DESAIN DAN REALISASI INDUKTOR KOIL DATAR SEBAGAI DETEKTOR LOGAM DENGAN MENGGUNAKAN PENGOLAH SINYAL MIKROKONTROLER ATMEGA8535

DESAIN DAN REALISASI INDUKTOR KOIL DATAR SEBAGAI DETEKTOR LOGAM DENGAN MENGGUNAKAN PENGOLAH SINYAL

MIKROKONTROLER ATMEGA8535

Oleh

Winda Elsa Marelita

Telah dirancang dan dibuat sebuah detektor logam berbasis pengolah sinyal mikrokontroler ATMega8535 dengan menggunakan induktor koil datar. Alat tersebut terdiri dari sensor koil datar sebagai induktornya yang dirangkai dengan resistor dan kapasitor membentuk osilator, rangkaian catu daya, penguat instrumentasi, sistem minimum ATMega8535 dan rangkaian LED. Perangkat lunak yang digunakan dalam ATMega8535 adalah bahasa Basic dengan program Bascom AVR. Koil datar yang digunakan dalam penelitian memiliki diameter sebesar 3 cm dan mempunyai jumlah lilitan sebanyak 36 lilitan dan menghasilkan induktansi sebesar 20.096 H. Koil datar dengan diameter 4 cm mempunyai jumlah lilitan sebanyak 64 lilitan dan menghasilkan induktansi sebesar 57.6363 H. Dan koil datar dengan diameter 5 cm mempunyai jumlah lilitan sebanyak 100 lilitan dan menghasilkan induktansi sebesar 57.9954 H. Semakin besar diameter penampang koil yang digunakan maka semakin besar induktansi yang dihasilkan oleh koil. Rangkaian osilator pada penelitian ini menggunakan dua jenis kapasitor yaitu kapasitor elektrolit dan kapasitor keramik. Osilator dengan menggunakan kapasitor keramik menghasilkan 5 buah gelombang dan osilator dengan menggunakan kapasitor elektrolit menghasilkan 2 buah gelombang. Pada pengukuran amplitudo dengan menggunakan kapasitor elektrolit perubahan amplitudo terbesar terjadi pada pendeteksian objek dari bahan kuningan (CuZn) yaitu sebesar 0.6-08 div. Sedangkan pengukuran amplitudo dengan menggunakan kapasitor keramik perubahan amplitudo terbesar pada bahan stainless yaitu sebesar 1.2-1.3 div. Koil datar ini dapat melakukan pendeteksian sampai pada jarak 14 mm. Dan koil datar yang digunakan baru dapat dideteksi secara analog.

ABSTRACT

DESIGN AND REALIZATION OF FLAT COIL INDUCTOR AS METAL DETECTOR USING SIGNAL PROCESSOR-MICROCONTROLLER

ATMEGA8535

By

WINDAELSA MARELITA

This research was carried out to design and fabricate a metal detector based on signal processor-microcontroller ATMega8535 using flat coil inductor. The hardware consist of flat coil sensor as its inductor which arranged by resistor and capacitor formed an oscillator, power supply series, amplifier instrumentation, minimum system ATMega8535 and LED circuit. The software in ATMega8535 was using the basic languge with bascom AVR program. This research used three types of flat coils. The first flat coil has diameter of 3 cm, amount of its winding were 36, and produced inductances 20.096 H. The second flat coil has diameter of 4 cm, amount of winding 64 and produced inductances 57.6363 H whereas the last flat coil has diameter of 5 cm, amount of winding 100 and produced inductances 57.9954 H. The result of inductances amount revealed that larger of flat coil diameter used would yield the greater inductances generated by flat coil. Oscillator circiut of this research was using two types of capacitors were electrolyte and ceramic capacitor. Oscillator was using ceramic capacitor resulted 5 waves and oscillator was using electrolyte capacitor resulted 2 waves. An amplitudo measurement used electrolyte capacitor was confirmed that the largest amplitudo change occurred at object detection of CuZn in range 0.6-0.8 div. Whereas an amplitudo measurement used ceramic capacitor was revealed that the largest amplitudo change occurred at stainless material in range 1.2-1.3 div. This flat coil could perform detection of distance up to 14 mm and it could be detected as analog.

Oleh

Skripsi

Sebagai Salah Satu Syarat untuk Mencapai Gelar SARJANA SAINS

Pada Jurusan Fisika

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS LAMPUNG

BANDAR LAMPUNG 2013

DESAIN DAN REALISASI INDUKTOR KOIL DATAR SEBAGAI DETEKTOR LOGAM MENGGUNAKAN PENGOLAH SINYAL

MIKROKONTROLER ATMEGA8535 (Skripsi)

Oleh

WINDA ELSA MARELITA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS LAMPUNG

BANDAR LAMPUNG 2013

PENGOLAH SINYAL

MIKROKONTROLER ATMega8535 Nama Mahasiswa : Winda Elsa Marelita

Nomor Pokok Mahasiswa : 0717041070 Jurusan : Fisika

Fakultas : Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam KBK : Fisika Instrumentasi

MENYETUJUI 1. Komisi Pembimbing

Dr. Warsito, D.E.A

NIP. 19710212 199512 1 001

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

2. Ketua Jurusan Fisika

Dr. Yanti Yulianti, M.Si. NIP. 19751219 200012 1 001

MENGESAHKAN

1. Tim Penguji

Ketua : Dr. Warsito, D.E.A. ...

Sekretaris : Gurum Ahmad Pauzi, M.T. ...

Penguji

BukanPembimbing : Sri Wahyu Suciyati, M.Si. ...

2. Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

Prof. Suharso, Ph.D.

NIP. 19690530 199512 1 001

Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam skripsi ini tidak terdapat karya yang pernah dilakukan orang lain, dan sepanjang pengetahuan saya tidak terdapat 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 pula bahwa skripsi ini dibuat oleh saya sendiri.

Apabila pernyataan saya tidak benar maka saya bersedia dikenakan sangsi sesuai dengan hukum yang berlaku.

Bandar Lampung, 30 April 2013

Winda Elsa Marelita NPM. 0717041070

RIWAYAT HIDUP

Penulis dilahirkan di desa Balerejo pada tanggal 23 Maret 1990, anak pertama dari tiga bersaudara pasangan Alm. Bapak Sariyo dan Ibu Dwi Winarni. Penulis menyelesaikan pendidikan di TK Pertiwi tahun 1995, SD Negeri 1 Balerejo tahun 2001, SMP Negeri 2 Metro tahun 2004 dan SMA Negeri 4 Metro tahun 2007.

Pada tahun 2007 penulis masuk dan terdaftar sebagai mahasiswa di Universitas Lampung melalui jalur Seleksi Penerimaan Mahasiswa Baru (SPMB). Selama menempuh pendidikan penulis pernah menjadi asisten praktikum Fisika Dasar I dan II pada tahun 2009-2010 dan praktikum Elektronika Dasar 1 pada tahun 2009. Penulis pernah aktif di kegiatan organisasi Badan Eksekutif Mahasiswa (BEM) Fakultas periode 2008-2009 sebagai staff Biro Umum. Selain itu penulis pernah aktif di organisasi kemahasiswaan Himpunan Mahasiswa Fisika (HIMAFI) periode 2009-2010 sebagai staff Minat Bakat. Penulis melaksanakan Praktik Kerja Lapangan (PKL) di Perusahaan Listrik Negara (PLN) Unit TRAGI Tarahan Gardu Induk Teluk Betung pada tahun 2011, dengan judul “Analisis Kondisi Pemutus Tenaga (PMT) Tegangan 20 KV Pada PT. PLN (Persero) Unit Tragi Tarahan Gardu Induk Teluk Betung Bandar Lampung ” dan menyelesaikan penelitian skripsi di Jurusan Fisika dengan judul “Desain dan Realisasi Induktor Koil Datar Sebagai Detektor Logam Dengan Menggunakan Pengolah Sinyal Mikrokontroler ATMega8535”.

! ! ! !

Alhamdulillah, penulis menyadari bahwa skripsi ini dapat terselesaikan dengan baik berkat dorongan, bantuan dan motivasi dari berbagai pihak, oleh karena itu pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada:

1. Bapak Dr. Warsito, D.E.A. atas kesediaannya menjadi Pembimbing I. 2. Bapak Gurum Ahmad Pauzi, M.T. atas kesediaannya menjadi

Pembimbing II.

3. Ibu Sri Wahyu Suciyati, M.Si. atas kesediaannya sebagai Penguji dan Pembimbing Akademik (PA).

4. Ibu Dra. Yanti Yulianti, M.Si., Ph.D. selaku Ketua Jurusan Fisika.

5. Bapak Prof. Suharso, Ph.D. selaku Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam.

6. Serta semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu-persatu, yang telah membantu penulis selama menyelesaikan Tugas Akhir.

Semoga Allah SWT memberi balasan atas segala usaha yang telah dilakukan oleh berbagai pihak sehingga skripsi ini dapat selesai dan bermanfaat.

Bandar Lampung, April 2013 Penulis

i DAFTAR ISI

halaman

DAFTAR ISI i

DAFTAR TABEL iii

DAFTAR GAMBAR iv

DAFTAR GRAFIK vi

I. PENDAHULUAN

A. Latar Belakang 1

B. Rumusan Masalah 2

C. Batasan Masalah 2

D. Tujuan Penelitian 3

E. Manfaat Penelitian 3

II. TINJAUAN PUSTAKA

A. Medan Magnet 4

B. Induktor 7

C. Detektor 10

D. Mikrokontroler ATMega 8535 12

E. Penguat Instrumentasi 19

F. Stabilitas Rangkaian Penguat/ Butterworth 21 G. LED (Light Emitting Diode) 22

H. Jembatan Hay 23

III. METODOLOGI PENELITIAN

A. Waktu dan Tempat Penelitian 24

B. Alat dan Bahan 24

C. Prosedur Penelitian 25

IV. HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN

A. Hasil Penelitian 31

B. Karakterisitik Induktor Koil Datar 33

ii V. KESIMPULAN DAN SARAN

A. Kesimpulan 56

B. Saran 57

DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

iii

DAFTAR TABEL

Tabel Halaman

Tabel 2.1 Fungsi-Fungsi Alternatif Por B 15 Tabel 2.2 Fungsi-Fungsi Alternatif Port D 16 Tabel 3.1 Hasil Penelitian Pengambilan Data Alat 30 Tabel 4.1 Karakteristik koil datar dengan diameter 5 cm 35 Tabel 4.2 Karakteristik koil datar dengan diameter 4 cm 35 Tabel 4.3 Karakteristik koil datar dengan diameter 3 cm 35 Tabel 4.4 Nilai Induktansi Pada Koil 38 Tabel 4.5 Nilai induktansi pada koil dengan menggunakan logam 39 Tabel 4.6 Tipe Data Dan Ukurannya 52

iv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Arah Medan Magnet Yang Dihasilkan Dari Sebuah Muatan Listrik

Yang Bergerak 5

Gambar 2.2 Geometri Untuk Menghitung Medan Magnetik Di Dalam Solenoid

Pada Sumbunya 8

Gambar 2.3 Elemen Koil Datar 9

Gambar 2.4 Prinsip Kerja Metal Detektor 12 Gambar 2.5 Mikrokontroler AVR Atmega 8535 13 Gambar 2.6 Konfigurasi Kaki IC Mikrokontroler AVR Atmega 8535 14 Gambar 2.7 Arsitektur Atmega 8535 18 Gambar 2.8 Peta Memori Data Atmega 8535 19 Gambar 2.9 Penguat Instrumentasi 20 Gambar 2.10 Rangkaian Buffer/Penyangga 21

Gambar 2.11 Jembatan Hay 23

Gambar 3.1 Diagram Blok Rancangan Alat 26

Gambar 3.2 Koil Datar 27

Gambar 3.3 Rangkaian buffer/ Penyangga 27 Gambar 3.4 Rangkaian Penguat dan Butterworth 28 Gambar 3.5 Rangkaian Catu Daya Dengan Tegangan Keluaran 5 Volt Dan 12

Volt 29

Gambar 3.6 Rangkaian Minimum Mikrokontroler Atmega 8535 29 Gambar 4.1 Gambar Alat Penelitian 31

v

Gambar 4.2 Rangkaian Keseluruhan Dari Alat 33 Gambar 4.3 Koil datar yang digunakan 34

I. PENDAHULUAN

A.Latar Belakang

Metal detektor tidaklah selalu digunakan sebagai detektor bom. Seperti namanya detektor logam adalah jenis instrumen, yang digunakan untuk mendeteksi logam dengan bantuan dari induksi elektromagnetik. Logam merupakan suatu bahan yang didalamnya terdapat elektron-elektron dengan jumlah yang ditentukan oleh struktur atom yang membentuknya. Pada logam terdapat atom yang terdiri dari inti proton dan neutron yang dikelilingi oleh elektron-elektron. Proses elektron yang mengelilingi inti disebut orbit dari elektron (Suharto, 1995).

