Institutional Repository | Satya Wacana Christian University: Alat Ukur Intensitas Cahaya dan Suara Portabel
ALAT UKUR INTENSITAS CAHAYA
DAN SUARA PORTABEL
oleh
Kiki Dhanuvianto
NIM : 612005084
Skripsi
Untuk melengkapi syarat-syarat memperoleh
Ijasah Sarjana Teknik
Fakultas Teknik Elektronika dan Komputer
Program Studi Teknik Elektro
Universitas Kristen Satya Wacana
Salatiga
Agustus 2012
INTISARI
Skripsi ini bertujuan merancang dan merealisasikan sebuah alat pengukur
intensitas cahaya dan suara yang berfungsi untuk mengetahui kondisi pencahayaan dan
tingkat kebisingan suatu ruang kelas agar sesuai dengan Standar Nasional Indonesia (SNI)
yang telah ditentukan. Ketidaksesuaian intensitas cahaya dan suara akan mengakibatkan
ketidaknyamanan serta proses pendidikan menjadi terganggu.
Alat ini berbentuk kotak dengan penampil intensitas cahaya dan suara
menggunakan seven segment sebanyak 2x3 digit, sensor cahaya (LDR) dan sensor suara
(mikrofon), media penyimpan (MMC) untuk menyimpan nilai pengukuran, serta
menggunakan dua buah baterai 9 volt. Dalam pengukuran intensitas suara ada dua metoda
pengukuran yaitu, menggunakan tapis A dan tapis C.
Pengujian alat didapatkan untuk ralat ketelitian pengukuran telah sesuai dengan
spesifikasi, untuk intensitas cahaya ±5 % dan intensitas suara 2 dB.
i
KATA PENGANTAR
Penulis menyadari skripsi ini tidak akan selesai tanpa bantuan banyak pihak, oleh
karena itu sudah layak dan sepantasnyalah penulis berterima kasih kepada beberapa pihal di
bawah ini :
1. Tuhan YME yang selalu menurunkan rahmat-Nya serta cobaan-Nya yang
membuatku semakin dewasa dalam setiap langkah hidup yang kujalani.
2. Ayah dan Ibu yang selalu menjadi orang yang paling penting dalam kehidupanku.
3. Bapak Daniel Santoso, M.S selaku pembimbing I dan Bapak Lukas B. Setyawan,
M.Sc selaku pembimbing II atas segala saran dan bimbingan yang sangat berguna
dalam penyelesaian tugas akhir ini.
4. Seluruh dosen, staf dan laboran atas semua bekal ilmu yang diberikan kepada
penulis selama kuliah maupun dalam menyelesaikan tugas akhir ini.
Akhir kata semoga tugas akhir ini dapat berguna untuk anda yang membacanya.
Salatiga, 14 Agustus 2012
Kiki Dhanuvianto
ii
DAFTAR ISI
INTISARI ........................................................................................................ i
KATA PENGANTAR ..................................................................................... ii
DAFTAR ISI ................................................................................................... iii
DAFTAR GAMBAR ...................................................................................... vi
DAFTAR TABEL ........................................................................................... viii
DAFTAR PERSAMAAN ............................................................................... ix
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Tujuan .................................................................................................... 1
