Prototipe Sistem Peringatan Gempa Menggunakan

Sensor MMA7260Q Berbassis Mikrokontroler

Heri Mulyono, S.Kom, M.Pd

(Dosen PNS dpk STMIK Jayanusa Padang)

ABSTRAK

Gempa bumi adalah suatu peristiwa alam dimana terjadi getaran pada permukaan bumi akibat adanya pelepasan energi secara tiba-tiba dari pusat gempa. Energi yang dilepaskan tersebut merambat melalui tanah dalam bentuk gelombang getaran. Gelombang getaran yang sampai ke permukaan bumi disebut gempa bumi. Dengan adanya getaran maka akan timbul ayunan pada benda.

Sumatera Barat, khususnya Kota Padang adalah salah satu daerah di Indonesia yang memiliki intensitas gempa yang tinggi. Penduduk di daerah ini selalu di hantui oleh bencana gempa. Terlebih pasca bencana gempa tahun 2009, penduduk kota ini sangat traumatic dengan bencana gempa, terutama gempa yang berpotensi Tsunami.

Penelitian ini bertujuan membuat sebuah perangkat sistem pendeteksi gempa sederhana menggunakan sensor MMA7260Q. Sensor MMA7260Q adalah sensor pendeteksi getaran dan ayunan. Sebagai pengolah data dari sensor digunakan mikrokontroller AVR AT Mega 8535, sedangkan untuk penampil informasi menggunakan rangkaian LCD. Bahasa pemrograman yang dipakai untuk mengendalikan mikrokontroller adalah Bascom- AVR. Hasil yang diperoleh yaitu hasil perbandingan antara nilai output sensor MMA7260Q dengan output setpoint, nilai output tersebut ditampilkan pada LCD. Dengan perbandingan tersebut akan mengeluarkan output buzzer seperti bunyi-bunyian.

Dengan perangkat ini diharapkan penduduk Kota Padang akan lebih cepat mengetahui adanya gempa sehingga akan meminimalisir korban akibat bencana gempa. Dengan penelitian ini juga diharapan tidak hanya penduduk kota Padang yang akan dapat memanfaatkan alat pendeteksi gempa ini, namun kota-kota lain yang sering mendapatkan goncangan gempa akan dapat memanfaatkan alat ini.

Kata kunci: Mikrokontroler AVR Atmega8535, sensor MMA7260Q, LCD,Buzzer, dan gempa bumi.

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang Masalah

Secara geografi kota Padang terletak di pesisir pantai barat pulau

Sumatera, dengan garis pantai sepanjang 84 km. Luas keseluruhan kota padang

adalah 694,96 km², dan lebih dari 60% dari luas tersebut, sekitar ± 434,63 km²

merupakan daerah perbukitan yang ditutupi hutan lindung, sementara selebihnya

merupakan daerah efektif perkotaan. Sedangkan keadaan topografi kota ini

bervariasi, 49,48% luas wilayah daratan Kota Padang berada pada wilayah

kemiringan lebih dari 40% dan 23,57% berada pada wilayah kemiringan landai.

Kemungkinan gempa di Kota Padang umumnya berkaitan dengan gempa

tektonik dan sebagian kecil gempa vulkanik. Kondisi ini menyebabkan Kota

Padang menjadi kawasan rawan bencana dengan sumber gempa merusak. Lokasi

pusat-pusat gempa di perairan Kota Padang tersebar cukup merata, berada pada

kawasan sepanjang jalur gempa mengikuti zona subduksi sepanjang 6.500 km di

sebelah Barat Pulau Sumatra. Tumbukan Lempeng Samudera Hindia dan

Lempeng Australia yang menyusup di bawah Lempeng Euroasia membentuk

Zona Benioff, yang secara terus menerus aktif bergerak ke arah barat–timur yang

merupakan zona bergempa dengan seismisitas cukup tinggi. Kebanyakan sumber-

sumber gempa tersebut berada pada kedalaman 33 hingga 100 Km, dengan

magnitude lebih besar dari 5 skala Richter. Gempa berkekuatan lebih besar dari

6,5 skala Richter di permukaan, berpeluang besar menyebabkan deformasi di

daratan dan di dasar laut.