Metal detektor ini membantu dalam deteksi dari ranjau darat, senjata seperti pisau atau senjata di bandara, dalam harta berburu atau dalam arkeologi. Hal ini juga dapat membantu dalam mendeteksi benda asing dalam makanan. Industri konstruksi menemukan itu berguna dalam mendeteksi batang baja tulangan hadir dalam konkrit, pipa, atau kabel di dinding dan lantai. Masih banyak kegunaan lainnya seperti pendeteksian bongkahan fosil di dinding-dinding batu atau harta karun yang terkubur di tanah. Detektor logam secara umum dapat dikatakan sebagai alat yang dapat mendeteksi adanya logam pada jarak tertentu dari sensor.

Metode yang digunakan untuk membangun sebuah detektor logam sangat beragam dan semuanya itu tergantung dari aplikasi detektor logam. Yang

2

dimaksudkan dengan aplikasi adalah apa yang ingin di deteksi logam atau benda non-logam. Jadi aplikasi dari detektor logam tidaklah harus logam tetapi dapat pula berupa benda non-logam (tidak semua benda non-logam).

Atas dasar tersebut pada penelitian ini direalisasikan suatu alat untuk mendeteksi logam berbasis induktor koil datar dengan menggunakan pengolah sinyal Mikrokontroler ATMEGA8535. Prinsip kerja dari alat ini menggunakan koil datar sebagai detektornya yang kemudian diolah dengan menggunakan sebuah IC mikrokontroler ATMEGA8535. Sistem pengontrolan kendali alat ini nantinya akan menggunakan bahasa pemrograman Basic Compiler (BASCOM) yang akan diprogram pada IC ATMEGA8535.

B. Rumusan Masalah

Rumusan masalah yang harus diselesaikan dalam penelitian ini adalah bagaimana merancang dan membuat alat detektor logam yang terdiri dari perangkat keras (hardware) dan perangkat lunak (software). Perangkat keras (hardware) tersebut meliputi pembuatan catu daya, penguat instrumentasi, sistem minimum mikrokontroler ATMega8535 dan rangkaian LED indikator. Sedangkan perangkat lunak (software) yang digunakan adalah bahasa BASCOM (basic compiler) AVR.

C. Batasan masalah

Untuk memperjelas perumusan masalah maka diperlukan batasan masalah, dalam hal ini terdapat beberapa batasan masalah yaitu :

1. Medan magnet yang digunakan adalah medan magnet yang dihasilkan melalui induksi koil datar.

2. Mikrokontroler yang digunakan adalah ATmega8535 dengan led sebagai indikatornya.

D. Tujuan Penelitian

Adapun tujuan dari penelitian ini adalah :

1. Merancang dan membuat alat detektor logam dengan menggunakan induktor koil datar.

2. Memahami prinsip kerja alat detektor logam dengan menggunakan induktor koil datar.

E. Manfaat Penelitian

Manfaat dari penelitian ini adalah dihasilkanya suatu alat detektor logam dengan menggunakan induktor koil datar berbasis mikrokontroler ATMega8535.

II. TINJAUAN PUSTAKA

A.Medan Magnet

Medan magnet adalah medan gaya yang konservatif, sebagaimana usaha oleh muatan magnet yang bergerak dari satu titik ke titik lainnya tak tergantung lintasan yang ditempuhnya, khususnya usaha dari satu titik kembali ke titik itu lagi adalah nol. Menurut hasil tersebut, usaha sepanjang garis gaya sekeliling arus listrik tidaklah nol melainkan sama dengan arus yang dikelilinginya. Hal ini tentu disebabkan oleh sifat rotasional garis gaya medan magnet arus listrik. Namun demikian, menurut Ampere, karena sifat konservatif medan magnet, usaha dari satu titik ke titik itu lagi, meskipun tidak sepanjang garis gaya, akan sama dengan arus yang dikelilinginya (Soedojo, 2000).

Medan magnet dapat dihasilkan tidak hanya oleh sebatang magnet alami, namun juga dapat dihasilkan dari listrik, hal ini ternyata karena sebuah muatan yang bergerak akan menghasilkan medan magnet di sekitarnya. Gejala ini pertama kali ditemukan oleh Oersted ketika secara tak sengaja mengamati penyimpangan jarum kompas karena kawat berarus listrik di dekatnya. Oersted mengamati bahwa jika arus listrik berarah ke kanan, maka kutub utara kompas akan bergerak menjauhi kawat (Ishaq, 2007).

Medan magnet dapat dihasilkan dari suatu muatan listrik yang bergerak dengan kecepatan . Medan magnet yang dihasilkan pada jarak dari muatan bergerak adalah sebesar :

(2.1)

Dimana :

: medan magnet yang dihasilkan (Tesla) : konstanta permeabilitas udara yang besarnya

: jarak dari muatan terhadap titik di mana medan magnet diukur (meter) : vektor satuan arah tegak lurus permukaan perkalian vektor dan

Gambar 2.1. Arah medan magnet yang dihasilkan dari sebuah muatan listrik yang bergerak

Karena medan magnet dapat timbul pada muatan yang bergerak, maka dapat dipastikan bahwa kawat berarus listrik akan menimbulkan medan magnet, hal ini karena arus merupakan muatan listrik yang bergerak. Arah dari medan magnet dapat dilihat melalui aturan-tangan-kanan. Aturan-tangan-kanan berarti : jika empat jari tangan kanan kita mengepal dan dengan ibu jari menunjukkan arah arus listrik pada kawat, maka keempat jari yang mengepal tersebut menunjukkan arah medan magnet di sekitar kawat berarus (Ishaq, 2007).

q

r v

θ

6

Kuat medan magnet arus listrik merupakan jumlah dari kontribusi masing-masing bagian atau elemen panjang arus listrik itu. Biot-Savart berpendapat bahwa kuat medan magnet itu berbanding terbalik dengan kuadrat jaraknya dari elemen arus dengan arah menyilang tegak lurus arah elemen tersebut. Kecuali sebanding dengan panjang elemen arus sebagaimana kelihatan dari tempat mana kuat medan magnet itu (Soedojo,2000).

Berdasarkan sifat kemagnetannya magnet dapat dibedakan menjadi dua macam, yaitu:

1. Magnet permanen.

Magnet permanen adalah suatu bahan yang dapat menghasilkan medan magnet yang besarnya tetap tanpa adanya pengaruh dari luar atau disebut magnet alam karena memiliki sifat kemagnetan yang tetap. Magnet permanen dibuat orang dalam berbagai bentuk dan dapat dibedakan menurut bentuknya menjadi :

a. Magnet batang

b. Magnet ladam (sepatu kuda) c. Magnet jarum

d. Magnet silinder e. Magnet lingkaran 2. Magnet sementara

Magnet sementara adalah suatu bahan yang hanya dapat menghasilkan medan magnet yang bersifat sementara. Medan magnet sementara dihasilkan dengan cara mengalirkan arus listrik atau digosok-gosokkan dengan magnet alam. Bila suatu bahan pengantar dialiri arus listrik,

besarnya medan magnet yang dihasilkan tergantung pada besar arus listrik yang dialirkan. Medan magnet sementara yang digunakan dalam praktek kebanyakan dihasilkan oleh arus dalam kumparan yang berinti besi. Agar medan magnet yang dihasilkan cukup kuat, kumparan diisi dengan besi atau bahan sejenis besi dan sistem ini dinamakan elektromagnet. Keuntungan elektromagnet adalah bahwa kemagnetannya dapat dibuat sangat kuat, tergantung dengan arus yang dialirkan. Dan kemagnetannya dapat dihilangkan dengan memutuskan arus listriknya.

B.Induktor

1. Solenoida Biasa

Solenoida adalah induktor yag terdiri dari gulungan kawat yang kadang di dalamnya dimasukkan sebuah batang besi berbentuk silinder dengan tujuan memperkuat medan magnet yang dihasilkan (Ishaq, 2007). Solenoida merupakan kawat berbahan konduktor yang disusun sehingga membentuk kumparan (koil) dan dapat dialiri arus listrik. Kuat medan magnet di dalam (sumbu) solenoida jauh lebih besar bila dibanding dengan di luar solenoida. Solenoida disebut ideal bila medan magnet di dalam solenoida bersifat homogen dan di luarnya nol (Jati dan Priyambodo, 2010).

Solenoida digunakan untuk menghasilkan medan magnetik kuat, seragam dalam daerah yang dikelilingi oleh simpalnya. Perannya dalam magnetisme analog dengan kapasitor keping sejajar dalam elektrostatik, dalam hal bahwa kapasitor itu menghasilkan medan listrik yang kuat di antara platnya. Solenoida yang digulung

8

rapat dapat dianggap sebagai sederetan kawat berarus melingkar yang ditempatkan berdampingan dan membawa arus yang sama. Medan magnetik solenoida pada dasarnya adalah medan magnetik dari sederetan lilitan arus identik yang ditempatkan berdampingan (Tipler, 1996). Sehingga di dalam solenoida, garis-garis medan magnet ini hampir sejajar dengan sumbunya dan tersusun rapat, hal ini menandakan medan magnet yang dihasilkan kuat dan seragam. Sedangkan diluar solenoida dihasilkan garis-garis medan magnet yang kurang rapat, garis-garis ini memancar dari satu ujung dan mengumpul pada ujung lain. Hal ini menandakan medan magnet yang dihasilkan lemah (Young dan Freedman, 1999).

Gambar 2.2. Geometri untuk menghitung medan magnetik di dalam solenoida pada sumbunya

Pada Gambar 2.2 jika titik asalnya berada di salah satu ujung solenoid, ataupun akan sama dengan nol. Dengan demikian, jika ujung lainnya itu relative jauh dibandingkan dengan jari-jarinya, satu dari suku di dalam tanda kurung pada persamaan ! "# $ %

&% '( ) *

&* '( + sama dengan nol dan yang lainnya sama dengan 1, sehingga , "#. Dengan demikian, besaran B di suatu titik di dekat salah satu ujung solenoida panjang adalah kira-kira setengah besarannya di titik-titik di dalam solenoida yang jauh dari ujungnya.

