ALAT PENGUKUR KECEPATAN ANGIN MENGGUNAKAN OPTOCOPLER DAN DI REKAM KE MMC/SIMCARD
BAB I
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Angin merupakan salah satu potensi sumber daya alam. Sumber daya ini
dapat dimanfaatkan untuk berbagai kebutuhan manusia. Angin merupakan bagian
dari kondisi cuaca yang dimanfaatkan untuk keperluan penerbangan, pertanian,
pembangkit listrik dan lain-lain. Angin merupakan salah satu unsur meteorologi yang
memiliki peranan penting dalam menentukan kondisi cuaca dan iklim disuatu tempat.
Angin dapat dibatasi sebagai gerakan horisontal udara relatif terhadap permukaan
bumi. Batasan ini berasumsi bahwa seluruh gerakan udara secara vertikal
kecepatannya dapat diabaikan karena relatif rendah. Oleh karena itu, diperlukan data
atau informasi tentang angin yaitu data kecepatan dan arahnya.
Untuk mendapatkan data pengukuran kecepatan angin yang akurat diperlukan
suatu alat ukur yang dapat mencatat kecepatan maupun arah pergerakan angin secara
akurat pula. Pengukuran kecepatan angin itu sendiri dapat dilakukan dengan beberapa
metode, dimana setiap metode memiliki kelebihan dan kekurangan masing-masing.
Oleh karena itu itu dalam membuat suatu alat ukur kecepatan angin perlu
dipertimbangkan untuk keperluan apa alat tersebut dibuat.
Alat pengukur kecepatan angin yang umum digunakan pada stasiun
pengamatan cuaca adalah anemometer jenis cup counter yang menerapkan metode
mekanik dalam pengukurannya. Untuk mendapatkan alat ini, stasiun pengamatan
1
cuaca di Indonesia perlu mengimpor dari luar negeri, sehingga diperlukan biaya yang
cukup mahal untuk memiliki alat ini. Sebagaimana ketahui bahwa prinsip kerja dari
alat ini cukup sederhana yaitu cup yang berjumlah tiga buah berputar pada suatu tiang
yang dihubungkan dengan counter. Dengan mengetahui prinsip yang sederhana
tersebut dapat mengembangkan alat ini.
Di sisi lain, monitoring arah dan kecepatan angin yang telah banyak beredar
hanya dipasang disatu tempat dan tidak dapat dipindah-pindah sehingga pengukuran
arah dan kecepatan angin dalam melakukan penelitian hanya bisa dilakukan di satu
tempat. Oleh karena itu perancangan sistem yang paling tepat untuk monitor arah dan
kecepatan angin adalah dengan membuat sistem portable sehingga mdah dibawa ntuk
pengujian ditempat berbeda. Sementara itu media yang paling cocok untuk
pemantauan dalam bentuk portable ini adalah dengan menyimpan data pada multy
media card (MMC) yang digunakan untuk menyimpan data selam proses perekaman
data kecepatan dan arah angin berdasarkan waktu.
Berdasarkan latar belakang di atas maka akan dilakukan rancang bangun alat
pemantau kecepatan dan arah angin dengan sistem datalogger menggunakan multy
media card (MMC) berbasis controller arduino. Pada sistem mekanik dalam
perancangan ini menggunakan anemometer jenis mangkok (cup), sementara arah
angin ditentukan berdasarkan vane yang memutar piringan sensor anemometer
menggunakan pengukuran pola gelap terang menggunakan IR led.
2
1.2.
Rumusan Masalah
Untuk memecahkan permasalahan yang ada maka dapat diambil rumusan
masalah sebagai berikut:
1. Bagaimana merancang perangkat keras untuk membaca arah angin
melalui sensor.
2. Bagaimana merancang perangkat keras untuk membaca kecepatan angin
dari putaran mekanik.
3. Bagaimana merancang perangkat lunak untuk menghitung kecepatan
angin dari sensor
4. Bagaiamana merancang perangkat keras dan perangkat lunak agar sistem
dapat menyimpan data berdasarkan waktu pada memory card multy media
card (MMC).
5. Bagaimana menguji system keseluruhan untuk mengetahui unsur kerjanya
1.3.
Batasan Masalah
Dalam pembuatan tugas akhir ini
penulis membatasi permasalahan
sebagai berikut :
1.
Mikrokontroler yang digunakan adalah mikrokontroler AVR Atmega2560
dengan board minimum sistem arduino MEGA2560.
2.
Sensor yang digunakan adalah sensor rotary incremental encoder untuk
kecepatan angin sedangkan untuk arah angin menggunakan IR LED
dan Phototransistor.
3
3.
Sebagai penyimpanan data digunakan multy media card (MMC) card
jenis micro SD
1.4.
4.
Program tampilan ditampilkan pada LCD 16X4.
5.
Menggunakan keypad matrix 4X4 sebagai navigasi menu dan pengaturan.
Tujuan Penelitian
Tujuan yang ingin dicapai pada tugas akhir ini adalah merancang dan
membangun sistem monitoring kecepatan dan arah angin secara portable dengan
media penyimapan data pada multy media card (MMC).
1.5.
Sistematika Pembahasan
Pada sistematika pembahasan laporan tugas akhir ini, perinciannya adalah
sebagai berikut :
BAB I Pendahuluan
Bab ini membahas tentang hal-hal yang menjadi latar belakang, tujuan,
rumusan masalah, dan metodologi serta sistematika pembahasan pada alat yang akan
dirancang.
BAB II Tinjauan Pustaka
Bab ini menguraikan teori-teori yang mendasari dan mendukung dalam
perencanaan serta pembuatan hardware seperti pengetahuan dasar serial, Xbee,
sensor arah angin, sensor putaran untuk kecepatan angin dan transmisi data serial.
