Simulasi Sensor Seismometer Horizontal Menggunakan MEMS Accelerometer Berbasis Arduino UNO

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA

2.1

Pengertian Seismometer

Seismograf juga sering disebut dengan sebutan seismometer. Seismometer berasal
dari bahasa Yunani: seismos gempa bumi dan metero: mengukur. Menurut Giancoli
(2001 : 78) menyatakan : “Secara umum seismograf adalah alat atau sensor getaran,
yang biasa digunakan untuk mendeteksi gempa bumi atau getaran pada permukaan
tanah”. Hasil rekaman dari alat ini disebut seismogram.
Sebuah seismograf dapat mencatat gempa berbentuk vertical dan gempa
berbentuk horizontal. Ketika terjadi gempa, getaran yang terekam adalah gelombang
primer, karena kecepatan rambatnya paling tinggi, lalu diikuti oleh rekaman
gelombang sekunder yang memiliki kecepatan rambat lebih rendah dari gelombang
primer. Gelombang permukaan datangnya paling akhir karena memiliki kecepatan
rambat paling rendah. Seismograf mencatat semua getaran dan kecepatan rambat
gempa bumi dalam bentuk seismogram. Alat ini sangat sensitif terhadap gelombang
seismik yang ditimbulkan karena gempa bumi, ledakan nuklir dan sumber
gelombang seismik lainnya.
Ada beberapa skala yang digunakan untuk mengukur kekuatan gempa bumi.

Skala Mercalli, Omori, Cancani, dan skala Richter, namun skala Richter adalah yang
paling popular untuk mengukur kekuatan gempa bumi yang disebut dengan
magnitude (M). Berdasarkan skala-skala ini orang dapat mengenali kekuatan gempa
yang pada akhirnya berguna untuk mengantisipasi seperti desain konstruksi
bangunan dan jalan raya.

2.1.1

Sejarah Penemuan Seismograf
Menurut Asti (2009:89), “Seismograf pertama kali ditemukan oleh Zhang

Heng seorang astronom, matematik, engineer dan pelukis pada masa pemerintahan
Dinasti Han awal abad kedua. Pada masa itu Zhang Heng tidak mengatakan dengan
pasti bagaimana sebuah gempa diukur dengan satuan skala richter (skala richter
belum ditemukan sampai 1935), tapi tercatat berhasil menciptakan detector gempa

Universitas
Sumatera
Utara
Universitas

Sumatera
Utara

pertama di dunia, yaitu seismograf”. Bangsa Cina termasuk salah satu bangsa yang
mempunyai budaya sangat tinggi, banyak penemuan-penemuan yang ditemukan oleh
bangsa Cina pada waktu zaman dulu yang menjadi teknologi hingga sekarang
sekarang. Diantara lain yaitu : Serbuk Mesiu, Kompas, Kertas, Pasta, Seismograf.
Menurut refrerensi Indra, pada zaman Dinasti Han Timur Tiongkok, sering
terjadi gempa bumi di ibukota Luoyang dan daerah sekitarnya. Menurut catatan buku
sejarah, selama 50 tahun dari tahun 89 hingga 140, pernah terjadi 30 kali gempa
bumi di daerah tersebut. Maka rakyat setempat sangat takut. Kemudian seorang
ilmuwan bernama Zhang Heng melakukan penelitian bidang gempa bumi tersebut.
Akhirnya pada tahun 132 M, Zhang Heng berhasil membuat alat pertama yang dapat
meramalkan gempa bumi di Tiongkok bahkan di seluruh dunia, dan dinamakan “
seismograf”.

Gambar 2.1 Seismograf Dinasti Han
Seismograf itu dibuat dari perunggu berbentuk seperti guci (lihat gambar 2.1)
yang di tengahnya terdapat batangan tembaga dan di luarnya terdapat 8 ekor naga
yang di kepalanya tersambung pada 8 batang tembaga tipis yang menghadap ke araharah timur, selatan, barat, utara, timur laut, tenggara, barat laut dan barat daya.

Didalam mulut setiap naga terdapat bola tembaga yang kecil, di bawah kepala
setiap naga mendekam seekor katak tembaga, mereka semua membuka mulut besarbesar, yang sewaktu-waktu dapat menyambut bola tembaga kecil yang dilontarkan
dari mulut naga.
Seandainya terjadi gempa bumi, maka batang tembaga seismograf itu akan
condong ke arah asal gempa bumi tersebut, kemudian menggerakkan kepala naga
dan naga yang berada di arah itu akan membuka lebar mulutnya, maka bola tembaga
kecil itu akan keluar dari mulut naga tersebut dan jatuh ke dalam mulut katak yang

6
Universitas Sumatera Utara

justru mendekam di bawahnya. Dengan demikian, akan diketahui di mana terjadinya
gempa bumi.

Gambar 2.2 Seismometer buatan Palmieri
Beberapa abad

kemudian pada tahun 1855, Luigi Palmieri dari Italia

merancang sebuah seismometer merkuri. Seismometer buatan Palmieri ini memiliki

tabung berbentuk U (lihat gambar 2.2) diisi dengan merkuri dan disusun di sepanjang
titik-titik kompas.

Gambar 2.3 Seismometer buatan John Milne
Kemudian pada tahun1880, John Milne seorang ahli seismologi dan geologi
berkebangsaan Inggris menemukan seismograf modern pertama. Alat ini merupakan
sebuah seismograf pendulum horizontal sederhana (lihat gamabar 2.3), sebuah mesin
yang mencatat getaran yang terjadi dengan gerakan tiba-tiba di sepanjang garis
patahan bumi.Dia juga yang pertama kali mempromosikan pembangunan stasiun
seismologi.
Setelah Perang Dunia II, seismograf pendulum horizontal itu dikembangkan
lagi menjadi Press-Ewing seismograf. Alat ini dikembangkan di Amerika Serikat dan
digunakan untuk merekam periode panjang gelombang. Seismograf ini kemudian
digunakan secara meluas di seluruh dunia hingga saat ini.