1.2. Latar Belakang ....................................................................................... 1
1.3. Batasan Masalah .................................................................................... 3
1.4. Spesifikasi Tugas Akhir ......................................................................... 3
1.5. Sistematika Penulisan ............................................................................ 4
BAB II
Dasar Teori
2.1. Cahaya ....................................................................................................
5
2.1.1. Definisi Cahaya .......................................................................... 5
2.1.2. Tranduser Isyarat Cahaya ........................................................... 6
2.2. Suara ...................................................................................................... 7
2.2.1. Dasar Akustika dan Pendengaran Manusia ................................ 7
2.2.2. Karakteristik Telinga Manusia ................................................... 9
2.2.3. Tingkat Kebisingan .................................................................... 10
2.2.4. Tranduser Isyarat Akustik .......................................................... 10
2.2.5. Tapis Pembobot A ...................................................................... 12
iii
2.3. Penguat Operasi ..................................................................................... 13
2.3.1. Penguat Membalik ....................................................................... 13
2.3.2. Penguat Tak Membalik ................................................................ 14
2.4. True RMS to DC Converter ................................................................... 15
2.5. ADC (Analog to Digital Converter) ATMega8535 ............................... 16
2.6. Mikrokontroler AVR ATMega8535 ...................................................... 17
2.7. Dekoder 7447 ......................................................................................... 19
2.8. Penampil Seven Segment ....................................................................... 20
BAB III
Perancangan dan Realisasi
3.1. Perancangan Perangkat Keras ................................................................ 21
3.2. Realisasi Perangkat Keras ...................................................................... 21
3.2.1. Untai Pengkondisi Sinyal LDR .................................................. 22
3.2.2. Untai Pengkondisi Sinyal Mikrofon ........................................... 23
3.2.3. Untai Tapis Pembobot A ............................................................ 24
3.2.4. Untai Tapis Pembobot C ............................................................ 25
3.2.5. Untai True RMS to DC Converter .............................................. 27
3.2.6. Untai Mikrokontroler ATMega8535 .......................................... 27
3.2.7. Untai Media Penyimpan (MMC) ............................................... 29
3.2.8. Untai Media Penampil ................................................................ 30
3.2.9. Diagram Alir Pengukuran Intensitas Cahaya ............................. 32
3.2.10. Diagram Alir Pengukuran Intensitas Suara ................................ 32
3.2.11. Diagram Alir Penyimpanan Data ke MMC ............................... 33
BAB IV
Pengujian Alat
4.1. Pengujian Alat Secara Terpisah ............................................................. 34
iv
4.1.1. Modul Pengkondisi Sinyal LDR ................................................ 34
4.1.2. Modul Pengkondisi Sinyal Mikrofon ......................................... 35
4.1.3. Modul Tapis Pembobot A ........................................................... 35
4.1.4. Modul Tapis Pembobot C ........................................................... 36
4.1.5. Modul Mikrokontroler ATMega8535 ......................................... 36
4.1.6. Modul True RMS to DC Converter ............................................. 37
4.1.7. Modul Penampil Seven Segment ................................................. 37
4.1.8. Modul Penyimpan Data (MMC) .................................................. 38
4.2. Pengujian Alat Secara Keseluruhan ....................................................... 39
4.2.1 Intensitas Cahaya ....................................................................... 39
4.2.2 Intensitas Suara .......................................................................... 41
BAB V KESIMPULAN
5.1. Kesimpulan ............................................................................................ 43
5.2. Saran Pengembangan ............................................................................. 43
DAFTAR PUSTAKA ...................................................................................... 44
v
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Simbol LDR ...................................................................................... 6
Gambar 2.2. Kurva Fletcher Munson...................................................................... 9
Gambar 2.3. Struktur Mikrofon Kondenser ............................................................ 11
Gambar 2.4. Ilustrasi pengubahan isyarat akustik ke elektrik ................................ 11
Gambar 2.5. Tanggapan frekuensi audio 20 hingga 20 KHz .................................. 12
Gambar 2.6. Grafik respons frekuensi filter pembobot A dan C ............................ 13
Gambar 2.7. Konfigurasi Penguat Membalik ......................................................... 14
Gambar 2.8. Konfigurasi Tak Membalik Opamp ................................................... 15
Gambar 2.9. Register ADMUX .............................................................................. 16
Gambar 2.10. Konfigurasi pin ATMega8535 ........................................................... 18
Gambar 2.11. Konfigurasi IC decoder 7447 ............................................................. 19
Gambar 2.12. Seven Segment .................................................................................... 20
Gambar 3.1. Pengkondisi sinyal LDR .................................................................... 22
Gambar 3.2. Pengkondisi sinyal mikrofon.............................................................. 23
