MENGGUNAKAN MIKROKONTROLER DI LABORATORIUM PERFORMA MESIN JURUSAN
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS NEGERI SURABAYA
SKRIPSI
Oleh:
ZULFA LUDFI DIANA SARI NIM 17050524060
UNIVERSITAS NEGERI SURABAYA FAKULTAS TEKNIK
JURUSAN TEKNIK MESIN
PROGRAM STUDI S-1 PENDIDIKAN TEKNIK MESIN
2021
MENGGUNAKAN MIKROKONTROLER DI LABORATORIUM PERFORMA MESIN JURUSAN
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS NEGERI SURABAYA
SKRIPSI
Diajukan kepada Universitas Negeri Surabaya untuk Memenuhi Persyaratan Penyelesaian Program Sarjana S-1 Pendidikan Teknik Mesin
Oleh:
ZULFA LUDFI DIANA SARI NIM 17050524060
UNIVERSITAS NEGERI SURABAYA FAKULTAS TEKNIK
JURUSAN TEKNIK MESIN
PROGRAM STUDI S-1 PENDIDIKAN TEKNIK MESIN
2021
Rahmat dan Karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul “Pengembangan Sistem Kontrol Automatic
Fuel Meter Trainer Menggunakan Mikrokontroler DiLaboratorium Performa Mesin Jurusan Teknik Mesin Universitas Negeri Surabaya”.
Penulis menyadari bahwa di dalam penulisan skripsi masih banyak kekurangan. Oleh karena itu, kritik dan saran positif yang bersifat membangun dari berbagai pihak diharapkan untuk penyempurnaan skripsi ini. Tidak lupa juga penulis mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu dan membimbing dalam penyusunan skripsi ini. Semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi penulis dan pembaca.
Dalam kesempatan ini, penulis mengucapkan terima kasih kepada:
1. Kedua orang tua, saudara, dan seluruh keluarga yang telah mendukung dan memberikan dorongan serta doa.
2. Dr. Maspiah, M. Kes., selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Negeri Surabaya.
3. Dr. H. Soeryanto, M.Pd., selaku Ketua Program Studi S1 Pendidikan Teknik Mesin sekaligus Kepala Jurusan Teknik Mesin Universitas Negeri Surabaya.
4. Firman Yasa Utama, S.Pd., M.T., selaku Dosen Pembimbing yang telah memberikan bimbingan, saran, waktu, dan pikirannya sehingga skripsi ini dapat terselesaikan dengan baik.
5. Dr. Warju, S.Pd., S.T., M.T., selaku Dosen Penguji yang telah
memberikan bimbingan, saran, waktu, dan pikirannya
sehingga skripsi ini dapat terselesaikan dengan baik.
vi
dan pikirannya sehingga skripsi ini dapat terselesaikan dengan baik.
7. Teman-teman PTM C 2017 dan PTM Otomotif 2017 serta teman-teman lainnya yang telah membantu meluangkan waktu untuk berbagi ilmu bersama.
8. Dan pihak lain yang ikut membantu penulis dalam menyelesaikan skripsi ini.
Dengan segala keterbatasan yang penulis miliki, penulis menyadari dalam penyusunan skripsi ini masih jauh dari kesempurnaan. Bila terdapat kekurangan penulis mohon maaf.
Penulis berharap semoga skripsi ini dapat berguna khususnya bagi pembaca, semoga dapat menambah pengetahuan dan wawasan yang sesuai dengan tujuan penyusunannya.
Surabaya, 1 April 2021
Penulis
Zulfa Ludfi Diana Sari, lahir di Tulungagung, Jawa Timur pada tanggal 08 April 1999. Pen- didikan formal yang pernah ditempuh yaitu SDN 1 Kalibatur (2005-2011), SMP Negeri 2 Kalidawir (2011-2014), SMA Negeri 1 Kedungwaru Tulungagung (2014-2017) dan Universitas Negeri Surabaya Program Studi S-1 Pendidikan Teknik Mesin tahun 2017.
“TRY, TRY, TRY, and PRAY”
Persembahan dan ucapan terima kasih sebesar-besarnya kepada:
1. Allah SWT atas segala karunia dan rahmat-Nya serta salam dan shalawat tercurahkan kepada Nabi Muhammad SAW.
2. Orang Tua (Bapak Mansyur Rhofi’i dan Ibu Sulis Setyowati), adik Falisa Azlin Amalia dan keluarga besar yang selalu mem- berikan dukungan dan doa dalam setiap langkah hidup penulis.
3. Firman Yasa Utama, S.Pd., M.T., selaku dosen pembimbing skripsi yang selalu memberikan bimbingan yang terbaik, saran dan motivasi kepada penulis.
4. Dr. Warju, S.Pd., S.T., M.T., dan Akhmad Hafizh Ainur Rasyid, S.T., M.T., selaku dosen penguji skripsi yang telah memberikan ilmu, masukan dan saran kepada penulis.
5. Dosen, staff dan teknisi Jurusan Teknik Mesin Universitas Negeri Surabaya yang telah memberikan ilmu kepada penulis.
6. Yossindra Aji Purnama, partner dalam segala hal yang baik dan juga banyak membantu, serta mendukung dalam proses penelitian skripsi sampai selesai.
7. Silvia Nurul Ashiva, teman sekaligus sahabat yang mem-
berikan dukungan dan bantuan kepada penulis.
viii
9. Sita Jihan Fadilah dan Amalia Forma Alfianti, teman sekaligus sahabat yang memberikan dukungan dan bantuan kepada penulis.
10. Ahmad Bahar Fauzi D3 Teknik Mesin 2016, Agung Mulyo Aji S1 Teknik Mesin 2018, yang telah banyak membantu dan memberi dukungan kepada penulis.
11. Teman-teman PTM C 2017 dan PTM Otomotif 2017 serta te- man-teman lainnya yang memberikan dukungan dan bantu- annya dalam menyelesaikan skripsi ini.
12. Teman-teman Jurusan Teknik Mesin Universitas Negeri Sura- baya yang memberikan dukungan dan bantuannya dalam me- nyelesaikan skripsi ini.
13. Teman-teman yang lain yang tidak bisa penulis sebutkan satu
persatu.
PENGEMBANGAN SISTEM KONTROL AUTOMATIC FUEL
METER TRAINER MENGGUNAKAN MIKROKONTROLERDI LABORATORIUM PERFORMA MESIN JURUSAN TEKNIK MESIN UNIVERSITAS NEGERI SURABAYA Penelitian Oleh : Zulfa Ludfi Diana Sari
NIM : 17050524060
Program Studi : S1 Pendidikan Teknik Mesin
Jurusan : Teknik Mesin
Fakultas : Fakultas Teknik
Nama Lembaga : Universitas Negeri Surabaya Pembimbing : Firman Yasa Utama, S.Pd., M.T.
Berdasarkan ketentuan SNI 7554:2010 menjelaskan
bahwasanya alat yang digunakan dalam mengukur konsumsi
bahan bakar yaitu mampu mengukur kuantitas yang dikonsumsi
dalam ketelitian ± 2%, dan jika menggunakan sistem katup untuk
perpindahan secara cepat dari jalur penggunaan bahan bakar
secara normal ke sistem pengukuran maka perpindahan tersebut
tidak boleh lebih lama dari 0,2 detik. Alat ukur konsumsi bahan
bakar sebenarnya sudah ada namun sistem kerja dalam
menghitung konsumsi bahan bakar dari ini dilakukan dengan
menggunakan parameter penginderaan visual caranya yaitu
mengkondisikan rpm motor pada posisi tertentu dan dihitung
berapa volume bahan bakar yang berkurang dalam satuan waktu
menggunakan stopwatch. Metode tersebut menyebabkan proses
pembacaan tidak akurat dan masih bergantung pada ketelitian
manusianya itu sendiri yang dipengaruhi faktor konsentrasi,
kelelahan, respon baca dan lainnya. Oleh karena itu, dilakukan
perancangan Automatic Fuel Meter untuk menjadi solusi akan
x
dapat menghitung konsumsi bahan bakar pada trainer menggunakan mikrokontroler dengan kelengkapan mekanik trainer yang telah tersedia.
