PERANCANGAN PROTOTYPE SISTEM PENGENDALIAN KETINGGIAN AIR MENGGUNAKAN SENSOR EFEK HALL BERBASIS MIKROKONTROLER ATmega16.pdf

PERANCANGAN PROTOTYPE SISTEM PENGENDALIAN

KETINGGIAN AIR MENGGUNAKAN SENSOR EFEK HALL

BERBASIS MIKROKONTROLER ATmega16

Oleh

NIDAUL MUIZ AUFA

H1E009031

KEMENTERIAN PENDIDIKAN DAN KEBUDAYAAN

UNIVERSITAS JENDERAL SOEDIRMAN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNIK

JURUSAN MIPA PROGRAM STUDI FISIKA

PURWOKERTO

2014

i



BERBASIS MIKROKONTROLER ATmega16

SKRIPSI

Oleh

NIDAUL MUIZ AUFA

H1E009031

Sebagai Salah Satu Persyaratan untuk Memperoleh Gelar Sarjana Strata Satu (S1)

Program Studi Fisika pada Jurusan MIPA

Fakultas Sains dan Teknik Universitas Jenderal Soedirman

KEMENTERIAN PENDIDIKAN DAN KEBUDAYAAN

UNIVERSITAS JENDERAL SOEDIRMAN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNIK

JURUSAN MIPA PROGRAM STUDI FISIKA

PURWOKERTO

2014

iii

PERNYATAAN

Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi yang berjudul :



BERBASIS MIKROKONTROLER ATmega16 adalah benar

merupakan hasil karya saya sendiri dan semua sumber data serta informasi

yang digunakan telah dinyatakan secara jelas dan dapat diperiksa

kebenarannya.

Bila pernyataan ini tidak benar, maka saya bersedia menerima sanksi pencabutan

gelar kesarjanaan yang telah saya peroleh.

Skripsi ini terdaftar dan tersedia di perpustakaan Program Studi Fisika dan

terbuka untuk umum dengan ketentuan bahwa hak cipta ada pada Penulis dengan

mengikuti aturan yang berlaku di Universitas Jenderal Soedirman. Referensi

kepustakaan diperkenankan dicatat, tetapi pengutipan atau peringkasan hanya

dapat dilakukan seizin penulis dan harus disertai dengan kebiasaan ilmiah untuk

menyebutkan sumbernya.

Purwokerto, 30 Mei 2014

Nidaul Muiz Aufa

H1E009031

iv

KATA PENGANTAR

Seperti yang telah kita ketahui, kebutuhan air dalam mendukung kelangsungan

hidup manusia memegang peranan yang sangat penting. Air sebagai penuhan

kebutuhan konsumsi cairan tubuh dan sebagai sebuah bencana alam yang dapat

membahayakan kelangsungan hidup manusia. Oleh sebab itu, sangat diperlukan

alat yang dapat mendeteksi ketersediaan air disuatu wilayah yang tersimpan pada

bendungan. Skripsi ini membahas pembuatan prototype sistem sensor pendeteksi

dan pengendalian ketinggian permukaan air. Sistem ini diharapkan dapat

diterapkan dan mampu mengendalikan ketinggian permukaan air pada bendungan

secara otomatis.

Skripsi ini terdiri atas 5 bab. BAB I PENDAHULUAN membahas

mengenai pentingnya dirancang sebuah sistem untuk mendeteksi ketinggian

permukaan air pada bendungan dan pengendaliannya beserta beberapa penelitian

yang sebelumnya. BAB II TINJAUAN PUSTAKA membahas teori yang

mendasari pembuatan prototype sistem pendeteksi dan mengendalian ketinggian

air. BAB III METODE PENELITIAN membahas metode yang digunakan agar

sistem sensor dapat mendeteksi perubahan dan merespon perubahan ketinggian air

dan cara mengkarakterisasi sistem sensor. BAB IV HASIL DAN

PEMBAHASAN membahas sistem sensor yang telah dibuat beserta karakterisasi

sistem sensor. BAB V KESIMPULAN DAN SARAN membahas ringkasan dari

tujuan yang telah dicapai dan saran-saran untuk penelitian lanjutannya.

Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna. Semoga

skripsi ini bisa menambah wawasan bagi mahasiswa fisika lainnya dan bisa

memunculkan ide-ide baru yang bermanfaat. Kritik dan saran sangat penulis

perlukan demi perbaikan selanjutnya.

Penulis menyadari skripsi ini masih jauh dari sempurna, masih banyak terdapat

kekurangan dan kekeliruan. Namun, penulis berharap semoga skripsi ini dapat

menambah wawasan pengetahuan fisika dan ide-ide baru bagi mahasiswa fisika.

v

UCAPAN TERIMA KASIH

Assalamualaikum Wr. Wb.

Puji syukur penulis panjatkan atas kehadirat Allah SWT yang telah

melimpahkan rahmat dan hidayah-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan

skripsi yang berjudul PERANCANGAN PROTOTYPE SISTEM

PENGENDALIAN KETINGGIAN AIR MENGGUNAKAN SENSOR EFEK

HALL BERBASIS MIKROKONTROLER ATmega16. Skripsi ini disusun

sebagai salah satu syarat memperoleh gelar sarjana di Program Studi Fisika,

Jurusan MIPA, Fakultas Sains dan teknik, Universitas Jenderal Soedirman.

Penulis menyadari sepenuhnya bahwa skripsi ini dapat diselesaikan berkat

dorongan dan bantuan dari berbagai pihak. Pada kesempatan ini penulis ingin

mengucapkan terima kasih kepada :

1. Bapak Sapta Rahmadi Widodo, Alief Sukma Abi Perwira serta keluarga di

Tegal dan Ngawi yang selalu memberikan dukungan dan doa kepada penulis.

2. Hartono M.Si selaku Pembimbing I dan Moderator dalam seminar, atas

bimbingan dan memberikan masukan.

3. Farzand Abdullatif, M.Si selaku Pembimbing II, atas bimbingan dan

arahannya.

4. Agus yanto, M.Si selaku Penelaah yang telah memberikan masukan dan saran

dalam penulisan skripsi ini.

5. Dr. Eng Mukhtar Effendi selaku Pembimbing Akademik yang selalu

membimbing penulis selama masa perkuliahan.

6. Jamrud Aminuddin, M.Si selaku penguji skripsi yang telah mengevaluasi

penulisan skripsi ini.

7. Seluruh Dosen Pengajar dan Staff Administrasi Program Studi Fisika yang

tidak bisa saya sebutkan satu per satu.

8. Rekan-rekan Komunitas elins (lingga, evi, tomo) atas kerjasamanya dalam

menyelesaikan tugas akhir ini.

9. Rekan-rekan Komunitas material (sukron, ajun, fikar) atas kerjasamanya

dalam menyelesaikan tugas akhir ini.

vi

10. Rekan-rekan Komunitas geofisika (ega, fakih, candra, subhi, nendra, yulia)

atas kebersamaan dan berbagi semangat.

11. Keluarga besar MAMIRA La Grande Volata yang telah bersama belajar

tentang arti kehidupan di alam Indonesia.

Purwokerto, 30 Mei 2014

Nidaul Muiz Aufa

NIM. H1E009031

vii

DAFTAR ISI

Halaman

LEMBAR PENGESAHAN............................................................................ ii

PERNYATAAN .............................................................................................. iii

KATA PENGANTAR .................................................................................... iv

UCAPAN TERIMA KASIH ......................................................................... v

DAFTAR ISI ................................................................................................... vii

DAFTAR GAMBAR ...................................................................................... viii

DAFTAR TABEL .......................................................................................... ix

DAFTAR LAMPIRAN .................................................................................. x

DAFTAR SINGKATAN DAN NOTASI ...................................................... xi

ABSTRAK ...................................................................................................... xii

ABSTRACT ..................................................................................................... xiii

BAB I PENDAHULUAN ............................................................................... 1

1.1 Latar Belakang ...................................................................................... 1

1.2 Rumusan Masalah ................................................................................. 2

1.3 Batasan Masalah .................................................................................... 3

1.4 Tujuan Penelitian ................................................................................... 3

1.5 Manfaat Penelitian ................................................................................. 3

BAB II TINJAUAN PUSTAKA .................................................................... 4

2.1 Efek Hall ................................................................................................ 4

2.2 Sensor Efek Hall .................................................................................... 6

2.3 Sistem Konversi ..................................................................................... 7

2.4 Hukum Archimedes ............................................................................... 10

BAB III METODE PENELITIAN................................................................ 12

3.1. Karakterisasi Sensor Efek Hall (UGN 3503)........................................ 13

3.2. Pembuatan Prototype Sistem Sensor..................................................... 13

3.2.1. Lengan Apung ............................................................................ 14

3.2.2. Sistem Konversi ......................................................................... 15

3.3 Pembuatan Program Mikrokontroler ................................................... . 15

3.4 Pengambilan Data.................................................................................. 20

3.5 Karakterisasi Sistem Sensor................................................................... 20

3.5.1. Tahap Kalibrasi .......................................................................... 20

3.5.2. Tahap Karakterisasi Sistem ........................................................ 20

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ....................................................... 26

4.1 Karakterisasi Sensor Efek Hall .............................................................. 26

4.2 Pembuatan Prototype Sistem Sensor ..................................................... 27

4.3 Pengambilan Data .................................................................................. 29

4.4 Pembuatan Program Mikrokontroler ..................................................... 30

4.5 Kalibrasi dan Karakterisasi Sistem ........................................................ 33

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ......................................................... 38

5.1 Kesimpulan ............................................................................................ 38

5.2 Saran ...................................................................................................... 38

DAFTAR PUSTAKA ..................................................................................... 39

LAMPIRAN .................................................................................................... 41

RIWAYAT HIDUP ........................................................................................ 71

viii

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1 Skema aliran arus listrik pada pelat a.tanpa medan listrik,

b. dipengaruhi medan listrik ..................................................... 4

Gambar 2.2 Mekanisme efek hall ................................................................. 5

Gambar 2.3 a. Betuk fisik sensor efek hall dengan 3 pena komponen,

b. Skemakerja sensor efek hall ................................................. 7

Gambar 2.4 a. tampilan pin UGN3503, b. blok diagram fungsi UGN3503 7

Gambar 2.5 Sistem roda gigi ideal .............................................................. 8

Gambar 2.6 Konfigurasi sistem roda satu poros.......................................... 9

Gambar 2.7 Peristiwa berkaitan dengan hukum achimedes ........................ 10

Gambar 3.1 Diagram blok sistem pengendalian ketinggian air .................. 12

Gambar 3.2 Mekanisme karakterisasi sensor efek hall UGN3503 .............. 13

Gambar 3.3 Rancangan sistem pemantau ketinggian air ............................. 14

Gambar 3.4 Rancangan lengan apung ......................................................... 14

Gambar 3.5 Sistem konversi mekanik ......................................................... 15

Gambar 3.6 Konfigurasi pin ATmega16 ..................................................... 16

Gambar 3.7 Skema LCD 16 x 2 .................................................................. 17

Gambar 3.8 a. Buzzer 15 volt, b. Relay double 8 pin .................................. 17

Gambar 3.9 Diagram alir logika program sistem pengendalian ketinggian

air............................................................................................. 19

Gambar 3.10 Diagram alir pelaksanaan penelitian ........................................ 25

Gambar 4.1 Grafik Antara xo dengan VH .................................................... 26

Gambar 4.2 Prototype Sistem pengendali ketinggian air ............................ 27

Gambar 4.3 a. Sistem konversi, b. Lengan apung ....................................... 28

Gambar 4.4 Sistem Mikrokontroler ............................................................. 29

Gambar 4.5 Grafik hubungan ketinggian air H naik dan turun dengan

tegangan hall VH ..................................................................... 30

Gambar 4.6 Blok aturan pemprograman menggunakan Bascom avr .......... 31

Gambar 4.7 Grafik fungsi kalibrasi sistem sensor ....................................... 34

