Rancang Bangun Alat Ukur Tingkat Kerusakan Oli Mesin Berdasarkan Konstanta Dielektrik Berbasis PC

(1)

BERBASIS PC

SKRIPSI

JANSIUS D SITORUS

110801084

DEPARTEMEN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

2015


(2)

BERBASIS PC

SKRIPSI

Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai

gelar Sarjana Sains

JANSIUS D SITORUS

110801084

DEPARTEMEN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

2015


(3)

iii

Judul : Rancang Bangun Alat Ukur Tingkat Kerusakan Oli Mesin

Berdasarkan Konstanta Dielektrik Berbasis PC Kategori : Skripsi

Nama : Jansius D Sitorus Nomor Induk Mahasiswa : 110801084

Program Studi : Sarjana (S1) Fisika Departemen : Fisika

Fakultas : Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara

Disetujui di

Medan, September 2015

Komisi Pembimbing:

Pembimbing 2, Pembimbing 1,

Dr. Bisman Perangin-angin, M.Eng.Sc Dr. Marhaposan Situmorang NIP. 195609181985031002 NIP. 195510301980031003

Disetujui Oleh

Departemen Fisika FMIPA USU Ketua,

Dr. Marhaposan Situmorang NIP. 195510301980031003


(4)

iv

RANCANG BANGUN ALAT UKUR TINGKAT KERUSAKAN OLI MESIN BERDASARKAN KONSTANTA DIELEKTRIK BERBASIS PC

SKRIPSI

Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil karya sendiri. Kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.

Medan, September 2015

JANSIUS D SITORUS 110801084


(5)

v

Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yesus Kristus atas berkat-Nya penulis dapat menyelesaikan skripsi dengan judul “RANCANG BANGUN ALAT

UKUR TINGKAT KERUSAKAN OLI MESIN BERDASARKAN KONSTANTA DIELEKTRIK BERBASIS PC” yang disusun sebagai syarat untuk

mendapatkan gelar sarjana di Universitas Sumatera Utara.

Dalam kesempatan ini penulis menyampaikan rasa hormat maupun ucapan trima kasih yang sebesar-besarnya kepada pihak-pihak yang telah menunjang atas selesainya skripsi ini, diantaranya kepada :

1. Bapak Dr.Marhaposan Situmorang dan Bapak Dr.Bisman Perangin-angin M.Eng.Sc sebagai Dosen pembimbing saya dalam menyelesaikan tugas akhir saya. Terima kasih atas semangat, bimbingan, dukungan dan doa dari Bapak. 2. Bapak Dr.Marhaposan Situmorang selaku Ketua Jurusan Departemen Fisika,

Bapak Drs.Syahrul Humaidi M.Sc selaku sekertaris jurusan Departemen Fisika. 3. Bapak Dekan USU Bapak Dr.Sutarman M.Sc beserta seluruh Civitas Akademika

FMIPA USU.

4. Ayahanda P. Sitorus dan Ibunda K. Manurung atas kasih sayang dan kepercayaan dan senantiasa mengingatkan dan memberi semangat dalam mengikuti kuliah, belajar sampai pada penelitian skripsi selesai dengan baik.

5. Kepada keluarga kakak Ranap Natalina Sitorus, Lenni Sitorus, Basa Sitorus, Pebrianti Sitorus dan juga kepada adik Dahlan Sitorus dan Renhat Seven Sitorus, kepada nenek Op. Parulian Sitorus dan seluruh keluarga yang senantiasa mendukung saya.

6. Terima kasih kepada teman staf asisten di laboratorium elektronika lanjutan. 7. Kepada Juliana Situmeang yang selalu mendukung dan memberi semangat dalam

menyelesaikan tugas akhir ini.

8. Kepada sahabat-sahabat tercinta Simon Sirait, Janner Batubara, Hendri P Banjarnahor, David Hutajulu, Ancela Simbolon, Rinto Pangaribuan, Jerri Simanjuntak, Parasian Simbolon, Damos Lumbantoruan, Russell Ong, Dosni Sipahutar, Eman Harefa, Rusti Simbolon, dan seluruh kawan-kawan seperjuangan di Departemen Fisika USU stambuk 2011 “PHYSICS PROLIX”. Terima kasih untuk bantuan, smangat dan sarannya.

Semoga tulisan ini mampu menjadi sumber ilmu pengetahuan yang bermanfaat bagi kemajuan pendidikan dan penelitian di Indonesia. Amin.


(6)

vi ABSTRAK

Telah dilakukan suatu identifikasi perubahan tingkat kerusakan oli mesin dengan mengidentifikasikan perubahan konstanta dielektrik yang ditunjukkan terjadinya perubahan tegangan keluaran yang terjadi pada sistem alat yang telah dirancang dan dibangun. Dibuat transduser kapasitif dengan memanfaatkan pelat konduktor sejajar untuk mengidentifikasi perubahan medium dielektrik menggunakan perambatan gelombang listrik sinusoidal. Pengamatan dilakukan dengan mengukur pelemahan amplitudo gelombang akibat interaksi terhadap medium sampel oli mesin. Gelombang listrik dibangkitkan melalui rangkaian osilator menggunakan IC XR2206 dengan frekuensi 50 KHz yang telah menunjukkan perbedaan tegangan dari setiap sampel oli mesin. Pengujian dilakukan pada lima sampel oli mesin dengan volume yang sama 200 ml antara lain: oli mesin fresh, campuran 150 ml oli fresh dan 50 ml oli buruk (campuran 1), campuran 100 ml oli fresh dan 100 ml oli buruk (campuran 2), campuran 50 ml oli fresh dan 150 ml oli buruk (campuran 3), dan oli mesin buruk. Hasil pengujian dengan sistem alat menunjukkan nilai tegangan berturut-turut 2,814; 2,856; 2,914; 2,986; 3,022 volt dengan tren naik. Telah didapat suatu hubungan semakin tinggi nilai tegangan dari sistem alat, maka semakin tinggi pula tingkat kerusakan yang terjadi pada oli mesin. Perubahan tegangan diakibatkan perubahan konstanta dielektrik dari setiap sampel oli mesin tersebut.


(7)

vii ABSTRACT

Has conducted an identification of changes in the level of damage to the engine oil by identifying changes in the dielectric constant indicated the output voltage changes the occur in a system tool that has been designed and constructed. Capasitive transducer is made by utilizing the conductor plate parallel to indentify changes in the dielectric medium using sinusoidal electric wave propagation. Observations carried out by measuring the amplitude of the wave attenuation due to the interaction of the sample medium engine oil. Electrical waves have been generated by the oscillator circuit using XR2206 IC with a frecuency of 50 KHz which have shown the voltage difference of each sample of the engine oil. Tests one performed on five samples of engine oil with an equal volume of 200 ml, among others: fresh engine oil, a mixture of 150 ml fresh oil and 50 ml bad oil (mixture 1), a mixture of 100 ml fresh oil and 100 ml bad oil (mixture 2), a mixture of 50 ml fresh oil and 150 ml bad oil (mixture 3), and bad engine oil. The test results demonstrate the tool system with voltage values 2,814; 2,856; 2,914; 2,986; 3,022 volts respectively with a rising trend. Has obtained a higher voltage value relationship of the tool system, the higher the degree of damage to the engine oil. Voltage changes due to changes in the dielectric constant of each sample of the engine oil.


(8)

viii

Persetujuan iii

Pernyataan iv

Penghargaan v

Abstrak vi

Abstract vii

Daftar Isi viii

Daftar Gambar x

Daftar Tabel xi

Daftar Lampiran xii

Daftar Singkatan xiii

BAB 1 Pendahuluan 1

1.1.Latar Belakang 1

1.2.Rumusan Masalah 2

1.3.Batasan Masalah 2

1.4.Tujuan Penelitian 3

1.5.Manfaat Penelitian 3

1.6.Sistematika Penulisan 3

BAB 2 Tinjauan Pustaka 5

2.1.Dielektrikum dan Kapasitansi 5 2.1.1. Medium Dielektrik 5 2.1.2. Kapasitansi Kapasitor

2.2.Osilator dengan IC XR2206 7

2.3.Transduser Kapasitif 9

2.3.1. Defenisi Transduser Kapasitif 9 2.3.2. Interaksi Gelombang Listrik pada Medium Dielektrik 11 2.4.Sistem Pelumasan Mesin 11 2.4.1. Dasar Pelumasan Mekanik Mesin 11

2.4.2. Minyak Pelumas 12

2.4.2.1.Kekentalan Minyak Pelumas (viskositas) 13 2.4.2.2.Klasifikasi viskositas Oli Mesin Berdasarkan

Indeks SAE 13

2.5.Penguat Operasional 14

2.5.1. Op-Amp Ideal 15

2.5.2. Penguat Diferensiator 17 2.5.3. Penguat Inverting 17 2.6.Mikrokontroller ATMega8535 18 2.6.1. Mikrokontroller AVR 18 2.6.2. Arsitektur ATMega8535 19

2.6.3. Konfigurasi PIN 21

2.6.4. Peta Memori 23

2.6.5. Bahasa Pemrograman Mikrokontroller ATMega8535 24 2.7.USB to TTL sebagai Komunikasi Data Serial 25


(9)

ix

BAB 3 Metodologi Penelitian 27

3.1.Tempat dan Waktu Penelitian 27 3.2.Peralatan, Bahan dan Komponen 27

3.2.1. Peralatan 27

3.2.2. Bahan dan Komponen 27

3.3.Diagram Blok 28

3.4.Prosedur Penelitian 29

3.4.1. Rangkaian Sistem Alat 29 A. Sistem Minimum ATMega8535 29 B. Transduser Kapasitif 30 C. Pembangkit Sinyal dengan IC XR2206 32

D. Pengkondisi Sinyal 33

E. Komunikasi Data Serial USB to TTL 34

F. Power Supply 34

3.4.2. Rancangan Sistem Program 35 A. Flowchart Program pada mikrokontroller 35 B. Flowchart Program pada Visual Basic 36 3.4.3. Pengujian Sampel Oli 37 A. Pengujian Konstanta Dielektrik dengan Alat 37

3.5.Rangkaian Lengkap 38

BAB 4 Hasil dan Pembahasan 39

4.1.Hasil Penelitian 39

4.1.1. Pengujian Alat 39

A. Pembangkit Sinyal (Osilator) 39 B. Penguat Sinyal (amplifier) 40 C. Pelat Sejajar sebagai Transduser Kapasitif 40 D. Pengujian Mikrokontroller ATMega8535 44 E. Visual Basic 6.0 pada PC 44 4.1.2. Pengujian Sistem Alat pada Sampel Oli 46

4.2.Analisa Penelitian 49

BAB 5 Kesimpulan dan Saran 50


(10)

x

Nomor Judul Halaman Gambar

2.1 Kapasitor dua pelat datar sejajar 7

2.2 Diagram blok XR2206 8

2.3 Transduser kapasitif (seijin stathaminstruments, inc) 10 2.4 Ilustrasi perambatan gelombang melalui medium dielektrik

yang mengalami pelemahan amplitudo gelombang 11 2.5 Dasar pelumas mekanik mesin 12 2.6 Kekentalan/viskositas oli 13 2.7 Klasifikasi oli berdasarkan SAE 14

2.8 Lambang Op-Amp 16

2.9 Rangkaian diferensiator dasar 17 2.10 Rangkaian penguat inverting 18 2.11 Blok diagram dan arsitektur ATMega8535 21

2.12 memori AVR ATMega8535 24

2.13 tampilan codevisionAVR 25

2.14 USB to TTL 26

3.1 Diagram blok sistem alat ukur kerusakan oli 28 3.2 Rangkaian sistem minimum mikrokontroller ATMega8535 30 3.3 Desain pelat sejajar sebagai transduser kapasitif 31 3.4 Rangkaian skematik pembangkit sinyal 32 3.5 Rangkaian sistematik pengkondisi sinyal LM741 33 3.6 rangkaian penyearah keluaran penguat sinyal 33 3.7 Rangkaian skematik USB to TTL 34 3.8 Rangkaian power supply (PSA) 34 3.9 Flowchart algoritma program pada mikrokontroller 35 3.10 flowchart algoritma program pada visual basic 36