Dalam perancangan ini menggunakan jenis penelitian (R&D) Research and Development atau penelitian pengembangan berbasis eksperimen. pada kasus ini peneliti melakukan rancang bangun sistem kontrol pada Automatic Fuel Meter. Dalam pelaksanaannya peneliti melakukan beberapa tahapan yaitu; menentukan target penelitian, menentukan konsep penyelesaian, mendesain sistem kontrol, membangun sistem kontrol dan menguji peforma kinerja sistem kontrol. Pengambilan data performa sistem kontrol dilakukan beberapa tahap yaitu pengujian sensor infrared, pengujian perangkat lunak arduino, dan pengujian presisi.
Hasil penelitian ini adalah Automatic Fuel Meter menggunakan
kontroler Arduino Nano sebagai kontrolernya, sensor infrared
digunakan sebagai timer atau penghitung waktu konsumsi bahan
bakar. Algoritma pekerjaan yang dilakukan dalam menghitung
konsumsi bahan bakar ini ada 3 tahap yaitu tahap pengisian,
tahap pembacaan, dan tahap penghitungan data. Automatic Fuel
Meter dapat menghitung konsumsi bahan bakar dengan nilai
presisi yang dicari dari simpangan bakunya diketahui yaitu
sebesar 0,194366778. Sehingga nilai persentase koefisian variasi
nya didapatkan sebesar 1,7057198596% ~ 1,7%. Respon time dari
sensor infrared membutuhkan waktu 0,202083 detik pada
pengujian di bahan bakar pertalite dan waktu 0,200521 detik di
bahan bakar pertamax. Berdasarkan hasil tersebut menunjukkan
nilai yang sudah sesuai berdasarkan data keterangan dari SNI
7554:2010 yang menyatakan bahwasanya alat yang digunakan
dalam mengukur konsumsi bahan bakar yaitu mampu
mengukur kuantitas yang dikonsumsi dalam ketelitian 2%, dan
pengukuran maka perpindahan tersebut tidak boleh lebih lama dari 0,2 detik.
Kata kunci: Automatic Fuel Meter, Uji Konsumsi Bahan Bakar,
Mikrokontroler, Sensor Infrared.
xii
DEVELOPMENT OF AUTOMATIC FUEL METER TRAINER CONTROL SYSTEM USING MICROCONTROLLER IN
MECHANICAL PERFORMANCE LABORATORY, MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT, STATE
UNIVERSITY OF SURABAYA
Researcher : Zulfa Ludfi Diana Sari
NIM : 17050524060
Study Program : S1 Mechanical Engineering Education Majors : Mechanical Engineering
Faculty : Faculty of Engineering institution name : State University of Surabaya Lecturer : Firman Yasa Utama, S.Pd., M.T.
Based on the provisions of SNI 7554: 2010, it explains that the tool
used in measuring fuel consumption is able to measure the quantity
consumed with ± 2% accuracy, and if you use a valve system for rapid
displacement from the normal fuel usage line to the measurement system,
the displacement is it cannot be longer than 0.2 seconds. The fuel
consumption measurement tool actually already exists, but the working
system in calculating the fuel consumption from this is done using visual
sensing parameters, namely conditioning the motor rpm in a certain
position and calculating how much fuel volume is reduced in units of time
using a stopwatch. This method causes the reading process to be
inaccurate and still depends on the accuracy of the human being itself
which is influenced by the factors of concentration, fatigue, reading
response and others. Therefore, an Automatic Fuel Meter is designed to
be a solution to these problems. The purpose of this research is to design
and create an automatic control system that can calculate fuel
consumption on the trainer using a microcontroller with the available
trainer mechanics.
Development or experiment-based development research. This case the researcher designed the control system on the Automatic Fuel Meter. In implementation, the researcher carried out several stages, namely;
determine research targets, determine the concept of completion, design control systems, build control systems and test the performance of the control system. The control system performance data is collected in several stages, namely infrared sensor testing, Arduino software testing, and precision testing.
The result of this research is that the Automatic Fuel Meter uses the Arduino Nano controller as the controller, the infrared sensor is used as a timer or timer for fuel consumption. The algorithm of the work carried out in calculating fuel consumption has 3 stages, namely the filling stage, the reading stage, and the data calculation stage. The Automatic Fuel Meter can calculate fuel consumption with the precision value sought from the known standard deviation of 0.194366778. So that the percentage value of the variation coefficient is obtained at 1.7057198596% ~ 1.7%. The response time from the infrared sensor takes 0.202083 seconds in the test on pertalite fuel and 0.200521 seconds in the Pertamax fuel. Based on these results, it shows that the value is appropriate based on the information data from SNI 7554: 2010 which states that the tool used in measuring fuel consumption is able to measure the quantity consumed with an accuracy of 2%, and if using a valve system for fast moving from the line of use. normal fuel to the measurement system the displacement should not be longer than 0.2 seconds.
Keywords: Automatic Fuel Meter, Fuel Consumption Test,
Microcontroller, Infrared Sensor.
xiv
HALAMAN JUDUL ... i
HALAMAN PERSETUJUAN ... ii
HALAMAN PENGESAHAN ...iii
SURAT PERNYATAAN KEORISINILAN SKRIPSI ... iv
KATA PENGANTAR ... v
MOTTO DAN PERSEMBAHAN ... vii
ABSTRAK... ix
ABSTRACT ... xii
DAFTAR ISI ... xiv
DAFTAR GAMBAR ... xvi
DAFTAR TABEL ... xviii
DAFTAR LAMPIRAN ... xix
BAB I PENDAHULUAN ... 1
A. Latar Belakang ... 1
B. Identifikasi Masalah ... 3
C. Batasan Masalah ... 4
D. Rumusan Masalah ... 4
E. Tujuan Penelitian ... 4
F. Manfaat Penelitian ... 5
BAB II KAJIAN PUSTAKA ... 7
A. Pengukuran ... 7
B. Alat Ukur Waktu & Alat Ukur Volume ... 11
C. Konsumsi Bahan Bakar ... 13
D. Sensor Cahaya ... 16
E. Level Sensor ... 18
F. Flow Sensor ... 19
G. Infrared Transmitter ... 20
H. Infrared Receiver ... 21
I. Cara Kerja Infrared Optocoupler ... 23
J. Sistem Instrumentasi dan Kontrol ... 24
M. LCD ... 35
N. Penelitian Terdahulu ... 36
O. Konsep Penelitian ... 39
P. Hipotesis ... 44
BAB III METODE PENELITIAN ... 45
A. Jenis Penelitian ... 45
B. Tempat, Waktu, Subyek, Obyek penelitian ... 46
C. Rancangan Penelitian ... 46
D. Studi Pendahuluan ... 48
E. Menentukan konsep penyelesaian ... 51
F. Mendesain Sistem Kontrol ... 52
G. Membangun Sistem Kontrol ... 57
H. Menguji Peforma Kinerja Sistem Kontrol ... 58
I. Pengumpulan Data ... 64
J. Analisa hasil dan Kesimpulan ... 64
BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN ... 65
A. Automatic Fuel Meter Trainer ... 65
B. Perancangan Desain Sistem Kontrol ... 67
C. Perancangan Algoritme Sistem Kontrol Automatic Fuel Meter Trainer ... 72
D. Listing Program Sistem Kontrol Automatic Fuel Meter Trainer ... 74
E. Uji Peforma Sistem Kontrol Automatic Fuel Meter Trainer ... 80
BAB V SIMPULAN dan SARAN ... 91
A. Simpulan ... 91
B. Saran ... 93
DAFTAR PUSTAKA ... 95
LAMPIRAN ... 99
xvi
Gambar 2.1. Stopwatch ... 12
Gambar 2.2. Gelas Ukur... 13
Gambar 2.3. Pengujian Konsumsi Bahan Bakar Secara Gravimetrik ... 15
Gambar 2.4. Pengujian Konsumsi Bahan Bakar Secara Volumetrik... 15
Gambar 2.5. Sensor Cahaya ... 16
Gambar 2.6. Level Sensor... 18
Gambar 2.7. Flow Meter Sensor ... 20
Gambar 2.8. Sensor Infrared ... 23
Gambar 2.9. Diagram Blok Elemen Dasar Sistem Kontrol ... 25
Gambar 2.10. Peralatan Inputan ...25
Gambar 2.11. Peralatan Output ... 26
Gambar 2.12. Diagram Blok Loop Terbuka ... 26
Gambar 2.13. Diagram Blok Loop Tertutup ... 27
Gambar 2.14. ESP8266 ... 29
Gambar 2.15. Arduino Nano... 31
Gambar 2.16. LCD ... 35
Gambar 2.17. Automatic Fuel Meter ... 41
Gambar 2.18. Data Aquisting ... 41
Gambar 3.1. Flowchart Metode Perancangan Sistem Kontrol ... 47
Gambar 3.2.
