KARAKTERISASI SENSOR KAPASITIF TOUCHLESS MENGGUNAKAN PLAT ALUMUNIUM BERBASIS ARDUINO

(1)

KARAKTERISASI SENSOR KAPASITIF TOUCHLESS MENGGUNAKAN PLAT ALUMUNIUM BERBASIS ARDUINO

Skripsi

Diajukan untuk Memenuhi Persyaratan Memperoleh Gelar Sarjana Sains (S.Si)

LUTHFI RIZKI RAMADHAN 11150970000004

PROGRAM STUDI FISIKA

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS ISLAM NEGERI SYARIF HIDAYATULLAH JAKARTA

1441 H/2020 M

(2)

KARAKTERISASI SENSOR KAPASITIF TOUCHLESS MENGGUNAKAN PLAT ALUMUNIUM BERBASIS ARDUINO

Skripsi

Diajukan untuk Memenuhi Persyaratan Memperoleh Gelar Sarjana Sains (S.Si.)

Oleh

LUTHFI RIZKI RAMADHAN NIM: 1115097000004

PROGRAM STUDI FISIKA

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS ISLAM NEGERI SYARIF HIDAYATULLAH JAKARTA

1441 H/2020 M

(3)

i

LEMBAR PERSETUJUAN PEMBIMBING

(4)

ii

LEMBAR PENGESAHAN

(5)

iii

LEMBAR PERNYATAAN

(6)

iv

ABSTRAK

Dewasa ini teknologi dalam beberapa tahun belakangan berkembang begitu pesat, terutama pada perkembangan gadget yang menggunakan teknologi layar sentuh maupun Touchless User Interface. Dengan teknologi Touchless User Interface, kita tidak perlu menyentuh layar tersebut secara langsung cukup dengan mengarahkan jari pada saat mengoperasikan aplikasi perangkat lunak pada komputer atau gadget. Penelitian ini merancang bangun prototype system sensor kapasitif touchless dari plat alumunium. Adapun metode karakterisasi statik sensor adalah pengaruh suhu, daerah kerja sensor (linieritas), pengulangan (repeatability) dan resolusi spasial. Hasil penelitian ini menunjukan bahwa system sensor bekerja pada rentang suhu (25-30) ᵒC. Daerah kerja sensor secara umum sekitar (2-6) cm. Luas plat 10 inch dan 8 inch berturut-turut memiliki daerah kerja (2-12) cm dan (2-15) cm. Hal ini menunjukan semakin kecil luas plat semakin besar daerah kerja sensor. Sedangkan hasil pengujian repeatability dan resolusi spasial sangat baik. Secara umum dapat disimpulkan bahwa system sensor kapasitif touchless layak untuk dikembangkan aplikasinya.

Kata kunci : Sensor, Touchless User Interface, Kapasitif, Arduino, sensor DHT22, sensor HC- SR04

(7)

v

ABSTRACT

Nowadays technology in recent years is developing so rapidly, especially in the development of gadgets that use touch screen technology or Touchless User Interface. With Touchless User Interface technology, we don't need to touch the screen directly just by pointing a finger when operating a software application on a computer or gadget. This research designed to build a prototype touchless capacitive sensor system from an aluminum plate. The static sensor characterization method is the effect of temperature, sensor working area (linearity), repetition (repeatability) and spatial resolution. The results of this study indicate that the sensor system works in the temperature range (25-30) ᵒC.

The working area of the sensor is generally around (2-6) cm. The 10-inch and 8- inch plate areas have work areas (2-12) cm and (2-15) cm, respectively. This shows that the smaller the plate area, the greater the working area of the sensor.

While the results of repeatability testing and spatial resolution are very good. In general it can be concluded that the touchless capacitive sensor system is suitable for application development.

Keywords: Sensor, Touchless User Interface, Capacitive, Arduino, DHT22 sensor, HC-SR04 sensor

(8)

vi

KATA PENGANTAR

Assalamu’alaikum wr wb.

Alhamdulillah, hanya itu yang saya dapat ungkapkan, segala puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT yang Maha Pengasih lagi Maha Penyayang, atas semua rahmat dan karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan proses penyusunan skripsi yang berjudul “Karakterisasi Sensor Kapasitif Touchless Menggunakan Plat Alumunium Berbasis Arduino”.

Untuk memenuhi persyaratan memperoleh gelar Sarjana Sains Universitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta. Sholawat serta salam semoga senantiasa tercurahkan kepada Nabi Muhammad SAW beserta keluarga dan para sahabatnya sampai kepada kita para umatnya hingga akhir zaman.

Pada kesempatan kali ini, Penulis menyadari bahwa pada saat penelitian dan penyusunan skripsi ini tidak dengan mudah terselesaikan tanpa adanya bimbingan dan bantuan dari berbagai pihak, baik dukungan moril maupun materil,sehingga dalam kesempatan kali ini penulis ingin mengucapkan terimakasih kepada:

1. Kedua orang tua tercinta dan keluarga, Papah dan Mamah yang tidak pernah bosan memberikan dukungan moril dan materil serta doa yang tulus kepada penulis, agar penulis dapat cepat menyelesaikan perkuliahannya.

2. Ibu Prof. Dr. Lily Surraya Eka Putri, M.Env.Stud. selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi UIN Syarif Hidayatullah Jakarta.

3. Ibu Tati Zera, M.Si selaku Ketua Program Studi Fisika.

4. Ibu Elvan Yuniarti, M.Si selaku Sekretaris Program Studi Fisika.

5. Bapak Dr. Sutrisno Dipl.Seis. selaku dosen penasihat akademik yang telah memberikan arahan seputar perkuliahan kepada penulis.

6. Bapak Edi Sanjaya, M.Si selaku pembimbing I yang telah membimbing penulis dan memberikan pengarahan terkait penelitian skripsi ini, dan memberikan solusi dalam permasalahan pada saat pengujian.

(9)

vii

7. Bapak Nizar Septian, M.Si selaku pembimbing 2 yang telah membimbing penulis dan memberikan masukan dan ide-ide baru kepada penulis sehingga dapat membantu penyusunan skripsi ini.

8. Seluruh Dosen Program Studi Fisika, atas ilmu yang telah diberikan kepada penulis selama melakukan studi.

9. Teman seperjuangan : Andri Kurniawan, Dimas Alifta, Bayu Rukmana Jati, Fadhurrahman, Ilham Pahlevi yang telah menjadi teman diskusi bagi penulis.

10. Sahabat-sahabat bang adi, bang jamal, bang aziz, syahril, sri, terimakasih telah menjadi pendengar yang baik dan memberikan dukungan bagi penulis.

11. Teman-teman Fisika UIN Jakarta, khususnya Instrumentasi 2015, terimakasih atas dukungannya dan sudah berjuang bersama penulis dalam menyelesaikan studi di Universitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta.

12. Semua pihak yang terlibat dalam pelaksanan penelitian dan penyusunan skripsi ini.

13. Pusat Laboratorim Terpadu Universitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta yang telah memberikan fasilitas untuk melakukan penelitian.

Semoga semua pihak yang telah membantu penulis mendapatkan limpahan berkah dari Allah SWT.

Penulis menyadari bahwa penyusunan skripsi ini mungkin masih jauh dari sempurna dan masih terdapat banyak kekurangan di dalamnya. Hal tersebut dikarenakan terbatasnya kemampuan dan pengetahuan yang dimiliki penulis.

Akhir kata penulis mengharapkan segala bentuk saran serta masukan bahkan kritik yang membangun kepada penulis. Semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi pembaca khususnya dalam bidang instrumentasi dan berguna bagi penelitian selanjutnya.

