33

BAB III

PERANCANGAN DAN PEMBUATAN

3.1 Perencanaan Desain

Dalam menentukan desain Anemometer berbasis akuisisi data terdapat

beberapa tahapan-tahapan yang bertujuan untuk mencari desain terbaik. Adapun

tahapan-tahapannya sebagai berikut:

3.1.1 Daftar Persyaratan Desain

Daftar persyaratan dibuat untuk menjelaskan spesifikasi Anemometer dan

persyaratan-persyaratan yang harus dipenuhi sebelum produk dikembangkan lebih

lanjut. Adapun daftar persyaratannya sebagai berikut:

Tabel 3.1 Daftar Persyaratan Spesifikasi Desain

Sifat Daftar Persyaratan Tanggal :

Anemometer Berbasis Akuisisi Data Halaman :1

S/W Persyaratan

Geometri

S Bentuk sederhana

W Alat dioperasikan menggunakan tenaga angin

S Alat dapat dioperasikan secara portable dan secara luar lapangan

Kinematik

S Tranduser yang yang digunakan adalah Optocoupler

34

W Hasil pembacaan Optocoupler berlogika 0 dan 1, sehingga

Anemometer menggunakan kipas (baling-baling kecil)

S Mekanisme penghubung kabel sensor yang berbentuk cincin dan

melingkar mengikuti arah angin

W Gerakan di masing-masing komponen harus teratur

Energi

W Menggunakan energi angin

S Menggunakan Arduino sebagai pengondisi tranduser

S Hemat Energi

Teknik Daftar Persyaratan tanggal

Anemometer Berbasis Akuisisi Data Halaman :2

D/W Persyaratan

Material

S Konstruksi rangka di buat dari bahan-bahan campuran alumunium dan

akrilik

S Kipas (baling-baling yang digunakan adalah bagian dari Anemometer

Wind Speed Air Velocity yang sudah dimodifikasi

W Komponen mudah didapat di pasaran

Keamanan

S Anemometer berbasis akuisisi data bisa dipasang di luar ruangan dan

operator bisa di dalam ruangan sehingga aman saat pengoperasian

W Dapat beroprasi pada siang dan malam hari

35

Ergonomi

S Kenyamanan dalam pengoprasian

S Menggunakan lampu indikator sehingga dapat diketahui kondisi alat

D Pengoprasian mudah dilakukan

S Bobot dari keseluruahan alat ringan

W Bunyi dari alat tidak bising

Produksi

S Jumlah komponen cukup minim

S Dapat dibuat/diproduksi oleh bengkel lokal

W Bentuk komponen sederhana dan tidak membutuhkan proses produksi

yang rumit

W Suku cadang mudah didapat

W Pembutan missal

Perawatan

S Tidak memerlukan perawatan khusus

W Komponen yang berhubungan dengan elektronika harus diperhatikan

Pengoperasian

D Kipas (baling-baling) alat dapat berputar mengikuti arah angin

D Mudah dalam pengoperasian

W Dapat dioperasikan oleh lebih dari satu orang

W Otomatis dapat melakukan penyimpanan secara realtime

Biaya

W Biaya produksi diharapkan tidak terlalu tinggi dan terjangkau

36

Transportasi

W Mudah dibawa dan mudah dikirim

W Mudah untuk dipindahkan

Pemrograman

W Arduino telah diisi program pada Sofware Arduino IDE

W Menggunakan Software PLX-DAQ yang terhubung ke Microsoft Excel

Persyaratan dibuat berdasarkan kebutukan Customer yang dapat bersifat

wajib dipenuhi (W) atau disarankan dipenuhi (S). Dari keterangan tersebut maka

dapat disimpulkan bahwa persyaratan yang dibuat merupakan panduan bagi

perancang untuk merancang alat (Riadi, Muhammad Sugeng, 2009).