Automatic Fuel Meter ... 53Gambar 3.3. Tahap filling (Pengisian) Automatic Fuel Meter ... 53
Gambar 3.4. Tahap Scanning (Pembacaan) Automatic Fuel Meter ... 54
Gambar 3.5. Tahap Aquisting (Pendataan) Automatic Fuel
Meter ... 55
Gambar 3.7. Wiring Diagram Sistem Kontrol Automatic
Fuel Meter ... 57
Gambar 3.8. Compile program arduino IDE ... 60
Gambar 4.1. Automatic Fuel Meter ... 65
Gambar 4.2. Tahap filling (pengisian) ... 68
Gambar 4.3. Tahap Scanning (Pembacaan) ... 68
Gambar 4.4. Tahap Aquisting (Pendataan) ... 69
Gambar 4.5. Pemetaan Sistem Kontrol Automatic Fuel Meter Trainer ... 70
Gambar 4.6. Wiring Diagram sistem Kontrol ... 71
Gambar 4.7. Algoritme Sistem Kontrol ... 73
Gambar 4.8. Hasil compile program arduino IDE ... 83
xviii
Tabel 2.1. Proses Kerja Automatic Fuel Meter ... 42
Tabel 3.1. Perancangan sistem kontrol Automatic Fuel Meter ... 52
Tabel 3.2. Perancangan Program ... 57
Tabel 3.3. Pengujian sensor infrared pada bahan bakar pertalite ... 58
Tabel 3.4. Pengujian sensor infrared pada bahan bakar pertamax ... 59
Tabel 3.5. Pengukuran respon time sensor infrared bahan bakar pertalite ... 61
Tabel 3.6. Pengukuran respon time sensor infrared bahan bakar pertamax ... 61
Tabel 3.7. Pengujian akurasi ... 62
Tabel 3.8. Pengujian presisi ... 63
Tabel 4.1 Spesifikasi Automatic Fuel Meter Trainer ... 66
Tabel 4.2. Program Arduino Seluruh Tahapan Proses ... 74
Tabel 4.3. Pengujian sensor infrared pada bahan bakar pertalite ... 80
Tabel 4.4. Pengujian sensor infrared pada bahan bakar pertamax ... 81
Tabel 4.5. Pengukuran respon time sensor infrared bahan bakar pertalite ... 84
Tabel 4.6. Pengukuran respon time sensor infrared bahan bakar pertamax ... 86
Tabel 4.7. Pengujian presisi ... 88
Tabel 4.8. Perhitungan presisi ... 88
Lampiran 1. Blangko Bimbingan Skripsi ... 99
Lampiran 2. Matrik Seminar Skripsi ... 100
Lampiran 3. Surat Penunjukan Dosen Penguji ... 101
Lampiran 4. Lembar Revisi Dosen Penguji I ... 102
Lampiran 5. Lembar Revisi Dosen Penguji II ... 103
Lampiran 6. Lembar Revisi Dosen Penguji III ... 104
Lampiran 7. Dokumentasi ... 105
1 BAB I PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Data Badan Pusat Statistik (BPS) menyebutkan, pada tahun 2016 total kendaraan di Indonesia berjumlah 129.281.079, terdiri dari mobil penumpang 14.580.666, bus 2.486.898, mobil barang 7.063.433, dan sepeda motor 105.150.082 kendaraan.
Pertumbuhan kendaraan bermotor ini mempengaruhi meningkatnya penggunaan Bahan Bakar Minyak (BBM) di sektor transportasi. Tercatat pada tahun 2016 total penggunaan bahan bakar untuk transportasi di Indonesia mencapai 55.592.462 Kilo Liter (Data Kementerian Energi dan Sumber Daya Mineral). Dengan jumlah konsumsi bahan bakar yang sangat besar tersebut maka di dunia industri otomotif tentunya berkompetitif dalam hal produksi kendaraan yang hemat bahan bakar.
Konsumsi bahan bakar merupakan perbandingan antara bahan bakar yang terpakai sebagai input energi dengan daya yang dihasilkan sebagai output. Semakin tinggi nilai konsumsi bahan bakar, maka semakin banyak energi bahan bakar yang tidak terkonversi menjadi daya. Hal ini disebabkan karena beberapa bahan bakar yang masuk ke dalam silinder tidak terbakar dengan sempurna.
Konsumsi bahan bakar spesifik merupakan parameter prestasi mesin yang digunakan untuk mengukur nilai ekonomis suatu mesin, karena dengan mengetahui konsumsi bahan bakar spesifik maka dapat dihitung jumlah bahan bakar yang dibutuhkan per jam untuk menghasilkan sejumlah daya.
Prosedur perhitungan konsumsi bahan bakar berikut dapat
dilaksanakan bila untuk pemakaian bahan bakar sebesar
volume (ml) tertentu dibutuhkan waktu sebesar t (detik), sehingga dapat dihitung pemakaian bahan bakar.
Rata-rata untuk mengetahui konsumsi bahan bakar kendaraan umumnya masih menggunakan parameter jarak laju kendaraan (pengukuran secara gravimetrik), yaitu dengan cara berapa kilometer jarak tempuh kendaraan dengan 1 liter bahan bakar. Namun, dengan seiring perkembangan teknologi, terciptalah sebuah trainer yang berfungsi untuk mengetahui konsumsi bahan bakar kendaraan yang disebut Fuel Meter (pengukuran secara .volumetrik).
