SISTEM PERINGATAN PENDETEKSI TINGGI MUKA AIR MENGGUNAKAN TRANSDUSER ULTRASONIK SECARA VERTIKAL DENGAN TAMPILAN LCD BERBASIS MIKROKONTROLER

i ABSTRAK

SISTEM PERINGATAN PENDETEKSI TINGGI MUKA AIR MENGGUNAKAN TRANSDUSER ULTRASONIK SECARA

VERTIKAL DENGAN TAMPILAN LCD BERBASIS MIKROKONTROLER

Oleh

Sisca Aprila

Telah dilakukan penelitian dengan merancang suatu sistem peringatan dini untuk pendeteksi ketinggian air pada tampilan LCD dengan menggunakan sensor HC-SR04 sebagai pengukur jarak ketinggian air. Sensor ini memiliki range ketinggian 2 - 500 cm dengan resolusi 0,3 cm dan hasil resolusi pegukuran berdasarkan perhitungan 0,5 cm yang sesuai dengan realnya serta dapat mengukur jarak hingga kemiringan sudut 15°. Pendeteksi ketinggian muka air ini menggunakan catu daya sebesar 5 volt. Pada pengambilan data dilakukan dua cara pengambilan data yaitu melihat nilai data yang ditangkap oleh sensor dan langsung ditampilkan ke LCD dan melihat hasil pengukuran pada tabung. Pada pengambilan data antara LCD dan tabung terdapat selisih jarak sehingga terdapat selisih error pada grafik oleh sebab itu diperlukan program untuk meminimalisasi error untuk mendapatkan hasil yang akurat. Sistem peringatan pada alat ini ditandai dengan led indikator berwarna hijau, kuning dan merah sebagai penandaan status ketinggian air yang telah diatur melalui mikrokontroler ATMega16 dan membunyikan alarm/buzzer secara otomatis, jika ketinggian muka air melebihi batas maksimum yang ditentukan. Dengan adanya sistem peringatan ini masyarakat dapat mengantisipasi adanya suatu bahaya banjir sehingga kerugian dapat diminimalisir.

ii ABSTRACT

THE WARNING SYSTEM OF WATER LEVEL DETECTION USING ULTRASONIC TRANSDUCER BASED

ON MICROCONTROLLER SYSTEM

By

Sisca Aprila

It has been realited the warning system of water level detection using ultrasonic transducer based on microcontroller system. this transducer has a range of 2 - 5 cm height with the resolution of 0,3 cm and the result of measurement resolution based on the calculation 0,5 cm according to the real side. And it can measure the distance with effectual angle of 15°. This water level detection using voltage 5 volt on the power supply. The data aquisition has been done in two ways, namely see the value of data captured then the transducer directly to the LCD display and see the result of measurements on the tube. When data aquisition between LCD and tube there is difference of the distance that makes the difference in graphics contained error, therefore required the minimalization of errors on the program to get accurate data. The warning system in this tool indicated by the led indicator they are lights green, yellow and red. As a allert of water level status that has been set through microcontroller Atmega 16 and sound alarm automatically, if the water level exceeds the maximum limit specified. With the existence of this warning system the human can anticipate the arrival of the floods so the losses can be minimized.

SISTEM PERINGATAN PENDETEKSI TINGGI MUKA AIR MENGGUNAKAN TRANSDUSER ULTRASONIK SECARA VERTIKAL

DENGAN TAMPILAN LCD BERBASIS MIKROKONTROLER

Oleh

Sisca Aprila

Skripsi

Sebagai Salah satu Syarat untuk Memperoleh Gelar SARJANA SAINS

Pada Jurusan Fisika

Fakultas Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Lampung

UNIVERSITAS LAMPUNG BANDAR LAMPUNG

iv

Judul Skripsi :SISTEM PERINGATAN PENDETEKSI TINGGI MUKA AIR MENGGUNAKAN TRANSDUSER ULTRASONIK SECARA VERTIKAL DENGAN TAMPILAN LCD BERBASIS MIKROKONTROLER Nama Mahasiswa : Sisca Aprila

Nomor Pokok Mahasiswa : 0817041058

Jurusan : Fisika

Fakultas : Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

MENYETUJUI, 1. Komisi Pembimbing

Dr. Warsito, D.E.A

NIP.19710212 19952 1 001

Gurum Ahmad Pauzi, S.Si, M.T. NIP. 19801010 200501 1 002

2. Ketua Jurusan Fisika FMIPA Universitas Lampung

Dr. Yanti Yulianti, M.Si NIP. 19751219 20012 2 003

vi

PERNYATAAN

Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam skripsi ini tidak terdapat karya yang pernah dilakukan orang lain, dan sepengetahuan saya tidak ada karya atau pendapat yang ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini sebagaimana disebutkan dalam daftar pustaka. Selain itu, saya menyatakan bahwa skripsi ini dibuat oleh saya sendiri.

Apabila ada pernyataan saya yang tidak benar maka saya bersedia dikenai sanksi sesuai dengan hukum yang berlaku.

Bandar Lampung, Desember 2012

Sisca Aprila

v

MENGESAHKAN

1. Tim Pembimbing

Ketua : Dr. Warsito, D.E.A ………..

Sekretaris : Gurum Ahmad Pauzi, S.Si, M.T. …....………

Penguji

Bukan Pembimbing : Drs. Amir Supriyanto M.Si ……….

2. Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

Prof. Suharso, Ph.D.

