Perancangan Dan Pengujian Karakteristik Transmitter Dan Receiver Laser Hijau Sebagai Modul Saklar Cahaya

PERANCANGAN DAN PENGUJIAN KARAKTERISTIK
TRANSMITTER DAN RECEIVER LASER HIJAU SEBAGAI
MODUL SAKLAR CAHAYA

GERRY ANDRYANA KRISNAHADI

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2015

PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Perancangan dan
Pengujian Karakteristik Transmitter dan Receiver Laser Hijau sebagai Modul Saklar
Cahaya adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum
diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber
informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak
diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam
Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini.

Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, Agustus 2015
Gerry Andryana Krisnahadi
NIM F14110064

ABSTRAK
GERRY ANDRYANA KRISNAHADI. Perancangan dan Pengujian Karakteristik
Transmitter dan Receiver Laser Hijau sebagai Modul Saklar Cahaya. Dibimbing oleh
RADITE PRAEKO AGUS SETIAWAN.
Posisi suatu alat dan mesin pertanian (alsintan) di lahan dapat ditentukan
dengan menggunakan Real Time Differential GPS yang memiliki akurasi hingga
tingkat senti meter. Namun sistem ini memiliki beberapa kelemahan dan memerlukan
biaya yang mahal. Sistem penentu lokasi lokal menggunakan transmitter laser dan
receiver sensor cahaya serta prinsip triangulasi dikembangkan untuk menentukan
lokasi alsintan di lahan sebagai pengganti penggunaan GPS. Penelitian ini
difokuskan pada perancangan dan pengujian karakteristik transmitter dan receiver
laser hijau sebagai modul saklar cahaya. Metode yang digunakan terdiri dari
perancangan osilator, perancangan driver pengedip laser hijau, perancangan
rangkaian sensor penerima, perancangan modul receiver, dan pengujian. Hasil

pengujian menunjukkan bahwa osilator transmitter terbaik dikedipkan pada 2700 Hz
dan duty cycle 50%, jarak transmitter-receiver mampu mencapai 200 m, jarak
optimal antar fotodioda 5 cm, dan sensor dapat bekerja dengan baik pada berbagai
kondisi lingkungan cahaya. Sistem transmitter bersumber laser hijau dan sensor
fotodioda sebagai modul saklar cahaya untuk alat penentu lokasi alsintan di lahan
telah dikembangkan dan berfungsi dengan baik.
Kata kunci: alsintan, fotodioda, laser hijau, sistem penentu lokasi local

ABSTRACT
GERRY ANDRYANA KRISNAHADI. Designing and Testing Green Laser
Transmitter and Receiver Characteristics as Light Switch Module. Supervised by
RADITE PRAEKO AGUS SETIAWAN.
Position of an agricultural machinery in the field can be determined by using
Real Time Differential GPS which has an accuracy up to centimeter level. However
this system has some weaknesses and costly. Local positioning system uses a laser
transmitter and light sensor receiver as well as the principle of triangulation was
developed to determine the location of agricultural machine on the field instead of
using GPS. This research was focused on design and test of green laser transmitter
and receiver characteristics as light switch module. The method used consists of
designing oscillator, designing green laser flicker driver, designing receiver sensor

circuit, designing receiver module, and testing. The test results showed that the best
transmitter oscillator was flickered at 2700 Hz on duty cycle of 50%, the transmitterreceiver distance capable of reaching 200 m, the optimal distance between the
photodiodes is 5 cm, and the sensor can work well in various lighting environment
conditions. The transmitter based on green laser and photodiode sensor system as
light switch module for agricultural machinery local positioning system at the field
device has been developed and functioned well.
Key words: agricultural machinery, green laser, local positioning system, phtodiode

PERANCANGAN DAN PENGUJIAN KARAKTERISTIK
TRANSMITTER DAN RECEIVER LASER HIJAU SEBAGAI
MODUL SAKLAR CAHAYA

GERRY ANDRYANA KRISNAHADI

Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Teknik
pada
Departemen Teknik Mesin dan Biosistem

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2015

Judul Skripsi : Perancangan dan Pengujian Karakteristik Transmitter dan Receiver
Laser Hijau sebagai Modul Saklar Cahaya
Nama
: Gerry Andryana Krisnahadi
NIM
: F14110064

Disetujui oleh

Dr Ir Radite Praeko Agus Setiawan, MAgr
Pembimbing Skripsi

Diketahui oleh

Dr Ir Desrial, MEng
Ketua Departemen

Tanggal Lulus:

PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu wa ta’ala atas
segala karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Tema yang
dipilih dalam penelitian yang dilaksanakan sejak bulan April 2015 ini ialah
instrumentasi, dengan judul Perancangan dan Pengujian Karakteristik Transmitter
dan Receiver Laser Hijau sebagai Modul Saklar Cahaya.
Ungkapan terima kasih penulis sampaikan kepada ibu, papah, serta seluruh
keluarga, atas segala doa dan kasih sayangnya. Terima kasih penulis ucapkan kepada
Bapak Dr Ir Radite Praeko Agus Setiawan selaku pembimbing, serta Bapak Dr
Slamet Widodo dan Bapak Dr Ir I Dewa Made Subrata yang telah banyak memberi
saran. Di samping itu, penghargaan penulis sampaikan kepada Muhammad Ikhwan
Hanif, Muhammad Fajar Nur Iman, Abi Rafdi Aziz, Frida Suciningsih
Mettypratama, Akhmad Fauzi, dan Gian Virgiawan, yang telah membantu selama
pengumpulan data.
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.

Bogor, Agustus 2015
Gerry Andryana Krisnahadi

DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL

vi

DAFTAR GAMBAR

vi

DAFTAR LAMPIRAN

vi

PENDAHULUAN

1

Latar Belakang

1

Perumusan Masalah

2

Tujuan Penelitian

2

Manfaat Penelitian

2

Ruang Lingkup Penelitian

3

TINJAUAN PUSTAKA

3

METODE

9

Waktu dan Tempat

9

Alat dan Bahan

9

Tahapan Penelitian

9

Perlakuan

14

Parameter yang Diukur

15

HASIL DAN PEMBAHASAN

15

Prototipe Transmitter

15

Prototipe Receiver

16

Pengujian Siang

17

Pengujian Sore

19

Pengujian Malam

21

SIMPULAN DAN SARAN

24

Simpulan

24

Saran

24

DAFTAR PUSTAKA

24

LAMPIRAN

26

RIWAYAT HIDUP

32

DAFTAR TABEL
1
asukan dan keluaran IC 4049 dan IC 7430
2
asil pegujian siang
3
asil pengujian sore
4
asil pengujian malam

M
13
H
18
H
20
H
21

DAFTAR GAMBAR
1
angkaian PWM Controller IC 555 dan rumus perhitungannya
2
a) Duty cycle 50% (b) Duty cycle 95% (c) Duty cycle 5%
3
a) Fotodioda (b) Kurva tanggapan frekuensi sensor fotodioda
4
a) Rangkaian active HPF (b) Respon frekuensi active HPF
5
a) Non inverting amplifier (b) Skema dasar komparator
6
angkaian Transmitter laser hijau
7
angkaian sensor penerima
8
entuk koneksi IC LM 4049 dan IC LM 7430
9
iagram blok transmitter-receiver laser hijau
10
odul receiver tampak depan (a) dan tampak belakang (b)
11
iagram blok tahapan penelitian
12
ransmitter laser hijau
13
a) Modul receiver pengujian (b) Fotodioda terkena cahaya laser
14
ransmitter-receiver laser hijau
15
rafik pengaruh jarak terhadap tegangan pengujian siang
16
rafik pengaruh jarak terhadap frekuensi pengujian siang