3.11 Rangkaian lengkap 38

4.1 Grafik frekuensi teori dan frekuensi praktek vs resistansi

Resistor variabel eksternal 39 4.2 Pelat tembaga sebagai transduser 41 4.3 Grafik hubungan frekuensi dan tegangan pada medium

udara dan oli fresh 41

4.4 Gelombang osilator (merah) dan gelombang keluaran

(kuning) pada frekuensi 40 KHz 42 4.5 Gelombang osilator (merah) dan gelombang keluaran

(kuning) pada frekuensi 90 KHz 42 4.6 Gelombang osilator (merah) dan gelombang keluaran

(kuning) pada frekuensi 50 KHz 43 4.7 Tampilan pengujian pada (a) medium udara, sampel

(b) oli fresh dan (c) oli buruk pada visual basic 46 4.8 Grafik tingkat kerusakan terhadap tegangan sampel oli

dalam 5 kali pengulangan 48 4.9 Grafik hubungan tegangan rata-rata terhadap sampel oli mesin 48


(11)

xi

Nomor Judul Halaman Tabel

2.1 Konstanta Dieletrik beberapa bahan 6 2.2 konfigurasi pin mikrokontroller ATMega8535 22 4.1 hasil pengukuran tegangan sampel oli mesin 47


(12)

xii

Nomor Judul Halaman Lampiran

1 Listing program pada CodeVisionAVR 51

2 Gambar alat secara keseluruhan saat pengujian sampel 53 3 Gambar multimeter digital Sanwa CD800a dan Osiloskop

OWON 600 MHz 55

4 Gambar tampilan visual basic 6.0 pada pengujian medium


(13)

xiii

KHz = kiloHertz

IC = Integrated Circuit

SAE = Society of Automotive Enginers USB = Universal Serial Bus

TTL = Transistor Transistor Logic PC = Personal Computer

AC = Alternating Current OP-AMP = Operational Amplifier ADC = Analog to Digital Converter


(14)

vi ABSTRAK

Telah dilakukan suatu identifikasi perubahan tingkat kerusakan oli mesin dengan mengidentifikasikan perubahan konstanta dielektrik yang ditunjukkan terjadinya perubahan tegangan keluaran yang terjadi pada sistem alat yang telah dirancang dan dibangun. Dibuat transduser kapasitif dengan memanfaatkan pelat konduktor sejajar untuk mengidentifikasi perubahan medium dielektrik menggunakan perambatan gelombang listrik sinusoidal. Pengamatan dilakukan dengan mengukur pelemahan amplitudo gelombang akibat interaksi terhadap medium sampel oli mesin. Gelombang listrik dibangkitkan melalui rangkaian osilator menggunakan IC XR2206 dengan frekuensi 50 KHz yang telah menunjukkan perbedaan tegangan dari setiap sampel oli mesin. Pengujian dilakukan pada lima sampel oli mesin dengan volume yang sama 200 ml antara lain: oli mesin fresh, campuran 150 ml oli fresh dan 50 ml oli buruk (campuran 1), campuran 100 ml oli fresh dan 100 ml oli buruk (campuran 2), campuran 50 ml oli fresh dan 150 ml oli buruk (campuran 3), dan oli mesin buruk. Hasil pengujian dengan sistem alat menunjukkan nilai tegangan berturut-turut 2,814; 2,856; 2,914; 2,986; 3,022 volt dengan tren naik. Telah didapat suatu hubungan semakin tinggi nilai tegangan dari sistem alat, maka semakin tinggi pula tingkat kerusakan yang terjadi pada oli mesin. Perubahan tegangan diakibatkan perubahan konstanta dielektrik dari setiap sampel oli mesin tersebut.


(15)

vii ABSTRACT

Has conducted an identification of changes in the level of damage to the engine oil by identifying changes in the dielectric constant indicated the output voltage changes the occur in a system tool that has been designed and constructed. Capasitive transducer is made by utilizing the conductor plate parallel to indentify changes in the dielectric medium using sinusoidal electric wave propagation. Observations carried out by measuring the amplitude of the wave attenuation due to the interaction of the sample medium engine oil. Electrical waves have been generated by the oscillator circuit using XR2206 IC with a frecuency of 50 KHz which have shown the voltage difference of each sample of the engine oil. Tests one performed on five samples of engine oil with an equal volume of 200 ml, among others: fresh engine oil, a mixture of 150 ml fresh oil and 50 ml bad oil (mixture 1), a mixture of 100 ml fresh oil and 100 ml bad oil (mixture 2), a mixture of 50 ml fresh oil and 150 ml bad oil (mixture 3), and bad engine oil. The test results demonstrate the tool system with voltage values 2,814; 2,856; 2,914; 2,986; 3,022 volts respectively with a rising trend. Has obtained a higher voltage value relationship of the tool system, the higher the degree of damage to the engine oil. Voltage changes due to changes in the dielectric constant of each sample of the engine oil.


(16)

BAB 1 PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Kemajuan teknologi dan otomotif yang berkembang sangat pesat membuat keberadaan mesin sangat berpengaruh baik secara sosial maupun dalam bidang ekonomi.

Setiap kendaraan bermotor maupun jenis mesin lainnya pada umumnya memakai pelumas mesin yang biasa disebut oli(Lubricant Oil). Mesin yang bekerja tanpa pelumas oli dapat mempengaruhi kinerja mesin bahkan dapat berakibat fatal berupa kerusakan mesin tersebut. Menggunakan oli yang tidak sesuai dengan yang dibutuhkan mesin baik secara volume maupun proses pelumasan, misalnya kekentalan (viscosity) juga memiliki efek yang besar bagi mesin tersebut, biasanya mesin akan cepat panas, sulit untuk dihidupkan, dan konsumsi bahan bakar yang boros.

Keadaan oli mesin yang sudah lama digunakan dan telah digunakan dalam jarak tempuh kendaraan yang besar tentu sudah tidak layak digunakan atau oli tersebut telah mengalami kerusakan. Rusaknya oli mesin dikarenakan kandungan oli tidak seperti kandungan oli ketika masih dalam kondisi fresh. Kandungan yang mengakibatkan rusaknya oli adalah kandungan logam berat dan kandungan asam pada oli akibat proses pembakaran pada mesin. Pada umumnya turunnya kemampuan pelumasan oleh oli ditandai dengan semakin rendahnya nilai kekentalannya dari keadaan ketika masih fresh.

Selama ini masyarakat sangat sulit menentukan dan mendeteksi kerusakan oli pelumas pada kendaraannya, sehingga berdasarkan alasan diatas dibuatlah rancang bangun pendeteksi kerusakan oli mesin secara instrumentasi.

Dielektrik merupakan bahan yang memiliki kehantaran terhadap arus listrik sangat kecil dan bahkan hampir tidak ada. Dielektrik bersifat isolator sehingga bahan ini diperoleh dari benda-benda bersifat isolator yang terdiri dari tiga jenis yaitu padat

(solid), cair (liquid), dan udara (gas). Karena ketidakhantaran terhadap arus sehingga


(17)

kondensator atau kapasitor yang dapat ditentukan konstanta dielektrik bahan. Setiap bahan memiliki konstanta dielektrik yang berbeda-beda sehingga ketika suatu bahan dielektrik diuji melalui suatu rangkaian capacitive transducer yang diberikan masukan sinyal arus bolak-balik maka akan diperoleh sinyal keluaran berupa tegangan keluaran yang dapat diolah menjadi data dalam menentukan tingkat kerusakan oli. Hal ini yang menjadi latar belakang dilakukannya penelitian yang bejudul “RANCANG BANGUN ALAT UKUR KERUSAKAN OLI MESIN

BERDASARKAN KONSTANTA DIELEKTRIK BERBASIS PC”. Sekaligus

untuk memenuhi tugas akhir sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains Pada Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Sumatera Utara.

1.2 Rumusan Masalah

Berdasarkan uraian latar belakang masalah sebelumnya, maka penulis merumuskan beberapa hal yang menjadi masalah dalam penelitian ini. Diantaranya:

1. Bagaimana merancang dan membangun suatu alat untuk membedakan tingkat kerusakan dari oli pelumas.

2. Menetapkan frekuensi yang sesuai untuk pembangkit sinyal (oscilator)

3. Memperoleh desain elektroda transduser yang sensitif terhadap perubahan kualitas oli.

4. Menentukan desain pengkondisi sinyal untuk memperoleh pengubahan level sinyal yang sesuai untuk diolah oleh mikrokontroller.

5. Mampu mengolah data dari transduser kapasitif kedalam mikrokontroller sehingga nilai yang terbaca dapat diamati secara langsung.

1.3 Batasan Masalah

Untuk mendapatkan suatu hasil penelitian dari permasalahan yang ditentukan, maka perlu ada pembatasan masalah penelitian :

1. Rancangan menggunakan transduser kapasitif (capasitive transducer) untuk menentukan tingkat kerusakan sampel oli pelumas.

2. Pengujian dilakukan pada satu merek oli pelumas mesin sepeda motor dengan standard SAE 10W-30


(18)

1.4 Tujuan Penelitian

1. Merancang alat untuk mengukur kerusakan oli pelumas (Lubricant oil) berdasarkan konstanta dielektrik berbasis PC

2. Mengetahui hubungan antara kualitas oli dan konstanta dielektrik oli

3. Memperoleh rangkaian penguat yang baik sehingga gelombang yang lemah dapat diukur.

1.5Manfaat Penelitian

Manfaat yang dapat diambil dari penelitian yaitu untuk mempermudah masyarakat untuk memperhatikan/mendeteksi kerusakan oli pelumas mesin kendaraan maupun mesin-mesin lainnya seperti contoh mesin pabrik.

1.6Sistematika Penulisan

Untuk memberi gambaran dalam mempermudah serta memahami tentang sistematika kinerja dari alat PENDETEKSI KERUSAKAN OLI PELUMAS BERDASARKAN KONSTANTA DIELEKTRIK, maka penulis menulis skripsi dengan sistematika penulisan sebagai berikut:

BAB I : PENDAHULUAN

Dalam bab ini berisikan mengenai latar belakang, rumusan masalah, tujuan penulisan, batasan masalah, serta sistematika penulisan.

BAB II : LANDASAN TEORI

Dalam bab ini dijelaskan tentang teori pendukung yang digunakan untuk pembahasan dan cara kerja dari rangkaian teori pendukung itu antara lain tentang osilator, oli pelumas, transduser kapasitif, penguat sinyal, mikrokontroller ATMega8535, interface USB to TTL dan PC.

BAB III : PERANCANGAN ALAT

Pada bab ini akan dibahas perancangan dari alat , yaitu waktu dan tempat penelitian, bahan dan komponen, diagram blok dari rangkaian, skematik


(19)

dari masing-masing rangkaian dan diagram alir dari program yang diisikan ke Mikrokontroler ATMega 8535 dan Visual Basic 6.

BAB IV : HASIL DAN ANALISIS

Pada bab ini berisikan tentang pengujian alat dan juga analisa data yang diperoleh dari pengujian alat yang dibuat.

BAB V : KESIMPULAN DAN SARAN

Bab ini merupakan penutup yang meliputi tentang kesimpulan dari pembahasan yang dilakukan dari penelitian ini serta saran yang berkaitan dengan seluruh proses perancangan dan pembuatan tugas akhir ini.


(20)

BAB 2

TINJAUAN PUSTAKA

2.1Dielektrikum dan Kapasitansi 2.1.1 Medium Dielektrik

Sifat dielektrik suatu medium ditentukan oleh harga konstanta dielektrik, atau permitivitas dielektrik, dari medium tersebut. Permitivitas dielektrik suatu medium dalam sistem suatu standard Internasional (S.I) skala besar mempergunakan satuan farad per meter (F/m). pengertian fisis permitivitas dielektrik suatu medium menunjukkan ukuran kemampuan suatu medium atau suatu bahan untuk meredam intensitas medan listrik yang melalui medium itu, dan besaran ini dinyatakan dengan symbol �� menyatakan kemampuan medium untuk meredam intensitas medan listrik relatif terhadap ruang vakum, sehingga didefenisikan:

�= ���� (2.1)

Dimana �0 = permitivitas dielektrik ruang vakum atau udara bebas = 8,854 × 10−12 �/� dan �� = permitivitas relatif suatu medium (tidak memiliki dimensi).

Suatu bahan yang tidak isotrop yaitu bahan yang memiliki sifat dielektrik yang berbeda untuk arah yang berbeda, misalnya memiliki koefisien-koefisien dielektrik ��1,��2,��3 atau ���, ���,���. Untuk menghindarkan kebingungan maka

sebaiknya gunakan notasi �1 untuk menyatakan permitivitas relative medium pertama, �2 untuk menyatakan permitivitas relative medium kedua, dan �3 untuk menyatakan permitivitas relative medium ketiga.

