Tabel 2.19 Kaki-Kaki LCD 2x16
2.8 Anemometer Buatan Sendiri
Anemometer adalah alat pengukur kecepatan angin
yang banyak dipakai dalam bidang Meteorologi
dan Geofisika
atau stasiun prakiraan cuaca.
Gambar 2.20 Anemometer
Kecepatan atau kecepatan angin diukur dengan anemometer cup, instrumen dengan tiga atau empat logam berlubang kecil belahan ditetapkan, sehingga mereka menangkap angin dan
berputar tentang batang vertikal. Sebuah catatan perangkat listrik revolusi dari cangkir dan menghitung kecepatan angin.
Universitas Sumatera Utara
2.9 Komponen – Komponen Pendukung
2.9.1 Resistor
Resistor adalah komponen elektronik dua kutub yang didesain untuk menahan arus listrik dengan memproduksi tegangan listrik diantara kedua kutubnya, nilai tegangan terhadap resistansi
berbanding dengan arus mengalir, berdasarkan hokum ohm. Resistor digunakan sebagai bagian dari jejaring elektronik dan sirkuit elektronik, dan merupakan salah satu komponen yang paling
sering digunakan. Resistor dapat dibuat dari bermacam-macam kompon dan film, bahkan kawat resistansi kawat yang dibuat dari paduan resistivitas seperti nikel-kromium.
Karakteristik utama dari resistor adalah resistansinya dan daya listrik yang dapat dihantarkan. Karakteristik lain termasuk koefisien suhu, desah listrik,dan induktansi. Resistor
dapat di integrasikan kedalam sirkuit hibrida dan papan sirkuit cetak, bahkan sirkuit terpadu. Ukuran dan letak kaki bergantung pada desain sirkuit, kebutuhan daya resistor harus cukup dan
disesuaikan dengan kebutuhan arus rangkaian agar tidak terbakar.
Gambar 2.21 Resistor
2.9.2 Kapasitor
Kapasitor adalah komponen elektronika yang dapat menyimpan muatan listrik. Struktur sebuah kapasitor terbuat dari 2 buah plat metal yang dipisahkan oleh suatu bahan dielektrik.
Bahan – bahan dielektrik yang umum dikenal misalnya udara vakum, keramik, gelas dan lain- lain. Jika kedua ujung plat metal diberi tegangan listrik, maka muatan-muatan positif akan
Universitas Sumatera Utara
mengumpul pada salah satu kaki elekroda metalnya dan pada saat yang sama muatan – muatan negative terkumpul pada ujung metal yang satu lagi. Muatan positif tidak dapat menuju ujung
kutub negative dan sebaliknya muatan negatif tidak bias menuju ke ujung kutup positif, karena terpisah oleh bahan dielektrik yang non-konduktif. Muatan elektrik ini “tersimpan” selama tidak
ada konduksi pada ujung- ujung kakinya. Di alam bebas, phenomena kapasitor ini terjadi pada saat terkumpulnya muatan – muatan positif dan negatif di awan.
Gambar 2.22 Kapasitor
2.9.3 Induktor
Induktor atau reactor adalah sebuah komponen elektronika pasif kebanyakan berbentuk torus yang dapat menyimpan energy pada medan magnet yang ditimbulkan oleh arus listrik
yang melintasinya. Kemampuan inductor untuk menyimpan energi magnet ditentukan oleh induksinya, dalam satuan Henry. Biasanya sebuah induktor adalah sebuah kawat penghantar
yang dibentuk menjadi kumparan, lilitan membantu membuat medan magnet yang kuat didalam kumparan dikarenakan hokum induksi Faraday. Induktor adalah salah satu komponen elektronik
dasar yang digunakan dalam rangkaian yang arus dan tegangannya berubah-ubah dikarenakan kemampuan induktor untuk memproses arus bolak-balik.