R
4
(
5
(
5
(
6
(
7
R
11
R
11
B
12
D
13
M
13
D
14
T
16
(
16
T
17
G
18
G
19

17
a) Pengujian siang (b) Tudung untuk melindungi fotodioda
18
rafik pengaruh jarak terhadap tegangan pengujian sore
19
rafik pengaruh jarak terhadap frekuensi pengujian sore
20
a) Persiapan transmitter (b) Pengukuran jarak transmitter-receiver
21
rafik pengaruh jarak terhadap tegangan pengujian malam
22
rafik pengaruh jarak terhadap frekuensi pengujian malam
23
a) Persiapan Transmitter malam (b) Persiapan receiver
24
a) Koridor setengah terbuka (b) Ruang terbuka
25
a) Pengujian malam (b) Receiver mendeteksi cahaya laser hijau

(
19
G
20
G
20
(
21
G
22
G
22
(
23
(
23
(
23

DAFTAR LAMPIRAN
1
pesifikasi, bentuk, dan lambang transistor
2
adwal pelaksanaan kegiatan penelitian
3
incian biaya penelitian
4
ambar gelombang transmitter
5
ambar gelombang receiver

S
26
J
27
R
28
G
29
G
30

PENDAHULUAN
Latar Belakang
Posisi suatu alsintan di lahan dapat ditentukan dengan menggunakan Global
Positioning System (GPS) seperti yang telah digunakan pada pengujian penggunaan
sistem navigasi Traktor Pintar. Penggunaan Real Time Kinematic Differential GPS
(RTK DGPS) dapat menghasilkan akurasi yang lebih baik lagi. Hal ini karena stand
alone GPS receiver hanya dapat mencapai akurasi hingga 3 m (Desrial et al. 2010).
Sistem RTK DGPS dapat meningkatkan akurasi GPS hingga tingkat sentimeter,
namun sistem ini memerlukan biaya yang mahal. Selain itu, kekurangan lainnya dari
GPS adalah akurasinya tergantung kecukupan jumlah satelit dan gangguan saat
sinyal terhalang awan, pohon, atau gedung yang tinggi. Karena itu untuk aplikasi di
negara berkembang seperti Indonesia diperlukan sistem navigasi yang lebih murah.

2
Sistem pemosisian lokal dapat digunakan sebagai alternatif untuk mengatasi
kekurangan-kekurangan dari GPS. Bac et al. (2010) mengatakan bahwa beberapa
sistem penentu lokasi lokal yang telah dikembangkan pada robot di lingkungan indor
diantaranya tersedia secara komersial menggunakan range finders optikal (Sohn dan
Kim, 2008), ultrasonografi (Wehden et al., 2006), serta metode lain yang didasarkan
pada pengukuran kekuatan sinyal dari transmitter yang ditargetkan pada jarak jauh
namun memiliki akurasi terbatas (Elnahrawy et al., 2004). Selain itu, terdapat pula
penentu lokasi robot yang bergerak menggunakan odometri dan sensor vision
eksternal, yaitu kamera (Pizarro at al. 2010), sehingga membutuhkan biaya yang
cukup mahal.
Sistem navigasi seperti yang dikembangkan oleh Bac et al. (2010) dapat
menjadi salah satu alternatif. Sistem pemandu lokasi tersebut terdiri dari transmitter
laser yang berputar dan menembakkan cahayanya ke empat receiver yang terdiri dari
sensor-sensor cahaya yang dipancangkan di ujung meja untuk mengukur sudut antara
transmitter dan beberapa receiver untuk menghasilkan koordinat berdasarkan prinsip
triangulasi. Sistem pemandu lokasi menggunakan laser tersebut diadopsi dan
dikembangkan pada penelitian terpadu untuk menentukan lokasi alsintan di lahan
sebagai pengganti penggunaan GPS.
Aplikasi dari sistem navigasi yang dikembangkan adalah sebagai pemandu
operasi alsintan seperti Traktor Pintar (Desrial et al. 2010) di lapangan. Sistem
sensor tersebut terdiri dari transmitter bersumber laser yang berputar konstan sambil
menembakkan cahaya di bidang datar ke receiver sensor-sensor cahaya yang
ditempatkan di 4 tiang ujung lahan. Receiver berfungsi sebagai saklar cahaya yang
menerima tembakkan laser. Sinyal “penerimaan” selanjutnya dikirimkan ke
pemroses data menggunakan wireless untuk digunakan mengukur besarnya sudut
yang dihasilkan antara 2 receiver dan transmitter berdasarkan waktu dan kecepatan
sudut dari transmitter dengan menggunakan algoritma lokasi. Pengukuran ini
dilakukan terus menerus secara otomatis sehingga diperoleh koordinat transmitter (x,
y) tersebut yang selanjutnya akan dijadikan dasar untuk memandu pergerakan suatu
alsintan menggunakan mikro kontroler.
Sumber sinyal transmitter yang digunakan dapat berupa gelombang mekanik
seperti suara atau ultrasonik dan gelombang elektromagnetik seperti cahaya atau
radio. Kecepatan suara atau ultrasonik, yaitu 344 m/s, terlalu rendah untuk
digunakan dalam transmisi sinyal pada sistem ini. Kecepatan cahaya atau radio,
300.000 km/s, terlalu tinggi jika digunakan dalam transmisi sistem ini. Oleh karena
itu, digunakan sistem saklar cahaya untuk transmisi sinyal sistem ini. Saklar cahaya
adalah suatu saklar yang akan mengalirkan arus listrik saat menerima sinyal masukan
berupa cahaya tertentu. Cahaya yang digunakan adalah cahaya laser hijau yang
dipasang pada transmitter. Penelitian pada skripsi ini difokuskan pada perancangan
dan pengujian karakteristik transmitter dan receiver laser hijau sebagai modul saklar
cahaya yang merupakan salah satu topik penelitian dalam penelitian terpadu
pengembangan alat pemandu lokasi alsintan di lahan.
Hariansyah (2014) menggunakan sumber laser hijau pada sistem transmitterreceiver berbasis laser sebagai pemandu kedataran otomatis pada pengoperasian
mole plow. Hasil pengujian dengan laser hijau berdaya 1000 mW hanya dapat
mencapai jarak optimal 50 m. Oleh karena itu, dalam penelitian ini akan dirancang
sistem transmitter-receiver berbasis laser hijau yang cocok, agar dapat mencapai
jangkauan jarak lebih dari 100 m dan dapat digunakan di lahan terbuka.

3

Rumusan Masalah
Pengembangan sistem pemandu lokasi lokal alsintan yang akan dibuat dalam
penelitian terpadu membutuhkan transmitter dan receiver yang cocok untuk
digunakan di lahan. Transmitter dan receiver berbasis laser hijau akan digunakan
sebagai modul saklar cahaya dalam penelitian ini. Transmitter laser yang digunakan
harus mampu memancarkan sinyal dan receiver yang digunakan harus mampu
menerimanya dengan baik serta menghindari gangguan yang ada. Penelitian ini
dilakukan untuk merancang dan menguji karakteristik transmitter-receiver laser
hijau sebagai modul saklar cahaya yang sesuai dengan kebutuhan itu.

Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah merancang dan menguji karakteristik transmitter
dan receiver berbasis laser hijau sebagai modul saklar cahaya dalam pengembangan
alat penentu lokasi lokal alsintan di lahan.

Manfaat Penelitian
Hasil dari penelitian ini diharapkan dapat memberikan manfaat sebagai
berikut:
1. Berkontribusi dalam pengembangan teknologi pemandu lokasi alsintan di
lahan.
2. Memperbaiki hasil penelitian yang pernah dilakukan sebelumnya.
3. Sebagai referensi bagi penelitian selanjutnya dalam pengembangan teknologi
transmitter-receiver laser di lahan.