Setiap bahan dielektrik memiliki konstanta dielektrik lebih besar dari 1. Karena 1 adalah konstanta dielektrik ruang hampa. Keberadaan dielektrik dapat mengurangi kapasitansi dibawah 1 hanya pada kapasitor kosong saja jika elektronnya berpindah, ketika medn listrik digunakan, pada arah yang berlawanan terhadap resultan gaya. Untuk medan listrik yang berosilasi, dengan cara ini, sejumlah perilaku akan bukan tidak mungkin. Tetapi untuk medan listrik yang tetap, maka cara ini tidak berlaku. Berikut adalah tabel beberapa konstanta dielektrik bahan.

Tabel 2.1 konstanta dielektrik beberapa bahan


(21)

Udara Gas, 0 OC, 1 atm 1,00059 Metana, CH4 Gas, 0 OC, 1 atm 1,00088

Hidrogen Klorida, HCl Gas, 0 OC, 1 atm 1,0046 Air, H2O Gas, 110 oC, 1 atm 1,0126

Liquid, 20 oC 80,4 Benzena, C6H6 Liquid, 20 oC 2,28

Metanol, CH3OH Liquid, 20 oC 33,6

Amonia, NH3 Liquid, -34 oC 22,6

Minyak Mineral Liquid, 20 oC 2,24 Natrium Klorida, NaCl Solid, 20 oC 6,12 Sulfur, S Solid, 20 oC 4,0 Silikon, Si Solid, 20 oC 11,7 Polietilena Solid, 20 oC 2,25-2,3 Porselen Solid, 20 oC 0,00-2,3 Lilin Parafin Solid, 20 oC 2,1-2,5 Gelas Pirex 7070 Solid, 20 oC 4,00

Coconut oil (kelapa) - 3,254

Olive oil (zaitun) - 3,252

Castor oil (jarak) 4,478

Sumber : Purcell 1985 dan Paranjpe & Deshpand 1935

Konstanta dielektrik suatu ruang hampa sempurna adalah 1,0. Untuk gas pada kondisi normal � memiliki nilai yang sedikit lebih besar dari 1,0. Secara singkat dijelaskan bahwa gas adalah keadaan yang hampir hampa. Untuk bahan solid dan liquid pada umumnya memiliki konstanta dielektrik berkisar antara 2 sampai 6. Namun menjadi pengecualian untuk amoniak dan air karena sebenarnya air merupakan suatu bahan yang sedikit konduktif.

2.1.2 Kapasitansi Kapasitor

Dua buah konduktor yang dipisahkan oleh medium dielektrik dapat berfungsi sebagai kapasitor. Konduktor pada umumnya terbuat dati logam atau metal, tetapi dapat juga terbuat dari bahan non-metal seperti air atai tanah yang basah. Kapasitansi


(22)

kapasitor didefenisikan sebagai jumlah muatan yang ditampung oleh bahan konduktor dibagi dengan erbedaan potensial diantara kedua konduktor tersebut. Symbol untuk besaran kapasitor adalah �.

� =�

� = ∮ �.��

− ∫ �.�� (2.2)

Meskipun kapasitansi suatu kapasitor didefenisikan oleh suatu besaran eksternal, akan tetapi kapasitansi kapasitor akan ditentukan oleh factor dimensi dan bahan dielektrik yang dipergunakan.

Kapasitor Pelat Datar Sejajar

Misalkan dua pelat datar dari bahan logam sejajar yang masing-masing memiliki luas �, jarak kedua pelat sejajar �, dan dipisahkan oleh medium dielektrik dengan permitivitas dielektrik � seperti pada gambar 2.1 berikut.

S +Q

-Q -Eaz -d

O

Gambar 2.1 Kapasitor dua pelat datar sejajar. Kapasitansi: �= � = ∮ �.��

− ∫ �.�� (2.3)

Atau � = � ∫ −��� � � .(−����) � ∫ �−� (−�).(��)(−�)= � ∫ �� ��

− ∫ �−� �� (2.4)

� =�� (2.5)

2.2Osilator Dengan IC XR2206

Dalam penelitian ini digunakan pembangkit sinyal dengan memanfaatkan IC XR2206 sebagai generator sinyal. Keluaran dari XR2206 terdiri dari gelombang sinusoidal, kotak dan segitiga yang memiliki stabilitas dan kecepatan yang tinggi. Frekuensi yang dihasilkan akan dipengaruhi oleh nilai RC eksternal yang dikonfigurasikan. Jangka frekuensi yang dapat dihasilkan berada diantara 0,01 Hz hingga 1 MHz. Rangkaian XR2206 sangat ideal untuk perangkat komunikasi, instrumentasi dan pembangkit fungsi (function Generator). Aplikasi yang dapat


(23)

diterapkan adalah seperti pembangkit sinyal sinusoidal untuk suara, gelombang AM, gelombang FM dan pembangkit FSK (Frecuency Shift Keying).

Gambar 2.2 diagram blok XR2206

Voltage-Controlled Oscilator (VCO) merupakan sebuah osilator tegangan

terkendali yang dapat menghasilkan frekuensi secara proporsional kesebuah arus masukan, dimana pin 7 dan 8 mempunyai tegangan referensi 3 volt, sehingga frekuensi keluarannya dapat diatur oleh sebuah tahanan penentu (timing resistor) ke terminal ground dan kapasitor penentu (timing capasitor), sehingga frekuensi keluarannya dapat dihitung secara teori dengan persamaan:

�= �

�� ;�� (2.6)

Keterangan:

� = frekuensi (Hz)

� = resistor (Ω)

� = kapasitor (F)

Nilai resistor yang direkomendasikan berada pada range 4 kΩ< R < 200 kΩ. Sementara untuk nilai kapasitor yang direkomendasikan berada diantara 1 nF sampai dengan 100 �F, dan XR2206 akan bekerja optimal pada suhu antara 25-30 oC.

2.3Transduser Kapasitif


(24)

Besaran masukan pada kebanyakan sistem instrumentasi bukan besaran listrik. Untuk menggunakan metoda dan tehnik listrik pada pengukuran, manipulasi atau pengontrolan, besaran yang bukan listrik ini diubah menjadi suatu sinyal listrik sebuah alat yang disebut transduser. Suatu defenisi menyatakan “transduser adalah sebuah alat yang bila digerakkan oleh energy didalam sebuah sistem transmisi, menyalurkan energy dalam bentuk yang sama atau dalam bentuk yang berlainan ke sistem transmisi kedua.” Transmisi energi ini bisa listrik, mekanik, kimia, optic (radiasi) atau termal (panas). Transmisi yang dapat menyalurkan energi ke transmisi berikutnya dengan berdasarkan perubahan kapasitansi disebut transduser kapasitif.

Transduser kapasitif merupakan jenis transduser pergeseran pasif yang juga memerlukan sebuah eksitasi AC. Pada dasarnya sebuah kapasitor adalah terdiri dari sepasang pelat logam paralel yang diletakkan diantara suatu celah udara atau material dielektrik padat dimana energi akan disimpan jika suatu tegengan tertentu dikenakan pada pelat-pelat tersebut.

Perubahan kapasitansi dapar terjadi akibat antara lain : a. Perubahan jarak antara pelat konduktor sejajar b. Perubahan luas area pelat sejajar

c. Dan perubahan bahan dielektrik diantara pelat sejajar.

Konsep pengubahan sebuah gaya terpasang menjadi pergeseran merupakan dasar bagi berbagai jenis transduser.

Nilai kapasitansi yang dapat diukur oleh transduser kapasitif berbanding lurus dengan area atau luas pelat/keping sejajar dan berbanding terbalik dengan jarak antara keping sejajar. Kapasitansi dari sebuah kapasitor pelat paralel diberikan oleh:

� =�.�.� (farad) (2.7)

A = luas masing-masing plat, dalam m2 d = jarak kedua pelat, dalam m

�0= 9,85 x 10-12 dalam F/m

K = konstanta dielektrik

Karena kapasitansi berbanding terbalik dengan jarak kedua pelat paralel, setiap variasi dalam d menyebabkan variasi yang berkaitan pada kapasitansi. Prinsip ini diterapkan pada transduser kapasitif pada gambar 2.5. sebuah gaya yang diberikan pada diafragma yang berfungsi sebagai salah satu pelat sebuah kapasitor sederhana,


(25)

mengubah jarak antara diafragma dengan pelat diam. Perubahan kapasitansi yang dihasilkan ini dapat diukur oleh sebuah jembatan ac, tetapi biasanya dia diukur dengan sebuah rangkaian osilator. Transduser, sebagai bagian dari rangkaian osilator, menyebabkan perubahan frekuensi osilator. Perubahan frekuensi ini merupakan ukuran dari besarnya gaya yang dipasang.

Gambar 2.3 transduser kapasitif (Seijin Statham Instruments, Inc.).

Transduser kapasitif memiliki respon frekuensi yang sangat baik dan dapat mengukur fenomena static dan dinamik. Kekurangannya adalah kepekaan terhadap variasi temperature dan kemungkinan sinyal-sinyal yang tak teratur atau cacat (distorsi) karena kawat yang panjang. Juga instrumentasi pencatatan bisa besar dan rumit dan sering membutuhkan sebuah osilator kedua dengan frekuensi yang tetap untuk tujuan pencampuran frekuensi (heterodyning). Jadi frekuensi selisih yang dihasilkan dapat dibaca oleh sebuah alat keluaran yang sesuai seperti halnya pencacah elektronik.

2.3.2 Interaksi Gelombang Listrik pada Medium Dielektrik

Medium dielektrik memiliki kemampuan untuk menyimpan muatan jika dilewatkan gelombang listrik. Muatan listrik yang terkandung didalamnya tidak akan mengalir, sehingga tidak timbul arus seperti pada bahan konduktor, tapi hanya sedikir bergeser dari posisi setimbangnya mengakibatkan terciptanya pengutuban dielektrik. Oleh karena pengutuban dielektrik, muatan positif bergerak menuju kutub negatif medan listrik, sedang muatan negatif bergerak pada arah yang berlawanan yaitu menuju


(26)

kutub positif medan listrik. Hal ini menimbulkan medan listrik internal didalam bahan dielektrik yang menyebabkan jumlah keseluruhan medan listrik yang melingkupi bahan dielektrik menurun.

Gelombang listrik yang dilewatkan melalui medium dielektrik dengan konstanta dielektrik tertentu akan mengalami pelemahan amplitudo gelombang listrik seperti ditunjukkan pada gambar berikut.

Medium dielektrik

Gambar 2.4 Ilustrasi perambatan gelombang melalui medium dielektrik yang mengalami pelemahan amplitudo gelombang

2.4Sistem Pelumasan Mesin

2.4.1 Dasar Pelumasan Mekanik Mesin

Dua permukaan logam yang bergerak satu sama lain akan menimbulkan terjadinya gesekan. Dan fungsi pelumas ialah melapisi sekaligus memisahkan dua permukaan logam yang saling bergesekan tersebut agar tingkat keausan logam dapat dikurangi sekecil mungkin.

Gambar 2.5 Dasar Pelumas Mekanik mesin


(27)

1. Untuk melapisi sekaligus memisahkan dua permukaan logam yang saling bergesekan, agar tingkat ke ausan logam dapat dikurangi.

2. Untuk mendinginkan mesin dengan cara menyalurkan panas akibat gesekan dan pembakaran.

3. Untuk membersihkan mesin, dengan cara mengangkut kotoran dan elemen logam yang terbawa arus sirkulasi hingga ke filter oli.

4. Untuk memaksimalkan kompresi dan mempertahankan tekanan, agar konsumsi bahan bakar sangat efektif (tidak boros).

5. Untuk merapatkan antar mekanik yang bergerak. 6. Untuk memelihara mesin tetap terjaga kebersihannya.

2.4.2 Minyak Pelumas

Minyak pelumas bahan dasarnya dari minyak dasar mineral, minyak dasar atau minyak dasar sintesis. Minyak pelumas saat ini sebagian besar dibuat dari minyak dasar mineral yang berasal dari tambang yang diolah dengan cara penyulingan. Apabila persediaan minyak bumi sudah menipis, minyak pelumas dibuat dari minyak sintetis, nabati, atau hewani. Minyak pelumas dengan bahan dasar alami merupakan minyak pelumas paling baik. Akan tetapi saat ini jumlahnya belum sesuai dengan kebutuhan. Minyak dasar alami berasal dari tumbuh-tumbuhan, misalnya jarak, kopra, dan kelapa sawit, minyak ini dapat juga dibuat dari lemak hewan.