Jakarta, 26 Juli 2020

Penulis

(10)

viii

DAFTAR ISI

LEMBAR PERSETUJUAN PEMBIMBING ... i

LEMBAR PENGESAHAN ... ii

LEMBAR PERNYATAAN ... iii

ABSTRAK ... iv

ABSTRACT ... v

KATA PENGANTAR ... vi

DAFTAR ISI ... viii

DAFTAR GAMBAR ... x

DAFTAR TABEL ... xi

BAB 1 ... 1

PENDAHULUAN ... 1

1.1. Latar Belakang ... 1

1.2. Rumusan Masalah ... 4

1.3. Batasan Masalah ... 4

1.4. Tujuan Penelitian ... 5

1.5. Manfaat Penelitian ... 5

1.6. Sistematika Penulisan ... 6

BAB II ... 8

DASAR TEORI ... 8

2.1. Medan listrik ... 8

Hukum Coloumb... 8

2.2. Dielektrik ... 9

2.3. Kapasitor ... 11

2.3.1. Kapasitansi ... 12

2.3.2. Kapasitor dua plat sejajar ... 12

2.4. Sensor Ultrasonik HC-SR04 ... 14

2.5. Mikrokontroler Arduino UNO ... 16

2.6. DHT-22 Humidity and Temperatur Sensor ... 18

2.7. Alumunium ... 19

2.7.1. Alumunium Paduan ... 20

2.7.2. Paduan Aluminium-Seng ... 20

(11)

ix

BAB III ... 23

METODE PENELITIAN ... 23

3.1. Waktu dan Tempat Penelitian ... 23

3.2. Alat dan Bahan ... 23

3.3. Tahap dan Alur Penelitian ... 23

3.3.1. Persiapan Penelitian ... 24

3.3.2. Perancangan dan Pembuatan Alat Penelitian... 24

3.3.4. Pengujian Alat... 28

3.3.5. Analisis Data ... 29

3.4. Metode Pengambilan Data ... 29

BAB IV ... 30

HASIL DAN PEMBAHASAN ... 30

4.1. Hasil Rancangan Bangun Sistem Sensor Kapasitif Touchless Hardware 30 Hasil Rancangan Bangun Hardware ... 30

Hasil Rancang Bangun Software ... 32

4.2. Hasil Pengujian Respon Sensor Terhadap Temperatur ... 33

4.3. Hasil Pengamatan Nilai Kapasitif Terhadap Pengaruh Jarak ... 34

4.3.1. Hasil Pengaruh Jarak Terhadap Luas Plat 13 Inch... 34

4.4. Grafik Dimensi Setiap Plat (1/jarak) ... 41

4.5.1. Grafik Resolusi Spasial Plat 13 Inch ... 42

BAB V ... 45

KESIMPULAN DAN SARAN ... 45

5.1. Kesimpulan ... 45

5.2. Saran ... 46

DAFTAR PUSTAKA ... 47

LAMPIRAN ... 49

(12)

x

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Gambar 2.2 Gambar 2.3 Gambar 2.4 Gambar 2.5 Gambar 2.6 Gambar 2.7 Gambar 3.1 Gambar 3.2 Gambar 3.3 Gambar 3.4 Gambar 3.5 Gambar 4.1 Gambar 4.2 Ganbar 4.3 Grafik 4.3

Grafik 4.4

Grafik 4.5

Grafik 4.6

Grafik 4.7

Grafik 4.8 Grafik 4.9 Grafik 4.10 Grafik 4.11 Grafik 4.12

Kapasitor Kapasitor dua buah plat sejajar

Sensor Ultrasonik HC-SR04 Cara kerja Sensor Ultrasonik HC-SR04 Arduino UNO Sensor DHT-22 Arduino Lilypad

Diagram Alir Penelitian

Rangkaian Sensor Kapasitif Rangkain Pembaca Ultrasonik dan DHT22

Proses kerja program sensor kapasitif Proses kerja program sensor ultrasonik dan sensor DHT-22 Rangkaian Sensor Kapasitif Rangkain Sensor Ultrasonik dan DH-T22 Hasil Rancang Bangun System Sensor Kapasitif Touchless (a) Pengaruh jarak terhadap luas plat 13 Inch; (b) Hasil

fitting regresi untuk luas plat 13 Inch (a) Pengaruh jarak terhadap luas plat 12 Inch; (b) Hasil

fitting regresi untuk luas plat 8 Inch Hasil Pengujian Repeatability (a) luat plat 13 inch; (b) luat

plat 12 inch; (c) luat plat 10 inch; (d) luat plat 8 inch;

Grafik Dimensi Setiap Plat (1/cm) Grafik Resolusi Spasial Plat 13 Inch Grafik Resolusi Spasial Plat 12 Inch

Grafik Resolusi Spasial Plat 10 Inch Grafik Resolusi Spasial Plat 8 Inch

11 13 15 15 17 18 21 23 24 25 26 27 29 30 30 33

35

37

38

40

41 42 42 43 44

(13)

xi

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Tabel 2.2 Tabel 2.3 Tabel 2.4 Tabel 2.5 Tabel 2.6 Tabel 2.7 Tabel 2.8 Tabel 3.1 Tabel 4.2

Permitivitas relatif beberapa dielektrik

Kekuatan dielektrik dari beberapa jenis isolator Aplikasi sensor berdasarkan prinsip kapasitif Spesifikasi Sensor Ultrasonik HCSR04 Sepesifikasi Arduino UNO V3

Spesifikasi Sensor DHT-22 Sifat alumunium

Spesifikasi Arduino Lilypad Alat dan bahan penelitian

Respon Sensor Terhadap Temperatur

10 11 14 16 17 19 20 21 22 32

(14)

1

BAB 1 PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Dewasa ini teknologi dalam beberapa tahun belakangan berkembang begitu pesat, terutama pada perkembangan gadget yang menggunakan teknologi layar sentuh maupun yag menggunakan teknologi proximity. Perangkat input alternatif yaitu teknologi layar sentuh dan perangkat keras yang menggunakan teknologi itu sangat populer selama beberapa tahun terakhir dan sering digunakan oleh kita dalam kehidupan sehari-hari. Hal itu tentunya tidak lepas dari penerapan teknologi perangkat input penunjuk dan pointing tradisional pada era sebelumnya, yaitu penggunaan mouse dan keyboard yang sudah dua dekade menemani dan membantu kita dalam mengoperasikan perangkat lunak. Layar sentuh sendiri sudah mulai dikembangkan sejak paruh kedua tahun 1960-an yang dilakukan oleh IBM University of Illinois, Ottawa Kanada [1].

Layar Sentuh adalah sebuah kemajuan teknologi pada perangkat input pointing dan kontrol yang digunakan untuk memudahkan kita pada saat mengoperasikan aplikasi perangkat lunak pada komputer atau gadget. Layar sentuh merupakan tampilan visual elektronik yang dapat mendeteksi keberadaan dan lokasi sentuhan pada area tampilan, dengan cara menyentuh sebuah layar dengan jari atau tangan manusia, selain menggunakan jari atau tangan manusia, layar sentuh juga dapat merasakan benda pasif lainnya yaitu seperti stylus.

Teknologi layar sentuh dapat ditemukan dan digunakan pada informasi publik, sistem ritel dan restoran, mesin ATM, sistem kontrol dan otomasi, smartphone,

(15)

2

tablet, smartwacht, smart tv, konsol game, dan akan terus muncul teknologi baru yang akan hadir dikemudian hari.

Kemudian munculah beberapa teknologi pada layar sentuh dan gadget yaitu menggunakan teknologi Touchless user interface (TUI) yaitu proses untuk berinteraksi dengan perangkat tanpa menyentuhnya secara fisik melalui gerakan tubuh tanpa menyentuh keyboard, mouse, atau bahkan layar [2].

Kemudian teknologi Natural User Interface (NUI) yang dibuat berdasarkan dari desain interaksi yang akan terasa alami bagi manusia, dengan tujuan untuk membuat antarmuka (interface) yang sedemikian rupa sehingga dapat terasa lebih nyata, dan selanjutnya adalah teknologi Gesture Recognition yaitu sebuah kemampuan untuk memahami dan menafsirkan gerakan tubuh manusia yang bertujuan untuk mengendalikan maupun berinteraksi dengan objek lain seperti pada penggunaan (Nintendo Wii, Microsoft Kinect, Sony Playstation Move, atau bahkan Leap Motion) yang mampu menciptakan sebuah proses komunikasi baru dengan perangkat tanpa bersentuhan fisik secara langsung dengan alat input. Hal tersebut akan menimbulkan sebuah sensasi pengalaman yang baru [3].