Sebuah induktor ideal memiliki induktansi, tetapi tanpa resistansi atau kapasitansi, dan tidak memboroskan daya. Sebuah induktor pada kenyataanya merupakan gabungan dari
induktansi, beberapa resistansi karena resistivitas kawat, dan beberapa kapasitansi. Pada suatu frekuensi, induktor dapat menjadi sirkuit resonansi karena kapasitas parasitnya. Selain
memboroskan daya pada resistansi kawat,induktor berinti magnet juga memboroskan daya didalam inti karena efek hysteresis, dan pada arus tinggi mungkin mengalami nonlinearitas
karena penjenuhan.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.23 Induktor
2.9.4 Dioda
Dioda adalah komponen aktif dua kutub yang pada umumnya bersifat semikonduktor, yang memperbolehkan arus listrik mengalir ke satu arah kondisi panjar maju dan menghambat
arus dari arah sebaliknya kondisi panjar mundur. Dioda dapat disamakan sebagai fungsi katub didalam bidang elektronika. Dioda sebenarnya tidak menunjukkan karakteristik kesearahan yang
sempurna, melainkan mempunyai karakteristik hubungan arus dan tegangan kompleks yang tidak linier dan seringkali tergantung pada teknologi atau material yang digunakan serta
parameter penggunaan.
Gambar 2.24 Dioda
Universitas Sumatera Utara
2.9.5 Regulator LM317
IC LM317 merupakan chip IC regulator tegangan variable untuk tegangan DC positif. Untuk membuat power supplay dengan tegangan output variable dapat dibuat dengan sederhana
apabila menggunakan IC regulator LM317.
Gambar 2.25 Rangkaian Internal LM317
Fungsi bagian pada regulator tegangan positif LM317 :
Voltage Reference adalah jalur atau bagian yang berfungsi memberikan tegangan referensi kontrol tegangan output pada regulator LM317. Input tegangan referensi
daiambil dari rangkaian pembagi tegangan variabel R1 dan R2 pada rangkaian dibawah.
Komparator berfungsi sebagai pembanding antar tegangan output dan tegangan referensi, dimana besarnya tegangan output dapat dihitung dari persamaan dibawah.
Circuit Protection adalah rangkaian pelindung IC LM317 dari terjadinya arus konrsleting dan sebagi pelindung IC dari panan kerlebihan.
Power regulator adalah ragnkaain darlinto transistor NPN yang berfungsi untuk memperkuat arus output regulator tegangan variabel LM317
.
Universitas Sumatera Utara
2.9.6 Trafo CT Step Down
CT adalah trafo yang menghasilkan arus di skunder dimana besarnya sesuai dengan ratio dan arus primernya. CT umumnya terdiri dari sebuah ini besi yang dililiti oleh konduktor kawat
tembaga. Output dari skunder biasanya adalah 1 atau 5 ampere, ini ditunjukan dengan ratio yang dimiliki oleh CT tersebut. Transformator step-down memiliki lilitan skunder lebih sedikit dari
pada lilitan primer, sehingga berfungsi sebagai penurun tegangan. Transformator jenis ini sangat mudah ditemui, terutama dalam adaptor AC-DC.
2.9.7 Kabel
Kabel merupakan sebuah alat yang digunakan untuk mentransmisikan sinyal dari satu tempat ke tempat lain. Kabel seiring dengan perkembangannya dari waktu ke waktu terdiri dari
berbagai jenis dan ukuran yang membedakan satu dengan lainnya. Berdasarkan jenisnya, kabel terbagi menjadi 3 yakni kabel tembaga copper, kabel koaksial, dan kabel serat optik.
Universitas Sumatera Utara
BAB III
PERANCANGAN DAN CARA PEMBUATAN ALAT
Secara umum blok diagram pengembangan alat adalah seperti yang ditunjukan pada gambar 3.1. Alat yang dibuat akan membentuk suatu sistem alat pengukuran kecepatan dan
penentu arah angin.
Gambar 3.1 Diagram Blok
DISPLAY
µc
BUZZER
Setting Limit ANEMOMETER
ANEMOMETER
KOMPAS
Universitas Sumatera Utara
3.1 Pengukuran Kecepatan Angin
Pengukuran kecepatan angin terdiri dari Baling – baling mangkok yang dikompel dengan piringan sensor absolute encoder, sensor kecepatan optocoupler, mikrokontroller AT – Mega
8535 serta LCD.