7
Universitas Sumatera Utara

2.1.2

Fungsi Seismograf

Pada seismograf terdapat dua bagian, yaitu bagian horizontal dan vertikal, fungsi
keduanya adalah sebagai berikut :
1. Seismograf Horizontal
Seismograf horizontal berfungsi untuk mencatat getaran bumi pada arah mendatar.
Pada Seismograf horizontal, massa stasioner digantung dengan sebuah tali. Dibagian
bawah terdapat jarum yang ujungnya menyentuh roll pita, yang selalu berputar
searah jarum jam. Tiang penompang roll pita terpancang pada tanah. Pada waktu
terjadi gempa, roll pita bergetar, sedang massa stasioner dan jarum jam tetap. Maka
terbentuklah goresan pada roll pita tersebut yang disebut seismogram.
2. Seismograf Vertikal
Seismograf Vertikal berfungsi untuk mencatat getaran gempa vertikal. Massa
Stasioner pada Seismograf vertikal ditahan oleh sebuah pegas (P) dan sebuah tangkai
berengsel. Ujung massa stasioner yang berjarum disentuhkan pada roll pita yang
selalu bergerak searah jarum jam. Jika terjadi getaran gempa, maka roll pita akan
bergerak sehingga akan terbentuk seismogram pada roll pita tersebut.
Dengan menggunakan alat pengukur gempa, seismograf vertikal dan
seismograf horizontal gempa yang terjadi baik gempa vertikal maupun gempa
horizontal akan tercatat dan terdeteksi. Untuk mengetahui keakuratan data gempa

yang diperoleh, maka lebih baik jika pada sebuah stasion BMG di pasang 3 alat
pengukur gempa atau Seismograf. Yaitu 2 pasang seismograf Horizontal yang
dipasang arah utara-selatan dan arah timur–barat, serta satu seismograf Vertikal. Hal
ini dilakukan untuk mengetahui dari arah mana getaran gempa terjadi.

Gambar 2.4 Seismograf Horizontal dan Vertikal

8
Universitas Sumatera Utara

2.1.3 Jenis Seismograf Berdasarkan Pembacaan Sklar
Berdasarkan cara pembacaan data, sesmograf terdiri atas 2 yaitu :
1. Seismograf Manual (mekanikal)
Jenis gerakan mekanikal dapat mendeteksi baik gerakan vertikal maupun gerakan
horizontal tergantung dari pendular yang digunakan apakah vertikal atau horizontal.
Pada komponen horizontal utara-selatan, arah gempa yang dicatat adalah arah gempa
pada posisi utara atau selatan sedangkan pada komponen horizontal timur-barat, arah
gempa yang dicatat adalah arah gempa pada posisi timur atau barat, dan pada
komponen vertikal arah gempa yang dicatat adalah arah gempa dilatasi atau
kompresi.

2.

Seismograf Digital (elektromagnetik)

Seismograf

modern

elektromagnetik

menggunakan

seismographer

untuk

memindahkan volatilitas sistem kawat tarik ke suatu daerah magnetis. Peristiwaperistiwa yang menimbulkan getaran kemudian dideteksi melalui spelgavanometer.
Selain itu, seismograf digital modern menambahkan komponen keempat yaitu layar,
"user-friendly", dan cepat transfer data.

2.1.4

Prinsip Kerja Seismograf
Menurut Andrew Langley (2007: 67), menyatakan : “ Prinsip kerja dari alat ini

yaitu mengembangkan kerja dari bandul sederhana. Ketika mendapatkan usikan atau
gangguan dari luar seperti gelombang seismik maka bandul akan bergetar dan
merekam datanya seperti grafik”.
Pada bandul matematis, berat tali diabaikan dan panjang tali jauh lebih besar
dari pada ukuran geometris dari bandul. Pada posisi setimbang, bandul berada pada
titik A. Sedangkan pada titik B adalah kedudukan pada sudut di simpangan
maksimum (θ). Kalau titik B adalah kedudukan dari simpangan maksimum, maka
gerakan bandul dari B ke A lalu ke B‟ dan kemudian kembali ke A dan lalu ke B lagi
dinamakan satu ayunan. Waktu yang diperlukan untuk melakukan satu ayunan ini
disebut periode (T).

9
Universitas Sumatera Utara

Gambar 2.5 Bandul Sederhana

f = Komponen w menurut garis singgung pada lintasan bandul
P = Gaya tegang tali
N = Komponen normal dari W = m . g
l

= Panjang tali

θ = Sudut simpangan

Gambar 2.6 Bandul dan lintasannya
Gaya pemulih yang bekerja pada bandul yaitu -mg sin θ. Sehingga
persamaannya dapat ditulis sbb : F = – mg sin θ. Tanda negatif diatas menunjukkan
bahwa gaya mempunyai arah yang berlawanan dengan simpangan sudut θ. Karena
gaya pemulih F berbanding lurus dengan sin θ bukan dengan θ, maka gerakan
tersebut bukan merupakan Gerak Harmonik Sederhana. Jika sudut θ kecil, maka
panjang busur x (x = L kali θ) hampir sama dengan panjang L sin θ. Dengan
demikian untuk sudut yang kecil, menggunakan pendekatan : Sin θ ≈ θ. Sehingga
persamaan gaya pemulih menjadi :
F = – mg Sin θ ≈ -mg θ Karena : x = Lθ maka persamaan diatas menjadi persamaan
yang sama seperti dengan hukum Hooke : F = -kx. Periode pendulum sederhana

dapat kita tentukan menggunakan persamaan : Konstanta gaya efektif k kita ganti
dengan mg/L :

10
Universitas Sumatera Utara

Gambar 2.7 Rumus Perioda untuk pendulum
sehingga frekuensi pendulum sederhana

Gambar 2.8 Rumus Frekuensi untuk pendulum
Berdasarkan persamaan di atas, tampak bahwa periode dan frekuensi getaran
pendulum sederhana bergantung pada panjang tali dan percepatan gravitasi. Karena
percepatan gravitasi bernilai tetap, maka periode sepenuhnya hanya bergantung pada
panjang tali (L). Dengan kata lain, periode dan frekuensi pendulum tidak bergantung
pada massa beban alias bola pendulum.