Penelitian sebelumnya tentang Applying Electric Field Sensing to Human- Computer Interface bertujuan untuk melihat interaksi seseorang dengan medan

listrik untuk antarmuka manusia-komputer. Penelitian ini menggunakan elektroda alumunium, dengan kombinasi tangan dan lengan pengganti adalah tabung aluminium dengan diameter 7,6 cm dan panjang 48,3 cm yang dihubungkan melalui kabel untuk mode shunt dan terhubung ke osilator untuk mode pengiriman. Serta elektroda transmiter yang digunakan berukuran 2,5 cm x 2,5

(16)

3

cm, berjarak 15,2 cm di tengah sehingga mampu mendeteksi kontak konduktif langsung dengan kulit membutuhkan area elektroda yang jauh lebih kecil kurang dari 5 cm persegi [4].

Fatemeh Aezinia et. all, melakukan penelitian tentang sistem pelacakan gerakan kapasitif yang bertujuan untuk mendeteksi gerakan tangan atau jari pengguna pada saat berinteraksi dengan perangkat seperti ponsel dan tablet. Penelitin ini menggunakan diagram rangkaian kapasitif ke konverter tegangan, kemudian dengan menggunakan Synchronous Demodulator, dan terakhir menggunakan Low Pass Filter. Adapun manfaat utama pada penelitian penginderaan kapasitif ini

yaitu mendapatkan disipasi daya yang rendah, kemudahan integrasi yang luas, efektivitas biaya, dan kekebalan kebisingan. Penginderaan diferensial bertujuan untuk meningkatkan ketahanan dan meningkatkan akurasi kapasitansi. Hasil penelitian menunjukkan bahwa pada penerapan sistem dapat melacak jari pengguna dalam jarak 10cm dari bidang sensor[5].

Penelitian lain dengan judul, Multi-Functional Capacitive Proximity Sensing System for Industrial Safety Applications bertujuan untuk menghindari

tabrakan dalam lingkungan industri yang akan dibantu oleh robot melalui pengukuran jarak objek, pelacakan gerak, dan deteksi profil permukaan.

Penelitian ini, menggunakan elektroda, modul kontrol digital, kapasitansi ke konverter digital, dan modul pemrosesan data. Penelitian ini menggunakan 16 buah kotak logam sebagai sensor matriks kapasitor dengan dimensi 4 × 4.

Elektroda matriks tersebut dikonfigurasi dan dijalankan oleh logika kontrol digital. Regresi statistik untuk memperoleh jarak dan melacak gerakan.

Sedangkan pada algoritma mesin (Support Vector Machine, atau SVM) bertujuan

(17)

4

untuk mengklasifikasikan profil permukaan pada sensor. Sistem ini menunjukan mampu mendeteksi objek hingga jarak 20 cm dari sensor, dan memiliki akurasi lebih dari 90%[6].

Berdasarkan uraian di atas, penelitian ini merancang bangun istem sensor menggunakan plat alumunium berbasis Arduino. Adapun karakterisasi yang digunakan adalah karakterisasi statik, seperti pengaruh suhu, luat plat aluminium, daerah kerja sensor dan pengulangan dengan kondisi dan input yang sama.

1.2. Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang yang telah dijabarkan di atas, maka dapat diperoleh beberapa rumusan masalah, yaitu:

1. Bagaimana merancang sensor kapasitif yang terbuat dari plat alumunium sehingga menghasilkan akurasi yang diharapkan?

2. Bagaimana membuat program dengan menggunakan dua buah mikrokontroler berbasis Arduino Uno dan Arduino Lilypad sehingga menghasilkan suatu sistem yang diinginkan?

3. Bagaimana hasil uji karakterisasi dari sensor kapasitif yang terbuat dari plat alumunium tersebut?

1.3. Batasan Masalah

Adapun batasan masalah pada penelitian ini adalah sebagai berikut :

1. Pada penelitian ini menggunakan dua buah mikrokontroler yaitu dengan Arduino UNO dan Arduino Lilypad yang akan diprogram menggunakan software Arduino IDE.

(18)

5

2. Bahan yang digunakan sebagai sensor kapasitif adalah plat alumunium.

3. Alat Pengukuran suhu lingkungan pengujian menggunakan sensor DHT-22.

4. Sensor Ultrasonik HC-SR04 digunakan sebagai alat pengukur jarak respon antara tangan penulis dengan plat alumunium.

5. Melakukan karakterisasi dengan menggunakan suhu ruang berkisar pada 25ᵒC - 30ᵒC.

1.4. Tujuan Penelitian

Penelitian ini memiliki tujuan sebagai berikut :

1. Merancang bangun prototype system sensor kapasitif touchless dari plat alumunium.

2. Menganalisis kinerja sensor kapasitif touchless pengaruh temperatur lingkungan pada saat pengujian.

3. Menganalisis pengaruh jarak respon tangan terhadap plat alumunium sebagai daerah kerja sensor.

1.5. Manfaat Penelitian

Hasil dari penelitian ini diharapkan dapat memberikan informasi mengenai proses pembuatan sensor kapasitif tanpa sentuhan dari plat alumunium. Disisi lain dapat mengetahui kakateriasi statik dari sensor kapasitif dengan menggunkan plat aluminium berbasis andriuino. Hasil karakterisasi statik sebagai dasar untuk pengembangan karakterisasi dinamik serta aplikasinya.

(19)

6 1.6. Sistematika Penulisan

Untuk memberikan gambaran ringkasan pada penyusunan skripsi ini, penulis akan menyajikan dalam bentuk sistematika skripsi yang berisi lima bab dengan uraian sebagai berikut:

BAB I PENDAHULUAN

Pada bab ini berisi tentang latar belakang dari penelitian ini, kemudian perumusan masalah, batasan masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian, hingga sistematika penelitian.

BAB II DASAR TEORI

Pada bab ini berisi teori tentang penelitian sensor kapasitif dan komponen pendukung lainnya, adapun informasi yang didapat nantinya akan menjadi acuan pada saat penelitian berlangsung.

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

Pada bab ini berisi tentang langkah-langkah penelitian, waktu dan tempat penelitian, alat dan bahan yang digunakan, tahapan peneltian, sampai dengan perancangan dan metode analisis.

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

Pada bab ini menyajikan hasil penelitian berupa hasil perancangan pada perangkat keras (hardware), maupun perangkat lunak (software) yang digunakan, selanjutnya akan menampilkan hasil pengujian yang telah dilakukan, serta pembahasan mengenai hasil perancangan tersebut.

(20)

7 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

Pada bab ini berisi tentang kesimpulan yang diperoleh dari penelitian yang telah dilakukan, dan memberikan saran untuk penelitian selanjutnya agar lebih baik lagi.

(21)

8

BAB II DASAR TEORI

2.1. Medan listrik

Medan listrik adalah efek yang ditimbulkan oleh sebuah keberadaan muatan listrik seperti elektron, ion, atau bahkan proton didalam sebuah ruangan yang berada disekitarnya. Medan listrik memiliki satuan N/C atau biasa dikenal dengan Newton/Coloumb. Medan listrik umumnya dipelajari di dalam bidang fisika dan secara tidak langsung juga dipelajari dalam bidang elektronika yang telah memanfatkan medan listrk ini didalam sebuah kawat konduktor [7].

Hukum Coloumb

Hukum Coloumb berkaitan dengan gaya elektrostatik antara dua titik muatan yang nilainya akan berbanding lurus dengan perkalian kedua muatan dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak kedua titik bermuatan [8]. Medan listrik (E) di setiap titik pada ruang didefinisikan sebagai gaya (F) yang diberikan pada muatan positif pada titik tersebut, kemudian dibagi dengan besar muatan (q) :

E = ^𝐹_𝑞 2-1

(E) didefinisikan sebagai limit sehingga pada ^𝐹_𝑞 menunjukan (q) lebih kecil sehingga mendekati nol, agar (E) tidak bergantung pada besar muatan (q) yang berarti (E) hanya dapat mendeskripsikan efek muatan yang menimbulkan medan listrik. Medan listrik disemua titik dapat diukur berdasarkan definisi diatas, kita dapat menghitung berapa besaran (E) [9].

