Alat Ukur Kecepatan Arus Air Menggunakan Sensor Proximity Berbasis Mikrokontroler ATMega 16A

ALAT UKUR KECEPATAN ARUS AIR MENGGUNAKAN

SENSOR PROXIMITY BERBASIS MIKROKONTROLER

ATMEGA 16A

TUGAS AKHIR

CAHYA PUTRI NURLIZA

112411014

PROGRAM STUDI D-3METROLOGI DAN INSTRUMENTASI

DEPARTEMEN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

2014

ALAT UKUR KECEPATAN ARUS AIR MENGGUNAKAN

SENSOR PROXIMITYBERBASIS MIKROKONTROLER

ATMEGA 16A

TUGAS AKHIR

Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat memperoleh Ahli Madya

CAHYA PUTRI NURLIZA

112411014

PROGRAM STUDI D-3METROLOGI DAN INSTRUMENTASI

DEPARTEMEN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

2014

PERSETUJUAN

Judul : Alat Ukur Kecepatan Arus Air Menggunakan Sensor Proximity Berbasis Mikrokontroler ATMega 16A

Kategori : Tugas Akhir

Nama : Cahya Putri Nurliza Nomor Induk Mahasiswa : 112411014

Program Studi : Diploma Tiga (D-3) Metrologi Dan Instrumentasi Departemen : Fisika

Fakultas : Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara

Disetujui di Medan, Juli 2014

Komisi Pembimbing:

Disetujui Oleh Ketua Jurusan.

D3 Metrologi Dan Instrumentasi FMIPA USU Pembimbing,

Dr.Diana Alemin Barus, M.Sc Dr.Bisman P, M.Eng.Sc

PERNYATAAN

ALAT UKUR KECEPATAN ARUS AIR MENGGUNAKAN

SENSOR PROXIMITY BERBASIS MIKROKONTROLER

ATMEGA 16A

TUGAS AKHIR

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

Medan,Juli 2014

CAHYA PUTRI NURLIZA 112411014

PENGHARGAAN

Alhamdulillahirobbil’alamin,

Segala puji dan syukur bagi Allah Subhanahuwata’ala yang telah melimpahkan barokah, rahmat, hidayah-Nya dan menganugerahkan kemudahan serta kelancaran sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan tugas proyek ini sesuia waktu yang telah ditetapkan.Sholawatdan salam semoga senantiasa tercurahkan kepadaRasulullahSallallahu’alaihiwassalam sang pembawa petunjuk dan selalu menjadi

inspirasi dan teladanbagi penulis

Tugas Akhir ini disusun untuk melengkapi persyaratan dalam mencapai gelar Ahli Madya pada Program Studi Diploma Tiga (III) Fisika Instrumentasi Departemen Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara.

Adapun judul Tugas Akhir ini adalah

ALAT UKUR KECEPATAN ARUS AIR MENGGUNAKAN

SENSOR PROXIMITY BERBASIS MIKROKONTROLER

ATMEGA 16A

Penulis menyadari bahwa tersusunnya Tugas Akhir ini dari Do’a, perhatian, bimbingan, motivasi dan dukungan berbagai pihak, sehingga dengan keikhlasan dan kerendahan hati pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :

1. Bapak Dekan Dr.Sutarman beserta jajarannya dilingkungan FMIPA USU. 2. Bapak Dr.Marhaposan Situmorang selaku ketua Departemen FMIPA USU.

3. Ibu Dr.Diana Alemin Barus, M.Sc selaku Ketua Program Diploma Tiga Metrologi dan Instrumentasi Fakultas Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam.

4. Bapak Dr.Bisman P, M.Eng.Sc selaku dosen pembimbing, yang telah banyak membantu dan mendukung penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.

5. Seluruh Dosen dan Karyawan Program Studi Diploma Tiga (III) Metrologi dan Instrumentasi Departemen Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara.

6. Seluruh pembimbing saya di unit kegiatan mahasiswa robotik Universitas Sumatera Utara,beserta teman teman saya di Program Studi D-3 Metrologi dan Instrumentasi.

Penulis menyadari sepenuhnya bahwa dalam pembuatan Projek Akhir I ini masih jauh dari kesempurnaan, untuk itu penulis mengharapkan kritik dan saran dari pembaca yang bersifat ny membangun dalam penyempurnaan Tugas Proyek ini.

Semoga laporan ini menjadi ibadah yang baik bagi penulis dan menjadi ilmu yang bermanfaat bagi pembaca.

Amin Yaa Rabbal’alamin

Medan, Juli 2014 Hormat Kami,

ALAT UKUR KECEPATAN ARUS AIR MENGGUNAKAN

SENSOR PROXIMITY BERBASIS MIKROKONTROLER

ATMEGA 16A

ABSTRAK

Telah dirancang dan dibuat alat pengukur kecepatan arus air yang relatif murah dan portabel. Alat ini terdiri dari bagian mekanik dan bagian elektronik. Alat ini mengunakan mikrokontroler ATMega16A, Proximity dan Baling-baling. Prinsip kerja alat ini adalah mencacah jumlah putaran baling-baling yang kemudian dikonversi menjadi kecepatan arus air. Mikrokontroler ATMega16 digunakan sebagai pencacah sinyal digital, pengontrol waktu pengambilan data dan pengontrol tampilan LCD. Hasil pengukuran ditampilkan pada layar LCD. Hasil pengujian alat menunjukan bahwa alat dapat berkerja dengan baik pada kecepatan 0,278 (meter/detik) sampai 3,152 (meter/detik). Pengujian alat dilakukan dengan cara mengukur arus air sungai dan membandingkannya dengan alat ukur standar (Flow Meter Conversion Kit Model 001). Alat ini memiliki nilai RMSE (Root Mean Square Error) sebesar 0,345 %.

ALAT UKUR KECEPATAN ARUS AIR MENGGUNAKAN

SENSOR PROXIMITY BERBASIS MIKROKONTROLER

ATMEGA 16A

ABSTRAK

Telah dirancang dan dibuat alat pengukur kecepatan arus air yang relatif murah dan portabel. Alat ini terdiri dari bagian mekanik dan bagian elektronik. Alat ini mengunakan mikrokontroler ATMega16A, Proximity dan Baling-baling. Prinsip kerja alat ini adalah mencacah jumlah putaran baling-baling yang kemudian dikonversi menjadi kecepatan arus air. Mikrokontroler ATMega16 digunakan sebagai pencacah sinyal digital, pengontrol waktu pengambilan data dan pengontrol tampilan LCD. Hasil pengukuran ditampilkan pada layar LCD. Hasil pengujian alat menunjukan bahwa alat dapat berkerja dengan baik pada kecepatan 0,278 (meter/detik) sampai 3,152 (meter/detik). Pengujian alat dilakukan dengan cara mengukur arus air sungai dan membandingkannya dengan alat ukur standar (Flow Meter Conversion Kit Model 001). Alat ini memiliki nilai RMSE (Root Mean Square Error) sebesar 0,345 %.