Ruang Lingkup Penelitian
Penelitian ini dilakukan di laboratorium dan lahan datar sepanjang 200 m untuk
melakukan perancangan dan pegujian karateristik transmitter-receiver. Pengujian
siang dan sore hari dilakukan di lahan terbuka, sedangkan pengujian malam hari
dilakukan di sebuah koridor setengah terbuka yang diterangi lampu neon.

TINJAUAN PUSTAKA
Laser

4
OSU EH&S (2015) menyatakan bahwa cahaya yang dihasilkan oleh laser
berbeda dengan cahaya biasa dan setidaknya memiliki 3 sifat utama. Sifat dari
cahaya laser tersebut adalah monokromatik (hanya terdiri dari satu panjang
gelombang spesifik), koheren (semua foton mempunyai gelombang yang sefasa) dan
terkolimasi (foto yang dihasilkan oleh laser terfokuskan pada satu titik sehingga tidak
menyebar untuk jarak yang jauh).
OSU EH&S (2015) mengatakan “... Ada banyak jenis laser di pasaran yang
umum dipakai dalam bidang kesehatan, industry, maupun komersil. Hal yang
membedakan dari banyak jenis laser adalah medium penguatan yang digunakan
untuk menghasilkan laser ini ...”. Berdasarkan medium penguatnya, laser terdiri dari
solid state, gas, excimer, dye, dan semiconductor. Salah satu jenis laser yang banyak
digunakan adalah semiconductor. Laser jenis ini juga sering disebut dengan diode
laser dan berukuran sangat kecil dan menggunakan daya yang kecil.
Selain berdasarkan mediumnya, laser juga diklasifikasikan berdasarkan
potensial kerusakan biologisnya pada manusia (OSU EH&S 2015) sebagai berikut:
i. Kelas I
Laser pada level ini tidak mengemisikan radiasi yang berbahaya.
ii. Kelas IA
Pada kelas ini laser tidak boleh dilihat langsung. Batas maksimum dayanya
adalah 4mW.
iii. Kelas II
Laser ini bisa dilihat mata dan mengemisikan laser dengan daya diatas kelas I.
Manusia akan secara otomatis menghindar bila disinari laser ini agar selamat.
iv. Kelas IIIA
Laser jenis ini berdaya menengah yani 1-5 mW dan berbahaya jika diarahkan
langsung ke mata. Kebanyakan penunjuk laser yang dijual dipasaran merupakan
kelas ini.
v. Kelas IIIB
Laser dengan daya menengah.
vi. Kelas IV
Laser ini berdaya tinggi (lebih dari 500mW) yang sangat berbahaya bila dilihat
langsung atau melalui pantulannya. Laser dengan kelas ini bahkan bisa
menimbulkan luka bakar.
Diode laser dipilih untuk digunakan sebagai modul saklar cahaya. Diode laser
ini dipilih karena bentuknya yang kecil dan berdaya rendah serta memenuhi
spesifikasi modul transmitter yang diinginkan, yaitu berukuran kecil dan tahan lama.
Sumber daya laser ini menggunakan batere dan laser yang digunakan berkelas IV
dan memiliki panjang gelombang cahaya 532 nm (warna hijau).

Transistor
Kho (2014) mengatakan “... Transistor merupakan komponen elektronika
aktif yang memiliki banyak fungsi dan merupakan komponen yang memegang
peranan yang sangat penting dalam dunia elektronik modern ...”. Beberapa fungsi
transistor diantaranya adalah sebagai penguat arus, sebagai saklar „switch’ (pemutus
dan penghubung), stabilitasi tegangan, modulasi sinyal, penyearah dan lain
sebagainya. Transistor terdiri dari 3 terminal (kaki) yaitu base (B), emittor (E) dan

5
collector (K). Berdasarkan strukturnya, transistor terdiri dari 2 tipe struktur yaitu
PNP dan NPN. Uni Junction Transistor (UJT), Field Effect Transistor (FET) dan
Metal Oxide Semiconductor FET (MOSFET) juga merupakan keluarga dari transistor.
Spesifikasi, bentuk, dan lambang transistor dapat dilihat di Lampiran 1.

PWM Controller IC 555
Timer IC 555 dapat digunakan sebagai rangkaian pengontrol Pulse Width
Modulation „PWM controller‟ yang sederhana seperti yang dinyatakan PWM ...
(2012). Hal ini karena IC 555 memiliki dasar pengendali PWM dengan fitur
pengendalian lebar pulsa 0-100% yang dikendalikan menggunakan suatu
potensiometer RP1 pada suatu pembangkit pulsa dengan frekuensi yang stabil, tidak
terpengaruh oleh perubahan posisi potensiometer RP1 tersebut. Frekuensi output
yang dihasilkan dari rangkaian pengendali PWM di bawah ditentukan oleh nilai
resistor R1 dan R2, potensiometer RP1 dan kapasitor C1. Lebar pulsa sisi positif dan
sisi negatif dari pulsa output rangkaian PWM controller ini dapat ditentukan dari
posisi potensiometer RP1. Frekuensi output rangkaian PWM controller dengan
konfigurasiseperti pada Gambar 4 dapat disesuaikan dengan keinginan berdasarkan
rumusnya. Gambar 2 memperlihatkan gelombang segi empat yang dihasilkan PWM
controller IC 555 dengan duty cycle yang berbeda-beda.

Gambar 1 Rangkaian PWM Controller IC 555 dan rumus perhitungannya
a

Sumber: PWM ... (2012).

6

Fotodioda
Sensor ... (2012) menjelaskan bahwa sensor fotodioda merupakan dioda yang
peka terhadap cahaya, akan mengalami perubahan resistansi pada saat menerima
intensitas cahaya, dan akan mengalirkan arus listrik secara forward sebagaimana
dioda pada umumnya. Sensor fotodioda juga merupakan salah satu jenis sensor peka
cahaya (fotodetektor) dan akan mengalirkan arus yang membentuk fungsi linear
terhadap intensitas cahaya yang diterima.
Fotodioda (Gambar 3 (a)) yang digunakan dalam penelitian ini berwarna
hitam (berfilter). Tanggapan frekuensi sensor fotodioda tidak luas seperti terlihat
pada Gambar 3 (b). Sensor fotodioda memiliki tanggapan paling baik terhadap
cahaya infra merah, tepatnya pada cahaya dengan panjang gelombang sekitar 0,9 µm.
Panjang gelombang sinar laser hijau (532 nm) juga termasuk dalam rentang
tanggapan sensor fotodioda. Fotodioda oleh karena itu digunakan dalam penelitian
ini sebagai receiver sensor cahaya laser.

(a)
(b)
Gambar 3 (a) Fotodioda (b) Kurva tanggapan frekuensi sensor fotodioda
a

Sumber: Sensor (2012).

7
Filter Aktif Lolos Atas
Menurut Filter ... (2012), Filter aktif lolos atas atau active High Pass Filter
(active HPF) adalah rangkaian filter yang akan melewatkan sinyal input dengan
frekuensi di atas frekuensi cut-off rangkaian dan akan melemahkan sinyal input
dengan frekuensi di bawah frekuensi cut-off rangkaian. Pada dasarnya rangkaian
active HPF sama saja dengan filter pasif high pass, perbedaannya pada bagian output
active HPF ditambahkan rangkaian penguat tegangan.
Gambar rangkaian active HPF (Gambar 4 (a)) memiliki perhitunganperhitungan sebagai berikut:
Frekuensi cut-off rangkaian active HPF (fc) adalah:

Faktor penguatan tegangan rangkaian penguat pada active HPF (Af) Gambar 3
adalah:

Rangkaian pada Gambar 3 adalah active HPF jenis butterworth yang mana besarnya
penguatan tegangan (Av) yang terjadi pada active HPF ini dapat dituliskan dengan
persamaan matematis sebagai berikut:

Respon frekuensi active HPF ditunjukkan pada Gambar 4 (b). Active HPF ini
memiliki frekuensi cut off yang bergantung pada kapasitor dan resistornya. Sinyal
dibawah frekuensi cut off dengan demikian akan terserap kapasitor dan dibuang ke
ground sedangkan sinyal di atas frekuensi tersebut akan diteruskan untuk dikuatkan
dan diproses lebih lanjut.