NIP. 19690530199512 1 001

vii

RIWAYAT HIDUP

Penulis yang bernama lengkap Sisca Aprila yang dilahirkan di Teluk Betung, 12 April 1991. Putri Sulung dari 6 bersaudara dari Bapak Bawion dan Ibunda Sunarti. Penulis menyelesaikan pendidikan Taman Kanak-kanak di TK Restu Ibu Kotabumi pada tahun 1996, sekolah dasar di SDN 5 Mulang Maya Kotabumi pada tahun 2002, sekolah menengah pertama di SMP Kemala Bhayangkari 1 Kotabumi pada tahun 2005, dan sekolah menengah atas di SMA N 3 Kotabumi pada tahun 2008.

Sisca Aprila, terdaftar sebagai mahasiswa di Jurusan Fisika FMIPA Universitas Lampung melalui SNMPTN pada tahun 2008. Selama menempuh pendidikan, penulis pernah menjadi asisten Praktikum Fisika Dasar I dan II, Elektronika Dasar I dan II, Sistem Digital, Mikrokontroler. Penulis pernah PKL di PT. Krakatau Steel di Pabrik Billet Baja. Penulis juga pernah aktif dalam kegiatan organisasi seperti menjadi Reporter di UKM Natural FMIPA periode 2008-2009, anggota Kru UKM Rakanila Universitas Lampung periode 2009-2010, Neigbourhood Chief bidang Sekretariatan UKM Rakanila Universitas lampung periode 2010-2011 dan Manager Sekretari UKM Rakanila Universitas Lampung periode 2010- 2011-2012.

viii

PERSEMBAHAN

Untuk kedua orang tuaku Bawion & Sunarti yang menjadi orang tua terhebat sedunia yang memberikan semangat dalam hidupku.

Adik-adikku tercinta Sulaiman, Suryani, Adi Satria, Baim Maulana, Shela Nuraini dan nenek Dewi yang selalu mewarnai hari-hariku dengan penuh kecerian di keluarga besarku.

ix MOTTO

Awali segala sesuatu dengan doa dan niat yang baik di setiap hal yang kamu lakukan dan jangan pernah menyerah ketika kamu mengalami kegagalan karena itu adalah proses menuju kesuksesan.

x

KATA PENGANTAR

Puji syukur kehadirat Allah SWT yang telah memberikan segala berkah dan anugerah sehingga penulis dapat menyelesaikan kuliah serta skripsi ini dengan baik. Judul skripsi ini adalah “Sistem Peringatan Pendeteksi Tinggi Muka Air Menggunakan Transduser Ultrasonik secara Vertikal dengan Tampilan LCD Berbasis Mikrokontroler”.

Skripsi ini dilaksanakan dari bulan Agustus 2012 sampai November 2012 di Laboratorium Elektronika Instrumentasi dan di Laboratorium Pemodelan Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Lampung. Penekanan skripsi ini adalah untuk mengetahui tinggi muka air dengan tampilan LCD untuk menghidupkan led indikator dan membunyikan buzzer pada penandaan status bahaya.

Penulis menyadari dalam penyajian skripsi ini masih jauh dari kesempurnaan. Oleh karena itu, penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari berbagai pihak demi perbaikan dan penyempurnaan skripsi ini. Akhir kata, semoga skripsi ini dapat menjadi rujukan untuk penelitian berikutnya agar lebih sempurna dan dapat memperkaya khasanah ilmu pengetahuan.

Bandar Lampung, Desember 2012

xi

SANWACANA

Puji syukur kehadirat Allah SWT yang telah memberikan anugerah yang luar biasa sehingga penulis masih diberi kesempatan untuk mengucapkan terima kasih kepada pihak yang telah membantu dalam penyelesaian penelitian dan skripsi ini, terutama kepada Bapak Dr. Warsito, DEA selaku pembimbing I serta Bapak Gurum Ahmad Pauzi S.Si., M.T. selaku pembimbing II yang telah banyak memberikan bimbingan serta ilmunya, dan kepada Bapak Drs. Amir Supriyanto, M.Si selaku Penguji yang selalu memberi saran dan koreksi selama penulisan skripsi.

Terima kasih juga untuk Ibu Suprihatin, S.Si., M.Si sebagai pembimbing akademik yang telah membantu konsultasi kuliah serta memberikan saran yang baik selama proses kuliah penulis. Kepada Berli dan Laila terima kasih karena telah menjadi tim yang baik dan memberikan semangat yang luar biasa selama penelitian ini.

Untuk kedua orang tua penulis mengucapkan terima kasih yang sedalam-dalamnya kepada ayah dan ibunda tercinta yang tak henti-hentinya memberikan doa, motivasi, serta dukungan baik secara moril dan materil dan untuk adik-adikku yang selalu memberikan semangat yang luar biasa. Khususnya Hadi Salamy terima kasih atas semua doa dan dukungannya selama ini dan teman-teman Eka, Magem, Jusi, Ngah, Mbi dan Rizky, Revi, Lena, Vio, Cien, Dian, Reza, Melda, Heni, Vinin, Rifki, Eko, dan semua angkatan 2008, 2007, 2009 yang tak bisa disebutkan semua, terima kasih semuanya semoga ALLAH SWT membalas dengan hal lebih baik.