BAB I PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Fenomena alam dengan segala macam bentuk, situasi, kondisi dan prosesnya merupakan sumber dari semua pengembangan ilmu pengetahuan.Demikan halnya, dengan fluida khususnya keadaan air pada suatu waktu dan ruang tertentu.Ilmu mekanika fluida dan yang lebih spesifik untuk air, ilmu hidrolika berupaya menangkap dan menjabarkannya dalam bentuk persamaan matematika. Dalam dimensi “ waktu” artinya fenomena ini dibatasi dalam suatu periode tertentu dan pengertian dimensi “ruang” adalah bahwa hal itu terjadi pada suatu tempat tertetu bisa dalam bentuk satu (garis), dua (bidang) ataupun tiga dimensi (ruang/volum). Permukaan bebas itu seharusnya benar-benar dianggap sebagai permukaan antara fluida yang bergerak- tanpa kecuali air dalam masalah teknik hidrolis – dan udara yang diam atau sedang bergerak. Bentuk permukaan bebas ditentukan oleh gaya- gaya inersia, gaya berat dan tegangan pemukaan. Dalam kehidupan sehari-hari aliran saluran terbuka seperti aliran air sungai sangat bermanfaat bagi kelangsungan hidup manusia.

Air sungai telah digunakan untuk banyak kegiatan antara lain: pertanian, perhubungan, pertahanan Negara dan sarana olah raga (renang, arung jeram, dll). Namun yang perlu diperhatikan jika dimanfaatkan sebagai sarana olah raga adalah kecepatan arus air dipermukaan dan dibawah permukaan sungai, karena kecepatannya berbeda. Bila hal ini diabaikan maka akan membahayakan keselamatan jiwa manusia, sebab kecepatan arus air sungai yang dipermukaan berbeda dengan kecepatan arus air sungai yang ada dibawah permukaan air. Karena investigasi air permukaan memerlukan evaluasi besarnya debit aliran

(sungai). Dengan kata lain, adalah ketersediaan air (permukaan) dengan segala variasi atau fluktuasi besarnya air permukaan tersebut seiring dengan perubahan musim. Oleh karena itu

dibutuhkan suatu alat pengukur kecepatan arus air di permukaan air sungai ataupun di bawah permukaan air sungai.

1.2. Rumusan Masalah

Berdasarkan uraian diatas, penulis tertarik untuk mengangkat permasalahan tersebut kedalam tugas akhir dengan judul “Alat Ukur Kecepatan Arus Air Menggunakan Sensor Proximity Berbasis Mikrokontroler ATMega 16A”.

Dari uraian latar belakang diatas, maka dapat dirumuskan beberapa masalah antara lain:

1. Bagaimana merancang dan membuat suatu model sensor kecepatan arus air sungai sehingga mempunyai karakteristik yang sama dengan sensor yang sebenarnya ?

2. Bagaimana merancang dan membuat rangkaian pengubah sinyal keluaran analog dari sensor ke sinyal digital yang akan diolah oleh mikrokontroler ?

3. Bagaimana merancang dan membuat mekanik pada alat tersebut agar sensor tidak terkena air ?

1.3. Batasan Masalah

Agar masalah dalam perancangan alat tidak meluas, maka permasalahan dibatasi sebagai berikut:

1. Batas kedalaman sungai sesuai dengan karakteristik kedalaman bawah permukaan air sungai tersebut

2. Tampilan data dengan LCD (Liquid Crystal Display).

1.4. Tujuan Penulisan

1. Dihasilkannya alat pengukur kecepatan arus air bawah permukaan sungaisehingga mempunyai karakteristik yang sama dengan sensor yang sebenarnya.

2. Dihasilkannya rangkaian pengubah sinyal keluaran analog dari sensor ke sinyal digital yang akan diolah oleh mikrokontroler.

1. Dihasilkannya alat ukur kecepatan arus air menggunakan sensor proximity yang berkualitas dan harga terjangkau.

1.5. Manfaat Penulisan

Manfaat yang didapat dari perancangan ini adalah:

1. Dapat digunakan sebagai media untuk memperoleh informasi mengenai kecepatan arus air sungai.

2. Mempermudah dan mempercepat pengukuran kecepatan arus air sungai.

1.6. Sistematika Penulisan

Untuk memberikan gambaran secara umum mengenai tugas akhir ini maka sistematika dan pembahasan ini disusun sebagai berikut :

BAB I : Pendahuluan, adapun isi dari bab ini adalah mengenai latar belakang, rumusan masalah, tujuan penelitian, batasan masalah dan manfaat penelitian

BAB II : Kajian pustaka, isi dari bab ini adalah mengenai aliran air sungai, laju aliran zat cair dalam aliran terbuka, enkoder, mikrokontroler ATM16, LCD, dan PhotoDioda BAB III : Metodologi penelitian, dalam bab ini di bahas mengenai bentuk penelitian, sampel

penelitian, instrumen penelitian, tehnik pengambilan data, tehnik analisa data. BAB IV : Hasil dan pembahasan. Dimana dalam bab ini dibahas mengenai hasil perancangan

pemeriksaan dari alat yang dibuat dengan hasil pemeriksaan yang dilakukan flowmeter yang digunakan pada PDAM

BAB V : Penutup, isi dari bab ini adalah mengenai kesimpulan dan saran dari hasil penelitian.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

Tinjauan pustaka sangat membantu untuk dapat memahami suatu sistem.Selain dari pada itu dapat juga dijadikan sebagai bahan acuan didalam merencanakan suatu system.Dengan pertimbangan hal-hal tersebut, maka tinjauan pustaka merupakan bagian yang harus dipahami untuk pembahasan selanjutnya.Pengetahuan yang mendukung perencanaan dan realisasi alat meliputi mikrokontroler 16A dan proximity.

2.1. AliranAirSungai

Menurut asalnya, saluran dapat digolongkan menjadi saluran alam (natural)dnsaluranbuatan(artificial). Saluranalammeliputisemuaalurairyang terdapat secaraalamiah dibumi. Mulaidarianakselokan kecildipegunungan, selokankecil,kali,sungaikecil,dansungaibesarsampaikemuarasungai.Aliran air dibawahtanahdenganpermukaanbebasjikadianggapsebagaisaluranterbuk alamiah.

Ditinjaudari segi hidrologisungaimempunyaifungsiutamamenampung curahhujan setelahditinjau aliran permukaan (suface runoff)danmengalirkan sampai kelaut. Oleh karena itu sungai dapat diartikan sebagia wadah atau penampung danpenyaluralamiahaliranairdengansegalabendayangterbawa dari daerahpengaliransungai(DPS)ketempatyanglebihrendahdanbermuara

dilaut/lautan.Daerahpengaliransungai(DPS),dapatdipandangsebagaibagian

daripermukaanbumitempatairhujanmenjadialiranpermukaandanmengumpul ke sungai menjadi aliran sungai menuju ke suatu titik di sebelah hilir (down streampoint)sebagiatitik pengeluaran(catchmentoutlet).SetiapDPS besaryang bermuarake lautmerupakangabungandari beberapaDPSsedang(sub.DPS)dan sub.DPSadalahgabungandarisub.DPSkecil-kecil.

volumealiranyangmengalirpadasuatupenampangbasahpersatuanwaktu (m3/det)atauseringdisebutdengandebit.Debitdarisuatupenampang sungaidapatdinyatakandenganrumus: Q=AV...(2.1) Keterangan: Q=debit(m3/det) A=luaspenampangbasah(m2) V=kecepatanaliranrata–rata

Perubahan penampang basah dapat dengan mudah ditentukan langsung di lapangan,kecepatanaliranjuga merupakanunsurpentingyangharusditentukan denganpengukuhandilapangan.Keadaanaliransungaiyang perludiketahuiuntuk mempelajarihidrometriantaralainadalah:

1. aliranseragamdantidakseragam; 2. aliranlaminardanturbulen; 3. alirantetapdantidaktetap; 4. aliranlambat,kritisdancepat. 2.2. Mikrokontroler ATMega 16A

Mikrokontroler adalah sebuah sistem komputer lengkap dalam satu serpih (chip). Mikrokontroler lebih dari sekedar sebuah mikroprosesor karena sudah terdapat atau berisikan ROM (Read-Only Memory), RAM (Read-Write Memory), beberapa bandar masukan maupun keluaran, dan beberapa peripheral seperti pencacah/pewaktu, ADC (Analog to Digital converter), DAC (Digital to Analog converter) dan serial komunikasi.