Gambar 3.3. Untai tapis pembobot A ..................................................................... 24
Gambar 3.4. Simulasi tapis pembobot A ................................................................ 25
Gambar 3.5. Untai Tapis Lolos Tinggi ................................................................... 26
Gambar 3.6. Untai Tapis Lolos Rendah .................................................................. 26
Gambar 3.7. Rangkaian True RMS to DC Converter – MX536AKN .................... 27
Gambar 3.8. Untai Mikrokotroler ATMega8535 .................................................... 28
Gambar 3.9. Konfigurasi Pin SD Card ................................................................... 29
Gambar 3.10. Modul Rangkaian MMC .................................................................... 30
Gambar 3.11. Modul Rangkaian Seven Segment ...................................................... 31
vi
Gambar 3.12. Diagram Alir Pengukuran Intensitas Cahaya .................................... 32
Gambar 3.13. Diagram Alir Pengukuran Intensitas Suara ........................................ 32
Gambar 3.14. Diagram Alir Penyimpanan Data Ke MMC ....................................... 33
Gambar 4.1. Hasil Pengujian Modul MMC ............................................................ 39
Gambar 4.2. Kurva Keluaran LX-100 dan Alat yang dibuat ................................. 40
Gambar 4.3. Kurva Keluaran AMPROBE SM-10 dan Alat yang dibuat
dengan volume pelan ......................................................................... 41
Gambar 4.4. Kurva Keluaran AMPROBE SM-10 dan Alat yang dibuat
dengan volume sedang ....................................................................... 42
vii
DAFTAR TABEL
Tabel 1.1. Tabel perbandingan alat yang dibuat dengan alat yang ada .................. 3
Tabel 2.1. Konversi tegangan Vrms ke dBVrms ..................................................... 9
Tabel 2.2. Taraf Bising Yang Diizinkan ................................................................. 10
Tabel 2.3. Nilai RMS Sinyal AC ............................................................................. 16
Tabel 2.4. Tabel Kebenaran Dekoder 7447 ............................................................ 19
Tabel 4.1. Pengujian Modul LDR ............................................................................ 34
Tabel 4.2. Uji Mikrokontroler ATMega8535 .......................................................... 36
Tabel 4.3. Hasil pengujian True RMS to DC Converter .......................................... 37
Tabel 4.4. Tabel hasil pengujian penampil seven segment ...................................... 38
Tabel 4.5. Hasil pengujian pengukur intensitas cahaya ........................................... 40
Tabel 4.6. Pengujian pada frekuensi tertentu dan volume pelan ............................. 41
Tabel 4.7. Pengujian pada frekuensi tertentu dan volume sedang ........................... 42
viii
DAFTAR PERSAMAAN
Persamaan (2.1) . ....................................................................................................... 5
Persamaan (2.2) ........................................................................................................ 8
Persamaan (2.3) . ....................................................................................................... 8
Persamaan (2.4) ........................................................................................................ 8
Persamaan (2.5) . ....................................................................................................... 11
Persamaan (2.6) ........................................................................................................ 13
Persamaan (2.7) . ....................................................................................................... 13
Persamaan (2.8) ........................................................................................................ 14
Persamaan (2.9) . ....................................................................................................... 14
Persamaan (2.10) ...................................................................................................... 15
Persamaan (2.11) . ..................................................................................................... 15
Persamaan (2.12) ...................................................................................................... 15
Persamaan (2.13) ...................................................................................................... 17
ix
DAN SUARA PORTABEL
oleh
Kiki Dhanuvianto
NIM : 612005084
Skripsi
Untuk melengkapi syarat-syarat memperoleh
Ijasah Sarjana Teknik
Fakultas Teknik Elektronika dan Komputer
Program Studi Teknik Elektro
Universitas Kristen Satya Wacana
Salatiga
Agustus 2012
INTISARI
Skripsi ini bertujuan merancang dan merealisasikan sebuah alat pengukur
intensitas cahaya dan suara yang berfungsi untuk mengetahui kondisi pencahayaan dan
tingkat kebisingan suatu ruang kelas agar sesuai dengan Standar Nasional Indonesia (SNI)
yang telah ditentukan. Ketidaksesuaian intensitas cahaya dan suara akan mengakibatkan
ketidaknyamanan serta proses pendidikan menjadi terganggu.
Alat ini berbentuk kotak dengan penampil intensitas cahaya dan suara
menggunakan seven segment sebanyak 2x3 digit, sensor cahaya (LDR) dan sensor suara
(mikrofon), media penyimpan (MMC) untuk menyimpan nilai pengukuran, serta
menggunakan dua buah baterai 9 volt. Dalam pengukuran intensitas suara ada dua metoda
pengukuran yaitu, menggunakan tapis A dan tapis C.
Pengujian alat didapatkan untuk ralat ketelitian pengukuran telah sesuai dengan
spesifikasi, untuk intensitas cahaya ±5 % dan intensitas suara 2 dB.
i
KATA PENGANTAR
Penulis menyadari skripsi ini tidak akan selesai tanpa bantuan banyak pihak, oleh
karena itu sudah layak dan sepantasnyalah penulis berterima kasih kepada beberapa pihal di
bawah ini :
1. Tuhan YME yang selalu menurunkan rahmat-Nya serta cobaan-Nya yang
membuatku semakin dewasa dalam setiap langkah hidup yang kujalani.
2. Ayah dan Ibu yang selalu menjadi orang yang paling penting dalam kehidupanku.
3. Bapak Daniel Santoso, M.S selaku pembimbing I dan Bapak Lukas B. Setyawan,
M.Sc selaku pembimbing II atas segala saran dan bimbingan yang sangat berguna
dalam penyelesaian tugas akhir ini.