Bandar Lampung, Desember 2012 Sisca Aprila

1

I. PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Sungai merupakan salah satu faktor yang dapat digunakan untuk memonitor atau mengontrol bahaya banjir. Pada saat musim hujan ketinggian air sungai akan naik bahkan sampai melebihi tebing sungai. Ketinggian air sungai merupakan suatu istilah yang digunakan untuk menyatakan posisi atau kedalaman air sungai. Kondisi tersebut jelas menimbulkan dampak kerugian materil bahkan dapat mengancam jiwa penduduk yang tinggal di sekitar sungai (Megah dkk, 2010). Dengan adanya masalah ini, seiring dengan berkembangnya ilmu pengetahuan dan teknologi sejalan dengan dibutuhkannya sumber daya manusia yang handal yang mampu menciptakan suatu alat yang dapat mengatasi adanya permasalahan-permasalan yang terjadi sehingga dapat mempermudah manusia dalam melakukan pekerjaan.

Monitoring alat pendeteksi banjir membutuhkan perangkat instrumentasi yang bermanfaat untuk mengukur besaran parameter suatu proses. Penangulangan banjir harus dilakukan secara terintegrasi karena meluapnya sungai disuatu daerah bisa saja disebabkan kiriman dari hulunya. Oleh karena itu, untuk dapat mengurangi dampak kerugian yang ditimbulkan oleh naiknya ketinggian air

2

sungai maka salah satu caranya dengan mengamati perilaku ketinggian air sungai dengan menciptakan alat yang mampu mendeteksi adanya bahaya banjir secara real time dan continuos.

Sistem akuisisi data yang dapat didefinisikan sebagai suatu sistem yang berfungsi untuk mengambil, mengumpulkan dan menyiapkan data, hingga memprosesnya untuk menghasilkan data yang dikehendaki. Jenis serta metode yang dipilih pada umumnya bertujuan untuk menyederhanakan setiap langkah yang dilaksanakan pada keseluruhan proses (Ardiansyah dkk, 2011). Untuk menciptakan alat yang mampu mendeteksi kebanjiran ini diperlukan instrumentasi dengan bantuan sensor dan sistem akuisisi data. Pada penelitian ini sensor yang akan digunakan yaitu sensor ultrasonik HC-SR04 sebagai pengukur jarak ketinggian air sungai. Sensor ultrasonik adalah sensor yang bekerja berdasarkan prinsip pantulan gelombang suara. Frekuensi kerja sensor ultrasonik ini ada pada daerah diatas gelombang suara yaitu dari 40 KHz hingga 400 KHz. Sensor ultrasonik terdiri dari dari dua unit, yaitu unit pemancar dan unit penerima. Selanjutnya, data pengukuran tinggi muka air dan perhitungan debit air yang diterima akan diolah oleh ADC mikrokontroler ATmega16 kemudian ditampilkan ke LCD. Sistem ini dilengkapi dengan sirine dan led indikator dengan tujuan ketika tinggi permukaan air berada pada kondisi berbahaya maka sirine akan berbunyi dan led indikator akan menyala sebagai tanda peringatan kepada warga masyarakat untuk bersiaga atau menyelamatkan diri.

3

B. Rumusan masalah

Rumusan masalah yang akan diselesaikan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut:

1. Bagaimana membuat suatu rangkaian yang dapat digunakan sebagai sistem peringatan dini untuk mendeteksi tinggi muka air.

2. Bagaimana membuat suatu program (perangkat lunak) yang dapat mengaktifkan sirine dan menandakan led hidup pada jarak ketinggian yang telah ditentukan.

3. Memanfaatkan LCD agar dapat menampilkan informasi ketinggian permukaan air dan pewaktuannya.

C. Batasan Masalah

Batasan masalah dalam penelitian ini adalah sebagai berikut:

1. Rancang bangun peralatan yang digunakan untuk mendeteksi tingkat ketinggian air dari suatu sungai dengan sistem vertikal.

2. Tampilan dari sistem menggunakan LCD dengan karakter 2x16.

3. Sensor ketinggian permukaan air yang digunakan adalah sensor jarak ultrasonik HC-SR04.

4

D. Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini yaitu merancang dan membuat alat pendeteksi ketinggian air sungai melalui akuisisi data yang ditampilkan ke LCD 2x16 dan membuat suatu sistem peringatan dini untuk mengantisipasi kerugian yang disebabkan oleh naiknya permukaan air.

E. Manfaat Penelitian

Manfaat dari penelitian ini yaitu dihasilkannya suatu alat pendeteksi ketinggian air sungai dengan menggunakan sensor ultrasonik HC-SR04 dengan tampilan LCD dan penanda sistem alarm ketika tinggi muka air naik.

5

II. TINJAUAN PUSTAKA

A. Transduser Ketinggian Air

Transduser adalah suatu piranti (alat) yang dapat mengubah satu bentuk energi ke bentuk energi lain. Prinsip kerja dari tranduser ultrasonik yaitu mengirimkan suara ultrasonik dan kemudian menerima kembali pantulan suara tersebut (Jatmiko et al, 2012). Pada umumnya, tranduser ultrasonik terdiri dari sebuah chip pembangkit sinyal, sebuah speaker ultrasonik dan sebuah microphone ultrasonik. Speaker ultrasonik mengubah sinyal menjadi suara sementara microphone ultrasonik berfungsi untuk mendeteksi pantulan suaranya. Suara ultrasonik mula-mula dipancarkan dengan frekuensi tertentu dan selang waktu tertentu. Suara ini akan merambat di udara dengan kecepatan 344.424 m/detik, mengenai objek untuk kemudian terpantul kembali ke tranduser ultrasonik. Selama menunggu pantulan, tranduser ultrasonik akan menghasilkan sebuah pulsa. Pulsa ini akan berhenti (low) ketika suara pantulan terdeteksi oleh tranduser. Oleh karena itulah lebar pulsa tersebut dapat merepresentasikan jarak antara transduser dengan objek (Jones and Chin, 1995). Umumnya perubahan energi listrik menjadi pergeseran mekanik atau konversi parameter fisik non-elektrik, seperti suhu, tekanan, suara dan lain-lain, menjadi energi atau sinyal listrik (Surtono, 2006). Pada bidang

