Aplikasi Sensor Pada Sistem Telemetri Multitone

  

Aplikasi Sensor Pada Sistem

Telemetri Multitone

  TUGAS AKHIR Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat

  Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Program Studi Teknik Elektro

  Disusun oleh :

  I Putu Eka Putra Wiantara NIM : 035114040

  

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2009

  

Sensor Aplication Of Multitone

Telemetry System

  FINAL PROJECT Presented as Partial Fulfillment of the Requirements to Obtain the SARJANA TEKNIK Degree in Electrical Engineering by:

  I Putu Eka Putra Wiantara Student number : 035114040

  

STUDY PROGRAM OF ELECTRICAL ENGINEERING

ELECTRICAL ENGINEERING DEPARTMENT

SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

2009

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,

  31 Desember 2008 Penulis

  I Putu Eka Putra Wiantara

  

HALAMAN MOTTO dan PERSEMBAHAN

  Motto:

  

Hidup Adalah Sebuah Pilihan

Persembahan:

  Pada Ida Sang Hyang Widhi Wasa atas asung kerta wara

nugraha-Nya sehingga karya tulis ini bisa saya selesaikan tepat

waktu.

  Untuk yang tercinta kedua orang tuaku Nyoman Winten

dan Ketut Wariati yang telah memberikan cinta kasih sayangnya,

yang tidak pernah lelah memberikan dorongannya, nasehat dan

biaya untuk menyelesaikan kuliah ini. Serta ketiga adikku yang

jail-jail, Kadek Hery Budi Adnyana, Komang Hera Budi

Sukrantara dan Ketut Vera Budi Lesmana.

  Untuk yang tersayang dan tercinta Luh Sari Yudarini, yang selalu menjadi motivator dan sumber inspirasi dalam berkarya.

  

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN

PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

  Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma : Nama : I Putu Eka Putra Wiantara Nomor Mahasiswa : 035114040

  Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma karya ilmiah saya yang berjudul :

  APLIKASI SENSOR PADA SISTEM TELEMETRI MULTITONE beserta perangkat yang diperlukan (bila ada). Dengan demikian saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma hak untuk menyimpan, mengalihkan dalam bentuk media lain, mengelolanya dalam bentuk pangkalan data, mendistribusikan secara terbatas dan mempublikasikannya di internet atau media lain untuk kepentingan akademis tanpa perlu meminta ijin dari saya maupun memberikan royalti kepada saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis.

  Demikian pernyataan ini yang saya buat dengan sebenarnya. Dibuat di Yogyakarta Pada tanggal : 24 Februari 2009 Yang menyatakan

  I Putu Eka Putra Wiantara

  

Intisari

  Aplikasi sensor pada sistem telemetri multitone adalah sistem pendukung dari sistem yang lebih besar yaitu sistem telemetri multitone yang merupakan alat ukur dengan tiga sinyal data pengukuran, yaitu data pengukuran suhu udara, tekanan udara dan kelembaban udara, dengan sistem komunikasi gelombang radio FM.

  Aplikasi sensor pada sistem telemetri multitone ini, terdiri dari bagian sensor, pengondisi sinyal, VCO dan penjumlah sinyal. Untuk mengukur suhu menggunakan sensor LM335, tekanan udara menggunakan sensor MPX4100 dan kelembaban udara menggunakan sensor HS-15. Masing-masing sensor akan mendeteksi keadaan sekitar dan mengubahnya dari besaran fisik menjadi tegangan. Tegangan ini akan dikondisikan oleh pengondisi sinyal agar bisa dipakai sebagai tegangan kendali dari VCO. Frekuensi keluaran untuk pengukuran suhu memiliki rentang dari 2kHz sampai 7kHz, pengukuran tekanan dari 8kHz sampai 13kHz dan pengukuran kelembaban dari 14kHz sampai 19kHz. Frekuensi keluaran dari masing-masing VCO akan dijumlahkan untuk dipancarkan oleh pemancar FM.

  Dari hasil percobaan, didapat, alat ini belum bekerja sesuai dengan perancangan. Pada pengukuran suhu, galat rata-rata pengukuran adalah 7,4077%. Pada pengukuran tekanan, galat rata-rata data pengukuran dari pengondisi sinyal sampai VCO adalah 1,6683%. Pada pengukuran kelembaban, galat rata-rata pengukuran adalah 46,893%.

  

Abstract

  Sensor application of multi tone telemetry system is a support system to measure instrument atmospheric temperature, atmospheric pressure and atmospheric humidity that were transmitted trough radio communication system.

  This sensor application consist of sensor, signal conditioning, voltage controller oscillator (VCO) and signals adder. Measuring for atmospheric temperature using LM335, atmospheric pressure using MPX4100 and atmospheric humidity using HS-15P. Each sensor will detect its around condition then convert physical quantity to voltage level. Signal conditioning will modify sensor output for control voltage at VCO to generate frequency. The frequency atmospheric temperature are 2kHz-7kHz, atmospheric pressure are 8kHz-13kHz and atmospheric humidity are 14kHz-19kHz. This frequency will be added by signals adder and transmitted by FM transmitter.

  From the experiments, the mean error of atmospheric temperature is 7,4077%, atmospheric pressure is 1,6683% and atmospheric humidity is 46,893%..

