TUGAS AKHIR - Modul aplikasi telemetri - USD Repository

  TUGAS AKHIR MODUL APLIKASI TELEMETRI

  Oleh : ANGGARENO OKTAVIANO THEOYUDHA

  NIM : 045114016

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

  

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

FINAL PROJECT TELEMETRY APPLICATION MODULE

  ANGGARENO OKTAVIANO THEOYUDHA Student Number : 045114016

ELECTRICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY

HALAMAN PERSEMBAHAN DAN MOTTO HIDUP

  MOTTO : It’s okay to be losing rather than to be a loser Everything that has a beginning has an end

  Mintalah maka kamu akan diberi; Carilah maka kamu akan mendapatkan; Ketuklah maka pintu akan dibukakan bagimu Skripsi ini kupersembahkan untuk…. Tuhan Yesus Kristus Gembalaku yang baik Eyang, Papa, Mama, dan Kakak yang tercinta

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  

INTISARI

  Tidak semua kondisi memungkinkan seorang peneliti untuk melakukan pengamatan langsung terhadap objek pengamatan. Telemetri merupakan suatu metode pengukuran yang dilakukan dari jarak yang relatif jauh. Dengan telemetri, peneliti tinggal meletakkan alat ukur pada lokasi pengamatan dan kemudian memantau objek pengamatan dari tempat lain yang cukup aman. Sistem telemetri juga sangat bermanfaat dalam kehidupan kita karena sistem telemetri berperan sebagai bagian dari sistem peringatan dini terhadap datangnya bencana. Pembelajaran mengenai aplikasi sistem telemetri perlu diterapkan di institusi pendidikan sejak dini. Modul Aplikasi telemetri adalah suatu perangkat yang digunakan untuk keperluan pembelajaran aplikasi sistem telemetri.

  Modul Aplikasi Telemetri terdiri dari 2 bagian, yaitu: perangkat pengirim dan perangkat penerima. Perangkat pengirim terdiri dari rangkaian sensor suhu, rangkaian pengkondisi sinyal, dan rangkaian pengubah tegangan ke frekuensi. Perangkat penerima terdiri dari rangkaian pengubah frekuensi ke tegangan, rangkaian pengkondisi sinyal, dan rangkaian penampil berupa LED. Sensor suhu berfungsi mendeteksi perubahan suhu. Agar data dapat dikirim, data diubah ke level tegangan AC menggunakan rangkaian pengubah tegangan ke frekuensi. Rangkaian pengkondisi sinyal di perangkat pengirim berfungsi untuk mengkondisikan tegangan keluaran dari sensor suhu agar sesuai dengan jangkauan tegangan masukan yang dibutuhkan oleh rangkaian pengubah tegangan ke frekuensi. Data dikirim ke perangkat penerima menggunakan kabel jumper sepanjang 1 meter. Di perangkat penerima data diubah kembali ke level tegangan DC oleh rangkaian pengubah frekuensi ke tegangan. Tegangan keluaran rangkaian pengubah frekuensi ke tegangan dikondisikan agar sesuai dengan jangkauan tegangan masukan dari rangkaian penampil LED. rangkaian penampil LED merepresentasikan tingkatan suhu yang terukur pada sensor suhu.

  Modul Aplikasi Telemetri telah berhasil dibuat dan hasilnya bisa bekerja dengan baik. Suhu yang terukur pada sensor suhu dapat direpresentasikan dengan baik pada rangkaian penampil LED. Kata kunci : Sistem telemetri, sensor suhu, pengubah tegangan ke frekuensi, pengubah frekuensi ke tegangan.

  PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

ABSTRACT

  Not all conditions allows an observer to make direct observations of the object of observation. Telemetry is a method of measurements taken from a relatively far distance. With telemetry, observers staying put gauges on the location of observation and then monitor the observation of objects from another place that is quite safe. Telemetry system is also very useful in our lives because the telemetry system acts as part of an early warning system against disaster. Learning about the application of telemetry systems to be implemented in educational institutions from the outset. Telemetry Application Module are a device used for learning purposes telemetry system applications.

  Telemetry Application Module consists of two parts, namely: the sending and the receiving device. Sending device consists of a series of temperature sensors, signal conditioning circuits, and voltage to frequency converter circuit. The receiving device consists of a series of frequency to voltage converter, signal conditioning circuits, and LED indicator circuit. The temperature sensor serves to detect changes in temperature. So that data can be transmitted, the data is converted to AC voltage level using a voltage to frequency converter circuit. The series of signal conditioners on the sending device serves to condition the output voltage of temperature sensor to match the input voltage range required by the voltage to frequency converter circuit. Data sent to the receiving device using a jumper cable 1 meter long. In the data receiving device is converted back into a DC voltage level by a frequency to voltage converter circuit. The output voltage from frequency to voltage converter circuit is conditioned to match the input voltage range of the LED circuit viewer. LEDs represent the level of the viewer a series of temperature measured at the temperature sensor.

  Telemetry Application Module has been successfully made and the results can work well. The temperature measured at the temperature sensor can be represented by either the viewer a series of LEDs. Key words: telemetry system, temperature sensors, voltage to frequency converter, frequency to voltage converter.

  PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

KATA PENGANTAR

  Tidak ada kata lain yang ingin penulis panjatkan kepada Allah Bapa Yang MahaKuasa dan Yesus Kristus anak - Nya yang tunggal Tuhan kita selain puji dan syukur, sebab hanya oleh anug'rah - Nya yang luar biasa penulis mendapatkan harapan dan keteguhan untuk mengerjakan tugas akhir, sehingga tugas akhir "Modul Aplikasi Telemetri" ini dapat selesai dengan dengan baik.

  Penulis juga menyadari ada begitu banyak uluran tangan yang diberikan kepada penulis untuk menyelesaikan tugas akhir ini. Karena itu dari hati yang tulus penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada :

  1. Ir. Gidheon Tri Pudjo Wahyono dan Dra. Etty Sulijanti selaku kedua orangtua penulis yang telah memberikan segalanya termasuk dukungan doa dan materi serta menunjukkan kesabaran selama penulis menyelesaikan tugas akhir.

  2. Alm Ny. Sulastri selaku nenek penulis yang telah menginspirasi penulis untuk memulai dan menyelesaikan tugas akhir.

  3. Ibu Dr. Fr. Ninik Yudianti, M.Acc selaku Wakil Rektor I Universitas Sanata Dharma yang telah memberikan toleransi dan kesempatan kepada penulis untuk tetap menjadi mahasiswa aktif dan menyelesaikan tugas akhir.

  4. Ibu Bernadeta Wuri Harini, S.T., M.T. selaku kepala program studi Teknik Elektro Universitas Sanata Dharma yang masih memberikan kesempatan kepada penulis untuk menyelesaikan tugas akhir.

  5. Bapak Damar Widjaja, S.T., M.T. selaku dosen pembimbing tugas akhir yang telah memberikan arahan, masukan, dan bimbingan kepada penulis selama mengerjakan tugas akhir.

  6. Bapak Agustinus Bayu Primawan, S.T., M.Eng. selaku dosen mata kuliah Sistem Telemetri yang telah memberikan ide materi tugas akhir kepada penulis.

  7. Bapak dan Ibu dosen program studi Teknik Elektro Universitas Sanata Dharma yang telah mendidik dengan sabar dan mengajarkan banyak ilmu kepada penulis.

  8. Mas Petrus Sumardi, mas FX. Suryo Asih Subrata, mas Antonius Suryana, dan mas

  PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ............................................................................................................. i

HALAMAN PERSETUJUAN ........................................................................................... iii

HALAMAN PENGESAHAN ............................................................................................. iv

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA .............................................................................. v

HALAMAN PERSEMBAHAN DAN MOTTO HIDUP .................................................. vi

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK

KEPENTINGAN AKADEMIS ......................................................................................... vii

  

INTISARI .......................................................................................................................... viii

ABSTRACT ......................................................................................................................... ix

KATA PENGANTAR .......................................................................................................... x

DAFTAR ISI ....................................................................................................................... xii

DAFTAR GAMBAR .......................................................................................................... xv

DAFTAR TABEL .............................................................................................................. xix

BAB I PENDAHULUAN ......................................................................................................

  1

  1.1.Judul ................................................................................................................................. 1

  1.2.Latar Belakang ................................................................................................................. 1

  1.3.Tujuan dan Manfaat .......................................................................................................... 2

  1.4.Batasan Masalah ............................................................................................................... 2

  1.5.Metodologi Penelitian ...................................................................................................... 3 BAB II DASAR TEORI .......................................................................................................

  5

  2.1.Sistem Telemetri ............................................................................................................... 5

  2.2.Sensor Suhu ...................................................................................................................... 7

  2.3.Pengkondisi Sinyal ........................................................................................................ 12

  PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 2.3.3. Penguat Tak Membalik (Non – Iverting Amplifier) ......................................

  14 2.3.4. Penguat Penjumlah (Summing Amplifier) .....................................................

  15

  2.2.1. Penguat Pengurang (Voltage Substraction) .................................................. 15

  2.4.Voltage to Frequency Converter .................................................................................... 16

  2.5.Frequency to Voltage Converter .................................................................................... 18

  2.6.Penampil LED ................................................................................................................ 19

  BAB III PERANCANGAN PERANGKAT PEMANCAR DAN PERANGKAT PENERIMA ............................................................................... 21

  3.1.Diagram Blok ................................................................................................................. 21

  3.2.Perancangan Perangkat Pemancar .................................................................................. 22 3.2.1. Perancangan Sensor Suhu .............................................................................

  22

  3.2.2. Perancangan Rangkaian Pengubah Tegangan ke Frekuensi ........................ 24

  3.2.3. Perancangan Rangkaian Pengkondisi Sinyal ............................................... 28

  3.2.3.1. Blok 1 : Rangkaian Penguat Non – Iverting dengan Av = 13,744 .....................................................................

  31

  3.2.3.2. Blok 2 : Rangkaian Penguat Inverting dengan Vo = -39,6115 ..................................................................

  32 3.2.3.3. Blok 3 : Rangkaian Penguat Penjumlah .......................................

  33

  3.2.3.4. Blok 4 : Rangkaian Penguat Inverting dengan Av = -1 ............................................................................. 35

  3.3.Perancangan Perangkat Penerima ...................................................................................