4
BAB III Perencanaan
Bab ini membahas tentang perencanaan serta pembuatan hardware pada alat
yang dirancang, misalnya nilai komponen yang dipakai, hubungan masing-masing
komponen dan lain sebagainya.
BAB IV Pengujian dan Analisa
Bab ini membahas tentang pengujian alat serta pembahasan mengenai hasil
pengujian tersebut.
BAB V Penutup
Bab ini membahas tentang kesimpulan dan saran terhadap laporan akhir untuk
pengembangan menjadi sistem yang lebih sempurna.
5
ALAT PENGUKUR KECEPATAN ANGIN MENGGUNAKAN
OPTOCOPLER DAN DI REKAM KE MMC/SIMCARD
TUGAS AKHIR
Disusun oleh :
NAMA : GALUH Y. W
NIM : 08530010
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG
2015
i
LEMBAR PERSETUJUAN
ALAT PENGUKUR KECEPATAN ANGIN MENGGUNAKAN
OPTOCOPLER DAN DI REKAM KE MMC/SIMCARD
Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana (S1)
Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Malang
Disusun Oleh :
Galuh Y. W
08530010
Diperiksa Dan Disetujui Oleh :
Pembimbing I
Pembimbing II
Dr. Ir. Lailis Syafa’ah, MT
NIDN: 721106301
Machmud E ST, MEng
NIDN: 715067402
ii
LEMBAR PENGESAHAN
ALAT PENGUKUR KECEPATAN ANGIN MENGGUNAKAN
OPTOCOPLER DAN DI REKAM KE MMC/SIMCARD
Tugas Akhir Ini disusun untuk memenuhi salah satu syarat memperoleh gelar
Sarjana (S1)
Universitas Muhammadiyah Malang
Disusun Oleh :
Galuh Y. W
NIM : 08530010
Tanggal Ujian : 5 Mei 2015
Dr. Ir. Lailis Syafa’ah, MT
NIDN: 721106301
Pembimbing I
Machmud E ST, MEng
NIDN: 715067402
Pembimbing II
Ir. Nur Alif Mardiyah, MT
NIDN: 718036502
Penguji I
Ilham Pakaya, ST
NIDN: 0717018801
Penguji II
Mengetahui
Ketua Jurusan
Ir. Nur Alif Mardiyah, MT
NIDN: 718036502
iii
SURAT PERNYATAAN
Yang bertanda tangan di bawah ini :
Nama : Galuh Y. W
Tempat Tanggal Lahir : Malang, 24 Januari 1989
NIM : 08530010
Fakultas / Jurusan : Teknik / Elektro
Menyatakan bahwa tugas akhir saya yang berjudul ALAT PENGUKUR
KECEPATAN
ANGIN
MENGGUNAKAN
OPTOCOPLER
DAN
DIREKAM KE MMC/SIMCARD. Adalah bukan merupakan karya tulis orang
lain, baik sebagian maupun keseluruhan, kecuali dalam bentuk kutipan yang telah
saya sebutkan sumbernya. Demikian surat pernyataan ini saya buat dengan
sebenar-benarnya dan apabila pernyataan ini tidak benar, kami bersedia mendapat
sanksi akademis.
Malang,
Yang menyatakan
Galuh Y. W
Mengetahui
Pembimbing I
Pembimbing II
Dr. Ir. Lailis Syafa’ah, MT
NIDN: 721106301
Machmud E ST, MEng
NIDN: 715067402
iv
KATA PENGANTAR
Assalamu’alaikum Warahmatullahi Wabarakatuh.
Segala puji syukur kita panjatkan kehadirat Allah SWT yang telah
memberikan rahmat dan hidayah-Nya sehingga penulis mampu menyelesaikan
hasil Tugas Akhir ini. Shalawat serta salam tak lupa penulis panjatkan kepada
seorang revolusioner besar sepanjang sejarah peradaban manusia yaitu junjungan
kita Nabi Muhammad SAW yang telah memberikan pencerahan di muka bumi
ini.
Tugas akhir ini merupakan salah satu syarat untuk menyelesaikan studi S1
Jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Malang. Tugas Akhir yang
berjudul “ALAT PENGUKUR KECEPATAN ANGIN MENGGUNAKAN
OPTOCOPLER DAN DI REKAM KE MMC/SIMCARD”. Ini masih jauh
dari kesempurnaan, namun penulis tetap berharap ada sebuah itikat baik bagi
pembaca untuk lebih mengembangkan Tugas Akhir ini dengan aplikasi yang
variatif dan semoga tulisan ini bermanfaat bagi semuanya.
Selama proses penyusunan skripsi ini banyak hal yang menjadi kendala dan
rintangan, tetapi dengan bantuan berbagai pihak Alhamdulillah telah terselesaikan
satu kewajiban penulis sebagai Mahasiswa Universitas Muhammadiyah Malang.
Ucapan terima kasih tidak lupa penulis haturkan kepada pihak-pihak yang telah
membantu dalam proses penyusunan laporan ini sehingga dapat dijadikan bahan
untuk pengembangan diri dalam mengikuti perkembangan teknologi pada saat
ini, antara lain:
1. Ir. Nur Alif Mardiyah, MT, dan Machmud Effendy, ST. M.Eng selaku
Kepala Jurusan dan Sekertaris Jurusan Elektro.
2. Ibu Dr. Ir. Lailis Syafa’ah, MT selaku Dosen Pembimbing I dan ucapan
terima kasih yang sebesar-besarnya atas ilmu dan bimbingannya.
3. Bapak Machmud E ST, MEng selaku Dosen Pembimbing II terima kasih
penulis haturkan atas saran, kritik dan bimbingannya.