4. Seluruh dosen, staf dan laboran atas semua bekal ilmu yang diberikan kepada
penulis selama kuliah maupun dalam menyelesaikan tugas akhir ini.
Akhir kata semoga tugas akhir ini dapat berguna untuk anda yang membacanya.
Salatiga, 14 Agustus 2012
Kiki Dhanuvianto
ii
DAFTAR ISI
INTISARI ........................................................................................................ i
KATA PENGANTAR ..................................................................................... ii
DAFTAR ISI ................................................................................................... iii
DAFTAR GAMBAR ...................................................................................... vi
DAFTAR TABEL ........................................................................................... viii
DAFTAR PERSAMAAN ............................................................................... ix
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Tujuan .................................................................................................... 1
1.2. Latar Belakang ....................................................................................... 1
1.3. Batasan Masalah .................................................................................... 3
1.4. Spesifikasi Tugas Akhir ......................................................................... 3
1.5. Sistematika Penulisan ............................................................................ 4
BAB II
Dasar Teori
2.1. Cahaya ....................................................................................................
5
2.1.1. Definisi Cahaya .......................................................................... 5
2.1.2. Tranduser Isyarat Cahaya ........................................................... 6
2.2. Suara ...................................................................................................... 7
2.2.1. Dasar Akustika dan Pendengaran Manusia ................................ 7
2.2.2. Karakteristik Telinga Manusia ................................................... 9
2.2.3. Tingkat Kebisingan .................................................................... 10
2.2.4. Tranduser Isyarat Akustik .......................................................... 10
2.2.5. Tapis Pembobot A ...................................................................... 12
iii
2.3. Penguat Operasi ..................................................................................... 13
2.3.1. Penguat Membalik ....................................................................... 13
2.3.2. Penguat Tak Membalik ................................................................ 14
2.4. True RMS to DC Converter ................................................................... 15
2.5. ADC (Analog to Digital Converter) ATMega8535 ............................... 16
2.6. Mikrokontroler AVR ATMega8535 ...................................................... 17
2.7. Dekoder 7447 ......................................................................................... 19
2.8. Penampil Seven Segment ....................................................................... 20
BAB III
Perancangan dan Realisasi
3.1. Perancangan Perangkat Keras ................................................................ 21
3.2. Realisasi Perangkat Keras ...................................................................... 21
3.2.1. Untai Pengkondisi Sinyal LDR .................................................. 22
3.2.2. Untai Pengkondisi Sinyal Mikrofon ........................................... 23
3.2.3. Untai Tapis Pembobot A ............................................................ 24
3.2.4. Untai Tapis Pembobot C ............................................................ 25
3.2.5. Untai True RMS to DC Converter .............................................. 27
3.2.6. Untai Mikrokontroler ATMega8535 .......................................... 27
3.2.7. Untai Media Penyimpan (MMC) ............................................... 29
3.2.8. Untai Media Penampil ................................................................ 30
3.2.9. Diagram Alir Pengukuran Intensitas Cahaya ............................. 32
3.2.10. Diagram Alir Pengukuran Intensitas Suara ................................ 32
3.2.11. Diagram Alir Penyimpanan Data ke MMC ............................... 33
BAB IV
Pengujian Alat
4.1. Pengujian Alat Secara Terpisah ............................................................. 34
iv
4.1.1. Modul Pengkondisi Sinyal LDR ................................................ 34
4.1.2. Modul Pengkondisi Sinyal Mikrofon ......................................... 35
4.1.3. Modul Tapis Pembobot A ........................................................... 35
4.1.4. Modul Tapis Pembobot C ........................................................... 36
4.1.5. Modul Mikrokontroler ATMega8535 ......................................... 36
4.1.6. Modul True RMS to DC Converter ............................................. 37
4.1.7. Modul Penampil Seven Segment ................................................. 37
4.1.8. Modul Penyimpan Data (MMC) .................................................. 38
4.2. Pengujian Alat Secara Keseluruhan ....................................................... 39
4.2.1 Intensitas Cahaya ....................................................................... 39
4.2.2 Intensitas Suara .......................................................................... 41
BAB V KESIMPULAN
5.1. Kesimpulan ............................................................................................ 43
5.2. Saran Pengembangan ............................................................................. 43
DAFTAR PUSTAKA ...................................................................................... 44
v
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Simbol LDR ...................................................................................... 6