Untuk mendeteksi getaran gempa saat ini telah ada yaitu berupa sensor

MMA7260Q yang merupakan sensor percepatan yang mempunyai tiga output

yaitu X, Y, Z axis dan secara luas digunakan untuk mendeteksi kemiringan,

gerakan dan mendeteksi getaran. Output dari sensor MMA7260Q adalah berupa

analog, sehingga perlu sebuah A/D converter untuk membaca nilai dari sensor.

Berdasarkan uraian di atas, maka peneliti ingin melakukan suatu penelitian

dengan membuat suatu perancangan alat pendeteksi gempa dengan pemanfaatan

sensor dan microcontroller ATMega 8535.

1.2. Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini adalah :

1. Membuat prototype pendeteksi gempa sebagai early warning system.

2. Untuk dapat membantu masyarakat mengetahui secara dini bencana

gempa, sehingga akan meminimalisir korban bencana gempa.

1.3. Manfaat Penelitian

Seperti yang telah diuraikan di atas bahwa Kota Padang dan wilayah

sekitarnya merupakan daerah rawan bencana gempa, hampir setiap saat Kota ini

digoyang gempa, mulai dari gempa dengan skala kecil, menengah, maupun skala

besar (seperti yang terjadi pada bulan September tahun 2009). Oleh karena itu

perlu segera dibuat sebuah sistem yang dapat mendeteksi gempa secara dini

sehingga akan meminimalisir korban akibat gempa. Maka dengan adanya

penelitian ini diharapkan membantu permasalahan yang dihadapi masyarakat kota

Padang dan sekitarnya.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Gempa bumi

Gempa bumi adalah suatu peristiwa alam dimana terjadi getaran pada

permukaan bumi akibat adanya pelepasan energi secara tiba-tiba dari pusat

gempa. Energi yang dilepaskan tersebut merambat melalui tanah dalam bentuk

gelombang getaran. Gelombang getaran yang sampai ke permukaan bumi disebut

gempa bumi. Dengan adanya getaran maka akan timbul ayunan pada benda.

2.2 Mikrokontroller ATMega 8535

ATMega8535 merupakan salah satu mikrokontroller keluarga ATMEL dari

perkembangan terakhir, yaitu generasi AVR(Alf and Vegard’s Risc Processor).

Mikrokontroller AVR memiliki RISC (Reduced Instruction Set Computing) 8 bit,

dimana semua instruksi dikemas dalam kode 16-bit dan sebagian besar instruksi

dieksekusi dalam 1 (satu) siklus clock, serta mempunyai kecepatan maksimal

16MHZ. Selain itu, ATMega8535 mempunyai 6 pilihan mode sleep untuk

menghemat daya listrik.

Mikrokontroller AVR telah menggunakan konsep arsitektur yang

memisahkan memori dan bus untuk data dan program, serta telah menerapkan

single level pipelining. Selain itu mikrokontroller AVR juga

mengimplementasikan RISC (Reduced Instruction Set Computing) sehingga

eksekusi instruksi dapat berlangsung cepat dan efisien.

2.3 Analog to Digital Converter (ADC)

ADC digunakan untuk mengubah sinyal input yang analog menjadi sinyal

digital agar dapat diolah oleh mikrokontroller . Adapun fitur dari ADC

ATMega8535 adalah sebagai berikut:

1. Resolusi 10 bit.

2. Waktu konversi 65-260 us.

3. 0-vcc range input ADC dan Memiliki 8 channel input.

2.4 Sensor MMA7260Q

Merupakan sensor percepatan yang mempunyai tiga output yaitu X, Y, Z

axis dan secara luas digunakan untuk mendeteksi kemiringan, gerakan dan

mendeteksi getaran. Output dari sensor MMa7260Q adalah berupa analog,

sehingga perlu sebuah A/D converter untuk membaca nilai dari sensor. Rentang

pengukuran dapat dipilih antara 1,5g, 2g, 4 dan 6g.