4. Kedua Orang tua yang telah banyak membantu melalui do’a, materi dan
support-nya, saya mengucapkan terima kasih yang tak terhingga.
v
5. Andi W, Chanu P, Maulana B dan Teman-teman elektro khususnya
angkatan 2008 kelas A yang tak dapat disebutkan namanya satu persatu
Masih banyak pihak-pihak yang tidak penulis sebutkan dalam proses
penyusunan laporan ini, semoga apa yang telah di berikan tercatat sebagai amal
ibadah Amien.
Wassalamu’alaikum Warahmatullahi Wabarakatuh.
Malang, 5 Mei 2015
Penyusun
vi
DAFTAR ISI
LEMBAR JUDUL ................................................................................................. i
LEMBAR PERSETUJUAN ................................................................................. ii
LEMBAR PENGESAHAN ................................................................................ iii
SURAT PERNYATAAN KEASLIAN ............................................................... iv
ABSTRAKSI ..........................................................................................................v
ABSTRACT .......................................................................................................... vi
KATA PENGANTAR ........................................................................................ vii
DAFTAR ISI ........................................................................................................ ix
DAFTAR GAMBAR .......................................................................................... xii
DAFTAR TABEL ...............................................................................................xv
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang .............................................................................................1
1.2 Rumusan Masalah ........................................................................................3
1.3 Batasan Masalah ...........................................................................................3
1.4 Tujuan Penelitian..........................................................................................4
1.5 Sistematika Pembahasan ..............................................................................5
BAB II LANDASAN TEORI
2.1
Pengertian Angin .......................................................................................6
2.1.1 Proses Terjadinya Angin ........................................................................6
vii
2.1.2 Angin Secara Menyeluruh......................................................................7
2.1.3 Kecepatan Angin ..................................................................................12
2.1.4 Pengukuran Kecepatan Dan Arah Angin .............................................12
2.1.5 Arduino Mega 2560 .............................................................................14
2.1.6 Light Emitting Diode Infrared ( Led Infrared) ...................................24
2.1.7 Optocoupler .........................................................................................24
2.1.8 Phototransistor Dan Led Infra Merah ..................................................26
2.1.9 Pemakaian Op-Amp .............................................................................28
2.2.0 Penguat Membalik ..............................................................................28
2.2.1 Penguat Tak Membalik ........................................................................29
2.2.2 Op-Amp Sebagai Penjumlah ................................................................30
2.2.3 Baterai ..................................................................................................31
BAB III PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ALAT
3.1 Perancangan Mekanik Sensor Kecepatan Angin.......................................34
3.2 Perancangan Sensor Arah Angin ...............................................................35
3.3 Perancangan RTC DS1307 ........................................................................41
3.4 Perancangan Multy Media Card (MMC) ......................................................42
3.5 Perancangan Arduino MEGA2560 ...........................................................43
3.6 Perancangan Rangkaian LCD ...................................................................44
3.7 Perancangan Keypad 4x4 ..........................................................................46
3.8 Perangkat Lunak (Software) ......................................................................46
3.9
Algoritma Pembacaan Arah Angin ..........................................................47
3.10 Program Pengukuran Kecepatan Angin ...................................................48
viii
BAB IV PENGUJIAN ALAT
4.1 Pengujian Increamental Encoder ..............................................................51
4.2 Pengujian Sensor Arah Angin ...................................................................53
4.3 Pengujian Multy Media Card (MMC) ..........................................................56
4.4 Pengujian LCD ..........................................................................................60
4.5 Pengujian Keypad Matrix 4X4 ..................................................................62
4.6 Pengujian RTC ..........................................................................................65
4.7 Pengujian Keseluruhan ..............................................................................68
BAB V PENUTUP
5.1 Kesimpulan .................................................................................................76
5.2 Saran ...........................................................................................................77
DAFTAR PUSTAKA ......................................................................................... xvi
LAMPIRAN ....................................................................................................... xvii
ix
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Angin Pasat Dan Antipasat Atau Angin Barat ................................ 8
Gambar 2.2 Angin Muson Barat ......................................................................... 10
Gambar 2.3 Angin Muson Timur ........................................................................ 11
Gambar 2.4 Anemometer Cup Dan Vane ............................................................ 14
Gambar 2.5 Board Arduino Mega 2560.............................................................. 15
Gambar 2.6 Kofigurasi Pin Atmega2560 Pada Arduino Mega2560 .................. 16
Gambar 2.7 Led Infrared..................................................................................... 24
Gambar 2.8 Konstruksi Dan Simbol Optocoupler .............................................. 25
Gambar 2.9 Karakteristik Optocoupler ............................................................... 25
Gambar 2.10 Bentuk Dan Rangkaian Phototransistor ........................................ 27