6

instrumentasi biasanya digunakan tranduser yang mengkonversi parameter fisik menjadi sinyal elektrik (Jones and Chin, 1995). Namun sensor yang digunakan dalam penelitian untuk mengukur ketinggian air adalah transduser ultrasonik HC-SR04.

B. Pengukuran Debit Air Sungai

Debit air dapat didefinisikan sebagai banyaknya volume air yang mengalir pada suatu saluran setiap 1 sekon. Menurut Chow (1997), debit air yang mengalir pada suatu penampang saluran untuk berbagai aliran dinyatakan dengan:

� = �. �………(1)

dengan: � = debit air (m3/s)

v = kecepatan aliran air (m/s)

A = luas penampang melintang saluran (m2)

C. Sensor Jarak Ultrasonik

Sensor jarak ultrasonik adalah sensor 40 kHz produksi parallax yang banyak digunakan untuk aplikasi atau kontes robot cerdas. Kelebihan sensor ini adalah memiliki range 2 – 500 cm dengan kisaran akurasi mencapai 3 mm. Sensor ini digunakan untuk mengukur jarak dengan tegangan 5 volt. Perhatikan Gambar 2.1.

7

Gambar 2.1. Transduser ultrasonik HC-SR04

Sensor HC-SR04 mendeteksi jarak objek dengan cara memancarkan gelombang ultrasonik (40 kHz) kemudian mendeteksi pantulannya. Sensor HC-SR04 memancarkan gelombang ultrasonik sesuai dengan kontrol dari mikrokontroller pengendali ( pulsa IO trigger dengan tout min 2 µs ).

Spesifikasi sensor ini :

a. power supply :5V DC b. quiescent current : <2mA c. effectual angle: <15°

d. ranging distance : 2 – 500 cm

8

Gambar 2.2. Protokol Pengiriman Pulsa Sensor HC-SR04

Gambar 2.2 pulsa ultrasonik yang pendek ditransmisikan pada waktu 0, direfelsikan oleh sebuah objek. Sensor menerima sinyal ini dan mengubahnya menjadi sinyal elektronik. Pulsa berikutnya ditransmisikan ketika terjadi echo. Pada periode waktu ini disebut dengan cycle period. Cycle period yang direkomendasikan tidak kurang dari 50 ms. Jika sebuah pulsa trigger 10us di kirimkan ke pin sinyal, modul sensor ultrasonic akan mengeluarkan 8 pulsa sinyal ultrasonik 40 kHz dan mendeteksi echo kembali. Pengukuran jarak adalah proporsional terhadap lebar pulsa echo dan bisa dihitung berdasarkan rumus. Jika tidak ada halangan yang dideteksi, pin output akan menerima 38ms sinyal level high.

Sensor merupakan piranti elektronika untuk mengindra fenomena fisik dan mengubah menjadi sinyal-sinyal listrik.

9

Berdasarkan jenisnya, sensor dapat di klasifikasikan menjadi dua, yaitu sensor pasif dan sensor aktif.

1.1. Sensor Pasif

Sensor pasif tidak dapat menghasilkan tegangan sendiri tetapi dapat menhasilkan perubahan nilai resitansi, kapasitansi, atau induktansi apabila mengalami perubahan kondisi pada lingkungan sekitarnya. Perubahan nilai resistansi, kapasitansi, induktansi dapat bernilai positif (nilai bertambah) sehingga tegangannya juga meningkat dan dapat bernilai negatif (nilai berkurang) maka tegangannya berkurang. Perubahan tegangan tersebut yang akan dimanfaatkan untuk mengetahui keadaan yang ingin di ukur (Sugiharto, 2002).

1.2 Sensor Aktif

Sensor aktif tidak memerlukan catu daya dari luar, sensor ini dapat menghasilkan energi listrik berupa tegangan DC. Salah satu contoh tranduser aktif adalah photovoltaic/solar cell yang dapat menghasilkan tegangan bila sebuah hubungan semikonduktor mendapat pancaran sinar (Sugiharto, 2002).

D. Gelombang Ultrasonik

Gelombang adalah gejala terjadinya penjalaran suatu gangguan melalui suatu medium, setelah gangguan ini lewat medium akan kembali ke keadaan semula seperti gangguan itu datang. Ultrasonik adalah studi dan aplikasi gelombang suara yang mempunyai frekuensi diatas pendengaran manusia, yaitu diatas 20 kHz.

10

Pendengaran frekuensi manusia antara 20 Hz sampai 20 kHz (Clement, 1995). Penegasan lain didefinisikan oleh Javanuad dan Robins (1998) bahwa ultrasonic adalah gelombang tekanan longitudinal dengan frekuensi di atas jarak pendengaran manusia diatas 20 kHz.