3.1.1 Mekanik Pengukuran Kecepatan Angin
Gambar 3.2 Mekanik baling-baling dan piringan sensor
Jika baling – baling berputar 10 rpm v = 10 x 2
π Rmenit Jika R = 10 cm
v = 10 x 2 . 3.14 1060 cmdet v = 20 x 3.14 1060 cmdet
= 10,5 cmdet Kecepatan angin = 37,8 kmjam
Universitas Sumatera Utara
Ukuran mangkok Tenaga R Kecepatan tetap sama Piringan sensor adalah alat yang digunakan untuk mengindera kecepatan putar baling-
baling mangkok. Titik pusat piringan sensor dan titik pusat baling-baling magkok dihubungkan dengan sebuah poros, sehingga kecepatan putar piringan sensor sama dengan kecepatan putar
baling-baling.
Gambar 3.3 Piringan dikopel dengan baling-baling
3.1.2 Sensor Kecepatan
Dalam perancangan alat pengukur kecepatan angin, sensor kecepatan merupakan salah satu rangkaian yang memegang peranan penting. Sensor kecepatan ini akan membaca slot pada
piringan sensor. Piringan sensor berfungsi untuk menghasilkan pulsa – pulsa listrik yang akan di indra oleh optocoupler sensor kecepatan dengan cara memberi lubang pada setiap pinggir
piringan.
Gambar 3.4 Rangkaian sensor untuk piringan sensor
Universitas Sumatera Utara
Penerimaan cahaya inframerah akan membuat transistor peka cahaya menjadi konduksi. Ketika transistor konduksi, keluaranya akan menjadi masukan logika rendah ke Schmitt trigger
dan yang digunakan dalam rangkaian adalah komponen 74LS14. Schmitt trigger berfungsi untuk membersihkan sinyal. Jadi keluaran rangkaian transducer akan berlogika rendah ketika transistor
konduksi.
Gambar 3.5 Optocoupler
Pada saat LED tidak konduksi off, LED tidak akan memancarkan cahaya infra merah sehingga transistor juga akan mati. Hal ini akan memberikan masukan logika tinggi ke Schmitt
trigger. Dalam keadaan baling-baling mangkok berputar, rangkaian sensor kecepatan akan memberikan keluaran dalam bentuk gelombang kotak dengan 30 pulsa tiap putaran baling-baling
3.1.3 Schmitt Trigger
IC ini berfungsi menegaskan output optocoupler LED dan phototransistor, ketika berubah dari low ke high bila kurang dari nilai Positif Going Threshold Voltage PGTV maka
output akan dibawa ke logika low dan sebaliknya bila lebih dari nilai PGTV maka output akan dibawa ke logika high. Ketika berubah dari high ke low bila lebih dari nilai Negative Going
Threshold Voltage NGTV maka output akan dibawa ke logika high dan sebaliknya bila kurang dari nilai NGTV, maka output akan dibawa ke logika low.
3.1.4 Mikrokontroller AT-Mega 8535 Untuk Kecepatan Angin
Mikrokontroller AT-Mega8535 berfungsi untuk mengolah data yang inputnya berasal dari schmittrigger dan hasilnya akan ditampilkan di LCD 2x16. Piringan sensor ini prinsip
kerjanya menghitung jumlah pulsa dalam jumlah waktu tertentu. Untuk mempermudah
Universitas Sumatera Utara
menampilkan data hasil perhitungan sehingga tidak diperlukan pengali maka dibuat metode pengambilan data persatuan waktu yang khusus. Diambil contoh untuk kecepatan angin 3
KMJam, metodenya sebagai berikut : 3 KMJam = 1 rps
karena digunakan 30 slot maka dalam 1 rps = 30 slot = 3 KMJam
sehingga setiap 1 pulsa akan sama dengan 0,1 KMJam
3.2 Penentu Arah Angin
Penentu arah angin ini terdiri atas 4 macam piranti, yaitu sirip penunjuk arah angin, sensor rotary encoder, sensor kompas digital dan mikrokontroller AT-Mega 8535 serta LCD
untuk menampilkan hasilnya.