KATA PENGANTAR

  Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Ida Sang Hyang Widhi Wasa atas asung kerta wara nugraha-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir yang berjudul “Aplikasi Sensor Pada Sistem Telemetri Multi tone”.

  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. B. Wuri Harini S.T., M.T Kepala Jurusan Teknik Elektro telah memberikan perhatiannya selama kuliah di Universitas Sanata Dharma.

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

  3. Martanto, S.T., M.T selaku dosen pembimbing II yang telah memberikan bimbingan, masukan, waktu, dan perhatiannya selama penyusunan tugas akhir ini.

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

  5. Segenap karyawan sekretariat Fakultas Teknik.

  6. Bapak, Ibu dan keluarga yang selalu memberi semangat supaya bisa cepat dalam menyelesaikan kuliah dan mengerjakan tugas akhir ini.

  7. Luh Sari Yudarini yang selalu menjadi inspirasi dan semangat dalam berkarya, juga orang yang sangat berarti dalam hidup ini

  8. Sahabat, saudara, dan teman-temanku di kontrakan 120 C, yang selalu bikin suasana ceria sehingga tidak kesepian.

  9. Teman-teman Tae Kwon Do yang selalu bikin suasana hati senang, dalam menghadapi tugas-tugas kuliah.

  10. Teman-teman TE angkatan 2003 atas dukungan dan kekompakannya.

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

  Penulis dengan penuh kesadaran memahami dalam pembuatan tugas akhir 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, 31 Desember 2008.

  Penulis

  I Putu Eka Putra Wiantara

  DAFTAR ISI

  HALAMAN JUDUL ..................................................................................... i HALAMAN JUDUL DALAM BAHASA INGGRIS ................................... ii LEMBAR PERSETUJUAN TUGAS AKHIR .............................................. iii LEMBAR PENGESAHAN TUGAS AKHIR ............................................... iv PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ........................................................ v HALAMAN MOTTO DAN PERSEMBAHAN ........................................... vi LEMBARA PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA

  ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS ....................................... vii

  INTISARI ...................................................................................................... viii ABSTRACT ................................................................................................... ix KATA PENGANTAR ................................................................................... x DAFTAR ISI .................................................................................................. xii DAFTAR GAMBAR ..................................................................................... xvi DAFTAR TABEL .......................................................................................... xviii DAFTAR GRAFIK ........................................................................................ xix DAFTAR LAMPIRAN .................................................................................. xxiii

  BAB I PENDAHULUAN ............................................................................. 1

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

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

  1.3 Tujuan Penelitian ..................................................................................... 2

  1.4 Manfaat Penelitian .................................................................................. 2

  1.5 Batasan Masalah ..................................................................................... 3

  1.6 Metodologi Penelitian .............................................................................. 3

  1.7 Sistematika Penulisan .............................................................................. 4

  BAB II DASAR TEORI .............................................................................. 5

  2.1 Sensor Suhu Elektronis ............................................................................ 6

  2.2 Sensor Tekanan Udara ............................................................................. 7

  2.3 Sensor Kelembaban (Relative Humididy HS-15P ................................... 10

  2.4 Penguat Operasional ................................................................................ 12

  2.4.1 Penyangga (Buffer) ...................................................................... 12

  2.12.4 Deviasi Standar .......................................................................... 27

  3.2.3 VCO II ......................................................................................... 41

  3.2.2 Pengondisi Sinyal II ..................................................................... 38

  3.2.1 Sensor Tekanan Udara ................................................................. 37

  3.2 Pengukuran Tekanan ............................................................................... 37

  3.1.3 VCO I ........................................................................................... 36

  3.1.2 Pengondisi Sinyal I ...................................................................... 33

  3.1.1 Sensor Suhu (LM335) .................................................................. 32

  3.1 Pengukuran Suhu ..................................................................................... 32

  BAB III PERANCANGAN .......................................................................... 32

  2.13.3 Pengukuran Galat Regresi Linier ............................................... 29

  2.13.2 Kecocokan Kuadrat Terkecil dari Garis Lurus .......................... 28

  2.13.1 Kriteria Untuk Kecocokan Terbaik ............................................ 28

  2.13 Regresi Linier ......................................................................................... 27

  2.12.3 Penyimpangan Rata-rata (Average Deviation) .......................... 27

  2.4.2 Penguat Inverting ......................................................................... 13

  2.12.2 Penyimpangan Terhadap Nilai Rata-rata ................................... 26

  2.12.1 Nilai Rata-rata (Arithmetic Mean) ............................................. 26

  2.12 Analisa Statistik ..................................................................................... 25

  2.11 Jenis-jenis Kesalahan ............................................................................. 25

  2.10 Karakteristik Alat Ukur .......................................................................... 23

  2.9. Osilator Gelombang Sinus ...................................................................... 22

  2.8 Multivibrator Astabil ............................................................................... 19

  2.7 Pengikut dan Penyimpan Puncak Positif ................................................. 18

  2.6 VCO (Voltage Control Oscilator) ........................................................... 17

  2.5 Pengondisi Sinyal ..................................................................................... 16

  2.4.5 Subtractor/Pengurang .................................................................. 15

  2.4.4 Penjumlah membalik N-masukan ................................................ 14

  2.4.3 Penguat Non-Inverting ................................................................. 13

  3.3 Pengukuran Kelembaban ......................................................................... 41

  3.3.1 Sensor Kelembaban Udara ........................................................... 41

  4.3.1 Sensor Kelembaban (HS-15) ...................................................... 71

  b. Pengondisi Sinyal III Suhu 35 C ........................................... 87

  a. Pengondisi Sinyal III Suhu 25 C ............................................ 85