  36

  3.3.1. Rangkaian Pengubah Frekuensi ke Tegangan .............................................. 36

  3.3.2. Rangkaian Penampil LED ............................................................................ 40

  3.3.3. Rangkaian Pengkondisi Sinyal ..................................................................... 44

  3.3.3.1. Blok 1 : Rangkaian Penguat Non – Iverting

  PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  dengan Vo = -0,6131 .................................................................... 48

  3.3.3.3. Blok 3 : Rangkaian Penguat Penjumlah ....................................... 50

  3.3.3.4. Blok 4 : Rangkaian Penguat Inverting dengan Av = -1 ............................................................................. 51

  

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ............................................................................ 52

  4.1.Hasil Pengujian Sistem secara Keseluruhan .................................................................. 53

  4.2.Hasil Pengujian Perangkat Pengirim .............................................................................. 57

  4.2.1. Pengujian Rangkaian Sensor Suhu ............................................................... 57

  4.2.2. Pengujian Rangkaian Pengkondisi Sinyal .................................................... 60

  4.2.3. Pengujian Rangkaian Pengubah Tegangan ke Frekuensi ............................. 62

  4.3.Hasil Pengujian Perangkat Penerima ............................................................................. 64

  4.3.1. Pengujian Rangkaian Pengubah Frekuensi ke Tegangan ............................. 64

  4.3.2. Pengujian Rangkaian Pengkondisi Sinyal .................................................... 66

  4.3.3. Pengujian Rangkaian Penampil LED ........................................................... 68

  

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ............................................................................. 70

  5.1.Kesimpulan ..................................................................................................................... 70

  5.2.Saran ............................................................................................................................... 71

  

DAFTAR PUSTAKA ......................................................................................................... 72

LAMPIRAN ........................................................................................................................ 73

  PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

DAFTAR GAMBAR

  Halaman

Gambar 1.1. Diagram blok Modul Aplikasi Telemetri ................................................ 3Gambar 2.1. Proses sistem telemetri pada umumnya .................................................... 5Gambar 2.2. Sistem telemetri analog single input – single display .............................. 6Gambar 2.3. Sistem telemetri analog multi input – multi display ................................. 6Gambar 2.4. Sistem telemetri digital single input – single display ............................... 7Gambar 2.5. Sistem telemetri digital multi input – single display ................................ 7Gambar 2.6. Absolute maximum ratings LM335 ........................................................ 10Gambar 2.7. Rangkaian pengkalibrasi LM335 ........................................................... 11Gambar 2.8. Karakteristik akurasi temperatur LM335 ............................................... 11Gambar 2.9. Koneksi pin LM335 ................................................................................ 11Gambar 2.10. Grafik karakteristik rangkaian pengondisi sinyal ................................... 13Gambar 2.11. Rangkaian penyangga tegangan ............................................................. 13Gambar 2.12. Rangkaian penguat membalik ................................................................ 14Gambar 2.13. Rangkaian penguat tak membalik .......................................................... 14Gambar 2.14. Rangkaian penguat penjumlah ............................................................... 15Gambar 2.15. Rangkaian voltage substraction ............................................................. 15Gambar 2.16. Grafik karakterstik ideal V/F converter ................................................. 16Gambar 2.17. Karakteristik voltage controlled oscillator ............................................. 17Gambar 2.18. Konfigurasi dan diagram blok IC CD4046B .......................................... 18Gambar 2.19. Karakteristik F/V converter .................................................................... 19

  

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Gambar 3.2. Diagram blok perangkat penerima ......................................................... 21Gambar 3.3. Rangkaian pengkalibrasi LM335 ........................................................... 23Gambar 3.4. Rangkaian sensor suhu ........................................................................... 24Gambar 3.5. Grafik karakteristik f MAX /f MIN terhadap R2/R1 pada IC CD4046B ....... 25Gambar 3.6. Grafik karakteristik f MIN terhadap C pada IC CD4046B ........................ 27Gambar 3.7. Rangkaian pengubah tegangan ke frekuensi .......................................... 27Gambar 3.8. Grafik karakteristik rangkaian pengondisi sinyal pada perangkat pemancar ................................................................................................ 28Gambar 3.9. Rancangan awal rangkaian pengkondisi sinyal di perangkat pemancar ................................................................................................ 31Gambar 3.10. Blok 1 rangkaian pengkondisi sinyal: Penguat inverting dengan Vo = - 2,8821 ............................................................................. 32Gambar 3.11. Blok 2 rangkaian pengkondisi sinyal : Penguat penjumlah .................... 33Gambar 3.12. Blok 3 rangkaian pengkondisi sinyal : Penguat inverting dengan Av = - 13,744 ............................................................................. 34Gambar 3.13. Rancangan akhir rangkaian pengkondisi sinyal pada perangkat pengirim .................................................................................................. 34Gambar 3.14. Rancangan awal rangkaian pengubah frekuensi ke tegangan ................ 35Gambar 3.15. Karakteristik I

  2 terhadap suplai tegangan LM2907N ............................ 36

Gambar 3.16. Rancangan akhir rangkaian pengubah frekuensi ke tegangan ................ 38Gambar 3.17. Rancangan awal rangkaian penampil LED ............................................ 39Gambar 3.18. Rancangan akhir rangkaian penampil LED ............................................ 42Gambar 3.19. Grafik karakteristik rangkaian pengondisi sinyal pada perangkat penerima ................................................................................................. 43

  