Gambar 3.6 Arah Angin
3.2.1 Mekanik Penentu Arah Angin
Arah angin dinyatakan dengan arah dari mana datangnya angin, misalnya: angin barat yang artinya angin datang dari barat, angin tenggara yang artinya angin datang dari tenggara,dan
sebagainya. Mekanik penentu arah angin ini berupa sirip untuk menunjukan arah angin seperti
Universitas Sumatera Utara
yang terlihat pada Gambar 3.7. Sirip ini berfungsi untuk memutar sensor rotary encoder untuk menunjukan arah angin sesuai dengan arah datangnya angin.
Gambar 3.7 Mekanik Penunjuk arah angin
Seperti terlihat pada Gambar 3.7, mekanik arah angin mempunyai poros vertikal A. Ekor angin C mempunyai daya tangkap angin yang lebih besar dari ujung mekanik B. Dengan demikian, maka
dari manapun angin datang bertiup, ujung mekanik B senantiasa mengambil kedudukan menuju ke arah dari mana datangnya angin.
3.2.2 Sensor Rotary encoder
Prinsip kerja dari sensor ini yaitu dengan menghubungkan poros shaft pada sebuah piringan sensor. Dimana piringan sensor ini terdiri dari beberapa jalur track yang berupa
lingkaran-lingkaran yang konsentris dan setiap jalur di hubungkan dengan sebuah sumber cahaya dan detector cahaya.
Gambar 3.8 Prinsip kerja Rotary Encoder
Universitas Sumatera Utara
Sumber cahaya ini berfungsi untuk mengubah energy listrik menjadi cahaya, dan cahaya ini akan mengkonduksikan detektor cahaya jika mengenai bagian yang transparan dari piringan
tersebut. Sehingga, keluaran dari detektor cahaya akan berlogika rendah. Dimana fungsi dari detektor cahaya untuk mengubah energi cahaya menjadi energi listrik. Sehingga,masing-masing
jalur track dapat diketahui MSB Most Significant Bit dan LSB low Significant Bit pada outputnya yang berupa bilangan biner yang menyusun sebuah sandi BCD
.
Sensor ini mempunyai keluaran 11 bit yang dihubungkan ke mikrokontroller. Pada Aplikasinya sebagai penentu arah angin sensor rotary encoder yang digunakan mempunyai
ketelitian sampai 0.5 derajat, hal ini disebabkan karena sensor ini mempunyai pulse1 putaran sebesar 720 division.
Gambar 3.9 Control output NPN open colector
3.2.3 Mikrokontroller AT- Mega8535 untuk Arah Angin
Mikrokontroller AT-Mega 8535 berfungsi untuk mengolah data yang inputnya berasal dari sensor rotary encoder dan hasilnya akan ditampilkan pada LCD. Rancangan pemograman
dari mikrokontroller untuk penentu arah angin ini terbagi menjadi dua bagian yaitu tampilan untuk nilai default dan tampilan untuk nilai setting. Tampilan untuk nilai default ini digunakan
pada saat alat pertama kali dijalankan, dengan catatan bahwa tombol set tidak ditekan. Jika sewaktu-waktu diinginkan pengesetan arah angin, maka tombol 5 set ditekan setelah mengatur
arah angin sesuai keinginan.
3.2.4 Sensor Kompas Digital CMPS-03
Kompas Elektronik CMPS-03 buatan Devantech Ltd ini menggunakan sensor medan magnet Philips KMZ51 yang cukup sensitif untuk mendeteksi medan magnet bumi. Modul ini
bekerja dengan mendeteksi magnetik bumi. Data yang dihasilkan dari kompas elektronik ini
Universitas Sumatera Utara
berupa data biner. Sebagai contoh jika modul menghadap utara maka data yang dihasilkan adalah data 00H, dan arah selatan data keluarannya adalah 7FH.
Koneksi dari modul ke mikrokontroller dapat dilakukan dengan 2 cara yaitu dengan mengunakan data PWM Pulse Width Modulation, atau dengan I2C Inter Intergrated
Circuit.Jika menggunakan interface PWM, pulsa keluaran memiliki rentang 1mS untuk 0° atau arah utara sampai dengan 36.99 mS untuk 359.90°. Cara yang kedua mengunakan I2C, metode
ini dapat digunakan langsung sehingga data yang dibaca tepat 0° – 360° sama dengan 0 – 255.
