Altimeter dan Barometer Digital Berbasis Mikrokontroler AT89S53

  

Altimeter dan Barometer Digital

Berbasis Mikrokontroler AT89S53

TUGAS AKHIR

Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat

  

Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

Program Studi Teknik Elektro

Disusun oleh :

  

Falensius Nango

NIM : 025114003

  

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2007

  

Digital Altimeter and Barometer

Based on Microcontroller AT89S53

FINAL PROJECT

Presented as Partial Fulfillment of the Requirements

to Obtain the SARJANA TEKNIK Degree

in Electrical Engineering

by:

Falensius Nango

  

Student number : 025114003

ELECTRICAL ENGINEERING DEPARTMENT

ENGINEERING FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

  

2007

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA

  

Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa tugas akhir yang saya tulis ini

tidak memuat karya atau bagian karya orang lain, kecuali yang telah disebutkan

dalam kutipan dan daftar pustaka, sebagaimana layaknya karya ilmiah.

  Yogyakarta, Agustus 2007 Penulis Falensius Nango

  

HALAMAN MOTTO dan PERSEMBAHAN

Motto:

  Cogito ergo sum (“ Saya berpikir maka saya ada ”)

Persembahan:

  Dengan segala puji dan syukur ke hadirat Allah Bapa, Allah Putra, dan Allah Roh Kudus, penulis persembahkan karya ini kepada:

• Ayah dan ibuku tercinta, semoga kalian tenang di sisi-Nya.
• Mba Hetty dan keluarga serta adikku Agustina Riyanti, terima kasih telah menjadi sumber semangat hidupku.

• • Keluarga Bapak Widayatno yang telah banyak membantu

  dalam hal studi, juga atas kasih sayang dari bapak

  dan ibu, terima kasih.
• Silvia Ariska Prilianti atas kasih sayang dan dukungan dalam mengerjakan tugas akhir ini • Almamater Universitas Sanata Dharma.

  

Intisari

Di dalam pengukuran sangat dibutuhkan suatu ketelitian, keakuratan, dan kepekaan. Pengukuran menggunakan barometer dan altimeter analog seringkali menghasilkan pengukuran yang tidak akurat karena banyaknya faktor kesalahan yang mempengaruhi. Untuk mengurangi faktor kesalahan maka altimeter dan barometer dibuat secara digital.

  Altimeter dan barometer digital berbasis mikrokontroler AT89S53

merupakan sebuah alat yang dirancang untuk mengukur tekanan udara dan

ketinggian tempat baik secara relatif ataupun absolut. Alat ukur ini dapat

direalisasikan menggunakan sensor tekanan udara tipe MPX4100, rangkaian

pembagi tegangan, ADC 16 bit tipe AD7715 dengan kontrol serial,

mikrokontroler AT89S53, dan LCD.

  Tempat pengambilan data tekanan udara dan ketinggian tempat dipilih

secara acak. Dari hasil pengujian dan analisa, alat ini dapat menghasilkan

pengukuran tekanan udara dengan rata-rata tingkat kesalahan pengukuran

±0,015%, nilai rata-rata tingkat ketelitian pengukuran sebesar 99,985%, dan rata-

rata deviasi ±0,1 hPa pada jangkauan 617,4 hPa – 689,8 hPa, dan pengukuran

ketinggian tempat dengan rata-rata tingkat kesalahan pengukuran ±0,367%, nilai

rata-rata tingkat ketelitian pengukuran sebesar 99,6%, dan rata-rata deviasi ±1,4 m

pada jangkauan 125 m – 1185 m.

  Kata kunci: barometer, altimeter, tekanan udara, altitude.

  

Abstract

Measurement mostly required a precision, accuracy, and sensitivity.

  

Measurement by using the analog barometer and altimeter often shows

inaccurate measurement, because lot of error factors that influencing the

measurement. To reduce the error factors, the barometer and altimeter are made

digitally.

  Digital altimeter and barometer based on microcontroller AT89S53 is a

measuring device that are designed to measure atmospheric pressure and relative

or absolute altitude. This measuring instrument can be realized by using the

atmospheric pressure sensor type MPX4100, voltage divider circuit, ADC 16 bits

type AD7715 with serial control, microcontroller AT89S53, and LCD.

  The place for retrieving atmospheric pressure and altitude data are

selected randomly. From the result of testing and analyzing, this device can

produce measurement of atmospheric pressure with average level of measurement

error ± 0,015%, average values level of measurement accuracy are equal to

99,985%, and the average of deviation ± 0,1 hPa at interval 617,4 hPa - 689,8

hPa, and the altitude measurement with average level of measurement error ±

0,367%, average values level of measurement accuracy are equal to 99,6%, and

the average of deviation ±1,4 m at interval 125 m - 1185 m.

  Keyword: barometer, altimeter, air pressure, altitude.