E. LCD Karakter 2x16

LCD (Liquid Crystal Display) adalah suatu perangkat elektronika yang dapat digunakan untuk menampilkan bilangan atau teks. Ada dua tipe utama dari tampilan LCD, yaitu tampilan numerik (biasa digunakan pada jam dan kalkulator) dan tampilan teks alphanumerik.

Modul LCD (Liquid Crystal Display) digunakan sebagai prototype dari sebuah informasi. Agar terhubung dengan mikrokontroler, LCD dilengkapi dengan 8 bit data bus (DB0-DB7) yang digunakan untuk menyalurkan data ASCII (American Standard Code For Information Interchange) maupun perintah pengatur kerjanya. Modul LCD terdiri dari display dan chipset, dimana chipset ini merupakan mikrokontroler. Chipset ini berfungsi untuk mengatur tampilan informasi serta berfungsi mengatur komunikasi dengan mikrokontroler yang memakai tampilan LCD itu. Sehingga pada dasarnya interface yang akan dibuat merupakan komunikasi dua buah mikrokontroler.

Pada penelitian ini menggunakan LCD karakter 2x16 yang mempunyai lebar display 2 baris 16 kolom dengan 16 pin konektor. Adapun bentuk fisik LCD karakter 2x16 dapat dilihat pada Gambar 2.3.

11

Gambar 2.3. Bentuk fisik modul karakter 2x16

Sebagaimana terlihat pada tabel 2.1 interface LCD merupakan sebuah parallel bus dimana hal ini sangat memudahkan dan sangat mempercepat dalam pembacaan dan penulisan data dari LCD. Kode ASCII yang ditampilkan sepanjang 8 bit dan dikirim ke LCD 4 atau 8 bit dalam satu waktu.

Jalur kontrol enable dipergunakan untuk memberitahukan kepada LCD bahwa mikrokontroler mengirim data ke LCD. Untuk mengirim data ke LCD program harus meng-set EN pada kondisi high (1) dan kemudian meng-set dua jalur kontrol lainnya yaitu RS dan R/W ataupun mengirimkan data ke data bus.

Setelah dikirim ke data bus maka diharuskan data lainnya sudah siap dan EN harus sudah di-set pada kondisi low (0) kemudian ditunggu beberapa saat. Setelah itu EN di-set kembali pada kondisi high (1) pada saat RS dalam kondisi low (0) karena data yang dikirim ke LCD dianggap sebagai sebuah perintah atau instruksi khusus seperti membersihkan layer atau memposisikan kondisi kursor.

Pada saat RS dalam kondisi high (1), data yang dikirim adalah data ASCII yang nantinya akan ditampilkan oleh layer. Sebagai contoh kita akan menampilkan angka LCD pada layer, maka RS harus di-set pada kondisi high (1) dan pada jalur kontrol R/W harus dalam kondisi low (0) pada saat informasi data bus akan ditulis

12

ke LCD. Jika R/W dalam kondisi high (1) maka program akan melakukan query/pembacaan data dari LCD. Instruksi pembacaan yaitu gate LCD berstatus membaca LCD, sedangkan yang lainnya merupakan instruksi penulisan. Jadi hampir setiap aplikasi yang menggunakan LCD, R/W selalu di-set ke kondisi low (0). Jalur data dapat terdiri dari 4 atau 8 jalur, tergantung mode yang dipilih, mereka dinamakan DB0, DB1, DB2, DB3, DB4, DB5, DB6 dan DB7. Untuk membuat sebuah aplikasi interface LCD, yang terpenting adalah menentukan mode operasi. Mode 8 bit sangat baik digunakan ketika kecepatan menjadi keutamaaan dalam sebuah aplikasi, paling tidak tersedia antara11 pin I/O (3 pin untuk kontrol dan 8 pin untuk data), sedangkan 4 bit hanya memerlukan 7 pin I/O (3 pin untuk kontrol dan 4 pin untuk data). Bit RS digunakan untuk memilih data atau instruksi yang akan ditransfer dari mikrokontroler ke LCD. Jika RS di-set dalam kondisi high (1), maka bite pada posisi kursor LCD pada saat itu bisa dibaca atau ditulis. Jika RS di-set dalam kondisi low (0), maka ini merupakan instruksi yang dikirim ke LCD atau status eksekusi dari instruksi terakhir yang dibaca.

13

Tabel 2.1 Fungsi kaki pin LCD karakter 2x16(Irda, 2009).

No Nama Pin Deskripsi Port

1 VCC +5V VCC

2 GND 0 V GND

3 VEE Tegangan Kontras LCD

4 RS Register Select,O=Input instruksi, I=Input data

PD7

5 R/W I= Read ; O= Write PD5

6 E Enable Clock PD6

7 D4 Data Bus 4 PC4

8 D5 Data Bus 5 PC5

9 D6 Data Bus 6 PC6

10 D7 Data Bus 7 PC7

11 Anode Tegangan Positif Backlight 12 Katode Tegangan Negatif backlight

F. Mikrokontroler ATMega16

AVR merupakan seri mikrokontroler Complementary Metal Oxide Semiconductor (CMOS) 8 bit buatan Atmel berbasis arsitektur RISC (Reduced Intruction Set Computer). Hampir semua instruksi pada pada program dieksekusi dalam satu siklus clock. AVR mempunyai 32 register general-purpose, time/counter fleksibel dengan mode compare, interupsi internal serial UART, Programmable Watchdog Timer, power saving mode, ADC dan PWM. AVR pun mempunya In-system

14

Programmable (ISP) Flash on Chip yang mengijinkan memori program untuk deprogram ulang (read/write) dengan koneksi secara serial yang disebut Serial Peripheral Interface (SPI).