2.Koil Datar

Sensor kumparan induksi (disebut juga sensor koil, antena magnetik) adalah salah satu sensor magnetik yang terlama dan dikenal baik. Hasil fungsi transfer V= f(B) dari hukum induksi Faraday saperti berikut :

- ."/0Φ

01 ."/ /

02

01 . / "/ /

03

01 (2.2)

Dimana adalah fluks magnet yang melewati kumparan dengan luas A dan jumlah putaran n. Prinsip operasi dari sensor koil umumnya diketahui, namun dengan rincian dan sebagaimana yang telah diketahui hanya untuk spesialisasi. Contohnya, sinyal output yang diketahui berupa sinyal output (V), sebuah sensor koil tergantung pada tingkat perubahan kerapatan fluks (dB/dt), sehingga penerapan pada integrasi diperlukan. Meskipun demikian, ada beberapa metode yang digunakan, memungkinkan mendapatkan hasil proporsional dari kerapatan fluks (B). Secara luas diketahui bahan sensitivitas kumparan harus memiliki sejumlah besar area yang aktif dan bergantian. Namun, proses optimasi kinerja koil diragukan karena banyaknya kasus.

10

Gambar 2.3 menunjukkan perkembangan elemen koil datar. Prinsip fisika dari koil datar berdasarkan pada arus eddy. Induktansi koil datar berubah karena gangguan dari material konduktif dalam medan magnetik sehingga menghasilkan pusaran arus. Suatu cincin dengan sumbu yang sama diganti setiap putaran gulungan dengan radius mendekati radius dari putaran yang sama.

Medan magnetik disekitar koil datar akan timbul ketika suatu aliran arus listrik melewatinya. Gaya magnetik pada suatu koil datar ini disebabkan karena elektron pada gaya ini berpindah lagi dan menghasilkan arus induktansi. Arus induktansi menghasilkan medan induktansi magnetik disekitar material konduktor dan dipengaruhi oleh sumber medan magnetik, sehingga total medan magnetik dipengaruhi oleh sumber medan magnetik (induktansi diri) dan medan induktansi magnetik (induktansi bersama) (Djamal dkk,2011). Dalam kasus dengan sampel terbatas, koil dengan diameter kecil akan meningkatkan konsentrasi melalui penurunan volume yang dibutuhkan untuk mengisi kumparan (Rainey, 2007).

C.Detektor

Detektor adalah alat yang bekerja dengan getaran magnetik secara otomatis yang digunakan untuk mengetahui atau menemukan adanya benda logam, gelombang radio dan untuk mencatat perubahan suhu atau tekanan udara setempat. Secara umum detektor dibagi menjadi dua yaitu deteksi dengan kontak langsung dan deteksi dengan tidak kontak langsung. Beberapa detektor yang termasuk dalam jenis deteksi dengan tidak kontak langsung adalah photoelectric, proximity dan ultrasonic. Proximity memiliki dua tipe yaitu Inductive Proximity dan Capacitive Proximity. Inductive Proximity bekerja berdasarkan perubahan induktansi apabila

ada obyek metal yang berada dalam daerah kerjanya dan hanya dapat mendeteksi benda yang terbuat dari metal dengan jarak deteksi tertentu dari sensor.

Detektor logam adalah sebuah alat yang berfungsi sebagai pendeteksi setiap keberadaan logam-lagam. Detektor logam akan berkerja atau mengindikasi apabila terdapat logam yang melewati sensor. Sensor yang digunakan adalah sepasang koil yang berperan sebagai generator coil (Transmiter) dan receiver koil. Alat ini juga dilngkapi dengan aksesoris-aksesoris sebagai indikator keberadaan logam yang terdeteksi oleh sensor tersebut. Aplikasi detektor logam yaitu untuk membantu dalam deteksi dari ranjau darat, senjata seperti pisau atau senjata di bandara, dalam harta berburu atau dalam arkeologi, dan membantu dalam mendeteksi benda asing dalam makanan. Beberapa faktor yang mempengaruhi sensitivitas detektor logam adalah efek produk, ukuran dan jenis kontaminan logam, dan logam detektor ukuran gawang/aperture.

Prinsip kerja metal detektor adalah gelombang elektromagnet yang membentuk medan elektromagnet pada satu atau beberapa koil. Ada beberapa buah koil yang dimanfaatkan sebagai pemancar gelombang dan penerima gelombang, dimana pada kondisi standart, gelombang yang diterima mempunyai standart tertentu dan ini yang biasa disebut “balance” pada detektor logam. Deskripsi tersebut bisa ditunjukkan seperti Gambar 2.4.

12

Gambar 2.4. Prinsip Kerja Metal Detektor

Jika benda logam melewati detektor logam, maka gelombang yang ada menjadi terganggu dan standart wave analyzer akan memberitahukan bahwa ada ketidak seimbangan gelombang. Detektor logam memberitahu kita bahwa ada benda bersifat logam yang lewat. Untuk logam yang mempunyai sifat magnetik metal, medan elektromagnet yang diterima receiver akan bertambah. Sedangkan logam yang bersifat non magnetik metal, maka medan elektromagnet yang diterima receiver akan berkurang.

D.Mikrokontroler AVR ATMEGA8535

Mikrokontroler AVR ATMega8535 AVR merupakan seri mikrokontroler CMOS 8-bit buatan Atmel, berbasis arsitektur RISC (Reduced Instruction Set Computer) yang ditingkatkan (Saputra, 2010). Dimana semua instruksi dikemas dalam kode 16-bit (16-bits word) dan sebagian besar instruksi dieksekusi dalam 1 siklus clock (Gambar 2.5), berbeda dengan instruksi MCS 51 yang membutuhkan 12 siklus clock. Tentu saja itu terjadi karena kedua jenis mikrokontroler tersebut memiliki arsitektur yang berbeda. AVR berteknologi RISC (Reduced Instruction Set

Computing), sedangkan seri MCS 51 berteknologi CISC (Complex Instruction Set Computing) (Budiharto dan Rizal. 2007).

Gambar 2.5. Mikrokontroler AVR ATMega8535.

Secara umum, AVR dapat dikelompokan menjadi 4 kelas, yaitu keluarga ATtiny, keluarga AT90Sxx, keluarga ATMega dan AT86RFxx. Pada dasarnya yang membedakan masing-masing kelas adalah memori, peripheral, dan fungsinya. Perbedaannya hanya pada fasilitas dan I/O yang tersedia serta fasilitas lain seperti ADC, dan lain sebagainya. Salah satu contohnya adalah AVR ATMega8535.

1. Spesifikasi Mikrokontroler ATmega8535

Spesifikasi sebuah mikrokontroler Atmega8535 adalah seperti berikut:

1) Saluran I/O sebanyak 32 buah, yaitu port A, port B, port C, dan port D. 2) Kecepatan maksimal 16 MHz

3) ADC (Analog to Digital Converter) 10 bit sebanyak 8 channel 4) Tiga buah Timer/counter dengan kemampuan membandingkan 5) CPU yang terdiri dari 32 buah register.

6) Watchdog Timer dengan isolator internal 7) SRAM sebesar 512 byte.

14

9) Unit interupsi internal dan eksternal. 10)Port antarmuka SPI.

11)EEPROM sebesar 512 byte yang dapat diprogram saat operasi. 12)Antarmuka komparator analog.

13)Port USART untuk komunikasi serial

2. Penjelasan Fungsi Pin Mikrokontroller AVR ATMEGA8535

Mikrokontroller ini memiliki 40 konfigurasi pin seperti digambarkan pada Gambar 2.6. Fungsi dari tiap-tiap pin dapat dikelompokkan menjadi sumber tegangan, kristal, kontrol dan input-output. Disamping itu Mikrokontroler ini dapat ditambahkan sebuah minimum memori eksternal atau komponen eksternal lain. Dari kedelapan line dapat digunakan sebagai suatu unit yang berhubungan ke perangkat parallel seperti printer, pengubah digital ke analog, dan sebagainya, atau tiap line dapat mengoperasikan sendiri ke perangkat single bit seperti saklar, LED, transistor, solenoid, motor, dan speaker.

Gambar 2.6 .Konfigurasi Kaki IC Mikrokontroler AVR ATMEGA8535 (Winoto, 2008)

Berikut adalah penjelasan fungsi tiap kaki yang biasa ada pada seri mikrokontroler AVR Atmega8535 yaitu :

a. Pin 1 sampai 8

Ini adalah port B yang merupakan 8-bit port I/O. Setiap pinnya dapat menyediakan member arus 20mA dan dapat mengendalikan display LED secara langsung. Data Direction Register port B (DDRB) harus disetting terlebih dahulu sebelum port B digunakan. Bit – bit DDRB diisi 0 jika ingin memfungsikan pin – pin port B yang bersesuaian sebagai input, atau diisi 1 jika sebagai output. Pin- pin port B juga memiliki untuk fungsi -fungsi alternatif khusus seperti yang terdapat dalam tabel berikut :

Tabel 2.1. Fungsi – fungsi Alternatif port B Port pin Fungsi Alternatif

PB0 T0 = timer/counter 0 external counter input PB1 T1 = timer/counter 0 external counter input PB2 AIN0 = analog comperator positif input PB3 AIN1 = Analog comperator negative input PB4 SS = SPI slave input

PB5 MOSI = SPI bus master output/ slave input PB6 MISO = SPI bus master input / slave output PB7 SCK = SPI bus serial clock

b. Pin 9

Merupakan masukan reset (aktif tinggi), pulsa transisi dari rendah ke tinggi akan me-reset Mikrokontroler ini.

c. Pin 10

Merupakan positif sumber tegangan yang diberi symbol VCC. d. Pin 11

16

e. Pin 12 dan 13

Ini merupakan masukan ke penguat osilator berpenguat tinggi. Pada Mikrokontroler in memiliki seluruh rangkaian osilator yang diperlukan pada serpih yang sama (on chip) kecuali rangkaian kristal yang mengendalikan frekuensi osilator. Karenanya 18 dan 19 sangat diperlukan untuk dihubungkan dengan kristal. Selain itu XTAL 1 dapat juga sebagai input untuk inverting osilator amplifier dan input ke rangkaian internal clock sedangkan XTAL 2 merupakan output dari inverting oscillator amplifier. Pin ini juga sebagai masukan clock eksternal. Suatu untuk mengeksekusi instruksi yang ada di memori. Semakin tinggi nilai kristalnya, maka semakin cepat mikrokontroler tersebut.

f. Pin 14 sampai 21

Ini adalah port D yang merupakan 8-bit port I/O. Setiap pinnya dapat menyediakan member arus 20mA dan dapat mengendalikan display LED secara langsung. Data Direction Register port D (DDRD) harus disetting terlebih dahulu sebelum port D digunakan. Bit – bit DDRD diisi 0 jika ingin memfungsikan pin – pin port B yang bersesuaian sebagai input, atau diisi 1 jika sebagai output. Pin- pin port B juga memiliki fungsi -fungsi alternatif khusus seperti yang terdapat pada Tabel 2 :

Tabel 2.2. Fungsi – fungsi Alternatif port D

Port Pin Fungsi Alternatif PD1 RDX (UART input line)

PD2 TDX (UART output line)

PD3 INT0 ( external interrupt 0 input ) PD4 INT1 ( external interrupt 1 input )

PD5 OC1B ( Timer / counter1 output compareB match output) PD6 OC1A ( Timer / counter1 output compareA match output)

PD7 ICP ( Timer / counter1 input capture pin)

PD8 OC2 ( Timer / Counter2 output compare match output)

g. Pin 22 sampai 29

Ini adalah port C yang merupakan 8-bit port I/O. Setiap pinnya dapat menyediakan memberi arus 20mA dan dapat mengendalikan display LED secara langsung. Data Direction Register port C (DDRC) harus disetting terlebih dahulu sebelum port C digunakan. Bit– bit DDRC diisi 0 jika ingin memfungsikan pin – pin port C yang bersesuaian sebagai input, atau diisi 1 jika sebagai output. Selain itu, dua pin port C (PC6 dan PC7 ) juga memiliki fungsi alternative sebagai oscillator untuk timer / counter 2.

h. Pin 30

Merupakan masukan tegangan untuk ADC. i. Pin 31

Merupakan ground sumber tegangan yang diberi simbol GND sama dengan pin 11.

j. Pin 32

Adalah AREF yang merupakan masukan referensi bagi A/D converter. Untuk operasionalisasi ADC, suatu level tegangan antara AGDN dan Avcc.

k. Pin 33 sampai 40

Ini adalah port A yang merupakan 8-bit port I/O. Setiap pinnya dapat menyediakan internal pull-up resistor (dapat diatur per bit ). Output buffer port A dapat memberi arus 20mA dan dapat mengendalikan display LED secara langsung. Data Direction Register port A (DDRA) harus disetting terlebih dahulu sebelum port A digunakan. Bit – bit DDRA diisi 0 jika ingin

18

memfungsikan pin – pin port A yang bersesuaian sebagai input, atau diisi 1 jika sebagai output. Selain itu, kedelapan pin port A juga merupakan untuk masukan sinyal analog bagi A/D converter (Purwanto, 2009).