Gambar 2.11 Prinsip Kerja Infra Red .................................................................. 27
Gambar 2.12 Penguat Membalik.......................................................................... 28
Gambar 2.13 Rangkaian Penguat Tak Membalik ................................................ 29
Gambar 2.14 Rangkaian Op-Amp Sebagai Penjumlah ........................................ 30
Gambar 2.15 Rangkaian Penggunaan Baterai ...................................................... 31
Gambar 3.1 Blok Diagram Alat ......................................................................... 32
Gambar 3.2 Mekanik Sistem Sensor Kecepatan ................................................ 34
Gambar 3.3 Rangkaian Sensor Kecepatan Angin .............................................. 35
Gambar 3.4
Perancangan Mekanik Pada Wind Vane Untuk Arah Angin .......... 36
Gambar 3.5
Perancangan Sensor Arah Angin Dengan Rotary Encoder ............ 37
Gambar 3.6
Perancangan Kode Biner Pada Rotary Encoder ............................. 38
x
Gambar 3.7 Rangkaian Penguat Sensor Photodiode............................................. 39
Gambar 3.8 Rangkaian RTC DS1307 ................................................................... 41
Gambar 3.9 Rangkaian Mmc ................................................................................ 42
Gambar 3.10 Rangkaian Minimum sistem Arduino MEGA2560 ........................ 43
Gambar 3.11 Rangkaian LCD ............................................................................... 45
Gambar 3.12 Perancangan Keypad 4x4 ................................................................ 46
Gambar 3.13 Flowchart Pembacaan Arah Angin ................................................. 48
Gambar 3.14 Diagram Alur Pengukuran Kecepatan Angin.................................. 49
Gambar 4.1 Konstruksi Encoder Dan Rangkaian Internal Encoder..................... 52
Gambar 4.2 Diagram Pengujian Sensor Arah Angin ........................................... 53
Gambar 4.3 Rangkaian Pengujian Sensor Arah Angin ........................................ 54
Gambar 4.4 Hasil Pengujian Sensor Dan Pengkondisi Sinyal Arah Angin ......... 55
Gambar 4.5 Rangkaian Multy Media Card (MMC) Pada Arduino ......................... 57
Gambar 4.6 Hasil Printscreen Pada Arduino Compiler ...................................... 58
Gambar 4.7 Hasil Printscreen Pada Windows Explorer ...................................... 59
Gambar 4.8 Rangkaian Pengujian LCD ............................................................... 60
Gambar 4.9 Foto Pengujian LCD ....................................................................... 61
Gambar 4.10 Rangkaian Pengujian Keypad........................................................ 62
Gambar 4.11 Pengujian Keypad ........................................................................... 64
Gambar 4.12 Rangkaian Blok Pengujian RTC Ds1307 ....................................... 65
Gambar 4.13 Hasil Pengujian RTC Ds1307 ........................................................ 67
Gambar 4.14 Panduan Navigasi LCD .................................................................. 69
Gambar 4.15 Pengujian Perekaman Data Arah Dan Kecepatan Angin ............... 69
xi
Gambar 4.16 Pengujian Menu Buka File............................................................. 70
Gambar 4.17 Pengujian Menu Buka File Hasil Perekaman ................................ 70
Gambar 4.18 Hasil Pembacaan Data Pada File Multy Media Card (MMC) Melalui
Lcd............................................................................................... 71
Gambar 4.19 Tampilan Data Di PC Dari Multy Media Card (MMC) .................... 72
Gambar 4.20 Hasil Kalibrasi ............................................................................... 74
xii
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 : Pemetaan Pin Atmega2560 ................................................................ 16
Tabel 3.1 : Kode posisi arah sensor .................................................................... 38
Tabel 4.1 : Pengujian Increamental Encoder ...................................................... 52
Tabel 4.2 : Hasil pengujian output sensor arah angin ......................................... 55
Tabel 4.3 : Hasil Klibrasi .................................................................................... 74
xiii
DAFTAR PUSTAKA
Buyung Nusantara, Alat Pengukur Kecepatan dan Penentu Arah Angin Berbasis
Komputer, Teknik Elektro UNDIP, Semarang, 2000.
Arsyad, Sofyan, Ilmu Iklim dan Pengairan, CV Yasagama, Jakarta, 1983.
Barry Gwoollard, Elektronika Praktis Cetakan Kedua, PT. Praditya Paramita,
Jakarta, 1998.
Ibnu Malik, Muhammad, Anistardi, Bereksperimen dengan Mikrokontroler 8031,
Elex Media Komputindo,Jakarta, 1997.
Malvino Leach, Prinsip-Prinsip dan Penerapan digital Edisi ketiga, Erlangga,
Jakarta, 1992.
Malvino, Paul Albert, Prinsip – Prinsip Elektronika Jilid I, Diterjemahkan oleh
Sahat Pakpahan, Erlangga, Jakarta,1996.
Millman, Halkias, Elektronika Terpadu, Erlangga ,Jakarta, 1993.
Roger L. Tokheim, Sutisna, Prinsip-Prinsip Digital Edisi Kedua, Erlangga, 1994
xiv
ABSTRAK
Pengukuran kecepatan angin dan mengetahui arah angin adalah dua hal
mendasar yang harus dilakukan dalam hal pemanfaatan tenaga angin dan
teknologi yang semakin berkembang, maka dalam skripsi ini dijelaskan
bagaimana merancang sebuah alat pengukur kecepatan angin menggunakan
optocopler dan direkam ke Multy media card (MMC). Untuk pengukuran arah
anginnya digunakan sensor IR LED dan phototransistor. Untuk pengontrol dari
semua sistem digunakan microprocessor ATmega 2560. Alat ini dapat merekam
data kecepatan angin dan arah angin perdetik. Kemudian di simpan ke Multy
media card (MMC) dengan kapasitas 1.8 GB, sehingga dapat memudahkan
pengguna dalam memonitor dalam waktu yang cukup lama. Selain itu data yang
sudah terekam di Multy media card (MMC) dapat ditampilkan pada komputer
dalam format .txt atau .doc ini bertujuan untuk memudahkan dalam pembacaan
kecepatan angin dan arah angin. Kecepatan angin dan arah angin merupakan 2 hal
yang tidak bias lepas dalam bidang meteorologi.
Kata kunci: Arduino MEGA 2560, Kecepatan Angin, Arah mata angin
xv
ABSTRACT
Measurement of wind speed and wind direction are two know basic things
that must be done in terms of the utilization of wind power and the use of
technology as a form of growing it in this paper described how to design a wind
speed measuring device using optocopler and recorded to a MMC / Simcard. As
for the measurement of its use in wind direction sensor IR LED and
phototransistor. As the controller of all system is used microprocessor ATmega
2560. This tool can record wind speed and direction of data per second wind.
Which is then saved to the MMC with a capacity of 1.8 GB. So it can be easier for
users to monitor in a long time. In addition the data that has been recorded in the
MMC can be displayed on a computer in a .txt or .doc format.