Sedangkan minyak pelumas dengan minyak dasar sintetis, dibuat dari bahan-bahan kimia yang dipergunakan sebagai dasar membuat minyak pelumas. dewasa ini minyak pelumas dibuat dari bahan dasar minyak alami atau mineral dengan bahan tamabahan berasal dari bahan-bahan kimia.

2.4.2.1Kekentalan Minyak Pelumas (viscositas)

Kekentalan minyak pelumas menunjukkan kemampuannya terhadap laju aliran minyak; viscositas minyak ditentukan dengan mengukur sampel minyak. Pengolahan minyak dilakukan dengan memanaskan minyak tersebut sampai suhu tertentu, kemudian dialirkan melalui lubang pada viscosimeter. Lamanya waktu yang diperlukan untuk meneteskan minyak pelumas dari viscosimeter ke gelas ukur,


(28)

menentukan kekentalan minyak pelumas. Minyak pelumas yang mengalir lebih cepat, viscositasnya rendah, sedangkan yang mengalir lambat, viscositasnya tinggi.

Suatu badan Internasional, yaitu Society of Automotive Enginers (SAE), mempunyai standard kekentalan/viscositas dengan awalan SAE di depan indeks kekentalan. SAE telah membuat indeks kekentalan yang diikuti dengan huruf W, yang menunjukkan kekentalan miyak pelumas pada temperatur -20 oC (W artinya Winter/musim dingin) dan disebut kekentalan rendah. Sedangkan minyak pelumas untuk keperluan sampai temperatur 100 oC, tidak ditandai dengan huruf W.

Gambar 2.6 Kekentalan/viscositas oli

2.4.2.2Klasifikasi viscositas Oli Mesin Berdasarkan Indeks SAE

Indeks diatas menunjukkan temperatur berkenaan dengan lingkungan dimana oli tertentu dapat digunakan, sebagai contoh 10W-30. Semakin besar angkanya, semakin tinggi viscositasnya oli. Oli dengan indeks viskositas yang menunjukkan rentang seperti SAE 10W-30 disebut oli multigrade. Semakin rendah angkanya, seperti 10 maka semakin kecil kemungkinan oli untuk mengeras pada temperatur rendah. Semakin tinggi angka kedua, seperti 30, semakin kecil kemungkinan oli menjadi kurus pada temperatur tinggi, “W” (winter) berarti musim dingin, menunjukkan bahwa viskositas ini ialah untuk penerapan pada temperatur rendah.

Multigrade Oil ialah oli yang nilai kekentalannya tidak terpengaruh oleh

temperatur (ada range temperatur) dan biasanya ditandai dengan kode W dibelakangnya; contohnya SAE 10W; SAE 10W-30; SAE 30. Huruf W pada 10W menunjukkan derajat viskositas/kekentalan pada -17,8 derajat celcius yang merupakan patokan pada viskositas mesin untuk start pada keadaan dingin. Nomor yang tidak memakai huruf W merupakan derajat viskositas pada 98,9 derajat Celcius.


(29)

Gambar 2.7 klasifikasi oli berdasarkan SAE

2.5Penguat Operasional

Op-Amp pada dasarnya merupakan sebuah blok komponen yang sederhana. Sebuah Op-Amp akan memiliki dua buah terminal masukan dimana salah satu masukan disebut sebagai masukan pembalik (diberi tanda -) sementara satu masukan lainnya disebut dengan masukan non-pembalik (diberi tanda +). Pada umumnya Op-Amp memiliki sebuah keluaran atau keluaran tunggal. Akan tetapi beberapa jenis Op-Amp khusus yang umumnya digunakan pada rangkaian-rangkaian frekuensi radio dapat memiliki dua buah terminal keluaran. Sebuah Op-Amp juga memiliki dua buah rel hubungan catu daya yang masing-masing adalah rel hubungan positif dan rel hubungan negatif.

Op-Amp merupakan sebuah penguat arus searah dengan gain tinggi (besarnya gain pada umumnya lebih besar dari 100.000 atau lebih besar dari 100dB). Dengan menggunakan kopling kapasitif yang tepat, Op-Amp dapat diaplikasikan pada berbagai macam rangkaian-rangkaian penguat arus bolak-balik. Tegangan pada terminal keluaran op-amp merupakan perkalian antara selisih tegangan diantara


(30)

masukan pembalik dan non-pembalik dengan besarnya gaian yang dimiliki. Dengan demikian op-amp merupakan sebuah penguat diferensial.

Untuk dapat menjalankan fungsinya dengan baik, op-amp harus memiliki umpan balik. Hampir seluruh rancangan rangkaian yang ada pada umumnya menggunakan umpan balik negatif untuk mengendalikan besarnya gain serta memperoleh operasi kerja op-amp linier. Rangkaian-rangkaian nonlinier, misalnya komparator dan osilator, menggunakan umpan balik positif yang dapat diperoleh dengan menghubungkan komponen, misalnya resistor, diantara terminal keluaran op-amp dan masukan non-pembaliknya, yaitu terminal masukan yang bertanda (+).

2.5.1 Op-Amp Ideal

Pada saat menganalisa suatu rangkaian umpan balik, akan sangat membantu jika kita asumsikan bahwa komponen penguat memiliki beberapa karakteristik ideal berikut ini :

1. Keluaran dari penguat dengan masukan diferensial ideal hanya bergantung pada beda atau selisih dari tengangan-tegangan yang diberikan pada dua terminal masukan.

2. Kinerja dari penguat seluruhnya bergantung pada rangkaian masukan dan umpan balik.

3. Tidak ada arus yang mengalir pada teminal-terminal masukan penguat.

4. Respon frekuensi penguat memiliki rentang dari nol sampai tak hingga untuk menjamin diperolehnya respon yang mencakup semua sinyal arus searah (DC) maupun arus bolak-balik (AC), dengan waktu respons nol serta tidak terjadi perubahan fasa terhadap frekuensi.

5. Penguat tidak dipengaruhi oleh beban atau perubahan dari besarnya beban yang terjadi.

6. Pada saat sinyal tegangan masukan bernilai nol, sinyal keluaran juga harus bernilai nol tanpa mempertimbangkan besarnya resistansi sumber masukan. Satu op-amp merupakan suatu penguat diferensial dengan penguatan tak berhingga. Satu penguat diferensial adalah suatu penguat yang mempunyai dua masukan dan voltase pada keluaran tergantung dari perbedaan potensial antara kedua masukannya. Berarti terdapat persamaan sebagai berikut:


(31)

�������= ��������− ��������.� (2.8)

Dimana � adalah faktor penguatan.

Karena penguatan A dari op-amp tak berhingga, maka terdapat persamaan untuk op-amp:

�������= ��������− ��������.∞ (2.9)

Dari persamaan diatas dapat dilihat bahwa besar dari output menjadi positif tak berhingga ketika input 1 lebih besar dari input 2 dan besar output menjadi negatif tak berhingga ketika input 1 lebih kecil dari input 2. Berarti ketika input 2 tinggi, output rendah, sebab itu input 2 disebut inverting input atau masukan membalik dan dalam skema rangkaian biasanya ditandai dengan tanda “-“, ketika input tinggi, output tinggi, sebab itu input 1 disebut non-inverting input atau masukan tak membalik dan dalam skema rangkaian biasanya ditandai dengan tanda “+”.

+

-+ Vcc

- Vcc

Gambar 2.8 Lambang op-amp

2.5.2 Penguat Diferensiator

Sebuah rangkaian diferensiator dasar sederhana seperti terlihat pada gambar 2.10, dapat diperoleh dengan memasangkan kapasitor pada masukan negatif penguat dan resistor pada posisi yang menghubungkan keluaran dengan masukan sebagai

feedback.

+ -e

in

o R

C

e


(32)

Persamaan kinerja ideal rangkaian diferensiator dasar dapat diturunkan dengan menggunakan asumsi-asumsi penguat ideal. Oleh karena pada rangkaian diferensiator sinyal masukan dikenakan ke rangkaian melalui sebuah kapasitor maka akan terdapat aliran arus yang menuju titik penjumlahan op-amp dan tegangan keluaran yang tidak sama dengan nol hanya terjadi saat tegangan masukan berubah.

Arus yang mengalir ke titik penjumlahan penguat adalah:

��� =�����

�� (2.10)

Dalam kondisi ideal arus ini harus sama dengan arus yang mengalir melalui resistor umpan balik R. maka:

�� = −��� (2.11)

Atau, �� = −������

�� (2.12)

2.5.3 Penguat Inverting

Penguat membalik (inverting) merupakan penerapan dari penguat opersional sebagai penguat sinyal dengan karakteristik dasar sinyal output memiliki phase yang berkebalikan dengan phase sinyal input. Pada rangkaian penguat inverting terdapat pemasangan resistor umpan balik (feedback) dan resistor input adalah untuk mengatur faktor penguatan inverting. Dengan memasang resistor umpan balik (��) dan resistor input (���) maka faktor penguatan dapat diatur dari 1 sampai 100.000 kali. Rangkaian penguat inverting seperti ditunjukkan pada gambar berikut.

+ -e in o Rf e Rin

Gambar 2.10 rangkaian penguat inverting

Besar penguatan dari rangkaian penguat inverting dapat dihitung secara matematis dengan pesamaan:

�= − ��

��� (2.13)

Dengan :


(33)

2.6Mikrokontroller ATMega8535

Mikrokontroller merupakan chip cerdas yang menjadi tren dalam pengendalian dan otomatisasi, terutama dikalangan mahasiswa. Dengan banyak jenis keluarga, kapasitas memori, dan berbagai fitur, mikrokontroller menjadi pilihan dalam aplikasi prosessor mini untuk pengendalian skala kecil.

Beberapa vendor populer seperti intel, atmel, motorola, microchip, dan harris telah memasarkan beberapa jenis mikrokontroller ke pasar seeuruh dunia dalam berbagai bentuk dan fiturnya.

2.6.1 Mikrokontroller AVR

Mikrokontroller AVR (Alf and Vegard’s Risc processor) dari Atmel ini menggunakan arsitektur RISC (Reduced Instruction Set Computer) yang artinya prosessor tersebut memiliki set instruksi program yang lebih sedikit dibandingkan dengan MCS-51 yang menerapkan arsitektur CISC (Complex Istruction Set

Computer).

Hampir semua instruksi prosessor RISC adalah intruksi dasar (belum tentu sederhana), sehingga intruksi-instruksi ini umumnya hanya memerlukan 1 siklus mesin untuk menjalankannya. Kecuali siklus percabangan yang membutuhkan 2 siklus mesin. RISC biasanya dibuat dengan arsitektur Harvard, karena arsitektur ini yang memungkinkan untuk membuat eksekusi instruksi selesai dikerjakan dalam satu atau dua siklus mesin, sehingga akan semakin cepat dan handal. Proses downloading programnya relatif lebih mudah karena dapat dilakukan langsung pada sistemnya.

Sekarang ini, AVR dapat dikelomokkan menjadi 6 kelas, yaitu keluarga Attiny, keluarga AT90Sxx, keluarga ATMega, keluarga AT90CAN, keluarga AT90PWM, dan AT86RFxx. Pada dasarnya yang membedakan kelas adalah memori, periperal dan fungsinya, sedangkan dari segi arsitektur dan instruksi yang digunakan, mereka hampir sama. Sebagai pengendali utama dalam pembuatan robot ini, digunakan salah satu produk ATMEL dari keluarga ATMega yaitu ATMega8535.


(34)

2.6.2 Arsitektur ATMega8535

mikrokontroller ATMega8535 memiliki fitur utama, sebagai berikut. 1. Saluran I/O sebanyak 32 buah yaitu port A, port B, port C, dan port D. 2. ADC 10 bit sebanyak 8 saluran.

3. Tiga unit Timer/Counter dengan kemampuan pembandingan. 4. CPU yang terdiri atas 32 buah register.

5. Watchdog Timer dengan isolator internal. 6. SRAM sebesar 512 byte.

7. Memori flash sebesar 8 kbytes dengan kemampuan Read While Write. 8. Unit interupsi internal dan eksternal.

9. Port antarmuka SPI

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

12.Port USART untuk komunikasi serial.