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Gambar 3.21. Blok 1 rangkaian pengkondisi sinyal: Penguat non – inverting dengan Av = 1,04 ................................................................................... 46Gambar 3.22. Blok 2 rangkaian pengkondisi sinyal : Penguat inverting dengan Vo = - 0,58686 V ....................................................................... 48Gambar 3.23. Blok 3 rangkaian pengkondisi sinyal : Penguat inverting dengan Av = -1 ....................................................................................... 48Gambar 3.24. Blok 4 rangkaian pengkondisi sinyal pada perangkat penerima : Penguat penjumlah ............................................................... 49Gambar 3.25. Blok 5 rangkaian pengkondisi sinyal : Penguat inverting dengan Av = -1 ....................................................................................... 50Gambar 3.26. Rancangan akhir rangkaian pengkondisi sinyal pada perangkat penerima ................................................................................................. 51Gambar 4.1. Bentuk fisik perangkat pengirim .............................................................. 52Gambar 4.2. Bentuk fisik perangkat penerima .............................................................. 52Gambar 4.3. Grafik pengujian sistem ............................................................................ 56Gambar 4.4. Blok rangkaian sensor suhu pada blok diagram perangkat pengirim ....... 57Gambar 4.5. Grafik perbandingan data sensor suhu ..................................................... 59Gambar 4.6. Blok rangkaian pengkondisi sinyal pada blok diagram perangkat pengirim ................................................................................... 60Gambar 4.7. Grafik perbandingan data rangkaian pengkondisi sinyal di perangkat pengirim ............................................................................... 61Gambar 4.8. Blok rangkaian pengubah tegangan ke frekuensi pada blok diagram perangkat pengirim ................................................................................... 62Gambar 4.9. Grafik perbandingan data rangkaian pengubah tegangan ke frekuensi .... 63

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Gambar 4.11. Grafik perbandingan data rangkaian pengubah frekuensi ke tegangan .... 65Gambar 4.12. Blok rangkaian pengkondisi sinyal pada blok diagram perangkat penerima .................................................................................. 66Gambar 4.13. Grafik perbandingan data data rangkaian pengkondisi sinyal di perangkat pengirim ............................................................................... 67Gambar 4.12. Blok rangkaian penampil LED pada blok diagram perangkat penerima.. 69

  PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

DAFTAR TABEL

  Halaman

Tabel 3.1. Data keluaran sensor suhu pada suhu 27 s.d 77 °C ................................... 23Tabel 3.2. Data pengujian awal rangkaian pengubah tegangan ke frekuensi .............. 28Tabel 3.3. Data hasil pengujian awal rangkaian pengubah frekuensi ke tegangan ..... 40Tabel 3.4. Perancangan nilai Vref dan Vin serta kondisi LED ................................... 41Tabel 4.1. Hasil pengujian sistem secara keseluruhan ................................................ 54Tabel 4.2. Hasil pengujian rangkaian sensor suhu ...................................................... 57Tabel 4.4. Hasil pengujian rangkaian pengondisi sinyal di perangkat pengirim ........ 61Tabel 4.5. Hasil pengujian rangkaian pengubah tegangan ke frekuensi ..................... 63Tabel 4.6. Hasil pengujian rangkaian pengubah frekuensi ke tegangan ..................... 65Tabel 4.7. Hasil pengujian rangkaian pengondisi sinyal di perangkat penerima ........ 67Tabel 4.6. Hasil pengujian rangkaian penampil LED ................................................. 69

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

  Tidak semua kondisi memungkinkan seorang peneliti untuk melakukan pengamatan langsung terhadap objek pengamatan. Kondisi – kondisi seperti letak obyek pengamatan yang terlalu jauh dan terlalu bahaya untuk ditempuh, cuaca, dan temperatur yang tidak bersahabat membuat pengamatan/pengukuran tidak dapat dilakukan terus – menerus secara langsung. Kendala pengukuran pada lokasi yang tidak terjangkau tersebut dapat diatasi dengan menggunakan metode pengukuran jarak jauh atau biasa disebut telemetri.

  Telemetri merupakan suatu metode pengukuran yang dilakukan dari jarak yang relatif jauh [1]. Dengan telemetri, peneliti tinggal meletakkan alat ukur pada lokasi pengamatan dan kemudian memantau objek pengamatan dari tempat lain yang cukup aman. Sebuah sistem telemetri terdiri dari beberapa proses, yaitu : sensing, akuisisi data, modulasi atau pengkodean, transmisi sinyal, dan penampil [2].

  Pada perkembangannya, sistem telemetri sangat bermanfaat dalam kehidupan kita karena sistem telemetri berperan sebagai bagian dari early warning system atau sistem peringatan dini terhadap datangnya bencana [3]. Sehingga kerusakan dan jatuhnya korban jiwa dalam suatu bencana dapat diminimalkan. Oleh karena itu, pembelajaran mengenai aplikasi sistem telemetri perlu diterapkan di institusi pendidikan sejak dini, khususnya perguruan tinggi.

  Untuk keperluan pembelajaran aplikasi sistem telemetri, penulis ingin membuat sebuah modul aplikasi telemetri suhu. Modul ini terdiri dua perangkat, yaitu perangkat pengirim dan perangkat penerima. Pada perangkat pengirim terdapat sensor yang berfungsi untuk mendeteksi suhu di lingkungan sekitar. Data dari sensor ini selanjutnya akan dikirim dan kemudian ditampilkan di perangkat penerima dengan indikator berupa tampilan LED.