Keywords: Arduino MEGA 2560, Wind Speed, Direction of the wind
xvi
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Angin merupakan salah satu potensi sumber daya alam. Sumber daya ini
dapat dimanfaatkan untuk berbagai kebutuhan manusia. Angin merupakan bagian
dari kondisi cuaca yang dimanfaatkan untuk keperluan penerbangan, pertanian,
pembangkit listrik dan lain-lain. Angin merupakan salah satu unsur meteorologi yang
memiliki peranan penting dalam menentukan kondisi cuaca dan iklim disuatu tempat.
Angin dapat dibatasi sebagai gerakan horisontal udara relatif terhadap permukaan
bumi. Batasan ini berasumsi bahwa seluruh gerakan udara secara vertikal
kecepatannya dapat diabaikan karena relatif rendah. Oleh karena itu, diperlukan data
atau informasi tentang angin yaitu data kecepatan dan arahnya.
Untuk mendapatkan data pengukuran kecepatan angin yang akurat diperlukan
suatu alat ukur yang dapat mencatat kecepatan maupun arah pergerakan angin secara
akurat pula. Pengukuran kecepatan angin itu sendiri dapat dilakukan dengan beberapa
metode, dimana setiap metode memiliki kelebihan dan kekurangan masing-masing.
Oleh karena itu itu dalam membuat suatu alat ukur kecepatan angin perlu
dipertimbangkan untuk keperluan apa alat tersebut dibuat.
Alat pengukur kecepatan angin yang umum digunakan pada stasiun
pengamatan cuaca adalah anemometer jenis cup counter yang menerapkan metode
mekanik dalam pengukurannya. Untuk mendapatkan alat ini, stasiun pengamatan
1
cuaca di Indonesia perlu mengimpor dari luar negeri, sehingga diperlukan biaya yang
cukup mahal untuk memiliki alat ini. Sebagaimana ketahui bahwa prinsip kerja dari
alat ini cukup sederhana yaitu cup yang berjumlah tiga buah berputar pada suatu tiang
yang dihubungkan dengan counter. Dengan mengetahui prinsip yang sederhana
tersebut dapat mengembangkan alat ini.
Di sisi lain, monitoring arah dan kecepatan angin yang telah banyak beredar
hanya dipasang disatu tempat dan tidak dapat dipindah-pindah sehingga pengukuran
arah dan kecepatan angin dalam melakukan penelitian hanya bisa dilakukan di satu
tempat. Oleh karena itu perancangan sistem yang paling tepat untuk monitor arah dan
kecepatan angin adalah dengan membuat sistem portable sehingga mdah dibawa ntuk
pengujian ditempat berbeda. Sementara itu media yang paling cocok untuk
pemantauan dalam bentuk portable ini adalah dengan menyimpan data pada multy
media card (MMC) yang digunakan untuk menyimpan data selam proses perekaman
data kecepatan dan arah angin berdasarkan waktu.
Berdasarkan latar belakang di atas maka akan dilakukan rancang bangun alat
pemantau kecepatan dan arah angin dengan sistem datalogger menggunakan multy
media card (MMC) berbasis controller arduino. Pada sistem mekanik dalam
perancangan ini menggunakan anemometer jenis mangkok (cup), sementara arah
angin ditentukan berdasarkan vane yang memutar piringan sensor anemometer
menggunakan pengukuran pola gelap terang menggunakan IR led.
2
1.2.
Rumusan Masalah
Untuk memecahkan permasalahan yang ada maka dapat diambil rumusan
masalah sebagai berikut:
1. Bagaimana merancang perangkat keras untuk membaca arah angin
melalui sensor.
2. Bagaimana merancang perangkat keras untuk membaca kecepatan angin
dari putaran mekanik.
3. Bagaimana merancang perangkat lunak untuk menghitung kecepatan
angin dari sensor
4. Bagaiamana merancang perangkat keras dan perangkat lunak agar sistem
dapat menyimpan data berdasarkan waktu pada memory card multy media
card (MMC).
5. Bagaimana menguji system keseluruhan untuk mengetahui unsur kerjanya
1.3.
Batasan Masalah
Dalam pembuatan tugas akhir ini
penulis membatasi permasalahan
sebagai berikut :
1.
Mikrokontroler yang digunakan adalah mikrokontroler AVR Atmega2560
dengan board minimum sistem arduino MEGA2560.
2.
Sensor yang digunakan adalah sensor rotary incremental encoder untuk
kecepatan angin sedangkan untuk arah angin menggunakan IR LED
dan Phototransistor.
3
3.
Sebagai penyimpanan data digunakan multy media card (MMC) card
jenis micro SD
1.4.
4.
Program tampilan ditampilkan pada LCD 16X4.
5.
Menggunakan keypad matrix 4X4 sebagai navigasi menu dan pengaturan.
Tujuan Penelitian
Tujuan yang ingin dicapai pada tugas akhir ini adalah merancang dan
membangun sistem monitoring kecepatan dan arah angin secara portable dengan
media penyimapan data pada multy media card (MMC).
1.5.
Sistematika Pembahasan
Pada sistematika pembahasan laporan tugas akhir ini, perinciannya adalah
sebagai berikut :
BAB I Pendahuluan
Bab ini membahas tentang hal-hal yang menjadi latar belakang, tujuan,
rumusan masalah, dan metodologi serta sistematika pembahasan pada alat yang akan
dirancang.
BAB II Tinjauan Pustaka
Bab ini menguraikan teori-teori yang mendasari dan mendukung dalam
perencanaan serta pembuatan hardware seperti pengetahuan dasar serial, Xbee,
sensor arah angin, sensor putaran untuk kecepatan angin dan transmisi data serial.