(a)
(b)
Gambar 4 (a) Rangkaian active HPF (b) Respon frekuensi active HPF
a

Sumber: Filter ... (2012).

8
Operational Amplifier (Op-Amp)
Operasional ... (2012) menyatakan bahwa operational amplifier (op-amp)
adalah suatu penguat berpenguatan tinggi yang terintegrasi dalam sebuah chip IC
yang memiliki dua input inverting dan non-inverting dengan sebuah terminal output.
Rangkaian umpan balik juga dapat ditambahkan untuk mengendalikan karakteristik
tanggapan keseluruhan pada op-amp.
Sebagai penguat operasional ideal, Operasional ... (2012) menyatakan bahwa
karakteristik yang dimiliki op-amp sebagai berikut:
i. Impedansi input (Zi) besar = ∞
ii. Impedansi output (Zo) kecil= 0
iii. Penguatan tegangan (Av) tinggi = ∞
iv. Band width respon frekuensi lebar = ∞
v. V0 = 0 apabila V1 = V2 dan tidak tergantung pada besarnya V1.
vi. Karakteristik op-amp tidak tergantung temperatur/ suhu.
Banyak jenis op-amp yang ada di pasaran, misalnya jenis general purpose,
wide-bandwidth, low noise dan high frequency. Penguat sinyal menggunakan op-amp
741 (MC741) biasanya cukup untuk pengaturan. Op-amp 741 merupakan op-amp
versi lama yang masih dipakai di laboratorium dan memiliki versi dual dan quad.
Jung (2005) menyatakan bahwa penguat LM324 muncul setelah ditemukan teknik
penguat yang cocok untuk operasi dalam single supply pada tegangan rendah yang
menjadi standar quad op-amp murah untuk penggunaan umum industri. Hal ini
diikuti oleh tipe dual, LM358. Penelitian ini menggunakan LM 324 untuk
mengetahui berapa besarnya penguatan yang dibutuhkan.
Berdasarkan fungsinya, op-amp dapat digunakan sebagai voltage follower,
inverting amplifier, non inverting ampifier, summing amplifier, differential amplifier,
instrumentation amplifier, integrator amplifier, differentiator amplifier, comparator,
pengubah bentuk gelombang dan pembangkit gelombang (osilator). Op-amp yang
pada penelitian ini digunakan sebagai non inverting ampifier dan comparator pada
rangkaian sensor penerima.
Noninverting amplifier seperti yang terlihat pada Gambar 5 (a), rangkaiannya
hanya memerlukan dua tahanan yaitu Ri dan Rf. Fasa dari tegangan input akan sama
dengan fasa tegangan output. Biasanya non inverting amplifier lebih sering dipakai
saat dihubungkan dengan pengatur.
Prinsip kerja op-amp sebagai penanding (comparator) adalah
membandingkan tegangan masukan dengan tegangan referensi yang telah ditentukan.
Ciri komparator adalah bekerja tanpa umpan balik (Gambar 5 (b)) dengan kondisi

(a)
(b)
Gambar 5 (a) Non inverting amplifier (b) Skema dasar komparator
a

Sumber: Operasional ... (2012).

9
pengutan penuh atau penguatan terbuka (open loop gain). Tegangan referensi
fungsinya untuk membandingkan tegangan yang satu dengan tegangan yang lainya.

Cathode Ray Oscilloscope (CRO)
Cathode Ray Oscilloscope (CRO) atau osiloskop sinar katoda bermanfaat
untuk mengukur besaran-besaran: tegangan, frekuensi, periode, bentuk sinyal dan
beda fasa (Cathode ... 2015). Ada berbagai bentuk sinyal listrik, yaitu sinusoida,
segitiga „triangle‟, kotak „square‟, denyut „pulse‟. Berbagai bentuk sinyal listrik
tersebut dapat dengan mudah diukur tegangannya, periodenya dan dapat ditentukan
berapa frekuensinya menggunakan perangkat CRO ini.
Osciloskop sinar katoda ada dua jenis, jenis 1 chanel dan jenis 2 chanel. Dua
sinyal secara serempak dalam layar dapat ditampilkan CRO 2 chanel. Spesifikasi
umum CRO yang harus diketahui antara lain horisontal axis, vertikal axis, sweep
time circuit, trigering, intensity modulation, dan power source. Tujuan dari
mengetahui spesifikasi teknis CRO adalah agar kita mengetahui batas maksimum
dan minimum kemampuan osiloskop dalam mengukur sinyal, menghindari kesalahan
setting up CRO dalam pengukuran, dan menghindari kerusakan (Cathode ... 2015).

Penelitian Terkait Penggunaan Transmitter-Receiver di Lapangan
Desain dan Pengujian Transmiter dan Reciver sebagai Input Mikrokontroler
untuk Menggerakaan Hidrolik
Penelitian Hariasyah (2014) dapat dijadikan referensi pada penelitian ini.
Penelitiannya diawali dengan pembuatan rangkaian astabil multivibrator
menggunakan IC 555 yang digunakan sebagai transmitter dan menambahkan
transistor BD 139 sebagai chopper. Frekuensi yang dihasilkan, yaitu 1.2 kHz,
ditumpangkan ke sinar laser hijau. Laser hijau kelas IV, type HY 303, daya 1 Watt,
tegangan 4 volt, dan arus maksumum 250 mA digunakan dalam penelitiannya. Laser
hijau memiliki pancaran sinar hijau dengan jarak pancar lebih dari 1 - 1.5 km.
Rangkaian astabil multivibrator dan sinar laser dipasang disisi lapangan,
menggunakan tripot. Pancaran sinar laser hijau yang dapat diterima oleh sensor
fotodioda mencapai jarak maksimum 50 meter, diatas jarak 50 meter intensitas sinar
laser hijau sudah berkurang, hal ini terlihat dari sebaran sinar yang sudah terpencar.
Lebih jauh, Hariansyah (2014) membahas bahwa sinar laser hijau yang
diterima oleh sensor fotodioda masih dipengaruhi oleh sinyal yang ada disekitar
lokasi, sehingga perlu dilengkapi dengan rangkaian high pass filter. Rangkaian high
pass filter berfungsi meneruskan frekuensi sinyal yang perlu dilewatkan dan
memisahkan frekuensi dibawah 600 Hz. Sinyal yang diterima oleh sensor fotodioda
pada penelitiannya masih sangat kecil, yaitu berkisar 0.3 hingga 0.45 volt pada jarak
30 m, sehingga harus dilakukan penguatan sinyal sebesar 10 kali untuk digunakan
sebagai input mikrokontroller. Selain itu jarak penerimaan maksimal pada
penelitiannya mencapai 60 m, selebihnya sensor tidak dapat mendeteksi sinar laser.

10

METODE
Waktu dan Tempat
Penelitian ini dilaksanakan pada bulan Maret hingga bulan Juli 2015
(Lampiran 2). Perancangan dilakukan di Laboratorium Mekatronika Bagian TMO.
Pengujian siang dan sore dilaksanakan di Jalan Agatis (belakang rektorat IPB),
sedangkan pengujian malam di koridor yang menghubungkan gedung Fateta dan
gedung Faperta.