Salah satu mikrokontroler yang banyak digunakan saat ini yaitu mikrokontroler AVR.AVR adalah mikrokontroler RISC (Reduce Instuction Set Compute) 8 bit berdasarkan

arsitektur Harvard. Secara umum mikrokontroler AVR dapat dapat dikelompokkan menjadi 3 kelompok, yaitu keluarga AT90Sxx, ATMega dan ATtiny.Pada dasarnya yang membedakan masing-masing kelas adalah memori, peripheral, dan fiturnya.

Seperti mikroprosesor pada umumnya, secara internal mikrokontroler ATMega16 terdiri atas unit-unit fungsionalnya Arithmetic and Logical Unit (ALU), himpunan register kerja, register dan dekoder instruksi, dan pewaktu beserta komponen kendali lainnya. Berbeda dengan mikroprosesor, mikrokontroler menyediakan memori dalam serpih yang sama dengen prosesornya (in chip).

AVR merupakan seri mikrokontroler CMOS 8-bit buatan Atmel, berbasis arsitektur RISC (Reduced Instruction Set Computer).Hampir semua instruksi dieksekusi dalam satu siklus clock. AVR mempunyai 32 register general-purpose, timer/counter fleksibel dengan mode compare, interrupt internal dan eksternal, serial UART, programmable Watchdog Timer, dan mode power saving, ADC dan PWM internal. AVR juga mempunyai In-System Programmable Flash on-chip yang mengijinkan memori program untuk diprogram ulang dalam sistem menggunakan hubungan serial SPI. ATMega16. ATMega16 mempunyai throughput mendekati 1 MIPS per MHz membuat disainer sistem untuk mengoptimasi konsumsi daya versus kecepatan proses.

Gambar 2.2. ATMega 16A

Mikrokontroler ini menggunakan arsitektur Harvard yang memisahkan memori program dari memori data, baik bus alamat maupun bus data, sehingga pengaksesan program dan data dapat dilakukan secara bersamaan (concurrent). Secara garis besar mikrokontroler ATMega16 terdiri dari :

1. Arsitektur RISC dengan throughput mencapai 16 MIPS pada frekuensi 16Mhz. 2. Memiliki kapasitas Flash memori 16Kbyte, EEPROM 512 Byte, dan SRAM 1Kbyte 3. Saluran I/O 32 buah, yaitu Bandar A, Bandar B, Bandar C, dan Bandar D.

4. CPU yang terdiri dari 32 buah register. 5. User interupsi internal dan eksternal

6. Bandar antarmuka SPI dan Bandar USART sebagai komunikasi serial 7. Fitur Peripheral :

• Dua buah 8-bit timer/counter dengan prescaler terpisah dan mode compare

• Satu buah 16-bit timer/counter dengan prescaler terpisah, mode compare, dan mode capture

• Real time counter dengan osilator tersendiri

• Empat kanal PWM dan Antarmuka komparator analog • 8 kanal, 10 bit ADC

• Byte-oriented Two-wire Serial Interface • Watchdog timer dengan osilator internal

Gambar 2.2.1. Blok diagram ATMega16

2.2.2. Konfigurasi Pena (PIN) ATMega 16A

Konfigurasi pena (pin) mikrokontroler Atmega16 dengan kemasan 40- pena dapat dilihat pada Gambar 2.1.2. Dari gambar tersebut dapat terlihat ATMega16 memiliki 8 pena untuk masing-masing bandar A (Port A), bandar B (Port B), bandar C (Port C), dan bandar D (Port D).

Gambar 2.2.2 Pena-Pena Atmega16

2.2.3. Deskripsi Mikrokontroler ATMega 16A • VCC (Power Supply) dan GND(Ground) • Bandar A (PA7..PA0)

Bandar A berfungsi sebagai input analog pada konverter A/D. Bandar A juga sebagai suatu bandar I/O 8-bit dua arah, jika A/D konverter tidak digunakan. Pena - pena Bandar dapat menyediakan resistor internal pull-up (yang dipilih untuk masing-masing bit). Bandar A output buffer mempunyai karakteristik gerakan simetris dengan keduanya sink tinggi dan kemampuan sumber. Ketika pena PA0 ke PA7 digunakan sebagai input dan secara eksternal ditarik rendah, pena–pena akan memungkinkan arus sumber jika resistor internal pull-up diaktifkan. Pena Bandar A adalah tri-stated manakala suatu kondisi reset menjadi aktif, sekalipun waktu habis.

• Bandar B (PB7..PB0)

Bandar B adalah suatu bandar I/O 8-bit dua arah dengan resistor internal pull-up (yang dipilih untuk beberapa bit). Bandar B output buffer mempunyaikarakteristik gerakan

simetris dengan keduanya sink tinggi dan kemampuansumber. Sebagai input, pena Bandar B yang secara eksternal ditarik rendah akanarus sumber jika resistor pull-up diaktifkan. Pena Bandar B adalah tri-statedmanakala suatu kondisi reset menjadi aktif, sekalipun waktu habis.

• Bandar C (PC7..PC0)

Bandar C adalah suatu bandar I/O 8-bit dua arah dengan resistor internal pull-up (yang dipilih untuk beberapa bit). Bandar C output buffer mempunyaikarakteristik gerakan simetris dengan keduanya sink tinggi dan kemampuansumber. Sebagai input, pena bandar C yang secara eksternal ditarik rendah akanarus sumber jika resistor pull-up diaktifkan. Pena bandar C adalah tri-statedmanakala suatu kondisi reset menjadi aktif, sekalipun waktu habis.

• Bandar D (PD7..PD0)

Bandar D adalah suatu bandar I/O 8-bit dua arah dengan resistor internal pull-up (yang dipilih untuk beberapa bit). Bandar D output buffer mempunyaikarakteristik gerakan simetris dengan keduanya sink tinggi dan kemampuansumber. Sebagai input, pena bandar D yang secara eksternal ditarik rendah akanarus sumber jika resistor pull-up diaktifkan. Pena Bandar D adalah tri-statedmanakala suatu kondisi reset menjadi aktif, sekalipun waktu habis.

• RESET (Reset input) • XTAL1 (Input Oscillator) • XTAL2 (Output Oscillator)

• AVCC adalah pena penyedia tegangan untuk bandar A dan Konverter A/D. • AREF adalah pena referensi analog untuk konverter A/D.