  4.3.2 Pengondisi Sinyal III .................................................................... 85

  d. Kinerja Peak Detector ............................................................. 84

  c. Peak Detector Suhu 45 C ....................................................... 82

  b. Peak Detector Suhu 35 C ...................................................... 79

  a. Peak Detector Suhu 25 C ....................................................... 76

  4.3.2 Peak Detector Penyearah Tegangan ........................................... 76

  d. Pengukuran Kelembaban Pada Suhu 28 C ............................ 75

  c. Kelembaban Suhu 45 C ......................................................... 74

  b. Kelembaban Suhu 35 C ......................................................... 73

  a. Kelembaban Suhu 25 C ......................................................... 71

  4.3 Pengukuran Kelembaban ........................................................................ 70

  3.3.2 Peak Detector Penyearah Tegangan Puncak Positif .................... 43

  4.2.3 Voltage Controlled Oscilator (VCO) II ....................................... 66

  4.2.2 Pengondisi Sinyal II ..................................................................... 62

  4.2.1 Sensor Tekanan (MPX4100) ........................................................ 61

  4.2 Pengukuran Tekanan ............................................................................... 61

  4.1.3 Voltage Controlled Oscilator (VCO) I ........................................ 56

  4.1.2 Pengondisi Sinyal I ...................................................................... 53

  4.1.1 Sensor Suhu (LM335) .................................................................. 50

  4.1 Pengukuran Suhu ..................................................................................... 50

  BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ..................................................... 50

  3.5 Buffer (Penyangga) .................................................................................. 49

  3.4 Penjumlah Membalik N-masukan ............................................................ 47

  3.3.4 VCO III ........................................................................................ 46

  3.3.3 Pengondisi Sinyal III .................................................................... 44

  c. Pengondisi Sinyal III Suhu 45 C ............................................ 92

  d. Kinerja Pengondisi Sinyal ........................................................ 95

  4.3.4 Voltage Controlled Oscilator (VCO) III ....................................... 95

  a. Voltage Controlled Oscilator (VCO) III Suhu 25 C .............. 96

  b. Voltage Controlled Oscilator (VCO) III Suhu 35 C ............. 98

  c. Voltage Controlled Oscilator (VCO) III Suhu 45 C .............. 101 d Kinerja Voltage Controlled Oscilator (VCO) III ..................... 104

  4.4 Bagian Penjumlah .................................................................................... 104

  BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ....................................................... 107

  5.1 Kesimpulan .............................................................................................. 107

  5.2 Saran ........................................................................................................ 107 DAFTAR PUSTAKA .................................................................................... 109

  DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Blok diagram .............................................................................. 5Gambar 2.2 Simbol dan bentuk IC LM335 ................................................... 6Gambar 2.3 Sensor suhu sederhana tanpa kalibrasi ....................................... 6Gambar 2.4 Sensor tekanan udara dengan unsur piezoelektrik ...................... 8Gambar 2.5 Efek piezoelektrik secara umum................................................. 8Gambar 2.6 Rongga terisolasi dari lingkungan .............................................. 9Gambar 2.7 Rangkaian sederhana sensor HS-15 ........................................... 11Gambar 2.8 Penyangga .................................................................................. 12Gambar 2.9 Rangkaian penguat Inverting ..................................................... 13Gambar 2.10 Rangkaian penguat Non-Inverting ........................................... 14Gambar 2.11 Rangkaian penjumlah Inverting ............................................... 15Gambar 2.12 Rangkaian pengurang ............................................................... 16Gambar 2.13 Konfigurasi pin IC CD4046 ..................................................... 17Gambar 2.14 Bila E melebihi

  _{1 C} V , C diisi menuju E melalui D ............. 18 _{1 P}

Gambar 2.15 Bila E lebih kecil dari

  _{1 C} V , C mempertahankan tegangan

  pada tertinggi sebelumnya ................................................... 18

  E ₁ Gambar 2.16 Multivibrator simetris bebas .................................................... 19

Gambar 2.17 Bentuk-bentuk gelombang untuk multivibrator bebas ............. 21Gambar 2.18 Sine wave oscillator ................................................................. 23Gambar 3.1 Blok diagram perancangan ......................................................... 32Gambar 3.2 Rangkaian dasar sensor suhu terkalibrasi .................................. 33Gambar 3.3 Pengondisi sinyal sensor suhu .................................................... 36Gambar 3.4 VCO I ......................................................................................... 37Gambar 3.5 Pengondisi sinyal sensor tekanan udara ..................................... 40Gambar 3.6 VCO II ........................................................................................ 41Gambar 3.7 Rangkaian Sensor Kelembaban.................................................. 42Gambar 3.8 Penyearah tegangan AC ............................................................. 44Gambar 3.9 Pengondisi sinyal kelembaban udara ......................................... 46Gambar 3.10 VCO III .................................................................................... 47Gambar 3.11 Rangkaian penjumlah tiga masukan......................................... 49Gambar 3.12 Buffer ........................................................................................ 49Gambar 4.1 Keluaran VCO I ......................................................................... 105Gambar 4.2 Keluaran VCO II ........................................................................ 105Gambar 4.3 Keluaran VCO III ....................................................................... 106Gambar 4.4 Keluaran Penjumlah ................................................................... 106

  DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Karakteristik sensor HS-15P .......................................................... 10Tabel 3.1 Hasil pengujian awal VCO I .......................................................... 34Tabel 3.2 Hasil pengujian awal VCO II ......................................................... 39Tabel 3.3 Hasil pengujian awal VCO III ....................................................... 44Tabel 4.1 Data pengukuran sensor tekanan .................................................. 62Tabel 4.2 Data pengukuran kelembaban ....................................................... 71Tabel 4.3 Data pengukuran kelembaban suhu 28 C ...................................... 75Tabel 4.4 Error pengukuran kelembaban pada suhu 28 C ............................ 76Tabel 4.5 Persentase error rata-rata peak detector ........................................ 85Tabel 4.6 Persentase error rata-rata pengondisi sinyal .................................. 95Tabel 4.7 Persentase error rata-rata dari Voltage Controlled Oscilator

  (VCO) ............................................................................................ 104

  DAFTAR GRAFIK

  Grafik 2.1 Grafik perbandingan impedansi terhadap kelembaban ................ 11 Grafik 3.1 Perancangan pengondisi sinyal sensor suhu ................................. 34 Grafik 3.2 Perbandingan Vout dengan tekanan udara ................................... 38 Grafik 3.3 Perancangan pengondisi sinyal sensor tekanan udara .................. 39 Grafik 3.4 Perancangan pengondisi sinyal sensor kelembaban udara ........... 44 Grafik 4.1 Grafik Perbandingan Tegangan Keluaran LM335 Terukur dan Teoritis ......................................................................................... 51 Grafik 4.2 Grafik Perbandingan Suhu Udara terhadap Persentase Galat Hasil Pengukuran dari Teoritis .................................................... 53 Grafik 4.3 Grafik Perbandingan Tegangan Masukan Pengondisi Sinyal Terhadap Tegangan Keluaran pengondisi Sinyal Terukur dan Teoritis ......................................................................................... 54 Grafik 4.4 Garfik Perbandingan Tegangan Masukan Pengondisi Sinyal Terhadap Persentase Galat Tegangan Keluaran Pengondisi Sinyal Terukur dari Teoritis ........................................................ 56 Grafik 4.5 Grafik Perbandingan Tegangan Input Kendali VCO Terhadap Frekuensi Keluaran VCO Terukur dan Teoritis ........................... 57 Grafik 4.6 Grafik Perbandingan antara Frekuensi Keluaran VCO Hasil Pengukuran dengan Galat Keluaran VCO Hasil Pengukuran dengan Teoritis ............................................................................. 59 Grafik 4.7 Grafik Perbandingan Suhu Udara Terhadap Frekuensi Keluaran Sistem Sensor Suhu ...................................................................... 60 Grafik 4.8 Grafik Perbandingan Suhu Udara Terhadap Persentase Galat Frekuensi Keluaran Sistem Terukur dari Teoritis ........................ 60 Grafik 4.9 Grafik Perbandingan Tegangan Keluaran MPX4100 Terhadap Tekanan Udara ............................................................................. 62 Grafik 4.10 Grafik Perbandingan Tegangan Input Pengondisi Sinyal Terhadap Terhadap Tegangan Keluaran pengondisi Sinyal Terukur dan Teoritis .................................................................... 63

  Grafik 4.11 Grafik Perbandingan Tegangan Input Pengondisi Sinyal Terhadap Persentase Galat Tegangan Keluaran Terukur dari Teoritis ........................................................................................ 65 Grafik 4.12 Grafik Perbandingan Tegangan Input Kendali VCO Terhadap Frekuensi Keluaran VCO Hasil Terukur dan Toritis .................. 66 Grafik 4.13 Grafik Perbandingan Tegangan Input Kendali VCO Terhadap Persentase Galat Frekuensi Keluaran VCO Terukur dari Teoritis ....................................................................................... 68 Grafik 4.14 Grafik Perbandingan Tekanan Udara Terhadap Frekuensi Keluaran Sistem Sensor Tekanan .............................................. 69 Grafik 4.15 Grafik Perbandingan Tekanan Udara Terhadap Persentase Galat Frekuensi Keluaran Sistem Terukur dari Teoritis ............ 70 Grafik 4.16 Grafik Perbandingan Kelembaban Udara (%RH) terhadap Impedansi (kOhm) yang Dihasilkan. ......................................... 72 Grafik 4.17 Gafik Perbandingan Kelembaban Udara Terhadap Tegangan Keluaran Sensor HS-15 .............................................................. 73 Grafik 4.18 Grafik Perbandingan Kelembaban Udara (%RH) terhadap Impedansi (kOhm) yang Dihasilkan .......................................... 73 Grafik 4.19 Gafik Perbandingan Kelembaban Udara Terhadap Tegangan Keluaran Sensor HS-15 .............................................................. 74 Grafik 4.20 Grafik Perbandingan Kelembaban Udara (%RH) terhadap Impedansi (kOhm) yang Dihasilkan .......................................... 74 Grafik 4.21 Gafik Perbandingan Kelembaban Udara Terhadap Tegangan Keluaran Sensor HS-15 .............................................................. 75 Grafik 4.22 Grafik perbandingan tegangan input terhadap tegangan keluaran peak detector terukur dengan teoritis .......................... 77 Grafik 4.23 Grafik Perbandingan Tegangan Input Peak Detector Terhadap Persentase Galat Tegangan Keluaran Peak Detector Terukur dari Teoritis ................................................................................ 79 Grafik 4.24 Grafik perbandingan tegangan input peak detector terhadap tegangan output peak detector terukur dengan teoritis ............. 79