3.1.2 Identifikasi Masalah

Pada tahap ini penulis bertujuan untuk menajamkan permasalahan yang

ada pada spesifikasi desain di atas. Adapun tahapannya sebagai berikut:

1. Data kuantitatif, dengan menghilangkan kesukaan/kesenangan pribadi dan

menghilangkan persyaratan yang tidak berkaitan langsung dengan fungsi

dan batasan-batasan penting (Riadi, Muhammad Sugeng, 2009). Dari

kriteria tersebut didapatkan hasil sebagai berikut:

a. Anemometer berbasis akuisisi data

b. Mengukur kecepatan angin

c. Dimensi Anemometer

d. Menggunakan sensor Optocoupler

e. Menggunakan Arduino Uno

37

f. Alat menggunakan tenaga angin

g. Jumlah baling-baling 6 buah

h. Alat dapat dioperasikan secara portable dan secara luar lapangan

i. Bobot alat yang ringan

j. Biaya produksi yang terjangkau

k. Menggunakan Software Microsoft Excel

l. Dapat mengakuisisi data secara realtime

m. Mudah dioperasikan

2. Mengubah data kuantitatif menjadi data kualitatif dan menyatakannya

dalam kalimat yang sederhana. Dari kriteria tersebut didapatkan hasil

sebagai berikut:

a. Anemometer berbasis akuisisi data

b. Untuk mengukur kecepatan angin

c. Ukuran Anemometer tertentu

d. Alat dapat dioperasikan secara portable dan secara luar lapangan

e. Memiliki bobot yang ringan dan biaya produksi yang terjangkau

f. Menggunakan Software Microsoft Excel untuk penyimpanan data

g. Dapat mengakuisisi data secara realtime

h. Data yang dihasilkan berbentuk nilai angka dan grafik untuk tujuan

pengarsipan

i. Alat difungsikan secara otomatis dan mudah dioperasikan

3. Kemudian mengelompokkan data kuantitatif. Dari kriteria tersebut

didapatkan hasil sebagai berikut:

a. Anemometer berbasis akuisisi data

38

b. Mengukur kecepatan angin

c. Dimensi yang sederhana

d. Menggunakan Software Microsoft Excel

e. Bentuk nilai angka dan grafik untuk tujuan pengarsipan

4. Memformulasikan masalah sehingga didapatkan hasil sebagai berikut.

Perancangan Anemometer berbasis akuisisi data untuk mengukur

kecepatan angin dengan dimensi yang sederhana menggunakan Software

Microsoft Excel yang berbentuk nilai angka dan grafik untuk tujuan

pengarsipan.

3.1.3 Struktur Fungsi

Dari penggalian serta konseptual desain dapat dinyatakan atau

digambarkan suatu struktur fungsi berupa fungsi keseluruhan dan sub-sub fungsi /

fungsi utama yang didasarkan pada aliran energi, material atau signal dengan

menggunakan diagram blok. Diagram blok dan untuk fungsi keseluruhan dan sub-

fungsi dapat dilihat pada gambar 3.1 di bawah ini.

Gambar 3.1 Diagram Blok Fungsi Keseluruhan

Gambar diatas menjelaskan aliran fungsi energi pada Anemometer,

dimana inputan dari energi angin/ pergerakan angin diubah menjadi tampilan data

dan grafik. Seperti dijelaskan pada gambar 3.2 pada sistem Anemometer terdapat

Pergerakan

Angin

Sensor

Optocoupler

Mikrokontroler

Arduino Uno

PC Tampilan Data

dan Grafik

39

beberapa sub-fungsi aliran energi yang kemudian akan menghasilkan prinsip kerja

Anemometer.

Gambar 3.2 Aliran Energi pada Diagram Blok Fungsi

3.1.4 Prinsip Kerja

Prinsip kerja dari alat ukur yang dibuat hampir sama dengan Anemometer

yang ada di lapangan ataupun Anemometer yang terdapat pada laboratorium.

Ketika ada angin, maka baling-baling (kipas) akan berputar, karena memiliki

pengarah angin, jadi bisa menyesuaikan arah anginnya. Selain mengarah pada satu

arah yang sama, baling-baling (kipas) juga terbuat dari bahan plastik yang ringan.