2.1.5 Komponen-Komponen Seismograf
Menurut Olivia N. Harahap (1994:93) : “Seismograf adalah sebuah alat elektronika
yang berfungsi sebagai pencatat gempa bumi. Dalam sebuah seismograf terdiri dari
beberapa bagian, yaitu sebuah sensor, amplifier dan pengkondisi sinyal, ADC, Time

System, Rekorder, dan tentunya power supply. Gabungan antara amplifier dan
pengkondisi sinyal, ADC, dan time system biasa disebut dengan Digitizer”.
1. Sensor, Sensor untuk sebuah Seismograph disebut Seismometer. Seismometer
diartiakan sebuah sensor yang menangkap gelombang seismik yang berbentuk
besaran fisik. Bentuk output dari seismometer adalah tegangan listrik.
Seismometer sendri terbagi dua jenis yaitu Short Period dan Broadband.
2.

Amplyfier / Pengkondisi sinyal, Output dari seismometer yang berupa tegangan
tersebut merupakan input dari bagian ini. Seperti namanya Amplyfier, berfungsi
sebagai penguat tegangan dari seismometer. Sebab tegangan yang dihasilkan oleh
seismometer belum dapat diolah secara langsung oleh ADC, Jadi perlu dikuatkan

11
Universitas Sumatera Utara

dan dipilih (difilter) oleh pengkondisi sinyal. Hasil dari bagian Amplyfier dan
Pengkondisi Sinyal inilah yang menjadi input bagi ADC.
3. ADC, ADC atau Analog to Digital Converter adalah sebuah bagian yang
berfungsi sebagai perubah dari sinyal analog, berupa tegangan listrik yang
dikeluarkan oleh pengkondisi sinyal menjadi sebuah bentuk digital. Bentuk
digital inilah nantinya yang akan diproses menjadi sebuah informasi. Digitizer
juga diintegrasikan dengan sebuah logger sebagai media penyimpan data.
Sehingga data tersebut tidak hilang dan dapat dipergunakan sewaktu-waktu.
4. Time System, Time System atau sistem pewaktu dalam sebuah Seismograf sangat
penting sebagai penyedia informasi waktu dari parameter gempa bumi. Sistem
pewaktu dapat diperoleh dari sebuah RTC (Real Time Clock), biasanya berupa
IC, dan sebuah GPS (Global Position system). Pada masa sekarang ini RTC dan
GPS keduanya dibutuhkan dalam seismograf untuk saling melengkapi.
5. Recorder, Recorder di dalam sebuah seismograf berfungsi sebagai pencatat atau
perekam untuk selanjutnya di lakukan analisa lanjutan. Sudah jamak di sini
bahwa recorder berupa sebuah PC atau laptop. Selain sebagai recorder, peran PC
bisa juga sebagai data logger dan juga analisis data. Hal tersebut dimungkinkan
karena dilengkapi dengan software analisa.
6. Power Supply, Sebuah alat elektronika tidak dapat bekerja tanpa diberi power
supply. Power supply yang digunakan adalah tegangan DC atau searah. Untuk
sebuah seismograf tegangan dari sumber masuk ke digitizer untuk selanjutnya
didistribusikan ke semua bagian.

2.2

Arduino UNO R3 ATMEGA 328P

Arduino adalah sebuah board mikrokontroller yang berbasis ATmega328. Arduino
memiliki 14 pin input/output yang mana 6 pin dapat digunakan sebagai output PWM,
6 analog input, crystal osilator 16 MHz, koneksi USB, jack power, kepala ICSP, dan
tombol reset. Arduino mampu men-support mikrokontroller; dapat dikoneksikan
dengan komputer menggunakan kabel USB.

12
Universitas Sumatera Utara

Gambar 2.9 Board Arduino ATmega328

Apakah arduino? Arduino adalah merupakan sebuah board minimum system
mikrokontroler yang bersifat open source. Didalam rangkaian board arduino terdapat
mikrokontroler AVR seri ATMega 328 yang merupakan produk dari Atmel.
Arduino memiliki kelebihan tersendiri disbanding board mikrokontroler yang
lain selain bersifat open source, arduino juga mempunyai bahasa pemrogramanya
sendiri yang berupa bahasa C. Selain itu dalam board arduino sendiri sudah terdapat
loader yang berupa USB sehingga memudahkan kita ketika kita memprogram
mikrokontroler didalam arduino. Sedangkan pada kebanyakan board mikrokontroler
yang lain yang masih membutuhkan rangkaian loader terpisah untuk memasukkan
program ketika kita memprogram mikrokontroler. Port USB tersebut selain untuk
loader ketika memprogram, bisa juga difungsikan sebagai port komunikasi serial.
Arduino menyediakan 20 pin I/O, yang terdiri dari 6 pin input analog dan 14
pin digital input/output. Untuk 6 pin analog sendiri bisa juga difungsikan sebagai
output digital jika diperlukan output digital tambahan selain 14 pin yang sudah
tersedia. Untuk mengubah pin analog menjadi digital cukup mengubah konfigurasi
pin pada program. Dalam board kita bisa lihat pin digital diberi keterangan 0-13, jadi
untuk menggunakan pin analog menjadi output digital, pin analog yang pada
keterangan board 0-5 kita ubah menjadi pin 14-19. dengan kata lain pin analog 0-5
berfungsi juga sebagi pin output digital 14-16.