  1.2 Tujuan dan Manfaat

  Tujuan dari penelitian ini adalah menghasilkan modul aplikasi telemetri suhu yang terdiri dari perangkat pemancar dan perangkat penerima. Manfaat dari penelitian ini antara lain:

  1. Sebagai modul pembelajaran mengenai sistem telemetri, khususnya pada perkuliahan sistem telemetri.

  2. Menambah literatur tentang perancangan sistem telemetri, aplikasi instrumentasi elektronis dan teknologi telekomunikasi analog.

  3. Menjadi acuan, rujukan, dan bahan pertimbangan untuk pengembangan sistem peringatan dini terhadap bencana alam.

  1.3 Batasan Masalah

  Batasan masalah pada penelitian ini adalah :

  1. Tugas akhir ini tidak membahas sistem transmisi antara perangkat pengirim dan penerima.

  2. Proses pengiriman dan penerimaan data antar perangkat tidak melalui udara.

  3. Proses pengiriman dan penerimaan data berjalan satu arah dari perangkat pengirim menuju perangkat penerima.

  4. Proses pengiriman data dari perangkat pengirim menuju perangkat penerima menggunakan kabel dengan panjang 1 meter.

  5. Jangkauan (range) suhu yang akan diukur oleh sensor antara 27 °C (suhu ruangan normal) s.d. 77 °C yang terbagi menjadi 6 tingkatan suhu.

  6. Jangkauan (range) frekuensi sinyal keluaran (output voltage) dari Voltage Controlled (VCO) antara 2 KHz s.d. 7 KHz yang dibagi menjadi 6 tingkatan frekuensi.

  Oscillator 7. Indikator penerima yang dikendalikan berupa 6 buah LED.

1.4 Metodologi Penelitian

  Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah : 1. Melakukan perancangan perangkat pengirim dan penerima.

  Tahap perancangan perangkat pengirim adalah tahap untuk mendesain konstruksi rangkaian dari sensor suhu dengan mengkalibrasinya terlebih dahulu pada suhu 25° C agar didapatkan sensor yang memiliki sensitifitas yang baik. Selain itu tahap perancangan perangkat pemancar juga membuat rangkaian pengubah tegangan ke frekuensi (voltage to

  

frequency converter ) dengan menggunakan VCO. Rangkaian pengkondisi sinyal dibuat untuk

  mengkondisikan tegangan keluaran sensor suhu agar sesuai dengan tegangan masukan voltage

  

to frequency converter , sehingga menghasilkan frekuensi keluaran sesuai dengan kebutuhan

penulis.

  Tahap perancangan perangkat penerima adalah mendesain konstruksi rangkaian pengubah frekuensi ke tegangan (frequency to voltage converter). Kemudian tahap perancangan perangkat penerima juga membuat rangkaian penampil LED dengan 6 tingkatan indikator. Selain itu, rangkaian pengkondisi sinyal juga dibuat di antara blok frequency to

  

voltage converter dengan blok penampil LED. Diagram blok dari modul aplikasi telemetri

yang dibuat, ditunjukkan pada Gambar 1.1.

  

Voltage to Frequency

Pengkondisi Pengkondisi Penampil

  Sensor suhu Frequency to Voltage LED Sinyal

  Sinyal

Converter Converter

  

Kabel

Transmisi

Gambar 1.1. Diagram blok Modul Aplikasi Telemetri 2. Pengujian dan pengambilan data pada perangkat pengirim dan penerima.

  Tahap pengujian pada perangkat pengirim pertama – tama mengukur tegangan keluaran sensor suhu. Sensor suhu diberikan rangsangan suhu dengan cara mendekatkan solder pada jarak tertentu, sehingga penulis mendapatkan pengukuran tingkatan suhu sesuai perancangan. Tahap pengujian selanjutnya mengukur tegangan masukan Voltage Controlled

  

Oscillator (VCO) untuk mendapatkan jangkauan frekuensi sesuai perancangan, dan mengukur tegangan keluaran yang dihasilkan rangkaian pengkondisi sinyal pada perangkat pengirim. Setelah itu, melakukan pengujian pada perangkat penerima dengan mengukur tegangan keluaran Frequency to Voltage Converter dan tegangan keluaran yang dihasilkan rangkaian pengkondisi sinyal pada perangkat penerima. Tahap pengujian terakhir adalah pengambilan data dari rangkaian penampil LED untuk membandingkan data sensor suhu yang diterima oleh perangkat penerima dengan data yang dikirim dari perangkat pemancar.

  3. Menganalisis data yang diperoleh dari alat yang dirancang.

  Analisa data dilakukan dengan cara membandingkan data hasil kerja alat dengan data yang dirancang. Selain itu, kesalahan yang terjadi pada saat alat bekerja juga akan dianalisis.

  4. Membuat kesimpulan dari alat yang dirancang.

  Kesimpulan secara keseluruhan diambil dari cara kerja alat yang dibuat dan analisa data yang telah dilakukan.

BAB II DASAR TEORI

2.1 Sistem Telemetri

  Sistem telemetri adalah cara pengukuran jarak jauh yang memanfaatkan teknologi komunikasi [4]. Sebuah sistem telemetri umumnya terdiri dari beberapa proses seperti pada

Gambar 2.1 [2].Gambar 2.1. Proses sistem telemetri pada umumnya [2]

  Keterangan Gambar 2.1 :

  1. Sensing Sensor yang terpasang pada stasiun pemantau mengukur besaran – besaran fisis pada suatu lingkungan (suhu udara, ketinggian air, kelembaban udara, kecepatan angin, curah hujan, dan sebagainya).