E = ^𝐾^𝑞^𝑄/𝑟

2

𝑞 2-2

(22)

9

E = k _𝑟^𝑄₂ 2-3

Dimana :

E = kuat medan listrik

k = konstanta (9. 10⁹𝑁𝑚²/𝐶²) q = muatan listrik

r = jarak muatan

2.2. Dielektrik

Dielektrik adalah sebuah isolator yang berada di antara kedua buah plat konduktor pada sebuah kapasitor. Pembuatan kapasitor untuk rentang kapasitansi dipilih berdasarkan dari geometri kapasitor atau jenis dielektrik yang digunakan.

Dielektrik pada kapasitor memiliki keterbatasan, karena kuat medan listrik yang besar akan menyebabkan ionisasi pada dielektrik yang akan membuat perubahan dielektrik yang semula isolator dapat berubah menjadi konduktor dan menyebabkan dielektrik breakdown [10].

Permitivitas (konsanta dielektrik) akan merepresentasikan rapatan fluks elektrostatik pada saat benda dilewati oleh arus listrik. Konstanta dielektrik relatif untuk ruang hampa atau vakum adalah 𝜖0 ≈ 8,854 × 10⁻¹²𝐹. 𝑚⁻¹. Dan ꜫ_𝑟 merupakan permitivitas relatif (konstanta) untuk bahan dielektrik. Permitivitas relatif sendiri adalah besaran tanpa dimensi dari suatu bahan dielektrik juga dapat didefinisikan untuk perbandingan antara nilai kapasitas di dalam bahan dielektrik [11].

ꜫ = ꜫ0ꜫ_𝑟 2-4

(23)

10 dimana :

ꜫ = permitivitas bahan (F/m) ꜫ_ᵒ = permitivitas vakum (F/m) ꜫ_𝑟 = permitivitas relatif bahan (F/m)

Tabel 2.1 Permitivitas relatif beberapa dielektrik [11].

Kuat medan listrik maksimum (Ē_𝑚𝑎𝑘) dapat digunakan pada sebuah dielektrik kapasitor yang biasa disebut dengan kekuatan dielektrik. Kekuatan dielektrik tersebut sangat bergantung pada struktur dari fisis isolator. Medan listrik maksimum (Ē_𝑚𝑎𝑘) biasa disebut dengan medan listrik dadal (breakdown) (Ē_𝑏𝑑) pada saat beda potensial antar plat maksimum (𝑉_𝑚𝑎𝑘). Beda potensial disebut juga tegangan dadal (breakdown voltage) yang dilambangkan dengan (𝑉_𝑏𝑑) yaitu jika pada plat sejajar jarak antar plat (d) maka (Ē_𝑏𝑑) dinyatakan dalam satuan Kv/mm [10].

Ē_𝑏𝑑= ^𝑉^𝑏𝑑

𝑑 2-5 dimana :

Ē_𝑏𝑑 = medan listrik breakdown 𝑉_𝑏𝑑 = tegangan breakdown d = jarak antar plat

Tabel 2.2 Kekuatan dielektrik dari beberapa jenis isolator [11].

Medium permitivitas relatif

Vakum 1,00000

Udara kering 1,00059

Air 78

Mika 6,0

Kaca 3,8-6,8

Karet 2-3,5

Kertas 3,5

Polietilen 2,3

Teflon 2,1

Titanium oksida 100

(24)

11

Medium Kekuatan dielektrik (kV/mm)

Udara 1,00059

N2 3,30

O2 2,90

C2 2,90

Mika 5,0

Kaca 10-50

Karet 40

H2 1,90

He 1,00

2.3. Kapasitor

Kapasitor merupakan sebuah komponen elektronika yang mempunyai kemampuan untuk menyimpan muatan. Pengertian lain dari Kapasitor adalah sebuah komponen elektronika yang dapat menyimpan dan melepaskan muatan listrik. Cara kerja pada kapasitor sangat berbeda dengan akumulator karena dalam proses penyimpanan muatan listrik tidak terjadi proses perubahan secara kimia pada bahan kapasitor tersebut, adapun besarnya nilai kapasitansi dari sebuah kapasitor akan dinyatakan dalam satuan farad (F).

Pada umumnya kapasitor terbuat dari dua buah plat elektroda sejajar yang akan diletakan berdekatan pada jarak tertentu yang dipisahkan oleh suatu bahan dielektrik. Kapasitor mempunyai nilai kapasitansi (C), yaitu besaran yang akan menunjukan kemampuan dari kapasitor tersebut dalam menyimpan suatu muatan atau energi, sehingga semakin besar nilai kapasitansi (C) maka akan semakin besar pula muatan atau energi yang dapat tersimpan di dalam nya [10].

Gambar 2.1 Kapasitor [12]

(25)

12 2.3.1. Kapasitansi

Kapasitas kapasitor atau yang biasa disebut dengan nilai kapasitansi (C), merupakan ukuran kemampuan dari kapasitor untuk menyimpan muatan (Q) pada beda potensial listrik (V). Maka dinyatakan dalam :

C = ^𝑄_𝑉 2-6

di mana :

C = Kapasitas dalam satuan farad (F) Q = Muatan listrik dalam satuan Coulomb V = Tegangan kapasitor dalam satuan Volt

Bahwa C merupakan tetapan kesebandingan antara Q dan V. Maka nilai C dari sebuah kapasitor dapat diperbesar dengan memperkecil beda potensial listrik V, sedangkan pada Q yang tetap. Hal ini dapat dilakukan dengan cara meletakan isolator atau dielektrik yang berada diantara dua buah konduktor. Nilai C pada sebuah konduktor sangat bergantung pada geometri plat konduktor, jenis dielektrik, dimensi kapasitor, dan jarak antara kedua konduktor [10].

2.3.2. Kapasitor dua plat sejajar

Sebuah kapasitor dua buah plat sejajar terbuat dari dua buah plat konduktor yang diletakan dengan jarak tertentu sehingga permukaan kedua plat konduktor itu sejajar. Kedua plat konduktor mempunyai luas (A) yang sama, jarak antar plat konduktor (d), dan masing –masing plat konduktor bermuatan Q+ dan Q- pada kerapatan yang sama (σ). medam listrik yang

(26)

13 diberikan diantara kedua plat (Ē) adalah ^𝜎

ꜫ₀ dan Q = σA maka didapat nilai kapasitas dari kapasitor itu yaitu :

C = ^ꜫ⁰^𝐴

𝑑 2-7 di mana :

C = Kapasitas dalam satuan farad (F) ꜫ_ᵒ = permitivitas vakum (F/m) d = jarak antar lempeng elektroda (m) A = luas setiap lempeng elektroda (𝑚²)

Jadi, didapat bahwa nilai C dari kapasitor plat sejajar dapat diatur dengan melakukan variasi terhadap jarak antar plat konduktor (d) atau dengan luas plat konduktor (A) [10].

Gambar 2.2 Kapasitor dua buah plat sejajar [13].

Kapasitansi juga dapat ditemukan dengan cara mengetahui geometri konduktor dan sifat dielektrik yang berada diantara konduktor tersebut.

C = ꜫ_𝑟ꜫ₀^𝐴_𝑑 2-8

(27)

14 di mana :

C = Kapasitas dalam satuan farad (F) ꜫ_ᵒ = permitivitas vakum (F/m) ꜫ_𝑟 = permitivitas relatif bahan (F/m) d = jarak antar lempeng elektroda A = luas setiap lempeng elektroda

Tabel 2.3 Aplikasi sensor berdasarkan prinsip kapasitif No. Aplikasi sensor

kapasitif

Keterangan

1. Sensor tekanan

menggunakan sebuah membran sehingga tekanan dapat dideteksi dengan menggunakan sensitif detektor.

2. Sensor berat

menggunakan perubahan nilai kapasitansi diantara dua plat yang berjarak, sehingga niai berubah sesuai dengan beban yang diterima.

3. Ketinggian cairan

menggunakan perubahan nilai kapasitansi antara kedua plat konduktor yang dicelupkan kedalam cairan.