Gambar 4.8 Grafik kestabilan sensor .......................................................... 36

Gambar 4.9 Waktu respon sistem sensor..................................................... 37

ix

DAFTAR TABEL Halaman

Tabel 4.1 Alat dan Bahan .............................................................................. 24

Tabel 4.2 Data Rata-rata Fungsi Kalibrasi Sistem Sensor ............................ 33

Tabel 4.2 Karakterisasi Statis pada Ketinggian 10, 15, 20 cm ...................... 34

x

DAFTAR LAMPIRAN Halaman

LAMPIRAN I Data Karakterisasi Sensor Efek Hall UGN 3503 .............. 41

LAMPIRAN II Data Sistem Sensor ........................................................... 44

LAMPIRAN III Data Hasil Karakterisasi Statis Sistem Sensor .................. 50

LAMPIRAN IV Listing Program Lengkap .................................................. 52

LAMPIRAN V Perumusan Sistem Konversi ............................................. 58

LAMPIRAN VI Data sheet UGN 3503 ....................................................... 61

LAMPIRAN VII Dokumentasi penelitian ...................................................... 68

xi

DAFTAR SINGKATAN DAN NOTASI

ISTILAH

IC : Integrated Circuit

: voltage inputs of IC

LCD : Liquid Crystal Display

LED : Light Emiting Diode

ADC : Analog to Digital Converter

AVR : Alf and Vegard RISC

DC : Direct Current

NOTASI

q : muatan listrik

I : Arus listrik (Ampere)

B : Induksi magnet (SI unit: Tesla, cgs unit: gauss, konversi: 1 T=10-3

gauss)

V : Tegangan listrik (Volt)

VH : Tegangan hall (Volt)

d : Tebal bahan sampel (meter)

v : kecepatan (SI unit: m/s)

Rh : Tetapan hall

: Kecepatan sudut

: Rapat bahan ( Kg/m3)

W : Berat benda (Newton)

: Torsi (Nm : Newton meter)

: Pergeseran sudut ( SI unit: derajat ( ), cgs unit: radian)

: Akar kuadrat

xii

ABSTRAK

Pengukuran ketinggian air diperlukan dalam bidang pengairan untuk mengetahui

tinggi muka air. Pada penelitian ini telah dilakukan karakterisasi sensor magnetik

Efek-Hall tipe UGN3503 sebuah sensor magnetik semi konduktor dan aplikasinya

sebagai sistem pengendalian ketinggian air berbasis mikrokontroler ATmega16.

Karakterisasi dilakukan dengan mendekatkan sensor UGN3503 pada sumber

magnet permanen. Setelah dilakukan karakterisasi keluaran sensor terhadap jarak

sumber, selanjutnya sistem diimplementasikan untuk mengukur ketinggian

permukaan air. Perubahan ketinggian permukaan air akan menyebabkan sistem

konversi yang terdiri dari roda gigi tipe SG-05 dan SG-06 merubah jarak antara

sensor UGN3503 dengan magnet permanen. Mikrokontroler ATmega16

digunakan untuk mengolah hasil konversi tersebut untuk kemudian ditampilkan

dalam LCD 16 x 2 , menyalakan dan mematikan relay pompa air untuk mengatur

ketinggian permukaan air. Prototype sistem ini dilengkapi dengan buzzer sebagai

sinyal peringatan saat ketinggian air medekati batas maksimum. Dari pengujian

yang dilakukan telah diketahui bahwa sistem yang telah dibuat memiliki sifat

keluaran tegangan yang tidak linier terhadap magnet permanen. Prototype sistem

memiliki sensitivitas 0,01 volt/cm dengan rentang pengukuran berkisar antara 0

sampai dengan 28 cm.

Kata kunci: Efek Hall, ATmega16, UGN3503, sistem pengendalian ketinggian

air.

xiii

ABSTRACT

Measurement of water level in the irrigation needed to know high waters.

Characterization Hall- effect magnetic sensor type UGN3503 and its application

as the water level control system based microcontroller ATmega16 have been

done . Characterisation done by drawing near sensor of UGN 3503 with source of

permanent magnet. Then next step is implemented system to measure the height

of the water surface. Changes in water surface elevation will cause a conversion

system consisting of a gear type SG- 05 and SG- 06 to change the distance

between the sensor UGN3503 with permanent magnets . The result is processed

by ATmega16 microcontroller to later appear in the LCD 16 x 2 character , turn

on and off the water pump relay to set the height of the water surface. Prototype

system is equipped with a buzzer as a warning signal when the water level

approaching maximum limit. This water level control system has been realized

and work (can measuring equal to the reference). The height of water surface

witch measurable is 1 - 28 cm with 1 cm accuracy scale.

Keywords: Hall Effect, ATmega16, UGN3503, water level control system.

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Ketinggian permukaan air pada suatu tempat penampungan air, misalnya waduk,

merupakan hal yang perlu diperhatikan. Waduk dan bendungan memiliki peran

untuk menampung volume air yang besar. Perubahan kecil pada ketinggian air

akan memberikan dampak perubahan volume air yang cukup besar karena area

waduk dan bendungan yang luas. Pemantauan ketinggian air menjadi sangat

penting apabila curah hujan mulai tinggi, karena ketinggian permukaan air di

bendungan akan bertambah. Begitu saat curah hujan rendah maka pemantauan

tingkat ketersediaan air perlu diperhatikan, dengan cara melihat ketinggian

permukaan air pada waduk.

Ketinggian permukaan air dapat diketahui dengan beberapa cara yaitu dengan

cara tradisional dan cara modern. Sebelum ditemukannya inovasi cara modern,

pengukuran ketinggian permukaan air dilakukan dengan menempelkan batang

berskala pada dinding. Cara tradisional ini memiliki kelemahan yaitu skala yang

ada pada batang pengukur sulit untuk dibaca dengan jelas apabila keadaan air

tidak tenang dan pencahayaan kurang. Sehingga memungkinkan keterlambatan

dalam memberikan informasi bahaya kepada masyarakat.

Penggunaan metode modern dengan memanfaatakan teknologi yang telah

berkembang akan dapat memimalisasi tingkat kesalahan pembacaan skala dan

keterlambatan pemberian peringatan kepada masyarakat. Hingga kini teknologi

pendeteksi ketinggian air masih berkembang. Penelitian yang pernah dilakukan

menggunakan tranduser ultrasonik (Saumi dan Irhamni, 2009), (Fajar, 2009) dan

(Tegar dan Rizky, 2011), elektroda resistansi (Zuly dan Eddy, 2010) dan

(Wiranto, 2008). Pendeteksi ketinggian air menggunakan tranduser ultrasonik

sudah banyak dikembangkan, namun komponen-komponen yang digunakan

belum efektif, daya pancaran yang relatif lebih dekat serta menggunakan

rangkaian-rangkaian elektronika yang rumit. Pemanfaatan elektroda resistansi

2

sebagai pendeteksi ketinggian permukaan air masih berupa pembatasan tingkat

ketinggian air (level), sehingga tidak dapat mendeteksi perubahan ketinggian air

secara kontinu.

Pada penelitian ini akan diterapkan sistem dengan menanamkan sebuah benda

bermassa yang dapat terapung di permukan air sebagai pendeksi utama perubahan

ketinggian air. Deteksi secara mekanik ini akan diteruskan melalui perangkat

sistem konversi yang terhubung dengan sensor efek hall sehingga menghasilkan

tegangan hall. Tegangan hall inilah yang akan digunakan sebagai masukan ke

dalam sistem otomatisasi pintu air bendungan.

Penelitian ini difokuskan pada pembuatan sistem pengendalian ketinggian air

dan peringatan dini yang bertujuan untuk memberikan informasi bencana terhadap

masyarakat atau pihak terkait sehingga dapat mempersiapkan diri dan

meminimalisasi korban jiwa. Piranti elektronika yang dipakai di dalam sistem ini

adalah sistem mikrokontroler dan sensor efek hall UGN3503. Mikrokontroler

difungsikan sebagai pemberi perintah eksekusi melalui fungsi logika yang telah

ditanamkan di dalamnya. Sensor efek hall UGN3503 bekerja sebagai pengubah

besaran mekanik menjadi tegangan sebagai input mikrokontroler. Sistem sensor

ini juga dapat digunakan pada pemantau ketinggian air sebagai solusi

permasalahan intrusi air laut dan ketersediaan air tanah .

1.2. Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang penelitian di atas, maka dirumuskan beberapa masalah

yang ingin diteliti dalam penelitian tugas akhir ini, yaitu:

1. Bagaimana membuat sistem konversi ketinggian permukaan air menjadi

sinyal digital sebagai inputan sistem otomatisasi.

2. Bagaimana memprogram mikrokontroler agar dapat mengatur tinggi

permukaan air dengan sebuah sensor yang dapat membaca ketinggian

permukaan air pada penampungan air.

3

1.3. Batasan Masalah

Dalam penelitian ini peralatan yang dirancang terbatas pada pembuatan prototype

sistem pengendalian ketinggian air skala laboratorium.

1.4. Tujuan Penelitian

Berdasarkan rumusan permasalahan di atas, tujuan dari penelitian ini adalah:

1. Membuat model sederhana skala laboratorium sistem alat pengendali

ketinggian permukaan air menggunakan sensor efek hall berbasis

Mikrokontroler ATmega16.

2. Melakukan pemrograman terhadap mikrokontroler sehingga dapat

memberikan peringatan dan kontrol terhadap ketinggian air di wilayah

tersebut.

3. Melakukan karakterisasi sistem meliputi waktu respon, histerisis,

sensitivitas, threshold, resolusi, offset, bias, presisi, akurasi, error.

1.5. Manfaat Penelitian

Berdasarkan tujuan penelitian, manfaat yang diharapkan dari penelitian ini adalah:

1. Sebagai salahsatu sistem pengendali ketinggian air yang dapat

menggantikan peranan manusia dalam pengawasan perubahan ketinggian

air di suatu wilayah.

2. Sebagai sistem peringatan dini terhadap bencana banjir pada wilayah

penanaman sistem.

4

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Efek Hall

Pada tahun 1879 E. H. Hall mengamati efek yang kemudian disebut efek hall. Dia

menemukan sifat khusus dari tembaga dan kemudian semikonduktor yang

lainnya. Bahan-bahan tersebut dapat menghasilkan tegangan dalam medan

magnet. Inilah sifat utama dari germanium dan iridium. Efek hall sebenarnya

digunakan untuk wattmeter dan gaussmeter, dan sekarang juga digunakan untuk

aplikasi sensor jarak (proximity sensor). Efek Hall terjadi ketika konduktor

pembawa arus tertahan pada medan magnet, medan memberi gaya menyamping

pada muatan-muatan yang mengalir pada konduktor (Tipler, 1991).

(a)

(b)

Gambar 2.1 Skema aliran arus listrik pada pelat (a) tanpa medan listrik (b)

dipengaruhi medan listrik B

5

Efek hall terjadi karena gaya lorentz yang timbul pada sebuah penghantar

berbentuk pelat yang dialiri arus I . Pada Gambar 2.1 terlihat bahwa muatan

positif bergerak lurus menuju arah sumbu-x positif, sedangkan muatan negatif

bergerak lurus berlawanan arah dengan muatan positif atau menuju sumbu-x

negatif. Distribusi muatan di kedua sisi konduktor sama sehingga tidak ada beda

potensial V pada ujung-ujung pelat konduktor pada sumbu-y. Apabila pelat

konduktor diberi medan magnet B pada arah sumbu-z positif, maka muatan pada

pelat penghantar akan mengalami gaya lorentz (Halliday dan Resnick,

2008), (Giancoli, 2001) dan (Fraden, 1996). Muatan positif akan mengalami gaya

lorentz kearah sumbu-y negatif dan sebaliknya muatan negatif mengalami gaya

lorentz ke arah sumbu-y positif. Muatan-muatan yang berlawanan akan

terdistribusi pada sisi yang berlawanan, sehingga timbul medan listrik dan beda

potensial pada penghantar. Besarnya beda potensial ini merupakan tegangan hall

(VH).