KATA PENGANTAR

  Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas

kasih karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir yang

berjudul “Altimeter dan barometer digital berbasis mikrokontroler AT89S53.” Tugas akhir ini disusun sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar

Sarjana Teknik Elektro di Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata

Dharma sekaligus sebagai upaya untuk memperdalam dan memperkaya wawasan

berpikir serta menambah wacana di bidang elektronika khususnya dan sains

teknologi pada umumnya.

  Pembuatan tugas akhir ini tidak terlepas dari bantuan dan bimbingan berbagai pihak, untuk itu penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada :

  1. Ir. Gregorius Heliarko, S.J., S.S., BST., M.A., M.Sc selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma atas segala dukungan berupa kritik dan saran demi pengerjaan skripsi ini.

  2. A. Bayu Primawan, S.T., M.Eng selaku Kepala Jurusan Teknik Elektro dan pembimbing I yang telah memberikan bimbingan, masukan, waktu, dan perhatiannya selama penyusunan tugas akhir ini.

  3. B. Djoko Untoro Suwarno, S.Si., M.T selaku dosen pembimbing II dan Ketua penguji yang juga telah memberikan bimbingan, masukan, waktu, dan perhatiannya selama penyusunan tugas akhir ini.

4. Wiwien Widyastuti, S.T., M.T selaku penguji yang telah memberikan banyak bantuan sehingga tugas akhir ini dapat semakin baik.

  

5. Pius Yozzy Merucahyao, S.T., M.T selaku penguji yang juga telah

memberikan banyak bantuan sehingga tugas akhir ini dapat semakin baik.

  6. Segenap dosen dan laboran Teknik Elektro Universitas Sanata Dharma.

  7. Segenap karyawan sekretariat Fakultas Teknik.

  8. Kepala stasiun meteorologi Lanud Adisucipto Yogyakarta 9.

  Kepala stasiun BMG Daerah istimewa Yogyakarta 10.

  Keluarga Bapak Widayatno atas semua kasih sayang dan dukungan yang telah diberikan.

  11. Ayah dan ibu tercinta: Alm Bapak Antonius May Lau dan Alm Ibu Paulina Suparti Nugroho.

  12. Mbak Hetty dan keluarga, Agustina Riyanti atas kasih sayang, doa, perhatian, dan dukungan yang tiada henti.

  13. Seseorang yang sangat berarti untukku dalam suka dan duka, Silvia Ariska Prilianti. Terima kasih atas kebersamaan, dukungan, cinta, perhatian, dan kesabaran yang tiada henti.

  14. Sahabat, saudara, dan teman-temanku di Aladin XXX view terima kasih atas dukungan, perhatian, perjuangan, dan kebersamaannya selama ini ‘keep on vespa bro”.

  

15. Sahabat-sahabatku di TEKSAPALA atas semangatnya “keep forward

whatever it takes ”. Semoga kita dapat lebih berkembang bersama “Deum

per Naturae Amamus ”

  

16. Teman-teman TE angkatan 2002 terimakasih atas dukungan dan kekompakannya. Semoga kita semua dapat menyelesaikan apa yang telah kita mulai bersama dan bersatu padu membangun Indonesia cerdas dan berwawasan.

17. Semua pihak yang telah membantu dan tidak dapat disebutkan satu persatu sehingga skripsi ini dapat diselesaikan.

  Penulis dengan penuh kesadaran memahami dalam penelitian ini masih

banyak terdapat kekurangannya. Oleh karenanya sumbang saran yang bersifat

membangun dari pembaca sangat diharapkan.Akhirnya penulis berharap semoga

tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi pembaca khususnya dan dunia elektronika

umumnya.

  Yogyakarta, Agustus 2007 Penulis Falensius Nango

  DAFTAR ISI Halaman Judul ............................................................................................... i Halaman Judul dalam Bahasa Inggris............................................................ ii Lembar Pengesahan oleh Pembimbing .......................................................... iii Lembar Pengesahan oleh Penguji .................................................................. iv Lembar Pernyataan keaslian karya ................................................................ v Halaman persembahan dan motto hidup........................................................ vi

Intisari ............................................................................................................ vii

Abstract .......................................................................................................... viii

Kata Pengantar ............................................................................................... ix

Daftar Isi ........................................................................................................ xii

Daftar Gambar................................................................................................ xvi

Daftar Tabel ................................................................................................... xviii

Daftar Lampiran............................................................................................. xix

Daftar Pustaka ................................................................................................ xx

  BAB I PENDAHULUAN ...................................................................... 1 I.1 Judul.......................................................................................................... 1 I.2 Latar Belakang Masalah ........................................................................... 1 I.3 Tujuan ...................................................................................................... 5 I.4 Perumusan Masalah ................................................................................. 5 I.5 Batasan Masalah ...................................................................................... 5 I.6 Manfaat ..................................................................................................... 6

  

I.7 Metode Penelitian dan Pengambilan Data................................................ 7

  

BAB II DASAR TEORI ......................................................................... 9

II.1 Sistem Pengukuran Umum...................................................................... 9

II.2 Tekanan Udara dan Ketinggian............................................................... 16

II.3 Sensor Tekanan Udara............................................................................. 18