4. Jarak

sensor akan bekerja jika ada sebuah objek metal yang mendekati elektroda kapasitor,maka akan didapatkan hasil yang berubah-ubah.

5. Layar sentuh

layar sentuh dengan menggunakan koordinat x dan y.

6. linear position

dengan menggunakan metode multiplat, sehingga sensor kapasitif dapat mengukur posisi yang di inginkan.

2.4. Sensor Ultrasonik HC-SR04

Sensor jarak ultrasonik HC-SR04 adalah sebuah sensor yang bekerja pada frekuensi 40KHz berdasarkan prinsip dari pantulan gelombang, yang digunakan untuk menentukan jarak terhadap sebuah objek yang cukup jauh, ultrasonik tidak seperti sensor inframerah atau bahkan dengan laser sekalipun. Sensor ultrasonik memiliki jangkauan deteksi yang cukup luas yaitu memiliki jangkauan minimum 2 cm dan jangkauan maksimum sampai 400 cm [14].

(28)

15

Gambar 2.3 Sensor Ultrasonik HC-SR04 [15].

Gambar 2.4 Cara kerja Sensor Ultrasonik HC-SR04 [16].

Pengukuran jarak menggunakan sensor ultrasonik HC-SR04 ketika pulsa trigger diberikan pada sensor, maka transmitter akan memancarkan gelombang,

kemudian pada saat yang sama maka sensor akan menghasilkan nilai output yang menandakan bahwa sensor mulai melakukan waktu pengukuran, kemudian setelah receiver menerima pantulan oleh suatu objek maka pengukuran akan dihentikan

dengan menghasilkan output. Jika waktu pada pengukuran adalah t dan kecepatan suara adalah 340 m/s, maka jarak sensor dengan objek dapat menggunakan Persamaan [17].

𝑠 = 𝑡 ×

^{340 𝑚 𝑠}^⁄

2 2-9

(29)

16

Dimana (s) merupakan jarak di antara sensor dengan objek (m) dan t adalah waktu tempuh gelombang ultrasonik transmitter menuju ke receiver (s). Adapun jenis objek yang dapat terbaca oleh sensor ultrasonik berupa zat padat, dan zat cair. Sensor ultrasonik dapat dengan mudah dihubungkan dengan mikrokontroller arduino cukup dengan menggunakan pin I/O [14].

Tabel 2.4 Spesifikasi Sensor Ultrasonik HCSR04 [18].

Tegangan Kerja DC 5V

Arus kerja 15mA

Frekuensi kerja 40Hz

Jarak maksimal 4 meter

Jarak minimal 2 cm

Sudut pengukuran 15 derajat

Trigger input 10 μS TTL

Echo output proposional

Dimensi 45x20x15 mm

2.5. Mikrokontroler Arduino UNO

Mikrokontroler merupakan sebuah chip berupa IC (Integrated Circuit) yang dapat menerima sinyal input, mengolahnya dan memberikan sinyal output sesuai dengan program yang di berikan ke dalamnya. Secara sederhana mikrokontroler diibaratkan sebagai otak dari sebuah perangkat yang dapat berinteraksi dengan sekitar. Mikrokontroler adalah sebuah komputer yang di dalamnya terdapat mikroprosesor, memori, jalur Input atau Output (I/O) dan perangkat pelengkap lainnya. Kecepatan pengolahan data pada mikrokontroler lebih rendah jika dibandingkan dengan PC (Personal Computer).

Adapun kecepatan operasi mikrokontroler pada umumnya berkisar antara 1 – 16 MHz, kapasitas RAM dan ROM hanya berkisar pada byte/Kbyte. Meskipun kecepatan pengolahan data dan kapasitas memori pada mikrokontroler jauh lebih kecil. Mikrokontroler sering digunakan pada sistem yang tidak terlalu kompleks

(30)

17

dan tidak memerlukan kemampuan komputasi tinggi. Mikrokontroler sering disebut sebagai embedded system. Embeded system merupakan sebuah sistem pengendali tertanam pada suatu produk [14].

Arduino Uno merupakan sebuah board yang menggunakan mikrokontroler ATmega328. Arduino Uno memiliki 14 buah pin digital (6 pin biasa digunakan sebagai output PWM), 6 pin input analog, satu buah 16 MHz osilato kristal, satu buah koneksi USB, satu buah konektor sumber tegangan, header ICSP, dan sebuah tombol reset. Arduino Uno dapat memuat semua yang dibutuhkan, dengan menghubungkannya ke sebuah komputer melalui port USB atau bahkan dengan menggunakan tegangan DC dari baterai atau adaptor AC ke DC.

Gambar 2.5 Arduino UNO [19].

Memori data pada ATMega328 terbagi menjadi 4 bagian, yaitu 32 pin untuk register umum, 64 pin untuk register I/O, 160 pin untuk register I/O tambahan dan sisanya 2048 pin untuk data SRAM internal. Atmega328 ini menyediakan UART TTL (5V) komunikasi serial, yang tersedia pada pin digital 0 (RX) dan 1 (TX).

Firmware Arduino menggunakan USB driver standar[14].

(31)

18

Tabel 2.5 Sepesifikasi Arduino UNO V3 [19].

Mikrokontroler Atmega328p

Tegangan operasi 5V

Tegangan Input (disarankan) 7-12V

Tegangan Input (batas) 6-20V

Pin I / O digital 14 (6 output PWM)

PWM digital I / O 6

Pin Input Analog 6

Arus DC Pin I / O 20mA

Arus DC 3,3V 50 mA

Memori flash 32 KB (Atmega328p) 0,5 kb bootloader

SRAM 2 KB (Atmega328p)

EEPROM 1 KB (Atmega328p)

Kecepatan 16 MHz

LED_BUILTIN 13

Panjang 68,6 mm

Lebar 53,4 mm

Berat 25 g

2.6. DHT-22 Humidity and Temperatur Sensor

Sensor DHT-22 merupakan sensor kelembaban dan suhu relatif yang bekerja menggunakan sensor kelembaban kapasitif dan thermistor untuk mengukur udara di sekitarnya. Adapun proses pembacaan sensor DHT-22 ini adalah dengan membaca hasil keluaran sinyal (output) digital pada pin data yang berupa Suhu kamar dan kelembaban kemudian akan dicetak pada serial monitor pada Arduino IDE dengan menggunakan perangkat keras Arduino uno sebagai mikrokontroller [20].

Gambar 2.6 Sensor DHT-22 [21].

Sensor DHT-22 merupakan sensor digital yang dapat mengukur suhu dan kelembaban udara di sekitarnya. Sensor ini sangat mudah digunakan bersama

(32)

19

dengan mkrokontroller. Sensor DHT-22 termasuk sensor yang memiliki kualitas terbaik karena memiliki tingkat stabilitas yang sangat baik dan mendapatkan fitur kalibrasi yang sangat akurat sehingga ketepatan saat pembacaan tidak dapat diragukan, kemudian dinilai dari respon pembacaan data yang cepat, dan dimensi sensor DHT-22 yang ukurannya kecil, dan dibekali dengan transmisi sinyal hingga 20 meter, akan membuat sensor DHT-22 ini cocok digunakan sebagai aplikasi dalam penelitian pengukuran suhu dan kelembaban [21].

Tabel 2.6 Spesifikasi Sensor DHT-22 [22].

2.7. Alumunium

Alumunium merupakan logam yang memiliki kekuatan yang relatif rendah dan bersifat lunak. Alumunium ditemukan pada tahun 1825 oleh Hans Christian Oersted. Dan baru diakui secara pasti oleh F. Wohler pada tahun 1827 [23].

Aluminium merupakan logam yang bersifat ringan dan memiliki ketahanan korosi yang baik, dan dapat menghantarkan listrik yang baik. Walau alumunium dapat menghantarkan listrik, konduktivitas listriknya berkisar 60% dari logam tembaga, sehingga alumunium juga dapat digunakan untuk peralatan listrik [24].