Gambar 2.2. Kurva Fletcher Munson...................................................................... 9
Gambar 2.3. Struktur Mikrofon Kondenser ............................................................ 11
Gambar 2.4. Ilustrasi pengubahan isyarat akustik ke elektrik ................................ 11
Gambar 2.5. Tanggapan frekuensi audio 20 hingga 20 KHz .................................. 12
Gambar 2.6. Grafik respons frekuensi filter pembobot A dan C ............................ 13
Gambar 2.7. Konfigurasi Penguat Membalik ......................................................... 14
Gambar 2.8. Konfigurasi Tak Membalik Opamp ................................................... 15
Gambar 2.9. Register ADMUX .............................................................................. 16
Gambar 2.10. Konfigurasi pin ATMega8535 ........................................................... 18
Gambar 2.11. Konfigurasi IC decoder 7447 ............................................................. 19
Gambar 2.12. Seven Segment .................................................................................... 20
Gambar 3.1. Pengkondisi sinyal LDR .................................................................... 22
Gambar 3.2. Pengkondisi sinyal mikrofon.............................................................. 23
Gambar 3.3. Untai tapis pembobot A ..................................................................... 24
Gambar 3.4. Simulasi tapis pembobot A ................................................................ 25
Gambar 3.5. Untai Tapis Lolos Tinggi ................................................................... 26
Gambar 3.6. Untai Tapis Lolos Rendah .................................................................. 26
Gambar 3.7. Rangkaian True RMS to DC Converter – MX536AKN .................... 27
Gambar 3.8. Untai Mikrokotroler ATMega8535 .................................................... 28
Gambar 3.9. Konfigurasi Pin SD Card ................................................................... 29
Gambar 3.10. Modul Rangkaian MMC .................................................................... 30
Gambar 3.11. Modul Rangkaian Seven Segment ...................................................... 31
vi
Gambar 3.12. Diagram Alir Pengukuran Intensitas Cahaya .................................... 32
Gambar 3.13. Diagram Alir Pengukuran Intensitas Suara ........................................ 32
Gambar 3.14. Diagram Alir Penyimpanan Data Ke MMC ....................................... 33
Gambar 4.1. Hasil Pengujian Modul MMC ............................................................ 39
Gambar 4.2. Kurva Keluaran LX-100 dan Alat yang dibuat ................................. 40
Gambar 4.3. Kurva Keluaran AMPROBE SM-10 dan Alat yang dibuat
dengan volume pelan ......................................................................... 41
Gambar 4.4. Kurva Keluaran AMPROBE SM-10 dan Alat yang dibuat
dengan volume sedang ....................................................................... 42
vii
DAFTAR TABEL
Tabel 1.1. Tabel perbandingan alat yang dibuat dengan alat yang ada .................. 3
Tabel 2.1. Konversi tegangan Vrms ke dBVrms ..................................................... 9
Tabel 2.2. Taraf Bising Yang Diizinkan ................................................................. 10
Tabel 2.3. Nilai RMS Sinyal AC ............................................................................. 16
Tabel 2.4. Tabel Kebenaran Dekoder 7447 ............................................................ 19
Tabel 4.1. Pengujian Modul LDR ............................................................................ 34
Tabel 4.2. Uji Mikrokontroler ATMega8535 .......................................................... 36
Tabel 4.3. Hasil pengujian True RMS to DC Converter .......................................... 37
Tabel 4.4. Tabel hasil pengujian penampil seven segment ...................................... 38
Tabel 4.5. Hasil pengujian pengukur intensitas cahaya ........................................... 40
Tabel 4.6. Pengujian pada frekuensi tertentu dan volume pelan ............................. 41
Tabel 4.7. Pengujian pada frekuensi tertentu dan volume sedang ........................... 42
viii
DAFTAR PERSAMAAN
Persamaan (2.1) . ....................................................................................................... 5
Persamaan (2.2) ........................................................................................................ 8
Persamaan (2.3) . ....................................................................................................... 8
Persamaan (2.4) ........................................................................................................ 8
Persamaan (2.5) . ....................................................................................................... 11
Persamaan (2.6) ........................................................................................................ 13
Persamaan (2.7) . ....................................................................................................... 13
Persamaan (2.8) ........................................................................................................ 14
Persamaan (2.9) . ....................................................................................................... 14
Persamaan (2.10) ...................................................................................................... 15
Persamaan (2.11) . ..................................................................................................... 15
Persamaan (2.12) ...................................................................................................... 15
Persamaan (2.13) ...................................................................................................... 17
ix