Fuel Meter ini sudah ada namun sistem kerja dalam
menghitung konsumsi bahan bakar dari alat ini masih dengan
menggunakan parameter penginderaan visual caranya yaitu
mengkondisikan rpm motor pada posisi tertentu dan dihitung
berapa volume bahan bakar yang berkurang dalam satuan
waktu menggunakan stopwatch. Metode tersebut menyebabkan
proses pembacaan tidak akurat dan masih bergantung pada
ketelitian manusianya itu sendiri yang dipengaruhi faktor
konsentrasi, kelelahan, respon baca dan lainnya. Sedangkan
berdasarkan ketentuan SNI 7554:2010 menjelaskan
bahwasanya alat yang digunakan dalam mengukur konsumsi
bahan bakar yaitu mampu mengukur kuantitas yang
dikonsumsi dalam ketelitian ±2%, dan jika menggunakan
sistem katup untuk perpindahan secara cepat dari jalur
penggunaan bahan bakar secara normal ke sistem pengukuran
maka perpindahan tersebut tidak boleh lebih lama dari 0,2
detik. Oleh karena itu, dilakukan perancangan Automatic Fuel
Meter dengan harapan didapatkan tingkat keakurasian dan
presisi pembacaan yang tinggi, mengurangi banyak faktor
gangguan pembacaan dan menemukan kondisi optimum dari
pengujian bahan bakar serta sesuai dengan ketentuan SNI.
Penelitian ini berfokus pada merancang dan membuat penyempurnaan Fuel Meter dengan meningkatkan keakurasian dan presisinya. Dalam perancangan kontrol automatic fuel meter ini menggunakan kontroler yang bisa beroperasi sesuai dengan sistem kerja yang akan dijalankan oleh trainer. Dimana terjadi pengkonversian sinyal analog ke dalam bentuk besaran yang merupakan rasio perbandingan sinyal input dan tegangan referensi atau yang disebut dengan ADC (Analog Digital Converter) yang dapat di proses oleh komputasi sehingga didapatkan hasil yang representatif pada keadaan yang sesungguhnya.
Diharapkan dengan terwujudnya Automatic Fuel Meter didapatkan hasil pengujian konsumsi bahan bakar yang akurat, tepat, hasil representatif, mudah dalam pengoperasian, memiliki log data input ke komputer, dan meminimalisir faktor gangguan pembacaan sehingga memudahkan user dalam melakukan pengujian.
B. Identifikasi Masalah
Pada sistem pengujian konsumsi bahan bakar yang telah ada ditemukan kekurangan dan masalah-masalah, berikut identifikasi masalah pada sistem pengujian konsumsi bahan bakar sebelumnya:
1. Pengujian konsumsi bahan bakar kendaraan dilakukan dengan metode pengindraan visual mempengaruhi banyaknya gangguan saat pembacaan.
2. Dibutuhkan hasil pembacaan konsumsi bahan bakar yang representatif dengan akurasi dan presisi yang tinggi.
3. Pengujian konsumsi bahan bakar yang ada belum
dilengkapi data log.
C. Batasan Masalah
Agar diperoleh hasil penelitian yang maksimal dikarenakan masalah yang teridentifikasi, maka perlu dilakukan pembatasan masalah sebagai berikut:
1. Kelengkapan mekanik seperti spesifikasi mekanik, desain mekanik, analisa mekanik tidak dihitung, peneliti hanya berfokus pada perancangan sistem kontrol saja.
2. Sensor yang digunakan pada penelitian ini menggunakan Sensor Infrared tipe Optocoupler.
3. Bahan bakar yang digunakan untuk uji fungsi sistem kontrol fuel meter yaitu pertalite dan pertamax.
4. Dalam melakukan simulasi uji peforma tidak menggunakan kendaraan langsung, tetapi dilakukan simulasi bahan bakar dengan laju output bahan bakarnya dikendalikan oleh valve yang mempresentatifkan konsumsi bahan bakar kendaraan.
D. Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang masalah yang dikemukakan di atas, maka didapatkan rumusan masalah sebagai berikut:
1. Bagaimanakah karakter setiap bahan bakar terhadap nilai ADC (Analog Digital Converter)?
2. Bagaimanakah desain sistem kontrol Automatic Fuel Meter ? 3. Bagaimanakah performa Automatic Fuel Meter
menggunakan mikrokontroler yang digunakan?
E. Tujuan Penelitian
Dalam penelitian ini tujuan yang ingin dicapai diantaranya yaitu:
1. Untuk mengetahui karakter setiap bahan bakar terhadap
nilai ADC (Analog to Digital Converter)?
2. Untuk mendapatkan desain sistem kontrol Automatic Fuel Meter.
3. Untuk mengetahui performa Automatic Fuel Meter menggunakan mikrokontroler yang digunakan.
F. Manfaat Penelitian
Manfaat penelitian ini diharapkan mempunyai nilai guna bagi peneliti dan pembaca pada umumnya, yaitu :
1. Bagi Peneliti
a. Dapat mendesain dan membangun sistem kontrol Automatic Fuel Meter menggunakan mikrokontroler.
b. Mahasiswa mampu mengetahui performa sistem kontrol Automatic Fuel Meter menggunakan mikrokontroler.
c. Mengetahui prosedur pengujian guna mendapatkan kinerja sistem kontrol Automatic Fuel Meter menggunakan mikrokontroler.
d. Meningkatkan kreativitas peneliti dalam bidang inovasi produk teknologi.
e. Mahasiswa mampu menganalisis dan mengetahui karakteristik dari setiap komponen-komponen yang digunakan dalam proses penelitian.
f. Dapat menentukan pemilihan komponen kontrol dan menentukan list program dalam pembuatan sistem kontrol Automatic Fuel Meter menggunakan mikrokontroler.
2. Bagi Perguruan Tinggi
a. Sebagai referensi penelitian bagi mahasiswa aktif yang
berkenaan dengan pengembangan Automatic Fuel Meter .
b. Serta dapat menambah cakrawala ilmu pengetahuan dan
perbendaharaan kepustakaan serta sebagai salah satu
perwujudan Tri Dharma Perguruan Tinggi.
c. Diharapkan hasil penelitian yang diperoleh ini dapat digunakan sebagai bahan pertimbangan untuk penelitian yang serupa.
3. Bagi Masyarakat
a. Sebagai salah satu sumber informasi mengenai Automatic Fuel Meter.
b. Sebagai rujukan bagi pembaca dalam membuat
penelitian pengembangan selanjutnya.
7
BAB II PENDAHULUAN KAJIAN PUSTAKA
A. Pengukuran
Menurut Sridadi, pengukuran adalah suatu proses yang dilakukan secara sistematis untuk memperoleh besaran kuanti- tatif dari suatu objek tertentu dengan menggunakan alat ukur yang baku.
Definisi pengukuran adalah penentuan besaran, di- mensi, atau kapasitas, biasanya terhadap suatu standar atau satuan ukur. Selain itu, pengukuran juga dapat diartikan se- bagai pemberian angka terhadap suatu atribut atau karakteris- tik tertentu yang dimiliki oleh seseorang, hal, atau objek ter- tentu menurut aturan atau formulasi yang jelas dan disepakati.
Pengukuran menggunakan alat ukur yang baku dengan hasil pengukuran berupa besaran kuantitatif atau sistem angka. Pen- gukuran sendiri dibagi menjadi 2 jenis yaitu:
1. Pengukuran Langsung, yaitu membandingkan nilai besaran yang diukur dengan besaran standart yang diterima sebagai satuan.
2. Pengukuran Tidak Langsung, yaitu pengukuran untuk mengukur suatu besaran dengan cara mengukur besaran lain.
Alat ukur juga terbagi menjadi beberapa kategori, diantaranya:
1. Alat Ukur Panjang, digunakan untuk mengukur panjang suatu benda. Penggunaan alat ukur panjang disesuaikan dengan tingkat ketelitian yang diinginkan sehingga dapat meminimalisir terjadinya kesalahan dalam proses penguku- ran.
2. Alat Ukur Massa, digunakan untuk mengukur massa
benda.