Model DHT22

Power supply 3.3-6V DC

Sinyal keluaran sinyal digital

Bahan sensor Kapasitor polimer

Rentang pengoperasian kelembaban 0-100% RH ; suhu -40 ~ 80Celsius Akurasi kelembaban + -2% RH; suhu <+ - 0,5Celsius Resolusi sensitivitas Kelembaban 0,1% RH; suhu 0,1Celsius

pengulangan Kelembaban + -1% RH; suhu + -0,2Celsius

Kelembaban hysteresis + -0,3% RH

Stabilitas JangkaPanjang + -0,5% RH / tahun

Periode penginderaan 2s

Dapat digunakan dimana saja Dapat dipertukarkan

Dimensi 14x18x5.5mm

(33)

20

Umumnya logam aluminium biasa dicampurkan dengan beberapa logam lainnya sehingga dapat membentuk jenis aluminium paduan yang di inginkan baik untuk mendapatkan kekuatan atau mendapatkan sifat alumunium yang lebih baik untuk penggunaan dalam kehidupan sehari-hari. Penggunaan Alumunium antara lain untuk proses pembuatan kabel, rangka pesawat terbang, rangka mobil dan berbagai produk peralatan rumah tangga lainnya. sifat penting yang dimiliki oleh Alumunium sehingga banyak digunakan sebagai Material Teknik, diantaranya:

Tabel 2.7 Sifat alumunium

No. Sifat Alumunium

1. Ringan

2. Mudah difabrikasi

3. Tahan korosi dan tidak beracun

4. Penghantar listrik dan panas yang baik (konduktor).

5. Mempunyai kekuatannya rendah, dengan Aluminium paduan bisa meningkatkan sifat mekanisnya.

2.7.1. Alumunium Paduan

Alumunium paduan biasa nya terdiri dari elemen paduan atau campuran yang umum digunakan pada campuran aluminium berupa silikon, magnesium, tembaga, seng, mangan, dan juga lithium. Secara umum proses penambahan logam paduan atau campuran hingga konsentrasi tertentu akan meningkatkan kekuatan tensil dan kekerasan, serta menurunkan titik lebur pada alumunium. [24]

2.7.2. Paduan Aluminium-Seng

Paduan atau campuran logam aluminium dengan logam seng merupakan paduan yang paling terkenal dan umum kita jumpai disekitar kita, biasanya disebut dengan seri 7xxx yang merupakan paduan antara alumunium dengan seng dengan penomoran 7070 hingga 7079 [25]. karena

(34)

21

biasa digunakan sebagai bahan pembuat rangka pesawat terbang. Paduan antara alumunium dan seng sendiri dapat memiliki kekuatan tertinggi jika dibandingkan dengan paduan alumunium dengan logam lainnya, adapun dengan rincian paduan, aluminium murni ditambahkan dengan 5,5% logam seng dapat memiliki kekuatan tensil sebesar 580 MPa dengan elongasi sebesar 11% dalam setiap 50 mm bahan [24].

2.7. Arduino Lilypad

Gambar 2.7 Arduino Lilypad [26].

Arduino Lilypad merupakan mikrontroller single-board yang bersifat open source sama seperti Arduino UNO hanya berbeda pada dimensinya saja, Melihat dari dimensi nya, Arduino Lilypad yang berbentuk lingkaran dan memiliki dimensi yang kecil sehingga dapat digunakan dalam pembuatan robot-robot yang berdimensi kecil. Arduino Liliypad dirancang untuk memudahkan pada penggunaan dalam berbagai bidang. Dapat dilihat pada tabel merupakan spesifikasi dari Arduino Lilypad [26].

Tabel 2.8 Spesifikasi Arduino Lilypad [26].

Mikrokontroler Atmega168 atau Atmega328V Tegangan operasi 2,7 – 5,5 v

Tegangan input 2,7 – 5,5 v

Pin I / O 14 Pin

Saluran PWM 6 Pin

Saluran input analog 6 Pin

(35)

22

Arus DC pin I/O 40 mA

Memori flash 16 KB (2 KB untuk bootloader)

SRAM 1 KB

EEPROM 512 byte

Kecepatan 8 MHz

(36)

23

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1. Waktu dan Tempat Penelitian

Penelitian “Karakterisasi Sensor Kapasitif Touchless Menggunakan Plat Alumunium Berbasis Arduino” ini mulai dilaksanakan selama 3 bulan terhitung

dari November 2019 – Januari 2020, yang bertempat di Laboratorium Fisika, Pusat Laboratorium Terpadu Universitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta, Ir. H. Juanda No.95, Ciputat, Cempaka Putih, Kota Tangerang Selatan, 15412.

3.2. Alat dan Bahan

Alat dan bahan yang digunakan pada penelitian ini adalah sebagai berikut :

Tabel 3.1 Alat dan bahan penelitian

No Alat dan Bahan Jumlah

1 Laptop 2 Unit

2 Arduino UNO 1 Buah

3 Arduino Lilypad 1 Buah

4 Papan Alumunium 4 Buah

5 Ultrasonik HC-SR04 1 Buah

6 DHT-22 1 Buah

7 Resistor 10 MΩ 1 Buah

8 Kabel Jumper Secukupnya

9 Papan PCB 2 Buah

10 Arduino IDE 1 Buah

11 Windows 10 1 Buah

12 Fritzing 1 Buah

3.3. Tahap dan Alur Penelitian

Tahapan penelitian tersebut terdiri dari perancangan alat, pembuatan program, hingga pengujian alat. Adapun tahapan keseluruhan dapat dilihat dari gambar berikut ini:

(37)

24

Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian

3.3.1. Persiapan Penelitian

Pada tahap persiapan ini terjadi proses studi pustaka yang dilakukan untuk mencari informasi terkait sensor kapasitif touchless yang dapat digunakan sebagai bahan referensi dari beberapa buku, dan jurnal ilmiah yang berhubungan dengan penyusunan alat penelitian.

3.3.2. Perancangan dan Pembuatan Alat Penelitian

Pada bagian perancangan dan pembuatan alat penelitian ini terdapat dua buah proses perancangan untuk melakukan “karakterisasi sensor kapasitif touchless (tanpa sentuhan) dengan menggunakan plat alumunium”, yaitu perancangan perangkat keras (hardware), perancangan perangkat lunak (software).

Pada proses perancangan perangkat keras menggunakan beberapa komponen perangkat keras yang akan saling terhubung untuk dapat berjalan dengan baik, penulis menggunakan dua buah Arduino sebagai

Mulai Studi Literatur Perancangan

Alat

Pembuatan Alat

Pembuatan Program

Uji Coba Program

Pengkondisian

Lingkungan Pengujian Alat

Pengambilan Data

Pengolahan Data

Penulisan

Skripsi Selesai

(38)

25

mikrokontroler yang digunakan untuk melakukan pembacaan dan mengendalikan komponen yang terhubung, yaitu mengunakan Arduino UNO untuk menjalankan proses pada pembacaan sensor kapasitif dari plat alumunium, kemudian mengunakan Arduino Lilypad untuk menjalankan sensor DHT-22 untuk mendapatkan variable suhu dan kelembaban, kemudian sensor ultrasonik HC-04 untuk melakukan pengujian respon jarak tangan untuk mengetahui nilai kapasintansi pada sensor kapasitif, dapat dilihat pada gambar berikut.

Gambar 3.2 Rangkaian Sensor Kapasitif

(39)

26

Gambar 3.3 Rangkain Pembaca Ultrasonik dan DHT22

Pada proses perancangan perangkat lunak (software) menggunakan komponen perangkat lunak yang saling terhubung untuk dapat berjalan dengan baik, maka proses ini dirancang menggunakan sebuah perangkat lunak Arduino IDE untuk membaca dan mengendalikan komponen yang terhubung kepada mikrokontroler untuk membaca dua buah Arduino yang digunakan, yaitu mengunakan Arduino UNO untuk menjalankan proses pada sensor kapasitif plat alumunium dan mengunakan Arduino Lilypad untuk menjalankan proses pembacaaan sensor DHT-22 dan Ultrasonik HC- SR04. Berikut ini adalah proses diagram alir dari sistem kerja perangkat luank yang dirancang untuk menjalankan perangkat ini.