  Grafik 4.25 Grafik Perbandingan Tegangan Input Peak Detector Terhadap Persentase Galat Tegangan Keluaran Peak Detector Terukur dari Teoritis ................................................................................ 81 Grafik 4.26 Grafik perbandingan tegangan input terhadap tegangan output peak detector terukur dengan teoritis ............................. 82 Grafik 4.27 Grafik Perbandingan Tegangan Input Peak Detector Terhadap Persentase Galat Tegangan Keluaran Peak Detector Terukur dari Teoritis ................................................................................ 84 Grafik 4.28 Grafik Perbandingan Tegangan Input Pengondisi Sinyal Terhadap Tegangan Keluaran Pengondisi Sinyal Terukur dan Teoritis ....................................................................................... 86 Grafik 4.29 Grafik Perbandingan Tegangan Input pengondisi Sinyal Terhadap Persentase Galat Tegangan Output Pengondisi Sinyal Terukur dari Teoritis .................................................................. 88 Grafik 4.30 Grafik Perbandingan Tegangan Input Pengondisi Sinyal Terhadap Tegangan Keluaran Pengondisi Sinyal Terukur dan Teoritis ....................................................................................... 89 Grafik 4.31 Grafik Perbandingan Tegangan Input pengondisi Sinyal Terhadap Persentase Galat Tegangan Output Pengondisi Sinyal Terukur dari Teoritis .................................................................. 91 Grafik 4.32 Grafik Perbandingan Tegangan Input Pengondisi Sinyal Terhadap Tegangan Keluaran Pengondisi Sinyal Terukur dan Teoritis ....................................................................................... 92 Grafik 4.33 Grafik Perbandingan Tegangan Input pengondisi Sinyal Terhadap Persentase Galat Tegangan Output Pengondisi Sinyal Terukur dari Teoritis .................................................................. 94 Grafik 4.34 Grafik Perbandingan Input Kendali VCO Terhadap Frekuensi Keluaran VCO Terukur dan Teoritis ......................................... 96 Grafik 4.35 Grafik Tegangan Input Kendali VCO Terhadap Persentase Galat Keluaran VCO Terukur dari Teoritis ............................... 99

  Grafik 4.36 Grafik Perbandingan Input Kendali VCO Terhadap Frekuensi Keluaran VCO Terukur dan Teoritis ......................................... 98 Grafik 4.37 Grafik Tegangan Input Kendali VCO Terhadap Persentase Galat Keluaran VCO Terukur dari Teoritis ............................... 101 Grafik 4.38 Grafik Perbandingan Input Kendali VCO Terhadap Frekuensi Keluaran VCO Terukur dan Teoritis ......................................... 101 Grafik 4.39 Grafik Tegangan Input Kendali VCO Terhadap Persentase Galat Keluaran VCO Terukur dari Teoritis ............................... 103

  

DAFTAR LAMPIRAN

  Lampiran 1 Gambar Sinyal Keluaran VCO Sensor Suhu dengan Frekuensi 2,02kHz ........................................................................................ L1

  Lampiran 2 Gambar Sinyal Keluaran VCO Sensor Tekanan dengan Frekuensi 7,964kHz ...................................................................... L1

  Lampiran 3 Gambar Sinyal Keluaran VCO Sensor Kelembaban dengan Frekuensi 14,02kHz ...................................................................... L2

  Lampiran 4 Gambar Sinyal Keluaran Pada Penjumlah ................................... L2 Lampiran 5 Data Pembahasan Sensor Suhu .................................................... L3 Lampiran 6 Data Pembahasan Sensor Tekanan ............................................... L17 Lampiran 7 Data Pembahasan Sensor Kelembaban ........................................ L28 Lampiran 8 Rangkaian Aplikasi Sensor Pada Sistem Telemetri Multitune .... L51 Lampiran 9 Data Sheet LM335 Precision Temperature Sensors .................... L52 Lampiran 10 Data Sheet MPX4100 Integrated Pressure Sensor .................... L63 Lampiran 11 Data Sheet HS15P Relative Humidity Sensor ............................ L71 Lampiran 12 Data Sheet Phase-Locked Loop CD4046B ................................ L73 Lampiran 13 Data Sheet Operational Amplifier LM741 ................................. L80

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Judul

  Aplikasi Sensor Pada Sistem Telemetri Multitone 1.2 Latar Belakang Masalah.