Tegangan input sensor yang dibutuhkan saat bekerja sebesar 3,3 Volt DC.

Akan tetapi sensor sudah dipaketkan dalam sebuah modul sehingga tegangan

input pada modul sensor diberikan sebesar 5 – 9 Volt DC.

2.5 Relay

Relay adalah komponen elektronika berupa saklar elektronik yang

digerakkan oleh arus listrik.

Secara umum relay digunakan untuk memenuhi fungsi-fungsi berikut:

a. Remote control : dapat menyalakan atau mematikan alat dari jarak jauh

b. Penguat daya : menguatkan arus atau tegangan

Contoh : starting relay pada mesin mobil

c. Pengatur logika control suatu sistem

Relay terdiri dari coil dan contact. Coil adalah gulungan kawat yang

mendapat arus listrik, sedangkan contact adalah sejenis saklar yang pergerakannya

tergantung dari ada tidaknya arus listrik di coil. Contact ada 2 jenis yaitu:

Normally Open (kondisi awal sebelum diaktifkan open) dan Normally Closed

(kondisi awal sebelum diaktifkan close).

Selain berfungsi sebagai komponen elektronik, relay juga mempunyai

fungsi sebagai pengendali system. Sehingga relay mempunyai 2 macam simbol

yang digunakan pada:

a. Rangkaian Listrik (hardware)

b. Program (software)

2.6 Buzzer

Buzzer merupakan komponen yang berfungsi untuk mengeluarkan suara,

prinsip kerjanya hampir sama dengan loudspeaker. Buzzer juga terdiri atas

kumparan yang terpasang pada diagfragma dan kemudian kumparan tersebut

dialiri arus sehingga menjadi electromagnet. Buzzer biasa digunakan sebagai

indikator bahwa proses telah selesai atau terjadi suatu kesalahan pada sebuah alat

(alarm).

2.7 Modul LCD M1632

M1632 merupakan modul LCD matrik dengan konfigurasi 16 karakter

dan 2 baris dengan setiap karakternya dibentuk oleh 8 baris pixel dan 5 kolom

pixel (1 baris pixel terakhir adalah kursor).

2.8 BASCOM-AVR

Pemrograman menggunakan BASCOM-AVR adalah salah satu dari

bahasa BASIC untuk pemrograman mikrokontroller.

49

BAB III

PERANCANGAN SISTEM

3.1 Blok Diagram

Pada perancangan ini sistem digambarkan dalam bentuk blok diagram,

seperti berikut:

Gambar 3.1 Blok diagram sistem

Berdasarkan gambar 3.1 diatas, dapat diuraikan sebagai berikut:

1. Sensor MMA7260Q

Sensor MMA7260Q berfungsi sebagai input sistem yang akan

mendeteksi suatu ayunan atau getaran yang berada di sekita sensor.

Sensor ini mempunyai tiga output yaitu X, Y, Z dalam bentuk tegangan

analog.

2. Mikrokontroller ATmega 8538

Mikrokontroller ATmega 8535 merupakan bagian pemroses yang akan

membaca setiap ada ayunan atau getaran yang berasal dari sensor.

Output dari sensor MMA7260Q (sinyal analog) diubah menjadi data

Sensor MMA7260Q

Mikrokontroller ATmega 8535

Internal ADC

RangkaianLCD

Rangkaian Alarm

digital memanfaatkan internal ADC pada Mikrokontroller ATmega 8535.

Data yang telah dikonversi diolah lagi oleh Mikrokontroller ATmega

8535. Jika data tersebut melebihi set point yang telah ditentukan, maka

akan mengirimkan output pada buzzer dan LCD.

3. Rangkaian Alarm

Rangkaian alarm ini menghidupkan buzzer sebagai tanda bunyi jika

terjadinya gempa.