Gambar 3.10 Rangkaian aplikasi dari sensor magnetic compass CMPS03
Universitas Sumatera Utara
3.3 Flowchart
Gambar 3.11 Flowchart
ANEMOMETER
Kompas Digital
Kecepatan Angin
Sudut arah terhadap Utara
Universitas Sumatera Utara
BAB IV
PENGUJIAN ALAT DAN ANALISIS
Pengujian pada sistem perangkat keras dan perangkat lunak yang telah direalisasikan ini dilakukan untuk mengetahui apakah sistem tersebut dapat bekerja sesuai dengan teori-teori yang
ada atau tidak, serta untuk mengetahui seberapa besar kesalahan hasil pembacaan perangkat keras yang dibuat yaitu dengan cara melakukan kalibrasi dengan anemometer alat ukur
kecepatan angin yang ada. Pengujian sistem ini dilakukan pada masing-masing bagian, yaitu dengan membandingkan hasil pengukuran alat dengan alat ukur yang ada di Badan Metereologi
dan Geofisika BMKG Padang Panjang Sumatera Barat. Pengukuran yang dilakukan terbagi manjadi 2 bagian yaitu pengukuran untuk kecepatan angin dan pengukuran untuk penentu arah
angin
4.1. Pengujian Alat Ukur Kecepatan angin
Kalibrasi untuk alat pengukur kecepatan angin menggunakan alat ukur yang ada di BMKG Padang Panjang Sumatera Barat dan BMKG Medan. Alat ukur pembanding yang ada
pembacaannya meggunakan teknologi analog. Pengukuran dilakukan dengan menggunakan kipas angin yang diarahkan ke baling-baling mekanik alat yang dibuat dan baling-baling
mekanik pembanding dengan besar kecepatan kipas angin dan jarak yang sama. Berdasarkan hasil pengujian didapat data seperti dibawah ini :
Universitas Sumatera Utara
Tabel 4.1 Data Pengukuran Kecepatan Angin Di Bandara
Tanggal Bandara Minangkabau Padang
Data dari alat Data BMKG
Kecepatan Arah angin
Kecepatan Arah angin
Sabtu 7.2 kmjam :
225 ˚
7.2 kmjam: 227
˚ 15 Juni
2013 2 ms
Barat Daya 2 ms
Barat Daya Minggu
14.4 kmjam : 247
˚ 15 kmjam :
250 ˚
16 Juni 2013
4 ms Barat Daya
4.1 ms Barat Daya
Senin 7.2 kmjam :
255 ˚
7.5 kmjam : 257
˚ 17 Juni
2013 2 ms
Barat Daya 2.1 ms
Barat Daya
Tabel 4.2 Data Pengukuran Kecepatan Angin Di Pelabuhan Belawan
Tanggal Daerah Pelabuhan Belawan
Data dari alat Data BMKG
Kecepatan Arah angin
Kecepatan Arah angin
Sabtu 54 kmjam :
325 ˚
53.6 kmjam :
327 ˚
25 Mei 2013
15 ms Barat Laut
14.9 ms Barat Laut
Senin 57.6 kmjam :
317 ˚
57.9 kmjam :
320 ˚
27 Mei 2013
16 ms Barat Laut
16.1 ms Barat Laut
Selasa 61.2 kmjam :
325 ˚
60 kmjam : 327
˚ 28 Mei
2013 17 ms
Barat Laut 16.7 ms
Barat Laut
Universitas Sumatera Utara
Tabel 4.3 Data Pengukuran Kecepatan Angin Di Daratan Binjai
Tanggal Daerah Daratan Binjai
Data dari alat Data BMKG
Kecepatan Arah angin
Kecepatan Arah angin
Senin 18 kmjam :
80 ˚
18.3 kmjam :
83 ˚
17 Juni 2013
5 ms Timur
5.1 ms Timur
Rabu 39.6 kmjam :
85 ˚
40 kmjam : 85
˚ 19 Juni
2013 11 ms
Timur 11.1 ms
Timur Kamis
43.2 kmjam : 87
˚ 44 kmjam :
88 ˚
20 Juni 2013
12 ms Timur
12.2 ms Timur
Untuk mengetahui seberapa besar kesalahan pembacaan alat ukur yang dibuat terhadap alat ukur pembanding, maka dapat dibuat Tabel perhitungan-perhitungan berdasarkan Tabel 4.3.