Alat dan Bahan
Alat dan bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah:
1. Alat dan bahan pembuat rangkaian elektronika
2. Multimeter
3. Osiloskop 20 MHz
4. Senter laser hijau (532 nm) 1,000 mW
5. Fotodioda
6. Tripod 2 buah
7. Power bank 5 V, 1 A 2 buah
8. Kabel rol
9. Meteran rol
10. Alat komunikasi (hand phone) 2 buah
Rincian biaya penelitian dapat di lihat di Lampiran 3.

Tahapan Penelitian
Perancangan Osilator
Laser yang digunakan sebagai transmitter ingin dikedipkan dengan frekuensi
tetap 3,000 Hz agar dapat dideteksi receiver. Pengkedipan ini dilakukan dengan
menggunakan osilator 555 sebagai astable multivibrator sehingga dihasilkan
gelombang persegi, seperti yang dapat dilihat pada gambar gelombang transmitter di
osiloskop pada Lampiran 4. Bukit dan lembah gelombang ini memperlihatkan bagian
on dan off tegangan yang dihasilkan. Tegangan laser akan ditingkatkan pada bukit
(bagian on). Peningkatan tegangan ini dilakukan agar cahaya laser lebih terang dan
jangkauan semakin jauh, serta membuang gangguan dari cahaya lain.
Peningkatan tegangan yang dilakukan pada frekuensi tinggi dapat
menyebabkan laser cepat putus (rusak) dan boros baterai. Hal ini dapat dihindari
dengan mengatur lebar bukit dan lembah gelombang. Lebar bukit dapat dibuat
pendek sehingga waktu tegangan tinggi cepat dan lebar lembah panjang sehingga
waktu tegangan off lama. Oleh karena itu dibutuhkan teknik osilator yang dapat
menghasilkan lebar pulsa tersebut dengan frekuensi yang tetap, yaitu Pulse Width
Modulation (PWM). Frekuensi output rangkaian PWM controller dengan konfigurasi
seperti pada Gambar 5 diperoleh sebesar 3,279.6 Hz, duty cycle max 4.6%, dan duty
cycle min 95.5% menurut perhitungan berikut:
T  1 / f  1 / 3,000Hz  333.34s

11

T  0.693( R1  R2  RP)C1 , misalkan digunakan C1  0.02F , maka:
( R1  R2  RP)  T / 0.693 / C1  333.34s / 0.693 / 0.02F  24,050.51
Misalkan digunakan R1 dan R2 =1,000  , serta RP =20,000  , maka:
f  1 / T  1 /{0.693(1,000  1,000  20,000).0.02F}  3,279.55Hz

Dmin 

R1
( R1  R2  RP )
Dmin  {

Dmax 

1,000
}  4,55%
(1,000  1,000  20,000)

R1  RP
t

T ( R1  R2  RP )
t
1,000  20,000
Dmax   {
}  95.45%
T
(1,000  1,000  20,000)

Perancangan Driver Pengkedip Laser Hijau
Driver pengkedip laser hijau menggunakan transistor sebagai saklar.
Tegangan yang terukur pada penyalaan laser hijau tanpa kedipan adalah 3 V dan arus
yang terukur adalah 0.3 A. Tegangan yang dinaikkan untuk menghasilkan daya yang
besar akan mengalirkan arus yang besar pula. Misalnya tegangan ditingkatkan hingga
12 V, maka arusnya pun akan bertambah hingga sekitar 1.3 A. Oleh karena itu,
dibutuhkan pemilihan transistor yang sesuai dengan kepentingan tersebut.
Pemilihan transistor didasarkan pada arus kolektor (IC), hfe, dan frekuensi
switch. Arus kolektor maksimal transistor harus dapat menampung arus keluaran dari
load. Arus keluaran dari load akan ditingkatkan hingga 1.3 A. Arus base tidak dapat
melebihi arus keluaran dari osilator 555, yaitu 30 mA. Frekuensi yang diinginkan
sebesar 2,000 Hz. Maka dari itu dipilih transistor yang memiliki IC di atas 1.3 A, hfe
yang menghasilkan IB lebih rendah dari 30 mA, dan frekuensi lebih dari 2,000 Hz.
Misalkan transistor yang digunakan adalah BD 139 yang memiliki IC 1.5A,
hfe 320, dan frekuensi switch 250 MHz (Lampiran 1). Arus base (IB) dapat dihitung
dengan perhitungan berikut:

Dengan demikian, transistor BD139 merupakan transistor yang cocok untuk
digunakan sebagai saklar pada rangkaian driver ini.
Transistor ini merupakan transistor silikon bipolar. Transistor silikon
memiliki VBE 0.7 volt dan diperlukan resistor basis (RB) berdasarkan rumus di bawah
ini. Gambar rangkaian transmitter laser hijau diperlihatkan pada Gambar 6.

Jika VO yang terukur adalah 3.5 volt, maka:

12

Gambar 6 Rangkaian transmitter laser hijau
Perancangan Rangkaian Sensor Penerima
Rangkaian sensor penerima terdiri dari fotodioda, High Pass Filter (HPF) dan
penguat op-amp yang tergabung menjadi active HPF, dan komparator (Gambar 7).
Fotodioda digunakan sebagai sensor sinar laser. Active HPF digunakan untuk
membuang gangguan „noise’ yang ditimbulkan dari gelombang lain di sekitar sensor
yang memiliki frekuensi lebih rendah dari frekuensi transmitter. Frekuensi
transmitter diset 2,000 Hz dan active HPF diset di 1,500 Hz. Berdasarkan rumus
frequensi cut off, maka dibutuhkan perkalian RC sebesar 106.1 µΩFarad seperti pada
perhitungan di bawah ini. Oleh karena itu digunakan resistor sebesar 10,000 Ω dan
kapasitor sebesar 0.01 µFarrad.

Gambar 7 Rangkaian sensor penerima
Penguat yang digunakan adalah IC LM324 yang memiliki 4 op-amp. Empat
op-amp IC LM 324 digunakan sebagai 2 penguat dan 2 komparator sehingga terdapat
2 rangkaian sensor penerima yang menggunakan 1 IC LM 324 yang sama. Penguat
yang digunakan merupakan penguat noninverting menggunakan 100 kali penguatan.
Komparator yang digunakan diset di 0.5 volt. Perhitungan active HPF yang
digunakan seperti di bawah ini menghasikan penguatan tegangan sebesar 84.2 kali.
Frekuensi cut off:

13

Sehingga

Jika digunakan resistor (R) sebesar 10,000 , maka:

Faktor penguat tegangan:

Penguatan tegangan:

14
Keluaran sinyal dari komparator selanjutnya akan dikirim ke inverter untuk
dikondisikan pada nilai 0 atau 1, sebagai masukan data ke gerbang nand. Hariansyah
(2014) menggunakan inverter IC 4049 dan gerbang nand IC 7430 (Gambar 8).
Tabel 1 Masukan dan keluaran IC 4049 dan IC 7430
IC LM 4049
IC LM 7430
Input
Output
Input
Output
(kaki
8)
Kaki 7
Kaki 9
Kaki 6
Kaki 10
VCC Kaki 12 Kaki 11
0
0
1
1
1
1
1
0
0
1
1
0
1
1
0
1
1
0
0
1
1
0
1
1
1
1
0
0
1
0
0
1