3. Alat Ukur Waktu, digunakan untuk mengukur lamanya sesuatu hal yang sedang terjadi.
4. Alat Ukur Kuat Arus Listrik, digunakan untuk mengukur suatu rangkaian listrik, terdapat dua macam alat ukur yang digunakan yaitu amperemeter analog dan amperemeter digital.
Di dalam pengukuran umumnya dibutuhkan suatu instrumen dan instrumen diperlukan:
1. Untuk menentukan suatu besaran (kuantitas) atau variabel.
2. Membantu peningkatan keterampilan manusia dan dalam banyak hal memungkinkan seseorang untuk menentukan nilai dari suatu besaran yang tidak diketahui, karena tanpa bantuan instrumen manusia tidak dapat menentukannya.
Dalam pengukuran, digunakan sejumlah istilah yang akan didefinisikan sebagai berikut:
1. Ketelitian (Accuracy), yaitu kemampuan alat ukur untuk memberikan nilai yang mendekati harga yang sebenarnya.
2. Ketepatan (Precision), yaitu kemampuan alat ukur untuk memberikan nilai yang sama dari beberapa pengukuran yang dilakukan.
3. Ukuran Dasar (Basic size), yaitu dimensi atau ukuran nominal dari suatu obyek ukur yang dinyatakan dalam gambar teknik dengan bilangan bulat.
4. Toleransi (Tolerance), yaitu perbedaan ukuran dari kedua harga batas yang diizinkan, dimana menjadi selisih ukuran maksimum dan minimum.
5. Harga batas (Limits), yaitu ukuran/dimensi maksimum dan minimum yang diizinkan.
6. Kelonggaran (Clearance), yaitu perbedaan ukuran
komponen yang lain dimana ukuran terbesar dari salah satu komponen adalah lebih kecil dari ukuran terkecil komponen yang lain.
7. Sensitivitas yaitu kemampuan alat ukur untuk menerima, mengubah, dan meneruskan isyarat sensor (sensor menuju penunjuk, pencatat, atau pengolah data pengukuran).
8. Kecermatan (Resolution), yaitu skala terkecil yang mampu dibaca oleh alat ukur. Ada yang menyamakan istilah ini dengan Readability (Kemampuan-baca), yaitu tingkat kemudahan untuk dibaca atau diketahui.
9. Error (kesalahan), yaitu Penyimpangan variable yang diukur dari harga/nilai sebenarnya. Jenis Kesalahan: Gross error; Systematic error; Random Error.
10. Significant figure yaitu indikasi bagi ketepatan pengukuran yang diperoleh dari banyaknya angka-angka yang berarti.
11. Suaian yaitu hubungan antara dua komponen yang akan dirakit, yang ditimbulkan adanya perbedaan ukuran bagi pasangan elemen geometrik saat mereka disatukan.
Dalam mengukur suatu besaran bisa menggunakan satu in- strumen atau lebih. Dalam menggunakan instrumen, harus bisa memilih dan merangkai alat ukur atau instrumen tersebut dengan benar. Selain itu, pembacaan nilai atau skala yang di- tunjukkan oleh instrumen harus benar karena itu untuk meminimalkan kesalahan pengukuran. Faktor ketelitian alat ukur atau instrumen juga mempengaruhi hasil pengukuran.
Ketelitian alat ukur atau instrumen dijamin sampai pada per-
sentase tertentu dari skala penuh. Ketelitian alat ukur terka-
dang menyebabkan hasil pengukuran mengalami penyimpan- gan dari yang sebenarnya. Batas-batas dari penyimpangan ini disebut dengan kesalahan batas.
Kesalahan-kesalahan pada pengukuran, umumnya dibagi da- lam 3 (tiga) jenis utama, yaitu:
1. Kesalahan-kesalahan umum (gross errors):
a. Kesalahan pembacan alat ukur b. Penyetelan yang tidak tepat
c. Pemakaian instrumen yang tidak sesuai d. Kesalahan penafsiran
2. Kesalahan -kesalahan sistematis (systematics errors):
a. Kerusakan atau adanya bagian-bagian yang aus.
b. Pengaruh lingkungan terhadap peralatan dan pemakai.
3. Kesalahan-kesalahan yang tidak disengaja (random errors):
Disebabkan oleh penyebab-penyebab yang tidak dapat secara langsung diketahui, karena perubahan-perubahan parameter atau sistem pengukuran terjadi secara acak.
Kesalahan sistem matematis umumnya dikelompokkan ke da- lam dua bagian yaitu:
1. Kesalahan-kesalahan instrumental (instrumental errors), kesalahan-kesalahan yang tidak dapat dihindarkan dari in- strumen, karena struktur mekanisnya. Misalnya:
- Gesekan komponen yang bergerak terhadap bantalan, dapat menimbulkan pembacaan yang tidak tepat.
- Tarikan pegas yang tidak teratur, perpendekan pegas.
- Berkurangnya tarikan karena penanganan yang tidak tepat atau pembebanan instrumen secara berlebihan.
Jenis kesalahan instrumen lainnya:
- Kalibrasi yang menyebabkan pembacaan instrumen yang terlalu tinggi atau terlalu rendah sepanjang seluruh skala.
- Kegagalan mengembalikan jarum penunjuk ke angka nol sebelum melakukan pengukuran.
Kesalahan-kesalahan pada instrumen, dapat diketahui dengan melakukan pemeriksaan terhadap:
- Tingkah laku yang tidak umum terjadi - Kestabilan
- Kemampuan instrumen untuk memberikan hasil pen- gukuran yang sama
Kesalahan-kesalahan instrumen dapat dihindari dengan cara:
- Pemilihan instrumen yang tepat untuk pemakaian tertentu - Penggunaan faktor-faktor koreksi, jika mengetahui ban-
yaknya kesalahan instrumental.
- Mengkalibrasi instrumen tersebut terhadap instrumen standar.
2. Kesalahan-kesalahan lingkungan, yaitu yang disebabkan oleh keadaan-keadaan luar yang mempengaruhi pengukuran, seperti:
- Pengaruh perubahan temperatur.
- Kelembaban.
- Tekanan udara luar atau medan magnetik atau medan el- ektrostat.
B. Alat Ukur Waktu & Alat Ukur Volume 1. Alat Ukur Waktu
Alat ukur waktu adalah alat yang di gunakan untuk
menghitung besaran waktu, dan biasanya dalam satuan
detik. Secara umum waktu diartikan sebagai seluruh rangkaian saat ketika diproses, perbuatan atau keadaan atau berlangsung. Dalam hal ini skala waktu merupakan in- terval antara dua buah keadaan atau kejadian atau bisa juga lama berlangsungnya suatu kejadian. Contoh alat ukur waktu adalah stopwatch, arloji, dan jam dinding.
Gambar 2.1 Stopwatch Sumber: Azqiara, 2019
Digital timer adalah alat yang dapat membantu dalam proses pengujian dan menjadi item pendukung dalam kinerja alat uji yang berpangku terhadap waktu yang dibu- tuhkan. Digital timer juga baik dipergunakan dalam ruang lingkup laboratorium, dapur restaurant, alat pengujian, ru- ang penelitian, dll. Karena alat pengatur waktu berpengaruh besar dalam proses dan kinerja suatu pengujian atau pun kegiatan.
2. Alat Ukur Volume
Alat pengukur volume merupakan alat bantu yang penting
untuk setiap penentuan kualitatif. Dari sifat dan fungsi
dapat dibedakan atas pipet, buret, labu ukur, dan gelas
ukur. Dalam penggunaan alat ukur volume ini dapat ter-
jadi kesalahan. Salah satunya adalah kesalahan kalibrasi
karena volume yang tertera tidak sesuai dengan volume
yang sebenarnya. Hal-hal yang harus diperhatikan dalam penerapan alat-alat ukur gelas volumetrika antara lain:
a. Koreksi suhu yang tidak sama.
b. Koreksi terhadap adanya gaya tekan keatas dari udara.
c. Koreksi adanya pemuaian dari kaca.