2.3 Sensor

Sensoradalahsuatuperalatanyang berfungsiuntukmendeteksigejala–gejala atausinyal–sinyalyang berasaldariperubahansuatuenergisepertienergilistrik, energi fisika, energi kimia, energi biologi, energimekanik dan sebagainya.

Suatuperalatanyang memberitahukankepadasistemkontroltentang apayang sebenarnyaterjadi dinamakan sensoratau jugadikenal sebagai transduser. Sebagai contohtubuhmanusia mempunyaisistemsensorluarbiasayangmemberitahukan kepadaotakmanusiasecaraterusmenerusdengangambar–gambaryang layakdan lengkap di sekitarlingkungan.Untuk sistem kontrol si pembuat harusmemastikan parameter apayangdibutuhkanuntukdimonitor sebagaicontoh:posisi,temperatur, dantekanan,kemudiantentukansensor danrangkaiandata interface untukmelakukan perkerjaanini. Sebagaicontoh,kita inginmengukur alirancairandalamsuatupipa dengan menggunakan flowmeter, atau kita ingin mengukur aliran secara tidak langsung denganmelihatseberapalamacairanmengisisuatutangkidenganukuran tertentu.

Kebanyakansensorbekerja denganmengubahbeberapa parameterfisikseperti temparatur atauposisike dalamsinyallistrik.Inisebabnya mengapasensor juga dikenal sebagai transduser yaitu suatu peralatan yangmengubah energi dari satu bentuk kebentukyanglain.

2.3.1. Proximity

Sensor Proximity merupakan alat sensor yang digunakan untuk membedakan antara garis hitam dengan lantai putih.Sensor proximity ini dapat dikalibrasi untuk menyesuaikan pembacaansensor terhadap kondisi pencahayaan ruangan.Sehingga pembacaan sensor selalu akurat.sensor ini biasanya kebanyakan di gunakan pada robot robot tipe Robot Line Tracker.

Sensor proximity bisa dibuat sendiri. Prinsip kerjanya sederhana, hanya memanfaatkansifat cahaya yang akan dipantulkan jika mengenai benda berwarna terang dan akan diserap jikamengenai benda berwarna gelap. Sebagai sumber cahaya kita gunakan LED (Light Emiting Diode)yang akan memancarkan cahaya merah. Dan untuk menangkap pantulan cahaya LED, kita gunakanphotodiode. Jika sensor berada diatas garis hitam maka

photodioda akan menerima sedikit sekalicahaya pantulan. Tetapi jika sensor berada diatas garis putih maka photodioda akan menerimabanyak cahaya pantulan. Berikut adalah ilustrasinya :

Gambar 2.2. Prinsip Kerja Sensor Proximity

Sifat dari photodioda adalah jika semakin banyak cahaya yang diterima, maka nilai resistansidiodanya semakin kecil.Dengan melakukan sedikit modifikasi, maka besaran resistansi tersebutdapat diubah menjadi tegangan. Sehingga jika sensor berada diatas garis hitam, maka tegangankeluaran sensor akan kecil, demikian pula sebaliknya.

Agar dapat dibaca oleh mikrokontroler, maka tegangan sensor harus disesuaikan denganlevel tegangan TTL yaitu 0 – 1 volt untuk logika 0 dan 3 – 5 volt untuk logika 1.Hal ini bisa dilakukandengan memasang operational amplifier yang difungsikan sebagai komparator. Output dari photodioda yang masuk ke input inverting op-amp akan dibandingkan dengan tegangan tertentu darivariable resistor VR. Tegangan dari VR inilah yang kita atur agar sensor proximity dapatmenyesuaikan dengan kondisi cahaya ruangan.

2.3.2. Photodioda

Photodioda adalah sebuah dioda yang dioptimasi untuk menghasilkan aliran elektron (atau arus listrik) sebagai respon apabila terpapar oleh sinar ultraviolet, cahaya cahaya infra merah. Kebanyakan photodioda dibuat dari silikon, tetapi ada juga yang dibuat

dari germanium dan galium arsenida. Daerah sambungan semikonduktor tipe P dan N tempat cahaya masuk harus tipis sehingga cahaya bisa masuk ke daerah aktifnya (active region) atau daerah pemisahnya (depletion region) tempat dimana cahaya diubah menjadi pasangan elektron dan hole.

Photodiosa digunakan untuk membentuk sebuah alat ukur yang akurat dimana dapat mendeteksi intensitas cahaya dibaah 1 pW/cm2 sampai intensitas cahaya diatas 10 mW/cm2. Photodioda mempunyai resistansi yang tinggi pada kondisi gelap. Pemanfaatan photodioda ini biasanya pada kondidi terang dimana hail resistansi dari photodioda akan turun seiring berkurangnya intensitas cahaya yang masuk.

Gambar 2.3.2. Photodioda

Photodioda pekaterhadap cahaya yang merupakansuatujenisdiodayang berfungsi untuk mendeteksi cahayayangberbeda dengan photodiodabiasanya.Komponen elektronikainiakanmengubahcahayayang diterimamenjadi aruslistrik. Pada rancangan sensor photodioda ini, nilai resistansinya akan berkurang apabila terkenacahayadan bekerjapadakondisi reverse bias.Untukpemberipantulan cahayanyadigunakaninframerah,komponen inimempunyai intensitas inframerahyang sangat besarsehingga cukup untuk mensuplaipantulan cahayake photodioda.

• Prinsip Kerja dan Karakteristik Photodioda

Pada gambar 1, l sambungan PN didekat permukaan lapisan “wafer” tersebut. Lapisan tipe-P harus tipis

sehingga bisa melewatkan cahaya sebanyak mungkin. Difusi tipe-N yang banyak ada di belakang lapisan “wafer” tersebut menempel dengan kontak logam.

Gambar 2.3.2.1 Simbol Rangkaian dan Penampang melintang

Cahaya yang masuk ke bagian atas photodioda masuk ke dalam lapisan semikonduktor. Lapisan tipe-P yang tipis di atas membuat banyak foton melewatinya menuju daerah pemisah (depletion region) tempat dimana pasang elektron dan hole terbentuk. Medan listrik yang tercipta di daerah pemisah menyebabkan elektron tertarik ke lapisan N, sedangkan hole ke lapisan P. Sebenarnya, pasangan elektron dan hole bisa dibentuk pada semua daerah dari bahan semikonduktor. Namun, pasangan elektron dan hole yang tercipta di daerah pemisah akan terpisah ke daerah masing-m pasangan elektron dan hole yang terbentuk di daerah P dan N mengalami rekombinasi. Hanya ada beberapa yang berekombinasi di daerah pemisah. Oleh karena itu, hanya ada sedikit pasangan hole dan elektron yang ada di daerah N dan P, dan pasangan hole-elektron di daerah pemisah adalah yang menyebabkan terjadinya arus listrik pada saat photodioda terkena cahaya (photocurrent).