Gambar 2.2 Mekanisme efek hall

Dalam semua kasus sensor efek hall akan menghasilkan tegangan (VH)

secara linier dengan perubahan nilai medan magnet yang mengenainya. Hal ini

dapat dilakukan dengan menggerakkan magnet atau mengubah garis medan

magnet tetapi nilai dari tegangan hall tidak bergantung pada pergerakan

magnetnya namun bergantung pada medan magnetnya. Gambar 2.2

6

menunjukkan bagaimana efek hall bekerja. Sumber tegangan eksternal digunakan

untuk menghasilkan arus (I) pada bahan konduktor. Tegangan output (VH)

melewati bagian dari semikonduktor secara tegak lurus dengan arah arus. Ketika

medan magnet didekatkan maka muatan negatif akan dibelokkan ke satu sisi

untuk menghasilkan tegangan (VH). Tegangan hall dalam suatu bahan konduktor

yang mempunyai tebal d dituliskan (Sumedi.dkk, 1996)

d

IB

neVH

1 ( 2.1)

Faktor

ne

1 yang nilainya bergantung pada jenis bahan konduktor disebut

tetapan Hall hR . Maka, persamaan (2.1) dapat dituliskan sebagai

d

IBRV hH (2.2)

dengan I adalah arus yang mengalir dalam pelat konduktor (Ampere), B besarnya

medan magnetik (Tesla), Rh konstanta yang bergantung pada material, dan d tebal

pelat konduktor (meter). Persamaan (2.2) menyatakan bahwa HV sebanding

dengan I dan B. Jika I konstan, HV sebanding dengan kuat medan magnetik (B).

2.2 Sensor Efek Hall

Semua peralatan efek hall diaktifkan oleh adanya medan magnetik. Medan

magnetik mempunyai dua karakteristik yang penting yaitu densitas fluks dan

polaritas. Untuk pengoperasiannya, garis fluks magnetik harus tegak lurus pada

permukaan paket sensor dan harus memiliki polaritas yang tepat. Sensor efek hall

yang lengkap dapat dibeli dalam bentuk IC. Salah satu contohnya adalah allegro

UGN -3503U yang merupakan tipe sensor efek hall linier.

7

(a) (b)

Gambar 2.3 (a) Bentuk sensor hall dengan 3 pena komponen, (b) skema

kerja sensor efek hall

IC ini memiliki tiga pena komponen internal yang terdiri atas elemen

sensor efek hall, amplifier dan buffer dalam satu chip. Sensor ini memberikan

tegangan keluaran yang sebanding dengan kuat medan magnetik. Keluaran sensor

pada saat medan magnetik masukannya 0 gauss adalah setengah dari Vcc. Untuk

medan positif (kutub selatan), semakin besar medan maka tegangan keluarannya

juga semakin besar dan untuk medan negatif (kutub utara), semakin besar medan

maka tegangan keluarannya semakin kecil.

Gambar 2.4 (a) Tampilan pin UGN3503 dari sisi atas (b) blok diagram fungsi UGN3503

2.3 Sistem Konversi

Jarak maksimum sensitivitas sensor efek hall UGN 3503U hanya 1,8 cm terhadap

sumber medan magnetik (Suryono, dkk.2009). Berkaitan dengan hal tersebut,

(a) (b)

8

maka diperlukan sebuah sistem konversi. Sistem konversi diperlukan agar sensor

ini dapat memiliki sensitivitas yang panjang dan cukup untuk sistem yang akan

kita modelkan.

Dalam sistem mekanik, transformasi gerak dari satu bentuk ke bentuk yang

lain sering terjadi. Transformasi dari satu gerak ke bentuk gerak yang lain dikenal

dengan sistem konversi gerak (Klafter dkk., 1991). Sistem ini akan digunakan

untuk mengkonversi gerak sensor hall dengan lengan sehingga terjadi linieritas

pada keduanya. Pada konversi gerak ini digunakan dua tipe sistem yaitu roda

gigi ideal dan roda satu poros.

Dalam sistem roda gigi ideal perlu ada asumsi-asumsi untuk menjamin

keabsahan dari rumsus yang akan digunakan (Agus soepriadi,1998). Asumsi

pertama adalah bahwa setiap roda gigi memiliki bentuk yang tegar, berotasi tepat

pada poros dan memiliki gigi serta spasi (jarang antar gigi) sama. Asumsi kedua,

bahwa roda gigi tidak memiliki momen inersia, gaya gesek diabaikan agar tidak

terjadi kehilangan energi.

Gambar 2.5 Sistem roda gigi ideal

Dalam sistem ini akan timbul sebuah perbandingan antara jumlah gigi pada

masing-masing roda dengan jari-jarinya. Sifat kesebandingan ini dapat dituliskan

dalam persamaan

2

2

1

1

r

N

r

N (2.3)

dengan ri adalah jari-jari roda ke i, dan merupakan jumlah gigi roda ke-i.

Dalam hal ini jari-jari diukur dari titik pusat ke gigi terluar dan jumlah gigi adalah

bilangan bulat.

9

2211 (2.4)

Lintasan linier yang ditempuh oleh kedua roda sama

2211 rr , (2.5)

apabila jari-jari dianggap konstan, dengan deferensiasi terhadap waktu diperoleh

1

2

1

2

1

2

2

1

2

1

2

1

r

r

N

N. (2.6)

Sistem roda satu poros memiliki tiga konfigurasi dengan

mengkombinasikan pasangan roda dan dan roda gigi menjadi pasangan satu

Gambar 2.6 Konfigurasi sistem roda satu poros roda gigi

Ketentuan fisika yang berlaku pada sistem ini adalah arah rotasi dan kecepatan

sudut pada masing-masing roda atau roda gigi harus sama. Dari ketentuan tersebut

diperoleh persamaan konversi sebagai berikut.

21 . (2.7)

Persamaan konversi untuk kecepatan linearnya adalah

2

112

r

rvv , (2.8)

Atau dengan asumsi x

tv maka persamaan (2.5) akan menjadi,

(a) (b) (c)

10

2

1

1

1

2

2

r

r

t

x

t

x (2.9)

dengan 21 tt ,

2

112

r

rxx (2.10)

2.4 Hukum Archimedes

Pelampung pada sistem ini akan didesain agar dapat selalu mengapung pada

permukaan air sehingga perlu ditentukan massa jenis pelampung ( yang tepat.

Hukum archimedes menyatakan bahwa sebuah benda yang tercelup sebagian atau

seluruhnya akan mengalami gaya ke atas yang besarnya sama dengan berat zat

cair yang di pindahkannya (Halliday,1978). Berdasarkan Hukum Archimedes,

sebuah benda yang tercelup ke dalam zat cair akan mengalami dua gaya, yaitu

gaya gravitasi atau gaya berat (W) dan gaya angkat ke atas (Fa) dari zat cair

tersebut. Besar gaya ke atas menurut Hukum Archimedes ditulis dalam persamaan

(2.8).

aa gVF , (2.8)

dengan adalah besar gaya angkat ke atas, Va volume benda yang tercelup ( ),

massa jenis zat cair (kg/ ) , g percepatan gravitasi ( N/kg ).

Benda terapung

Benda melayang

Benda tenggelam

Gambar 2.7 Peristiwa berkaitan dengan Hukum Archimedes

Dalam hal ini ada tiga peristiwa yang berkaitan dengan besarnya kedua gaya

tersebut yaitu terapung, melayang, dan tenggelam. Pada sistem sensor yang akan

11

dirancang, kita menggunakan konsep terapung untuk diterapkan pada beban

pelampung. Sebuah benda yang dicelupkan ke dalam zat cair akan terapung jika

gaya angkat ke atas (Fa) lebih besar dari berat benda (W).

WFa (2.9)

(2.10)

Karena maka ,

. (2.11)

Agar pelampung dapat terapung maka kita harus menggunakan benda yang

memiliki massa jenis lebih kecil dari massa jenis air (1 kg/liter). Sedangkan untuk

volume benda total dapat menggunakan persamaan

(2.12)

(2.13)

f

tbb

VV

x (2.14)

Dengan Vt adalah volume benda yang tercelup kedalam zat cair dan Vb adalah

volume benda total.

12

BAB III

METODE PENELITIAN

Sistem pengendali ketinggian air dengan memanfaatkan sensor efek hall yang

akan dirancang dibagi menjadi empat bagian kerja yaitu, pendeteksi perubahan

ketinggian air, sistem konversi rotasi, sistem sensor efek hall, dan sistem

pengendali ketinggian air. Ketinggian air yang merupakan target deteksi dari

sistem akan secara langsung dideteksi oleh lengan apung yang terhubung dengan

roda gigi I. Pada saat ada perubahan ketinggian air, roda gigi I akan menyentuh

roda gigi II yang akan menjalankan sistem konversi rotasi. Sistem konversi ini

terhubung dengan sistem sensor efek hall yang akan ikut bergerak secara translasi

(mendekat dan menjauhi magnet permanen). Pergerakan ini menyebabkan

perubahan nilai medan magnet yang di terima oleh sensor efek hall, sehingga di

dapat nilai tegangan hall. Sistem pengendali ketinggian air bekerja berdasarkan

nilai tegangan hall ini untuk menyalakan relay atau mematikan relay.

Penelitian dilaksanakan di Laboratorium Elektronika, Instrumentasi dan

Geofisika Program studi Fisika Universitas Jenderal Soedirman. Penelitian

dilaksanakan mulai bulan Agustus 2013 sampai Mei 2014. Penelitian dibagi

dalam empat tahapan yaitu karakterisasi sensor efek hall (subbab 3.1), pembuatan

prototype sistem (subbab 3.2), pembuatan program mikrokontroler (subbab 3.3),

pengambilan data (subbab 3.4) dan kalibrasi dan karakterisasi sistem sensor

(subbab 3.5)

Gambar 3.1 Diagram blok sistem pengendalian ketinggian air

13

3.1 Karakterisasi sensor efek hall (UGN 3503)

Pada tahapan ini dilakukan karakterisasi sensor efek hall dengan tujuan untuk

mendapatkan hubungan antara xo (jarak sensor terhadap magnet permanen) dan VH

(tegangan keluaran sensor UGN 3503). Prosedur yang dilakukan adalah dengan

memvariasikan jarak (x) yaitu menggeser sensor mendekati dan menjauhi magnet

permanen. UGN 3503 akan menghasilkan VH setengah dari Vi (tegangan masukan)

(Allegro MicroSystems, Inc, Data sheet 3503 ). Sensor UGN diberi Vi sebesar 6

Volt dan menghasilkan VH sebesar 3 Volt. Tahap ini diperlukan sebelum membuat

sistem konversi mekanik. Apabila sensor telah merespon maka dilanjutkan dengan

pemasangan sistem konversi berupa rangkaian roda gigi .

Gambar 3.2 Mekanisme karakterisasi sensor efek hall UGN 3503

3.2 Pembuatan prototype sistem sensor

Pada tahap ini dibuat rancangan desain sistem pemantau ketinggian permukaan air

berbasis mikrokontroler. Sistem ini terdiri atas lengan apung, sistem konversi

gerak mekanik, sensor hall UGN 3503, magnet permanen dan sistem otomatisasi

menggunakan mikrokontroler. Perancangan hardware seperti pada Gambar 3.2

menggunakan bahan non logam kecuali penghubung antar bagian hardware.

Pertimbangan menggunakan bahan non logam adalah agar sensor hanya

mendeteksi medan magnet dari magnet permanen. Lengan apung dibuat

menggunakan bahan plastik agar mudah mengapung di atas permukaan air.