Mikrokontroller AVR ATMega8535 merupakan mikrokontroller pproduksi Atmel dengan 8 kbyte In-System Programable-Flash, 512 byte EEPROM dan 512 bytes internal SRAM. AVR ATMega8535 memiliki seluruh fitur yang dimiliki AT90S8535. Selain itu, konfigurasi pin AVR ATMega8535 juga kompatibel dengan AT90S8535.

Diagram blok arsitektur ATMega8535 ditunjukkan oleh gambar 2.3. terdapat sebuah inti prosessor (processor core) yaitu Central Processing Unit, dimana terjadi proses pengumpanan instruksi (fetching) dan komputasi data. Selurung register umum sebanyak 32 buah terhubung langsung dengan unit ALU (Arithmatic and

Logic Unit). Terdapat empat buah port masing-masing delapan bit dapat difungsikan

sebagai masukan maupun keluaran.

Media penyimpanan program berupa Flash Memory, sedangkan penyimpanan data berupa SRAM (Static Random Acces Memory) dan EEPROM

(Electrical Erasable Programable Only Memory). Untuk komunikasi data tersedia

fasilitas SPI (Serial Peripheral Interface), USART (Universal Synchronous and

Asynchronous serial Receiver and Transmitter), serta TWI (Two-wire Serial Interface).


(35)

Di samping itu terdapat fitur tambahan, antara lain AC (Analog Comparator), 8 kanal 10-bit ADC (Analog to Digital Converter), 3 buah Timer/Counter, WDT (watchdog Timer), manajemen penghematan daya (Sleep Mode), serta oscilator internal 8 MHz. Seluruh fitur terhubung ke bus 8 bit. Unit interupsi menyedikan suumber interupsi hingga 21 macam. Sebuah stack Pointer selebar 16 bit dapat digunakan untuk menyimpan data sementara saat interupsi.

Mikrokontroller ATMega8535 dapat dipasang pada frekuensi kerja hingga 16MHz (maksimal 8 MHz untuk versi ATMega8535L). sumber frekuensi bisa dari luar berupa osilator kristal, atau menggunakan osilator internal. Keluarga AVR dapat mengeksekusi instruksi dengan cepatkarena menggunakan teknik “memegang sambil mengarjakan” (Fetch during Execution). Dalam satu siklus clock, terdapat dua register independen yang dapat diakses oleh satu instruksi.


(36)

Gambar 2.11 Blok Diagram dan Arsitektur ATmega 8535

2.6.3 Konfigurasi PIN


(37)

Tabel 2.2 konfigurasi pin mikrokontroller ATMega8535

Nama PIN Fungsi

VCC Catu Daya GND Ground Port A

(PA7..PA0)

Port I/O 8-bit dua arah dengan resistor pull up internal.

Juga berfungsi sebagai masukan analog ke ADC (ADC0 s.d. ADC 7) Port B

(PB7..PB0)

Port i/O 8-bit dua arah dengan resistor pull up internal. Fungsi khusus masing-masing pin:

PB0 T0 (Timer/Counter0 External Counter Input)

Port Pin Fungsi Lain

PB1 T1 (Timer/Counter1 External Counter Input) PB2 AIN0 (Analog Comparator Positive Input) PB3 AIN1 (Analog Comparator Negative Input) PB4 SS (SPI Slave Select Input)

PB5 MOSI (SPI Bus Master Output/Slave Input) PB6 MISO (SPI Bus Master Input/Slave Output) PB7 SCK (SPI Bus Serial Clock)

Port C (PC7..PC0)

Port i/O 8-bit dua arah dengan resistor pull up internal.

Dua pin yaitu PC6 dan PC7 berfungsi sebagai oscillator luar Timer/Counter2.

Port D (PD7..PD0)

Port i/O 8-bit dua arah dengan resistor pull up internal. Fungsi khusus masing-masing pin:

Port Pin

PD0 RXD (USART Input Line)

Fungsi Lain

PD1 TXD (USART Output Line) PD2 INT0 (External Interupt 0 Input) PD3 INT1 (External Interrupt 1 Input)

PD4 OC1B (Timer/Counter1 Output CompareB Match

Output)

PD5 OC1A (Timer/Counter Output CompareA Match

Output)


(38)

PD7 OC2 (Timer/Counter2 Output Copare Match Output) RESET Masukan reset. Sebuah reset terjadi jika pin ini diberi logika rendah

melebihi periode minimum yang diperlukan.

XTAL1 Masukan ke inverting oscillator amplifier dan masukan ke rangkaian

clock internal.

XTAL2 Keluaran dari inverting oscillator amplifier. AVCC Catu daya untuk port A dan ADC.

AREF Referensi masukan analog untuk ADC. AGND Ground Analog.

2.6.4 Peta Memori

Mikrokontroler AVR ATmega 8535 memiliki dua jenis memori yaitu (1) memori data (SRAM) dan (2) memori program (memori Flash). Di samping itu juga dilengkapi dengan EEPROM (Electrical Erasable Programmable Read Only

Memory) untuk penyimpanan data tambahan yang bersifat non-volatile. Memori

EEPROM ini mempunyai lokasi yang terpisah dengan sistem register alamat, register data dan register kontrol yang dibuat khusus untuk EEPROM.

Mikrokontroler ATmega 8535 memiliki On-Chip In-SystemReprogrammable

Flash Memory untuk menyimpan program. Untuk alasan keamanan, memori

program dibagimenjadi dua bagian yaitu (1) Boot Flash Section dan (2) Application

Flash Section. Boot Flash Section digunakan untuk meyimpan program Boot Loade,

yaitu program yang harus dijalankan pada saat AVR reset atau pertama kali diaktifkan. Application Flash Section digunakan untuk menyimpan progam aplikasi yang dibuat pengguna. Mikrokontroler AVR tidak dapat menjalankan program aplikasi ini sebelum menjalankan Boot Loader. Besarnya memori Boot Flash Section dapat diprogram dari 128 word sampai 1024 word tergantung setting pada konfigurasi bit di-register BOOTSZ. Jika Boot Loader diproteksi, maka program pada Application Flash Section juga sudah aman.

Memori data dibagi menjadi tiga yaitu :

1. Terdapaat 32 register keperluan umum (general purpose register_GPR biasa disebut register file di dalam teknologi RISC)


(39)

2. Terdapat 64 register untuk keperluan input/output (I/O register)

3. Terdapat 512 byte SRAM internal. Selain itu, terdapat pula EEPROM 512

byte sebagai memori data yang dapat diprogram saat beroperasi. I/O register

dan memori SRAM pada mikrokontroler AVR ATmega 8535.

Gambar 2.12 Memori AVR ATmega8535

2.6.5 Bahasa Pemograman Mikrokontroller ATMega8535

Pemrograman mikrokontroler ATMega8535 dapat menggunakan low level language

(assembly) dan high level language (C, Basic, Pascal, Java, dll) tergantung compiler

yang digunakan. Bahasa Assembler mikrokontroler AVR memiliki kesamaan instruksi, sehingga jika pemrograman satu jenis mikrokontroler AVR sudah dikuasai, maka akan dengan mudah menguasai pemrograman keseluruhan mikrokontroler jenis mikrokontroler AVR. Namun bahasa assembler relatif lebih sulit dipelajari dari pada bahasa C. Untuk pembuatan suatu proyek yang besar akan memakan waktu yang lama serta penulisan programnya akan panjang. Sedangkan bahasa C memiliki keunggulan dibanding bahasa assembler yaitu independent terhadap hardware serta lebih mudah untuk menangani project yang besar.

Bahasa C memiliki keuntungan-keuntungan yang dimiliki bahasa


(40)

mesin, dapat dilakukan dengan bahasa C dengan penyusunan program yang lebih sederhana dan mudah. Bahasa C terletak diantara bahasa pemrograman tingkat tinggi dan assembly.

Gambar 2.13 tampilan CodeVisionAVR

Bahasa pemrograman yang sering digunakan pada pemrograman Mikrokontroller ATMega 8535 adalah bahasa pemrograman CodeVisionAVR dengan basic bahasa C.

2.7USB to TTL sebagai Komunikasi Data Serial

Untuk dapat berkomunikasi antara mikrokontroler dengan PC, maka diperlukan suatu penyetaraan level tegangan. Besarnya level tegangan komunikasi serial untuk mikrokontroller diantara 0-3,3 Volt akan tetapi untuk tegangan komunikasi serial komputer sekitar -15 sampai 15 volt. Agar kedua piranti dapat berkomunikasi satu sama lain maka diperlukan sebuah converter agar level tegangannya setara. Salah satu converter yang dapat digunakan adalah dengan menggunakan IC MAX232 yang dihubungkan dengan komputer melalui interface DB9 atau dengan menggunakan kabel USB to serial converter yaitu USB to TTL.

Mikrokontroller terhubung langsung dengan USB to TTL melalui pin 14 (RXD), pin 15 (TXD) dan pin 11 (GND). USB to TTL menggunakan PL2303 ditunjukkan pada gambar berikut.


(41)

Gambar 2.14 USB to TTL

2.8Personal Computer (PC)

Personal Computer (PC) atau dapat diartikan koputer pribadi adalah seperangkat komputer yang digunakan oleh satu orang saja atau pribadi. Fungsi utama dari PC adalah untuk mengolah data input dan menampilkan data output pada monitor berupa data/informasi yang sesuai keinginan pengguna (user).

Setiap PC terdiri dari perangkat keras (Hardware) dan perangkat lunak (Software) untuk mendukung dalam pengolahan data/informasi yang akan ditampilkan oleh PC bagi pengguna. Dalam perancangan alat ini, PC akan menampilkan data hasil pengukuran.


(42)

BAB 3

METODE PENELITIAN

3.1Tempat Dan Waktu Penelitian

Penelitian karya ilmiah ini dilakukan di Laboratorium Elektronika Lanjutan, departemen Fisika Universitas Sumatera Utara. Penelitian yang dilaksanan meliputi perancangan sistem alat, pembuatan rangkaian sistem elektronik, pengujian setiap bagian rangkaian meliputi rangkaian PSA, Osilator, Penguat Sinyal, rangkaian mikrokontroller dan pelat sejajar. Serta pengujian program sistem alat dan proses pengambilan data sebagai hasil penelitian. Waktu penelitian ini dilakukan mulai pada bulan maret 2015 sampai dengan juli 2015.

3.2Peralatan, Bahan dan Komponen 3.2.1 Peralatan

Dalam tahap proses perancangan dan pembuatan sistem alat pada penelitian ini digunakan peralatan sebagai berikut:

a. Solder

b. Vacum desoldering

c. Multimeter digital SANWA CD800a d. Osiloskop OWON 600MHz

e. Komputer (PC) f. USB ISP Programmer g. Bor listrik

3.2.2 Bahan dan Komponen

Bahan dan komponen yang dipergunakan dalam perakitan sistem alat ukur ini adalah sebagai berikut:

a. IC XR2206

b. Mikrokontroller ATMega8535 c. IC LM741


(43)

e. Dioda f. Kapasitor g. Resistor h. Potensiometer i. Kabel

j. Timah solder k. Papan PCB l. Papan Acrylic m. Led

n. Pelarut tembaga (FeCl3)

3.3Diagram Blok

Pada proses penelitan pembuatan sistem alat ini, dirancang suatu diagram blok sistem alat ukur kerusakan oli sebagai berikut:

Gambar 3.1. diagram blok sistem alat ukur kerusakan oli

Dengan penjelasan setiap blok adalah sebagai berikut:

a. Blok Pembangkit Sinyal : pembangkit sinyal (osilator) akan membangkitkan sinyal berupa gelombang listrik yang akan dilewatkan melalui transduser kapasitif.

b. Blok Capasitive Transducer : transduser kapasitif sebagai kapasitor plat sejajar dengan luas dan jarak yang tetap yang dijadikan sebagai


(44)

detectorperubahan kapasitansi bahan dielektrik yang ditempatkan diantara

plat sejajar tersebut dengan melewatkan gelombang sinyal dari osilator. c. Blok Pengkondisi Sinyal : Pengkondisi sinyal menerima gelombang sinyal

dari transduser kapasitif dan menyesuaikan penguatan sinyal agar dapat diterima dan diproses oleh mikrokontroller ATMega8535 sebagai mikroprosessor.

d. Blok Mikrokontroller ATMega8535 : mikrokontroller ATMega8535 akan menerima sinyal dari pengkondisi sinyal yang terlebih dulu melalui ADC internal Mikrokontroller untuk mengubah sinyal yang diterima berupa sinyal analog menjadi sinyal digital dan dilanjutkan ke pemrosesan data sesuai program pada mikrokontroller.

e. Blok USB to TTL : USB to TTL sebagai jalur komunikasi data serial antara mikrokontroller dengan PC atau komputer untuk menampilkan hasil pengukuran konstanta dielektrik oleh sistem alat.

f. Blok Personal Computer : Personal Computer (PC) akan mengolah dan menampilkan hasil pengukuran dari sistem alat dalam melakukan pengukuran tingkat kerusakan oli.