Tabel 4.4 Perhitungan Simpangan Kecepatan Angin
No. Alat Ukur
Pembanding Alat Tugas
Akhir Simpangan
X- X
Simpangan Kuadrat X-
X 1
7.2 kmjam 7.2 kmjam
15 kmjam 14.4 kmjam
-0.6 0.36
7.5 kmjam 7.2 kmjam
-0.3 0.09
2 53.6 kmjam
54 kmjam 0.4
0.16 57.9 kmjam
57.6 kmjam -0.3
0.09 60 kmjam
61 kmjam 1.2
1.44 3
18.3 kmjam 18 kmjam
-0.3 0.09
40 kmjam 39.6 kmjam
-0.4 0.16
44 kmjam 43.2 kmjam
-0.8 0.64
J U M L A H 2.99
Universitas Sumatera Utara
Maka dapat dilakukan perhitungan – perhitungan sebagai berikut : SX =
√ ∑ X - X²
n n -1 SX =
√ 2.99
9 9 – 1
SX = 0.20 e = 0.20 7.2 x 100
= 2.7
e = 0.20 14.4 x 100
= 1.3
e = 0.20 7.2 x 100
= 2.7
e = 0.20 54 x 100
= 0.37
e = 0.20 57.6 x 100
= 0.34
e = 0.20 61.2 x 100
= 0.32
e = 0.20 18 x 100
= 1.1
e = 0.20 39.6 x 100
= 0.5
e = 0.20 43.2 x 100
= 0.4
Universitas Sumatera Utara
Tabel 4.5 Perhitungan Kesalahan Rata – Rata Kecepatan Angin
Kecepatan Angin TA
Error e
Simpangan e-
ē Simpangan Kuadrat
e- ē²
7.2 2.7
-7.03 49.4
14.4 1.3
-8.43 71
7.2 2.7
-7.03 49.4
54.0 0.37
-9.36 87.6
57.6 0.34
-9.39 88.1
61.2 0.32
-9.41 88.5
18.0 1.1
-8.63 74.4
39.6 0.5
-9.23 85.1
43.2 0.4
-9.33 87
J U M L A H ē = 9.73
∑ e - ē² = 680.5
SX =
√ ∑e -e²
n n – 1
SX = √ 680.5
9 9-1 SX = 3.0
Toleransi = 3.09.73 x 100
= 30.8
Jadi harga kesalahan rata-rata pengukuran kecepatan angin adalah sebesar 9.73 dengan harga toleransinya adalah sebesar 30.8, dengan
Ketepatan = 100 - 9.73 = 90.27
Universitas Sumatera Utara
Dari pengukuran kecepatan angin yang dilakukan di Masing-masing tempat dapat dilihat bahwa terdapat perbedaan antara alat ukur kecepatan angin yang saya buat dengan alat ukur kecepatan
angin pembanding. Hal ini disebabkan karena pada alat ukur pembanding skala pembacaannya dilakukan secara digital dengan satuan kmjam sedangkan alat ukur yang saya rancang skala
pembacaannya dilakukan secara analog dengan satuan ms sehingga pada kedua alat terdapat perbedaan satuan dan ketelitian hasil pembacaan yang dapat mengakibatkan kesalahan hasil
pengamatan pada waktu pengukuran.
PERHITUNGAN : Kmjam ke ms sebagai berikut
: Dimana :
1 km = 1000 m 1 jam = 3600 s
1 kmjam = 1000m3600s Jadi apabila 10 kmjam
= 10 x 1000m 3600s = 10000m3600s
= 2.7ms
Sedangkan perhitungan ms ke kmjam sebagai berikut :
Dimana : 1 km = 1000m
11000 km = 1 m Jadi apabila 10 ms
= 10 x 11000km 13600 Jam = 10 x 36001000 kmjam
= 36 kmjam
Universitas Sumatera Utara
4.2 Pengujian Alat Ukur Penentu Arah Angin