14

Gambar 3.3 Rancangan sistem pemantau ketinggian permukaan air

3.2.1 Lengan Apung

Lengan apung memliki fungsi sebagai pendeteksi awal perubahan

ketingian permukaan air. Bahan yang digunakan harus dapat mengapung

sempurna di atas permukaan air. Poros lengan apung harus dibuat

terhubung erat dengan roda gigi1 agar seluruh perubahan ketinggian dapat

dikonversi oleh sistem konversi. Panjang lengan ini akan menentukan nilai

yang diterima oleh sistem sensor sebagai masukan.

Gambar 3.4 Rancangan lengan apung

G1

G2

Sensor hall

UGN 3503

Magnet permanen

1000 gauss

15

3.2.2 Sistem Konversi

Sistem konversi ini akan dibuat dengan menggunakan perbandingan jari

jari roda gigi yang telah diperoleh dari persamaan gerak melingkar pada

rancangan sistem. Akan ada dua roda gigi yang digunakan dalam sistem

konversi mekanik ini. Roda gigi 1 dan roda gigi 2 akan disusun

bersentuhan (nilai sama). Sedangkan sistem gerak sensor efek hall akan

dipasang dengan jarak sebesar R dari pusat roda gigi 2. Perbandingan nilai

jari-jari dari setiap roda akan disesuaikan dengan nilai konversi yang

diinginkan, yaitu . Roda gigi yang akan

digunakan akan disusun seperti Gambar 3.4

Gambar 3.5 Sistem konversi mekanik

3.3 Pembuatan program mikrokontroler

Mikrokontroler merupakan sistem mikroprosesor lengkap yang terkandung di

dalam sebuah chip. Mikrokontroler berbeda dari mikroprosesor serba guna yang

digunakan dalam sebuah PC, karena sebuah mikrokontroler umumnya telah berisi

komponen pendukung sistem minimal mikroprosesor, yakni memori dan

antarmuka I/O (Hendawan,2007). Mikrokontroler tipe ATmega16 memiliki

G2

G1

Sensor hall

UGN 3503

Magnet permanen

1000 gauss

Konektor dengan

sistem mikrokontroler

16

Saluran I/O sebanyak 32 buah, yaitu Port A, Port B, Port C dan Port D, dengan

masing-masing port memiliki 8 buah saluran. Port pada mikrokontroler ini akan

difungsikan sebagai saluran masukan dan keluaran mikrokontroler. Port A.1 akan

digunakan sebagai masukan yang berasal dari sensor hall berupa nilai analog

tegangan hall. Masukan ini diolah oleh ADC yang memang sudah terhubung pada

port A.1.

Gambar 3.6 Konfigurasi Pin ATMega16

Masukan ini diproses oleh mikrokontrol sesuai dengan logika yang telah

ditanamkan sebelumnya. Hasil pengolahan ini divisualisikan menjadi empat

keluaran pada Liquid Crystal Display (LCD) , Alarm dan Relay. LCD yang akan

digunakan dalam sistem ini memiliki kapasitas tampilan karakter. Port C

difungsikan sebagai saluran untuk menampilkan karakter pada LCD. Alarm dan

relay ditempatkan pada pada port A sebagai salurannya. Alarm terhubung dengan

port A.6 dan relay terhubung dengan port A.7. Pada port A ini keluaran yang

disampaikan pada eksekutor (alarm dan relay) berupa tegangan sebagai saklar on-

off .

17

Gambar 3.7 LCD 16 x 2

Perancangan program mikrokontroler ATmega16 dikerjakan dengan

menggunakan software BASCOM AVR 1.11.9.5. Software ini menggunakan

bahasa BASIC sebagai bahasa pemrogramannya. Perancangan program sensor

pemantau ketinggian permukaan air diawali dengan mempelajari perintah apa saja

yang ada di dalam bahasa BASIC melalui indeks yang ada pada aplikasi ini.

Program dibuat agar mengenal adanya masukan kontinu terhadap waktu yang

akan dibaca oleh mikrokontroler. Masukan dari sensor ini diproses selanjutnya

oleh logika yang telah dirancang dan ditanam ke dalam mikrokontroler

ATmega16.

Gambar 3.8 (a) Buzzer 15 volt, (b) relay doubel 8 pin

Mikrokontroler ATMEGA16 yang telah terprogram dengan logika ini berperan

sebagai pengendali ketinggian permukaan air. Pengendalian ini berupa

pembuangan volume air ketika ketinggian permukaan air telah mencapai batas

maksimum tempat penampungan. ATmega16 akan terus memberikan perintah

kepada pompa air untuk beroperasi sampai ketinggian air berada pada level aman

(a) (b)

18

kembali. Pada sistem ini ketinggian air dikelompokkan menjadi tiga yaitu aman,

siaga dan bahaya. Level aman berkisar antara ketinggian 0 - 15 cm, ditunjukkan

LED w j m pada LCD. LED warna

kuning menunjukkan ketinggian air dalam level siaga (15 20 cm), begitu juga

LCD m m L v y y

ketinggian diatas 20 cm, sistem akan menyalakan buzzer, LED warna merah akan

menyala sebagai indikator keadaaan bahaya, dan teks pada LCD berubah menjadi

bahaya. Berikut diagram alir logika yang ditanamkan pada mikrokontroler sebagai

sistem pengendalian ketinggian air.

19

Mulai

Memproses sinyal analog menjadi digital oleh

ADC pada mikrokontrol.

Input:

Sinyal analog dari sensor hall

berupa VH (tegangan hall)

Output:

Sinyal digital

Fungsi kalibrasi

Ketinggian permukaan air

Menampilkan nilai ketinggian air pada LCD

Apakah ketinggian

air > 15 cm ?

Apakah ketinggian

air < 15 cm ?

Apakah ketinggian

air > 20 cm ?

Menyalakan LED

warna hijauMenyalakan LED

warna Kuning

Menyalakan LED

warna Merah

Mematikan relay

pompa air

Menyalakan relay

pompa air

Ya Ya Ya

Mematikan Alarm Menyalakan Alarm

Tidak

Tidak

Aman

Selesai

Siaga

Selesai

Bahaya

Selesai

Tidak

Memulai

loop

Gambar 3.9 Diagram Alir logika program sistem pengendalian ketinggian air.

20

3.4 Pengambilan data

Perubahan ketinggian permukaan air akan mengakibatkan pergeseran

sensor hall sehingga nilai tengangan keluaran Vo (tegangan hall) berubah.

Nilai Vo diperoleh dengan memvariasikan perubahan ketinggian lengan

apung tiap 1 cm. Pergeseran dimulai dari ketinggian 0 cm (dasar

akuarium) sampai 28 cm (batas ketinggian akuarium) untuk data naik dan

turun.

Pembacaan perubahan ketinggian permukaan air menggunakan penggaris

dengan nst 0,1 mm, sedangkan Vo diukur dengan menggunakan bantuan

program Labview7.1 dengan nst . Data yang diperoleh berupa nilai

perubahan ketinggian dan tegangan keluaran sensor ini digunakan untuk

menentukan fungsi transfer, fungsi kalibrasi, sensitifitas dan histerisis.

3.5 Karakterisasi sistem sensor

3.5.1 Tahap Kalibrasi

Tahap kalibrasi sistem dilakukan pada skala laboratorium. Kalibrasi

dilakukan dengan menjalankan seluruh sistem yang telah dirancang dan

disusun. Pada tahap kalibrasi ini, target yang ingin diperoleh adalah

hubungan perubahan ketinggian air dengan besar tegangan hall yang

dihasilkan oleh sensor efek hall. Data yang diperoleh akan dipetakan

dalam bentuk grafik menggunakan microsoft excel 2010 untuk

memperoleh fungsi transfer. Fungsi transfer sistem inilah yang akan

digunakan untuk mendapatkan fungsi kalibrasi untuk ditanamkan pada

logika mikrokontrol. Setelah menanamkan program, maka sistem

otomatisasi siap dirangkaikan dengan sistem akuisisi data.

3.5.2 Tahap Karakterisasi sistem

Setelah kalibrasi, kemudian dilakukan karakterisasi alat yang telah dibuat.

Karakterisasi meliputi waktu respon, histerisis, sensitivitas, threshold,

resolusi, range(span), offset, bias, presisi, akurasi, error.

21

Waktu respon

Waktu respon didefinisikan sebagai waktu yang dibutuhkan oleh sensor

untuk menanggapi isyarat masukan dari kondisi awal ke 90% kondisi

akhir. Waktu respon diuji dengan mengubah ketinggian permukaan air

secara mendadak saat keluaran sensor dalam keadaan setimbang sampai

ketinggian tertentu. Nilai keluaran sensor akan berubah menuju ke titik

kesetimbangan. Waktu respon ditentukan dengan metode grafik dengan

mengambil titik saat ketinggian stabil ( ) dan titik stabil berikutnya ( ).

Waktu respon ( didapat dengan persamaan

(3.1)

Dengan adalah selisih waktu antara kedua titik.

Histerisis

Histerisis merupakan kurva perbandingan antara masukan dengan

keluaran, untuk perubahan masukan naik dan turun. Histerisis didapatkan

dengan menaikkan ketinggian permukaan air dari ketinggian 0 sampai

ketinggian maksimal dengan dicatat tegangannya pada setiap perubahan

ketinggian air. Selanjutnya memvariasikan ketinggian air divariasikan dari

ketinggian maksimal sampai ketinggian 0 dengan dicatat tegangan

keluarannya pada setiap perubahan ketinggian air. Selanjutnya dibuat

kurva perbandingan antara nilai tegangan keluaran VH dan ketinggian

permukaan air. Kurva ini yang kemudian disebut sebagai histerisis.

Sensitivitas

Sensitivitas adalah perbandingan keluaran alat ukur dengan masukannya.

Cara menentukan sensitivitas adalah dengan memvariasikan ketinggian air

(xi) setiap 1 cm lalu diukur besar tegangan keluarannya (VH). proses ini

dilakukan dari ketinggian air minimal sampai batas maksimal (skala

laboratorium). Nilai sensitivitas sistem diperoleh dengan membandingkan

nilai xi dengan VH dalam sebuah grafik. Kemudian nilai slope grafik dicari.

Nilai slope tersebut merupakan nilai sensitivitas sistem sensor.

22

Threshold

Threshold adalah masukan terkecil yang dapat terdeteksi oleh alat ukur.

Threshold dicari dengan cara mengubah ketinggian air (xi) secara perlahan

mulai dari ketinggian 0 cm. Perubahan ketinggian dilakukan sampai sensor

memperoleh tegangan keluaran VH .Nilai ketinggian air (xi) saat sistem

merespon itulah yang disebut sebagai nilai threshold sistem.

Resolusi

Resolusi adalah perubahan masukan terkecil yang dapat dideteksi oleh alat

ukur. Resolusi didapatkan dengan mengubah ketinggian air secara

perlahan dari nilai threshold sampai sistem merespon kembali.

Range (Span)

Range menyatakan panjang daerah ukur yang bisa dilakukan oleh sistem.

Range diperoleh dengan cara mengambil jarak perubahan minimum

sampai maksimum.

Offset

Offset adalah range harga keluaran yang memungkinkan berasal dari

masukan yang sama. Range didapat dengan memberikan satu masukan

(ketinggian air xi) lalu diambil beberapa nilai tegangan keluaran VH,

sehingga diperoleh nilai minimal dan maksimal dari tegangan keluaran VH

untuk satu jenis masukan.

Nilai bias, presisi, akurasi, error , standar deviasi diperoleh dengan

menganalisis data yang diambil saat melakukan kalibrasi alat. Data yang

diambil meliputi masukan (xi), keluaran (xo), jumlah pengambilan data (N)

keluaran (xo) untuk setiap (xi). Persamaan yang digunakan untuk

menentukan nilai-nilai tersebut adalah sebagai berikut:

Bias

Bias adalah perbedaan harga rata-rata keluaran alat ukur untuk masukan

yang sama dengan harga benar

Bias = (3.2)

23

Presisi

Presisi adalah derajat kedekatan data dalam satu kelompok data

pengukuran untuk masukan yang sama.