Gambar 8 Bentuk koneksi IC LM 4049 dan IC LM 7430

Gambar 9 Diagram blok transmitter-receiver laser hijau
Karena IC 324 yang digunakan menghasilkan 2 output, nand gate IC 7430
diperlukan sebagai rangkaian untuk memastikan hanya ada satu output yang masuk
ke mikrokontroler. Mikrokontroller hanya dapat bekerja pada kondisi low (0) atau
high (1), jika mikorokontroler mendapat nilai 0 berarti tidak ada sinyal yang masuk
dan jika mendapat nilai 1 maka terdapat sinyal yang masuk. Tabel 1 merupakan tabel
kebenaran dari hasil keluaran nand jika digunakan 1 IC 324. Adapun diagram blok
transmitter-receiver laser hijau dapat di lihat pada Gambar 9.
Perancangan Modul Receiver
Modul receiver yang dibuat untuk diuji terdiri dari 6 slot fotodioda dengan
jarak antar slot yang tetap, yaitu 1 cm (Gambar 10). Modul receiver ini dipasangi 2

(a)
(b)
Gambar 10 Modul receiver tampak depan (a) dan tampak belakang (b)

15
fotodioda untuk diatur jarak antaranya agar dapat diukur berapa jarak antar fotodioda
optimal. Dengan demikian, modul receiver ini memerlukan 2 rangkaian sensor
penerima.
Pengujian
Tahap terakhir penelitian ini adalah pengujian seperti terlihat pada Gambar 11.
Pengujian dilakukan untuk mengetahui performa sistem transmitter-receiver yang
dirancang dan mengetahui berapa nilai optimal parameter-parameter penting yang
diukur sehingga dapat digunakan pada alat penentu lokasi lokal alsintan.

Gambar 11 Diagram blok tahapan penelitian
Perlakuan
Duty Cycle Pengkedipan Sumber Sinar Laser
Perlakuan ini dilakukan dengan cara mengubah-ubah waktu on dan waktu off
gelombang sinar laser. Perubahan perlakuan ini dilakukan dengan memutar trimpot
(potensiometer) pada rangkaian osilator PWM laser hijau. Duty cycle yang diuji

16
adalah 25%, 50%, dan 75%. Hal ini dilakukan untuk mengetahui duty cycle mana
yang menghasilkan jangkauan maksimal dengan daya optimal.
Jarak Transmitter-Receiver
Jarak transmitter-receiver diuji setiap 50 m hingga lebih dari 100 m.
Perlakuan ini dilakukan untuk mengetahui berapa jarak maksimum yang dapat
dicapai sensor.
Sumber Cahaya Lain (Cahaya Matahari dan Lampu Neon)
Sumber cahaya lain seperti cahaya mata hari pada siang dan sore hari serta
lampu neon pada malam hari dapat menimbulkan noise yang mempengaruhi sistem
transmitter-receiver. Sensor diletakkan pada jarak 3 m dari lampu neon. Kondisi ini
dibuat untuk melihat pengaruh noise tersebut terhadap sistem.

Parameter yang Diukur
Frekuensi yang Diterima
Frekuensi yang diterima rangkaian sensor penerima dapat dilihat pada saat
pengujian menggunakan osiloskop. Frekuensi yang diterima harus tetap pada duty
cycle transmitter yang diubah-ubah.
Tegangan yang Diterima
Tegangan yang diterima rangkaian sensor penerima dapat dilihat pada saat
pengujian menggunakan osiloskop. Tegangan yang diukur adalah tegangan sinyal
setelah melewati penguatan sebelum komparator. Hasil pengukuran parameter ini
digunakan untuk melihat apakah penguatan tegangan yang dirancang sudah optimal
untuk menguatkan tegangan hingga lebih besar dari tegangan set komparator.
Jarak antar Fotodioda
Jarak antar fotodioda pada receiver juga akan diukur untuk diuji keandalan
penggunaannya. Jarak antar fotodioda dicoba pada jarak 1 cm, 2 cm, 3 cm, 4 cm, 5
cm, dan 6 cm. Cahaya laser fokus pada satu titik pada saat dekat dan menyebar
menjadi titik dengan diameter yang lebih besar pada saat jauh. Jarak antar fotodioda
yang diinginkan yaitu dapat mendeteksi sinar laser pada saat jarak transmitterreceiver dekat dan jauh.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Prototipe Transmitter
Transmitter yang dirancang menggunakan sumber listrik baterai power bank
5 volt 8,400 mAh, rangkaian listrik dikemas pada papan berukuran 3 cm x 3 cm, dan
laser hijau berdaya 1000 mW sehingga memiliki ukuran keseluruhan yang kecil,
yaitu (p x l x t) 14 cm x 3.5 cm x 4 cm (Gambar 12). Hal ini membuat prototipe

17
transmitter cocok digunakan untuk membuat alat pemandu lokasi alsintan di lahan.
Berat yang relatif ringan, sekitar 200 gram, juga membuat transmitter ini dapat
diputar secara keseluruhan menggunakan motor listrik berdaya rendah.
Astabil multivibrator IC 555 dirancang dengan frekuensi kerja tetap, yaitu
2,981 Hz (nilai RC tetap), pada kenyataannya dihasilkan frekuensi 2,632 Hz. Upaya

Gambar 12 Transmitter laser hijau
menaikan tegangan sumber dan memperkecil duty cycle sehingga diperoleh
jangkauan maksimum tidak dapat dilakukan. Hal ini hanya menghasilkan intensitas
cahaya yang kecil dan tidak dapat terdeteksi oleh receiver.

Prototipe Receiver
Prototipe receiver yang dibuat (Gambar 13 (a)) memiiki dimensi rangkaian
listrik yang kecil, yaitu 4 cm x 4 cm dan hanya memerlukan sumber listrik dari
power bank 5 volt 5,000 mAh. Output rangkaian sesor penerima yang seharusnya
dimasukkan ke inverter dan nand gate digunakan untuk menyalakan led sebagai
detektor yang akan menyala apabila fotodioda terkena sinar laser. Modul receiver
yang dibuat menggunakan 2 fotodioda dan 2 led sehingga apabila sinar laser
mengenai kedua fotodioda menyebabkan kedua led menyala, seperti terlihat pada

(a)
(b)
Gambar 13 (a) Modul receiver pengujian (b) Fotodioda terkena cahaya laser

18
Gambar 13 (b).
Sinyal hasil penguatan dikeluarkan dengan kabel menuju osiloskop untuk
dilihat gambar gelombangnya dan difoto untuk diukur tegangan dan frekuensinya
(Lampiran 5). Tegangan yang ditimbulkan fotodioda saat terkena sinar laser yaitu
sekitar 30 mV pada jarak 1m (Gambar 14), sehingga penguatan 100 kali dirasa cukup
untuk mendeteksi sinar laser lebih dari 100 m. Hal ini dikarenakan rangkaian sensor
penerima yang digunakan menggunakan komparator. Dengan demikian berapapun
tegangan yang dihasilkan penguat, asalkan bernilai di atas set point komparator, yaitu
0.5 volt, akan menghasilkan teggangan sebesar tegangan sumber listrik.