  Dalam suatu pengukuran biasanya dibutuhkan suatu instrumen yang digunakan untuk menentukan suatu besaran (kuantitas) atau variabel. Instrumen tersebut membantu mempermudah pekerjaan manusia dan juga bisa meningkatkan ketrampilan manusia serta dalam banyak hal memungkinkan seseorang untuk menentukan nilai dari suatu besaran yang tidak diketahui manusia atau di luar jangkauan indra manusia. Dengan demikian, sebuah instrumen dapat didefinisikan sebagai sebuah alat yang digunakan untuk menentukan nilai atau besaran dari suatu kuantitas atau variabel.

  Sistem Telemetri Multitone merupakan suatu alat ukur yang menggunakan beberapa sensor untuk mengukur atau mendeteksi keadaan sekitar yang akan dtransmisikan dalam beberapa frekuensi yang digabungkan atau dijumlahkan. Pada sistem penerima, frekuensi yang diterima akan dipisahkan menjadi beberapa frekuensi, yang kemudian diterjemahkan menjadi nilai-nilai hasil pengukuran dari sensor-sensor tersebut.

  Pada sistem transmisi, Sistem Telemetri Multitone ini terdiri dari tiga sensor, yaitu sensor suhu, sensor tekanan udara dan sensor kelembaban udara. Sensor ini berfungsi untuk mendeteksi keadaan di sekitar sensor, dari suhu lingkungan, tekanan udara dan kelembaban udara dimana ketiga sensor ini diletakkan.

  Hasil pengukuran dari sensor adalah berupa tegangan. Karena tegangan yang dihasilkan sangat kecil, maka dibutuhkan pengondisi sinyal untuk penyesuaiannya.

  Tegangan keluaran dari pengondisi sinyal ini akan diubah menjadi bentuk frekuensi, dimana perubahan frekuensi ini menujukkan perubahan tegangan hasil pengukuran sensor yang menyatakan kondisi tempat atau lingkungan dimana sensor ini diletakkan, yang kemudian frukuensi-frekuensi dari ketiga sensor ini akan dijumlahkan yang selanjutnya akan ditransmisikan melalui pemancar FM dengan frekuensi carrier 140MHz.

  Dengan adanya sistem telemetri multitone ini, untuk mengukur perubahan keadaan suatu lingkungan, tidak harus ke tempat tersebut untuk melakukan pengukuran sewaktu-waktu, hanya dengan mengamati perubahan dari penerima frekuensi dan penampil hasil pengukuran.

  1.3 Tujuan Penelitian

  Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengukur suhu, tekanan udara dan kelembaban udara dan ditransmisikan dengan frekuensi 140 MHz. Selain itu, penelitian ini bertujuan untuk mendukung sistem telemetri multitone.

  1.4 Manfaat Penelitian

  Adapun manfaat dari pembuatan alat ini adalah sebagai alat bantu pengukuran dalam memeroleh data suhu udara, tekanan udara dan kelembaban udara, agar dapat memprediksikan keadaan cuaca yang akan terjadi.

  1.5 Batasan Masalah

  Rangkaian aplikasi sensor pada sistem telemetri multitone, dirancang dengan menggunakan tiga sensor, yaitu sensor suhu menggunakan LM335 dengan rentang _{o o} pengukuran dari C sampai C dan dengan rentang frekuensi 2kHz sampai

  15

  95

  7kHz, sensor tekanan udara menggunakan MPX4100 dengan rentang pengukuran dari 30kPa sampai 90kPa dan dengan rentang frekuensi 8kHz sampai 13kHz dan sensor kelembaban udara menggunakan HS-15 dengan rentang pengukuran dari 20% sampai 80% dengan batasan frekuensi 14kHz samapai 19kHz. Hasil keluaran dari sensor, dimasukan ke pengondisi sinyal, kemudian diubah dalam bentuk frekuensi dengan menggunakan IC CD4046B. Keluaran dari IC CD4046B yang dalam bentuk frekuensi, kemudian dijumlahkan dan yang terakhir ditransmisikan dengan frekuensi 140MHz.

  1.6 Metodologi Penelitian

  Langkah langkah yang dipakai dalam penelitian adalah: 1. Menentukan garis besar dari bagian-bagian alat yang akan di buat.

  2. Mengumpulkan literatur mengenai teori-teori yang mendasari perangkat dari aplikasi sensor pada sistem telemetri multitune.

  3. Perancangan tiap bagian dari aplikasi sensor pada sistem telemetri multitune berdasarkan karakteristik tiap komponen.

  4. Pengambilan data dilakukan dengan cara mengukur tiap keluaran dari bagian-bagian sistem telemetri multitune dengan menggunakan alat multimeter, oscilloscope dan frequency counter.

  5. Menganalisa data dengan membandingkan data hasil pengukuran dengan data hasil teoritis dengan metode regresi linier.

1.7 Sistematika Penulisan

  Sistematika penulisan yang digunakan dalam laporan tugas akhir ini disusun dalam bentuk sebagai berikut: Bab I. Pendahuluan yang berisi mengenai latar belakang penulisan, Perumusan masalah, Pembatasan masalah, Tujuan penelitian, Manfaat penelitian, Metodologi penelitian dan Sistematika penelitian.

