arus 60 μ A dari supplay sehingga panas yang ditimbulkan sendiri sangat rendah kurang dari 0 °C di dalam suhu ruangan.
Untuk mendeteksi suhu digunakan sebuah sensor suhu LM35 yang dapat dikalibrasikan langsung dalam C (celcius), LM35 ini difungsikan sebagai basic temperatur sensor.
Adapun keistimewaan dari IC LM35 adalah : Kalibrasi dalam satuan derajat celcius. Lineritas +10 mV/ ºC.
Akurasi 0,5 º C pada suhu ruang. Range +2 º C – 150 º C.
Dioperasikan pada catu daya 4 V – 30 V. Arus yang mengalir kurang dari 60 μA
2.6. Amplitude Shift Keying (ASK)
Modulasi digital merupakan proses penumpangan sinyal digital (bit stream) ke dalam sinyal carrier. Modulasi digital sebetulnya adalah proses mengubah-ubah karakteristik dan sifat gelombang pembawa (carrier) sedemikian rupa sehingga bentuk hasilnya (modulated carrier) memeiliki ciri-ciri dari bit-bit (0 atau 1) yang dikandungnya. Berarti dengan mengamati modulated carriernya, kita bisa mengetahui urutan bitnya disertai clock (timing, sinkronisasi). Melalui proses modulasi digital sinyal-sinyal digital setiap tingkatan dapat dikirim ke penerima dengan baik. Untuk pengiriman ini dapat digunakan media transmisi fisik (logam atau optik) atau non fisik (gelombang-gelombang radio). Salah satu sistem modulasi digital yaitu : ASK (Amplitude Shift Keying).
ASK merupakan sebuah sistem komunikasi tanpa kabel (wireless) yang beroperasi dalam pita frekuensi tertentu berdasarkan pergeseran amplitude, merupakan suatu metoda modulasi dengan mengubah-ubah amplitude. ASK merupakan teknik pembangkitan gelombang AM yang dilakukan dengan membangkitkan sinyal AM secara langsung tanpa harus membentuk sinyal base band yang menggambarkan teknik modulasi digital. Jadi teknik tersebut
merupakan pembangkitan gelombang AM untuk mentransmisi informasi digital yang selanjutnya dikenal sebagai bentuk pembangkitan ASK atau lebih jauh dikenal sebagai AM digital.
2.7. Sistem Telemetri
2.8.MikrokontrolerATMega8
(a) (b) Gambar 2.5.
(a) Bentuk Fisik Mikrokontroler ATmega8; (b) Konfigurasi Pin
ATmega8 memiliki 28 pin, yang masing-masing pin nya memiliki fungsi yang berbeda-beda baik sebagai port maupun fungsi yang lainnya. Pada gambar diatas merupakan gambar bentuk fisik dari ATmega 8.
Adapun konfigurasi pin mikrokontroler ATmega 8 dapat dilihat pada gambar 2.3 dan penjelasan fungsi tiap-tiap pin adalah sebagai berikut:
Pin 40, VCC
Merupakan pin untuk tegangan supply. Besarnya tegangan berkisar antara 4,5V – 5,5V.
Pin 20, GND
Pin untuk dihubungkan ke Ground. Pin 21, AREF
Merupakan referensi bila menggunakan ADC. Pin 20, AVCC
Merupakan suplay tegangan ADC. Untuk pin ini dihubungkan terpisah dengan Vcc karena pin ini digunakan untuk analog saja. Jika ADC digunakan sebaiknya AVCC disambung ke Vcc melalui low-pass filter. Port B (PB.7-PB.0)
tersebut meliputi XTAL1, XTAL2, TOSC1, TOSC2. Khusus PB.6 dapat digunakan sebagai input kristal (inverting oscillator amplifier) dan input ke rangkaian clock internal, bergantung pada pengaturan Fuse bit yang digunakan untuk memilih sumber clock. Sedangkan untuk PB.7 dapat digunakan sebagai output kristal (output oscillator amplifier) bergantung pada pengaturan Fuse bit yang digunakan untuk memilih sumber clock. Jika sumber clock yang dipilih dari oscillator internal, PB.7 dan PB.6 dapat digunakan sebagai I/O atau jika menggunakan Asyncronous Timer/ Counter2 maka PB.6 dan PB.7 (TOSC2 dan TOSC1) digunakan untuk saluran input timer.
Port C (PC.6-PC.0)
Port C merupakan sebuah port I/O 7-bit dua arah (bi-directional) dengan internal pull-up resistor serta memiliki fungsi khusus. Fungsi khusus pada output C memiliki karakteristik yang sama yaitu sebagai ADC. Sedangkan
untuk PC.6 beda dengan port-port C lainnya. Pada PC.6 ini digunakan sebagai RESET dengan logika low.
Port D (PD.7-PD.0)
Port C merupakan sebuah port I/O 8-bit dua arah (bi-directional) dengan internal pull-up resistor.
Kelebihan dari ATmega8 sehingga digunakan sebagai kontrol utama adalah sebagai berikut :
Memiliki ADC dan PWM internal .
Memori program dapat diprogram berulang-ulang dalam sistem dengan menggunakan hubungan serial ISP.
Mempunyai performa yang tinggi (berkecepatan akses maksimum 16MHz) dan hemat daya.
Memori untuk program flash cukup besar yaitu 8K Byte. EEPROM sebesar 512 byte yang dapat deprogram saat operasi Port komunikasi ISP
Komunikasi serial standar USART
2.9.Buzzer
Gambar 2.6. Bentuk Fisik Buzzer
Buzzer adalah sebuah komponen elektronika yang berfungsi untuk mengubah getaran listrik menjadi getaran suara. Pada dasarnya prinsip kerja buzzer hampir sama dengan loud speaker, jadi buzzer juga terdiri dari kumparan yang terpasang pada diafragma dan kemudian kumparan tersebut dialiri arus sehingga menjadi elektromagnet, kumparan tadi akan tertarik ke dalam atau keluar, tergantung dari arah arus dan polaritas magnetnya, karena kumparan dipasang pada diafragma maka setiap gerakan kumparan akan menggerakkan diafragma secara bolak-balik sehingga membuat udara bergetar yang akan menghasilkan suara. Buzzer biasa digunakan sebagai indikator bahwa proses telah selesai atau terjadi suatu kesalahan pada sebuah alat (alarm). Buzzer merupakan suatu komponen yang dapat menghasilkan suara apabila diberi tegangan pada input komponen dan akan bekerja sesuai dengan karakteristik dari alarm yang digunakan. Buzzer merupakan sebuah komponen elektronik yang dapat mengkonversikan energi listrik menjadi suara yang di dalamnya terkandung sebuah osilator internal untuk menghasilkan suara dan pada buzzer osilator yang digunakan biasanya di-set pada frekuensi kerja sebesar 400Hz. Dalam penggunaanya pada rangkaian, buzzer dapat digunakan pada tegangan sebesar antara 6V – 12V dan dengan tipikal arus sebesar 25mA.
2.10. Code Vision AVR
Code vision AVR merupakan salah satu program bahasa C yang berbasis
dikarenakan bahasa C sangat compatibel dengan mikrokontroller AVR terutama mikrokontroller ATMega 8.