Gambar 14 Transmitter-receiver laser hijau

Pengujian Siang Hari
Pengujian siang hari dilakukan pada pukul 11.00 hingga 14.00. Hasil
pengujian siang hari ditunjukkan pada Tabel 2 dan grafik pada Gambar 15 dan 16.
Tabel 2 menunjukkan data per 10 m hingga jarak 50 m, selanjutnya pengujian
dilakukan per 50 m. Kondisi cuaca pada saat pengujian cukup cerah dengan sinar
matahari yang bersinar cukup terik. Duty cycle 25 % tidak terdeksi oleh sensor
penerima. Frekuensi hasil pengukuran siang memiliki interval perubahan frekuensi
sekitar 200 Hz, namun hal ini tidak mempengaruhi sistem karena frekuensinya masih
di atas filter aktif lolos atas. Jarak antar kedua fotodioda yang keduanya dapat
mendeteksi sinar laser adalah 6 cm.
Hasil yang diperoleh dari pengujian dapat dipengaruhi oleh noise yang ada.
Transmitter aser yang digunakan juga dapat dipengaruhi suhu udara yang panas di
siang hari sehingga dapat meredup pada waktu-waktu tertentu. Hal ini dapat
menyebabkan menurunnya tegangan yang terbaca pada receiver secara drastis pada
jarak 150 m pengujian siang. Noise yang ditimbulkan cahaya matahari juga dapat
mempengaruhi fotodioda dalam mendeteksi sinyal dari cahaya laser transmitter.

19
Terbukti pada beberapa pengukuran terdapat fotodioda yang tidak dapat mendeteksi

20
Tabel 2 Hasil pengujian siang hari
Jarak
transmitterreceiver
(m)
10
20
30
40
50
100
150
200
a

Duty cycle
transmitter
(%)

Tegangan
hasil
penguatana
(volt)
3.7
3.6
2.2
3.2
3.6
3.2
3.6
3.5
3.7
3.8
3.8
3.8
0.8b
1b
3.
1.9b

50
75
50
75
50
75
50
75
50
75
50
75
50
75
50
75

Data diperoleh dari receiver.;

b

Frekuensi
hasil
penguatana
(Hz)
2702.7
2777.8
2702.7
2777.8
2777.8
2702.7
2777.8
2777.8
2702.7
2702.7
2777.8
2702.7
2857.1
2702.7
2777.8
2631.6

Jarak 2 fotodioda mendeteksi
sinyal lasera (cm)

5
5
5
6
6
5
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6

Data terpengaruh noise.

Gambar 15 Grafik pengaruh jarak terhadap tegangan pengujian siang hari
sinyal bila tidak diberi tudung di atasnya (Gambar 17 (a)) meskipun cahaya laser

21
sudah mengenainya. Tudung yang digunakan dapat dilihat pada Gambar 17 (b). Hal
ini hanya terjadi pada saat pengujian siang. Oleh karena itu, dibutuhkan suatu tudung
pada desain receiver yang akan digunakan di lapangan untuk menghindari gangguan
noise cahaya matahari, terutama di siang hari.

Gambar 16 Grafik pengaruh jarak terhadap frekuensi pengujian siang hari

(a)
(b)
Gambar 17 (a) Pengujian siang (b) Tudung untuk melindungi fotodioda

Pengujian Sore Hari
Pengujian sore hari dilakukan pada pukul 16.00 hingga 18.00. Hasil
pengujian di sore hari yang ditunjukkan pada Tabel 3 dan grafik pada Gambar 18 dan
19 cukup baik. Kondisi cuaca pada saat pengujian cukup cerah hingga remang-remag
karena matahari mulai terbanam (Gambar 20 (a) dan (b)). Duty cycle 25 % masih

22
tidak terdeksi oleh sensor penerima. Tegangan yang terbaca setelah penguatan pada
rangkaian sensor penerima pada jarak 60 m dan 110 m stabil pada 3.8 volt dan mulai

23
menurun pada jarak 160 m hingga 210 m mendekati 1 volt. Frekuensi hasil
pengukuran sore cukup stabil, yaitu 2702.7 Hz dan 2631.6 Hz. Berbeda dengan

24
pengukuran siang, antar kedua fotodioda yang keduanya dapat menerima sinar laser
adalah 5 cm.
Tabel 3 Hasil pengujian sore hari
Jarak
transmitterreceiver
(m)
60
110
160
210
a

Duty cycle
transmitter
(%)
50
75
50
75
50
75
50
75

Tegangan
hasil
penguatana
(Volt)
3.8
3.8
3.8
3.8
3.4
3.0
1.1
1.3

Frekuensi
hasil
penguatana
(Hz)
2631.6
2702.7
2702.7
2631.6
2702.7
2631.6
2702.7
2702.7

Jarak 2 fotodioda mendeteksi
sinyal lasera (cm)

5
5
5
5
5
5
5
5

Data diperoleh dari receiver

Gambar 18 Grafik pengaruh jarak terhadap tegangan pengujian sore hari

Gambar 19 Grafik pengaruh jarak terhadap frekuensi pengujian sore hari

25

(a)
(b)
Gambar 20 (a) Persiapan transmitter (b) Pengukuran jarak transmitter-receiver

Pengujian Malam Hari

26

Tabel 4 Hasil pengujian malam
Jarak
transmitterreceiver
(m)
50

100

150

200

a

Duty cycle
transmitter
(%)

Tegangan
Frekuensi
Jarak 2 fotodioda mendeteksi
hasil
hasil
sinyal lasera (cm)
penguatana penguatana
(Hz)
(volt)
25
3.8
2702.7
6
50
3.8
2702.7
6
75
3.9
2702.7
6
2.6
6 malam
Gambar25
21 Grafik pengaruh
jarak2702.7
terhadap tegangan peugujian
50
3.8
2702.7
6
75
3.2
2702.7
6
25
2.5
2702.7
6
50
3.8
2702.7
6
75
2.4
2702.7
6
25
3.0
2631.6
6
50
2.2
2702.7
6
75
2.6
2702.7
5

Data diperoleh dari receiver

Gambar 22 Grafik pengaruh jarak terhadap frekuensi pengujian malam
Pengujian malam hari dilakukan pada pukul 21.00 hingga 23.00. Tabel 4 dan
grafik pada Gambar 21 dan 22 menunjukkan hasil pengujian di malam hari. Kondisi
cuaca pada saat pengujian tidak terlalu mempengaruhi hasil karena malam hari
cenderung gelap dan sinar lampu neon lah yang menjadi noise (Gambar 23 (a) dan
(b)). Sensor penerima dapat mendeteksi duty cycle 25 % pada pengujian malam hari.
Tegangan yang terbaca hasil penguatan pada rangkaian sensor penerima pengujian
malam relatif lebih tinggi dibandingkan pengujian sore dan siang. Frekuensi hasil
pengukuran malam sangat stabil, yaitu 2702.7 Hz. Jarak antar kedua fotodioda yang
keduanya dapat menerima sinar laser pengujian malam sama dengan pengujian siang,
yaitu 6 cm. Kondisi tempat pengujian malam dapat dilihat pada Gambar 24 (a) dan
(b).
Hasil pengujian secara keseluruhan menunjukan hasil yang baik. Duty cycle
50 % merupakan yang terbaik karena menunjukkan keandalan yang terbaik dari segi
tegangan dan frekuensi yang terbaca rangkaian sensor penerima pada setiap keadaan.
Jarak transmitter-receiver laser hijau mampu mencapai jarak 200 m, bahkan lebih,
karena tegangan hasil penguatan receiver yang terbaca masih cukup tinggi. Jarak
antar fotodioda 5 cm yang merupakan hasil pengujian pada sore hari ditentukan
sebagai jarak optimal karena kondisi cahaya sore hari mirip dengan pagi hari. Hal ini

27
dikarenakan sensor ini akan diaplikasikan pada alsintan yang umumnya digunakan di
pagi hari. Secara keseluruhan, transmitter-receiver laser hijau yang dibuat sebagai

28
modul saklar cahaya dapat digunakan di lahan terbuka pada berbagai kondisi cahaya
matahari, begitu pula di malam hari saat noise yang diterima berasal dari cahaya

29
lampu neon (Gambar 25 (a) dan (b)).