13
Universitas Sumatera Utara

Sifat open source arduino juga banyak memberikan keuntungan tersendiri
untuk kita dalam menggunakan board ini, karena dengan sifat open source
komponen yang kita pakai tidak hanya tergantung pada satu merek, namun
memungkinkan kita bisa memakai semua komponen yang ada dipasaran.
Bahasa

pemrograman

arduino

merupakan

bahasa

C

yang

sudah

disederhanakan syntax bahasa pemrogramannya sehingga mempermudah kita dalam
mempelajari dan mendalami mikrokontroller.
Berikut ini adalah konfigurasi dari arduino duemilanove 328 :
a. Mikronkontroler ATmega328
b. Beroperasi pada tegangan 5V
c. Tegangan input (rekomendasi) 7 - 12V
d. Batas tegangan input 6 - 20V
e. Pin digital input/output 14 (6 mendukung output PWM)
f. Pin analog input 6
g. Arus pin per input/output 40 mA
h. Arus untuk pin 3.3V adalah 50 mA
i. Flash Memory 32 KB (ATmega328) yang mana 2 KB digunakan oleh bootloader
j. SRAM 2 KB (ATmega328)
k. EEPROM 1KB (ATmega328)
l. Kecepatan clock 16 MHz


Power

Arduino dapat diberikan power melalui koneksi USB atau power supply. Powernya
diselek secara otomatis. Power supply dapat menggunakan adaptor DC atau baterai.
Adaptor dapat dikoneksikan dengan mencolok jack adaptor pada koneksi port input
supply. Board arduino dapat dioperasikan menggunakan supply dari luar sebesar 6 20 volt. Jika supply kurang dari 7V, kadangkala pin 5V akan menyuplai kurang dari
5 volt dan board bisa menjadi tidak stabil. Jika menggunakan lebih dari 12 V,
tegangan di regulator bisa menjadi sangat panas dan menyebabkan kerusakan pada
board. Rekomendasi tegangan ada pada 7 sampai 12 volt.
Penjelasan pada pin power adalah sebagai berikut :


Vin

14
Universitas Sumatera Utara

Tegangan input ke board arduino ketika menggunakan tegangan dari
luar (seperti yang disebutkan 5 volt dari koneksi USB atau tegangan
yang diregulasikan). Pengguna dapat memberikan tegangan melalui
pin ini, atau jika tegangan suplai menggunakan power jack, aksesnya
menggunakan pin ini.


5V

Regulasi power supply digunakan untuk power mikrokontroller dan
komponen lainnya pada board. 5V dapat melalui Vin menggunakan
regulator pada board, atau supply oleh USB atau supply regulasi 5V
lainnya.


3.3 V

Suplai 3.3 volt didapat oleh FTDI chip yang ada di board. Arus
maximumnya adalah 50mA


Pin Ground

berfungsi sebagai jalur ground pada arduino


Memori

ATmega328 memiliki 32 KB flash memori untuk menyimpan kode, juga 2 KB yang
digunakan untuk bootloader. ATmega328 memiliki 2 KB untuk SRAM dan 1 KB
untuk EEPROM.


Input dan Output


Setiap 14 pin digital pada arduino dapat digunakan sebagai input atau
output,

menggunakan

fungsi

pinMode(),

digitalWrite(),

dan

digitalRead(). Input/output dioperasikan pada 5 volt. Setiap pin dapat
menghasilkan atau menerima maximum 40 mA dan memiliki internal
pull-up resistor (disconnected oleh default) 20-50 KOhms.


Beberapa pin memiliki fungsi sebagai berikut :



Serial : 0 (RX) dan 1 (TX). Digunakan untuk menerima (RX) dan
mengirim (TX) TTL data serial. Pin ini terhubung pada pin yang
koresponding dari USB FTDI ke TTL chip serial.



Interupt eksternal : 2 dan 3. Pin ini dapat dikonfigurasikan untuk
trigger sebuah interap pada low value, rising atau falling edge, atau
perubahan nilai.

15
Universitas Sumatera Utara



PWM : 3, 5, 6, 9, 10, dan 11. Mendukung 8-bit output PWM dengan
fungsi analogWrite().



SPI : 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK). Pin ini mensuport
komunikasi SPI, yang mana masih mendukung hardware, yang tidak
termasuk pada bahasa arduino LED : 13. Ini adalah dibuat untuk
koneksi LED ke digital pin 13. Ketika pin bernilai HIGH, LED hidup,
ketika pin LOW, LED mati.

2.2.1

Definisi Mikrokontroller ATmega328P
ATMega328P adalah mikrokontroller keluaran dari atmel yang mempunyai

arsitektur RISC (Reduce Instruction Set Computer) yang dimana setiap proses
eksekusi data lebih cepat dari pada arsitektur CISC (Completed Instruction Set
Computer). ATmega328 adalah chip mikrokontroler 8-bit berbasis AVR-RISC
buatan Atmel.Chip ini memiliki 32 KB memori ISP flash dengan kemampuan bacatulis (read write), 1 KB EEPROM, dan 2 KB SRAM. Dari kapasitas memori Flash
nya yang sebesar 32 KB itulah chip ini diberi nama ATmega328. Chip lain yang
memiliki memori 8 KB diberi nama ATmega8, dan ATmega16 untuk yang memiliki
memori 16 KB.
Chip ATmega328 memiliki banyak fasilitas dan kemewahan untuk sebuah
chip mikrokontroler. Chip tersebut memiliki 23 jalur general purpose I/O
(input/output), 32 buah register, 3 buah timer/counter dengan mode perbandingan,
interupt internal dan external, serial programmable USART, 2-wire interface serial,
serial port SPI, 6 buah channel 10-bit A/D converter, programmable watchdog timer
dengan oscilator internal, dan lima power saving mode. Chip bekerja pada tegangan
antara 1.8V ~ 5.5V. Output komputasi bisa mencapai 1 MIPS per Mhz. Maximum
operating frequency adalah 20 Mhz. ATmega328 menjadi cukup populer setelah chip
ini dipergunakan dalam board Arduino. Dengan adanya Arduino yang didukung oleh
software Arduino IDE, pemrograman chip ATmega328 menjadi jauh lebih sederhana
dan mudah.
Pada dasarnya board Arduino adalah tentang ATmega328. Board Arduino
didesain untuk mempermudah kita untuk melakukan pemrograman dan koneksi chip