  Bab II. Dasar Teori yang berisi mengenai teori-teori yang mendasari perangkat dari aplikasi sensor pada sistem telemetri multitune. Bab III. Perancangan aplikasi sensor pada sistem telemetri multitune yang berisi perancangan tiap bagian dari aplikasi sensor pada sistem telemetri multitune berdasarkan karakteristik tiap komponen.

  Bab IV. Pembahasan yang berisi data-data hasil pengujian aplikasi sensor pada sistem telemetri multitune. Bab V. kesimpulan dan Saran yang berisi mengenai spesifikasi alat dan saran-saran untuk memperbaiki kinerja dari alat aplikasi sensor pada sistem telemetri multitune.

BAB II DASAR TEORI Aplikasi sensor pada sistem telemetri multitone adalah penggunaan sensor

  untuk melakukan pengukuran jarak jauh, yang terdiri dari tiga sensor, yaitu sensor suhu, tekanan udara dan kelembaban udara. Ketiga sensor ini akan mengubah besaran fisik menjadi besaran listrik, yang berupa sinyal DC. Sinyal ini kemudian dirubah menjadi frekuensi, dimana setiap terjadi perubahan sinyal tegangan, maka akan terjadi perubahan frekuensi. Sensor suhu akan memakai rentang perubahan frekuensi dari 2kHz sampai 7kHz, sensor tekanan akan memakai rentang frekuensi dari 8kHz sampai 13kHz dan sensor kelembaban udara akan memakai rentang frekuensi 14kHz sampai 19Khz. Agar hasil penjumlahan bisa dipisahkan lagi, sebelum dijumlahkan, amplitudo dari masing-masing sinyal frekuensi di bedakan. Blok diagram alir dari aplikasi sensor pada sistem multitone ditunjukan pada gambar 2.1.

  Sensor Pengondisi

  VCO suhu sinyal I

  I Sensor Pengondisi

  VCO

  sinyal II

  II

• tekanan

  udara Sensor

  TX

  Peak

  Pengondisi

  VCO

  kelembaban Detect udara sinyal III

  III

  or

Gambar 2.1. Blok Diagram

2.1 S Sensor Suh hu Elektro onis

  Untuk tra ansduser su uhu secara k khusus suda ah tersedia dalam bent tuk bahan semik konduktor d dengan bent tuk fisik sep perti transist tor tiga bua ah kaki. Ke emampuan bahan n semikond duktor ini mempunyai i jangkauan n pengukura an yang le ebar, dan memp punyai sifat t yang benar r-benar linie er antara pe erubahan suh hu yang dite erima dan tegan ngan keluara an yang dih hasilkan. Co ontohnya ada alah semi k konduktor te erintegrasi berup pa IC LM35 dan LM335

  5. Gambar r 2.2. Simbol l dan Bentuk k IC LM335 .

  LM3 35 berupa s semikondukt tor yang sec cara fisik be entuknya sa ama dengan transistor tiga k kaki. Dilihat dari bawah dengan bida ang yang me endatar berad da di atas ma aka, dapat ditent tukan kaki-k kakinya. Ka aki pertama merupakan kaki adj, ka aki kedua ad dalah kaki anoda a dan kaki k ketiga adalah h kaki katod da. IC LM33 35 sebenarny ya adalah di ioda zener yang stabil. Kar rena itu pen nerapannya dalam untai i elektronis sama deng gan dioda, secar ra sederhana untainya da apat digamba arkan seperti i gambar 2.3

  3. G Gambar 2.3. Sensor Suh hu Sederhana a Tanpa Kali ibrasi Berikut ini adalah beberapa karakteristik dari LM335 yang mendukung pembuatan perangkat telemetri ini.

  1. LM335 mempunyai perubahan pada keluaran sebesar 10mV setiap 1 K bila pada komponen ini diberi catu daya maka IC ini akan bekerja sebagai sensor suhu yang brsifat linier.

  2. C sampai dengan Mempunyai rentang pengukuran suhu yang besar, dari -40

  100 C. Bila setiap 1 K menyebabkan perubahan sebesar 10mV maka jangkauan dari 16 C =

  C = 368,15 mempunyai 80 perubahan sehingga 289,15 K sampai dengan 95 menyebabkan perubahan pada tegangan keluaran sebesar 80 × 10mV = 800mV = 0,8 volt.

2.2 Sensor Tekanan Udara

  Sensor berisi sebuah rongga tipis yang nantinya akan bergeser ke derajat yang lebih tingi bila terkena tekanan udara seperti terlihat pada gambar 2.4. Suatu unsur piezoelektrik yang ditunjukan pada gambar 2.5 yang dipadukan sepanjang tepi sekat rongga yang ada yang nantinya akan mengikuti pergerakan sekat rongga tersebut.

  Setiap sensor tekanan udara memiliki persamaan fungsi alih tertentu. Fungsi persamaan ini adalah mengubah level tekanan udara menjadi besaran tegangan tertentu yang dapat diterima oleh komponen elektronika. Untuk sensor yang digunakan menggunakan persamaan 2.1 di bawah ini.