3.4Prosedur Penelitian

3.4.1 Rangkaian Sistem Alat A. Sistem Minimum ATMega8535

Mikrokontroller merupakan mikrroprosessor yang sangat sering digunakan dalam pengontrolan maupun pengolahan data. Dalam perancangan sistem alat ukur kerusakan oli ini menggunakan mikrokontroller ATMega8535. Rangkaian sistem minimum yang terdiri dari rangkaian standart rekomendasi pabrik agar mikrokontroller dapat bekerja sebagaimana seharusnya. Rangkaian sistem minimum ATMega8535 ini menggunakan kristal eksternal dan catu daya yang digunakan sebesar 5 volt DC yang terhubung dengan kaki 10 (Vcc) dan kaki 11 (Ground).


(45)

Gambar 3.2 Rangkaian sistem minimum mikrokontroller ATMega8535

B. Transduser Kapasitif

Transduser kapasitif terdiri atas dua buah pelat sejajar yang akan berhubungan langsung dengan sampel yang akan diukur. Pelat didesain dari pelat tembaga yang yang sangat efektif untuk mentransmisikan gelombang listrik. Sinyal yang dihasilkan oleh osilator akan dilewatkan melalui pelat tembaga dengan sampel oli sebagai bahan dilektrik diantara kedua pelat.

Salah satu pelat akan dihubungkan dengan osilator dan yang lain terhubung langsung dengan rangkaian pengkondisi sinyal. Dengan keadaan ini akan dapat mengukur dan membedakan sifat dielektrik pada bahan yang ditempatkan diantara pelat sejajar. Secara sistematik bentuk transduser kapasitif ini terlihat pada gambar berikut.


(46)

6 cm

5 cm

Pelat tembaga Bahan isolator sebagai

pemisah antar pelat

Gambar 3.3 desain pelat sejajar sebagai transduser kapasitif

Rancangan transduser mengacu pada persamaan (2.7) yang memberikan kapasitansi sebuah kapasitas kapasitor pelat sejajar :

�= �.�0.�

Dengan :

k = konstanta dielektrik

�0 = permitivitas ruang hampa (8,85 x 10

-12

C/Nm2) A = luas penampang pelat (m2)

d = jarak antar pelat (m)

dari persamaan tersebut dapat dirancang ukuran sensor yang sesuai. Agar tingkat sensitifitasnya baik, maka transduser kapasitif harus memiliki impedansi yang kecil sehingga bahan dielektrik lebih mudah ditembus gelombang listrik yang dilewatkan. Dengan melihat hubungan impedansi kapasitor dengan kapasitansinya melalui persamaan:

�� =��1 (3.1)

Dengan;

� = 2�� (3.2)

Maka untuk mendapatkan nilai impedansi yang kecil, nilai kapasitansi pelat sejajar harus besar dalam hal ini berbanding terbalik. Nilai kapasitansi berbanding lurus dengan luas pelat (A) dan berbanding terbalik dengan jarak antarplat (d). Rancangan didasarkan pada konstanta dielektrik udara 1, dan luas pelat sejajar (A) sebesar


(47)

1,5 . 10−3�, maka nilai kapasitansi pelat sejajar dengan bahan dielektrik udara berdasarkan persamaan 2.7 adalah :

� =1 .8,85 . 10

−12 .30 . 10−4

1,5 . 10−3 = 177 . 10−

13����� = 17,7 ��

Dari persamaan 3.1 dapat dilihat hubungan frekuensi terhadap nilai impedansi pelat sejajar. Jika frekuensi osilator yang digunakan adalah 50 KHz, maka:

�� = 1

2 . 3,14 .50000 �� .17,7 . 10−12 = 179927,3 Ω= 180 �Ω

Impedansi pada frekuensi 55 KHz:

�� = 1

2 . 3,14 .55000 �� .17,7 . 10−12 = 163570,2 Ω= 163,6 �Ω

Semakin besar nilai frekuensi maka semakin kecil nilai impedansi.

C. Pembangkit Sinyal dengan IC XR2206

Untuk memperoleh gelombang listrik yang akan dilewatkan melalui transduser kapasitif dibuat rangkaian pembangkit sinyal atau osilator. Osilator mampu menghasilkan bentuk sinyal sinusoidal, kotak, dan segitiga. Rangkaian osilator dibuat menggunakan IC XR2206 yang hanya memerlukan pengaturan nilai R dan C untuk menentukan nilai frekuensi yang akan dihasilkan. Untuk rangkaiannya ditunjukkan pada gambar berikut.

4 3 5 6 7 10 1 8 11 9 12 2 13 14 15 16 5,1 K 1 uF 5,1 K 50 K 1 K 100 K 1 K 50 K 500 1 uF 1 nF 1 uF 100 nF Vcc MO TC1 TC2 TR1 Bias AMSI TR2 SYNCO FSKI GND STO WAVEA1 WAVEA2 SYMA2 SYMA1 XR2206 12 V SINE TERMINAL

Gambar 3.4 Rangkaian skematik pembangkit Sinyal

Untuk menghasilkan nilai frekuensi tertentu perlu mengatur nilai R dan C eksternalnya. Dari persamaan 2.6 dapat dihitung frekuensi osilasi dari rangkaian


(48)

diatas. Misalkan nilai resistor diatur pada frekuensi 10 Kohm, dan kapasitor dengan besar kapasitas 1 nano Farad, maka besar frekuensinya adalah

�= 1

10000 . 10−9= ������

Semakin kecil nilai R dan C maka semakin besar nilai frekuensi (�).

D. Pengkondisi Sinyal

Rangkaian pengkondisi sinyal memiliki peran penting dalam perancangan sistem alat. Pengkondisi sinyal berguna untuk mempertahankan dan menguatkan sinyal dari osilator yang lolos melalui transduser kapasitif agar dapat dibaca oleh mikrokontroller. Rangkaian pengkondisi sinyal menggunakan IC LM741 yang dibuat dengan dua buah penguat op-amp.

Gambar 3.5 rangkaian sistematik pengkondisi sinyal LM741

Bentuk sistematis dari rangkaian pengkondisi sinyal ditunjukkan pada gambar diatas. Sinyal yang lolos melalui transduser kapasitif akan masuk ke input inverting op-amp pertama. Sinyal keluaran dari op-amp pertama dikuatkan kembali melalui op-amp kedua dengan masukan inverting. Sedangkan input non-inverting terhubung ke ground.

Agar sinyal keluaran analog dari rangkaian pengkondisi sinyal yaitu tegangan AC dapat dibaca oleh mikrokontroller maka kemudian disearahkan melalui rangkaian penyearah seperti pada gambar berikut.


(49)

E. Komunikasi data Serial USB to TTL

Kabel USB to TTL merupakan salah satu jenis kabel untuk menghubungkan mikrokontroller ke komputer. USB to TTL sebagai converter dalam komunikasi data antara mikrokontroller dengan komputer. Berikut rangkaian sistematik pada USB to TTL.

Gambar 3.7 rangkaian skematik USB to TTL

F. Power Supply

Rangkaian Power supply berfungsi untuk mensupplai daya keseluruh rangkaian yang ada. Rangkaian PSA yang dibuat terdiri dari dua keluaran, yaitu tegangan +12 volt dan -12 volt. Tegangan sebesar ini diperlukan untuk mengoperasikan rangkaian terutama rangkaian Pengkondisi sinyal yang menggunakan IC LM741. Rangkaian Power supply ditunjukkan pada gambar berikut.


(50)

Rangkaian ini menggunakan trafo CT 1 A stepdown yang berfungsi menurunkan tegangan dari 220 volt menjadi 12 volt AC. Seterusnya tegangan 12 volt AC disearahkan menggunakan empat buah diode dan kemudian diratakan oleh 2 buah kapasitor 3300 �� dan dilewatkan melalui regulator +12 volt (7812) dan -12 volt (7912) untuk mendapatkan tegangan tetap +12 volt dan -2 volt DC.

Sedangkan tegangan untuk keperluan pada rangkaian osilator dan mikrokontroller akan dilewatkan melalui regulator 5 volt (7805) yang digabung pada rangkaian mikrokontroller sebelumnya.

3.4.2 Rancangan Sistem Program

A. Flowchart Program pada mikrokontroller

start

Start AD conversion

Initialization baudrate

Initialization ADC

Print f

End


(51)

B. Fowchart Program Pada Visual Basic

Mulai

Baca comport = x;

End x=0

x<596? x>610?

Hitung Text1=x; Hitung

Text2=x/204,8;

Print Text4=kualitas oli

baik;

Print

Text4=kualitas oli buruk;

ya ya

tidak tidak


(52)

3.4.3 Pengujian Sampel Oli

A. Pengujian Konstanta dielektrik dengan Alat

Untuk menentukan tingkat kerusakan suatu pelumas berdasarkan konstanta dielektrik dengan sistem alat yang telah dirancang dan dibangun. Sampel oli akan dibagi dalam lima bagian dengan pencampuran antara oli buruk dan oli yang fresh. Oli buruk/rusak didefenisikan berdasarkan ketentuan dari produsen oli yaitu oli disarankan diganti setelah pemakaian lebih dari 2000 Km.

Sampel oli yang akan diuji tingkat kerusakannya adalah sampel pertama adalah oli fresh, sampel kedua adalah campuran 75% oli fresh + 25% oli buruk (campuran 1), sampel ketiga adalah campuran 50% oli fresh + 50% oli buruk (campuran 2), sampel keempat adalah campuran 25% oli fresh + 75% oli buruk (campuran 3) dan sampel kelima adalah oli buruk. Setiap sampel oli mesin dibuat dengan volume yang sama 200 ml. Oli pelumas yang diuji merupakan oli dengan merk produksi MPX1 dengan standard SAE 10W-30 yang pada umumnya digunakan di Indonesia.


(53)

(54)

BAB 4

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1Hasil Penelitian 4.1.1 Pengujian Alat

A. Pembangkit Sinyal (osilator)

Pembangkit sinyal dibangun dari sebuah IC XR2206 yang dikonfigurasi dengan resistor dan kapasitor eksternal untuk menghasilkan suatu nilai frekuensi tertentu. Sinyal yang dipakai dari rangkaian pembangkit sinyal ini adalah sinyal sinusoidal. Berdasarkan persamaan 2.6, dengan konfigurasi nilai RC eksternal dengan nilai kapasitor tetap sebesar 1 nF, dan resistor yang digunakan adalah resistor variabel 100 Kohm, maka diperoleh hasil pengujian rangkaian pembangkit sinyal pada suhu tetap 29 oC yang dibangun dari sebuah IC XR2206 dengan menvariasikan resistansi resistor variabel dengan interval 10 Kohm ditunjukkan dari gambar grafik berikut.

Gambar 4.1 Grafik frekuensi teori dan frekuensi praktek vs resistansi resistor variabel eksternal

Dari grafik diatas menunjukkan hubungan resistansi resistor serta perbedaan frekuensi secara teori dan secara praktek dari rangkaian pembangkit sinyal. Terlihat bahwa IC XR2206 memiliki kinerja yang baik dari frekuensi 20 KHz kebawah yang ditunjukkan oleh grafik yang behimpit, sedangkan untuk frekuensi diatas 20 KHz memiliki ralat yang semakin besar secara praktek. Frekuensi gelombang osilator

0 20 40 60 80 100 120

0 20 40 60 80 100 120

F re k u e n si ( K H z)

Resistansi Resistor (KOhm)

F teori (KHz) F praktek (KHz)


(55)

diukur menggunakan multimeter digital Sanwa CD800a dan juga dengan perhitungan periode gelombang pada osiloskop OWON.