4
BAB III Perencanaan
Bab ini membahas tentang perencanaan serta pembuatan hardware pada alat
yang dirancang, misalnya nilai komponen yang dipakai, hubungan masing-masing
komponen dan lain sebagainya.
BAB IV Pengujian dan Analisa
Bab ini membahas tentang pengujian alat serta pembahasan mengenai hasil
pengujian tersebut.
BAB V Penutup
Bab ini membahas tentang kesimpulan dan saran terhadap laporan akhir untuk
pengembangan menjadi sistem yang lebih sempurna.
5
ALAT PENGUKUR KECEPATAN ANGIN MENGGUNAKAN
OPTOCOPLER DAN DI REKAM KE MMC/SIMCARD
TUGAS AKHIR
Disusun oleh :
NAMA : GALUH Y. W
NIM : 08530010
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG
2015
i
LEMBAR PERSETUJUAN
ALAT PENGUKUR KECEPATAN ANGIN MENGGUNAKAN
OPTOCOPLER DAN DI REKAM KE MMC/SIMCARD
Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana (S1)
Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Malang
Disusun Oleh :
Galuh Y. W
08530010
Diperiksa Dan Disetujui Oleh :
Pembimbing I
Pembimbing II
Dr. Ir. Lailis Syafa’ah, MT
NIDN: 721106301
Machmud E ST, MEng
NIDN: 715067402
ii
LEMBAR PENGESAHAN
ALAT PENGUKUR KECEPATAN ANGIN MENGGUNAKAN
OPTOCOPLER DAN DI REKAM KE MMC/SIMCARD
Tugas Akhir Ini disusun untuk memenuhi salah satu syarat memperoleh gelar
Sarjana (S1)
Universitas Muhammadiyah Malang
Disusun Oleh :
Galuh Y. W
NIM : 08530010
Tanggal Ujian : 5 Mei 2015
Dr. Ir. Lailis Syafa’ah, MT
NIDN: 721106301
Pembimbing I
Machmud E ST, MEng
NIDN: 715067402
Pembimbing II
Ir. Nur Alif Mardiyah, MT
NIDN: 718036502
Penguji I
Ilham Pakaya, ST
NIDN: 0717018801
Penguji II
Mengetahui
Ketua Jurusan
Ir. Nur Alif Mardiyah, MT
NIDN: 718036502
iii
SURAT PERNYATAAN
Yang bertanda tangan di bawah ini :
Nama : Galuh Y. W
Tempat Tanggal Lahir : Malang, 24 Januari 1989
NIM : 08530010
Fakultas / Jurusan : Teknik / Elektro
Menyatakan bahwa tugas akhir saya yang berjudul ALAT PENGUKUR
KECEPATAN
ANGIN
MENGGUNAKAN
OPTOCOPLER
DAN
DIREKAM KE MMC/SIMCARD. Adalah bukan merupakan karya tulis orang
lain, baik sebagian maupun keseluruhan, kecuali dalam bentuk kutipan yang telah
saya sebutkan sumbernya. Demikian surat pernyataan ini saya buat dengan
sebenar-benarnya dan apabila pernyataan ini tidak benar, kami bersedia mendapat
sanksi akademis.
Malang,
Yang menyatakan
Galuh Y. W
Mengetahui
Pembimbing I
Pembimbing II
Dr. Ir. Lailis Syafa’ah, MT
NIDN: 721106301
Machmud E ST, MEng
NIDN: 715067402
iv
KATA PENGANTAR
Assalamu’alaikum Warahmatullahi Wabarakatuh.
Segala puji syukur kita panjatkan kehadirat Allah SWT yang telah
memberikan rahmat dan hidayah-Nya sehingga penulis mampu menyelesaikan
hasil Tugas Akhir ini. Shalawat serta salam tak lupa penulis panjatkan kepada
seorang revolusioner besar sepanjang sejarah peradaban manusia yaitu junjungan
kita Nabi Muhammad SAW yang telah memberikan pencerahan di muka bumi
ini.
Tugas akhir ini merupakan salah satu syarat untuk menyelesaikan studi S1
Jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Malang. Tugas Akhir yang
berjudul “ALAT PENGUKUR KECEPATAN ANGIN MENGGUNAKAN
OPTOCOPLER DAN DI REKAM KE MMC/SIMCARD”. Ini masih jauh
dari kesempurnaan, namun penulis tetap berharap ada sebuah itikat baik bagi
pembaca untuk lebih mengembangkan Tugas Akhir ini dengan aplikasi yang
variatif dan semoga tulisan ini bermanfaat bagi semuanya.
Selama proses penyusunan skripsi ini banyak hal yang menjadi kendala dan
rintangan, tetapi dengan bantuan berbagai pihak Alhamdulillah telah terselesaikan
satu kewajiban penulis sebagai Mahasiswa Universitas Muhammadiyah Malang.
Ucapan terima kasih tidak lupa penulis haturkan kepada pihak-pihak yang telah
membantu dalam proses penyusunan laporan ini sehingga dapat dijadikan bahan
untuk pengembangan diri dalam mengikuti perkembangan teknologi pada saat
ini, antara lain:
1. Ir. Nur Alif Mardiyah, MT, dan Machmud Effendy, ST. M.Eng selaku
Kepala Jurusan dan Sekertaris Jurusan Elektro.
2. Ibu Dr. Ir. Lailis Syafa’ah, MT selaku Dosen Pembimbing I dan ucapan
terima kasih yang sebesar-besarnya atas ilmu dan bimbingannya.
3. Bapak Machmud E ST, MEng selaku Dosen Pembimbing II terima kasih
penulis haturkan atas saran, kritik dan bimbingannya.