AVR memiliki keunggulan dibandingkan dengan mikrokontroler lain, keunggulan mikrokontroler AVR yaitu memiliki kecepatan dalam mengeksekusi program yang lebih cepat, karena sebagian besar instruksi dieksekusi dalam 1 siklus clock (lebih cepat dibandingkan mikrokontroler keluarga MCS 51 yang memiliki arsitektur Complex Intrukstion Set compute). ATMega 16 mempunyai throughput mendekati 1 Millions InstructionPerSecond (MIPS) per MHz, sehingga membuat konsumsi daya menjadi rendah terhadap kecepatan proses eksekusi perintah. ATMega 16 mempunyai throughput mendekati 1 MIPS per MHz membuat disainer system untuk mengoptimasi konsumsi daya versus kecepatan proses (Hadi, 2008).

G. Light Emiting Dioda (LED)

Adalah dioda sambungan semikonduktor P-N yang jika diberi prasikap maju akan mengeluarkan cahaya tampak. Simbol dioda ini dan rangkaiannya dapat ditunjukkan pada Gambar 2.4.

15

Gambar 2.4. Rangkaian LED

Jika elektron bebas pada semikonduktor tipe N terletak pada pita energi yang lebih tinggi daripada hole didaerah semikonduktor tipe P maka jika elektron bebas berkombinasi dengan hole perbedaan (kelebihan) energi ini akan diubah menjadi panas atau cahaya. LED tidak akan mengeluarkan cahaya jika dipasang pada prasikap balik. Operasi LED pada arah balik akan menyebabkan LED cepat rusak. Penggunaan LED adalah untuk indikator, memasukkan informasi ke memori komputer optik, untuk penggunaan dalam komunikasi yang menggunakan kabel serat optik dan lain-lain.

Adapun fungsi dioda antara lain : 1) Untuk penyearah arus

2) Untuk penyetabil tegangan 3) Untuk indikator

Dapat menggunakan LED, misalnya untuk indikator angka-angka pada kalkulator menggunakan LED yang disusun sesuai peraga sevent segment.

4) Sebagai saklar

Dapat menggunakan photo dioda sambungan P-N, misalnya digunakan sebagai saklar dari rangkaian yang menggerakan motor untuk menarik pintu garasi. Jika

16

dioda kena sorot lampu mobil tahanannya baliknya turun sehingga terdapat arus yang menggerakkan motor melalui relay (Allen,1981).

H. Sirine

Sirine adalah alat untuk mengeluarkan bunyi peringatan tanda bahaya. Jenis-jenis sirine adalah peringatan dini tsunami, sirine kebakaran dan lainnya. Dalam istilah jaringan, sirine dapat juga didefinisikan sebagai pesan berisi pemberitahuan ketika terjadi penurunan atau kegagalan dalam penyampaian sinyal komunikasi data ataupun ada peralatan yang mengalami kerusakan (penurunan kinerja). Pesan ini digunakan untuk memperingatkan operator atau administrator mengenai adanya masalah (bahaya) pada jaringan. Alarm memberikan tanda bahaya berupa sinyal, bunyi, ataupun sinar (Anonim, 2012).

17

III. METODE PENELITIAN

A. Waktu dan Tempat Penelitian

Penelitian ini dilaksanakan pada bulan Juli 2012 sampai dengan bulan November 2012. Perancangan alat penelitian dilakukan di Laboratorium Elektronika dan Instrumentasi dan di Laboratorium Pemodelan Jurusan Fisika Fakultas dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Lampung.

B. Alat dan Bahan

Alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah:

1. Komputer, sebagai media pembuatan program untuk mikrokontroler. 2. Solder untuk melelehkan timah agar komponen menyatu dengan PCB. 3. Sedotan timah untuk membuang sisa timah yang tidak terpakai. 4. Bor listrik untuk melubangi PCB.

5. Multimeter digital untuk mengukur nilai hambatan dan tegangan. 6. Downloader, untuk mendownload program ke dalam mikrokontroler. 7. Meteran, untuk mengukur jarak sebenarnya.

18

Bahan-bahan atau komponen yang digunakan pada penelitian adalah : 1. PCB untuk pemasangan komponen.

2. IC mikrokontroler ATmega16 sebagai pengolah data dan pengendali alat. 3. LCD karakter 2x16 sebagai penampil hasil pengukuran ketinggian air sungai. 4. Timah untuk merekatkan komponen ke PCB.

5. Pemantul air sebagai apungan.

6. Transduser ultrasonik HC-SR04 sebagai sensor pendeteksi ketinggian air. 7. kabel penghubung sebagai jumper.

8. Larutan FeCl3 untuk melarutkan PCB. 9. Komponen Elektronika,

1. Resistor, untuk memperkecil nilai arus dalam rangkaian, 2. LED, sebagai indicator,

3. Kapasitor, untuk menyetabilkan tegangan dan frekuensi.

C. Prosedur Penelitian 1. Perancangan Alat

Pada perancangan alat ini membahas perancangan bagian elektronik pada sistem pengukuran ketinggian air. Sistem pengukuran ini terdiri dari transduser ultrasonik mikrokontroler Atmega16 dan LCD. Adapun perancangan tahapan kerja perangat keras tersebut dapat dilihat pada Gambar 3.1.