Tegangan dari photodioda bisa kita cek dengan melakukan percobaan. Penggunaan photodioda pada mode photovoltaic (PV) tidak linier dalam range yang sangat dinamis, selain itu juga sensitif dan memiliki noise yang rendah pada frekuensi di bawah 100 kHz. Mode operasi yang paling banyak digunakan adalah mode photocurrent (PC) karena arus yang

dihasilkan lebih proporsional/linier terhadap jumlah fluks cahaya dengan intensitas tertentu, selain itu juga res antara intensitas cahaya dengan arus yang dihasilkan oleh photodioda ditunjukkan pada gambar 2. Mode photocurrent bisa dicapai dengan menempatkan photodioda dalam kondisi bias terbalik (reverse bias). Penguat arus (penguat transimpedansi) harus digunakan dengan photodioda yang memiliki mode photocurrent. Linieritas pada mode photocurrent bisa dicapai selama photodioda tidak sampai dalam kon

Gambar 2.3.2.2.Hubungan antara intensits cahaya dengan arus yang dihasilkan photodioda

Photodioda juga sering digunakan untuk kecepatan tinggi. Masalah kecepatan respon maka erat kaitannya dengan efek kapasitansi parasit pada photodioda, dimana kapasitansi parasit ini bisa diminimalisir dengan mengurangi luas sensor pada sambungan fiber optik berkecepatan tinggi memiliki luasan permukaan hanya sekitar 1 mm2. Kapasitansi parasit juga bisa dihilangkan dengan meningkatkan ketebalan daerah pemisahnya yang dilakukan pada saat proses manufakturnya. Selain itu juga bisa diperkecil dengan meningkatkan tegangan balik (reve

Dioda PIN adalah sebuah photodioda dengan lapisan tambahan diantara daerah P dan N nya seperti ditunjukkan pada gambar 3. Struktur intrinsik P dalam N meningkatkan jarak antara lapisan P dan N, sehingga kapasitansinya menurun, dan kecepatannya naik. Volume dari daerah yang sensitif terhadap cahaya (photo sensitive) juga meningkat, meningkatkan efisiensi konversi cahaya menjadi listrik. Bandwidth dari photodioda dapat ditingkatkan hingga 10 GHz. Photodioda PIN memiliki sensitifitas yang tinggi dan kecepatan yang tinggi dengan harga yang tidak terlalu mahal.

Photodioda Avalence (reverse bias) yang sangat tinggi menghasilkan efek melipatgandakan elektron sama seperti photomultiplier tube. Tegangan balik (reverse voltage) pada photodioda sekitar 10 V hingga 2000 V. Tegangan bias terbalik yang sangat tinggi ini mempercepat proses perubahan elektron menjadi pasangan elektron-hole pada daerah instrinsik sehingga memiliki kecepatan yang cukup pada pembawa tambahan (additional carriers) dari proses tumbukan dengan kisi-kisi kristal. Sehingga lebih banyak elektron yang dihasilkan da APD adalah melakukan penguatan di dalam photodioda sehingga mengatasi noise pada amplifier eksternalnya. Tetapi APD menghasilkan noise nya sendiri. Pada kecepatan tinggi, APD lebih unggul dari kombinasi penguat dioda PIN, tetapi tidak untuk aplikasi kecepatan rendah. APD sangat mahal, kira-kira hampir sama dengan tabung photomultiplier. Sehingga APD unggul terhadap photodioda PIN hanya untuk aplikasi-aplikasi khusus. Salah satunya adalah pada aplikasi penghitung foton tunggal pada fisika nuklir.

Cahaya memiliki energi berupa paket-paket energi yang disebut dengan foton. Energi foton ini bergantung pada frekuensi dari gelombang cahaya tersebut sesuai dengan persamaan :

dimana h adalah konstanta Planck yang memiliki nilai sebesar 6.624 x 10-34 J/s. h adalah suatu konstanta, energi bergantung pada frekuensi gelombang cahaya yang merambat. Sebaliknya, frekuensi ditentukan dari panjang gelombang dari cahaya yang merambat sesuai dengan persamaan :

λ = v/f...(2.3.1) dimana :

λ adalah panjang gelombang dalam meter v adalah kecepatan cahaya 3 x 108 m/s

f adalah frekuensi gelombang cahaya yang merambat dalam Hz

Umumnya panjang gelombang dinyatakan dalam satuan Angstrom (Å) atau mikrometer (μm). Konversi satuan ini kedalam meter adalah :

1 Å = 10-10 m dan 1 μm = 10-6 _m...(2.3.2)

Panjang gelombang adalah penting karena ia akan menentukan material apa yang akan digunakan pada divais optoelektronik tersebut. Respon spektral relatif untuk Germaniun (Ge), Silikon (Si), dan selenium ditunjukkan pada gambar 2.3.2.3. Spektrum dari cahaya tampak juga dimasukkan dengan beberapa contoh warna.

Gambar 2.3.2.3. Respon spektral relatif untuk bahan bahan silikon, germanium, dan selenium

Jumlah elektron bebas yang dihasilkan dari masing-masing material linier dengan intensitas cahaya yang menerpa photodioda tersebut.Intensitas cahaya memiliki parameter fluks lumen per satuan luas.Fluks lumen diukur dalam satuan lumen (lm) atau watt. Kedua satuan tersebut memiliki hubungan

1 lm = 1.496 x 10-10 W...(2.3.3.)

Intensitas cahaya biasanya diukur dengan satuan l2, footcandles, atau W/m2, dimana: 1 lm/ft2 _{= 1 fc = 1.609 x 10}-9 _W/m2_...(2.3.4.)

Photodioda adalah semikonduktor jenis sambungan PN dimana daerah operasinya adalah pada mode bias terbalik (reverse bias).Rangkaian dasar dari photodioda, konstruksinya, serta simbolnya ditunjukkan pada gambar 5.

Gambar 2.3.2.4. (a) Cara melakukan bias pada photodioda. (b) Simbol photodioda

Ingat prinsip kerja pada hanya beberapa mikro ampere. Arus tersebut disebabkan aliran dari pembawa minoritas yang terdapat pada meterial tipe P dan tipe N. Apabila ada cahaya yang mengenai sambungan PN nya, maka akan dihasilkan transfer energi dari rambatan gelombang cahaya (dalam bentuk foton) menjadi struktur atomik, menghasilkan peningkatan jumlah pembawa minoritas (minority carriers) dan meningkatkan level dari arus balik. Perhatikan grafik pada gambar 6 menujukkan hubungan antara arus dan tegangan photo dioda dalam mode bias terbalik untuk berbagai level intensitas cahaya. Arus gelap (dark current) adalah arus yang mengalir pada saat tidak ada cahaya yang mengenai photodioda.

Perhatikan bahwa arus yang mengalir pada photodioda akan benar-benar menjadi nol hanya ketika photodioda tersebut diberi tegangan positif sebesar VT. Perhatikan juga gambar 5a, lensa cembung digunakan untuk mengkonsentrasikan cahaya agar jatuh pada daerah pemisah.