4. Kedua Orang tua yang telah banyak membantu melalui do’a, materi dan
support-nya, saya mengucapkan terima kasih yang tak terhingga.
v
5. Andi W, Chanu P, Maulana B dan Teman-teman elektro khususnya
angkatan 2008 kelas A yang tak dapat disebutkan namanya satu persatu
Masih banyak pihak-pihak yang tidak penulis sebutkan dalam proses
penyusunan laporan ini, semoga apa yang telah di berikan tercatat sebagai amal
ibadah Amien.
Wassalamu’alaikum Warahmatullahi Wabarakatuh.
Malang, 5 Mei 2015
Penyusun
vi
DAFTAR ISI
LEMBAR JUDUL ................................................................................................. i
LEMBAR PERSETUJUAN ................................................................................. ii
LEMBAR PENGESAHAN ................................................................................ iii
SURAT PERNYATAAN KEASLIAN ............................................................... iv
ABSTRAKSI ..........................................................................................................v
ABSTRACT .......................................................................................................... vi
KATA PENGANTAR ........................................................................................ vii
DAFTAR ISI ........................................................................................................ ix
DAFTAR GAMBAR .......................................................................................... xii
DAFTAR TABEL ...............................................................................................xv
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang .............................................................................................1
1.2 Rumusan Masalah ........................................................................................3
1.3 Batasan Masalah ...........................................................................................3
1.4 Tujuan Penelitian..........................................................................................4
1.5 Sistematika Pembahasan ..............................................................................5
BAB II LANDASAN TEORI
2.1
Pengertian Angin .......................................................................................6
2.1.1 Proses Terjadinya Angin ........................................................................6
vii
2.1.2 Angin Secara Menyeluruh......................................................................7
2.1.3 Kecepatan Angin ..................................................................................12
2.1.4 Pengukuran Kecepatan Dan Arah Angin .............................................12
2.1.5 Arduino Mega 2560 .............................................................................14
2.1.6 Light Emitting Diode Infrared ( Led Infrared) ...................................24
2.1.7 Optocoupler .........................................................................................24
2.1.8 Phototransistor Dan Led Infra Merah ..................................................26
2.1.9 Pemakaian Op-Amp .............................................................................28
2.2.0 Penguat Membalik ..............................................................................28
2.2.1 Penguat Tak Membalik ........................................................................29
2.2.2 Op-Amp Sebagai Penjumlah ................................................................30
2.2.3 Baterai ..................................................................................................31
BAB III PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ALAT
3.1 Perancangan Mekanik Sensor Kecepatan Angin.......................................34
3.2 Perancangan Sensor Arah Angin ...............................................................35
3.3 Perancangan RTC DS1307 ........................................................................41
3.4 Perancangan Multy Media Card (MMC) ......................................................42
3.5 Perancangan Arduino MEGA2560 ...........................................................43
3.6 Perancangan Rangkaian LCD ...................................................................44
3.7 Perancangan Keypad 4x4 ..........................................................................46
3.8 Perangkat Lunak (Software) ......................................................................46
3.9
Algoritma Pembacaan Arah Angin ..........................................................47
3.10 Program Pengukuran Kecepatan Angin ...................................................48
viii
BAB IV PENGUJIAN ALAT
4.1 Pengujian Increamental Encoder ..............................................................51
4.2 Pengujian Sensor Arah Angin ...................................................................53
4.3 Pengujian Multy Media Card (MMC) ..........................................................56
4.4 Pengujian LCD ..........................................................................................60
4.5 Pengujian Keypad Matrix 4X4 ..................................................................62
4.6 Pengujian RTC ..........................................................................................65
4.7 Pengujian Keseluruhan ..............................................................................68
BAB V PENUTUP
5.1 Kesimpulan .................................................................................................76
5.2 Saran ...........................................................................................................77
DAFTAR PUSTAKA ......................................................................................... xvi
LAMPIRAN ....................................................................................................... xvii
ix
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Angin Pasat Dan Antipasat Atau Angin Barat ................................ 8
Gambar 2.2 Angin Muson Barat ......................................................................... 10
Gambar 2.3 Angin Muson Timur ........................................................................ 11
Gambar 2.4 Anemometer Cup Dan Vane ............................................................ 14
Gambar 2.5 Board Arduino Mega 2560.............................................................. 15
Gambar 2.6 Kofigurasi Pin Atmega2560 Pada Arduino Mega2560 .................. 16
Gambar 2.7 Led Infrared..................................................................................... 24
Gambar 2.8 Konstruksi Dan Simbol Optocoupler .............................................. 25
Gambar 2.9 Karakteristik Optocoupler ............................................................... 25
Gambar 2.10 Bentuk Dan Rangkaian Phototransistor ........................................ 27