  2. Akuisi data Data hasil pengukuran berupa sinyal elektris selanjutnya diproses dan dikondisikan menggunakan penguat dan pengkondisi sinyal agar data tersebut mempunyai kualitas data yang baik serta bersih dari noise maupun sinyal – sinyal palsu.

  3. Modulasi atau pengkodean Sebelum dikirim, data dimodulasi (untuk pengiriman data secara analog) atau

  4. Transmisi sinyal Data berupa sinyal elektris tersebut kemudian dikirimkan ke stasiun pengendali menggunakan pemancar gelombang radio, pemancar gelombang ultrasonik, atau dikirimkan melalui satelit.

  5. Penerimaan dan penampilan data Data kemudian diterima di stasiun pengendali dan ditampilkan secara sederhana menggunakan Light Emiting Diode (LED) display maupun secara detail dengan proes komputerisasi.

  Berdasarkan jumlah data dan jenis data yang ditransmisikan, sistem telemetri dibagi menjadi 4 jenis [2] seperti berikut :

  1. Sistem telemetri analog single input – single display.

Gambar 2.2. Sistem telemetri analog single input – single display [2]

  Data yang dikirim dan diterima berupa data analog tunggal hasil pengukuran satu buah sensor, kemudian ditampilkan pada penampil analog tunggal.

  2. Sistem telemetri analog multi input – multi display.

Gambar 2.3. Sistem telemetri analog multi input – multi display [2]

  Data yang dikirim dan diterima berupa data analog hasil pengukuran dari beberapa sensor, kemudian ditampilkan pada penampil analog yang jumlahnya sama dengan

  3. Sistem telemetri digital single input – single display.

Gambar 2.4. Sistem telemetri digital single input – single display [2]

  Data yang dikirim dan diterima berupa data digital tunggal hasil pengukuran satu buah sensor, kemudian ditampilkan pada penampil digital.

  4. Sistem telemetri digital multi input – single display.

Gambar 2.5. Sistem telemetri digital multi input – single display [2]

  Data yang dikirim dan diterima berupa data digital hasil pengukuran beberapa sensor, kemudian ditampilkan pada penampil digital yang dapat menampilkan beberapa data sekaligus.

2.2 Sensor Suhu

  Sensor adalah sebuah alat yang dapat mendeteksi atau mengukur nilai suatu besaran fisis [5]. Khususnya pada tugas akhir ini, sensor yang dibahas adalah sensor yang menghasilkan keluaran berupa tegangan listrik. Sensor adalah salah satu bentuk transduser karena transduser adalah sebuah alat yang mengubah energi dari satu bentuk ke yang lain. Perbedaan antara sensor dan transduser terletak pada efisiensi dari proses perubahan energi dan kelinieran antara respon keluaran terhadap masukan. Sebuah sensor tidak begitu kelinieran antara respon keluaran dengan masukan. Sementara, pada transduser berlaku kebalikannya.

  Sensor dapat diklasifikasikan berdasarkan banyak hal. Dari sudut pandang pengkondisi sinyal, sensor dibagi menjadi 2 jenis, yaitu sebagai sensor aktif dan sensor pasif [6]. Sensor aktif membutuhkan sebuah sumber eksternal untuk aktivasi sensor. Thermistor, RTD (Resistance Temperature Detector), dan strain gages merupakan contoh sensor aktif karena sensor tersebut perlu dialiri arus listrik agar dapat aktif dan menghasilkan tegangan keluaran. Sedangkan sensor pasif atau self - generating sensor menghasilkan tegangan keluarannya sendiri tanpa memerlukan catu tegangan atau arus eksternal. Contoh sensor pasif diantaranya thermocouples dan photodiodes yang masing - masing menghasilkan thermoelectrics voltage dan photocurrents yang independen dari pengaruh catu eksternal.

  Sensor tidak dapat berdiri sendiri [5]. Bisanya sensor adalah bagian dari suatu sistem elektronis yang terdiri dari banyak pengkondisi sinyal dan berbagai circuit pemrosesan sinyal analog maupun digital. Sistem elektronis tersebut dapat berupa sistem pengukuran, sistem akuisisi data, sistem kontrol, atau sistem lainnya.

  Bila dibandingkan dengan variabel besaran fisis yang lain, temperatur/suhu adalah besaran fisis yang paling sensitif untuk diukur karena suhu memiliki efek yang signifikan terhadap materi suatu bahan dan proses sampai pada tingkat molekuler [6]. Definisi dari suhu adalah tingkat tertentu dari keadaan panas atau dingin sesuai referensi skala tertentu. Suhu juga dapat didefinisikan sebagai jumlah energi panas pada suatu objek atau sistem. Sensor suhu mendeteksi perubahan parameter fisik seperti resistansi atau tegangan keluaran yang sesuai dengan perubahan suhu. Ada dua tipe dasar penginderaan (sensing) suhu, yaitu : 1. Kontak.

  Tipe penginderaan suhu yang membutuhkan sensor untuk kontak fisik langsung dengan media atau obyek yang diukur. Tipe ini dapat digunakan untuk memonitor suhu dari benda padat, cairan, atau gas di atas rentang temperatur yang cukup luas/ekstreme.