3. Arsitektur ATmega8535

Secara umum arsitektur mikrokontoler ATmega8535 dapat dilihat pada Gambar 2.7 berikut ini.

4. Peta Memori ATmega8535

ATMega8535 memiliki ruang pengalamatan memori data dan memori program yang terpisah. Memori data terbagi menjadi 3 bagian yaitu : 32 buah register umum, 64 buah register I/O dan 512 byte SRAM internal (Adianto, 2010). Peta memori data tersebut dapat dilihat pada Gambar 2.8.

Gambar 2.8. Peta Memori Data ATmega8535

E.Penguat Instrumentasi

Rangkaian pengkondisi sinyal sangat diperlukan untuk mengadaptasikan besaran elektris dari sensor menuju penyiapan sinyal digital (Warsito dan Yuliansyah, 2004). Tugas pengkondisi sinyal yang sering dilakukan adalah penguatan (amplification). Op-amp dibuat dalam bentuk rangkaian terpadu atau IC (Integrated Circuit), dimana satu potong kristal silikon dengan luas kurang dari 1

20

mm² terkandung rangkaian penguat lengkap terdiri dari banyak transistor, dioda, resistor dan kapasitor (Sutrisno,1987).

Pada awalnya op-amp digunakan untuk rangkaian perhitungan analog, rangkaian pengaturan dan instrumentasi. Fungsi-fungsi utamanya adalah untuk melakukan operasi matematika luar (tegangan dan arus) integrasi dan penguatan (Warsito, 2003).

Penguat instrumentasi adalah salah satu dari penguat-penguat yang paling bermanfaat, cermat, dan serbaguna yang ada pada saat ini. Penguat ini dibuat dari tiga penguat dan tujuh tahanan, seperti terlihat dalam Gambar 2.9.

Gambar 2.9 . Penguat Instrumentasi

Untuk menyederhanakan analisis rangkaiannya, penguat instrumentasi sesungguhnya dibuat dengan menghubungkan sebuah penguat tersangga ke sebuah penguat diferensial dasar. Op-amp A3 dan empat tahanan R yang sama membentuk sebuah penguat diferensial dengan gain (penguatan) sebesar 1. Yang harus digandengkan hanyalah tahanan-tahanan R saja. Untuk mengatur penguatan yang diinginkan diatur dengan mengubah-ubah nilai Rg. Rumusan dan rangkaian dari penguat instrumentasi dapat dilihat seperti pada persamaan:

-451 - . -! 6 ) 7₍(₉8:; (2.3) Dalam versi penguat instrumentasi yang sederhana, sinyal input menggerakkan pengikut tegangan yang kemudian menggerakkan penguat diferensial. Penguat seperti ini berguna pada bagian muka dari instrumen ukur karena impedansi inputnya yang tinggi. Salah satu aplikasi dari penguat instrumentasi adalah pada rangkaian transduser. Dalam hal ini transduser adalah alat yang mengubah perubahan lingkungan menjadi perubahan tahanan.

F.Stabilitas Rangkaian Penguat/ Butterworth

Pemantapan bagi penguat umpan balik berarti menjaganya dari gangguan osilasi, mempertahankan penguatan sesuai dengan rancangan, dan meredam derau sampai minimum. Kapasitas liar masukan yang berasal dari masukan penguat pengawatan dapat menggoyahkan stabilitas rangkaian sehingga akan menimbulkan osilasi, untuk itu sebuah kapasitor umpan balik kecil antara 3-10 pF yang diparalel dengan resistor umpan balik dapat mengurangi persoalan yang ditimbulkan oleh kapasitansi masukan sesaat tersebut (Hughes, 1990).

22

G.LED (Light Emitting Diode)

LED (Light Emitting Diode) adalah dioda semikonduktor yang mamancarkan cahaya jika dibias maju (Lister, 1988). LED (Light Emitting Diode) merupakan lampu pijar untuk berbagai aplikasi karena tahan lama, konsumsi tegangannya rendah, dan switching on-offnya cepat (Malvino, 1999). Struktur LED sama dengan dioda yaitu sambungan semikonduktor P dan N. jika sebagian semikonduktor tipe-P disambungkan dengan sebagian semikonduktor tipe-N , maka sambungan yang terbentuk akan melewatkan arus dalam satu arah dan memberikan tahanan yang cukup besar tehadap aliran arus dalam arah yang sebaliknya. Jika LED dibias maju, maka arus bias akan menyebabkan diinjeksikannya electron ke dalam bahan tipe-P dan lubang diinjeksikan ke dalam bahan tipe-N. Dinyatakan dalam tingkat energi, elektron bebas bergerak melalui daerah dekat sambungan, mereka bergabung kembali dengan lubang. Dalam proses penggabungan kembali ini, energi dilepas, sebagian dalam bentuk cahaya dan sisanya dalam bentuk panas. Efisiensi daya keluaran cahayanya sangat rendah, yakni kurang dari satu persen (Lister, 1988).

Material semikonduktor yang digunakan pada LED adalah gallium arsenide (GaAs), gallium arsenide phosphide (GaAsP), gallium phosphide (GaP). LED dari GaAs memancarkan radiasi inframerah, GaAsP memancarkan cahaya merah atau kuning, dan GaPmemancarkan cahaya merah atau hijau. LED biasanya digunakan untuk lampu indikator dan display (peraga)pada berbagai jenis instrumentasi. Satu jenis display yang menggunakan LED adalah seven segment display. LED inframerah digunakan pada sistem keamanan. Berkas cahaya LED

diarahkan pada suatu sensor yang umumnya adalah fotodioda inframerah. Ketika berkas cahaya dihalangi oleh suatu pengganggu yang melewati sumber cahaya dan sensor, maka alarm berbunyi. LED inframerah juga digunakan pada sistem remote control pada televisi dan radio (Bishop, 1995).

H.Jembatan Hay

Jembatan hay, digunakan untuk mengukur sebuah induktansi yang tidak diketahui, yang dinyatakan dalam kapasitansi yang diketahui dan lebih cocok untuk pengukuran Q tinggi ( Q > 10 ). Pada gambar 2.11, ditunjukkan rangkaian jembatan Hay yang berbeda dari jembatan Maxwell, dimana tahanan R

1 dihubungkan seri dengan kapasitor C₁.

Gambar 2.11. Jembatan Hay

Dari gambar 2.11 didapat persamaan 2.4.

III. METODE PENELITIAN

A.Waktu dan Tempat Penelitian

Penelitian ini dilaksanakan pada bulan Juli 2012 sampai dengan Januari 2013. Perancangan alat penelitian dilakukan di Laboratorium Elektronika, Laboratorium Fisika Inti dan Laboratorium Fisika Komputasi, Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Lampung.

B. Alat dan Bahan

Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah :

1. Solder untuk melelehkan timah agar komponen menyatu dengan PCB. 2. Bor listrik untuk melubangi PCB.

3. Penyedot timah untuk membuang sisa timah yang tidak terpakai. 4. Multimeter digital untuk mengukur nilai hambatan dan tegangan. 5. Obeng untuk mengencangkan mur.

6. Cutter untuk memotong PCB.

7. Spidol permanen untuk menggambar rangkaian di PCB. 8. Akrilik untuk membuat penampang koil.

9. Gergaji besi untuk memotong akrilik. 10. Kotak untuk wadah penyatuan komponen

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

2. FeCl3 untuk melarutkan PCB

3. Mikrokontroler AT8535 sebagai pengontrol sistem alat 4. Resistor

5. Kapasitor

6. Kabel penghubung

7. Timah (tenol) sebagai penyatu komponen pada PCB 8. LED sebagai simulator

9. IC TL081 sebagai penguat

C.Prosedur Penelitian

Prosedur penelitian ini terdiri dari perancangan perangkat keras (hardware), perancangan perangkat lunak (software), pengujian sistem dan analisa data pengujian.

1. Perancangan perangkat keras (Hardware)

Perangkat keras (hardware) alat pendeteksi medan magnet yang akan dibuat ini terdiri dari beberapa bagian yaitu : pembuatan koil datar, rangkaian catu daya, penguat instrumentasi, sistem minimum mikrokontroler ATMega8535, dan output berupa led sebagai indikatornya. Mula-mula objek didekatkan pada koil datar sehingga dihasilkan sinyal analog yang sangat kecil. Karena sinyal yang dihasilkan masih sangat kecil maka kita gunakan penguat untuk memperbesar sinyal. Sinyal output yang dihasilkan dari penguat selanjutnya diolah menggunakan mikrokontroler ATMega8535 dan ditampilkan melalui LED

26

sebagai indikatornya. Diagram blok dari alat-alat yang dibuat tersebut dapat dilihat pada Gambar 3.1.

Gambar 3.1. Diagram blok rancangan alat

Koil datar digunakan untuk mendeteksi seberapa besar induktor yang terdapat pada logam. Koil datar menghasilkan sinyal output yang masih terlalu lemah. Sinyal output yang lemah ini kemudian diperkuat oleh rangkaian penguat isntrumentasi yang terdiri dari terdiri atas rangkaian buffer, penguat dan butterworth. Buffer/ penyangga diperlukan agar input penguat tidak terbebani dan pada rangkaian penguat juga dipasang rangkaian butterworth untuk menstabilkan tegangan keluaran yang dihasilkan oleh penguat. Jika tidak dipasang rangkaian butterworth maka hasil tegangan keluaran pada penguat tegangannya akan berubah-ubah, ini dikarenakan input dari penguat yaitu koil datar menghasilkan tegangan yang berubah-ubah. Selanjutnya, sinyal yang telah dikuatkan oleh rangkaian op-amp TL081 ini masuk kedalam rangkaian time delay, rangkaian ini akan memberikan penundaan waktu yang kita inginkan dengan mengatur R dan C pada rangkaian. Waktu tunda ini diperlukan karena tegangan yang dihasilkan oleh sensor sering berubah-ubah. Output dari penguat instrumentasi ini berupa sinyal analog yang telah diperkuat. Kemudian sinyal analog ini diteruskan ke sistem minimum mikrokontroller ATMega8535 selanjutnya disimulasikan ke LED.