Presisi = %100x3

1

X

(3.3)

Akurasi

Akurasi adalah derajat kedekatan harga penunjukkan alat ukur dengan

harga benar (penunjukkan alat standar)

Akurasi = %100x3

1

benarX

bias (3.4)

Error (kesalahan)

Error adalah beda keluaran pengukuran dengan harga sebenarnya.

Error = %100x3

benarX

bias (3.5)

Dengan, standar deviasi

1

1

2

N

XXN

i i

(3.6)

nilai X rata-rata

N

XX

N

i i 1 (3.7)

24

Secara keseluruhan tahapan-tahapan pembuatan sistem pengendali ketinggian

permukaan air menggunakan alat dan bahan yang diberikan pada Tabel 3.1.

Tabel 3.1 Alat dan bahan

Alat

Laptop

Software BASCOM AVR 1.11.9.5

Software LabVIEW 7.1

Ni-USB 6001

USB ASP downloader

Multimeter digital (1mV)

Adaptor (500mA , 3-12 VDC)

Penggaris (1 mm)

Lem tembak

Pemotong acrylic

Bor ( ukuran 7 dan 8 )

Gergaji

Bahan

Akuarium 4 mm ( 60 x 25 x 30 ) cm

Acrylic glass 2 mm

Roda gigi (diameter 4,6 cm dan 9 cm)

Magnet permanen (6000 gauss)

Sensor Hall UGN 3503

Konektor (socket, kabel)

Relay double 8 pin 5 volt

Mikrokontroler ATmega16

Liquid Crystal Display (20 2 karakter) Pipa paralon (5/8 med)

Piezo Transducer - 15V Buzzer (2800Hz)

25

Mulai

Persiapan:

- Studi pustaka

- Alat dan Bahan

- Install software Bascom AVR 1.11.9.5

Merancang desain sistem pengendali ketinggian air

menggunakan efek hall

Membuat program pada

Bascom avr 1.11.9.5

Mengkarakterisasi nilai tegangan hall terhadap

perubahan nilai medan magnet permanen

Membuat sistem Konversi

Membuat lengan apung

Perubahan ketinggian air pada

prototype

Sistem sensor

VH

Tegangan hall

Membuat fungsi transfer dan fungsi kalibrasi

Mengkalibrasi dan mengkarakterisasi sistem

Selesai

Xo

Program pengendalian

ketinggian airFungsi kalibrasi

Gambar 3.10 Diagram alir Pelaksanaan Penelitian

26

26

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

Sistem pengendali ketinggian permukaan air dengan memanfaatkan efek hall

dapat mendeteksi perubahan tinggi permukaan air. Sistem ini juga dapat

mengendalikannya dengan bantuan mikrokontroler yang terintegrasi. Prototype

sistem pengendalian ketinggian permukaan air menggunakan sensor efek hall

berbasis mikrokontroler ATmega16 telah selesai di rancang. Pembuatan prototype

ini melalui beberapa tahapan yaitu karakterisasi sensor efek hall, pembuatan

sistem, pembuatan program mikrokontroler, pengambilan data dan kalibrasi serta

karakterisasi sistem sensor.

Pada bab ini akan dibahas hasil dari setiap tahapan yang telah

dilaksanakan dalam penelitian. Subbab 4.1 membahas tentang pengkarakterisasian

sensor efek hall UGN 3503. Subbab 4.2 membahas proses pembuatan prototype

sistem. Subbab 4.3 menjelaskan proses pengambilan data. Subbab 4.4

menjelaskan tentang pembuatan program mikrokontrol untuk pengendalian

sistem. Subbab 4.5 membahas tentang kalibrasi dan karakterisasi sistem sensor.

4.1 Karakterisasi sensor efek hall

Gambar 4.1 Grafik Antara xo dengan VH

27

Karakterisasi dilakukan dengan memvariasikan jarak xo terhadap magnet

permanen. Grafik pada gambar 4.1 memperlihatkan hubungan antara perubahan

xo dengan VH keluaran sensor. Gambar 4.1 menampilkan data pergeseran sensor

sejauh 08 cm pada sumbu absis dan tegangan hall VH pada sumbu ordinatnya

dalam satuan volt ( . Berdasarkan data yang diperoleh (dapat di lihat pada

lampiran I) disimpulkan jarak sensitif sensor berada pada 2 4 cm. Dengan

melihat hasil ini maka xo sistem dibuat dengan jarak pergeseran translasi dalam

jarak 2 cm sampai 4 cm.

4.2 Pembuatan prototype sistem sensor

Prototype sistem pengendali ketinggian permukaan air menggunakan sensor efek

hall berbasis mikrokontroler ATmega16 ditunjukkan pada Gambar 4.2. Sensor

ini terdiri dari lengan apung yang berbentuk batang berongga dengan bola

berongga berdiameter 3,5 cm pada salah satu ujungnya sebagai pengapung.

Batang berongga yang digunakan adalah pipa paralon dengan ukuran panjang 47

cm. Pemilihan penggunaan batang berongga dengan bahan ringan karena

dibutuhkan nilai b yang lebih kecil dibandingkan air sesuai persamaan (2.11).

Lengan apung ini memiliki poros pada jarak 40 cm dari ujung pengapung. Poros

ini yang menghubungkan dengan sistem konversi gerak pada sistem.

Gambar 4.2 Prototype sistem pengendali ketinggian permukaan air

Fungsi lengan apung pada sistem adalah sebagai bagian yang merespon

secara langsung perubahan ketinggian permukaan air. Lengan apung akan

28

bergerak naik dan turun dengan persamaan gerak melingkar . Gerak melingkar

inilah yang akan dikonversi oleh sistem konversi menjadi gerak translasi naik dan

turun.

Gambar 4.3 (a) Sistem konversi, (b) Lengan apung.

Sistem konversi terdiri atas dua buah roda gigi yang tersusun saling

bersinggungan, SG-06 yang terhubung lengan apung dengan SG-05 yang

terhubung sensor hall. SG-06 terhubung dengan lengan apung oleh batang poros

yang dapat bergerak bebas terhadap lubang poros. SG-06 dan lengan apung tidak

dapat bergerak bebas terhadap batang poros. Sedangkan SG-05 dapat bergerak

bebas terhadap batang poros yang terkunci pada lubang poros. SG-06 memiliki

gigi sebanyak 45 buah, diameter 4,6 cm dan tebal 7 mm, sedangkan SG-05 bergigi

100 buah, diameter 9 cm dengan tebal yang sama. Sistem ini memiliki persamaan

konversi

. (4.1)

Dari persamaan ini didapatkan bahwa jarak maksimal pergeseran sensor sampai

3,3 cm pada ketinggian 28 cm dan jarak minimal sensor 1,8 cm pada ketinggian 0

cm.

Gerak translasi mengakibatkan bergesernya sensor efek hall terhadap

magnet permanen. Untuk medan positif (kutub selatan), semakin besar medan

maka tegangan keluarannya juga semakin besar dan untuk medan negatif (kutub

utara), semakin besar medan maka tegangan keluarannya akan semakin kecil

(Suryono,2009). Sistem menggunakan kutub positif dari magnet permanen

(a) (b)

29

sebagai medan magnet yang menjadi acuan sensor hall, sehingga nilai VH akan

semakin kecil jika sensor bergerak menjauhi magnet permanen.

Tegangan hall yang diperoleh dari bagian akuisisi perubahan ketinggian

air akan diolah oleh mikrokontroler. Pengolahan tegangan dilakukan oleh IC

mikrokontroler ATmega16 yang terpasang pada board minimum system.

Selanjutnya mikrokontrol akan mendefinisikan perubahan tegangan menjadi

perubahan ketinggian dengan persamaan yang dimasukkan ke dalam programnya

melalui USB ASP downloader.

Gambar 4.4 mikrokontroler sitem

Sistem pengendalian ini menggunakan sumber listrik 220 volt AC yang

kemudian disesuaikan dengan kebutuhan perangkat. Sensor efek hall

membutuhkan tegangan sebesar 4 sampai 6 volt DC (allegro data sheet 3503).

Sitem memanfaatkan adaptor 0 sampai 12 volt DC untuk mengatur masukan

sensor. Sedangkan board mikrokontrol membutuhkan tegangan sebesar 9 volt DC

yang didapat dari power supply. Buzzer (alarm) mengambil tegangan keluaran

langsung dari pin mikrokontroler sebesar 5 volt DC. Pompa air yang

membutuhkan tegangan sumber 220 volt AC akan diaktifkan oleh relay 8 pin saat

ketinggian permukaan air mencapai batas maksimum.

4.3 Pengambilan data

Pengambilan data dilakukan dengan memvariasikan ketinggian permukaan air.

Perubahan ketinggian permukaan air (H) akan mengakibatkan perubahan dua

variabel lainnya yaitu VH dan xo. Pengambilan data variabel VH dilakukan 20 kali

disetiap perubahan H saat naik dan turun, sedangkan untuk variabel xo dilakukan

30

sebanyak 3 kali. Nilai H divariasikan dengan interval naik 1 cm mulai dari 0

sampai 28 cm, dan 1 cm dari 28 sampai 0 cm. Sehingga diperoleh data pada

lampiran II yang menggambarkan perubahan nilai pada setiap variasi ketinggian.

Gambar 4.5 Grafik hubungan ketinggian air (H) naik dan turun dengan

tegangan hall (VH)

Seperti terlihat pada Gambar 4.5 pada ketinggian 0 cm sistem

memberikan keluaran sebesar 4,94 dan pada ketinggian maksimum 28 cm

sistem memberikan keluaran VH sebesar 4,18 . Gambar 4.5 memperlihatkan

keadaan keluaran sensor saat diberikan masukan naik dan turun. Grafik yang

terlihat pada Gambar 4.5 merupakan grafik histerisis sistem sensor. Terlihat

bahwa nilai keluaran sistem tidah jauh berbeda saat diberikan masukan naik dan

turun. Grafik ini disebut juga sebagai grafik fungsi transfer sistem sensor yang

bersifat linier. Grafik ini memiliki persamaan sebagai berikut

. (4.4)

Nilai menyatakan korelasi yang baik dari data-data tersebut.

4.4 Pembuatan program mikrokontroler

Pembuatan program mikrokontroler dilakukan dengan menggunakan software

BASCOM AVR 1.11.9.5. Program dibuat sesuai dengan diagram alir pada

31

Gambar 3.8. Sebelum ditanamkan kedalam IC ATmega16 dengan menggunakan

USB ASP downloader, program terlebih dahulu diuji dengan menggunakan

simulator. Pengujian program dilakukan untuk memastikan hasil running

program sesuai dengan yang diinginkan. Termasuk di dalamnya adalah tampilan

pada LCD yang akan memberikan informasi kepada pengguna.

Pembuatan program dimulai dengan membuat struktur program. Setiap

bahasa pemprograman mempunyai standar penulisan program. Konstruksi

dari program bahasa BASIC memiliki urutan aturan seperti pada gambar 4.6.

Gambar 4.6 Blok aturan pemprograman menggunakan Bascom avr.

Konstruksi ini harus dilakukan secara urut agar dapat di terjemahkan oleh

mikrokontroler. Perintah $regfile direktif harus menjadi pernyataan pertama

dalam program. Perintah ini merupakan pengarah preprosesor bahasa BASIC

yang memerintahkan untuk meyisipkan file lain, dalam hal ini file m16def.dat

yang berisi deklarasi register dari mikrokontroller ATmega16. Pengarah

preprosesor lain yang digunakan adalah $crystal yang merupakan instruksi untuk

memilih frekuensi kristal yang digunakan dan $baud yang merupakan instruksi

kecepatan komunikasi IC.

Bagian inisiasi merupakan bagian yang mendeskripsikan suatu nilai awal

sebelum bisa digunakan dalam perintah berikutnya. Dalam program yang telah

dibuat, pada bagian inisiasi didefinisikan nilai benar dari setiap port yang

digunakan. Termasuk di dalamnya mengkonfigurasikan perintah internal

mikrokontrol yang mendukung kerja program. Selanjutnya dilakukan

pendeklarasian variabel yang digunakan dalam pemprograman. Ada lima variabel

32

yang digunakan dalam program ini. Setiap variabel didefinisikan sesuai dengan

jenisnya dalam program.