Gambar 2.11 Prinsip Kerja Infra Red .................................................................. 27
Gambar 2.12 Penguat Membalik.......................................................................... 28
Gambar 2.13 Rangkaian Penguat Tak Membalik ................................................ 29
Gambar 2.14 Rangkaian Op-Amp Sebagai Penjumlah ........................................ 30
Gambar 2.15 Rangkaian Penggunaan Baterai ...................................................... 31
Gambar 3.1 Blok Diagram Alat ......................................................................... 32
Gambar 3.2 Mekanik Sistem Sensor Kecepatan ................................................ 34
Gambar 3.3 Rangkaian Sensor Kecepatan Angin .............................................. 35
Gambar 3.4
Perancangan Mekanik Pada Wind Vane Untuk Arah Angin .......... 36
Gambar 3.5
Perancangan Sensor Arah Angin Dengan Rotary Encoder ............ 37
Gambar 3.6
Perancangan Kode Biner Pada Rotary Encoder ............................. 38
x
Gambar 3.7 Rangkaian Penguat Sensor Photodiode............................................. 39
Gambar 3.8 Rangkaian RTC DS1307 ................................................................... 41
Gambar 3.9 Rangkaian Mmc ................................................................................ 42
Gambar 3.10 Rangkaian Minimum sistem Arduino MEGA2560 ........................ 43
Gambar 3.11 Rangkaian LCD ............................................................................... 45
Gambar 3.12 Perancangan Keypad 4x4 ................................................................ 46
Gambar 3.13 Flowchart Pembacaan Arah Angin ................................................. 48
Gambar 3.14 Diagram Alur Pengukuran Kecepatan Angin.................................. 49
Gambar 4.1 Konstruksi Encoder Dan Rangkaian Internal Encoder..................... 52
Gambar 4.2 Diagram Pengujian Sensor Arah Angin ........................................... 53
Gambar 4.3 Rangkaian Pengujian Sensor Arah Angin ........................................ 54
Gambar 4.4 Hasil Pengujian Sensor Dan Pengkondisi Sinyal Arah Angin ......... 55
Gambar 4.5 Rangkaian Multy Media Card (MMC) Pada Arduino ......................... 57
Gambar 4.6 Hasil Printscreen Pada Arduino Compiler ...................................... 58
Gambar 4.7 Hasil Printscreen Pada Windows Explorer ...................................... 59
Gambar 4.8 Rangkaian Pengujian LCD ............................................................... 60
Gambar 4.9 Foto Pengujian LCD ....................................................................... 61
Gambar 4.10 Rangkaian Pengujian Keypad........................................................ 62
Gambar 4.11 Pengujian Keypad ........................................................................... 64
Gambar 4.12 Rangkaian Blok Pengujian RTC Ds1307 ....................................... 65
Gambar 4.13 Hasil Pengujian RTC Ds1307 ........................................................ 67
Gambar 4.14 Panduan Navigasi LCD .................................................................. 69
Gambar 4.15 Pengujian Perekaman Data Arah Dan Kecepatan Angin ............... 69
xi
Gambar 4.16 Pengujian Menu Buka File............................................................. 70
Gambar 4.17 Pengujian Menu Buka File Hasil Perekaman ................................ 70
Gambar 4.18 Hasil Pembacaan Data Pada File Multy Media Card (MMC) Melalui
Lcd............................................................................................... 71
Gambar 4.19 Tampilan Data Di PC Dari Multy Media Card (MMC) .................... 72
Gambar 4.20 Hasil Kalibrasi ............................................................................... 74
xii
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 : Pemetaan Pin Atmega2560 ................................................................ 16
Tabel 3.1 : Kode posisi arah sensor .................................................................... 38
Tabel 4.1 : Pengujian Increamental Encoder ...................................................... 52
Tabel 4.2 : Hasil pengujian output sensor arah angin ......................................... 55
Tabel 4.3 : Hasil Klibrasi .................................................................................... 74
xiii
DAFTAR PUSTAKA
Buyung Nusantara, Alat Pengukur Kecepatan dan Penentu Arah Angin Berbasis
Komputer, Teknik Elektro UNDIP, Semarang, 2000.
Arsyad, Sofyan, Ilmu Iklim dan Pengairan, CV Yasagama, Jakarta, 1983.
Barry Gwoollard, Elektronika Praktis Cetakan Kedua, PT. Praditya Paramita,
Jakarta, 1998.
Ibnu Malik, Muhammad, Anistardi, Bereksperimen dengan Mikrokontroler 8031,
Elex Media Komputindo,Jakarta, 1997.
Malvino Leach, Prinsip-Prinsip dan Penerapan digital Edisi ketiga, Erlangga,
Jakarta, 1992.
Malvino, Paul Albert, Prinsip – Prinsip Elektronika Jilid I, Diterjemahkan oleh
Sahat Pakpahan, Erlangga, Jakarta,1996.
Millman, Halkias, Elektronika Terpadu, Erlangga ,Jakarta, 1993.
Roger L. Tokheim, Sutisna, Prinsip-Prinsip Digital Edisi Kedua, Erlangga, 1994
xiv
ABSTRAK
Pengukuran kecepatan angin dan mengetahui arah angin adalah dua hal
mendasar yang harus dilakukan dalam hal pemanfaatan tenaga angin dan
teknologi yang semakin berkembang, maka dalam skripsi ini dijelaskan
bagaimana merancang sebuah alat pengukur kecepatan angin menggunakan
optocopler dan direkam ke Multy media card (MMC). Untuk pengukuran arah
anginnya digunakan sensor IR LED dan phototransistor. Untuk pengontrol dari
semua sistem digunakan microprocessor ATmega 2560. Alat ini dapat merekam
data kecepatan angin dan arah angin perdetik. Kemudian di simpan ke Multy
media card (MMC) dengan kapasitas 1.8 GB, sehingga dapat memudahkan
pengguna dalam memonitor dalam waktu yang cukup lama. Selain itu data yang
sudah terekam di Multy media card (MMC) dapat ditampilkan pada komputer
dalam format .txt atau .doc ini bertujuan untuk memudahkan dalam pembacaan
kecepatan angin dan arah angin. Kecepatan angin dan arah angin merupakan 2 hal
yang tidak bias lepas dalam bidang meteorologi.
Kata kunci: Arduino MEGA 2560, Kecepatan Angin, Arah mata angin
xv
ABSTRACT
Measurement of wind speed and wind direction are two know basic things
that must be done in terms of the utilization of wind power and the use of
technology as a form of growing it in this paper described how to design a wind
speed measuring device using optocopler and recorded to a MMC / Simcard. As
for the measurement of its use in wind direction sensor IR LED and
phototransistor. As the controller of all system is used microprocessor ATmega
2560. This tool can record wind speed and direction of data per second wind.
Which is then saved to the MMC with a capacity of 1.8 GB. So it can be easier for
users to monitor in a long time. In addition the data that has been recorded in the
MMC can be displayed on a computer in a .txt or .doc format.
Keywords: Arduino MEGA 2560, Wind Speed, Direction of the wind
xvi