16
Universitas Sumatera Utara

ATmega328 dengan komponen lainnya. Dengan board Arduino, baik itu Arduino
UNO, Arduino Mega 2560, Arduino Nano, maupun Arduino Pro Mini, semua nya
membantu untuk menyederhanakan proses membuat rangkaian mikrokontroler.
Sebagai contoh, misal anda akan mencoba melakukan pemrograman untuk membuat
LED berkedip setiap 1 detik. Hal ini cukup dengan menyambungkan kabel dari LED
ke terminal pin I/O yang disediakan, lakukan pemrograman di software Arduino IDE
(via Windows, Mac atau Linux), lalu upload program tersebut via USB, dan anda
sudah berhasil memprogram chip ATmega328 untuk melakukan tugas menyalakan
LED berkedip setiap 1 detik.
Dengan board Arduino, anda dimanjakan untuk dapat dengan mudah dan sederhana
mempelajari mikrokontroler berbasis Arduino. Contoh pada board Arduino UNO R3,
pada board tersebut telah terdapat chip mikrokontroler ATmega328 (yang dapat
dicabut pasang), terdapat chip ATmega16U untuk komunikasi USB, IC regulator
untuk memudahkan kita memberi tegangan (baik USB, baterai 9V atau AC adaptor
9-12V), dan banyak pin I/O yang sudah disediakan lubang kabelnya. Perhatian anda
tidak lagi tersita hanya untuk koneksi chip ATmega328, tapi bisa berkonsentrasi pada
kreasi yang sedang anda tuju. Seperti pada contoh led diatas, anda hanya tinggal
sambungkan led ke arduino, koneksikan Arduino via kabel USB, load program
"blink" via software Arduino IDE, dan selesai. LED akan berkedip

2.2.2 Fitur Mikrokontroller ATmega 328
Mikrokontroller ini memiliki beberapa fitur antara lain :
a. 130 macam instruksi yang hampir semuanya dieksekusi dalam satu siklus clock.
b. 32 x 8-bit register serba guna.
c. Kecepatan mencapai 16 MIPS dengan clock 16 MHz.
d. 32 KB Flash memory dan pada arduino memiliki bootloader yang menggunakan
2 KB dari flash memori sebagai bootloader.
e. Memiliki EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)
sebesar 1KB sebagai tempat penyimpanan data semi permanent karena EEPROM
tetap dapat menyimpan data meskipun catu daya dimatikan.
f. Memiliki SRAM (Static Random Access Memory) sebesar 2KB.

17
Universitas Sumatera Utara

g. Memiliki pin I/O digital sebanyak 14 pin 6 diantaranya PWM (Pulse Width
Modulation) output. Master / Slave SPI Serial interface.

2.2.3 Manfaat KIT Arduino UNO
Arduino Uno adalah KIT Elektronik atau papan rangkaian elektronik open. Source
yang didalamnya terdapat komponen utama yaitu sebuah Chip. Mikrokontroller
dengan jenis AVR dari Perusahaan Atmel. Arduino Uno adalah sebuah board
Mikrokontroller yang berbaris Atmega 3288. Arduino Uno memiliki 4 PIN.
Input/output yang mana 6 PIN dapt digunakan sebagai output PWM, 6 analog Input,
crystal osilator 16 MHz, koneksi USB, Jack Power, Kepala ICSP, dan tombol Reset.
Arduino Uno mampu men-suport Mikrokontroller, dapat dikoneksikan dengan
komputer menggunakan kabel USB.

2.2.4 Komunikasi Arduino UNO
Uno Arduino memiliki sejumlah fasilitas untuk berkomunikasi dengan komputer,
Arduino lain, atau mikrokontroler lain. ATmega328 ini menyediakan UART TTL
(5V) komunikasi serial, yang tersedia pada pin digital 0 (RX) dan 1 (TX). Sebuah
ATmega16U2 pada saluran board ini komunikasi serial melalui USB dan muncul
sebagai com port virtual untuk perangkat lunak pada komputer. Firmware '16U2
menggunakan USB driver standar COM, dan tidak ada driver eksternal yang
dibutuhkan. Namun, pada Windows, file. Inf diperlukan.
Perangkat lunak Arduino termasuk monitor serial yang memungkinkan data
tekstual sederhana yang akan dikirim ke dan dari papan Arduino. RX dan TX LED di
papan akan berkedip ketika data sedang dikirim melalui chip USB-to-serial dan
koneksi USB ke komputer (tetapi tidak untuk komunikasi serial pada pin 0 dan 1).
Sebuah perpustakaan SoftwareSerial memungkinkan untuk komunikasi serial
pada setiap pin digital Uno itu. ATmega328 ini juga mendukung komunikasi I2C
(TWI) dan SPI. Perangkat lunak Arduino termasuk perpustakaan Kawat untuk
menyederhanakan penggunaan dari bus I2C, lihat dokumentasi untuk rincian. Untuk
komunikasi SPI, menggunakan perpustakaan SPI.

18
Universitas Sumatera Utara

2.2.5 Tutorial Bahasa Pemograman Arduino
Arduino menggunakan pemrograman dengan bahasa C. Berikut ini adalah sedikit
penjelasan yang ditujukan kepada anda yang hanya mempunyai sedikit pengalaman
pemrograman dan membutuhkan penjelasan singkat mengenai karakter bahasa C dan
software Arduino.
Struktur
Setiap program Arduino (biasa disebut sketch) mempunyai dua buah fungsi yang
harus ada.
 void setup( ) { }
Semua kode didalam kurung kurawal akan dijalankan hanya
satu kali ketika program Arduino dijalankan untuk pertama
kalinya.
• void loop( ) { }
Fungsi ini akan dijalankan setelah setup (fungsi void setup)
selesai. Setelah dijalankan satu kali fungsi ini akan dijalankan
lagi, dan lagi secara terus menerus sampai catu daya (power)
dilepaskan.
Syntax
Berikut ini adalah elemen bahasa C yang dibutuhkan untuk format penulisan.
• //(komentar satu baris)
Kadang diperlukan untuk memberi catatan pada diri sendiri
apa arti dari kode-kode yang dituliskan. Cukup menuliskan
dua buah garis miring dan apapun yang kita ketikkan
dibelakangnya akan diabaikan oleh program.
• /* */(komentar banyak baris)
Jika anda punya banyak catatan, maka hal itu dapat dituliskan
pada beberapa baris sebagai komentar. Semua hal yang
terletak di antara dua simbol tersebut akan diabaikan oleh
program.