Namun penurunan kinerja IC XR2206 bukan menjadi masalah, karena frekuensi yang digunakan tidak harus nilai frekuensi yang sangat besar. Frekuensi gelombang yang dibutuhkan mampu melewati sampel oli sebagai bahan dielektrik dan memiliki gelombang keluaran yang baik.

B. Penguat Sinyal (amplifier)

Penguat sinyal memiliki peran yang sangat penting dalam sistem alat pengukuran tingkat kerusakan oli. Perbedaan amplitudo gelombang yang sangat kecil dari sampel oli sangat sulit untuk dapat dibaca dan dibedakan oleh mikrokontroller. Penguat sinyal berfungsi untuk memperoleh perbedaan tegangan yang lebih besar dari sampel yang berbeda dan untuk menyesuaikan besar tegangan agar dapat dibaca oleh mikrokontroller.

Penguatan dan pengkondisi sinyal dibangun dari dua buah IC LM741. Gambar 3.6 menunjukkan rangkaian skematik penguat sinyal. IC pertama terhubung ke pelat sejajar. Berdasarkan persamaan 2.13 penguatan IC pertama pada frekuensi 50 KHz dengan medium udara adalah:

�1 =

51 �Ω

180 �Ω= 0,283 ����

Dan tegangan keluaran dari IC pertama sebagai masukan pada IC kedua dengan penguatan : �2 =22,86 �Ω

1 �Ω = 22,86 kali

Resistansi 180 �Ω diperoleh dari perhitungan impedansi pelat sejajar sebagai transduser kapasitif apabila dilewatkan gelombang dengan frekuensi 50 KHz pada medium udara. Sedangkan resistansi 22,86 �Ω adalah resistansi maksimum dari potensiometer 20 �Ω sebagai resistor feedbackpada IC kedua. Sehingga penguatan dari kedua IC adalah 0,283 � 22,86 = 6,477 kali.

C. Pelat Sejajar sebagai Transduser Kapasitif

Pelat sejajar yang difungsikan sebagai transduser kapasitif pada pembuatan alat pengukur tingkat kerusakan oli yang dibangun dari dua buah pelat tembaga. Pemilihan pelat tembaga karena tembaga memiliki hambatan jenis yang lebih kecil


(56)

dari bahan yang lain yaitu sebesar 0,017 Ω�. Sehingga membuat pelat ini lebih konduktif. Kedua pelat tembaga dipisahkan dengan jarak tertentu menggunakan bahan plastik dengan tebal sebesar 1,5 mm. Salah satu pelat terhubung langsung dengan pembangkit sinyal melalui sebuah kabel dan pelat yang lain terhubung ke rangkaian penguat sinyal.

Gambar 4.2 Pelat tembaga sebagai Transduser

Pengaruh perubahan bahan dielektrik yang terdapat diantara kedua pelat terhadap gelombang yang dilewatkan merupakan hal yang sangat penting. Karena apabila tidak terdapat perbedaan interaksi gelombang dengan perubahan bahan dielektrik maka sistem alat akan sulit untuk membedakan setiap sampel yang akan diuji. Pelat sejajar harus sensitif terhadap perubahan sampel oli yang akan di uji. Pelat tembaga akan berhubungan langsung dengan sampel oli yang diuji tingkat kerusakannya. Untuk melihat tingkat sensitifitasnya dilakukan pengujian pada pelat dengan frekuensi 10 KHz sampai 100 KHz dengan interval 5 KHz pada medium udara dan oli fresh. Hasil pengujian ditunjukkan oleh grafik berikut.

Gambar 4.3 grafik hubungan frekuensi dan tegangan pada medium udara dan oli

fresh

Berdasarkan data grafik pada gambar 4.3, ditunjukkan bahwa pada frekuensi 10 KHz sampai 45 KHz terjadi tren menurun dari tegangan. Pada range frekuensi ini

0 1 2 3 4 5 6 7

0 20 40 60 80 100 120

T e g a n g a n ( v o lt ) Frekuensi (KHz)


(57)

juga ditunjukkan bahwa tegangan medium udara lebih tinggi dari tegangan medium oli fresh. Hal tersebut terjadi karena frekuensi gelombang 10-45 KHz yang dilewatkan masih sulit melalui medium oli fresh.

Gambar 4.4 gelombang osilator (merah) dan gelombang keluaran (kuning) pada frekuensi 40 KHz

Sedangkan dari frekuensi 50 KHz sampai 100 KHz tegangan medium oli

fresh lebih besar dari tegangan medium udara. Namun terkecuali pada frekuensi 65

KHz pada medium oli terjadi penurunan tegangan yang signifikan kemudian tegangan kembali naik hingga pada frekuensi 85 sampai 100 KHz tegangan konstan. Perubahan ini disebabkan mulai terjadi pembatasan fasa gelombang seperti ditunjukkan pada gambar 4.5.

Gambar 4.5 gelombang osilator (merah) dan gelombang keluaran (kuning) pada frekuensi 90 KHz

Demikian juga pada medium udara terjadi penurunan tegangan signifikan pada frekuensi 70 KHz. Perubahan ini juga terjadi karena pembatasan fasa gelombang


(58)

keluaran, namun hal ini terjadi mulai pada frekuensi 70 KHz kemudian tegangan naik sampai frekuensi 100 KHz.

Pada frekuensi 50 KHz sampai 60 KHz ditunjukkan perubahan tegangan yang tejadi pada medium udara dan oli fresh. Tegangan oli fresh lebih besar dari pada udara. Pada range frekuensi ini juga gelombang keluaran lebih stabil dan pengukuran tegangan yang lebih konstan seperti ditunjukkan pada gambar 4.6 berikut.

Gambar 4.6 gelombang osilator (merah) dan gelombang keluaran (kuning) pada frekuensi 50 KHz

Selisih tegangan antara medium oli fresh dan udara pada frekuensi 50, 55 dan 60 KHz berturut-turut 1,94 volt; 2,21 volt dan 2,10 volt. Selisih tegangan terbesar terjadi pada frekuensi 55 KHz sebesar 2,21 volt. Namun frekuensi yang dipilih sebagai frekuensi yang digunakan adalah frekuensi 50 KHz. Pilihan ini didasari pengujian nilai frekuensi 55 dan 60 KHz pada oli buruk (tingkat kerusakan tinggi), tegangan yang terukur melebihi 5 volt yang melampaui tegangan yang dapat dibaca mikrokontroller. Meskipun pada frekuensi 50 KHz selisih tegangan antara udara dan oli fresh lebih kecil, namun pada frekuensi ini gelombang keluaran lebih stabil dan dapat diperoleh perbedaan tegangan dari sampel oli dengan tingkat kerusakan yang berbeda yang dapat dibaca oleh mikrokontroller.

D. Pengujian Mikrokontroller ATMega8535

Pengujian pada rangkaian mikrokontroller bertujuan untuk memastikan mikrokontroller berfungsi dengan baik. Pengujian dilakukan pada port PA0 (ADC0)


(59)

yang digunakan sebagai masukan tegangan dari rangkaian penguat sinyal, PD0 (RXD) dan PD1 (TXD) masing-masing sebagai jalur komunikasi data serial dangan PC melalui USB to TTL dengan percobaan menghidupkan LED pada port yang digunakan. Pengujian dilakukan dengan menginput listing program berikut ke mikrokontroller ATMega8535.

#include <mega8535.h> //masukkan mikro ATMega yang digunakan #include <delay.h> //masukkan waktu tunda

void main(void) {

PORTA=0x00; DDRA=0x00; PORTD=0x00; DDRD=0x00;

while (1) {

PORTA=0x01; PORTD=0x03;

delay_ms(500); //delay 500 msec }

}

E. Visual Basic 6.0 pada PC

Untuk pengolahan data dari mikrokontroller agar dapat diamati secara langsung melalui PC diolah melalui software Visual Basic 6.0. Untuk menampilkan visualisasi dari hasil pengukuran tingkat kerusakan oli dengan visual basic 6.0 digunakan listing

program berikut:

Private Sub Command1_Click() End


(60)

Private Sub Form_Load() MSComm1.PortOpen = True End Sub

Private Sub Timer1_Timer() x = MSComm1.Input

If x <> "" Then Text2 = x / 204.6 Text1 = x

End If

If Text1 <596 Then

Text3 = "Kualitas Oli Baik" End If

If Text1 >610 Then

Text3 = "Kualitas Oli Buruk" End If

If Text1 <596 Then Level = 1

Label1.BackColor = &HFF0000 Label2.BackColor = &H8000000E End If

If Text1 >610 Then Level = 1

Label1.BackColor = &HFF0000 Label2.BackColor = &HFF& End If


(61)

Tampilan visual dari visual basic 6.0 menunjukkan nilai data digital yang diterima dari mikrokontroller. Visual Basic membaca data digital tegangan dari mikrokontroller melalui commport pada PC. Data digital dikonversi kembali menjadi nilai tegangan yang akan ditampilkan seperti pada gambar 4.7 berikut.

(a) (b)

(c)

Gambar 4.7 Tampilan pengujian pada (a) medium udara dan sampel (b) oli fresh, (c) oli buruk pada visual Basic

4.1.2 Pengujian Sistem Alat pada Sampel Oli

Sampel oli yang akan diuji tingkat kerusakannya dibagi dalam 5 sampel. Sampel pertama adalah oli bersih (fresh), sampel kedua adalah 75% oli fresh + 25% oli buruk (campuran 1), sampel ketiga adalah 50% oli fresh + 50% oli buruk (campuran 2), sampel keempat adalah 25% oli fresh + 75% oli buruk (campuran 3) dan sampel kelima adalah oli buruk. Setiap sampel dibuat dengan volume yang sama 200 ml.


(62)

Pengujian sampel dilakukan sebanyak 5 kali pengulangan setiap sampel oli. Sebelum dilakukan pengukuran pada sampel, pelat sejajar terlebih dahulu dibersihkan dan dikalibrasi. Proses kalibrasi dilakukan dengan memeriksa frekuensi osilator dan memastikan pelat sejajar bersih dan siap digunakan. Petunjuk bahwa alat telah terkalibrasi adalah dengan pengukuran pada medium udara yang memiliki tegangan keluaran 0.9 volt, sehingga pengukuran yang akan dilakukan sesuai dengan yang diharapkan.

Hasil pengujian sampel oli ditunjukkan pada tabel berikut: Tabel 4.1 hasil pengukuran tegangan sampel oli mesin

Tingkat kerusakan oli mesin Tegangan rata-rata (volt)

fresh 2.814

Campuran 1 2.856

Campuran 2 2.914

Campuran 3 2.986

buruk 3.022

Dari data diatas ditunjukkan hubungan perbandingan kualitas oli dengan tegangan keluaran. Berdasarkan persamaan 2.12:

�� =−��������

Bahwa tegangan keluaran sebanding dengan kapasitansi, dan pada persamaan 2.7 ditunjukkan hubungan kapasitansi dengan konstanta dielektrik.

�= �.��.�

Karena tegangan sebanding dengan konstanta dielektrik, maka data diatas juga menunjukkan hubungan kualitas oli dengan konstanta dielektriknya. Semakin buruk kualitas oli, maka semakin besar nilai konstanta dielektriknya. Pengujian sampel oli mesin dilakukan pengulangan sebanyak 5 kali dari setiap sampel. Setelah melakukan pengujian pada 5 sampel oli mesin diperoleh hubungan tingkat kerusakan oli mesin dengan tegangan seperti ditunjukkan pada gambar 4.8.


(63)

Gambar 4.8 grafik tingkat kerusakan terhadap tegangan sampel oli mesin dalam 5 kali pengulangan

Data yang ditunjukkan gambar 4.8 menunjukkan hubungan yang belum liniear dan tegangan yang terukur oleh alat masih berubah-ubah setiap kali pengukuran. Namun selisih tegangan pengukuran pada sampel yang sama tidak terlalu besar dan mampu membedakan perbedaan pada setiap tingkat kerusakan sampel oli mesin.Hasil pengukuran menunjukkan semakin tinggi tingkat kerusakan oli mesin, semakin tinggi tegangan keluaran dari sistem alat.