Gambar 2.2 Gelas Ukur Sumber: Salamadian, 2017 C. Konsumsi Bahan Bakar
Konsumsi bahan bakar menurut Wakhinuddin (2009:113), adalah “penyediaan bahan bakar ke injektor sesuai dengan (kecepatan kendaraan)“. Menurut David J (1993:265), menyatakan bahwa: “jumlah aliran bahan bakar biasanya diukur dengan menentukan waktu yang dibutuhkan mesin untuk mengkonsumsi volume bahan bakar yang terukur pada gelas buret. Dalam SNI 7554:2010, konsumsi bahan bakar kendaraan bermotor merupakan salah satu parameter unjuk kerja yang penting, yang jika tidak dilakukan dengan cara yang benar sesuai standar, seringkali menimbulkan perdebatan atas berbagai klaim pengujian yang dilakukan dengan cara sendiri yang sederhana dan lebih banyak merupakan perkiraan kasar.
Pengukuran konsumsi bahan bakar yaitu Jarak tempuh harus-
lah diukur dengan ketelitian 0,3 % dan waktu diukur dengan
ketelitian 0,2 detik. Sistem pengukuran untuk konsumsi bahan
bakar, jarak yang ditempuh, dan waktu, harus dijalankan
secara bersamaan. Bahan bakar harus disuplai ke mesin melalui suatu alat yang mampu mengukur kuantitas yang dikonsumsi dalam ketelitian ± 2%. Alat tersebut tidak boleh mempengaruhi tekanan atau temperature bahan bakar pada inlet sistem meter- ing bahan bakar dalam kisaran ±10% untuk tekanan dan ± 5
0C untuk temperature bahan bakar. Jika sistem pengukuran adalah volumetris, maka temperatur bahan bakar pada posisi pengukuran harus dicatat. Jika diperlukan, suatu sistem katup digunakan untuk perpindahan secara cepat dari jalur penggunaan bahan bakar secara normal ke sistem pen- gukuran. Pengukuran perpindahan tersebut tidak boleh lebih lama dari 0,2 detik.
Perhitungan konsumsi bahan bakar menurut SNI 7554:2010 dapat dilakukan secara gravimetrik dan volumetrik.
Pengukuran secara gravimetrik yaitu konsumsi “C“ dihitung (dalam liter/100 km) dengan menghitung pengukuran M (bahan bakar yang dikonsumsi dinyatakan dalam kg) menurut rumus:
C =
𝐷.𝜌F𝑀100 (liter/100 km) Keterangan:
𝞺
Fadalah densitas bahan bakar (kg/dm
3) pada temperatur acuan 20
0C (293K)
D adalah jarak yang ditempuh selama pengujian
Gambar 2.3 Pengujian Konsumsi Bahan Bakar Secara Gravimetrik Sumber: Mochyuga, 2014
Sedangkan pengukuran secara volumetrik, konsumsi “C“
dihitung (dalam liter/100 km) dengan rumus:
C =
𝑉(1+𝛼(𝑇0−𝑇F))𝐷
100 (liter/100 km) Keterangan:
V adalah volume bahan bakar yang dikonsumsi (liter)
α adalah koefisien muai volumetris bahan bakar (0,001/
0C untuk solar maupun bensin)
T
0adalah temperatur acuan: 20
0C (293 K)
T
Fadalah temperatur bahan bakar rata-rata (dalam
0C)
Gambar 2.4 Pengujian Konsumsi Bahan Bakar Secara Volumetrik
D. Sensor Cahaya
Sensor adalah alat yang digunakan untuk mendeteksi dan mengetahui magnitude tertentu. Sensor merupakan jenis trans- duser yang digunakan untuk mengubah variasi mekanis, mag- netis, panas, sinar dan kimia menjadi tegangan dan arus listrik.
Sensor memegang peranan penting dalam mengendalikan proses pabrikasi modern. Sensor yang sering digunakan dalam berbagai rangkaian elektronik salah satunya adalah sensor ca- haya (LDR). Sensor cahaya adalah alat yang digunakan dalam bidang elektronika yang berfungsi untuk mengubah besaran cahaya menjadi besaran listrik. Sensor cahaya LDR (Light De- pendent Resistor) merupakan suatu jenis resistor yang peka ter- hadap cahaya. Nilai resistansi LDR akan berubah-ubah sesuai dengan intensitas cahaya yang diterima. Jika LDR tidak terkena cahaya maka nilai tahanan akan menjadi besar (sekitar 10MΩ) dan jika terkena cahaya nilai tahanan akan menjadi kecil (seki- tar 1kΩ). Cara kerja dari sensor ini adalah mengubah energi dari foton menjadi elektron, umumnya satu foton dapat mem- bangkitkan satu elektron. Sensor ini mempunyai kegunaan yang sangat luas salah satu yaitu sebagai pendeteksi cahaya pada tirai otomatis. Beberapa komponen yang biasanya digunakan dalam rangkaian sensor cahaya adalah LDR (Light Dependent Resistor), Photodiode, dan Photo Transistor.
Gambar 2.5 Sensor Cahaya
Sumber: Teknisi, 2017
Salah satu komponen yang menggunakan sensor adalah LDR (Light Dependent Resistor), adalah suatu komponen el- ektronika yang memiliki hambatan yang dapat berubah sesuai perubahan intensitas cahaya, resistensi dari LDR akan menurun jika ada penambahan intensitas cahaya yang mengenainya. Pada dasarnya komponen ini merupakan suatu resistor yang memiliki nilai hambatan bergantung pada jumlah cahaya yang jatuh pada permukaan sensor tersebut. LDR dapat dibuat dari semikonduktor beresistensi tinggi yang tidak dilin- dungi dari cahaya. Jika cahaya yang mengenainya memiliki frekuensi yang cukup tinggi, foton yang diserap oleh semikon- duktor akan menyebabkan elektron memiliki energi yang cukup untuk meloncat ke pita konduksi. Elektron bebas yang dihasilkan dan pasangan lubangnya akan mengalirkan listrik, sehingga menurunkan resistansinya. Komponen yang menggunakan sensor cahaya berikutnya adalah Photo Transis- tor, secara sederhana adalah sebuah transistor bipolar yang me- makai kontak (junction) base-collector yang menjadi permukaan agar dapat menerima cahaya sehingga dapat digunakan men- jadi konduktivitas transistor. Secara lebih detail Photo Transis- tor merupakan sebuah benda padat pendeteksi cahaya yang memiliki gain internal. Hal ini yang membuat foto transistor memiliki sensivitas yang lebih tinggi dibandingkan photodi- ode/foto diode, dalam ukuran yang sama. Alat ini dapat menghasilkan sinyal analog maupun sinyal digital. Photo Tran- sistor sejenis dengan transistor pada umumnya, bedanya pada Photo Transistor dipasang sebuah lensa pemfokus sinar pada kaki basis untuk memfokuskan sinar jatuh pada pertemuan PN.
Karena sensor ini mengandalkan kemampuan cahaya
maka kekurangan dari sensor cahaya ini yaitu banyak
gangguan terhadap cahaya lingkungan, sehingga berpengaruh pada hasil pembacaan.