4. Rangkaian LCD

Rangkaian LCD menampilkan hasil yang diolah oleh Mikrokontroller

ATmega 8535.

3.2 Modul Sistem Minimum

Modul ini berisi rangkaian dasar untuk mengoperasikan bagian pemroses

yang terhubung ke bagian input dan output, gambar rangkaiannya dapat dilihat

seperti pada gambar 3.2.

Gambar 3.2 Sistem Minimum

3.3 Modul Sensor MMA7260Q

Gambar 3.3 Rangkaian sensor MMA7260

Tegangan output Z, Y, X dari sensor berupa tegangan analog yang

dapat dioperasikan dengan ADC yang terhubung ke PORTA.0, PORTA.1,

PORTA.2 , Sensor MMA7260 sudah dikemas dalam sebuah modul, sehingga

dapat mempermudah kita dalam pengoperasian.

3.3 Rangkaian Penurunan Tegangan

Sumber tegangan berasal dari baterai 9 Volt, sementara tegangan yang

dibutuhkan adalah 5 Volt, maka diperlukan rangkaian penurun tegangan seperti

terlihat pada gambar 3.3.

Gambar 3.3 Rangkaian penurun tegangan

3.4 Rangkaian Alarm

Gambar 3.4 Rangkaian Alarm

3.5 Rangkaian LCD

Rangkaian ini berfungsi untuk menampilkan karakter, dimana pada

rangkaian ini akan menampilkan status dari keadaan sekitar, apakah ada terjadi

gempa atau tidak. Gambar rangkaian terlihat pada gambar 3.5.

Gambar 3.5 Rangkaian LCD

60

BAB IV

HASIL PENELITIAN

4.1 Pengujian sensor MMA7260

1. Tegangan output sensor MMA7260 berupa tegangan analog yang

dikonversi oleh ADC menjadi bilangan digital sebesar 10-bit (1024)

dimana tegangan referensi = 5V.

2. Setiap perubahan kemiringan sensor maka tegangan output pada sensor

akan berubah juga seperti pada tabel pengujian di bawah ini:

Tabel 4.1 Pengujian sudut kemiringan X, Y, Z sensor MMA7260Q

Sudut X Y Z0 0.73 0.90 0.8910 0.75 1.01 0.9220 0.78 1.05 0.9530 0.86 1.13 1.0040 0.90 1.24 1.2550 1.00 1.31 1.2660 1.20 1.45 1.3870 1.30 1.56 1.5180 1.40 1.73 1.6490 1.50 1.80 1.76100 1.60 2.00 1.88110 1.80 2.15 1.98120 1.90 2.27 2.16130 2.00 2.38 2.28140 2.15 2.49 2.38150 2.23 2.59 2.48160 2.30 2.63 2.54170 2.35 2.68 2.55180 2.38 2.70 2.57

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1001101201301401501601701800

0.5

1

1.5

2

2.5

3

XYZ

Sudut

Volt

Gambar 4.3 Kurva pengujian sudut kemiringan X, Y, Z sensor MMA7260Q

Output dari sensor berupa tegangan analog yang mempunyai tiga output

yaitu X, Y dan Z. Perubahan setiap per-10o kemiringan diukur secara manual

dengan menggunakan busur dari sudut 0 sampai 180o, sehingga didapatkan hasil

setiap kenaikan per-10 o dari kemiringan sensor maka tegangan akan berubah

( naik ) seperti yang terlihat pada kurva diatas.

Setiap kemiringan dari sensor mempunyai tegangan yang berbeda-beda sehingga

sensor dapat dimanfaatkan untuk mendeteksi adanya getaran dan ayunan.