  2. Non – Kontak.

  Pengukuran tanpa kontak menafsirkan energi radiasi dari sumber panas dalam bentuk energi yang dipancarkan di bagian inframerah dari spektrum elektromagnet. Metode ini dapat digunakan untuk memantau benda padat dan cairan yang bersifat non reflektif namun tidak efektif dengan gas karena sifat keterbukaan (transparancy) mereka yang alami Sebuah sensor yang dijual di pasaran biasanya dilengkapi dengan datasheet.

  

Datasheets biasanya dibuat untuk memberikan informasi mengenai karakteristik positif

  tertentu dari sensor dan beberapa aplikasi pemakaian sensor. Umumnya sensor dirancang untuk memenuhi spesifikasi kinerja tertentu, dan informasi mengenai spesifikasi tersebut tercantum di datasheet. Karena itu, sangat penting untuk memahami datasheet sensor sebelum mengaplikasikan sensor dalam sebuah rangkaian elektronika. Berikut ini adalah beberapa informasi karakteristik sensor yang biasanya terdapat di datasheet [6]:

  1. Transfer Function (Fungsi Transfer/Fungsi Alih) Funsi transfer / fungsi alih menunjukkan hubungan fungsional antara tegangan masukan dan tegangan keluaran sensor. Fungsi transfer biasanya digambarkan dalam sebuah grafik antara tegangan keluaran terhadap tegangan masukan.

  2. Sensitivity (Sensitifitas) Sensitifitas adalah rasio antara perubahan kecil yang terjadi pada tegangan keluaran terhadap perubahan kecil nilai besaran fisis yang terukur oleh sensor [6]. Satuan dari sensitivitas biasanya miliVolts/Kelvin, milivolts/Pascal, dll.

  3. Span / Dynamic Range (Rentang dinamis) Jangkauan dinamis adalah jangkauan nilai besaran fisis yang dapat diubah menjadi tegangan listrik oleh sensor.

  4. adalah toleransi error atau kesalahan terbesar yang diperbolehkan antara

  Uncertainty

  keluaran ideal dan keluaran aktual. Uncertainty juga berkaitan dengan informasi mengenai tingkat akurasi penginderaan sensor.

  5. Hysterisis Ada beberapa sensor yang tegangan keluarannya tidak kembali ke nilai yang sama pada saat masukannya bersiklus naik ataupun turun. Rentang toleransi error atau kesalahan terhadap nilai besaran fisis yang terukur disebut hysterisis.

  6. Nonlinearity

  Nonlinearity adalah deviasi maksimum dari fungsi transfer linier yang melebihi spesifikasi nilai jangkauan dinamis (dynamic range).

  7. Resolution Resolusi dari sebuah sensor adalah fluktuasi sinyal minimum yang terdeteksi oleh sensor. Karena fluktuasi adalah fenomena temporal/sementara, maka terdapat hubungan antara skala waktu terjadinya fluktuasi dengan amplitudo minimum sinyal yang terdeteksi. Itu sebabnya definisi resolusi harus mencakup beberapa informasi tentang sifat pengukuran yang dilakukan.

  IC LM 335 merupakan salah satu jenis sensor suhu presisi, yaitu sebuah piranti yang dapat mengubah besaran temperatur menjadi sinyal elektrik [7]. Tegangan keluaran LM 335 berubah – ubah secara linier seiring dengan perubahan temperatur. Berdasarkan informasi

  

datasheets [7], LM 335 memiliki karakteristik jangkauan operasi dari 400 µA s.d. 5 mA,

  memiliki impedansi dinamik kurang dari 1 Ω, akurasi inisial sebesar 1°C, dan mudah dikalibrasi dengan kalibrasi secara langsung dalam satuan derajat Kelvin (°K). Informasi yang penting untuk diperhatikan, LM335 beroperasi pada temperature antara -40 °C s.d. 100 °C dan arus maksimum sebesar 15 mA seperti tertera pada Gambar 2.6 [7].

Gambar 2.6. Absolute maximum ratings LM335 [7]

  Untuk dapat beroperasi dengan presisi, LM 335 perlu dikalibrasi terlebih dahulu dengan cara merangkai LM335 seperti Gambar 2.7. kaki adjustment pada LM 335 dihubungkan dengan potensiometer. Kemudian dikalibarasi agar menghasilkan tegangan keluaran sebesar 2,982 V pada suhu 25 °C.

Gambar 2.7. Rangkaian pengkalibrasi LM335 [7]

  Setelah dikalibrasi, LM 335 dapat menghasilkan tegangan keluaran secara linier sebesar +10 mV / °C dengan nilai penyimpangan (error) maksimal 2 °C. Hal ini ditunjukkan pada Gambar 2.8 [7].

Gambar 2.8. Karakteristik akurasi temperatur LM335 [7]

  2.3 Pengkondisi Sinyal

  Pengkondisi sinyal mengukur elemen-elemen sinyal yang dimulai dengan sinyal output sensor listrik, kemudian menghasilkan sinyal yang cocok untuk transmisi, untuk

  

display /penampil atau untuk data recording atau menghasilkan sinyal yang lebih memenuhi

  untuk spesifikasi pada blok rangkaian elektronika berikutnya [8]. Umumnya, jenis pengkondisi sinyal yang banyak digunakan berupa penguat operasional, penapis (filter), pengubah bentuk tegangan (converter), pembagi tegangan sederhana, level shifting, impedance matching , komparator tegangan, modulasi dan demodulasi.