Perintah untuk menjalankan program terdapat pada bagian Do. Bagian ini

hanya berisi perintah untuk memulai menjalankan setiap pernyataan-pernyataan

yang didefinisikan di dalam bagian selanjutnya. Blok penyataan-pernyataan

merupakan bagian inti dari pemprograman. Seluruh logika dan perintah program

didefinisikan dalam bagian ini. Logika pertama adalah mengubah masukan yang

berupa analog menjadi bentuk digital. Angka digital yang menggambarkan

perubahan tegangan masukan akan dimasukkan ke dalam persamaan 4.3 yang

merupakan persamaan kalibrasi sistem.

. (4.3)

Persamaan ini menghasilkan nilai ketinggian permukaan air terukur. Nilai ini yang

selanjutnya oleh program digunakan sebagai parameter menjalankan perintah-

perintah selanjutnya.

Mikrokontrol akan menjalankan perintah yang dikelompokkan menjadi

tiga jenis berdasarkan ketinggian permukaan air terukur. Pertama jika ketinggian

terukur 0 sampai 15 cm maka lampu LED warna hijau akan menyala yang

menandakan keadaan aman dan ditampilkan pada layar LCD. Keadaan

selanjutnya jika ketinggian terukur melebihi 15 cm dan kurang dari 20 cm maka

lampu LED warna kuning akan menyala sebagai tanda keadaan siaga. Peringatan

juga ditampilkan pada layar LCD pada baris kedua sebelah kanan. Keadaan

terakhir saat ketinggian air melebihi 20 cm maka LED warna merah akan menyala

dan mengaktifkan pompa air untuk mengurangi ketinggian air. Pompa akan terus

aktif sampai ketinggian air berada di bawah 15 cm.

Sistem pengendali ketinggian permukaan air bersifat pengukuran kontinue,

maka diperlukan perintah agar sistem dapat bekerja secara terus menerus. Perintah

loop pada bagian selanjutnya menjadi solusi untuk masalah tersebut. Loop akan

mengatur proses pembacaan perubahan ketinggian terus berulang-ulang dan tidak

berhenti selama daya pada sistem terjaga. Blok terakhir adalah End , fungsi blok

ini ialah untuk menutup seluruh perintah yang didefinisikan setelah blok Do.

Perintah ini harus tetap dipakai walau sistem menggunakan perintah looping.

33

4.5 Kalibrasi dan karakterisasi sistem

Kalibrasi adalah serangkaian kegiatan yang membentuk hubungan antara nilai

yang ditunjukkan oleh instrumen ukur atau sistem pengukuran, atau nilai yang

diwakili oleh bahan ukur, dengan nilai-nilai yang sudah diketahui yang berkaitan

dari besaran yang diukur dalam kondisi tertentu (VIM,2008) (ISO/IEC,2005).

Kalibrasi yang dilakukan berupa kalibrasi teknis yaitu kalibrasi peralatan ukur

yang tidak terkait dengan perdagangan. Kalibrasi sistem pengendali ketinggian

permukaan air dilakukan dengan mengatur semua peralatan sesuai dengan data

awal yaitu saat ketinggian 0 cm, jarak sensor 2,1 cm dan tegangan keluaran

sebesar 4,94 volt. Setelah sistem terkalibrasi perlu diambil persamaan kalibrasinya

untuk dimasukkan sebagai logika dalam pemprograman. Langkah ini perlu

dilakukan untuk dapat mengubah data tegangan yang diperoleh menjadi data

ketinggian air yang dapat langsung dipahami oleh pengamat. Persamaan kalibrasi

diperoleh dengan menggunakan data pada tabel 4.1.

Tabel 4.1 data rata-rata fungsi kalibrasi sistem sensor

h (cm) Vout sistem (volt) h (cm) Vout sistem (volt)

0 4,939 15 4,403

1 4,886 16 4,400

2 4,859 17 4,392

3 4,842 18 4,387

4 4,722 19 4,363

5 4,699 20 4,343

6 4,685 21 4,352

7 4,670 22 4,325

8 4,616 23 4,304

9 4,570 24 4,280

10 4,551 25 4,251

11 4,511 26 4,228

12 4,467 27 4,205

13 4,441 28 4,186

14 4,402

34

Data pada tabel 4.1 kemudian diolah menggunakan Microsoft excel 2010 untuk

mendapatkan grafik seperti Gambar 4.7. Grafik kalibrasi yang diperoleh

memiliki persamaan kalibrasi pada persamaan 4.3.

Gambar 4.7 Grafik fungsi kalibrasi sistem sensor

Karakterisasi statik untuk beberapa masukan yang tetap ditampilkan data pada

tabel 4.2. karakterisasi statis secara lengkap pada setiap ketinggian dapat dilihat

pada lampiran III.

Tabel 4.2 Karakterisasi statis pada ketinggian 10, 15, 20 cm

Data Standar

deviasi

( ) Bias

Akurasi

(%)

error

(%)

Presisi

(%) Sebenarnya Terukur

(rata-rata)

10 9,989 0,188 0,011 94,249 5,751 94,355

15 16,387 0,217 -1,387 86,417 13,583 96,034

20 19,405 0,208 0,595 93,902 6,098 96,780

Melakukan karakterisasi statis bertujuan untuk memberikan gambaran yang

bermakna mengenai kualitas pengukuran. Karakteristik statis ini adalah

karateristik yang harus diperhatikan apabila sistem ini digunakan untuk mengukur

35

suatu ketinggian permukaan air yang tidak berubah karena waktu atau hanya

berubah secara lambat laun. Karakterisasi yang telah dilakukan meliputi standar

deviasi ( ), bias, akurasi, error, presisi. Standar deviasi sistem ini berkisar antara

0,056 cm sampai 0,331 cm dan untuk selisih nilai benar dengan rata-rata nilai

terukur berada antara 0,007 cm sampai 2,356 cm. Akurasi tertinggi dan error

terendah ada pada ketinggian permukaan air 26 cm yaitu 96,551 % dan 3,449 %,

sedangkan pada ketinggian 1 cm menghasilkan nilai akurasi terendah dan error

tertinggi yang masing-masing bernilai 39,255% dan 60,745%. Karakterisasi statis

yang terakhir yaitu tingkat perbedaan yang sekecil-kecilnya antara nilai

pengamatan dengan nilai sebenarnya. Sistem ini memiliki nilai presisi teresar

98,268 % pada ketinggian permukaan 24 cm, 86,051% pada 1 cm sebagai nilai

presisi terendah.

Nilai akurasi terendah yang terjadi saat ketinggian permukaan air 1 cm disebabkan

oleh tidak presisinya sistem konversi. Pada sistem konversi yang telah dibuat,

antara SG-06 dengan SG-05 tidak dapat saling mengait secara sempurna. Hal ini

disebabkan karena pembuatan lubang poros yang kurang tepat, sehingga terjadi

selisih gerak antara SG-05 dan SG-06. Selisih gerak ini yang menyebabkan

perbedaan nilai tegangan keluaran sensor VH dengan ketinggian permukaan air H.

Permasalahan ini juga mengakibatkan karakterisasi dinamis sistem, khususnya

waktu respon sensor menjadi semakin lambat.

Berikut karakteristik dinamis untuk masukan berubah-ubah, meliputi

sensitivitas, threshold, resolusi, range, histerisis.

Tabel 4.3 Karakterisasi dinamis sistem sensor.

No Jenis Karakterisasi Dinamis Nilai

1 Sensitivitas 0,01 Volt/cm

2 Threshold 1 cm

3 Resolusi 1 mm

4 Range (Span) 0 - 28 cm

Histerisis merupakan grafik yang menggambarkan perbandingan antara keluaran

dengan masukan sitem sensor untuk masukan naik dan turun. Berdasarkan

36

gambar 4.5 sistem tidak mengalami histerisis, karena memiliki keluaran yang

sama pada setiap keadaan yang bernilai sama saat naik maupun turun.

Kestabilan sensor diuji dengan menggunakan bantuan aplikasi LabView

yang terintegrasi dengan DAQ assistant. Kestabilan sensor diuji dengan

memberikan input ketinggian tetap pada 26 cm selama 5 menit.

Gambar 4.8 Grafik kestabilan sensor

Gambar 4.8 memperlihatkan bahwa sistem tersebut memiliki kestabilan yang

cukup baik, hal ini diperlihatkan dengan tidak berubahnya nilai keluaran sistem

secara signifikan.

Waktu respon (t90) adalah 90% dari selang waktu yang dibutuhkan sensor

untuk kembali stabil setelah dikenakan perubahan masukan secara tiba-tiba.

37

Gambar 4.9 Grafik waktu respon sensor (t90)

Grafik pada Gambar 4.9 diperoleh dengan memberikan perubahan

ketinggian secara mendadak dari keadaan stabil pada 2 cm menjadi 26 cm.

Berdasarkan dari grafik dan analisis data, diperoleh nilai xi1 (titik stabil awal)

berada pada tegangan 4,724 volt saat 8,617 detik dan xi2 (titik stabil akhir) berada

pada tegangan 4,121 saat 9,714 detik.

Waktu respon diperoleh dari .

t90 = = ( ) = detik.

Jadi waktu respon yang dibutuhkan sistem untuk membaca perubahan ketinggian

air adalah detik. Sistem yang memiliki waktu respon kurang dari 1 detik

dapat dikatakan memiliki respon yang baik terhadap perubahan masukan.

38

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

V.1 Kesimpulan

1) Desain prototype sistem pengendalian ketinggian permukaan air

menggunakan sensor efek hall berbasis mikrokontroler ATmega16 telah

selesai dibuat dalam skala laboratorium.

2) Sistem pengendali ketinggian permukaan air berbasis mikrokontroler

ATmega16 telah terprogram untuk bisa mendeteksi perubahan ketinggian

permukaan air dan memberikan peringatan melalui buzzer dan kontrol

terhadapnya.

3) Karakteristik dari sistem ini adalah akan menghasilkan tegangan yang

semakin besar seiring dengan bertambahnya ketinggian permukaan air

terukur secara linier. Karakteristik dinamis lainnya adalah :

a) Akurasi terbaik pada saat H = 26 cm yaitu 96,551 %

b) Threshold yang dimiliki sistem adalah 1cm

c) Resolusi sistem sebesar 1mm

d) Sensitivitas 0,01 volt/cm

e) Range (span) pengukuran berkisar antara 0 cm sampai dengan 28 cm.

f) Sensor tidak mengalami histerisis.

g) Kestabilan sensor baik.

h) Waktu respon sensor (t90) adalah detik.

V.2 Saran

1. Sebaiknya dilakukan penelitian dengan menggunakan kuat medan

magnet yang lebih besar sehingga sistem dapat memiliki range lebih

lebar.

2. Sebaiknya mencoba menggunakan sistem konversi dengan presisi

yang lebih baik agar nilai akurasi sistem semakin tinggi dan

thersholdnya semakin kecil.

39

39

DAFTAR PUSTAKA

Budiarso, Ir. Zuly dan Eddy Nurraharjo. 2010. Sistem Monitoring Tingkat

Ketinggian Air Bendungan Berbasis Mikrokontroler.

Fraden, J. 1996. Handbook of Modern Sensor 2nd edition. Springer. San Diego,

USA.

Giancoli DC. 2001. Fisika Jilid 2. Terjemahan Y. Hanum dan I. Arifin. Jakarta:

Erlangga

Haliday, D dan Resnick, R. 1984. Fisika Jilid 2. Terjemahan P. Silaban dan

E.Sucipto. Jakarta: Erlangga

Klafter, R.A, Chmielewski, T.A, Negin, M. 1991. Robotics Engineering and

Integrated Approach. Prentice Hall Int

Permana, Fajar. 2009. Pembuatan Sistem Monitoring Ketinggian Air Dengan

Sensor Ultrasonik Berbasis Mikrokontroler ATmega16. Skripsi.Universitas

Diponegoro (UNDIP). Semarang.