19

Gambar 3.1. Diagram blok rancangan umum sistem

2. Prinsip kerja Alat

Secara garis besar prinsip kerja alat pendeteksi ketinggian air ini adalah: 1. Pelampung yang mengapung pada air.

2. Transduser Ultrasonik yang digunakan untuk pemantulan ketinggian air yang ada pada tabung.

3. Fungsi mikrokontroler sebagai pengatur transduser yaitu mikrokontroler mengirimkan pulsa high sensor untuk mengaktifkan sensor sehingga dapat memancarkan gelombang ultrasonik. Selama perjalanan gelombang ultrasonik menuju muka air dan terpantul kembali ke sensor mikrokontroler menerima pulsa low dari sensor tersebut.

4. Liquid Display Cristal (LCD), digunakan untuk menampilkan data hasil pengukuran level tinggi muka air dan hasil perhitungan debit air .

5. Buzzer yang dipasang berfungsi untuk memberikan tanda ketika tinggi muka air naik melebihi batas normal yang telah ditentukan.

6. LED yang berfungsi untuk memberikan tanda ketika tinggi muka air naik dengan batas normal yang ditentukan dengan menggunakan 3 led berwarna kuning, hijau dan merah.

Pemantul Transduser

Ultrasonik Mikrokontroler _Atmega16

20

Adapun rancangan yang akan dibuat seperti pada gambar 3.2.

Gambar 3.2. Simulasi Pendeteksi Ketinggian Air

Pada gambar 3.2 sebagai skema perancangan alat yang akan dibuat, secara garis besar prinsip kerja alat ini adalah pada perubahan tegangan dari sensor yang akan memberi informasi atau data pada mikrokontroler mengenai kondisi ketinggian air melalui ADC dengan mengubah level tegangan dari 0-5 volt. Mikrokontroler mengolah data dari ADC kemudian menampilkan pada LCD.

Tiang Penyangga

Daratan

LCD

Transduser ultasonik

Daerah Aliran Sungai Buzzer

LED

21

3. Diagram Alir Penelitian

Pada penelitian ini terdiri dari beberapa tahapan. Tahapan yang dilakukan dalam penelitian ini dapat dilihat pada diagram alir prosedur kerja seperti gambar 3.3.

Gambar 3.3. Diagram Alir Prosedur Kerja Mulai

Konsep Perancangan

Realisasi Perancangan

Pengujian Sistem Pembuatan Program Pengujian Rangkaian Sensor

Penyatuan Komponen dan Program Komponen Berfungsi

Sistem Bekerja

Analisis data hasil pengujian system : 1. Reaksi alat

2. Range linearitas

Selesai

Ya

Ya Tidak

46

V. KESIMPULAN DAN SARAN

A. KESIMPULAN

Dari hasil perancangan, pembuatan, pengujian dan pembahasan pada alat pendeteksi ketinggian muka air menggunakan sensor ultrasonik berbasis mikrokontroler, maka dapat disimpulkan antara lain :

1. Pembuatan alat pendeteksi tinggi air dapat menggunakan sensor ultrasonik HC-SR04 untuk mengukur jarak ketinggian muka air dengan sistem vertikal. 2. Sensor yang digunakan memiliki range ketinggian 2 cm -500 cm dengan

resolusi 0,3 cm dan hasil resolusi pengukuran berdasarkan perhitungan 0,5 cm sesuai dengan realnya, serta dapat mengukur jarak hingga kemiringan sudut 15°.

3. Pada pengambilan data dilakukan dua cara pengambilan data yaitu melihat nilai data yang ditangkap oleh sensor dan langsung ditampilkan ke LCD dan melihat hasil pengukuran pada tabung.

4. Respon kecepatan alat ini bergantung pada nilai delay yang diatur pada mikrokontroler atau interfacingnya .

47

5. Menyala dan matinya led pada alat karena adanya penanda status yang telah di program pada mikrokontroler, dengan status menyalanya led hijau dengan tanda aman, kuning dengan tanda waspada dan merah menandakan tanda bahaya.

6. Minimalisasi program pada mikrokontroler dibuat berdasarkan selisih jarak nilai pada LCD terhadap tabung dengan melihat nilai cacahan yang dilakukan dan dikelompokkan berdasarkan range perubahan nilai yang sama.

B. SARAN

Pada penelitian yang telah dilakukan diharapkan alat ini dapat lebih dikembangkan, baik dari segi fungsi maupun aplikasi serta implementasi perbaikan transduser yang memiliki hasil data yang akurat sehingga tidak perlu minimalisasi program pada mikrokontroler serta pengukuran sudut kemiringan objek pada alat ini bernilai 15° sehingga pada pengukuran kemiringan sudut yang lebih dari 15° maka pembacaan Transduser tidak stabil. Pengaruh frekuensi transduser ultrasonik ini berpengaruh pada nilai resolusinya yang semakin tinggi.

18

Bahan-bahan atau komponen yang digunakan pada penelitian adalah : 1. PCB untuk pemasangan komponen.

2. IC mikrokontroler ATmega16 sebagai pengolah data dan pengendali alat. 3. LCD karakter 2x16 sebagai penampil hasil pengukuran ketinggian air sungai. 4. Timah untuk merekatkan komponen ke PCB.