II.4 ADC (Analog to Digital Converter)........................................................ 21

II.4.1 Parameter ADC ........................................................................... 22 II.4.2 Register-register dalam AD7715 ................................................ 24 II.4.2.1 Register Komunikasi(RS1, RS0 = 0, 0) ......................... 25 II.4.2.2 Setup Register (RS1, RS0 = 0, 1) ................................... 28 II.4.2.3 Test Register (RS1, RS0 = 1, 0) ..................................... 31 II.4.2.4 Data Register (RS1, RS0 = 1, 1) .................................... 31

II.5 Mikrokontroler ........................................................................................ 32

II.5.1 Pendahuluan................................................................................ 32 II.5.2 Port Pararel Mikrokontroler........................................................ 32 II.5.3 On-Chip Oscilator ...................................................................... 36 II.5.4 Siklus-Siklus Mesin (Machine Cycles)....................................... 36

II.6 LCD (Liquid Crystal Display)................................................................. 37

II.7 Sistem Komunikasi Serial Sinkron ......................................................... 38

II.8 Catu Daya ................................................................................................ 40

II.9 Analisa statistik ....................................................................................... 43

II.9.1 Nilai rata-rata (arithmetic mean) ................................................ 43

  II.9.2 Penyimpangan terhadap nilai rata-rata........................................ 44

  II.9.3 Perhitungan tingkat kesalahan .................................................... 44

  II.9.4 Perhitungan tingkat keakurasian alat .......................................... 45

  

BAB III PERANCANGAN ...................................................................... 46

III.1 Diagram Blok......................................................................................... 46 III.2 Sensor Tekanan Udara (MPX4100)....................................................... 46 III.3 Analog to Digital Converter (AD7715) ................................................. 49 III.4 Mikrokontroller AT89S53 ......................................................................52 III.5 Antarmuka ADC dan Mikrokontroler .................................................... 54 III.6 Antarmuka Mikrokontroler dengan LCD............................................... 57 III.6.1 Register perintah........................................................................ 57 III.6.2 Register data .............................................................................. 58 III.7 Pemberian Tegangan .............................................................................. 59 III.8 Diagram Alir dan Algoritma Keseluruhan Sistem Kerja ....................... 63 III.8.1 Program Utama.......................................................................... 66 III.9 Diagram Alir dan Algoritma Pengambilan dan Pengisian Data ADC... 67 III.9.1 Program Pengambilan dan Pengisian Data ADC ...................... 69 III.10 Diagram Alir Subroutine Konversi Data ............................................. 70 III.10.1 Program Subroutine Konversi Data......................................... 72

  

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ................................................. 73

IV.1 Data kalibrasi alat ukur .......................................................................... 73 IV.2 Data pengujian alat ukur ........................................................................ 74 IV.3 Pembahasan .......................................................................................... 75 IV.3.1 Proses pengkalibrasian alat ukur ............................................... 75 IV.3.2 Analisa data pengukuran ........................................................... 76 IV.3.3 Pengoperasian alat ukur ............................................................ 82 IV.3.4 Analisa sistem kerja................................................................... 85 IV.3.4.1 Sensor MPX4100 .......................................................... 85 IV.3.4.2 Analog to digital converter AD7715 ............................ 87 IV.3.4.3 Mikrokontroler AT89S53 ............................................. 90

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ................................................. 92

V.1 Kesimpulan ............................................................................................. 92 V.2 Saran........................................................................................................ 94

  DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Dasar proses pengukuran ........................................................... 9Gambar 2.2 Diagram blok dari sistem pengukuran secara umum ................. 12Gambar 2.3 Elemen-elemen sistem akuisisi data digital ............................... 14Gambar 2.4 Blok diagram altimeter dan barometer digital ........................... 15 Gambar 2.5.a Sensor tekanan udara dengan unsur piezoelektrik................... 19

  

Gambar 2.5.b Efek piezoelektrik secara umum.............................................. 20