(a)
(b)
Gambar 23 (a) Persiapan Transmitter malam (b) Persiapan receiver

(a)
(b)
Gambar 24 (a) Koridor setengah terbuka (b) Ruang terbuka

(a)
(b)
Gambar 25 (a) Pengujian malam (b) Receiver mendeteksi cahaya laser hijau

30

SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Sistem transmitter bersumber laser hijau dengan sensor fotodioda sebagai
modul saklar cahaya dalam pengembangan alat penentu lokasi lokal alsintan di lahan
dapat berfungsi dengan baik. Transmitter laser hijau yang direkomendasikan,
menggunakan laser berdaya 1,000 mW, sumber listrik power bank 5 volt 5,000 mAh,
dan dikedipkan dengan metode PWM pada frekuensi 2631.6 Hz. Receiver laser hijau
yang direkomendasikan, menggunakan fotodioda hitam (berfilter) yang memiliki
puncak sensitivitas 940 nm, sumber listrik power bank 5 volt 8,400 mAh, filter aktif
lolos atas yang di set pada 1,500 Hz dan penguatan 100 kali, komparator yang diset
pada 0.5 volt, inverter, dan nand gate. Hasil pengujian menunjukkan duty cycle
osilator terbaik adalah 50%, jarak transmitter-receiver mampu mencapai 200 m,
jarak antar fotodioda optimal 5 cm, dan sensor dapat digunakan pada berbagai
kondisi cahaya.

Saran
Penelitian ini menggunakan bahan-bahan yang tersedia secara umum di
pasaran agar mudah dilakukan, sehingga kadang spesifikasi dan kualitasnya tidak
sesuai dengan kebutuhan atau tidak seragam. Oleh karena itu saat dilakukan
perbanyakan alat ini, sebaiknya digunakan bahan-bahan yang sesuai dengan
kebutuhan dan memiliki kualitas yang baik dan seragam. Peggunaan IC pada
rangkaian sensor penerima juga masih menggunakan IC op-amp standar, sehingga
pada penelitian berikutnya dapat digunakan IC op amp rangkap 4 rendah gangguan
„low noise quad op-amp‟ untuk mengefisienkan penggunaan komponen elektronika
dan meningkatkan performa receiver. Pengujian jarak penerimaan sinyal dan jarak
antar fotodioda juga dapat diperbaiki untuk mendapatkan hasil yang lebih optimal,
seperti menguji hingga 250 m dan menggunakan teropong untuk memudahkan dan
mempercepat pengukuran.

DAFTAR PUSTAKA
Bac CW, Grift TE, Menezes G. 2011. Development of a tabletop guidance system
for educational robots. ASABE [Internet]. [diunduh 2015 Feb 11]; 27(5): 829-838.
Tersedia pada: http://scholar.google.com/citations? view_op=view_citation&hl=
sv&user=stzS940AAAAJ&citation_for_view=stzS940AAAAJ:u5HHmVD_uO8C
Cathode ray oscilloscope (cro). 2015. Elektronika Dasar [Internet]. [diunduh 2015
Mar 17]. Tersedia pada: http://elektronika-dasar.web.id/instrument/ cathode-rayoscilloscope-cro/
Desrial, Subrata IM, Ahmad U, Annas S, Saeful C. 2010. Pengembangan sistem
kemudi otomatis pada traktor pertanian menggunakan navigasi gps. Di dalam:
Prosiding Seminar Nasional Mekanisasi Pertanian 2010 [Internet]. 2010 Des 15-

31
16; Serpong, Indonesia. Serpong (ID): BPP Mektan. hlm 95-104; [diunduh 2015
Feb 16]. Tersedia pada: http://repository.ipb.ac.id/handle/ 123456789/53411
Elnahrawy E, Li X, Martin R P. 2004. The limits of localization using signal
strength: a comparative study. Di dalam: Sensor and Ad Hoc Communications and
Networks. 2004 1st Annual IEEE Communications Society Conf [Internet]. 2004;
New York, America. New York (US): IEEE. hlm 406‐414; [diunduh 2015 Feb
21].
Tersedia
pada:
http://scholar.google.com/scholar_url?url=http://citeseerx.ist.psu.edu/view
doc/download%3Fdoi%3D10.1.1.74.1765%26rep%3Drep1%26type%3Dpdf&hl=
id&sa=X&scisig=AAGBfm3NmUoOpz2esq7xFbOCVZYPwrlJlg&nossl=1&oi=s
cholarr
[OSU EH&S] Oregon State University, Environmental Health and Safety (US).
c2015. Laser types and classification. OSU [Internet]. [diunduh 2015 Feb 25].
Tersedia
pada:
http://oregonstate.edu/ehs/laser/
training/laser-types-andclassification
Filter aktif high pass. 2012. Elektronika Dasar [Internet]. [diunduh 2015 Mar 17].
Tersedia pada: http://elektronika-dasar.web.id/teori-elektronika/filter-aktif-highpass-hpf/
Hariansyah M. 2014. Desain dan pengujian sistem kontrol kedalaman terprogram
untuk mole plow [disertasi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.
Jung WG. 2005. Op Amp Applications Handbook. Burlington (US): Elsevier
Kho, D. 2014. Jenis-jenis komponen elektronika beserta fungsi dan simbolnya.
Teknik Elektronika [Internet]. [diunduh 2015 Mar 3]. Tersedia pada:
http://teknikelektronika.com/jenis-jenis-komponen-elektronikabeserta-fungsi-dansimbolnya/
Operasional amplifier (op-amp). 2012. Elektronika Dasar [Internet]. [diunduh 2015
Mar 17]. Tersedia pada: http://elektronika-dasar.web.id/teori-elektronika/
operasional-amplifier-op-amp/
Pizarro D, Mazo M, Santiso E, Marron M, Jimenez D, Cobreces S, Losada C. 2010.
Localization of mobile robots using odometry and an external vision sensor.
Sensors. 10:3655-3680.doi:10.3390/s100403655
PWM controller ic 555. 2012. E-Belajar Elektronika [Internet]. [diunduh 2015 Juli
12]. Tersedia pada: http://e-belajarelektronika.com/pwm-controller-ic-555/
Sensor photo dioda. 2012. Elektronika Dasar [Internet]. [diunduh 2015 Mar 17].
Tersedia
pada:
http://elektronika-dasar.web.id/komponen/sensor-tranducer/
sensor-photodioda/
Sohn HJ, Kim BK. 2008. An efficient localization algorithm based on vector
matching for mobile robots using laser range finders. IRC. Theory and
Applications 51(4):461‐488.doi:10.1007/s10846-007-9194-1
Wehden D, Salomon R, Schneider M. 2006. Low cost sonic‐based indoor
localization for mobile robots. Di dalam: 3rd Workshop on Positioning,
Navigation, and Communication (WPNC'06) [Internet]. 2006; Hannover, Jerman.
Hannover (DE): Shaker Verlag. hlm 53‐58; [diunduh 2015 Feb 21]. Tersedia
pada:
http://scholar.google.com/scholar_url?url=http://wpnc.net/fileadmin/WPNC06/Pr
oceedings/2_Low-Cost_Sonic-Based_Indoor_Localization_for_Mobile_Robots.
pdf&hl=id&sa=X&scisig=AAGBfm28Dj5H0As_kGHHbZQ5kKOLpIzOng&nos
sl=1&oi=scholarr

32

Lampiran 1 Spesifikasi, bentuk, dan lambang transistor

a

Sumber: Mitchel. (c2013).

33
a

Sumber: Kho. (2014).

Lampiran 2 Jadwal pelaksanaan kegiatan penelitian

No

1

2

Kegiatan
Persiapan proposal, penentuan
besaran-besaran yang dibutuhkan
Pembelian alat-alat yang
dibutuhkan
Perancangan osilo