(40)

27

Gambar 3.4 Proses kerja program sensor kapasitif

(41)

28

Gambar 3.5 Proses kerja program sensor ultrasonik dan sensor DHT-22

3.3.4. Pengujian Alat

Setelah melakukan proses perancangan dan pembuatan alat penelitian, maka akan dilanjut dengan proses selanjutnya yaitu melakukan tahap

(42)

29

pengujian yang dilakukan secara keseluruhan yang memiliki tujuan untuk mengetauhi karakteristik dan nilai dari sensor kapasitif plat alumunium yang dibuat.

3.3.5. Analisis Data

Pada proses ini merupakan proses mengetahui bagaimana cara kerja dari sensor kapasitif plat alumunium sebagai sensor tanpa sentuhan. Analisa yang dapat dilakukan yaitu dengan cara menganalisa nilai kapasitansi yang tertera pada serial monitor, yang dikeluarkan oleh sensor kapasitif yang menerima respon dari tangan penulis pada saat melakukan pengujian, kemudian mengetahui jarak respon yang ideal terhadap sensor kapasitif plat alumunium, dan mengetahui temperatur optimal agar sensor kapasitif plat alumunium dapat berkerja dengan baik.

3.4. Metode Pengambilan Data

Pada metode pengambilan data pada “uji karakterisasi sensor kapasitif touchless” ini diperoleh dengan cara melakukan beberapa tahapan pengujian, tahapan pertama yaitu dengan cara melakukan pengujian Temperatur lingkungan terhadap sensor kapasitif plat alumunium, kemudian pengujian jarak respon tangan terhadap plat alumunium, dan pengujian terhadap dimensi plat alumunium.

(43)

30

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

Hasil dan pembahasan akan diuraikan tentang hasil perancangan sistem sensor kapasitif touchless serta karakterisasi statik, seperti: pengaruh suhu, pengaruh jarak sensor kapasitif terhadap plat, pengaruh luas plat aluminium, pengulangan (repeatability), linearitas, dan resolusi. Adapun hasil dan pembahasan karakterisasi sensor kapasitif touchless akan dijelaskan lebih detail dalam sub bab di bawah ini.

4.1. Hasil Rancangan Bangun Sistem Sensor Kapasitif Touchless Hardware Hasil Rancangan Bangun Hardware

Telah berhasil dibuat sistem sensor kapasitif touchless dengan menggunakan plat alumunium berbasis andriuno, seperti yang ditunjukan dalam gambar 4.1 di bawah ini :

Gambar 4.1 Rangkaian Sensor Kapasitif

(44)

31

Gambar 4.2 Rangkain Sensor Ultrasonik dan DH-T22

Ganbar 4.3 Hasil Rancang Bangun System Sensor Kapasitif Touchless

Sistem sensor kapasitif touchless menggunakan tiga buah sensor untuk melakukan proses pembacaan, yaitu sensor kapasitif, sensor ultrasonik dan sensor DHT22.

(45)

32

Prinsip kerja dari system sensor kapasitif touchless adalah plat alumunium diletakkan pada meja datar dengan tujuan bagian plat memiliki ketinggian yang sama agar dapat menentukan tingkat akurasinya. Sedangkan, sensor ultrasonik diletakkan pada telapak tangan yang menghadap ke arah plat kapasitif dengan tujuan untuk menentukan jarak yang presisi sesuai dengan gerakan tangan pada saat melakukan proses pengambilan data. Terakhir sensor DHT22 diletakkan berada dibagian lengan dengan tujuan untuk mengukur temperatur dan kelembaban lingkungan realtime pada saat melakukan pengambilan data.

Hasil Rancang Bangun Software

Perancangan software berfungsi sebagai perintah untuk menentukan kerja otomatisasi sensor kapasitif touchless. Ada tiga proses yang terdapat didalam program ini, yaitu: pertama; proses pembacaan sensor kapasitif touchless saat diberikan respon jarak oleh tangan. Kedua; proses pembacaan pada sensor ultrasonik. Sensor ultrasonik dilakukan kalibrasi terlebih dahulu untuk menentukan tingkat akurasi yang sesuai dengan alat ukur yang ada. Adapun proses pembacaan sensor ultrasonik pada saat pergerakan tangan dengan jarak 2 cm sampai dengan 16 cm di atas plat kapasitif. Ketiga; proses pembacaan pada sensor DHT22. Sensor DHT22 dilakukan kalibrasi terlebih dahulu dengan membandingkan data temperatur dan kelembaban dengan alat ukur thermometer untuk menentukan tingkat akurasi. Adapun proses pembacaan Sensor DHT22 pada saat pengambilan data dengan mengukur temperatur dan kelembaban lingkungan secara realtime. Jadi, Penggunaan sensor DHT22 bertujuan untuk mengetahui temperatur dan kelembaban lingkungan secara realtime pada saat melakukan proses pengambilan data.

(46)

33

4.2. Hasil Pengujian Respon Sensor Terhadap Temperatur

Setelah berhasil membuat system sensor kapasitif touchless, selanjutnya malakukan proses pengambilan data pengaruh temperatur lingkungan terhadap nilai kapasitansi. Pengambilan data ini bertujuan untuk dapat menentukan temperatur dan kelembaban lingkungan percobaan yang sesuai untuk sensor kapasitif toucheless.

Pengambilan data dilakukan sebanyak lima kali dengan luas plat tetap (12 Inch), jarak plat terhadap tangan tetap (5 cm) dan variable temperatur lingkungan percobaan (21^oC - 30^oC) serta dalam waktu dan tempat yang sama. Hasil pengukuran nilai kapasitansi terhadap perubahan temperature ditunjukan pada tabel 4.1 ditunjukan di bawah ini.

Tabel 4.1 Respon Sensor Terhadap Temperatur Lplat

(Inch) Tr (ᵒC)

Tp (ᵒC)

Humidity (%)

Kec Resp (ms)

Jarak (cm)

Kapasitansi (a.u)

12 30 30 82.86 461 5 7965.88

12 29 29 79.78 524 5 6097.514

12 28 28 77.20 503 5 4438.166

12 27 27 73.32 420 5 3282.366

12 26 26 69.13 520 5 2590.115

12 25 25 67.50 416 5 2458.57

12 24 24 65.48 366 5 2123.9

12 23 23 63.52 300 5 2060.322

12 22 22 61.61 246 5 1998.369

12 21 21 56.68 228 5 1838.461

Berdasarkan tabel 4.1 menunjukan bahwa temperatur sangat berpengaruh terhadap kinerja sensor kapasitif touchless, dimana semakin tinggi suhu lingkungan maka semakin tinggi juga nilai kapasitansi yang dihasilkan oleh sensor kapasitif touchless tersebut. Sedangkan waktu yang dibutuhkan sensor untuk ditampilkan ke laptop yang biasa disebut kecepatan respon menunjukan

(47)

34

data yang fluktuatif. Terlihat pada table 4.1 dari suhu (21 – 26)ôC menunjukan kecepatan respon menaik, dan pada suhu 27 ôC mengalami penurunan, selanjutnya pada suhu (28-29)ôC mengalami kenaikan kembali dan pada suhu 30ôC mengalami penurunan kecepatan respon. Hal ini diduga akibat salah satu komponen elektronik yang ada di andriuno mengalami panas yang berakibat penurunan kinerja andriuno sendiri.

4.3. Hasil Pengamatan Nilai Kapasitif Terhadap Pengaruh Jarak

Bagaian ini akan di jelaskan hasil pengujian pengaruh jarak sensor terhadap plat aluminium. Berdasarkan hasil pengujian respon sensor terhadap pengaruh temperatur menunjukan bahwa sensor kapasitif bekerja pada temperatur (25 – 30)

oC. Jadi, pengamatan pengaruh jarak terhadap plat menggunakan tempertur sekitar 28 ^oC. Dengan memvariasikan luas plat (A), yaitu: (13 Inch = 551,61 cm), (12 Inch = 466,55 cm), (10 Inch = 311,6 cm), dan (8 Inch = 187 cm). Serta memvariasikan jarak respon (d) sensor terhadap plat kapasitif masing-masing (2 – 16) cm. Hasil Pengamatan akan dijelaskan lebih detail pada sub bab di bawah ini.