4.2 Pengujian Buzzer

Hasil pengujian rangkaian buzzer seperti pada tabel berikut:

Tabel 4.2 Pengukuran tegangan output Buzzer

Port Buzzer Kondisi0 Mati Tidak ada ayunan1 Bunyi Adanya ayunan

4.3 Analisa sensor MMA7260

Gambar 4.4 Pergerakan Sensor MMA7260Q

Untuk mendapatkan resolusi per derajat perubahan, IC harus dipasang

sejajar dengan sumbu sensitif dengan bidang gerakan di mana sensitivitas yang

paling diinginkan. Pada pengukuran yang dilakukan terdapat beberapa perbedaan

antara hasil dari datasheet dengan hasil pengukuran yang dilakukan sendiri,

dimana persentase errornya dapat ditentukan dengan rumus :

error %= Hasil teori−Hasil PengukuranHasil teori

x100 %

Dan untuk menentukan Rata-rata kenaikan setiap per-10 derjat dapat

ditentukan dengan rumus :

rata−ratakenaikan per−10 °= rata−rata19

Tabel 4.3 Pengukuran persentase error output X

 SudutHasil Teori

Hasil Pengukuran error (%)

X ( Volt) X (Volt)0 0.83 0.73 12.0010 0.85 0.75 11.7620 0.89 0.78 12.3530 0.95 0.86 9.4740 1.02 0.90 11.7650 1.12 1.00 10.70

60 1.23 1.20 2.4370 1.36 1.30 4.4180 1.49 1.40 6.0490 1.63 1.50 7.90100 1.75 1.60 8.57110 1.91 1.80 5.75120 2.02 1.90 5.90130 2.16 2.00 7.40140 2.26 2.15 4.80150 2.33 2.23 4.20160 2.38 2.30 3.36170 2.42 2.35 2.89180 2.45 2.38 2.85

Rata-rata 1.63 1.50 7.10Rata-rata kenaikan

setiap10o 0.086 0.08

Perbandingan tegangan yang terukur dengan data yang ada pada datasheet

sensor MMA7260Q terdapat perbedaan, dimana tegangan rata-rata output dari

sumbu X = 1,63 Volt dengan setiap kenaikan tegangan per-10o sekitar 0.086

Volt. Sedangkan output tegangan rata-rata dari hasil pengukuran yang dilakukan

sekitar X = 1.5 Volt dengan kenaikan tegangan per-10o sekitar 0.08 Volt, dari

perhitungan tersebut dapat dihitung persentase error rata-ratanya ±7.10 % dengan

error setiap kenaikan per-10o ±0.37 %.

Tabel 4.4 Pengukuran persentase error output Y

SudutHasil Teori

Hasil Pengukuran

error (%)

Y ( Volt) Y (Volt)0 0.81 0.9 11.1010 0.82 1.01 23.1720 0.86 1.05 22.0030 0.92 1.13 22.8240 1.00 1.24 24.0050 1.10 1.31 19.0060 1.20 1.45 20.83

70 1.33 1.56 17.2980 1.46 1.73 18.4990 1.60 1.80 12.50100 1.72 2.00 16.20110 1.87 2.15 14.97120 2.00 2.27 13.50130 2.12 2.38 12.26140 2.21 2.49 12.66150 2.30 2.59 12.60160 2.35 2.63 11.90170 2.39 2.68 12.13180 2.41 2.70 12.03

Rata-rata 1.603 1.80 16.30rata-rata kenaikan setiap per-10 derjat

0.084 0.10

Tegangan rata-rata output dari sumbu Y = 1,603 Volt dengan setiap

kenaikan tegangan per-10o sekitar 0.084 Volt. Sedangkan output tegangan rata-

rata dari hasil pengukuran yang dilakukan sekitar Y = 1.8 Volt dengan kenaikan

tegangan per-10o sekitar 0.1 Volt, dari perhitungan tersebut dapat dihitung

persentase error rata-ratanya ±16.30 % dengan error setiap kenaikan per-10o

±0.86 %.