Gambar 2.3.2.5. Hubungan arus dan tegangan pada photodioda dalam beberapa level intensitas cahaya

2.4. LED (Light Emitting Diode)

Suatu

tida bent yang dipakai, dan bisa juga

Fungsi Lampu LED ini muncul dalam kehidupan kita.LED dulu umumnya digunakan pada gadget seperti ponsel atau PDA serta komputer. Sebagai pesaing lampu bohlam dan neon, saat ini aplikasinya mulai meluas dan bahkan bisa kita temukan pada korek api yang kita gunakan, lampu emergency dan sebagainya. Led sebagai model lampu masa depan dianggap dapa untuk:

-Gambar 2.4. LED

2.4.1.LED Sebagai Dioda Semikonduktor

Light Emitting Diode (LED) merupakan jenis dioda semikonduktor yang dapat

mengeluarkan energi cahaya ketika diberikan tegangan.Semikonduktor merupakan material yang dapat menghantarkan arus listrik, meskipun tidak sebaik konduktor listrik. Semikonduktor umumnya dibuat dari konduktor lemah yang diberi ‘pengotor’ berupa material lain. Dalam LED digunakan konduktor dengan gabungan unsur logam aluminium-gallium-arsenit (AlGaAs).Konduktor AlGaAs murni tidak memiliki pasangan elektron bebas sehingga tidak dapat mengalirkan arus listrik. Oleh karena itu dilakukan proses doping dengan menambahkan elektron bebas untuk mengganggu keseimbangan

Gambar 2.4.1. Struktur Dasar LED

2.4.2. LED Biru dan Putih

galium nitrida yang ditemukan oleh dapat dikombinasikan ke LED merah dan hijau yang telah ada sebelumnya untuk menciptakan cahaya putih.

LED dengan cahaya putih sekarang ini mayoritas dibuat dengan cara melapisi substrat galium nitrida (GaN) dengan warna merah dan hijau di mata manusia, kombinasi antara warna kuning dari fosfor dan warna biru dari substrat akan memberikan kesan warna putih bagi mata manusia.

substrat

Metode terbaru untuk menciptakan cahaya putih dari LED adalah dengan tidak menggunakan fosfor sama sekali melainkan menggunakan substrat memancarkan cahaya biru dari area aktif dan cahaya kuning dari substrat itu sendiri.

Gambar 2.4.2. Sebuah GaN LED

2.4.3. Teknologi LED 2.4.3.1. Fungsi Fisikal

Sebuah LED adalah sejenis normal, LED terdiri dari sebuah chip bahan semikonduktor yang diisi penuh, atau di-dop, dengan ketidakmurnian untuk menciptakan sebuah struktur yang disebut

Pembawa-muatan

-denga

2.4.3.2. Emisi cahaya

tergantung dari selisih pita energi dari bahan yang membentuk p-n junction. Sebuah diode normal, biasanya terbuat dari inframerah dekat, tetapi bahan yang digunakan untuk sebuah LED memiliki selisih pita energi antara cahaya inframerah dekat, tampak, dan ultraungu dekat.

2.4.3.3. LED dalam aplikasi sebagai alat penerangan lampu langit-langit Polarisasi

Tak sepert LED mempunyai maju. Ini dikarenakan LED terbuat dari bahan semikonduktor yang hanya akan mengizinkan arus listrik mengalir ke satu arah dan tidak ke arah sebaliknya. Bila LED diberikan arus terbalik, hanya akan ada sedikit arus yang melewati chip LED. Ini menyebabkan chip LED tidak akan mengeluarkan emisi cahaya.

Chip LED pada umumnya mempunyai diberikan tegangan beberapa volt ke arah terbalik, biasanya sifat isolator searah LED akan jebol menyebabkan arus dapat mengalir ke arah sebaliknya.

2.4.3.4. Tegangan maju

Karakteristik chip LED pada umumnya adalah sama dengan karakteristik diode yang hanya memerlukan tegangan tertentu untuk dapat beroperasi. Namun bila diberikan tegangan yang terlalu besar, LED akan rusak walaupun tegangan yang diberikan adalah tegangan maju. Tegangan yang diperlukan sebuah diode untuk dapat beroperasi adalah tegangan maju (Vf).

2.4.3.5. Sirkuit LED

Sirkuit LED dapat didesain dengan cara menyusun LED dalam posisi jumlah tegangan yang diperlukan seluruh LED dalam rangkaian tadi. Namun bila LED diletakkan dalam keadaan paralel, maka yang perlu diperhatikan menjadi jumlah arus yang diperlukan seluruh LED dalam rangkaian ini.

Menyusun LED dalam rangkaian seri akan lebih sulit jika warna LED berbeda-beda, karena tiap warna LED yang berlainan mempunyai tegangan maju (Vf) yang berbeda.

Perbedaan ini akan menyebabkan bila jumlah tegangan yang diberikan oleh menyala. Sebaliknya, bila tegangan yang diberikan terlalu besar akan berakibat kerusakan pada LED yang mempunyai tegangan maju relatif rendah.

Pada umumnya, LED yang disusun secara seri harus mempunyai tegangan maju yang sama atau paling tidak tak berbeda jauh supaya rangkaian LED ini dapat bekerja secara baik. Jika LED digunakan untuk indikator pada voltase lebih tinggi dari operasinya dirangkai seri dengan resistor untuk menyesuaikan arus agar tidak melampaui arus maksimum LED, kalau arus maksimum terlampau LED jadi rusak.

2.4.3.6. Substrat LED

Pengembangan LED dimulai dengan alat inframerah dan merah dibuat denga alat denga bervariasi.

LED konvensional terbuat dari mineral inorganik yang bervariasi, menghasilkan warna sebagai berikut:

•

•

•

•

• gallium phosphide (GaP) - merah, kuning, dan hijau

•

•

•

•

•

• 2O3) - biru

2.5 LCD (Liquid Crystal Display)

Display elektronik adalah salah satu komponen elektronika yang berfungsi sebagai tampilan suatu data, baik karakter, huruf ataupun grafik. LCD (Liquid Cristal Display) adalah salah satu jenis display elektronik yang dibuat dengan teknologi CMOS logic yang bekerja dengan tidak menghasilkan cahaya tetapi memantulkan cahaya yang ada di sekelilingnya terhadap front-lit atau mentransmisikan cahaya dari back-lit. LCD (Liquid Cristal Display) berfungsi sebagai penampil data baik dalam bentuk karakter, huruf, angka ataupun grafik.

Material LCD (Liquid Cristal Display) LCD adalah lapisan dari campuran organik antara lapisan kaca bening dengan elektroda transparan indium oksida dalam bentuk tampilan seven-segment dan lapisan elektroda pada kaca belakang. Ketika elektroda diaktifkan dengan medan listrik (tegangan), molekul organik yang panjang dan silindris menyesuaikan diri dengan elektroda dari segmen. Lapisan sandwich memiliki polarizer cahaya vertikal depan dan polarizer cahaya horisontal belakang yang diikuti dengan lapisan reflektor. Cahaya yang dipantulkan tidak dapat melewati molekul-molekul yang telah menyesuaikan diri dan segmen yang diaktifkan terlihat menjadi gelap dan membentuk karakter data yang ingin ditampilkan.

Pengendali / Kontroler LCD (Liquid Cristal Display) Dalam modul LCD (Liquid Cristal Display) terdapat microcontroller yang berfungsi sebagai pengendali tampilan karakter LCD (Liquid Cristal Display). Microntroller pada suatu LCD (Liquid Cristal Display) dilengkapi dengan memori dan register. Memori yang digunakan microcontroler internal LCD adalah :

• DDRAM (Display Data Random Access Memory) merupakan memori tempat karakter yang akan ditampilkan berada.