19
Universitas Sumatera Utara

• { }(kurung kurawal)
Digunakan untuk mendefinisikan kapan blok program mulai
dan berakhir (digunakan juga pada fungsi dan pengulangan).
• ;(titk koma)
Setiap baris kode harus diakhiri dengan tanda titik koma (jika
ada titik koma yang hilang maka program tidak akan bisa
dijalankan).

Variabel
Sebuah program secara garis besar dapat didefinisikan sebagai instruksi untuk
memindahkan angka dengan cara yang cerdas. Variabel inilah yang digunakan untuk
memindahkannya.
• int (integer)
Digunakan untuk menyimpan angka dalam 2 byte (16 bit).
Tidak mempunyai angka desimal dan menyimpan nilai dari 32,768 dan 32,767.
• long (long)
Digunakan ketika integer tidak mencukupi lagi. Memakai 4
byte (32 bit) dari memori (RAM) dan mempunyai rentang dari
-2,147,483,648 dan 2,147,483,647.
• boolean (boolean)
Variabel sederhana yang digunakan untuk menyimpan nilai
TRUE (benar) atau FALSE (salah). Sangat berguna karena
hanya menggunakan 1 bit dari RAM.
• float (float)
Digunakan untuk angka desimal (floating point). Memakai 4
byte (32 bit) dari RAM dan mempunyai rentang dari 3.4028235E+38 dan 3.4028235E+38.

20
Universitas Sumatera Utara

• char (character) o Menyimpan 1 karakter menggunakan
kode ASCII (misalnya „A‟ = 65). Hanya memakai 1 byte (8
bit) dari RAM.

Operator Matematika
Operator yang digunakan untuk memanipulasi angka (bekerja seperti matematika
yang sederhana).
•=
Membuat sesuatu menjadi sama dengan nilai yang lain
(misalnya: x = 10 * 2, x sekarang sama dengan 20).
•%
Menghasilkan sisa dari hasil pembagian suatu angka dengan
angka yang lain (misalnya: 12 % 10, ini akan
menghasilkan angka 2).
•+
Penjumlahan
•Pengurangan
•*
Perkalian
•/
Pembagian

Operator Pembanding
Digunakan untuk membandingkan nilai logika.
• ==
Sama dengan (misalnya: 12 == 10 adalah FALSE (salah) atau
12 == 12 adalah TRUE (benar))
• !=
Tidak sama dengan (misalnya: 12 != 10 adalah TRUE (benar)
atau 12 != 12 adalah FALSE (salah))

21
Universitas Sumatera Utara

•<
Lebih kecil dari (misalnya: 12 < 10 adalah FALSE (salah) atau
12 < 12 adalah FALSE (salah) atau 12 < 14 adalah TRUE
(benar))
•>
Lebih besar dari (misalnya: 12 > 10 adalah TRUE (benar) atau
12 > 12 adalah FALSE (salah) atau 12 > 14 adalah FALSE
(salah))

Struktur Pengaturan
Program sangat tergantung pada pengaturan apa yang akan dijalankan berikutnya,
berikut ini adalah elemen dasar pengaturan (banyak lagi yang lain dan bisa dicari di
internet).
1. if..else, dengan format seperti berikut ini:
if (kondisi) { }
else if (kondisi) { }
else { }
Dengan struktur seperti diatas program akan menjalankan
kode yang ada di dalam kurung kurawal jika kondisinya
TRUE, dan jika tidak (FALSE) maka akan diperiksa apakah
kondisi pada else if dan jika kondisinya FALSE maka kode
pada else yang akan dijalankan.

2. for, dengan format seperti berikut ini:
for (int i = 0; i < #pengulangan; i++) { }
Digunakan bila anda ingin melakukan pengulangan kode di
dalam kurung kurawal beberapa kali, ganti #pengulangan
dengan jumlah pengulangan yang diinginkan. Melakukan
penghitungan ke atas dengan i++ atau ke bawah dengan i–.
Digital
1. pinMode (pin, mode)

22
Universitas Sumatera Utara

Digunakan untuk menetapkan mode dari suatu pin, pin adalah
nomor pin yang akan digunakan dari 0-19 (pin analog 0-5
adalah 14-19). Mode yang bisa digunakan adalah INPUT atau
OUTPUT.
2. digitalWrite(pin, value)
Ketika sebuah pin ditetapkan sebagai OUTPUT, pin tersebut
dapat dijadikan HIGH (ditarik menjadi 5 volts) atau LOW
(diturunkan menjadi ground).

3. digitalRead(pin)
Ketika sebuah pin ditetapkan sebagai INPUT maka anda dapat
menggunakan kode ini untuk mendapatkan nilai pin tersebut
apakah HIGH (ditarik menjadi 5 volts) atau LOW (diturunkan
menjadi ground).
Analog
Arduino adalah mesin digital tetapi mempunyai kemampuan untuk beroperasi di
dalam alam analog (menggunakan trik). Berikut ini cara untuk menghadapi hal yang
bukan digital.
1. analogWrite(pin, value)
Beberapa pin pada Arduino mendukung PWM (pulse width
modulation) yaitu pin 3, 5, 6, 9, 10, 11. Ini dapat merubah pin
hidup (on)atau mati (off) dengan sangat cepat sehingga
membuatnya dapat berfungsi layaknya keluaran analog. Value
(nilai) pada format kode tersebut adalah angka antara 0 ( 0%
duty cycle ~ 0V) dan 255 (100% duty cycle ~ 5V).

2. analogRead(pin)
Ketika pin analog ditetapkan sebagai INPUT anda dapat
membaca keluaran voltase-nya. Keluarannya berupa angka
antara 0 (untuk 0 volts) dan 1024 (untuk 5 volts).