Gambar 4.9 grafik hubungan tegangan terhadap sampel oli mesin

Tegangan yang ditunjukkan pada hasil pengukuran dengan sistem alat menginterpretasikan perubahan konstanta dielektrik pada oli mesin. Perubahan konstanta dielektrik dari sampel oli mesin ditunjukkan tren menaik dari tegangan


(64)

yang terukur. Kenaikan konstanta dielektrik ini menunjukkan semakin mudahnya lewat gelombang listrik yang ditransmisikan dari osilator akibat sampel oli dengan tingkat kerusakan semakin tinggi memiliki impedansi yang semakin kecil. Semakin kecil impedansi maka semakin tinggi tegangan yang dihasilkan.

4.2Analisa Penelitian

Berdasarkan sejumlah variasi nilai frekuensi yang dilakukan terhadap medium udara dan medium oli mesin yang fresh, frekuensi 50-60 KHz memiliki gelombang keluaran yang lebih baik. Selisih tegangan terbesar terukur pada frekuensi 55KHz yakni sebesar 2,21 volt. Pengujian yang dilakukan pada sampel oli dengan kualitas buruk menunjukkan nilai tegangan sebesar 5,38 volt yang melebihi batas tegangan yang dapat dibaca oleh mikrokontroller sehingga frekuensi 50 KHz menjadi pilihan frekuensi yang digunakan. Perbedaan gelombang keluaran penguat pada frekuensi 40 KHz, 50 KHz dan 90 KHz ditunjukkan pada gambar 4.4, 4.5 dan 4.6.

Pada frekuensi dibawah 50 KHz ditunjukkan tegangan oli fresh lebih kecil dari pada tegangan dengan medium udara. Hal ini disebabkan frekuensi gelombang listrik yang ditransmisikan kurang kuat untuk menembus medium sampel oli mesin. Gelombang dengan frekuensi yang lebih tinggi memiliki stabilitas lebih baik dan lebih kuat dalam menembus suatu medium dielektrik.

Dari pengujian sampel oli mesin pada frekuensi 50 KHz diperoleh perbedaan tegangan seperti ditunjukkan gambar 4.8. Semakin tinggi tingkat kerusakan oli mesin semakin besar tegangan yang terukur. Berdasarkan rangkaian penguat pertama merupakan penguat diferensiator sehingga tegangan berbanding lurus dengan kapasitansi pelat sejajar dan kapasitansi berbanding lurus dengan konstanta medium dielektrik. Sehingga konstanta dielektrik dari sampel oli mesin ditunjukkan dari besar tegangannya. Semakin besar konstanta dielektrik oli mesin yang terukur dari medium sampel oli, semakin tinggi tingkat kerusakan oli mesin tersebut dan sebaliknya.


(65)

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1Kesimpulan

Dari hasil penelitian ini maka dapat disimpulkan:

1. Dengan mengukur pelemahan amplitudo gelombang listrik yang ditransmisikan melalui medium oli mesin (lubricant oil) maka dapat diketahui derajat kerusakan oli mesin. Telah dibangun alat ukur tingkat kerusakan oli mesin dengan hasil pengukuran yang liniear terhadap tingkat kerusakan oli mesin. Hal ini ditunjukan nilai regresi 0,986 yang mendekati 1.

2. Tingkat kerusakan oli mesin memiliki hubungan berbanding lurus dengan konstanta dielektrik. Hal ini ditunjukkan semakin tinggi tegangan keluaran dari alat ukur yang telah dirancang dan dibangun akibat semakin tinggi tingkat kerusakan oli mesin tersebut. Nilai tegangan ini mempresentasikan nilai konstanta dielektrik yang sebanding. Semakin tinggi tegangan maka semakin besar konstanta dielektriknya.

3. Telah diperoleh rangkaian penguat untuk mengukur amplitudo gelombang lemah dengan menggunakan rangkaian penguat diferensiator dan penguat inverting. Penguatan atau gain medium udara sebesar 6,477 kali pada frekuensi 50 KHz.

5.2Saran

Hasil penelitian ini merupakan identifikasi awal dalam penentuan tingkat kerusakan oli mesin berdasarkan konstanta dielektrik. Identifikasi yang telah dilakukan masih merupakan nilai pendekatan. Hal ini disebabkan masih rendahnya sifat selektifitas rangkaian alat dalam mengukur tingkat kerusakan oli mesin yang turut ditunjukkan oleh perubahan nilai tegangan dari setiap medium sampel oli mesin. Kedepannya diharapkan didapatkan suatu kombinasi frekuensi dan penguat yang lebih sensitive untuk menentukan tingkat kerusakan oli mesin.


(66)

Iswanto. 2008. Design dan Implementasi Sistem Embedded Mikrokontroller ATMega8535 dengan Bahasa Basic. Edisi Pertama. Yogyakarta: Gava Media

Purcell, Edwar M. 1985. Electricity and Magnetizm. Second Edition. Mc Graw- Hill. Massachusetts.

Effendi, Rustam. 2007. Medan Elektromagnetika Terapan. Jakarta: Erlangga. Clayton, George and Steve Winder. 2005. Operational Amplifiers. Edisi Kelima.

Jakarta: Erlangga

Blocher, Richard. 2004. Dasar Elektronika. Yogyakarta: Penerbit Andi

Cooper, William D. 1993. Instrumentasi Elektronik dan Teknik Pengukuran. Edisi kedua. Jakarta: Erlangga

Pramono Djoko, 2000. Mudah Menguasai Visual Basic 6. Jakarta : Elex Media Komputindo.

Hidayat, Wahyu. 2012. Motor Bensin Modern. Jakarta: Rineka Cipta

Sunardi, Joko dkk. 2006. Rancang Bangun Generator Fungsi Berbasis XR-2206. Yogyakarta: Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir Batan.[Jurnal]

Hartomo, Anton J. 1991. Lekuk-Liuk-Liku Pelumas. Yogyakarta: Andi Offset Syahrul, 2012. Mikrokontroler AVR ATMEGA8535. Bandung : Penerbit

Informatika

[ATMEL] Atmel Corporation. 2006. ATMega 8535: 8-bit AVR microcontroller with 32 kbytes in-System Programmable Flash.[Serial Online]

http://www.atmel.com/literature [12 April 2015]

[EXAR] Exar Corporation. 2008. XR-2206 Monolithic Function Generator Datasheet [Serial Online]. http://www.datasheetcatalog.com. [14 Juni 2015]

[NATIONAL SEMICONDUCTOR] National Semiconductor Corporation. 1998. LM741: Operational Amplifier. [Serial Online] http://alldatasheet.com [20 Juni 2015]

[WIKIPEDIA] wikipedia. 2014. Dielektrik. [Serial Online]. http://www.m. wikipedia.org [23 April 2015]

Lampiran 1.


(67)

#include <mega8535.h> #include <delay.h> #include <stdio.h>

#define ADC_VREF_TYPE 0x00

unsigned int read_adc(unsigned char adc_input) {

ADMUX=adc_input | (ADC_VREF_TYPE & 0xff);

// Delay needed for the stabilization of the ADC input voltage delay_us(10);

// Start the AD conversion ADCSRA|=0x40;

// Wait for the AD conversion to complete while ((ADCSRA & 0x10)==0);

ADCSRA|=0x10; return ADCW; }

// Declare your global variables here unsigned int f;

void main(void) {

PORTA=0x00; DDRA=0x00;

PORTB=0x00; DDRB=0x00;

PORTC=0x00; DDRC=0x00;

PORTD=0x00; DDRD=0x00;

// USART initialization

// USART Baud Rate: 14400 (Double Speed Mode) UCSRA=0x02;


(68)

UCSRB=0x18; UCSRC=0x86; UBRRH=0x00; UBRRL=0x22;

// ADC initialization

ADMUX=ADC_VREF_TYPE & 0xff; ADCSRA=0x82;

SFIOR&=0xEF;

while (1) {

f = read_adc(0); printf("%i",f); delay_ms(100);

} }


(69)

Lampiran 2.

Gambar alat secara keseluruhan saat pengujian sampel

PC OSILOSKOP

SAMPEL OLI

Gambar alat ukur tingkat kerusakan oli yang dibangun

TRAFO

RANGKAIAN RANGKAIAN

PSA OSILATOR & PENGUAT

PELAT SEJAJAR


(70)

Lampiran 3.

Gambar multimeter digital Sanwa CD800a dan Osiloskop OWON 600 MHz


(71)

Gambar tampilan visual basic 6.0 pada pengujian medium udara dan 5 sampel oli

(a) Pada medium udara (b) Pada medium oli fresh

(c) pada medium oli campuran 1 (d) pada medium oli campuran 2


(1)

Iswanto. 2008. Design dan Implementasi Sistem Embedded Mikrokontroller ATMega8535 dengan Bahasa Basic. Edisi Pertama. Yogyakarta: Gava Media

Purcell, Edwar M. 1985. Electricity and Magnetizm. Second Edition. Mc Graw- Hill. Massachusetts.

Effendi, Rustam. 2007. Medan Elektromagnetika Terapan. Jakarta: Erlangga. Clayton, George and Steve Winder. 2005. Operational Amplifiers. Edisi Kelima.

Jakarta: Erlangga

Blocher, Richard. 2004. Dasar Elektronika. Yogyakarta: Penerbit Andi

Cooper, William D. 1993. Instrumentasi Elektronik dan Teknik Pengukuran. Edisi kedua. Jakarta: Erlangga

Pramono Djoko, 2000. Mudah Menguasai Visual Basic 6. Jakarta : Elex Media Komputindo.

Hidayat, Wahyu. 2012. Motor Bensin Modern. Jakarta: Rineka Cipta

Sunardi, Joko dkk. 2006. Rancang Bangun Generator Fungsi Berbasis XR-2206. Yogyakarta: Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir Batan.[Jurnal]

Hartomo, Anton J. 1991. Lekuk-Liuk-Liku Pelumas. Yogyakarta: Andi Offset Syahrul, 2012. Mikrokontroler AVR ATMEGA8535. Bandung : Penerbit

Informatika

[ATMEL] Atmel Corporation. 2006. ATMega 8535: 8-bit AVR microcontroller with 32 kbytes in-System Programmable Flash.[Serial Online]

http://www.atmel.com/literature [12 April 2015]

[EXAR] Exar Corporation. 2008. XR-2206 Monolithic Function Generator Datasheet [Serial Online]. http://www.datasheetcatalog.com. [14 Juni 2015]

[NATIONAL SEMICONDUCTOR] National Semiconductor Corporation. 1998. LM741: Operational Amplifier. [Serial Online] http://alldatasheet.com [20 Juni 2015]

[WIKIPEDIA] wikipedia. 2014. Dielektrik. [Serial Online]. http://www.m. wikipedia.org [23 April 2015]

Lampiran 1.


(2)

#include <mega8535.h> #include <delay.h> #include <stdio.h>

#define ADC_VREF_TYPE 0x00

unsigned int read_adc(unsigned char adc_input) {

ADMUX=adc_input | (ADC_VREF_TYPE & 0xff);

// Delay needed for the stabilization of the ADC input voltage delay_us(10);

// Start the AD conversion ADCSRA|=0x40;

// Wait for the AD conversion to complete while ((ADCSRA & 0x10)==0);

ADCSRA|=0x10; return ADCW; }

// Declare your global variables here unsigned int f;

void main(void) { PORTA=0x00; DDRA=0x00; PORTB=0x00; DDRB=0x00; PORTC=0x00; DDRC=0x00; PORTD=0x00; DDRD=0x00;

// USART initialization

// USART Baud Rate: 14400 (Double Speed Mode) UCSRA=0x02;


(3)

UCSRB=0x18; UCSRC=0x86; UBRRH=0x00; UBRRL=0x22;

// ADC initialization

ADMUX=ADC_VREF_TYPE & 0xff; ADCSRA=0x82;

SFIOR&=0xEF; while (1)

{

f = read_adc(0); printf("%i",f); delay_ms(100); }


(4)

Lampiran 2.

Gambar alat secara keseluruhan saat pengujian sampel

PC OSILOSKOP

SAMPEL OLI

Gambar alat ukur tingkat kerusakan oli yang dibangun TRAFO

RANGKAIAN RANGKAIAN

PSA OSILATOR & PENGUAT

PELAT SEJAJAR


(5)

Lampiran 3.

Gambar multimeter digital Sanwa CD800a dan Osiloskop OWON 600 MHz


(6)

Gambar tampilan visual basic 6.0 pada pengujian medium udara dan 5 sampel oli

(a) Pada medium udara (b) Pada medium oli fresh

(c) pada medium oli campuran 1 (d) pada medium oli campuran 2