Sensor

Objek Penguat

Mikrokontroller ATMega 8535 indikator LED

a) Membuat Koil Datar

Dalam pembuatan koil datar ini kita hanya menggunakan tembaga. Tembaga ini dililit secara melingkar pada akrilik yang telah dipotong persegi seperti obat nyamuk yang mempunyai dua buah ujung yang akan disambungkan pada penguat instrumentasi seperti pada Gambar 3.2 berikut.

Gambar 3.2. Koil datar

b) Perancangan Buffer/ penyangga

Gambar 3.3. Rangkaian buffer/ penyangga

Pada perancangan penyangga IC yang digunakan yaitu TL081, dengan kaki inverting dihubungkan langsung dengan kaki output dan kaki non inverting sebagai masukan/ input.

c). Perancangan rangkaian penguat

Rangkaian penguat dapat dilihat seperti pada Gambar 3.4 karena pada penelitian ini menggunakan tiga kali penguatan maka akan dirancang penguat 1, penguat 2 dan penguat 3.

28

Gambar 3.4. Rangkain penguat dan butterworth

Rangkaian penguat pada Gambar 3.4 yaitu penguat non-inverting, terdiri dari sebuah IC TL081 dan dua buah resistor yang dibuat terhadap ground. Pin 2 sebagai masukan non-inverting,pin 4 dihubungkan dengan suplay tegangan -12 V DC sedangkan pada pin 7 diberi tegangan +12 V dc dan pin 6 sebagai keluaran dari op-amp. Pada penguat ini juga diberi kapasitor yang disusun parallel dengan resistor Rf yang disebut juga butterworth.

d) Rangkaian catu daya

Pada rangkaian ini menggunakan sebuah catu daya yang digunakan sebagai sumber tegangan semua rangkaian. Rangkaian catu daya ini menggunakan IC LM7805 dan LM7812 yang berfungsi sebagai regulator atau penstabil tegangan dengan kapasitas arus maksimal 500mA. Keluaran dari catu daya ini sebesar 5V DC dan 12V DC. Keluaran 5V digunakan sebagai sumber tegangan mikrokontroler dan sensor koil datar. Sedangkan keluaran 12V digunakan untuk sumber tegangan penguat instrumentasi yang digunakan. Rangkaian catu daya dapat dilihat pada Gambar 3.5.

Gambar 3.5. Rangkaia

e) Membuat rangkaian m Mikrokontroler ATMeg kontrol pada pembuatan beberapa komponen seba

Gambar 3.6. Ra

2. Perancangan perang Perancangan perangkat l menampilkannya pada L

aian catu daya dengan tegangan keluaran 5 volt da

mikrokontroler ATMega8535

ega8535 adalah perangkat yang digunakan seba an alat ini. Supaya mikrokontroler dapat berjalan, d ebagai rangkaian minimum seperti pada Gambar 3

Rangkaian minimum mikrokontroler ATmega 853

ngkat lunak (Software)

t lunak pada alat ini berupa pembacaan mikrokon a LED. Supaya mikrokontroller dapat bekerja, m

dan 12 volt

ebagai pusat n, diperlukan r 3.6.

8535

ontroller dan , maka perlu

30

dilakukan pemrograman terlebih dahulu. Dalam penelitian ini software yang digunakan untuk memprogram mikrokontroller adalah bahasa basic.

3. Pengujian Fungsi Alat Pendeteksi

Pengujian diawali dengan menghitung amplitudo sensor koil datar yang terbaca pada osiloskop dengan mengubah-ubah frekuensi pada signal generator. Pengujian ini dilakukan dengan dua cara yaitu dengan menggunakan magnet dan tanpa menggunakan magnet. Hasil pengujian tersebut akan diperlihatkan pada Tabel 3.1..

Tabel 3.1. Tabel hasil penelitian pengambilan data alat.

no frekuensi amplitudo SG time/div volt/div amplitudo 1

2 3 4

IV

A.Hasil Penelitian

Telah direalisasikan alat Perangkat terdiri dari p keras terdiri dari rangka mikrokontroler ATMeg indikatornya. Sedangkan program Bascom AVR.

G

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

lat pendeteksi logam yang terbuat dari induktor i perangkat keras dan perangkat lunak dimana gkaian catu daya, penguat instrumentasi, sistem ega8535, rangkaian sensor dan rangkaian LED kan perangkat lunak menggunakan bahasa Bas

. Gambar alat keseluruhan dapat dilihat pada Gam

Gambar 4.1 Gambar Alat Penelitian

or koil datar. na perangkat m minimum ED sebagai asic dengan ambar 4.1.

32

Pada alat tersebut terdapat komponen-komponen perangkat keras (hardware) yang telah digabungkan seperti rangkaian catu daya, penguat instrumentasi, rangkaian buffer, sistem minimum mikrokontroler ATMega8535, rangkaian sensor dan rangkaian LED. Gambar rangkaian keseluruhan dapat dilihat pada gambar 4.2.

Sensor yang digunakan pada alat berupa induktor koil datar sebagai pendeteksi yang dihasilkan oleh objek yang akan dideteksi. Salah satu kaki sensor tersebut dihubungkan dengan sumber tegangan yang tetap dan kaki yang lainnya dihubungkan ke rangkaian penguat karena sinyal yang dihasilkan oleh sensor terlalu kecil maka perlu ditambahkan penguat. Penguat yang digunakan dalam alat ini adalah penguat instrumentasi yang terdiri dari rangkaian buffer dan butterworth. Selanjutnya penguat dihubungkan ke sistem minimum mikrokontroler untuk diolah.

Supaya mikrokontroler dapat menerima dan menampilkan sinyal keluaran dari sensor, diperlukan pemrograman untuk mengolah data sensor tersebut. Bahasa pemrograman yang digunakan untuk mengolah data tersebut yaitu bahasa Basic dengan program Bascom AVR. Untuk mendownload program tersebut ke mikrokontroler digunakan downloader K-125.

Gamb

B.Karakteristik Induk

Penelitian ini mengguna induktor pada logam. K diameter yang berbeda-b yang digunakan mempu yang ada pada tiap-tiap k

mbar 4.2. Rangkaian keseluruhan dari alat

uktor Koil Datar

nakan koil datar sebagai sensor yang berfungsi m . Koil yang digunakan dalam penelitian ini m beda yaitu 3 cm, 4 cm dan 5 cm sedangkan kawa punyai diameter 5 mm. Untuk menghitung jum p koil tersebut menggunakan persamaan 4.1.

i mendeteksi mempunyai wat tembaga umlah lilitan

Dimana :

n = jumlah lilitan Lkoil = luas permukaan Ltembaga = luas permukaan

Sedangkan persamaan un menggunakan persamaa tersebut dapat dihitung koil dengan diameter 3 diameter 4 cm didapat lil cm didapat lilitan sebany seperti ditunjukkan pada

a. Koil 1 (d=3cm) Gam

Pengujian ini dilakukan ground signal generator d dengan resistor, probe o Gambar 4.4.

aan koil (cm2) aan tembaga (cm2)

untuk menghitung luas koil dan luas tembaga ya aan luas lingkaran . Dengan menggunakan

g jumlah lilitan pada ketiga koil yang digunak 3 cm didapat lilitan sebanyak 36 lilitan, untuk ko t lilitan sebanyak 64 lilitan dan untuk koil dengan d anyak 100 lilitan. Koil yang digunakan dalam pen

da Gambar 4.3

b.Koil 2 (d=4cm) c. Koil 3 (d= ambar 4.3. Koil datar yang digunakan

an dengan cara menghubungkan salah satu kak or dan kaki lainnya ke ground osiloskop yang disa

e osiloskop dan input dari singal generator. Se

34

yaitu dengan n persamaan akan. Untuk koil dengan

n diameter 5 penelitian ini

(d=5cm)

kaki koil ke isambungkan Seperti pada

Data karakterisasi dari s 4.3.

Tabel 4.1. Karakteristik

No Frekuensi signal generator Am g 1 1 MHz 2 100 KHz 3 10 Khz 4 1 KHz

Tabel 4.2. Karakteristik

No Frekuensi signal generator Am g 1 1 MHz 2 100 KHz 3 10 Khz

Tabel 4.3. Karakteristik

No Frekuensi signal generator Am g 1 1 MHz 2 100 KHz 3 10 Khz

Gambar 4.4. Sensor koil datar

i sensor koil datar dapat dilihat pada tabel 4.1 sam

tik koil datar dengan diameter 5 cm Amplitudo signal generator volt/div Amplitudo tanpa benda magnet Ampli dengan mag

4.5 0.2 volt 5 4.8

4.5 0.2 volt 4.8 4.6

4.5 0.2 volt 4.7 4.6

4.5 0.2 volt 4.7 4.5

tik koil datar dengan diameter 4 cm Amplitudo signal generator volt/div Amplitudo tanpa benda magnet Ampli dengan mag

4.5 0.2 volt 3.9 3.7

4.5 0.2 volt 3.8 3.6

4.5 0.2 volt 3.8 3.6

tik koil datar dengan diameter 3 cm Amplitudo signal generator volt/div Amplitudo tanpa benda magnet Ampli dengan mag

4.5 1 volt 1.8 1.6

4.5 1 volt 1.7 1.6

4.5 1 volt 1.7 1.6

sampai tabel plitudo an benda agnet 4.8 4.6 4.6 4.5 plitudo an benda agnet 3.7 3.6 3.6 plitudo an benda agnet 1.6 1.6 1.6

36

Pada koil 3 (diameter 5 cm) menggunakan jenis sinyal kotak pada signal generator, time/ div 1 µs dan volt/div 0.2 volt. Amplitudo tertinggi pada saat frekuensi signal generator 1 MHz yaitu 5 div pada saat koil tidak diberi magnet dan 4.8 div pada saat koil diberi magnet. Pada koil 3 ini mengalami perubahan amplitudo yang sama pada setiap perubahan frekuensi signal generator yaitu 0,2 div. Pada koil 2 (diameter 4 cm) juga menggunakan jenis sinyal kotak pada signal generator, time/div 0.2 µs dan volt/div 0.2 volt. Amplitudo tertinggi 3.9 div pada saat tidak menggunakan magnet dan 3.7 div pada saat diberi magnet. Pada koil 2 ini juga mengalami perubahan amplitudo yang sama besar dengan koil 3 yaitu 0,2 div. Pada koil 1 (diameter 3 cm) menggunakan jenis sinyal kotak juga, time/div 0.1 µs dan volt/div 1 volt dengan amplitudo sebesar 1,8 div pada saat tidak diberi magnet dan 1,6 div pada saat diberi magnet. Apabila frekuensi diturunkan amplitudo gelombang yang dihasilkan juga menurun. Ini menandakan adanya perubahan amplitudo yang terjadi pada koil. Amplitudo gelombang yang dihasilkan oleh koil datar lebih kecil pada saat koil tersebut diberi magnet.

C.Pembahasan

Pada penelitian ini menggunakan kumparan induktor koil datar. Koil datar adalah lilitan kawat yang sangat tipis dan bertindak sebagai induktor. Koil datar ini bersama dengan kapasitor membangun sebuah osilator yang menghasilkan frekuensi bergantung pada nilai induktansi dan kapasitansi. Induktansi koil datar bergantung pada jarak benda logam di depan koil datar. Induktor sendiri yaitu merupakan komponen elektronik dasar yang digunakan dalam rangkaian yang arus dan tegangannya berubah-ubah dikarenakan kemampuan induktor untuk

memproses arus bolak-balik. Biasanya sebuah induktor adalah sebuah kawat penghantar yang dibentuk menjadi kumparan, lilitan membantu membuat medan magnet yang kuat di dalam kumparan.