23
Universitas Sumatera Utara

2.3 Software Arduino IDE
IDE (Integrated Development Environment) Arduino merupakan aplikasi
yang mencakup editor, compiler, dan uploader dapat menggunakan semua seri
modul keluarga arduino, seperti Arduino Duemilanove, Uno, Bluetooth, Mega.
Kecuali beberapa tipe board produksi arduino yang memakai mikrokontroler
diluar seri AVR, seperti mikroprosesor ARM. Editor sketch pada IDE arduino
juga mendukung fungsi penomoran baris,

mendukung fungsi penomoran baris,

syntax highlighthing, yaitu pengecekan sintaksis kode sketch. Seperti gambar berikut
ini:

Gambar 2.10 Software Arduino

2.4

Sensor

Dalam pendeteksian suatu sensor tidak akan terlepas dari istilah tranduser. Tranduser
adalah sebuah alat yang bila di gerakkan oleh energi di dalam sebuah sistem
transmisi menyalurkan energi dalam bentuk yang sama atau dalam bentuk yang
berlainan ke sistem transmisi kedua. Transmisi energi ini bisa listrik, mekanik,
kimia, optik (radiasi) atau termal (panas). Definisi tranduser yang luas mencakup
alatalat yang mengubah gaya atau perpindahan mekanis menjadi sinyal elektrik. Pada
dasarnya

sensor dan tranduser mempunyai definisi

sama

yaitu menerima

rangsangan (gejala fisis) dari luar dan mengubahnya menjadi sinyal listrik. Proses
24
Universitas Sumatera Utara

fisis yang merupakan stimulus atau rangsangan sensor dapat berupa fluks magnetik,
gaya, arus listrik, temperatur, cahaya, tekanan dan proses fisis lainnya. Sensor dan
tranduser mempunyai perbedaan yang sangat kecil yaitu pada koefisien konversi
energi. Sensor itu sendiri terdiri dari tranduser atau tanpa penguat atau pengolah
sinyal yang terbentuk dalam satu indera. (Sinclair. 1988)
Berdasarkan prinsip kelistrikannya sensor dapat dikelompokkan menjadi dua
yaitu sensor pasif dan sensor jenis pembangkit sendiri (self generating type).
Sensor pasif menghasilkan perubahan dalam parameter listrik seperti halnya tahanan,
kapasitansi dan lainlain yang dapat diukur sebagai suatu perubahan tegangan atau
arus.

2.5

Sensor getar

Sensor getar adalah suatu alat yang berfungsi untuk mendeteksi adanya getaran dan
akan diubah dalam kedalam sinyal listrik. Jenis Jenis sensor vibration ini dibagi
menjadi dua jenis yaitu:

2.5.1

Kontak

Sensor ini disebut juga cassing measurement. Sensor yang digunakan adalah
sensor seismic

transduser,

yaitu sensor

yang

digunakan

untuk

mengukur

kecepatan dan percepatan. Untuk mengukur kecepatan menggunakan velocity probe
dan velomitor probe, sedangkan untuk mengukur percepatan menggunakan sensor
acceleration probe.
a. Pengertian velocity probe
ujung sensor ini akan bersentuhan langsung dengan benda yang akan diukur
fibrasinya, sensor ini berfungsi untuk mengukur getaran dari suatu alat atau mesin
menggunakan kecepatan dari suatu alat atau mesin menggunakan kecepatan sebagai
parameternya. Adapun konstruksinya adalah sebagai berikut:
- Massa
- Kumparan
- Pegas

25
Universitas Sumatera Utara

- Magnet permanen
- Damper conector
- Cassing velocity probe
b. Prinsip Kerja
Prinsip kerja velocity probe sesuai dengan dengan hukum fisika yaitu apabila
suatu konduktor/kumparan yang dikelilingi oleh medan magnet kemudian konduktor
bergerak

terhadap

medan

magnet

atau

medan

magnet

bergerak terhadap

konduktor maka akan menimbulkan suatu tegangan induksi pada konduktor. Apabila
transduser ini ditempatkan pada bagian mesin yang bergetar, maka transduser ini pun
akan ikut bergerak, sehingga kumparan yang ada didalamnya akan bergerk relatif
terhadap medan magnet sehingga akan menghasilkan tegangan listrik pada ujung
kawat kumparannya. Dengan mengola sinyal listrik dan transdusernya, makagetaran
dapat diukur.
c. Pengertian acceleration probe
Termasuk sensor kontak yang berfungsi untuk mengukur getaran dengan
mengukur kecepatan dari mesin tersebut
d. Prinsip kerja
Pada acceleration probe terdapan case insulator yang berkontak langsung dengan
mesin yang hendak diperiksa, case insulator ini berfungsi sebagai transmiteter
atau yang menstransmisikan getaran dari mesin menuju peizoelektrik sehingga
peizoelektrik mengalami tekanan yang sebanding dengan getaran yang diterima dari
mesin. Getaran mekanis yang menimbulkan gaya akan mengenai muatan listrik.
Tetapi arus listrik yang dihasilkan oleh peizoelektrik ini sangat kecil, sehingga
diperlukan alat lain agar menghasilkan muatan listrik yang standart. Karena muatan
listrik yang ditimbulkan oleh peizoelektrik sangat kecil maka didalamnya dipasang
rangkaian elektronik yang dapat membangkitkan muatan agar muatan listrik yang
dihasilkan oleh bahan peizoelektrik menjadi lebih besar. Besar muatan listrik yang
dihasilkan oleh bahan peizoelektrik sebesar picocoulombss per g. Sedangkan besaran
sinyal yang dihasilkan setelah didalamnya dipasang penguat, mempunyai sensitivitas
50mv per g.

26
Universitas Sumatera Utara

2.5.2

Non-Kontak

Sensor ini biasanya disebut shaft relative measurement. Sensor yang digunakan
adalah proximity probe (eddy current probe). Untuk proxymity probe yang diukur
adalah perpindahannya. Untuk sensor non-kontak, probe dan mesin atau media tidak
bersentuhan

langsung.

Untuk

menggunakan

sensor

proxymity

probe

ada

beberapa syarat yang harus terpenuhi agar dapat menghasilkan pengukuran yang
presisi, diantaranya adalah roundness dari mesin yang akan diukur harus bagus untuk
menghasilkan bacaan yang bagus pula, ron out.