Gambar 2.6 Rongga terisolasi dari lingkungan.............................................. 21Gambar 2.7 Register Komunikasi.................................................................. 25Gambar 2.8 Register Setup............................................................................. 28Gambar 2.9 kaki-kaki IC mikrokontroler ...................................................... 33Gambar 2.10 Hubungan ke kristal ................................................................. 36Gambar 2.11 Siklus mesin ............................................................................. 37Gambar 2.12 Dimensi layar LCD .................................................................. 38Gambar 2.13 Frame character-oriented........................................................ 40Gambar 2.14 Frame bit-oriented ................................................................... 40Gambar 2.15 Rangkaian pembagi tegangan .................................................. 42Gambar 3.1 Diagram blok perancangan ........................................................ 46Gambar 3.2 Elemen sensor MPX4100........................................................... 37Gambar 3.3 Perbandingan Vout dengan tekanan udara ................................. 37Gambar 3.4 Rangkaian sensor tekanan udara MPX4100 .............................. 48Gambar 3.5 Rangkaian ADC dan sensor MPX4100...................................... 49Gambar 3.6 Rangkaian mikrokontroler AT89S53......................................... 53Gambar 3.7 Gelombang kotak 1 Hz............................................................... 54Gambar 3.8 Antarmuka ADC dan mikrokontroler ........................................ 55Gambar 3.9 Antarmuka mikrokontroler dan LCD......................................... 59Gambar 3.10 Rangkaian catu daya ................................................................ 60Gambar 3.11. Rangkaian pembagi tegangan ................................................. 62Gambar 3.12. Penyearah LPF tipe π................................................................62Gambar 3.13 Rangkaian Altimeter dan barometer digital ............................. 63Gambar 3.14 Diagram alir sistem kerja altimeter dan barometer .................. 65Gambar 3.15 Diagram alir pengambilan dan pengisian untuk ADC ............. 68Gambar 3.16 Diagram alir proses konversi data menjadi karakter ASCII .... 71Gambar 4.1 Grafik perbandingan barometer digital terhadap data BMG......79Gambar 4.2 Grafik perbandingan altimeter digital terhadap data BMG........80Gambar 4.3 Menu dan sub menu pada alat ukur............................................83Gambar 4.4 Perbandingan Vout sensor terhadap tekanan udara....................86Gambar 4.5 Gelombang keluaran pin 1 (SCLK)............................................87Gambar 4.6 Gelombang keluaran pin 14 (DIN).............................................88Gambar 4.7 Gelombang keluaran pin 13 (DOUT).........................................88Gambar 4.8 Bentuk Gelombang SDA............................................................90Gambar 4.9 Bentuk Gelombang SCL.............................................................90

  DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Register seleksi...............................................................................26Tabel 2.2. Pengesetan penguatan yangdipilih.................................................28Tabel 2.3. Mode operasi..................................................................................29Tabel 2.4. Laju data keluaran..........................................................................30Tabel 2.5. Fungsi-fungsi khusus kaki port 3..................................................34Tabel 3.1 Penggunaan Port – port pada mikrokontroler................................52Tabel 4.1 Data kalibrasi...................................................................................73Tabel 4.2 Data pengujian alat ukur..................................................................74Tabel 4.3 Pengukuran pada lokasi dengan ketinggian 100 m.........................74Tabel 4.4 Perbandingan data dengan masukan nilai kalibrasi yang tepat.......76Tabel 4.5. Tingkat kesalahan dan deviasi barometer digital...........................77Tabel 4.6. Tingkat kesalahan dan deviasi altimeter digital.............................78Tabel 4.7. Tingkat ketelitian altimeter digital.................................................78Tabel 4.8. Tingkat ketelitian barometer digital...............................................79Tabel 4.9. Perbandingan Vout sensor..............................................................85

  

DAFTAR LAMPIRAN

L.1. 16-Bit, Sigma Delta ADC AD7715 Datasheet.

  L.2. 8-Bit Microcontroller with 12K Bytes Flash AT89S53 Datasheet.

L.3. Integrated Silicon Pressure Sensor for Manifold Absolute Pressure

  Applications On-Chip Signal Conditioned, Temperatured Compesated and Datasheet. Calibrated MPX4100

  L.4. Dot Matrix Liquid Crystal Display Controller/Driver HD44780U datasheet L.5 Listing Program altimeter dan barometer digital.

BAB I PENDAHULUAN I.1 Judul Altimeter dan Barometer Digital berbasis AT89S53 I.2 Latar Belakang Masalah . Umumnya, di dalam pengukuran dibutuhkan suatu instrumen sebagai suatu cara fisis untuk menentukan suatu besaran (kuantitas) atau variabel. Instrumen tersebut membantu peningkatan ketrampilan manusia dan dalam

  

banyak hal memungkinkan seseorang untuk menentukan nilai dari suatu besaran

yang tidak diketahui. Dengan demikian, sebuah instrumen dapat didefinisikan

sebagai sebuah alat yang digunakan untuk menentukan nilai atau besaran dari

suatu kuantitas atau variabel.

  Altimeter adalah suatu alat ukur yang digunakan untuk mengukur suatu

ketinggian tempat dari atas permukaan laut. Dengan adanya altimeter ini maka

suatu ketinggian tempat dapat diketahui dengan mudah. Biasanya hasil

pengukuran altimeter dalam satuan meter (menurut standar internasional). Sebuah

altimeter adalah sebuah instrumen aktif digunakan untuk mengukur ketinggian

suatu obyek diatas sebuah level ketinggian yang tetap. Altimeter yang tradisional

ditemukan di banyak pesawat pengangkut (yang biasa disebut altimeter Kollsman

berada di sebelah kanan kokpit pilot) dengan mengevaluasi hasil pengukuran

tekanan udara dari sebuah tempat yang tetap. Tekanan udara menurun dengan

  2

meningkatnya ketinggian, sekitar 1 milibar (0.03 inci dari raksa) per 27 kaki (8.23

m) dari permukaan laut. Altimeter dikalibrasikan untuk menunjukkan tekanan

secara langsung seperti ketinggian, yang disesuaikan dengan model matematika

oleh ISA (International Standar Atmosphere).[13]