Nilai induktansi yang dihasilkan suatu induktor dipengaruhi oleh beberapa faktor. Faktor-faktor yang mempengaruhi induktansi ini mempengaruhi seberapa besarnya fluks magnet yang akan dihasilkan apabila ada sejumlah arus yang dialirkan melewati kawat kumparan. Dan faktor-faktor yang mempengaruhi induktansi tersebut antara lain :

1. Jumlah lilitan pada kumparan : yaitu semakin banyak jumlah lilitan pada kumparan akan menghasilkan gaya medan magnet yang semakin banyak pada arus tertentu sedangkan faktor-faktor yang lain nilainya tetap.

2. Luas kumparan : yaitu semakin luas penampang kumparan maka akan menghasilkan induktansi yang semakin besar, dan apabila semakin kecil luas penampangnya maka akan semakin kecil induktansinya sedangkan faktor-faktor yang lainnya dibuat tetap.

3. Panjang kumparan : yaitu semakin panjang ukuran dari sebuah kumparan maka akan semakin kecil induktansinya dan apabila semakin pendek ukuran kumparan maka akan semakin besar nilai induktansinya sedangkan faktor-faktor yang lainnya dibuat tetap.

4. Bahan inti : yaitu semakin besar permeabilitas dari bahan inti yang digunakan maka semakin besar induktansinya dan semakin kecil permeabilitas bahan intinya mka semakin kecilinduktansinya sedangkan faktor-faktor yang lainnya dibuat tetap.

38

Untuk menghitung besarnya induktansi pada suatu kumparan digunakan persamaan :

(4.2)

!" #!$

(4.3)

Dimana :

L : induktansi dari kumparan ( H) N : jumlah lilitan

Di : diameter dalam (mm) s : jarak antara lilitan (mm) w : diameter kawat (mm)

Dengan menggunakan persamaan 4.2 dapat dihitung nilai induktansi yang terdapat pada ketiga koil yang digunakan dalam penelitian ini. Nilai induktansi tersebut dapat dilihat pada Tabel 4.4.

Tabel 4.4 Nilai induktansi pada koil koil parameter nilai koil 1 Di 3 mm

N 36

w 0.5 mm

s 0

L 19.948 H koil 2 Di 3 mm

N 64

w 0.5 mm

s 0

L 100.377 H koil 3 Di 8 mm

N 100

w 0.5 mm

s 0

Selain menggunakan menggunakan persamaan 4.2 dan 4.3 nilai induktansi dari koil datar dapat dihitung dengan menggunakan jembatan hay. Jembatan hay digunakan untuk mengukur sebuah induktansi yang tidak diketahui, yang dinyatakan dalam kapasitansi yang diketahui. Pada jembatan hay ini tahanan R1 dirangkaikan secara seri dengan kapasitor C1.

% %&'₎(_* % % (4.4)

Dari persamaan 4.4 didapat nilai induktansi sebesar 57,9954 H untuk koil dengan diameter 5 cm, 57,6363 H untuk koil dengan diameter 4 cm dan 20,096 H untuk koil dengan diameter 3 cm.

Selain itu dilakukan pengukuran nilai induktansi pada koil dengan menggunakan logam. Nilai induktansi pada koil dengan menggunakan logam dapat dilihat pada tabel 4.5.

Tabel 4.5. Nilai induktansi pada koil dengan menggunakan logam bahan koil 5 cm koil 4 cm koil 3 cm

magnet 51,5 H 40,351 H 14,1968 H stainless 51,1 H 40,3948 H 14,2969 H CuZn 51,3 H 40,9955 H 14,2966 H Al2O3 51,4 H 40,6923 H 14,2957 H Fe 51,3 H 39,0968 H 14,1969 H

Setelah didapat nilai induktansi dari koil datar selanjutnya membuat grafik simulasi dari osilator dengan menggunakan persamaan

+, - . ₀/' %- . ₀/' +) (4.5) Dari persamaan (4.5) didapat persamaan (4.6)

40

12323 4 586₎ 879: ;22 < ' =6₎> +, (4.6) +?@0 +,8 2 8 A-%2 (4.7) - 87 8-% B2_{2 C ' 7} (4.8) Dari persamaan (4.6) dan (4.7) didapat hasil matriks untuk A, B, C dan D. Untuk matriks ;6A7DA8 ₎AA89A< , E ;6DA ₎<, - F87DAA8-%G dan H F7G. Dari matriks tersebut selanjutnya dilakukan pendeklarasian nilai dari setiap komponen yang digunakan yaitu resistor, kapasitor dan induktor.

Untuk koil dengan diameter 3 cm dengan nilai resistansi 1.2 K , kapasitansi 10nF, dan induktansi 20,096 H didapat grafik 4.1.

R=1200 L=20,096 Cx=10E-6

A=[0 1; -1/(L*Cx) -R/L] B=[0; 1/(L*Cx)]

C=[-1 –(Cx*R)] D=[1]

Grafik 4.1. Grafik simulasi osilator koil datar diameter 3 cm

Untuk koil dengan diameter 4 cm dengan nilai resistansi 1.2 K , kapasitansi 10nF, dan induktansi 57,6363 H didapat grafik 4.2.

R=1200 L=57,6363 Cx=10E-6

A=[0 1; -1/(L*Cx) -R/L] B=[0; 1/(L*Cx)]

C=[-1 –(Cx*R)] D=[1]

STEP (A, B,C, D)

Time (sec.) A m p lit u d e Step Response

0 0.05 0.1 0.15 0.2

-0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 From: U(1) T o : Y (1 )

42

Grafik 4.2. Grafik simulasi osilator koil datar diameter 4 cm

Untuk koil dengan diameter 5 cm dengan nilai resistansi 1.2 K , kapasitansi 10nF, dan induktansi 57,9954 H didapat grafik 4.3

R=1200 L=57,9954 Cx=10E-6

A=[0 1; -1/(L*Cx) -R/L] B=[0; 1/(L*Cx)]

C=[-1 –(Cx*R)] D=[1]

STEP (A, B,C, D)

Time (sec.) A m p lit u d e Step Response

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6

-0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 From: U(1) T o : Y (1 )

Grafik 4.3. Grafik simulasi osilator koil datar diameter 5 cm

Pada grafik 4.1, 4.2 dan 4.3 ini simulasi dibuat dengan menggunakan program Matlab. R menunjukkan nilai resistansi yang digunakan, L menunjukkan besarnya nilai induktansi dan Cx menunjukkan besarnya nilai kapasitansi yang digunakan. A dan B merupakan hasil dari persamaan 4.6 sedangkan C dan D merupakan hasil dari persamaan 4.8. Dari grafik simulasi tersebut dapat dilihat pada grafik 4.1 amplitudo berhenti berosilasi pada waktu 0.2 sekon. Sedangkan pada grafik 4.2 dan 4.3 amplitudo berhenti berosilasi pada waktu 0.6 sekon. Osilasi amplitudo tersebut berpengaruh pada besarnya nilai induktansi. Semakin besar nilai induktansinya maka semakin lama amplitudo tersebut berhenti berosilasi dan semakin kecil nilai induktansinya maka semakin cepat amplitudo tersebut berhenti berosilasi. Time (sec.) A m p lit u d e Step Response

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6

-0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 From: U(1) T o : Y (1 )

44

Selain simulasi induktansi seperti pada grafik 4.1, 4.2 dan 4.3 juga dilakukan simulasi terhadap induktansi dengan menggunakan logam. Grafik simulasi dengan menggunakan logam dapat dilihat pada grafik 4.4 dan 4.5. Simulasi dilakukan pada logam yang sama yaitu magnet dengan nilai induktansi tertinggi dan terendah tapi dengan diameter koil yang berbeda. Pada grafik 4.4 koil benrhenti berosilasi pada waktu 0.5 sekon dan pada grafik 4.5 koil berhenti berosilasi pada waktu 0.15 sekon.

Grafik 4.4. Grafik simulasi osilator koil datar diameter 5 cm dengan menggunakan magnet

Time (sec.)

A

m

p

lit

u

d

e

Step Response

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5

-0.5 0 0.5 1

From: U(1)

T

o

:

Y

(1

Grafik 4.4. Grafik simulasi osilator koil datar diameter 3 cm dengan menggunakan magnet

Pada penelitian ini pengukuran terhadap koil datar tidak jauh berbeda dengan pengujian karakteristiknya. Hanya saja pada pengukurannya ditambahkan kapasitor pada rangkaian koil dan resistor tersebut. Kapasitor yang digunakan ada 2 jenis yaitu kapasitor elektrolit dan kapasitor keramik. Penggunaan kapasitor ini berpengaruh terhadap banyaknya gelombang yang dihasilkan pada osiloskop. Pada saat penggunaan kapasitor elektrolit gelombang yang dihasilkan tidak sebanyak gelombang yang dihasilkan pada saat pengukuran menggunakan kapasitor keramik. Pada penelitian ini tiap-tiap koil datar dilakukan dua kali pengukuran dengan memvariasikan kapasitornya. Sedangkan resitornya hanya menggunakan satu jenis saja. Hasil pengukuran tersebut dapat dilihat pada Lampiran 4. Time (sec.) A m p li tu d e Step Response

0 0.05 0.1 0.15

-0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 From: U(1) T o : Y (1 )

46

Pengukuran frekuensi dilakukan setelah didapatkan data pada tabel tersebut. Pada frekuensi 1MHz pada signal generator didapat frekuensi sebesar 1,32x103 Hz dan tegangan inputan (Vcc) sebesar 13,5 Volt. Pada frekuensi 100 KHz pada signal generator didapat frekuensi sebesar 1,39x102 Hz dan tegangan inputan (Vcc) sebesar 14 Volt. Dan pada frekuensi 10 KHz pada signal generator didapat frekuensi sebesar 13,16 Hz dan tegangan inputan (Vcc)sebesar 21,5 Volt.

Pada tabel kolom t menyatakan panjangnya range gelombang yang terjadi pada saat pengukuran, A(h1) menyatakan besarnya amplitudo sebelum diberi benda,logam B1(h2) menyatakan besarnya amplitudo setelah diberi benda logam pada pengulangan pertama dan B2(h2) menyatakan besarnya amplitudo setelah diberi benda logam pada pengulangan kedua. Fsg (Hz) menunjukkan nilai frekuensi yang digunakan pada signal generator, volt/div menyatakan besarnya tegangan yang tergambar pada layar perkotak dalam arah vertikal. Time/div menyatakan besarnya tegangan yang tergambar pada layar perkotak dalam arah vertikal. Dan λ menyatakan panjang persatuan gelombang.

Pada penelitian ini bahan yang digunakan sebagai sampel adalah magnet, stainless, kuningan (CuZn), alumunium (Al2O3) dan obeng (Fe). Pertama dilakukan pengujian terhadap kapasitor elektrolit. Pada magnet perubahan amplitudo yang terjadi sebesar 0,1-0,5 div. Pada bahan stainless perubahan amplitudo sebesar 0-0,4 div. Pada bahan kuningan (CuZn) 0,6-0,8 div. Pada bahan alumunium (Al2O3) perubahan amplitudo sebesar 0,4-0,8 div. Dan pada obeng (Fe) terjadi perubahan amplitudo sebesar 0-0,4 div. Pada koil 1 ini perubahan amplitudo terbesar terdapat pada kuningan (CuZn) dan alumunium (Al2O3).