GY 521 Vibration Sensor

2.6

GY-521 MPU-6050 Module adalah sebuah modul berinti MPU-6050 yang
merupakan 6 axis Motion Processing Unit dengan penambahan regulator tegangan
dan beberapa komponen pelengkap lainnya yang membuat modul ini siap dipakai
dengan tegangan supply sebesar 3-5VDC. Modul ini memiliki interface I2C yang
dapat disambungkan langsung ke MCU yang memiliki fasilitas I2C. Sensor MPU6050 berisi sebuah MEMS Accelerometer dan sebuah MEMS Gyro yang saling
terintegrasi. Sensor ini sangat akurat dengan fasilitas hardware internal 16 bit ADC
untuk setiap kanalnya. Sensor ini akan menangkap nilai kanal axis X, Y dan Z
bersamaan dalam satu waktu. Berikut adalah spesifikasi dari Modul ini :
▪

Berbasis Chip MPU-6050

▪

Supply tegangan berkisar 3-5V

▪

Gyroscope range + 250 500 1000 2000 ° / s

▪

Acceleration range : ± 2 ± 4 ± 8 ± 16 g

▪

Communication standard I2C

▪

Chip built-in 16 bit AD converter, 16 bits data output

▪

Jarak antar pin header 2.54 mm

▪

Dimensi modul 20.3mm x 15.6mm

27
Universitas Sumatera Utara

Gambar 2.11. GY 521

2.6.1

MPU 6050 Sensor Accelometer

Sesuai dengan fungsinya sebagai accelerometer dan gyro, tentunya kita bisa bermain
banyak pada proyek yang memerlukan fungsi akselerasi dan keseimbangan.
Misalnya, contoh yang paling riil adalah dalam hal penggunaan stabilizer atau
gimbal pada dunia fotografi. Selain itu, ia juga dapat digunakan sebagai sensor
kendali. Seperti kendali jarak jauh hanya dengan memiringkan atau menggoyanggoyang stick yang berisi sensor ini. Namun kebanyakan, sensor ini digunakan sebagai
sensor telemetri pada benda bergerak, baik darat maupun udara.

2.6.2
▪

Fitur dan Spesifikasi MPU-6050

Catu daya IC dari 2,375 V ~ 3,46 V namun modul ini sudah dilengkapi dengan
LDO / low drop-out voltage regulator (untuk pengguna Arduino, Anda dapat
menyambungkan pin Vcc dari modul ini dengan pin 5V pada Arduino Anda)

▪

Antarmuka kendali dan pengumpulan data lewat protokol I2C berkecepatan tinggi
(Fast Mode, 400 kHz), pada modul ini sudah dipasangkan pull-up resistor 2K2
sehingga Anda bisa menyambungkan pin SDA dan SCL dari modul ini dengan
mikrokontroler / Arduino Board tanpa resistor eksternal tambahan

▪

Pilihan rentang skala giroskop: 250° (sensitivitas 13,1), 500° (65,6), 1000° (32,8),
2000° (16,4) per detik; sensitivitas dalam satuan LSB/°/detik

▪

Pilihan rentang skala akselerometer: ±2g (sensitivitas 16384), ±4g (8192), ±8g
(4096), ±16g (2048); sensitivitas dalam LSB/g

28
Universitas Sumatera Utara

▪

Data keluaran MotionFusion sebanyak 6 atau 9 sumbu dalam format matriks
rotasi, quaternion, sudut Euler, atau data mentah (raw data format).

▪

Memori penampung data (buffer memory) sebesar 1 Kb, FIFO (First-In-FirstOut)

▪

Dengan digabungkannya akselerometer dan giroskop dalam satu sirkut terpadu
menyebabkan pendeteksian gerakan menjadi lebih akurat (reduced settling effects
and sensor drift) karena faktor kesalahan penyesuaian persilangan sumbu antara
akselerometer dan giroskop dapat dihilangkan.

▪

DMP™ Engine mengambil alih komputasi rumit dari prosesor utama sehingga
sistem tidak terbebani kalkulasi yang kompleks (red: sebelum adanya IC ini,
perancang rangkaian elektronika biasanya menggunakan chip PLD eksternal
untuk mengerjakan komputasi semacam ini karena perhitungan matematika
dalam kalkulasi gerak sangatlah kompleks dan terlalu membebani kerja
mikrokontroler yang biasanya bertenaga terbatas).

▪

Tersedia platform pengembangan perangkat lunak MotionApps™ untuk sistem
operasi Android, Linux, dan Windows

▪

Algoritma untuk menghitung bias dan kalibrasi kompas sudah terpasang dan siap
digunakan, tidak perlu intervensi dari pemakai

▪

Interupsi yang dapat diprogram untuk mendeteksi pengenal gestur (gesture
recognition), pergeseran (panning), zooming, scrolling, dan shake detection

▪

Konsumsi arus giroskop hanya sebesar 3,6 mA, giroskop + akselerometer hanya
3,8 mA (tenaga penuh, 1 kHz sample rate).

▪

Moda siaga hemat daya hanya mengkonsumksi arus sebesar 5µA

▪

Dapat menoleransi guncangan hingga 10000g

▪

Modul dengan PCB berkualitas dengan gold immersion welding untuk menjamin
kualitas

▪

Akses sangat mud ah menggunakan pin standar dengan pitch 0,1" / 2,54 mm

29
Universitas Sumatera Utara

VCC_5V
1
2
3

I

O

en by

R201

5

VCC_3.3V
C10
10µf

GND

D1

C12
0.1µf

1K
LED
R4 R5
4.7K 4.7K

4

3.3LDO
VCC_5V J2 CON2
C11
1
0.01µf
2
VCC_3.3V
SCL
3
SDA 4
C13
0.1µf
XDA 1
XCL 2
R6 AD0
3
4.7 K INT 4
J1 CON1

1
XDA 6
XCL 7
8
AD0 9
10
11
INT 12

CLKIN
AUX_DA
AUX_CL
VLOGIC
AD0
REGOUT
FSYNC
INT

IC1
MPU6050

SDA
SCL
CLKOUT
RESV
CPOUT
RESV
GND
VND
C102
0.1µf

24
23
22
21
20
19
18
13

SDA
SCL

C14
2200µf

VCC_3.3V

Gambar 2.12 MPU 6050

30
Universitas Sumatera Utara

Gambar 2.13 Rangkaian Skematik GY 521

C3
4.7µf

VCC_3.3V

Q2