  Pada tugas akhir ini penulis membuat pengkondisi sinyal pada perangkat pemancar dan perangkat penerima. Pengkondisi sinyal pada perangkat pemancar digunakan untuk mengkondisikan tegangan keluaran dari sensor suhu LM335 agar sesuai dengan masukan yang dibutuhkan oleh voltage controlled oscillator (VCO) pada IC CD4046B, sehingga keluaran VCO menghasilkan sinyal dengan frekuensi yang diinginkan. Pengkondisi sinyal pada perangkat penerima digunakan untuk mengkondisikan tegangan keluaran dari rangkaian pengubah frekuensi ke tegangan agar sesuai dengan jangkauan tegangan masukan yang dibutuhkan oleh rangkaian penampil LED sehingga dapat menyalakan LED sebagai representasi dari suhu yang terukur oleh sensor suhu.

  Pengkondisi sinyal pada tugas akhir ini memiliki karakteristik yang ditunjukkan pada

Gambar 2.10. grafik pada Gambar 2.10 menunjukkan hubungan kelinieran (linearity) antara sumbu y dengan sumbu x, yaitu antara tegangan keluaran dengan tegangan masukan

  pengkondisi sinyal. Bentuk persamaan dari kurva linier pada Gambar 2.10 adalah y = m.x + c (2.1) y - y

  MAX MIN

  m = (2.2) x - x

  MAX MIN

  

MAX MIN

• y �y �.x MIN

  c = - (2.3) � � + y

  MIN

  x - x

  MAX MIN

  dengan y adalah nilai pada sumbu y, y MAX dan y MIN adalah nilai maximum dan minimum pada sumbu y, x adalah nilai pada sumbu x, x MAX dan x MIN adalah nilai maximum dan minimum pada sumbu x, m adalah gradien kurva, dan c adalah variabel geser.

Gambar 2.10. Grafik karakteristik rangkaian pengondisi sinyal

  Jenis pengkondisi sinyal yang akan digunakan adalah penguat operasional berupa

  

voltage buffer, inverting amplifier, non – inverting amplifier, voltage summing, dan voltage

subtraction .

2.3.1 Penyangga tegangan (Voltage Buffer)

  Voltage buffer berfungsi untuk menyangga tegangan yang masuk, sehingga tegangan

  keluaran yang dihasilkan nilai dan besarannya tetap [9]. Sejatinya, sebuah voltage buffer menggunakan penguat operasional (op – amp), hanya saja nilai penguatannya sama dengan 1, sehingga tegangan keluaran sama dengan tegangan masukan. Konfigurasi rangkaian penyangga tegangan ditunjukkan pada Gambar 2.11.

  V E X 1 V o V i n

  V C

Gambar 2.11. Rangkaian penyangga tegangan [9]

  Keterangan : Vo = tegangan keluaran

  Vin = tegangan masukan Vo = Vin (2.4)

  2.3.2 Penguat Membalik (Inverting Amplifier) Inverting amplifier merupakan penguat yang membalik nilai fasa dari tegangan

  masukan sehingga nilai fasa tegangan keluaran dengan tegangan masukan berbeda 180°, sementara besarannya tergantung dari nilai penguatan [9]. Gambar 2.12 merupakan kofigurasi rangkaian penguat membalik.

  

Rf

  VE Ri

  Vin

  X1 Vo

  VC

Gambar 2.12. Rangkaian penguat membalik [9]

  Nilai penguatan penguat membalik menggunakan persamaan (2.5) dan persamaan (2.6).

  Av = (2.5)

  −

  Vo = Vin (2.6)

  −

  2.3.3 Penguat Tak Membalik (Non – Inverting Amplifier) Non - inverting amplifier merupakan penguat yang tak membalik nilai phasa dari

  tegangan masukan sehingga nilai fasa tegangan keluaran sama dengan tegangan masukan, sementara besarannya tergantung dari nilai penguatan. Gambar 2.13 merupakan konfigurasi rangkaian penguat tak membalik.

  VC Vin Vo

  

X1 VE R f R i Nilai penguatan penguat tak membalik menggunakan persamaan (2.6) dan persamaan (2.7).

  Av = ( 1 + ) (2.6) Vo = ( ) Vin (2.7)

  1 +

2.3.4 Penguat penjumlah (Summing Amplifier)

  Penguat penjumlah berfungsi untuk menjumlahkan sekaligus menguatkan dua tegangan masukan atau lebih [9]. Konfigurasi rangkaian penguat penjumlah tampak pada

Gambar 2.14 dan hubungan antara tegangan keluaran terhadap tegangan masukan berlaku persamaan (2.8).

  Rf Rf Rf

  Vo = (2.8)

   V1 V2 + + -

R1 R2 R3

  V3 � �

  

Rf

R1 V 1

  V C R2 V 2 R3 V 3 V o

  X 1

  V E

Gambar 2.14. Rangkaian penguat penjumlah [9]

2.3.5 Penguat Pengurang (Voltage Substraction)

  Voltage Substraction berfungsi untuk mengurangkan sekaligus menguatkan dua

  tegangan masukan atau lebih seperti yang tampak pada Gambar 2.15. Hubungan antara tegangan masukan dan keluaran berlaku persamaan (2.9)

  3 2 + 4

  4 Vo =

  (2.9)