Selanjutnya pada koil 1 dilakukan pendeteksian terhadap bahan dengan mengganti kapasitornya dengan kapasitor keramik. Pada kapasitor keramik ini lebih banyak gelombang yang dihasilkan daripada pendeteksian dengan menggunakan kapasitor elektrolit. Pada magnet perubahan amplitudo yang terjadi sebesar 0,7-0,8 div. Pada bahan stainless perubahan amplitudo sebesar 1,2-1,3 div. Pada bahan kuningan (CuZn) 0,8-1 div. Pada bahan alumunium (Al2O3) perubahan amplitudo sebesar 0,8-0,9 div. Dan pada obeng (Fe) terjadi perubahan amplitudo sebesar 0,5-0,8 div. Pada koil 1 dengan menggunakan kapasitor keramik ini perubahan amplitudo terbesar terdapat pada stainless.

Pada koil 2 perubahan amplitudo yang terjadi tidak jauh berbeda dengan koil 1. Begitupun pada koil 3 tidak terlalu banyak perubahan amplitudo. Perubahan frekuensi pada signal generator pun juga tidak terlalu berpengaruh pada jumlah gelombang yang dihasilkan maupun perubahan amplitudo pada tiap-tiap koil.

Grafik penurunan amplitudo pada tiap-tiap bahan dapat dilihat pada Grafik 4.6 dan 4.7 berikut ini. Pada Grafik 4.6 menunjukkan hubungan amplitudo terhadap waktu pada koil 1 dengan kapasitor keramik pada frekuensi 1MHz. Amplitudo terkecil pada Grafik 4.6 terjadi pada bahan stainless sedangkan pada magnet dan obeng (Fe) nilai amplitudonya tidak terjadi perbedaan yang jauh. Pada Grafik 4.7 menunjukkan hubungan amplitudo terhadap waktu pada koil 1 dengan menggunakan kapasitor elektrolit pada frekuensi yang sama yaitu 1MHz. Pada koil ini hanya dihasilkan 2 buah gelombang sehingga data yang didapat hanya berupa garis lurus.

48

Grafik 4.6 Hubungan amplitudo terhadap waktu pada koil 3 cm dengan kapasitor keramik pada frekuensi 1MHz

Grafik 4.7 Hubungan amplitudo terhadap waktu pada koil 3 cm dengan kapasitor elektrolit pada frekuensi 1MHz

Pada grafik 4.6 nilai exponensial magnet terletak pada garis y=7.532e-058x dan R2=0.999. Pada stainless nilai exponensialnya terletak pada y=6.300e-0.54x dan R2=0.978. Pada kuningan (CuZn) terletak pada garis y=6.351e-0.48x dan R2=0.995. Pada alumunium (Al2O3) nilai exponensialnya terletak pada garis y=5.858e-0.42x dan R2=0.968 sedangkan pada besi (Fe) terletak pada y=7.553e-0.59x dan R2=0.998.

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5

0 1 2 3 4 5 6

a m p li tu d o ( d iv ) waktu (s) magnet stainless CuZn Al2O3 Fe 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5

0 1 2 3

a m p li tu d o ( d iv ) waktu (s) magnet stainless CuZn Al2O3 Fe

Pada grafik 4.7 nilai exponensial magnet terletak pada garis y=144.4e-3.63x dan R2=1. Pada stainless nilai exponensialnya terletak pada garis y=84.05e-3.02x dan R2=1. Pada kuningan (CuZn) terletak pada garis y=115.6e-3.52x dan R2=1. Pada alumunium (Al2O3) nilai exponensialnya terletak pada garis y=1296e-3.58x dan R2=1. Dan pada besi (Fe) terletak pada garis y=80e-2.99x dan R2=1.

Pada grafik 4.8, 4.9 dan 4.10 merupakan grafik hubungan amplitudo terhadap jarak pada tiap-tiap koil datar yang digunakan pada penelitian ini. Pada setiap benda logam yang dilakukan pengujian menghasilkan 5 buah gelombang. Pada grafik 4.8 gelombang yang digunakan adalah gelombang pertama, pada grafik 4.9 gelombang yang digunakan adalah gelombang ketiga dan pada grafik 4.10 gelombang yang digunakan adalah gelombang kedua.

Grafik 4.8 Hubungan amplitudo terhadap jarak pada koil 5 cm

Pada grafik 4.8 perubahan amplitudo yang terjadi pada stainless terlihat sampai pada jarak 6 mm, pada jarak 8 mm amplitudo kembali seperti sebelum diberi stainless. Pada besi (Fe) perubahan amplitudo terlihat pada jarak 6 mm, pada jarak

4.8 4.9 5 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

a m p li tu d o ( d iv ) jarak (mm) stainless besi (Fe) alumunium (Al2O3) kuningan (CuZn) magnet

50

8 mm amplitudo kembali seperti sebelum diberi besi (Fe). Pada magnet perubahan amplitudo hanya terlihat sampai pada jarak 2 mm. Pada alumunium (Al2O3) perubahan amplitudo hanya terlihat sampai pada jarak 2 mm. Dan pada kuningan (CuZn) perubahan amplitudo terlihat sampai pada jarak 4 mm dan pada jarak 6 mm amplitudo kembali seperti sebelum diberi kuningan (CuZn).

Grafik 4.9 Hubungan amplitudo terhadap jarak pada koil 4 cm

Pada grafik 4.9 perubahan amplitudo yang terjadi pada stainless terlihat sampai pada jarak 14 mm, pada jarak 16 mm amplitudo kembali seperti sebelum diberi stainless. Pada besi (Fe) perubahan amplitudo terlihat pada jarak 8 mm, pada jarak 10 mm amplitudo kembali seperti sebelum diberi besi (Fe). Pada magnet tidak terjadi perubahan amplitudo. Pada alumunium (Al2O3) perubahan amplitudo hanya terlihat sampai pada jarak 4 mm dan pada jarak 6 mm amplitudo kembali seperti sebelum diberi alumunium (Al2O3). Dan pada kuningan (CuZn) perubahan amplitudo terlihat sampai pada jarak 6 mm dan pada jarak 8 mm amplitudo kembali seperti sebelum diberi kuningan (CuZn).

1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2 2.1

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18

a m p li tu d o ( d iv ) jarak (mm) stainless besi (Fe) magnet alumunium (Al2O3) kuningan (CuZn)

Grafik 4.10 Hubungan amplitudo terhadap jarak pada koil 3 cm

Pada grafik 4.10 perubahan amplitudo yang terjadi pada stainless terlihat sampai pada jarak 14 mm, pada jarak 16 mm amplitudo kembali seperti sebelum diberi stainless. Pada besi (Fe) perubahan amplitudo terlihat pada jarak 8 mm, pada jarak 10 mm amplitudo kembali seperti sebelum diberi besi (Fe). Pada magnet perubahan amplitudo terlihat sampai pada jarak 4mm dan pada jarak 6 mm amplitudo kembali seperti sebelum diberi magnet. Pada alumunium (Al2O3) perubahan amplitudo hanya terlihat sampai pada jarak 4 mm dan pada jarak 6 mm amplitudo kembali seperti sebelum diberi alumunium (Al2O3). Dan pada kuningan (CuZn) perubahan amplitudo terlihat sampai pada jarak 6 mm dan pada jarak 8 mm amplitudo kembali seperti sebelum diberi kuningan (CuZn).

D. Analisis perangkat lunak (software)

Perangkat lunak (software) merupakan bagian penting dalam sebuah alat instrumentasi. Perangkat lunak (software) ini digunakan untuk mengolah data. Perangkat lunak (software) yang digunakan dalam penelitian ini adalah bahasa

2 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7

0 2 4 6 8 10 12 14 16

a m p li tu d o ( d iv ) jarak (mm) stainless besi (Fe) magnet alumunium (Al2O3) kuningan (CuZn)

52

pemrograman Basic Compiler (BASCOM). BASCOM merupakan bahasa pemrograman tingkat tinggi BASIC yang dikembangkan oleh MCS Elektronik. BASCOM memiliki kelebihan yaitu lebih mudah dalam pendeklarasian. Penggunaan bahasa pemrograman ini juga mempunyai kemudahan dalam memprograman dan adanya fasilitas simulator pada compiler BASCOM AVR. Bahasa pemrograman BASIC mempunyai beberapa macam tipe data yaitu seperti yang tertera pada Tabel 4.5.

Tabel 4.6 Tipe data dan ukurannya

Tipe Data Ukuran (Byte) Jangkauan Data

Bit 8-Jan 0 atau 1

Byte 1 0 s/d 255

Integer 2 -32768 s/d 3.767

Word 2 0 s/d 65535

Long 4 -2147483648 s/d 2147483647 Single 4 1.5x10-45 s/d 3.4x1038 Double 8 5x10-324 s/d 1.7x10308

String s/d 254

Tipe data berkaitan dengan peubah atau variabel konstanta yang menunjukkan daya tampung / jangkauan dari variabel / konstanta tersebut. Sedangkan variabel atau peubah digunakan untuk menyimpan data sementara, misalnya menampung hasil perhitungan, menampung data hasil pembacaan register, dan lain sebagainya. Variabel diberikan nama dan dideklarasikan terlebih dahulu sebelum digunakan. Aturan pemberian nama variabel sebagai berikut :

♦ Nama variabel harus dimulai dengan huruf (bukan angka) ♦ Nama variabel maksimum 32 karakter

♦ Variabel tidak boleh menggunakan kata-kata yang digunakan oleh BASCOM sebagai perintah pernyataan, internal register dan nama operator (ND, OR, DIM da lain-lain)

Sebelum digunakan, maka variabel harus dideklarasikan terlebih dahulu. Dalam BASCOM, ada beberapa cara untuk mendeklarasikan sebuah variabel. Cara pertama adalah menggunakan pernyataan ‘DIM’ diikuti dengan nama dan tipe datanya

Program pada alat ini terdapat beberapa jenis pendeklarasian variabel dan fungsinya. Pada alat ini digunakan mikrokontroler jenis ATMega8535 dan osilator kristal yang bernilai 11,0592 Hz. Pendefinisian tersebut dapat dituliskan seperti berikut :

$regfile "m8535.dat" $crystal = 11059200 Config Porta = Input Config Portc = Output

Pendefinisian port pada mikrokontroler tersebut menunjukkan bahwa portA berfungsi sebagai port masukan dan portC sebagai port keluaran. Di dalam portA ini terdapat ADC yang dapat merubah sinyal analog menjadi sinyal digital sehingga dapat diproses oleh mikrokontroler.

Config Adc = Single , Prescaler = Auto , Reference = Avcc Start Adc

54

Inisialisasi program ADC tersebut merupakan tipe data yang digunakan dalam program yaitu tipe data single dan tegangan Avcc yang akan digunakan sebagai tegangan referensi pada program. Dimensi yang digunakan dalam program ini berupa tipe data long.

Dim Tegangan As Long Dim Tegangan1 As Long Dim Tegangan2 As Long Do

Tegangan = Getadc(0) Tegangan1 = Tegangan * 0.5 Tegangan2 = Tegangan1 / 1023 If Tegangan2 > 1 Then

Portc.0 = 1 Portc.1 = 0

Elseif Tegangan2 < 1 Then Portc.0 = 0

Portc.1 = 1 End If Loop End

Pendeklarasian tegangan1 berarti nilai tegangan dikalikan dengan 1 dan pada tegangan2 berarti nilai dari tegangan1 dibagi dengan ADC 1023. Pada program ini menggunakan fungsi if...then. Dengan fungsi tersebut kita dapat mengetes kondisi tertentu, kemudian menentukan tindakan yang sesuai dengan kondisi yang diinginkan. Fungsi if....then dalam program ini berarti jika besarnya tegangan yang dihasilkan oleh bahan lebih dari 1 volt maka pin C.0 akan menyala dan pin C.1 akan mati jika besarnya tegangan kurang dari 1 volt maka pin C.1 yang akan menyala dan pin C.0 akan mati. Setelah dilakukan pengulangan beberapa penguatan digital didapatkan hasil yang berubah-ubah. Itu dikarenakan arus yang

dihasilkan oleh sensor masih sangat rendah unuk mencatu sinyal digital. Sensor yang digunakan ini baru bisa dideteksi secara analog dengan menggunakan osiloskop.