• CGRAM (Character Generator Random Access Memory) merupakan memori untuk menggambarkan pola sebuah karakter dimana bentuk dari karakter dapat diubah-ubah sesuai dengan keinginan.

• CGROM (Character Generator Read Only Memory) merupakan memori untuk menggambarkan pola sebuah karakter dimana pola tersebut merupakan karakter dasar yang sudah ditentukan secara permanen oleh pabrikan pembuat LCD (Liquid Cristal Display) tersebut sehingga pengguna tinggal mangambilnya sesuai alamat memorinya dan tidak dapat merubah karakter dasar yang ada dalam CGROM.

Register control yang terdapat dalam suatu LCD diantaranya adalah :

• Register perintah yaitu register yang berisi perintah-perintah dari mikrokontroler ke panel LCD (Liquid Cristal Display) pada saat proses penulisan data atau tempat status dari panel LCD (Liquid Cristal Display) dapat dibaca pada saat pembacaan data.

• Register data yaitu register untuk menuliskan atau membaca data dari atau keDDRAM. Penulisan data pada register akan menempatkan data tersebut keDDRAM sesuai dengan alamat yang telah diatur sebelumnya.

Pin, kaki atau jalur input dan kontrol dalam suatu LCD (Liquid Cristal Display) diantaranya adalah :

• Pin data adalah jalur untuk memberikan data karakter yang ingin ditampilkan menggunakan LCD (Liquid Cristal Display) dapat dihubungkan dengan bus data dari rangkaian lain seperti mikrokontroler dengan lebar data 8 bit.

• Pin RS (Register Select) berfungsi sebagai indikator atau yang menentukan jenis data yang masuk, apakah data atau perintah. Logika low menunjukan yang masuk adalah perintah, sedangkan logika high menunjukan data.

• Pin R/W (Read Write) berfungsi sebagai instruksi pada modul jika low tulis data, sedangkan high baca data.

• Pin E (Enable) digunakan untuk memegang data baik masuk atau keluar.

• Pin VLCD berfungsi mengatur kecerahan tampilan (kontras) dimana pin ini dihubungkan dengan trimpot 5 Kohm, jika tidak digunakan dihubungkan ke ground, sedangkan tegangan catu daya ke LCD sebesar 5 Volt.

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1. Diagram Block

Alat pengukur kecepatan arus air secarakeseluruhan terdiri dari 3 (tiga) bagian utama yaitu bagian masukan berupa sensor kecepatan air, bagian pemrosesan berupa rangkaian minimum Mikrokontroler ATMega16A dan bagian keluaran berupa rangkaian LCD. Bagian masukan berupa sensor kecepatan air yang menggunakan sensor photodioda dan terdapat sebuah piringan pemantul yang terhubung dengan baling-baling.sensor ini, berfungsi untuk mendeteksi jumlah putaran persatuan waktu. Bagian pemrosesan yang berupa rangkaian minimum mikrokontroler ATMega16A yang berperan sebagai pencacah dan pengolah data arus dari sensor photodioda tersebut.Bagian keluaran berupa layar LCD dengan baris 2 (dua) dan 16 (enambelas) kolom yang berperan menampilkan secara langsung hasil pengukuran. Adapun diagram block yang dapat dibuat dari alat ukur kecepatan arus adalah :

Tombol

Mikrokontroler

Sensor Proximity ATMega 16A LCD

Gambar 3.1. Diagram Blok

3.2 Perancangan Sistem Mekanik Kecepatan Arus Air

Sistem mekanik ini dirancang sebagaimedia tempat pembacaan pulsa yang sekaligus akan menunjang sistem kerja baling-baling tersebut. Perancangan sistemmekanik ini dibuat

dari bahan botol plastik dengan ketebalan 0,2 cm dan berdiameter 8 cm. Pada alat ini juga terdapat sebuah balingbaling yang berdiameter 6 cm terbuat dari bahan plastik yang berperan sebagai pengindikasi gerakan aliran arus air. Baling– baling akan berputar ketika diletakkan dalam air yang mengalir. Baling-baling ini terpasang secara langsung dengan sensor pada alat ukur yang dibuat.Baling-baling ini juga terhubung dengan sebuah piringan pemantul menggunakan batang besi.

Gambar 3.2. Desain Sitem Mekanik Alat Ukur Kecepatan Arus Air

3.3. Rangkaian Mikrokontroler ATMega 16A

Dalam aplikasi sistem emergency, penulis membatasi jumlah rumah sebanyak 8. Adapun cara kerja rangkaian ini yaitu pada saat tombol push button ditekan, maka buffer yang menggunakan IC 7805 akan menyalurkannya sinyal menuju mikrokontroler ATmega16 pada port PB0-PB7. Saat mikrokontroler mendapat logic high (1), kemudian akan diproses pada sistem mikrokontroler. Setelah diproses oleh ATmega16, kemudian mikrokontroler tersebut mengeluarkan output pada beberapa port. Output dari mikrokontroler ini dibagi menjadi dua,output pertama akan disalurkan ke buzzer dengan port PA4 dan output kedua disalurkan ke tampilan LCD melalui port PC0-PC7 .

Gambar 3.3. Rangkaian Mikrokontroler ATMega 16A

3.4. Rangkaian Sensor Proximity

Sensor proximity biasanya untukpendeteksi suatu benda. Prinsip kerja sensor ini adalah memanfaatkan photodioda atau phototransistor yang berfungsi sebagai alat sensor yang berguna merasakan adanya perubahan intensitas cahaya infra merah /led. Pada saat cahaya inframerah belum mengenai photodioda, resistansi pada photodioda sangat besar atau bisa diasumsikan tak hingga atau bagaikan saklar terbuka sehingga tidak ada arusyang mengalir, sehingga transistor berada pada posisi cut off (terbuka). Dan ketika cahaya infra merah mengenai photodioda maka arus mengalir pada basis transistor sehingga transistor saturasi yang menyebabkan arus dari collector dapatmengalir ke emitor dan menjadikan Relay energize. Dan Relay ini nantinya akandihubungkan pada modul input pada PLC.

Gambar 3.4 Rangkaian Sensor Proximity

3.5. Rangkaian LCD ( Liquid Crystal Display)

Rangkaian skematik konektor yang dihubungkan dari LCD (liquid crystal display) ke mikrokontroler dapat dilihat pada gambar dibawah ini :

3.6. Rangkaian Alat Secara Keseluruhan

Perancangan sistem elektronik atauperangkat keras Dalam sistem pengukur kecepatan arus air ini perancangan meliputi rangkaian Keypad, perancangan pembanding (penguat) dan perancangan display LCD. Untuk menghindari kesalahan dalam sistem, maka sistem ini dibuat dalam board PCB yang terpisah.

Dari gambar dibawah penulis menjelaskan bahwa rangkaian yang akan dibuat menggunakan mikrokontroler ATMega16, sensor proximity dan LCD. Mikrokontroler merupakan pemograman dari alat tersebut, sensor proximity sebagai sensor yang dapat menjadi pengirim sinyal dan penerima sinyal, Liquid Crystal Display (LCD) berfungsi menampilkan data yang dikirim oleh mikrokontroler ATMega 16A.