Tabel 4.5 Pengukuran persentase error output Z

SudutHasil Teori

Hasil Pengukuran

error (%)

Z ( Volt) Z (Volt)0 0.84 0.89 5.9310 0.86 0.92 6.9720 0.90 0.95 5.5530 0.96 1.00 4.1640 1.05 1.25 19.0450 1.14 1.26 11.4260 1.26 1.38 9.5270 1.40 1.51 7.8580 1.52 1.64 7.8990 1.66 1.76 6.02

100 1.78 1.88 5.60110 1.94 1.98 2.06120 2.05 2.16 5.36130 2.18 2.28 4.58140 2.28 2.38 4.38150 2.34 2.48 5.98160 2.39 2.54 6.27170 2.42 2.55 5.37180 2.45 2.57 4.89

Rata-rata 1.65 1.76 6.70Rata-rata kenaikan setiap per-10 derjat

0.087 0.093

Tegangan rata-rata output dari sumbu Z = 1,65 Volt dengan setiap

kenaikan tegangan per-10 derjatnya sekitar 0.087 Volt. Sedangkan output

tegangan rata-rata dari hasil pengukuran yang dilakukan sekitar Z = 1.76 Volt

dengan kenaikan tegangan per-10 o sekitar 0.093 Volt, dari perhitungan tersebut

dapat dihitung persentase error rata-ratanya ±6.70 % dengan error setiap kenaikan

per-10 o ±0.35 %.

Pada pembacaan ADC yang ditampilkan ke LCD, didapatkan jika nilai Z

<= 300 dan Y <= 400 dan X <= 420, untuk menentukan tegangan masing-masing

output sensor dapat ditentukan dengan rumus:

Vin= ADC1024

xVref

Keterangan: ADC = Hasil pembacaan ADC (bil. decimal)

Vin = Tegangan keluaran sensor (V)

Vref = Tegangan referensi (V) = 5 V

1024 = bit ADC (2n) = 10-bit (1024)

Tegangan output sensor Z : VZ= 3001024

x 5V =1,4 Volt

Tegangan output sensor Y : VY= 4001024

x5V=1,95Volt

Tegangan output sensor X : VX= 4201024

x5 V=2 Volt

70

BAB V

PENUTUP

5.1 Kesimpulan

Berdasarkan hasil pengujian modul rangkaian, maka dapat diambil suatu

kesimpulan:

1. Tegangan rata-rata output sensor dari ketiga sumbu X, Y dan Z setiap

kenaikan sudut per-10 o, maka tegangan yang terukur adalah X = 0.08

Volt, Y = 0.10 Volt dan Z = 0.093 Volt

2. Perbandingan pengukuran tegangan antara hasil dari datasheet dengan

hasil pengukuran yang dilakukan sendiri dengan persentase error rata-

ratanya adalah X = ±7.10 %, Y = ±16.30 %, dan Z = ±6.70 %

5.2 Saran

Dari hasil pengujian sistem ini masih terdapat keterbatasan, untuk itu

disarankan:

1. Pisahkan antara sumber tegangan untuk mikrokontroller dan sumber

tegangan rangkaian lainnya.

2. Mengingat sensor MMA7260Q tidak hanya untuk mendeteksi adanya

getaran saja, tetapi juga dapat mendeteksi kemiringan, maka dapat

dikembangkan untuk mengukur kemiringan suatu objek seperti rumah atau

gedung.

Daftar Pustaka

Abi Sabrina, ”Fungsi Dasar Transistor”, http://abisabrina.wordpress.com/Diakses pada 6 September 2011.

Datasheet Sensor MMA7260Q

Depok Instrument, ”Modul Elektronika”,http://depokinstruments.com/ Diakses pada 5 September 2011. Edi Permadi, 2005, “Antar Muka LED”, President University, Jakarta

Iswanto.ST.2008.”Design dan Implemendasi Sistem Embedded MikrokontrollerATMega8535 Dengan Bahasa Basic”.Gava Media.Yogyakarta.

Malvino, Albert Paul. 2005. Prinsip-Prinsip Elektronika. Jakarta: Erlangga.

Setiawan, Afrie. 2010. 20 Aplikasi Mikrokontroller Atmega 8535 Menggunakan Bascom AVR. ANDI : Yogyakarta.