  Barometer adalah suatu alat ukur yang digunakan untuk mengukur tekanan

udara di suatu tempat tertentu. Dalam aplikasinya suatu barometer digunakan

untuk memprediksi cuaca beberapa jam mendatang. Biasanya hasil pengukuran

altimeter dalam satuan pascal atau milibar (menurut standar internasional). Salah

satu model barometer kuno adalah aneroid barometer, berukuran kecil,

menggunakan kotak logam yang fleksibel dinamakan aneroid cell. Kotak ini akan

tersegel secara rapat setelah beberapa satuan udara dipindahkan, jadi perubahan

yang sangat kecil pada tekanan udara sekitar akan menyebabkan cell ini berubah

atau berkontraksi. Perubahan dan kontraksi ini akan membuat gerakan mekanik

yang serial dan komponen-komponen lainnya pada aneroid barometer yang

ditampilkan pada aneroid barometer. [14] Dengan melihat secara mendalam pada aneroid barometer yang biasa

tidak dapat berkata banyak tentang cuaca yang diperkirakan. Yang dapat diketahui

dari barometer aneroid adalah tentang kecepatan, magnitude dan variasi dari arah

angin di tekanan atmosfer. Informasi-informasi ini memberikan suatu perkiraan

yang cukup akurat tentang keadaan cuaca beberapa jam mendatang. Sayangnya

aneroid barometer tidak terlalu akurat dalam memberikan suatu perkiraan

informasi mengenai cuaca, sebuah barometer raksa lebih baik untuk perkiraan

  3

cuaca. Akan tetapi barometer raksa tidak mudah untuk dibawa dan sangat sulit

dalam penggunaannya.

  Dengan melihat sejarah dan perkembangan dari barometer dan

altimeter dapat disimpulkan bahwa penggunaan dari alat ini sangat terbatas pada

beberapa instansi saja dalam hal ini instansi-instansi penerbangan dan kantor

berita cuaca. Pendataan ketinggian tempat dan tekanan udara biasanya hanya

dapat kita ketahui melalui suatu kantor berita cuaca ataupun instansi-instansi yang

memerlukan data ketinggian tempat dan tekanan udara. Para penggiat alam

biasanya memerlukan data ketinggian tempat dan tekanan udara karena kedua hal

ini nanti erat kaitannya dengan cuaca.

  Barometer dan altimeter yang dibuat secara analog ternyata memiliki

kelemahan karena kurang teliti dalam pembacaannya. Garis-garis penunjuk

ketinggian dan tekanan udara yang ditampilkan pada papan penampil memiliki

skala antar garis sebesar 10 m. Jadi kita hanya bisa mengkira-kira level ketinggian

dan tekanan udara jika jarum berada di antara selang garis tersebut. Kelemahan

yang lain adalah kita harus mengkalibrasikan alat ini di tempat yang level

ketinggian atau tekanan udaranya pasti karena jika tidak maka alat tidak dapat

digunakan secara optimal.

  Di dalam pengukuran sangatlah dibutuhkan suatu ketelitian, ketepatan,

kepekaan. Hal tersebut dapat dipengaruhi oleh beberapa sebab antara lain

kesalahan karena pembacaan alat ukur (penaksiran), penyetelan yang tidak tepat

dan pemakaian instrumen yang tidak sesuai, kesalahan instrumen (kekurangan-

kekurangan dari instrumen itu sendiri), keadaan-keadaan luar yang

  4

mempengaruhi, kesalahan acak (kesalahan diakibatkan oleh penyebab yang tidak

diketahui), dan lain-lain.

  Dengan adanya kelemahan-kelemahan di atas maka penting untuk dicoba

meminimalisasi faktor kesalahan dari hal-hal diatas. Dengan menggunakan

teknologi digital maka error faktor, baik dari si pemakai maupun lingkungan

dapat semakin ditekan. Alat yang akan dibuat ini nantinya akan lebih sensitif dan

dirancang agar faktor kesalahan dapat semakin kecil. Dengan menggunakan LCD

(Liquid Cristal Display) sebagi tampilan, maka pembacaan dari besaran

ketinggian maupun tekanan udara dapat semakin meyakinkan. Untuk kalibrasi

secara digital juga tidak terlalu sulit karena pada komponen yang dipilih sudah

ada pilihan rangkaian yang menunjang alat yang akan dibuat untuk melakukan

kalibrasi sendiri.

  Dalam kenyataannya barometer dan altimeter dibuat dalam satu paket alat.

Dalam pembuatannya biasanya altimeter dan barometer (baik dengan penunjuk

menggunakan jarum kumparan maupun dengan penampil elektronik)

menggunakan satu sensor yang dapat digunakan untuk mengukur dua variabel

yaitu tekanan udara dan ketinggian tempat.

  Dengan berkembangnya teknologi sekarang ini, tuntutan dan kebutuhan

alat ukur yang lebih terpercaya dan lebih teliti semakin meningkat, yang

kemudian menghasilkan perkembangan-perkembangan baru dalam perencanaan

dan pemakaiannya. Salah satunya adalah altimeter dan barometer digital berbasis

AT89S53.