Prihantoro, Tegar Bhakti dan Rizky Charli Wijaya Husni. 2011. Alat Pendeteksi

Tinggi Permukaan Air Secara Otomatis Pada Bak Penampungan Air

Menggunakan Sensor Ultrasonik Berbasis Mikrokontroler. Skripsi.

Akademi Manajemen Informatika dan Komputer (AMIK) MDP.

Palembang.

Soebhakti, Hendawan. 2007. Basic AVR Microcontroller Tutorial. Bandung:

Politeknik Batam

Sulaksono, Santiko Tri. 2009. Rancangan alat ukur resistivitas karbon

menggunakan mikrokontroller H8/3069F. Jakarta : Universitas Indonesia

Sumedi, dkk. 1996. Analisis Efek Hall Pada Bahan Penghantar Listrik.

Semarang: Universitas Diponegoro

Suryono, dkk. 2009. Karakterisasi Sensor Magnetik Efek Hall UGN3503

Terhadap Sumber Magnet dan Implementasinya pada Pengukuran Massa.

Berkala Fisika: Vol 12. , No.1

Syahreza, Saumi dan Irhamni. 2009. Rancang Bangun Sensor Ketinggian Air

(Water Level) Menggunakan Tranduser Ultra Sonik Berbasis

Mikrokontroler MCS51, Jurnal Rekayasa Elektrika, Vol. 8, No.1

40

Wiranto. 2008. Pengembangan Sensor Ketinggian Air (Water Level) Dengan

Menggunakan Pendekatan Elektroda Resistansi. Skripsi. Institut Pertanian

Bogor (IPB). Bogor.

LAMPIRAN I

DATA KARAKTERISASI SENSOR

EFEK HALL UGN 3503

42

Data Karakterisasi Sensor Efek Hall UGN 3503

Masukan sensor hall berupa tegangan dari adaptor dengan nilai 6 Volt. xo menunjukkan nilai jarak sensor terhadap magnet permanen 6000 gauss.

Tegangan keluaran sensor disimbolkan dengan VH.

xo VH

xo

VH

1 2 3

1 2 3

0 6,24 6,24 6,24

3 4,48 4,48 4,48

0,1 6,24 6,23 6,23

3,1 4,33 4,33 4,33

0,2 6,24 6,23 6,23

3,2 4,3 4,4 4,4

0,3 6,24 6,23 6,23

3,3 4,26 4,26 4,26

0,4 6,24 6,23 6,23

3,4 4,18 4,18 4,18

0,5 6,2 6,2 6,2

3,5 4,19 4,19 4,19

0,6 6,2 6,2 6,2

3,6 4,11 4,11 4,11

0,7 6,2 6,2 6,2

3,7 4,05 4,05 4,05

0,8 6,2 6,2 6,2

3,8 4,04 4,04 4,04

0,9 6,2 6,2 6,2

3,9 3,99 3,99 3,99

1 6,19 6,19 6,19

4 3,97 3,97 3,97

1,1 6,19 6,18 6,18

4,1 3,89 3,89 3,89

1,2 6,19 6,19 6,19

4,2 3,87 3,87 3,87

1,3 6,18 6,19 6,19

4,3 3,84 3,84 3,84

1,4 6,19 6,19 6,19

4,4 3,84 3,84 3,84

1,5 6,16 6,26 6,26

4,5 3,82 3,82 3,82

1,6 6,13 6,13 6,13

4,6 3,8 3,8 3,8

1,7 6,05 6,05 6,05

4,7 3,78 3,78 3,78

1,8 5,84 5,84 5,84

4,8 3,77 3,77 3,77

1,9 5,71 5,71 5,71

4,9 3,75 3,75 3,75

2 5,67 5,68 5,68

5 3,75 3,75 3,75

2,1 5,39 5,39 5,39

5,1 3,71 3,71 3,71

2,2 5,3 5,3 5,3

5,2 3,7 3,7 3,7

2,3 5,15 5,15 5,15

5,3 3,7 3,7 3,7

2,4 5 5 5

5,4 3,68 3,68 3,68

2,5 4,9 4,91 4,91

5,5 3,68 3,68 3,68

2,6 4,82 4,82 4,82

5,6 3,66 3,66 3,66

2,7 4,74 4,74 4,74

5,7 3,65 3,65 3,65

2,8 4,61 4,61 4,61

5,8 3,64 3,64 3,64

2,9 4,51 4,52 4,52

5,9 3,63 3,63 3,63

43

xo VH

1 2 3

6 3,63 3,63 3,63

6,1 3,61 3,61 3,61

6,2 3,61 3,61 3,61

6,3 3,6 3,6 3,6

6,4 3,59 3,59 3,59

6,5 3,59 3,59 3,59

6,6 3,58 3,58 3,58

6,7 3,57 3,57 3,57

6,8 3,57 3,57 3,57

6,9 3,56 3,56 3,56

7 3,56 3,56 3,56

7,1 3,55 3,55 3,55

7,2 3,55 3,55 3,55

7,3 3,54 3,54 3,54

7,4 3,53 3,53 3,53

7,5 3,53 3,53 3,53

7,6 3,52 3,52 3,52

7,7 3,52 3,52 3,52

7,8 3,51 3,51 3,51

7,9 3,51 3,51 3,51

8 3,505 3,51 3,51

44

LAMPIRAN II

DATA SISTEM SENSOR

45

45

Ketinggian

(cm)

Data Naik - Keluaran Tegangan Sensor (volt) V rata-

rata 1 2 3 4 5 6 7 . 13 14 15 16 17 18 19 20

0 4,954 4,938 4,948 4,923 4,938 4,948 4,931 . 4,951 4,954 4,954 4,941 4,954 4,923 4,928 4,933 4,941

1 4,895 4,877 4,885 4,887 4,867 4,862 4,887 . 4,875 4,885 4,890 4,890 4,877 4,875 4,892 4,872 4,878

2 4,834 4,857 4,847 4,829 4,844 4,836 4,836 . 4,867 4,849 4,854 4,864 4,841 4,854 4,864 4,849 4,848

3 4,841 4,841 4,836 4,862 4,849 4,862 4,836 . 4,854 4,857 4,841 4,841 4,857 4,852 4,864 4,847 4,850

4 4,719 4,734 4,722 4,719 4,719 4,722 4,724 . 4,711 4,724 4,724 4,701 4,724 4,716 4,727 4,724 4,732

5 4,711 4,706 4,691 4,694 4,694 4,694 4,704 . 4,683 4,709 4,686 4,694 4,668 4,678 4,711 4,694 4,694

6 4,683 4,694 4,681 4,688 4,691 4,683 4,696 . 4,704 4,704 4,683 4,694 4,699 4,584 4,671 4,694 6,687

7 4,683 4,678 4,671 4,699 4,686 4,668 4,696 . 4,686 4,683 4,673 4,694 4,678 4,704 4,681 4,688 4,684

8 4,615 4,630 4,625 4,620 4,615 4,622 4,615 . 4,622 4,635 4,612 4,615 4,630 4,627 4,612 4,620 4,621

9 4,569 4,569 4,571 4,566 4,561 4,558 4,553 . 4,561 4,581 4,584 4,579 4,558 4,564 4,556 4,576 4,569

10 4,538 4,536 4,558 4,548 4,536 4,561 4,561 . 4,548 4,525 4,533 4,528 4,546 4,528 4,551 4,556 4,544

11 4,507 4,502 4,507 4,500 4,510 4,495 4,523 . 4,523 4,518 4,518 4,500 4,497 4,507 4,513 4,518 4,508

12 4,490 4,464 4,474 4,479 4,479 4,456 4,474 . 4,479 4,454 4,459 4,474 4,451 4,477 4,469 4,464 4,469

13 4,446 4,434 4,444 4,446 4,444 4,459 4,434 . 4,472 4,444 4,459 4,439 4,441 4,441 4,454 4,449 4,448

14 4,398 4,408 4,403 4,388 4,408 4,418 4,408 . 4,388 4,398 4,411 4,405 4,411 4,403 4,398 4,398 4,404

15 4,395 4,403 4,411 4,411 4,383 4,408 4,411 . 4,421 4,400 4,408 4,403 4,405 4,395 4,411 4,408 4,405

16 4,405 4,385 4,388 4,400 4,398 4,388 4,405 . 4,388 4,395 4,400 4,403 4,385 4,385 4,388 4,398 4,395

17 4,393 4,405 4,403 4,395 4,390 4,398 4,390 . 4,365 4,403 4,377 4,398 4,405 4,390 4,413 4,403 4,397

18 4,393 4,405 4,403 4,395 4,390 4,398 4,390 . 4,365 4,403 4,377 4,398 4,405 4,390 4,413 4,403 4,397

19 4,362 4,375 4,383 4,380 4,360 4,377 4,367 . 4,367 4,360 4,344 4,367 4,377 4,360 4,357 4,377 4,367

20 4,347 4,360 4,339 4,334 4,337 4,342 4,355 . 4,324 4,334 4,349 4,344 4,344 4,334 4,342 4,347 4,341

21 4,355 4,367 4,357 4,352 4,357 4,365 4,360 . 4,360 4,355 4,357 4,362 4,367 4,367 4,370 4,352 4,358

22 4,319 4,334 4,319 4,324 4,321 4,306 4,321 . 4,314 4,334 4,326 4,334 4,332 4,337 4,314 4,324 4,324

46

46

23 4,301 4,311 4,304 4,311 4,296 4,291 4,309 . 4,316 4,309 4,298 4,301 4,314 4,311 4,311 4,298 4,305

24 4,296 4,283 4,283 4,288 4,281 4,281 4,288 . 4,273 4,291 4,268 4,275 4,270 4,275 4,288 4,286 4,281

25 4,237 4,265 4,260 4,245 4,253 4,235 4,253 . 4,258 4,270 4,255 4,255 4,255 4,270 4,275 4,263 4,255

26 4,224 4,227 4,240 4,232 4,224 4,242 4,214 . 4,245 4,237 4,232 4,227 4,219 4,240 4,217 4,230 4,230

27 4,214 4,209 4,204 4,186 4,196 4,204 4,199 . 4,194 4,186 4,214 4,202 4,222 4,212 4,204 4,194 4,203

28 4,179 4,166 4,204 4,189 4,191 4,184 4,176 . 4,191 4,199 4,181 4,189 4,176 4,181 4,196 4,209 4,187

47

47

Ketinggian

(cm)

Data Turun - Keluaran Tegangan Sensor (volt) V rata-

rata 1 2 3 4 5 6 7 . 13 14 15 16 17 18 19 20

0 4,931 4,938 4,946 4,946 4,938 4,938 4,936 . 4,926 4,948 4,943 4,933 4,920 4,920 4,926 4,926 4,936

1 4,872 4,867 4,887 4,895 4,877 4,890 4,864 . 4,887 4,905 4,931 4,892 4,905 4,908 4,905 4,905 4,893

2 4,862 4,877 4,880 4,867 4,877 4,859 4,882 . 4,875 4,862 4,854 4,857 4,864 4,872 4,875 4,867 4,870

3 4,831 4,821 4,847 4,831 4,844 4,844 4,844 . 4,824 4,818 4,813 4,839 4,844 4,854 4,836 4,831 4,834

4 4,714 4,704 4,714 4,711 4,714 4,706 4,699 . 4,691 4,722 4,732 4,719 4,711 4,716 4,709 4,719 4,712

5 4,694 4,701 4,694 4,688 4,706 4,704 4,683 . 4,716 4,709 4,704 4,714 4,729 4,722 4,714 4,719 4,704

6 4,686 4,683 4,686 4,688 4,671 4,709 4,701 . 4,683 4,691 4,676 4,673 4,688 4,676 4,678 4,671 4,683