Gambar 3.6. Rangkaian Keseluruhan Alat Ukur Kecepatan Arus Air

3.7. Flowchart

Dari flowchart diatas dapat dijelaskan bahwa setelah sensor proximity membaca cahaya, kemudian dikirimkan data ke mikrokontroller ATMega 16 lalu di tampilkan di Liquid Crystal Display (LCD).

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

Setelah proses perancangan sistem, makaselanjutnya dilakukan pembuatan sistem dan pengujian sistem secara keseluruhan. Tujuan adanya proses pengujian adalah untuk mengetahui apakah sistem yang telah dibuat bekerja sesuai dengan yang diharapkan atau belum. Adapun tampilan hasil pembuatan sistem mekanik alat pengukur kecepatan arus air.

Proses pengujian sistem mekanik dilakukan dengan cara memasukan alat pengukur kecepatan arus air ke dalam air yang mengalir. Hasil pengujian menunjukan kalau baling-baling dapat berkerja. Balingbaling-baling ini memutar sumbu besi yang terhubung dengan pemantul yang berdiameter empat cm. Proses pengujian sistem alat pengukur arus air secara keseluruhan bertujuan untuk mengetahui kinerja alat pengukur kecepatan arus air telah bekerja sesuai harapan atau belum. Adapun proses pengujian sistem secara keseluruhan.

4.1. Pengujian Sensor

Pada rangkaian Sensor ini menggunakan baling baling yang ada dalamflow meter yang akan berputar bila terkena oleh arus sungai, kemudian pulsa ituterbaca oleh photodioda dan led yang akan mengirimkan informasi kemikrokontroler. Agar mempermudah proses pengambilan data dalampemrograman mikrokontroler dibuat 3 perintah, yaitu pegambilan data, lihat data,dan simpan data.

Hasil pengujian rangkaian sensor kecepatan arus sungai ketika diuji padasuatu sungai dengan menggunakan tali dengan panjang 1m yang diterapungkan diukur dengan menggunakan stop watch dari suatu benda ringan yang diterapungkan juga sejajar dengan awal tali sampai akhir tali adalah 0,28 m/s di permukaan sungai, pada bersamaan dengan

sensor ini juga dimasukkan berputar dengan kecepatan 20 pulsa/detik. Jadi kalibrasi alat ini adalah 0,28/20=0,014 m/s. Sehingga didapatkan data sebagai berikut:

Tabel 4.1 Uji Sensor

4.2. Pengujian Alat

Dalam pengukurankedalaman sungai ini disesuaikan ukuran paling dasar dari bagian sungai tersebut.Setiap titik kedalaman tersebut diambil 4 kali data agar dapat data yang valid.Berdasarkan pengujian maka diperoleh data sebagai berikut:

NO PULSA KECEPATAN (s)

1 20 2,87

2 20 3,5

3 22 3,95

4 25 3,29

5 26 3,76

6 27 3,35

7 28 3,19

8 30 2,81

9 31 3,72

Tabel 4.2 Data Hasil Pengujian

No

Posisi Kedalaman Dasar (m)

Tingkat Kedalaman Dari Permukaan air

(m)

Nilai Kecepatan (v) Rata-Rata

(m/s)

1 0,25

0,10 0,40

0,15 0,35

0,25 0,29

2 0,50

0,10 0,42

0,30 0,26

0,50 0,19

3 0,75

0,10 0,41

0,40 0,23

0,75 0,17

4 1,00

0,10 0,40

0,60 0,20

1,00 0,14

Data diatas menunjukkan bahwa semakin dalam dasar sungai kecepatan arus sungai semakin lambat dan semakin ke permukaan sungai kecepatan arus sungai semakin cepat.

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5. 1. Kesimpulan

Dari hasil penelitian dan pembahasan tentang pengukur kecepatan arus sungaimenggunakan mikrokontroler ATMega16A dapat disimpulkan bahwa:

1. Alat yang digunakan dapat berfungsi dengan baik, sensor kecepatan arussungai sesuai dengan setting point yang diberikan. Dengan menggunakan sensor proximity dan diteruskan ke sistem, dapat diketahui kecepatan arus sungai tersebut dari LCD dan PC. 2. Data dari sensor kecepatan sungai masih berbentuk analog maka oleh dari rangkaian

komponen mikrokontroler ATMega 16A diubah menjadi logic sehingga dapat dilihat juga dengan PC.

3.Alat ukur kecepatan arus air yang menggunakan sensor proximity sangat efektif bagi para pelajar yang ingin mengetahui lebih banyak ilmu tentang kecepatan arus,dan dapat melakukan dengan alat ini yang sangat mudah dalam pembuatan dan bahan yang dibutuhkan juga terjangkau, dan menghasilkan keakuratan yang tidak jauh berbeda dengan current meter.

5.2 Saran

1. Sensor lebih dispesifikkan lagi dan penyangga sensor lebih kuat untuk memasukkan ke dalam sungai

DAFTAR PUSTAKA

Asdak, Chay. 2007. Hidrologi Pengalolaan Daerah Aliran Sungai. Yogyakarta; Gadjah Mada University Press

Muzakki. 2003. Elektronika. Surabaya; Universitas Airlangga

Olson, Reuben M. 1993. Dasar – Dasar Mekanika Fluida Teknik. Jakarta; Gramedia Pustaka Utama

Pratomo, Andi. 2004. Belajar Cepat Dan Mudah Mikrokontroler PIC16F84. Jakarta. Elex Media Komputindo

Resnick, Halliday. 1996. Fisika Jilid 1, Edisi Ketiga. Jakarta; Erlangga Widjanarka, Wijaya. 2006. Teknik Digital. Jakarta; Erlangga

Young, Houhg D. Roger D. Freedman. 2002. Fisika Universitas, Jilid 1 Edisi Kesepuluh. Jakarta; Erlangga

Tanggal Akses :15 Juli 2014

Tanggal Akses : 16 Juli 2014

Tanggal Akses : 16 Juli 2014

Saat uji sensor tampilan data seperti gambar dibawah ini :

Saat pengujian alat atau mengukur kecepatan arus tampilan data yang akan muncul seperti dibawah ini :

Saat pengujian sensor :

Sensor yang digunakan :

Baling – baling : Putaran/ carnaval yang akan di baca sensor :

Olson, Reuben M. 1993. Dasar – Dasar Mekanika Fluida Teknik. Jakarta; Gramedia Pustaka Utama

Pratomo, Andi. 2004. Belajar Cepat Dan Mudah Mikrokontroler PIC16F84. Jakarta. Elex Media Komputindo

Resnick, Halliday. 1996. Fisika Jilid 1, Edisi Ketiga. Jakarta; Erlangga Widjanarka, Wijaya. 2006. Teknik Digital. Jakarta; Erlangga

Young, Houhg D. Roger D. Freedman. 2002. Fisika Universitas, Jilid 1 Edisi Kesepuluh. Jakarta; Erlangga

Tanggal Akses :15 Juli 2014

Tanggal Akses : 16 Juli 2014

Tanggal Akses : 16 Juli 2014

Saat pengujian alat atau mengukur kecepatan arus tampilan data yang akan muncul seperti dibawah ini :

Saat pengujian sensor :

Sensor yang digunakan :