  5 Dengan adanya altimeter dan barometer digital ini maka para penggiat

alam bisa langsung mendapatkan informasi yang akurat di lokasi tanpa harus

mendatangi kantor berita cuaca atau instansi-instansi yang berkompeten. Hasil

dari pengukuran ini akan ditampilkan pada sebuah LCD matrik 16x2 baris.

  I.3 Tujuan Tujuan pembuatan alat ini untuk mengukur ketinggian tempat dan tekanan udara dan ditampilkan pada LCD (Liquid Crystal Display)

  I.4 Perumusan Masalah Dengan melihat tujuan dan latar belakang yang ada, maka permasalahan yang dapat dirumuskan pada pembuatan alat ini adalah sebagai berikut:

  1. Apakah altimeter dan barometer yang dibuat secara digital ini akan memiliki tingkat ketelitian yang lebih tinggi daripada altimeter dan barometer yang dibuat secara analog?

  2. Apakah pemilihan komponen yang tepat dalam proses perancangan akan mempengaruhi sensitivitas pengukuran dalam praktek?

  3. Bagaimana cara mengkonversikan besaran ketinggian dari besaran tekanan udara?

  I.5 Batasan Masalah Agar permasalahan yang ada tidak berkembang menjadi luas, maka perlu adanya batasan terhadap permasalahan yang akan dibuat yaitu:

  6

  1. Hasil pengukuran ditampilkan pada LCD matrik 2x16 .

  2. Nilai ketinggian -2000 m sampai dengan +10.000 m 3. Hasil pengukuran adalah Real time.

  

4. Satuan tekanan udara dalam hPa dan ketinggian dalam meter.

  

5. Perbandingan data hasil pengukuran menggunakan data BMG.

  6. Sensitivitas pengukuran adalah 54 mV/kPa (jaminan dari sensor MPX4100 buatan Motorola).

I.6 Manfaat

  Adapun manfaat dari pembuatan alat ini adalah :

  1. Sebagai alat bantu para penggiat alam dalam memperoleh data ketinggian tempat dan tekanan udara agar dapat memprediksikan keadaan cuaca di masa depan dengan lebih akurat..

  2. Dapat digunakan untuk mengukur ketinggian relatif dengan

referensi ketinggian tempat yang dipilih secara acak.

  3. Dapat digunakan untuk mengukur tekanan udara di berbagai daerah secara akurat.

  4. Sebagai alat bantu dalam instalasi antena atau menara transmisi.

  

5. Sebagai alat bantu dalam orientasi medan dan navigasi darat.

  6. Sebagai alat bantu dalam penelusuran gua (Caving) karena dapat mengukur sampai dengan -2000 meter.

  7

I.7 Metode Penelitian dan Pengambilan Data

  Dalam perancangan alat ini, penelitian dilakukan dengan cara melakukan

serangkaian percobaan baik di laboratorium maupun ditempat lain. Pengambilan

data sebagai referensi digunakan barometer analog, altimeter analog, serta

multimeter.

  Dalam perancangan suatu alat ukur ada beberapa proses yang harus

dilewati. Adapun proses ini adalah tahapan-tahapan yang harus dilewati. Agar

dalam perancangan dapat maksimal dan ide yang dituangkan sebelumnya dapat

terwujud maka tahapan-tahapan itu adalah:

1. Telaah teori.

  Dalam proses telaah teori yang dilakukan adalah mengumpulkan data dan informasi baik itu dari internet maupun perpustakaan yang berhubungan dengan alat yang akan dibuat. Yang nantinya diharapkan dapat membantu dalam proses-proses selanjutnya.

  2. Perancangan software dan hardware Setelah mendapatkan banyak data dan informasi mengenai alat ukur yang akan dibuat maka dapat dilanjutkan ke tahap berikutnya yaitu perancangan software dan hardware. Sebelum membuat program yang harus dilakukan adalah membuat diagram alirnya.

  8

  3. Implementasi software dan hardware Setelah perancangan software dan hardware selesai maka dapat dilanjutkan pada tahap selanjutnya yaitu implementasi dari software dan hardware yang telah dipilih.

4. Pengujian alat.

  Pengujian alat dapat dilakukan di laboratorium maupun di tempat lain. Karena alat ukur ini adalah real time value maka pengambilan data di lapangan juga dilakukan. Untuk membandingkan keakuratan alat ukur yang dirancang maka digunakan alat ukur ketinggian dan tekanan udara yang analog agar data yang dihasilkan dapat meyakinkan.

  Pengkalibrasian alat ukur akan dilakukan di pantai Parangtritis karena set point pengukuran diambil dari permukaan laut dan juga mencari data ketinggian yang pasti dari instansi- instansi yang terkait misalnya BMG (Badan Meteorologi dan Geofisika) pemerintah daerah Yogyakarta dan Stasiun Meteorologi Lanud Adisucipto.