V. KESIMPULAN DAN SARAN

A.Kesimpulan

Berdasarkan hasil penelitian dan pembahasan, maka dapat disimpulkan bahwa: 1. Induksi solenoida yang digunakan dalam penelitian ini dihasilkan dari koil

datar dengan diameter 3cm, 4 cm dan 5 cm yang dibuat menggunakan kawat tembaga yang berdiameter 5mm yang dililitkan secara melingkar pada papan akrilik.

2. Dari grafik yang didapat, pengujian dengan menggunakan kapasitor keramik pendeteksian paling peka pada bahan stainless. Sedangkan pengujian dengan kapasitor elektrolit pendeteksian paling peka terhadap bahan alumunium.

3. Semakin besar nilai induktansi maka akan semakin lama amplitudo berosilasi dan semakin kecil nilai induktansi maka akan semakin cepat amplitudo berosilasi.

4. Pada penelitian ini alat dapat mendeteksi benda logam seperti besi, stainless, kuningan dan alumunium.

5. Sensor koil datar ini baru dapat melakukan pendeteksian dalam jarak tidak lebih dari 14 mm. Sensor koil datar yang digunakan dalam penelitian ini baru dapat dideteksi secara analog.

B.Saran

Untuk pengembangan dan penyempurnaan penelitian selanjutnya, maka disarankan hal-hal berikut ini:

1. Sebaiknya dalam penelitian selanjutnya dibuat alat yang lebih sederhana agar dapat digunakan di lapangan.

2. Pembuatan koil lebih diperbaiki dan dibuat dengan lebih banyak lilitan lagi agar induktansi yang dihasilkan semakin besar.

DAFTAR PUSTAKA

Adianto, Sidiq Cahyo. 2010. Pembuatan Alat pengukur Tinggi Badan Digital Berbasis Mikrokontroler ATmega8535. Yogyakarta: Amikom

Budiharto, W dan Gamayel Rizal. 2007. Belajar Sendiri 12 Mikrokontroler untuk Pemula. PT. Elex Media Komputindo Kelompok Gramedia. Jakarta.

Bishop, O. 1995. Understand Electronics. Newnes. London

Djamal, M., Ramli, Satira, S., dan Suprijadi. 2011. Development of a Low Cost Vibration Sensor based on Flat Coil Element. International Journal Of Mathematical Models And Methods In Applied Sciences. Issue 3, Volume 5, 2011

Hughes, F, W. 1990. Panduan Op-Amp. PT Elex Media Komputindo. Gramedia. Jakarta

Ishaq, Mohamad. 2007. Fisika Dasar Elektisitas dan Magnetisme. Edisi Pertama. Graha Ilmu. Yogyakarta

Jati, Bambang Murdaka Eka dan Priyambodo, Tri Kuntoro. 2010. Fisika Dasar Listrik-Magnet-Optika-Fisika Modern. Yogyakarta. Andi

Lister, E.C. 1988. Mesin dan Rangkaian Listrik. Erlangga. Jakarta

Malvino. 1987. Prinsip-Prinsip Elektronika, Edisi Ketiga Jilid 2. Erlangga. Jakarta

Purwanto. 2009. Pengendali Motor Servo Dc Standard Dengan Berbasis Mikrokontroler AVR ATmega8535. Universitas Gunadarma. Depok

Saputra, I Wayan Subagia Adi. 2010. Home Security System With Using AVR ATmega 8535 Microcontroller Detector. Gunadarma University. Depok Soedojo, Peter. 2000. Fisika Dasar. Penerbit Andi. Yogyakarta

Soeharto. 1995. Teori Bahan dan Pengaturan Tehnik. PT. Rineka Cipta. Jakarta Sutrisno. 1987. Elektronika Teori dan Penerapannya Jilid 2. ITB. Bandung

PubSci AEIF Vol.3, No.1, P.64-68. Desember 2003

Warsito, dan Yuliansyah, D. 2004. Desain Dan Realisasi Prototip Sistem Conveyor Yang Dikendalikan Oleh Sebuah PC Berbasis PPI8255. Jurnal Informatika Volume 2 Nomor 1 Juni 2004 Diterbitkan Oleh Stmik Darmajaya. Bandar Lampung

Wardana, Meri. 2011. Prinsip Kerja Relay.

http://www.meriwardana.com/2011/11/prinsip-kerja-relay.html. Diakses pada tgl 14 Desember 2012 pkl 13.46 WIB

Winoto, A. 2008. Mikrokontroller AVR ATmega 8/32/16/8535 dan Pemrogramannya Dengan Bahasa C Pada WinAVR. Informatika. Bandung Young and Freedman. 1999. With Modern Physics Tenth Edition. University

Inisialisasi program ADC tersebut merupakan tipe data yang digunakan dalam program yaitu tipe data single dan tegangan Avcc yang akan digunakan sebagai tegangan referensi pada program. Dimensi yang digunakan dalam program ini berupa tipe data long.

Dim Tegangan As Long Dim Tegangan1 As Long Dim Tegangan2 As Long Do

Tegangan = Getadc(0) Tegangan1 = Tegangan * 0.5 Tegangan2 = Tegangan1 / 1023 If Tegangan2 > 1 Then

Portc.0 = 1 Portc.1 = 0

Elseif Tegangan2 < 1 Then Portc.0 = 0

Portc.1 = 1 End If Loop End

Pendeklarasian tegangan1 berarti nilai tegangan dikalikan dengan 1 dan pada tegangan2 berarti nilai dari tegangan1 dibagi dengan ADC 1023. Pada program ini menggunakan fungsi if...then. Dengan fungsi tersebut kita dapat mengetes kondisi tertentu, kemudian menentukan tindakan yang sesuai dengan kondisi yang diinginkan. Fungsi if....then dalam program ini berarti jika besarnya tegangan yang dihasilkan oleh bahan lebih dari 1 volt maka pin C.0 akan menyala dan pin C.1 akan mati jika besarnya tegangan kurang dari 1 volt maka pin C.1 yang akan menyala dan pin C.0 akan mati. Setelah dilakukan pengulangan beberapa penguatan digital didapatkan hasil yang berubah-ubah. Itu dikarenakan arus yang

55

dihasilkan oleh sensor masih sangat rendah unuk mencatu sinyal digital. Sensor yang digunakan ini baru bisa dideteksi secara analog dengan menggunakan osiloskop.

V. KESIMPULAN DAN SARAN

A. Kesimpulan

Berdasarkan hasil penelitian dan pembahasan, maka dapat disimpulkan bahwa: 1. Induksi solenoida yang digunakan dalam penelitian ini dihasilkan dari koil

datar dengan diameter 3cm, 4 cm dan 5 cm yang dibuat menggunakan kawat tembaga yang berdiameter 5mm yang dililitkan secara melingkar pada papan akrilik.

2. Dari grafik yang didapat, pengujian dengan menggunakan kapasitor keramik pendeteksian paling peka pada bahan stainless. Sedangkan pengujian dengan kapasitor elektrolit pendeteksian paling peka terhadap bahan alumunium.

3. Semakin besar nilai induktansi maka akan semakin lama amplitudo berosilasi dan semakin kecil nilai induktansi maka akan semakin cepat amplitudo berosilasi.

4. Pada penelitian ini alat dapat mendeteksi benda logam seperti besi, stainless, kuningan dan alumunium.

5. Sensor koil datar ini baru dapat melakukan pendeteksian dalam jarak tidak lebih dari 14 mm. Sensor koil datar yang digunakan dalam penelitian ini baru dapat dideteksi secara analog.

57

B. Saran

Untuk pengembangan dan penyempurnaan penelitian selanjutnya, maka disarankan hal-hal berikut ini:

1. Sebaiknya dalam penelitian selanjutnya dibuat alat yang lebih sederhana agar dapat digunakan di lapangan.

2. Pembuatan koil lebih diperbaiki dan dibuat dengan lebih banyak lilitan lagi agar induktansi yang dihasilkan semakin besar.

DAFTAR PUSTAKA

Adianto, Sidiq Cahyo. 2010. Pembuatan Alat pengukur Tinggi Badan Digital

Berbasis Mikrokontroler ATmega8535. Yogyakarta: Amikom

Budiharto, W dan Gamayel Rizal. 2007. Belajar Sendiri 12 Mikrokontroler untuk

Pemula. PT. Elex Media Komputindo Kelompok Gramedia. Jakarta.

Bishop, O. 1995. Understand Electronics. Newnes. London

Djamal, M., Ramli, Satira, S., dan Suprijadi. 2011. Development of a Low Cost Vibration Sensor based on Flat Coil Element. International Journal Of

Mathematical Models And Methods In Applied Sciences. Issue 3, Volume 5,

2011

Hughes, F, W. 1990. Panduan Op-Amp. PT Elex Media Komputindo. Gramedia. Jakarta

Ishaq, Mohamad. 2007. Fisika Dasar Elektisitas dan Magnetisme. Edisi Pertama. Graha Ilmu. Yogyakarta

Jati, Bambang Murdaka Eka dan Priyambodo, Tri Kuntoro. 2010. Fisika Dasar

Listrik-Magnet-Optika-Fisika Modern. Yogyakarta. Andi

Lister, E.C. 1988. Mesin dan Rangkaian Listrik. Erlangga. Jakarta

Malvino. 1987. Prinsip-Prinsip Elektronika, Edisi Ketiga Jilid 2. Erlangga. Jakarta

Purwanto. 2009. Pengendali Motor Servo Dc Standard Dengan Berbasis

Mikrokontroler AVR ATmega8535. Universitas Gunadarma. Depok

Saputra, I Wayan Subagia Adi. 2010. Home Security System With Using AVR

ATmega 8535 Microcontroller Detector. Gunadarma University. Depok

Soedojo, Peter. 2000. Fisika Dasar. Penerbit Andi. Yogyakarta

Soeharto. 1995. Teori Bahan dan Pengaturan Tehnik. PT. Rineka Cipta. Jakarta Sutrisno. 1987. Elektronika Teori dan Penerapannya Jilid 2. ITB. Bandung

Tipler, P.A. 1996. Fisika Untuk Sains dan Teknik Jilid 2. Erlangga. Jakarta Warsito. 2003. The Use Of Op-Amp As The First Circuitof Sensor Applications.

PubSci AEIF Vol.3, No.1, P.64-68. Desember 2003

Warsito, dan Yuliansyah, D. 2004. Desain Dan Realisasi Prototip Sistem

Conveyor Yang Dikendalikan Oleh Sebuah PC Berbasis PPI8255. Jurnal

Informatika Volume 2 Nomor 1 Juni 2004 Diterbitkan Oleh Stmik Darmajaya. Bandar Lampung

Wardana, Meri. 2011. Prinsip Kerja Relay.

http://www.meriwardana.com/2011/11/prinsip-kerja-relay.html. Diakses pada tgl 14 Desember 2012 pkl 13.46 WIB

Winoto, A. 2008. Mikrokontroller AVR ATmega 8/32/16/8535 dan

Pemrogramannya Dengan Bahasa C Pada WinAVR. Informatika. Bandung

Young and Freedman. 1999. With Modern Physics Tenth Edition. University Physics. California