7 4,668 4,658 4,663 4,663 4,648 4,666 4,663 . 4,653 4,666 4,640 4,643 4,658 4,643 4,632 4,660 4,655

8 4,620 4,632 4,617 4,604 4,609 4,609 4,602 . 4,594 4,609 4,604 4,617 4,594 4,617 4,625 4,594 4,610

9 4,564 4,564 4,558 4,569 4,581 4,576 4,569 . 4,571 4,571 4,556 4,574 4,566 4,558 4,589 4,561 4,571

10 4,558 4,564 4,571 4,569 4,541 4,564 4,566 . 4,556 4,561 4,564 4,553 4,553 4,558 4,558 4,556 4,557

11 4,495 4,500 4,492 4,518 4,518 4,530 4,500 . 4,507 4,518 4,523 4,530 4,523 4,520 4,507 4,548 4,514

12 4,451 4,462 4,467 4,477 4,472 4,467 4,456 . 4,469 4,451 4,456 4,456 4,479 4,451 4,449 4,474 4,466

13 4,434 4,444 4,436 4,421 4,423 4,439 4,428 . 4,426 4,434 4,436 4,418 4,441 4,436 4,431 4,441 4,433

14 4,367 4,344 4,388 4,428 4,385 4,408 4,400 . 4,418 4,398 4,408 4,403 4,398 4,418 4,405 4,418 4,401

15 4,418 4,416 4,408 4,423 4,393 4,377 4,408 . 4,403 4,380 4,400 4,413 4,408 4,393 4,400 4,398 4,402

16 4,403 4,400 4,411 4,400 4,395 4,405 4,393 . 4,416 4,403 4,408 4,408 4,411 4,385 4,421 4,413 4,405

17 4,395 4,403 4,400 4,405 4,408 4,418 4,357 . 4,393 4,388 4,398 4,395 4,385 4,377 4,385 4,377 4,387

18 4,377 4,377 4,365 4,362 4,372 4,372 4,383 . 4,375 4,388 4,383 4,380 4,375 4,380 4,375 4,377 4,377

19 4,377 4,352 4,352 4,362 4,362 4,349 4,367 . 4,349 4,349 4,367 4,357 4,367 4,362 4,357 4,362 4,360

20 4,357 4,337 4,347 4,329 4,334 4,349 4,334 . 4,332 4,342 4,362 4,347 4,344 4,362 4,337 4,352 4,345

48

48

21 4,337 4,355 4,342 4,337 4,349 4,360 4,349 . 4,334 4,339 4,344 4,349 4,355 4,344 4,362 4,355 4,346

22 4,334 4,324 4,309 4,326 4,324 4,316 4,342 . 4,329 4,324 4,334 4,316 4,316 4,332 4,316 4,316 4,325

23 4,306 4,316 4,306 4,298 4,301 4,304 4,309 . 4,301 4,288 4,301 4,304 4,306 4,314 4,306 4,311 4,304

24 4,275 4,278 4,281 4,268 4,273 4,286 4,273 . 4,291 4,281 4,286 4,265 4,270 4,288 4,275 4,273 4,279

25 4,265 4,255 4,245 4,245 4,258 4,255 4,235 . 4,235 4,240 4,245 4,247 4,240 4,253 4,255 4,255 4,247

26 4,235 4,232 4,222 4,224 4,217 4,232 4,232 . 4,227 4,232 4,212 4,224 4,230 4,217 4,237 4,217 4,227

27 4,194 4,217 4,204 4,207 4,196 4,209 4,194 . 4,199 4,194 4,217 4,204 4,222 4,222 4,217 4,217 4,206

28 4,191 4,179 4,174 4,194 4,184 4,191 4,191 . 4,166 4,184 4,186 4,191 4,181 4,176 4,181 4,184 4,185

49

Ketinggian air (cm)

Jarak sensor xo (cm) Ketinggian air (cm)

Jarak sensor xo (cm)

1 2 3 1 2 3

0 1,8 1,8 1,8 14 2,85 2,85 2,85

0,5 1,9 1,9 1,9 14,5 2,85 2,85 2,85

1 1,9 1,9 1,9 15 2,85 2,85 2,85

1,5 2 2 2 15,5 2,9 2,9 2,9

2 2,1 2,1 2,1 16 2,9 2,9 2,9

2,5 2,2 2,2 2,2 16,5 2,9 2,9 2,9

3 2,3 2,3 2,3 17 2,9 2,9 2,9

3,5 2,3 2,3 2,3 17,5 3 3 3

4 2,4 2,4 2,4 18 3 3 3

4,5 2,4 2,4 2,4 18,5 3,05 3,05 3,05

5 2,4 2,4 2,4 19 3,05 3,05 3,05

5,5 2,5 2,5 2,5 19,5 3,05 3,05 3,05

6 2,5 2,5 2,5 20 3,1 3,1 3,1

6,5 2,65 2,65 2,65 20,5 3,1 3,1 3,1

7 2,65 2,65 2,65 21 3,1 3,1 3,1

7,5 2,65 2,65 2,65 21,5 3,15 3,15 3,15

8 2,7 2,7 2,7 22 3,2 3,2 3,2

8,5 2,7 2,7 2,7 22,5 3,2 3,2 3,2

9 2,7 2,7 2,7 23 3,2 3,2 3,2

9,5 2,7 2,7 2,7 23,5 3,25 3,25 3,25

10 2,7 2,7 2,7 24 3,25 3,25 3,25

10,5 2,7 2,7 2,7 24,5 3,25 3,25 3,25

11 2,7 2,7 2,7 25 3,25 3,25 3,25

11,5 2,7 2,7 2,7 25,5 3,25 3,25 3,25

12 2,75 2,75 2,75 26 3,3 3,3 3,3

12,5 2,75 2,75 2,75 26,5 3,3 3,3 3,3

13 2,8 2,8 2,8 27 3,3 3,3 3,3

13,5 2,8 2,8 2,8 27,5 3,3 3,3 3,3

28 3,35 3,35 3,35

50

LAMPIRAN III

DATA HASIL KARAKTERISASI

STATIS SISTEM SENSOR

51

Data Hasil Karakterisasi Statis Sistem

Karakterisasi statis sistem diambil pada range sistem setiap kelipatan satu. Kolom

warna merah menunjukkan nilai minimum di setiap karakter statis sedangkan

kuning menunjukkan nilai maksimum.

No

Data Standar

deviasi Bias

Akurasi

(%)

error

(%)

Presisi

(%) Sebenarnya Terukur

(rata-rata)

1 1 1,411 0,066 -0,411 39,255 60,745 86,051

2 2 1,993 0,062 0,007 90,418 9,582 90,725

3 3 1,890 0,070 1,110 55,976 44,024 88,871

4 4 4,428 0,056 -0,428 85,111 14,889 96,227

5 5 5,048 0,088 -0,048 93,794 6,206 94,794

6 6 5,346 0,066 0,654 85,820 14,180 96,315

7 7 5,493 0,135 1,507 72,682 27,318 92,630

8 8 7,419 0,080 0,581 89,731 10,269 96,757

9 9 9,392 0,099 -0,392 92,343 7,657 96,834

10 10 9,989 0,188 0,011 94,249 5,751 94,355

11 11 11,666 0,151 -0,666 89,817 10,183 96,107

12 12 13,059 0,196 -1,059 86,269 13,731 95,490

13 13 14,427 0,165 -1,427 85,219 14,781 96,574

14 14 16,315 0,195 -2,315 79,284 20,716 96,411

15 15 16,387 0,217 -1,387 86,417 13,583 96,034

16 16 16,749 0,179 -0,749 91,953 8,047 96,787

17 17 16,712 0,123 0,288 96,127 3,873 97,786

18 18 16,712 0,123 1,288 90,787 9,213 97,786

19 19 17,958 0,191 1,042 91,495 8,505 96,805

20 20 19,405 0,208 0,595 93,902 6,098 96,780

21 21 18,644 0,118 2,356 87,099 12,901 98,107

22 22 20,725 0,189 1,275 91,625 8,375 97,261

23 23 21,713 0,184 1,287 92,009 7,991 97,464

24 24 22,723 0,131 1,277 93,040 6,960 98,268

25 25 24,886 0,284 0,114 96,137 3,863 96,578

26 26 26,150 0,249 -0,150 96,551 3,449 97,146

27 27 27,894 0,242 -0,894 93,996 6,004 97,394

28 28 29,067 0,331 -1,067 92,639 7,361 96,580

52

LAMPIRAN IV

LISTING PROGRAM LENGKAP

53

LAMPIRAN III

Listing program Lengkap

'==================================================================

' Project : Program Pengendali Ketinggian Permukaan Air Berbasis Mikrokontroler (Atmega8535 )

' version : 1

' Date : 20/12/2013

' Author : Nidaul Muiz Aufa (H1E009031)

' Place : Laboratorium Elektronika , Instrumentasi dan Geofisika

' Institution : Program Studi Fisika, Universitas Jenderal Soedirman

' Adress : Jl. Soeparno, Karangwangkal Purwokerto selatan

' Purpose : Mata Kuliah Tugas Akhir ( PAF000000 )

' Chip type : Atmega8535

' Program type : Application

' Clock frequency : 11,059200 MHz

'==================================================================

' Perintah simulasi--------------------------------------------------------------

'$sim ' ( hilangkan tanda ' ketika akan mensimulasikan program)

' Identifikasi hardware----------------------------------------------------------

$regfile = "m16def.dat" ' instruksi untuk memilih spesifikasi mikrokontroler

$crystal = 11,059200 ' instruksi untuk memilih frekuensi kristal

$baud = 9600 ' instruksi kecepatan baud ( berhubungan dengan PC )

54

' Inisiasi --------------------------------------------------------------------------

Config Lcd = 16 * 2 ' mendefinisikan LCD yang digunakan

Config Lcdpin = Pin , Db4 = Portc.4 , Db5 = Portc.5 , Db6 = Portc.6 , Db7 = Portc.7 , E = Portc.2 , Rs = Portc.0 'port yang digunakan oleh LCD

Config Timer0 = Timer , Prescale = 8 'mengatur timer0

Config Timer1 = Counter , Edge = Falling 'mengatur timer1

Config Portb.4 = Output




Led_hijau Alias Portb.4

Led_kuning Alias Portb.5

Led_merah Alias Portb.6

Relay Alias Portb.7

Speaker Alias Portb.3

'Nilai Awal Variabel------------------------------------------------------------

Portb.4 = 0

Portb.5 = 0

Portb.6 = 0

Portb.7 = 0

55

Config Adc = Single , Prescaler = Auto ' konfigurasi Analog/Digital Converter

' Identifikasi variable----------------------------------------------------------

Dim Data_tegangan As Word,

Dim H As Single ' ketinggian permukaan air

Dim V_sensor As Single ' tegangan sensor

Dim H_dat As Single

Dim H_def As String * 6

Dim A As Single

Dim B As Single

Dim C As Single

Dim X2 As Single

Dim Ha As Single

Dim Channel As Byte

' Pembuka------------------------------------------------------------------------

Cls

Locate 1 , 12 'lokasi menampilkan konstanta atau variabel

Lcd " SPKPA" 'mengirim konstanta atau variabel ke LCD

Locate 2 , 9

Lcd "(c) affan"

Wait 5 'mengatur delay

Cls

' Program Utama------------------------------------------------------------------------

Locate 1 , 3

Lcd "tinggi air: "

' Perintah Looping------------------------------------------------------------------------

Do 'mengulang blok statement sampai bernilai benar

56

'ADC input-------------------------------------------------------------------------------

Data_tegangan = Getadc (1)

V_sensor = Data_adc / 51.2 '/ 51.2 didapat dari persama

PERANCANGAN PROTOTYPE SISTEM PENGENDALIAN KETINGGIAN AIR MENGGUNAKAN SENSOR EFEK HALL BERBASIS MIKROKONTROLER ATmega16.pdf

Documents