4.3.1. Hasil Pengaruh Jarak Terhadap Luas Plat 13 Inch

Hasil pengamatan nilai kapasitansi dengan luas plat 13 Inch, pada temperature 28 ^oC dan variasi jarak (2 cm - 16 cm) dengan penambahan jarak sensor terhadap plat sebesar 1 cm. Hasil pengamatan ditunjukan dalam tabel 4.4 di bawah ini :

(48)

35

y = 11066x + 1718.3 R² = 0.7488 0

1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000

0 0.2 0.4 0.6

Kapasitansi

Jarak (cm)

Fitting Regresi Linear 1/x

(a) (b)

Grafik 4.4 (a) Pengaruh jarak terhadap luas plat 13 Inch; (b) Hasil fitting regresi untuk luas plat 13 Inch

Berdasarkan hasil pengamatan yang ditunjukan pada grafik 4.4 (a) dengan luas plat 13 inch menunjukan bahwa pada jarak (2-6) cm respon sensor linier. Ini menunjukan bahwa daerah kerja sensor berada pada rentang tersebut. Artinya sensor memberikan respon pada jarak (2-6) cm. Sedangkan pada jarak (6-16) cm menunjukan nilai kapaistif fluktuasi disini bisa dikatakan terjadi saturasi (konstan), artinya sensor tidak dapat bekerja pada daerah tersebut. Nilai kapasitif fluktuasi pada daerah (7-16) cm diduga kuat disebabkan oleh luas plat lebih besar dari luas tangan sehingga ada pengaruh permaebilitas udara. Permaebilitas udara ini yang mengakibatkan nilai kapasitansi naik turun.

Pengaruh jarak terhadap plat pada daerah (2-6) cm menunjukan nilai kapasitansi (C) menurun secara linier seiring dengan penambahan jarak. Dengan kata lain bahwa semakin besar jarak (d) maka semakin kecil nilai kapasitansi (C) yang dihasilkan oleh system sensor kapasitif. Hasil ini diperkuat dengan fitting regresi linier (1/x) yang dintunjukan pada grafik 4.4.(b), yaitu: y = - 11066 x +

(49)

36

y = 10074x + 1189.4 R² = 0.8861

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000

0 0.2 0.4 0.6

Kapasitansi

Jarak (cm)

1718,3 dengn tingkat kepercayaan 0,7488. Hal ini juga sesuai dengan persamaan 2-7bahwa kapasitif sama dengan luas plat dibagi dengan jarak (𝐶 = ^𝐴_𝑑 ) makna fisisnya adalah nilai kapasitansi berbanding terbalik terhadap jarak, yaitu semakin besar jarak (d) maka semakin kecil nilai kapasitansi (C).

(a) (b)

Hasil pengamatan nilai kapasitansi dengan luas plat 12 Inch, pada temperature 28,5 ^oC dan variasi jarak (2 – 16) cm dengan penambahan jarak sensor terhadap plat sebesar 1 cm ditunjukan dalam tabel 4.5. Hasil pengamatan menunjukan bahwa pada jarak (2-6) cm terjadi linieritas seperti yang ditunjukan pada grafik 4.5.(a). Daerah linier menunjukan daerah kerja sensor, artinya sensor memberikan respon pada jarak tersebut. Sedangkan pada jarak (7-8) cm terjadi

(50)

37

y = 9623.1x - 9.1109 R² = 0.8949

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000

0 0.2 0.4 0.6

Kapasitansi

Jarak (cm)

saturasi (konstan). Sementrar untuk jarak (9-15) terjadi linieritas kedua dan jarak (15-16) cm terjadi saturasi (konstan). Nilai kapasitif pada jarak (7-16) cm menunjukan ada daerah yang linieritas kedua, akan tetapi daerah ini bukan daerah kerja sensor. Nilai kapasistif pada jarak tersebut dipengaruhi oleh permaebilitas udara yang tidak tertutup oleh tangan.

Pengaruh jarak terhadap plat pada jarak (2-6) cm menunjukan nilai kapasitansi (C) menurun secara linier seiring dengan penambahan jarak. Dengan kata lain bahwa semakin besar jarak (d) maka semakin kecil nilai kapasitansi (C) yang dihasilkan. Hal ini sesuai dengan persamaan 2.7 bahwa kapasitif sama dengan luas plat dibagi dengan jarak (𝐶 =^𝐴_𝑑 ) makna fisisnya adalah nilai kapasitansi berbanding terbalik terhadap jarak, yaitu semakin besar jarak (d) maka semakin kecil nilai kapasitansi (C). Oleh karena itu, Hasil tersebut dilakukan fitting regresi linier (1/x) yang dintunjukan pada grafik 4.5.(b). Hasil fitting regresi linier memperkuat hasil eksperimen, yaitu: y = 10074 x + 1189,4 dengn tingkat kepercayaan 0,8861.

(a) (b)

Grafik 4.6 (a) Pengaruh jarak terhadap

(51)

38

luas plat 10 Inch; (b) Hasil fitting regresi untuk luas plat 10 Inch

Hasil pengamatan nilai kapasitansi dengan luas plat 10 Inch, pada temperature 28,15 ^oC dan variasi jarak (2-16) cm dengan penambahan jarak sensor terhadap plat sebesar 1 cm. Hasil pengamatan menunjukan bahwa pada jarak (2-10) cm terjadi linieritas seperti yang ditunjukan pada grafik 4.6.(a).

Daerah ini merupakan daerah kerja sensor, artinya sensor memberikan respon pada daerah tersebut. Sedangkan pada jarak (11-16) cm menunjukan terjadi saturasi (konstan), ini artinya sensor tidak dapat bekerja pada daerah tersebut.

Pengaruh jarak terhadap plat pada daerah (2–10) cm menunjukan nilai kapasitansi (C) menurun secara linier seiring dengan penambahan jarak. Dengan kata lain bahwa semakin besar jarak (d) maka semakin kecil nilai kapasitansi (C) yang dihasilkan. Hasil ini diperkuat dengan fitting regresi linier (1/x) yang dintunjukan pada grafik 4.6.(b), yaitu: y = 9623 x + 9,1109 dengn tingkat kepercayaan 0,8949. Hal ini sesuai dengan persamaan 2-7bahwa kapasitif sama dengan luas plat dibagi dengan jarak (𝐶 =^𝐴_𝑑 ) makna fisisnya adalah nilai kapasitansi berbanding terbalik terhadap jarak, yaitu semakin besar jarak (d) maka semakin kecil nilai kapasitansi (C).

Hasil pengamatan nilai kapasitansi dengan luas plat 8 Inch, pada temperature 28,20 ^oC dan variasi jarak (2 cm - 16 cm) dengan penambahan jarak sensor terhadap plat sebesar 1 cm. Hasil pengamatan ditunjukan dalam gambar 4.7 di bawah ini :

(52)

39

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000

0 5 10 15 20

Kapasitansi (a.u)

Jarak (cm)

Plat 8 Inch

(a) (b)

Berdasarkan hasil pengamatan yang ditunjukan pada gambar 4.7.(a) bahwa pada jarak (2-15) cm terjadi linieritas. Daerah ini merupakan daerah kerja sensor, artinya sensor memberikan respon pada daerah tersebut. Sedangkan pada jarak (15-16) cm terjadi saturasi (konstan), yang artinya sensor tidak dapat bekerja pada daerah tersebut.

Pengaruh jarak terhadap plat aluminium pada daerah (2-15) cm menunjukan nilai kapasitansi (C) menurun secara linier seiring dengan penambahan jarak. Dengan kata lain bahwa semakin besar jarak (d) maka semakin kecil nilai kapasitansi (C) yang dihasilkan. Hasil ini diperkuat dengan fitting regresi linier (1/x) yang dintunjukan pada gambar 4.7.(b), yaitu: y = 8899,4 x + 244,45 dengn tingkat kepercayaan 0,8352. Hal ini sesuai dengan persamaan 2-7 bahwa kapasitif sama dengan luas plat dibagi dengan jarak (𝐶 =^𝐴_𝑑 ) makna

y = 7999.6x + 163.41 R² = 0.9491

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500

0 0.2 0.4 0.6

Kapasitansi (a.u)

Jarak (cm)