E. Level Sensor
adalah sensor yang digunakan untuk mendeteksi keting- gian dari suatu aliran baik berupa bahan liquid, lumpur, pow- der maupun biji-bijian. Fungsi level sensor pada dasarnya ada- lah memberikan informasi baik berupa data maupun sinyal ka- rena adanya perubahan ketinggian matrial baik didalam tanki, silo ataupun tempat terbuka dikarena adanya aliran dari mate- rial tersebut.
Gambar 2.6 Level Sensor Sumber: Buana Karya, 2018
Pengukuran ketinggian atau level ini bisa dilakukan secara terus menerus sesuai dengan perubahan ketinggian dari fluida maupun untuk mengukur ketinggian dari matrial pada titik tertentu baik itu pada level terendah, level menengah mau- pun level puncak dengan menggunakan level sensor.
Jenis level sensor ini bermacam-macam disesuaiakn
dengan aplikasi dari material yang dideteksi dan wadah dari
wadah yang tertutup berupa tanki, wadah terbuka berupa silo
ataupun yang selalu berubah-ubah ketinggianya seperti sungai
ataupun danau dan laut.
Bisa juga jenis level sensor didasarkan pada jenis bentuk material atau jenis material berupa liquid, powder, maupun sul- lury, jenis level sensor didasarkan pada besarnya temperature, pressure, sifat kimia dan lainnya.
Namun kekurangan dari sensor ini yaitu invasif karena sensor memerlukan kontak langsung dengan cairan.
F. Flow Sensor
Flow meter Sensor adalah alat yang digunakan untuk menentukan keberadaan bahan aliran (cair, gas, bubuk) dalam jalur aliran, dengan semua aspek aliran itu sendiri, termasuk kecepatan atau laju aliran dan massa atau total volume material yang mengalir dalam lorong sering disebut totalizer.
Parameter aliran suatu material dengan mengukur Flow Meter Sensor yang dikirim sebagai data digital dan juga dapat dikirim untuk menghasilkan listrik atau Signal yang dapat digunakan sebagai input ke sirkuit kontrol atau sirkuit listrik lainnya. Da- lam beberapa kasus, flow meter dapat digunakan untuk men- capai efisiensi suatu proses dengan melakukan penyesuaian aliran fluida kecil. Seperti dalam industri manufaktur di mana kebutuhan air, udara bertekanan dan uap, tentu saja, ukuran kecil harus sesuai dengan kebutuhan jalur produksi sesuai dengan konsumsi mesin dalam proses produksi. Flow Meter Sensor dapat digunakan di sini sebagai referensi untuk ukuran kebutuhan udara, air dan uap dengan menyesuaikan katup se- hingga motor yang membutuhkan lebih sedikit udara dapat disesuaikan sesuai dan sebaliknya. Tidak ada kekurangan udara, air atau uap bagi mesin yang paling membutuhkannya.
Operasi flow meter lebih didasarkan pada jenis flow meter untuk
Flow Meter Sensor magnetik, yang beroperasi sesuai dengan
hukum Faraday bahwa Magmeters hanya dapat digunakan
pada cairan dengan konduktivitas tertentu.
Gambar 2.7 Flow Meter Sensor Sumber: Unknown, 2014
Kekurangan dari sensor ini jika digunakkan untuk men- gukur konsumsi bahan bakar pada fuel meter trainer yaitu sen- sor ini terlalu otomatis, sedangkan trainer ini nantinya digunakan oleh mahasiswa, jadi diperlukan visual fenomena pada kerja dari sensor tersebut.
G. Infrared Transmitter
Infrared transmitter merupakan suatu model pengirim data melalui gelombang infrared dengan frekuensi carrier sebesar 38 kHz. Modul ini dapat difungsikan sebagai output dalam aplikasi transmisi data nirkabel seperti robotic, sistem pengamanan, dan sebagainya. Pemancar yang digunakan pada sistem ini terdiri atas sebuah Light Emiting Diode (LED). LED adalah suatu bahan semi konduktor yang memancarkan cahaya monokromatik yang tidak koheren ketika diberi tegangan maju. LED infrared jenis diode yang memancarkan cahaya infrared, aplikasi sederhana penggunaan LED infrared ini adalah pada remote TV. LED infrared pada dasarnya adalah diode PN silicon biasa yang dikemas dalam kotak transparan.
Sinar infrared dihasilkan dari pertemuan Arsenida Galium
pada LED infrared merupakan salah satu komponen elektronika
yang akan mengantar arus jika dialiri bisa maju. LED infrared
terbuat dari bahan Arsenida Galium atau Fosfida Galium (GaAs atau Gap), dan ditempatkan di dalam suatu wadah yang tembus pandang.
Untuk membedakan antara katoda dan anodanya dapat dilihat dari bentuk elektrodanya yang besar adalah katoda.
Material yang digunakan dalam konstruksi LED akan menentukan jenis cahaya yang diradiasikan. Apakah cahaya tampak atau cahaya tidak tampak. Sebagai contoh material GaAlAs menghasilkan cahaya infrared (cahaya tidak tampak), sedangkan GaAsP menghasilkan cahaya tampak merah. Pada sistem ada dua jenis LED yang digunakan yaitu sebagai indikator dan juga sebagai komponen pengirim cahaya infared.
Cahaya LED timbul sebagai akibat penggabungan elektron dan hole pada persambungan antara dua jenis semikonduktor dimana setiap penggabungan disertai dengan pelepasan energi. Pada penggunaan LED infrared dapat diaktifkan dengan tegangan Direct Current (DC) untuk transmisi atau sensor jarak dekat, dan dengan tegangan Alternating Current (AC) (30-40 kHz) untuk transmisi atau sensor jarak jauh.
H. Infrared Receiver
Infrared receiver merupakan suatu modul penerima data
melalui gleombang infrared dengan frekuensi carrier sebesar 38
kHz. Modul ini dapat difungsikan sebagai input dalam aplikasi
transmisi data nirkabel seperti robotik, sistem pengaman, dan
sebagainya. Receiver (penerima) yang digunakan untuk sesnsor
infrared adalah jenis foto transistor, yaitu jenis transistor
bipolar yang menggunakan kontak (junction) base-collector
untuk menerima atau mendeteksi cahaya dengan gain internal
yang dapat menghasilkan sinyal analog maupun digital. Foto
transistor merupakan salah satu komponen yang berfungsi
sebagai detector cahaya yang dapat mengubah efek cahaya menjadi sinyal listrik. Karena itu foto transistor termasuk dalam detector optic.
Foto transistor dapat diterapkan sebagai sensor yang baik, karena memiliki kelebihan dibandingkan dengan komponen lain yaitu mampu untuk mendeteksi sekaligus menguatkan dengan satu komponen tunggal. Bahan utama dari foto transistor adalah silikon atau germanium sama seperti pada transistor jenis lainnya. Foto transistor juga memiliki dua tipe seperti transistor yaitu tipe NPN dan tipe PNP.
Foto transistor sebenarnya tidak berbeda dengan transistor biasa, hanya saja foto transistor ditempatkan di dalam suatu material; yang transparan sehingga memungkinkan cahaya (cahaya infrared) mengenainya (daerah basis), sedangkan transistor biasa ditempatkan pada bahan logam yang tertutup. Foto transistor memiliki beberapa karakteristik yang sering digunakan dalam perancangan, yaitu:
1. Dalam rangkaian jika menerima cahaya akan berfungsi sebagai resistan.
2. Dapat menerima penerimaan cahaya yang redup (kecil).
3. Semakin tinggi intensitas cahaya yang diterima, maka semakin besar pula resisten yang dihasilkan.
4. Memerlukan sumber tegangan yang kecil.
5. Menghantarkan arus saat ada cahaya yang mengenainya.
6. Penerimaan cahaya dilakukan pada bagian basis.
7. Apabila tidak menerima cahaya maka tidak akan menghantarkan arus.
Berdasarkan tegangan spectral, sifat-sifat dan cara kerja
dari foto transistor tersebut, maka perubahan cahaya yang
kecil dapat di deteksi. Oleh karena itu foto transistor
digunakan sebagai detektor cahaya yang peka, terutama pada
cahaya infrared.