BAB II DASAR TEORI II.1 Sistem pengukuran umum Proses atau kegiatan pengukuran merupakan pembandingan kuantitatif

  

antara standar yang telah ditentukan sebelumnya dengan yang diukur. Kata diukur

(measurand) digunakan untuk menunjuk parameter fisika tertentu yang sedang

diamati dan diukur, yaitu kuantitas masukan ke proses pengukuran. Seperti pada

gambar 2.1, kegiatan pengukuran memberikan hasil.

  Standar Yang diukur Proses perbandingan Hasil (masukan) pengukuran

  (Pembacaan)

Gambar 2.1. Dasar proses pengukuran [3] Standar pembanding haruslah mempunyai sifat yang sama dengan yang

  

diukur dan biasanya selalu diatur dan ditentukan oleh lembaga resmi atau

organisasi yang diakui, misalnya National Bureau of Standards (NBS),

Internasional Organisation for Standardization (ISO) atau American National

Standard Institute (ANSI).[3]

  Besaran-besaran seperti suhu, regangan, parameter-parameter mengenai

aliran fluida, akustik dan gerakan, di samping besaran dasar, massa, panjang,

  10

waktu dan sebagainya, adalah jenis-jenis yang termasuk dalam ruang lingkup

pengukuran. Pengukuran fisis sering mencakup pertimbangan penggunaan alat-

alat listrik karena sering lebih mempermudah untuk mengubah besaran mekanis

yang diukur menjadi besaran listrik yang sesuai.

  Terdapat dua macam dasar metode pengukuran:

  1. Pembandingan langsung dengan standar primer atau sekunder. Dengan pembandingan langsung kita membandingkan secara langsung suatu besaran dengan besaran standar yang berlaku, misalnya pengukuran panjang suatu batang dengan penggaris atau meteran.

  2. Pembandingan tak langsung dengan menggunakan sistem yang telah dikalibrasi. Pembandingan tak langsung menggunakan beberapa bentuk alat tranduser yang dikopel dengan alat-alat penghubung, yang akan kita sebut, secara keseluruhan, sebagai sistem pengukuran.

  Rangkaian alat-alat ini mengubah bentuk dasar masukan menjadi bentuk analogi yang kemudian diproses dan disajikan di bagian keluran sebagai fungsi masukan yang diketahui. Konversi seperti itu sering dilakukan agar informasi yang diinginkan dapat dimengerti.

  Bantuan suatu sistem diperlukan untuk mengindera, mengubah dan akhirnya menampilkan keluaran analogi dalam bentuk perpindahan skala, grafik atau bentuk digital. Kebanyakan sistem pengukuran mempunyai kerangka kerja yang pengaturan umumnya terdiri atas 3 tingkat:

  11 Tingkat I Tingkat detektor-pengubah atau tingkat pengindera. Mengindera masukan yang dikehendaki dan meninggalkan yang lain serta memberikan keluaran analogi.

Tingkat II Tingkat menengah, yang akan kita sebut tingkat penyiapan sinyal.

  Mengalih ragam sinyal yang diubah ke bentuk yang bias dipakai oleh tingkat terakhir Biasanya dengan menaikkan amplitudo atau daya, tergantung pada persyaratannya. Juga bisa secara selektif menyaring komponen yang tidak dikehendaki dan mengubah sinyal ke bentuk pulsa.

Tingkat III Tingkat terakhir atau tingkat pembacaan. Memberikan suatu

penunjukan atau pencatatan dalam bentuk yang dapat dievaluasi oleh indera manusia secara langsung atau oleh komputer atau pengendali.

  Masing-masing tingkat tersebut terdiri dari komponen atau kelompok

komponen tersendiri yang bekerja sesuai dengan langkah-langkah yang sudah

ditentukan dan diminta untuk pengukuran. Ini elemen dasar yang ruang

lingkupnya ditentukan oleh fungsinya, bukan oleh konstruksinya. Sistem

pengukuran umum dapat dilihat pada gambar 2.2.

  Sistem instrumentasi dapat dikelompokan dalam dua kelas utama, yaitu

sistem analog dan sistem digital. Sistem analog menyangkut informasi

pengukuran dalam bentuk analog, dan dapat didefinisikan sebagai suatu fungsi

kontinu seperti halnya kurva tegangan terhadap waktu, atau pergeseran karena

tekanan. Sistem digital menangani informasi dalam bentuk digital. Besaran digital

  12

dapat terdiri dari sejumlah pulsa diskrit dan tidak kontinu yang hubungannya

terhadap waktu berisi informasi mengenai kebesaran atau sifat dasar dari besaran

tersebut.

  Kalibrasi Indikator masukan Perekam Besaran Pengindera Penyiapan

  Fisis tranduser sinyal Pemroses Pengendali

Gambar 2.2. Diagram blok dari sistem pengukuran secara umum. [3] Sistem akuisisi data analog secara khas terdiri dari sebagian atau semua

  elemen berikut:

  1. Transduser, untuk pengubahan parameter fisis menjadi sinyal listrik.

  2. Pengkondisi sinyal, untuk memperkuat, memodifikasi, atau memilih bagian tertentu dari sinyal tersebut.

  3. Alat peraga visual, untuk memonitor sinyal masukan secara kontinu. Alat ini bisa mencakup CRO satu saluran atau banyak saluran, CRO penyimpan, alat-alat pencatat pada panel, peragaan numerik dan sebagainya.