5. Pemantul air sebagai apungan.

6. Transduser ultrasonik HC-SR04 sebagai sensor pendeteksi ketinggian air. 7. kabel penghubung sebagai jumper.

8. Larutan FeCl3 untuk melarutkan PCB. 9. Komponen Elektronika,

1. Resistor, untuk memperkecil nilai arus dalam rangkaian, 2. LED, sebagai indicator,

3. Kapasitor, untuk menyetabilkan tegangan dan frekuensi.

C. Prosedur Penelitian 1. Perancangan Alat

Pada perancangan alat ini membahas perancangan bagian elektronik pada sistem pengukuran ketinggian air. Sistem pengukuran ini terdiri dari transduser ultrasonik mikrokontroler Atmega16 dan LCD. Adapun perancangan tahapan kerja perangat keras tersebut dapat dilihat pada Gambar 3.1.

19

Gambar 3.1. Diagram blok rancangan umum sistem

2. Prinsip kerja Alat

Secara garis besar prinsip kerja alat pendeteksi ketinggian air ini adalah: 1. Pelampung yang mengapung pada air.

2. Transduser Ultrasonik yang digunakan untuk pemantulan ketinggian air yang ada pada tabung.

3. Fungsi mikrokontroler sebagai pengatur transduser yaitu mikrokontroler mengirimkan pulsa high sensor untuk mengaktifkan sensor sehingga dapat memancarkan gelombang ultrasonik. Selama perjalanan gelombang ultrasonik menuju muka air dan terpantul kembali ke sensor mikrokontroler menerima pulsa low dari sensor tersebut.

4. Liquid Display Cristal (LCD), digunakan untuk menampilkan data hasil pengukuran level tinggi muka air dan hasil perhitungan debit air .

5. Buzzer yang dipasang berfungsi untuk memberikan tanda ketika tinggi muka air naik melebihi batas normal yang telah ditentukan.

6. LED yang berfungsi untuk memberikan tanda ketika tinggi muka air naik dengan batas normal yang ditentukan dengan menggunakan 3 led berwarna kuning, hijau dan merah.

Pemantul Transduser

Ultrasonik Mikrokontroler _Atmega16

20

Adapun rancangan yang akan dibuat seperti pada gambar 3.2.

Gambar 3.2. Simulasi Pendeteksi Ketinggian Air

Pada gambar 3.2 sebagai skema perancangan alat yang akan dibuat, secara garis besar prinsip kerja alat ini adalah pada perubahan tegangan dari sensor yang akan memberi informasi atau data pada mikrokontroler mengenai kondisi ketinggian air melalui ADC dengan mengubah level tegangan dari 0-5 volt. Mikrokontroler mengolah data dari ADC kemudian menampilkan pada LCD.

Tiang Penyangga

Daratan

LCD

Transduser ultasonik

Daerah Aliran Sungai Buzzer

LED

21

3. Diagram Alir Penelitian

Pada penelitian ini terdiri dari beberapa tahapan. Tahapan yang dilakukan dalam penelitian ini dapat dilihat pada diagram alir prosedur kerja seperti gambar 3.3.

Gambar 3.3. Diagram Alir Prosedur Kerja Mulai

Konsep Perancangan

Realisasi Perancangan

Pengujian Sistem Pembuatan Program Pengujian Rangkaian Sensor

Penyatuan Komponen dan Program Komponen Berfungsi

Sistem Bekerja

Analisis data hasil pengujian system : 1. Reaksi alat

2. Range linearitas

Selesai

Ya

Ya Tidak

46

V. KESIMPULAN DAN SARAN

A. KESIMPULAN

Dari hasil perancangan, pembuatan, pengujian dan pembahasan pada alat pendeteksi ketinggian muka air menggunakan sensor ultrasonik berbasis mikrokontroler, maka dapat disimpulkan antara lain :

1. Pembuatan alat pendeteksi tinggi air dapat menggunakan sensor ultrasonik HC-SR04 untuk mengukur jarak ketinggian muka air dengan sistem vertikal. 2. Sensor yang digunakan memiliki range ketinggian 2 cm -500 cm dengan

resolusi 0,3 cm dan hasil resolusi pengukuran berdasarkan perhitungan 0,5 cm sesuai dengan realnya, serta dapat mengukur jarak hingga kemiringan sudut 15°.

3. Pada pengambilan data dilakukan dua cara pengambilan data yaitu melihat nilai data yang ditangkap oleh sensor dan langsung ditampilkan ke LCD dan melihat hasil pengukuran pada tabung.

4. Respon kecepatan alat ini bergantung pada nilai delay yang diatur pada mikrokontroler atau interfacingnya .

47

5. Menyala dan matinya led pada alat karena adanya penanda status yang telah di program pada mikrokontroler, dengan status menyalanya led hijau dengan tanda aman, kuning dengan tanda waspada dan merah menandakan tanda bahaya.

6. Minimalisasi program pada mikrokontroler dibuat berdasarkan selisih jarak nilai pada LCD terhadap tabung dengan melihat nilai cacahan yang dilakukan dan dikelompokkan berdasarkan range perubahan nilai yang sama.

B. SARAN

Pada penelitian yang telah dilakukan diharapkan alat ini dapat lebih dikembangkan, baik dari segi fungsi maupun aplikasi serta implementasi perbaikan transduser yang memiliki hasil data yang akurat sehingga tidak perlu minimalisasi program pada mikrokontroler serta pengukuran sudut kemiringan objek pada alat ini bernilai 15° sehingga pada pengukuran kemiringan sudut yang lebih dari 15° maka pembacaan Transduser tidak stabil. Pengaruh frekuensi transduser ultrasonik ini berpengaruh pada nilai resolusinya yang semakin tinggi.