I. Cara Kerja Infrared Optocoupler
Gambar 2.8 Sensor Infrared Sumber: Rayenvp97, 2015
Optocoupler dengan kombinasi LED-Foto transistor adalah optocoupler yang terdiri dari sebuah komponen LED yang memancarkan cahaya infrared (IR LED) dan sebuah komponen semikonduktor yang peka terhadap cahaya (Foto transistor) sebagai bagian yang digunakan untuk mendeteksi cahaya infrared yang dipancarkan oleh IR LED.
Optocoupler adalah komponen yang bekerja berdasarkan picu dari cahaya optik yang terdiri dari transmitter dan receiver.
Transmitter dibangun dari LED infrared yang cahayanya tidak dapat dilihat secara kasat mata. LED infrared memiliki ketahanan yang lebih baik terhadap sinyal tampak jika dibandingkan dengan LED biasa. Receiver dibangun dari sebuah foto transistor yaitu transistor yang peka terhadap tenaga cahaya. Spektrum infrared yang merupakan sumber cahaya menghasilkan energi panas yangg lebih besar dibandingkan dengan cahaya tampak.
Ditinjau dari segi penggunaannya, fisik optocoupler
dapat.berbentuk bermacam-macam. Bila hanya digunakan
untuk mengisolasi level tegangan atau data pada sisi transmitter
dan sisi receiver, maka optocoupler ini biasanya dibuat dalam bentuk solid.
Sebagai pemancar atau transmitter dibangun dari sebuah LED infrared untuk mendapatkan ketahanan yang lebih baik daripada menggunakan LED biasa. Sensor ini bisa digunakan sebagai isolator dari rangkaian tegangan rendah ke rangkaian tegangan tinggi dan sebagai pendeteksi adanya penghalang antara transmitter dan receiver dengan memberi ruang uji dibagian tengah antara LED dengan foto transistor.
Sebagai piranti elektronika yang berfungsi sebagai pemisah antara rangkaian power dengan rangkaian kontrol.
Komponen ini merupakan salah satu jenis komponen yang memanfaatkan sinar sebagai pemicu on/offnya.
J. Sistem Instrumentasi dan Kontrol
Sistem instrumentasi menurut Bolton (2006), Sistem instru- mentasi adalah sistem yang digunakan untuk melakukan pen- gukuran yang memiliki masukan berupa nilai sebenarnya dari variable yang diukur, dan keluaran berupa nilai yang terukur.
Maksud dari sistem instrumentasi yang digunakan untuk melakukan pengukuran adalah untuk memberikan suatu nilai numerik yang sesuai dengan variabel yang diukur. Sistem in- strumentasi pengukuran terdiri dari beberapa elemen yang digunakan untuk menjalankan beberapa fungsi tertentu.
Sistem kontrol yaitu sistem yang mempunyai kemampuan
untuk melakukan start, mengatur dan memberhentikan suatu
proses untuk mendapatkan output yang sesuai dengan yang di-
inginkan. Apabila sistem kontrol bekerja secara otomatis (tanpa
menggunakan tenaga manusia) maka sistem tersebut di-
namakan sistem kontrol otomatis. Setiap sistem kontrol
mempunyai tiga elemen pokok, yaitu: input, proses, dan output
(Wahyu dan Agung, 2017).
Gambar 2.9 Diagram Blok Elemen Dasar Sistem Kontrol
Proses adalah operasi yang sengaja dibuat, berlangsung secara kontinyu, yang terdiri dari beberapa aksi atau peru- bahan yang dikontrol, yang diarahkan menuju ke suatu hasil atau keadaan akhir tertentu. Peralatan yang digunakan untuk mengontrol operasi disebut controller. Sedangkan obyek fisik yang dikontrol disebut plant. Bagian proses bertugas untuk memproses (mengontrol) sinyal input (masukan) untuk menghasilkan sinyal output (Wahyu dan Agung, 2017).
Input merupakan sinyal masukan yang umumnya dihasilkan dari sebuah sensor. Sensor ini adalah suatu alat pen- gubah (tranduser) yang bisa merubah kuantitas fisik menjadi kuantitas listrik. Sensor sering digunakan untuk pendeteksian saat melakukan pengukuran atau pengendalian. Sensor ini mengirimkan informasi mengenai nilai (kuantitas) yang diukur kemudian diproses oleh bagian pengontrol (controller) (Wahyu dan Agung, 2017).
Gambar 2.10 Peralatan Inputan Sumber: Wahyu dan Agung, 2017
Input
ProsesOutput
Output merupakan sinyal yang dihasilkan dari bagian proses yang berupa sinyal listrik yang dipakai untuk mengaktifkan peralatan output yaitu actuator diantaranya mo- tor, solenoid, lampu indikator, buzer, heater, katup, dsb (Wahyu dan Agung, 2017).
Gambar 2.11 Peralatan Output (Sumber: Wahyu dan Agung, 2017)
1. Sistem Kontrol Loop Terbuka
Sistem kontrol loop terbuka adalah suatu sistem kontrol yang memiliki karakteristik dimana nilai keluaran tidak memberikan dampak pada aksi kontrol disebut Sistem Kontrol Loop Terbuka (Open-Loop Control System). Contoh dari sistem loop terbuka salah satunya yaitu operasi mesin cuci. Penggilingan pakaian, pemberian sabun pada pakaian, dan proses pengeringan pakaian yang bekerja sebagai operasi mesin cuci tidak akan berubah (hanya sesuai dengan yang diinginkan seperti semula) walaupun tingkat kebersi- han pakaian (sebagai keluaran sistem) kurang baik akibat adanya faktor-faktor yang kemungkinan tidak diprediksi- kan sebelumnya (Aris Triwiyatno, 2011).
Gambar 2.12 Diagram Blok Loop Terbuka
PlantInput
Kontroler
Output
2. Sistem Kontrol Loop Tertutup
Sistem kontrol loop tertutup atau disebut dengan sistem kontrol umpan balik, dimana nilai dari keluaran akan ikut mempengaruhi pada aksi kontrolnya. Contoh dari sistem ini salah satu contohnya adalah operasi pendinginan udara (AC). Input dari sistem AC adalah derajat suhu yang di- inginkan user. Outputnya berupa udara dingin yang akan mempengaruhi suhu ruangan yang diharapkan akan sama dengan suhu yang diinginkan. Dengan memberikan sebuah umpan balik berupa suhu ruangan setelah diberikan aksi udara dengan suhu rendah, maka nantinya didapatkan se- buah kesalahan dari derajat suhu yang nyata dengan derajat suhu yang diinginkan. Melihat adanya kesalahan ini mem- buat kontroler memperbaikinya sehingga didapatkan kesalahan yang semakin lama semakin kecil. (Aris Triwiyatno, 2011).
+ _
Gambar 2.13 Diagram Blok Loop Tertutup
Definisi istilah dalam sistem kontrol adalah sebagai beri- kut (Aris Triwiyatno, 2011):
a. Sistem (system) merupakan sebuah kombinasi dari komponen-komponen yang bekerja bersama mem- bentuk suatu obyek tertentu.
b. Variabel terkontrol (controlled variable) merupakan se- buah besaran (quantity) atau kondisi (condition) yang
Plant
Input
Kontroler
Output
Sensor