  13

  4. Instrumen pencatat grafik, untuk mendapatkan pencatatan data masukan secara permanen. Instrumen ini mencakup unit-unit pencatat tipe jarum dan tinta guna memberikan pencatatan kontinu pada kart kertas, sistem pencatatan secara optik seperti misalnya unit pencatat galvanometer cermin, dan unit pencatat ultraviolet.

  5. Instrumentasi pita magnetik untuk mendapatkan data masukan, mempertahankan bentuk listrik semula, dan mereproduksinya di

kemudian hari untuk menganalisis yang lebih terperinci.

Sistem akuisisi data digital bisa mencakup sebagian atau semua elemen

yang ditunjukkan pada gambar 2.3. Operasi dasar fungsional di dalam sebuah

sistem digital mencakup penanganan sinyal-sinyal analog, melakukan

pengukuran, pengubahan dan penanganan data digital, dan pemrograman internal

dan kontrol. Fungsi masing-masing elemen sistem ini pada gambar 2.3 dijelaskan

sebagai berikut:

  1. Tranduser. Mengubah parameter fisis menjadi sinyal listrik yang dapat diterima oleh sistem akuisisi. Beberapa parameter khas mencakup temperatur, tekanan, percepetan, pergeseran bobot, dan kecepatan. Besaran-besaran listrik seperti tahanan, tegangan, frekuensi, dapat juga diukur langsung.

  2. Pengkondisi sinyal. Umumnya mencakup rangkaian penunjang bagi tranduser. Rangkaian ini dapat memberikan daya eksitasi, rangkaian imbang, dan elemen kalibrasi.

  14

3. Multiplekser. Menerima banyak masukan analog dan secara berurutan menghubungkannya ke satu alat pencatat.

  

4. Pengubah sinyal. Mengubah sinyal analog menjadi satu bentuk

yang dapat diterima oleh pengubah analog ke digital. Contoh pengubah sinyal adalah penguat untuk memperkuat tegangan level rendah yang yang dibangkitkan oleh tranduser.

  Tranduser Pengkondisi sinyal multiplekser

  Pengubah sinyal Perlengkapan tambahan dan pemrograman ADC sistem Unit pencatat digital

Gambar 2.3. Elemen-elemen sistem akuisisi data digital [3]

  

5. ADC (analog to digital converter). Mengubah sinyal analog

menjadi sinyal digital. Keluaran pengubah analog ke digital dapat diperagakan secara visual dan juga tersedia sebagai keluaran-

  15 keluaran tegangan dalam tangga diskrit untuk pengolahan selanjutnya atau untuk pencatatan pada sebuah unit pencatat digital.

  6. Perlengkapan pembantu. Bagian ini berisi instrumen-instrumen untuk pekerjaan-pekerjaan pemrograman sistem dan pengolahan data digital. Fungsi khas perlengkapan ini mencakup linearisasi dan pembandingan batas. Pekerjaan ini dapat dilakukan oleh instrumen individual atau oleh komputer digital.

  7. Unit pencatat digital. Mencatat informasi digital. Unit pencatat digital dapat didahului oleh sebuah unit penggandeng yang mengubah informasi digital menjadi bentuk yang sesuai untuk dimasukkan ke unit pencatat digital yang dipilih secara khusus.

  Adapun blok diagram untuk altimeter dan barometer digital adalah sebagai berikut: LCD Mikro

  Sensor ADC kontroler (Liquid Crystal Tekanan

  Display ) udara

  Tekanan Udara

Gambar 2.4. Blok diagram Altimeter dan Barometer digital Seperti pada gambar 2.4, sensor tekanan udara mengubah parameter fisis

  

tekanan udara menjadi sinyal listrik yang dapat diterima oleh sistem pengukuran

  16

yang akan dibuat. Dalam sensor terdapat rangkaian pengkondisi sinyal. Sinyal ini

harus dikondisikan terlebih dahulu sebelum masuk ke blok berikutnya. Setelah

terjadi proses pengkondisian sinyal maka dapat dilanjutkan ke proses berikutnya

yaitu pengubahan sinyal. Mengubah sinyal analog menjadi satu bentuk yang dapat

diterima oleh pengubah analog ke digital. Pengubah sinyal di sini adalah suatu

proses penguatan untuk memperkuat tegangan level rendah yang dibangkitkan

oleh sensor tekanan udara.

  Setelah proses pengubahan sinyal maka dapat dilanjutkan ke proses

berikutnya yaitu mengubah sinyal bentuk analog ke bentuk digital. Untuk

menjalankan proses pengubahan ini digunakan sebuah ADC yang keluarannya

akan memiliki level digital tertentu.