  Vout Vs p E ...............................................(2.1) = ( , 01059 − , 1518 ) ±

  Dengan Vs = Tegangan sumber (Volt) p = Tekanan udara (KPa)

  E = ± error Unsur piezoelektrik adalah suatu bahan-bahan kristal yang tidak simetri

  (seperti kuartz, garam Rochelle, dan barium titanit) yang akan menghasilkan suatu gaya gerak listrik (ggl) bila diregangkan dan sebaliknya dapat berubah dimensinya bila dikenai tegangan listrik.

Gambar 2.4. Sensor tekanan udara dengan unsur piezoelektrik Gambar 2.5. Efek piezoelektrik secara umum.

  Sifat piezoelektrik adalah sebagai berikut: Sifat piezoelektrik langsung: 1.

  Bila pelat piezoelektrik diberi tekanan, maka akan timbul muatan listrik pada kedua permukaannya.

2. Pelat juga merupakan kapasitor dengan konstanta dielektrik tertentu, timbul beda tegangan.

  Sifat piezoelektrik balik: 1.

  Bila pelat piezoelektrik diberi tegangan listrik, maka kedua permukaannya mendapat tekanan.

  2. Pelat juga merupakan bahan elastik dengan konstanta elastik tertentu, tebalnya akan berubah.

  3. Jika diberi tegangan bolak-balik maka pelat bergetar. Ketika suatu catu daya diberikan pada sensor, maka akan menghasilkan keluaran tegangan yang bervariasi yang akan menyesuaikan variasi perubahan karena tekanan.

  Di dalam diferensial tekanan, sensor diaplikasikan pada kedua sisi sekat rongga, lalu sesudah itu alat menyediakan suatu level tegangan yang berbanding lurus dengan perbedaan tekanan di kedua sisinya.

  Standar tekanan sensor yang dibangun sepanjang bentuk serupa dengan mode diferensial. Jenis ini menggunakan tekanan yang berkenaan dengan lingkungan sebagai acuannya, sehingga level tegangan keluaran sebanding dengan perubahan tekanan relatif di lingkungan.

Gambar 2.6. Rongga terisolasikan dari lingkungan

  Di dalam nilai absolut sensor, digunakan dalam desain saat ini, ruang dibelakang rongga terisolasikan dari pengaruh lingkungan dan dialihkan ke suatu referensi tekanan seperti ditunjukan pada gambar 2.6. Tegangan keluaran sebanding dengan nilai absolut tekanan udara, yang membuat sensor ini pantas digunakan dalam altimeter dan barometer.

2.3 Sensor Kelembaban (Relative Humidity HS-15P) Sensor Relative Humidity HS-15P adalah sensor kelembaban relatif.

  Karakteristik dari sensor HS-15P adalah seperti pada Tabel 2.1. Pada dasarnya cara kerja dari sensor ini adalah mendeteksi besarnya kelembaban relatif udara disekitar sensor tersebut, yang menghasilkan perubahan nilai impedansi sensor. Semakin besar tingkat kelembaban relatif maka semakin kecil pula nilai impedansi sensor. Kurva perbandingan antara besarnya perubahan resitansi dan besarnya perubahan kelembaban relatif untuk sensor HS-15P adalah seperti pada gambar 2.7.

Tabel 2.1. Karakteristik sensor HS-15P

  Sesuai dengan tabel karakteristik, tegangan kerja sensor HS-15P adalah 1VAC dengan frekuensi antara 50Hz sampai 1KHz, dengan jangkauan kepekaan antara 20% sampai 100% RH (Relative Humidity).

  Untuk mengetahui besarnya impedansi sensor sesuai dengan tingkat kelembaban yang dideteksi dapat dilihat pada gambar 2.7. Sebagai contoh untuk tingk kat kelembab ban 50%RH dan suhu ru uangan adala ah 25°C, ma aka sesuai gr rafik pada gamb bar 2.7, impe edansi senso r adalah sek kitar 60K Ω.

  Karena k keluaran se ensor berup pa tegangan n AC, ma aka perlu dilakukan pengu ubahan menj jadi teganga an DC.

  Grafik

  2.1. Grafik P Perbandinga an Impedans i Terhadap K Kelembaban n Gambar 2 .7. Rangkaia an Sederhana a sensor HS- -15

2.4 Penguat Operasional

2.4.1 Penyangga (Buffer)

  Rangkaian pada gambar 2.8 adalah rangkaian penyangga yang berfungsi untuk menghindari terjadinya penurunan tegangan karena penggunaan kabel yang panjang dan untuk menghindari tejadinya pembebanan yang berlebihan pada saat keluaran dari sensor menuju pengubah tegangan menjadi frekuensi.

Gambar 2.8. Penyangga

  Beda potensial antara masukan membalik dan masukan tak membalik adalah 0 volt maka Vo = Ei.

  V _out

  Penguatan tegangan : A = = _v

  1 E _i ..........................................................(2.2)

  I =

  I I _{o L} ≈ 0

• karena

  I I _{o L} =

  V E _{out i} I = = _L R R _{L L}

  ........................................................(2.3) Penyangga ini digunakan karena mempunyai impedansi masukan yang sangat tinggi dan impedansi keluaran yang rendah.

2.4.2 Penguat Inverting

  Inverting amplifier ini, input dengan outputnya berlawanan polaritas. Jadi