Baling-baling ini berjumlah 6 buah dan memiliki jumlah celah 6 buah. Prinsipnya

jika baling-baling berputar maka akan melewati sensor Ouptocopler. Sensor

kemudian mencacah putaran baling-baling (kipas). Keluaran dari sensor ini adalah

berupa nilai data yang kemudian di konversi melalui Mikrokontroler Arduino Uno

Tranduser

(sensor)

Pengkondisi

Sinyal/ Arduino

Perangkat

Analisis Data

Software

Display

Data dan

Grafik

Personal

Computer

Pergerakan

Angin Perangkat

Akuisisi Data

Kabel Serial

40

ATmega328, sehingga keluarannya dalam satuan RPM, yang kemudian

dikonversi lagi untuk menetukan kecepatan angin dalam satuan m/s.

Gambar 3.3 Prinsip Kerja Anemometer Berbasis Akuisisi Data

3.1.5 Kombinasi dan Susunan Konsep

Jika ditabelkan sub-fungsi akan terlihat sebagai berikut:

Tabel 3.2 Kombinasi sub-fungsi yang didasarkan pada diagram blok sub-fungsi

No

Prinsip Solusi/ Sub

Fungsi

1 2 3

1 Pengendali Manusia

2 Energi Angin

Angin

Kipas

Baca Sensor

Arduino Uno ATmega328

Simpan Data/ PC

Selesai

41

3 Tranduser Optocoupler

4 Pemrosesan data Arduino Nano Arduino Uno

5 Tipe baling-baling Kipas

Cup

(mangkok)

6

Alur penghubung

kabel agar bisa

berputar

PCB alur

lingkaran

Alumunium

berbentuk

cincin

7

Perangkat akuisisi

data

Personal

Computer (PC)

LCD

42

8

Aplikasi pembuatan

program

Arduino IDE CV-AVR

9

Aplikasi penampil

data

Arduino IDE

Microsoft

Excel

10

Aplikasi

penyimpanan data

Arduino IDE

Microsoft

Excel

Dari tabel hasil identifikasi masalah akan terlihat berbagai kemungkinan

kombinasi sub-fungsi yang mungkin untuk digunakan. Pemilihan masing-masing

alternatif didasarkan pada evaluasi teknik dan ekonomi (Riadi, Muhammad

Sugeng, 2009).

3.1.6 Pemilihan Konsep Varian

Dalam pembuatan konsep varian harus memperhatikan segi teknik dan

ekonominya. Pemilihan konsep varian dilakukan untuk pengerjaan model dan

menentukan unjuk kerja secara kuantitatif (Riadi, Muhammad Sugeng,

2009). Dari tabel 3.2 didapatkan hasil varian sebagai berikut:

43

Varian = 1-1, 2-1, 3-1, 4-2, 5-1, 6-2, 7-1, 8-1, 9-2, 10-2

3.2 Desain Perangkat Keras

Dari identifikasi, kombinasi, serta evaluasi masalah di atas maka dapat

ditentukan layout awal Anemometer pada gambar 3.4. Desain perangkat keras

dari alat ukur ada 2 yaitu desain rangkaian elektronika pembangun sistem dan

desain mekanik alat ukur. Desain rangkaian elektronika dari alat ukur membahas

tentang alur rangakaian serta komponen-komponen apa saja yang digunakan

dalam pembuatan sistem.

Gambar 3.4 Layout Anemometer Berbasis Akuisisi Data

44

Keterangan gambar:

1. Baut pacer penumpu kipas

2. Sensor Optocoupler

3. Braket penghubung kabel

4. Pengarah angin

5. Kipas Anemometer

6. Alumunium cincin penghubung kabel

7. Piringan sebagai tumpuan cincin

8. Baut penghubung kabel

9. Poros dan bantalan lengkap yang bisa berputar bebas

10. Box elektronika

11. Lampu indikator biru

12. Lampu indikator hijau

13. Shok pipa PVC

14. Pipa PVC 1/2 inch

15. Lubang kabel sensor dan kabel serial

Pada gambar 3.4 dapat dilihat desain alat secara keseluruhan yang

sebenarnya terdiri dari dua bagian. Bagian pertama adalah bagian sistem mekanik

alat ukur yang terdiri dari baling-baling (kipas) dengan tiang penyangga beserta

dudukannya yang terbuat dari pipa PVC ½ inch. Pada badan tiang penyangga

dipasang sebuah mekanik yang berentuk cincin yang berfungsi untuk

menghubungkan kabel sensor ke Arduino lewat mekanik dari bahan alumunium

yang sudah dibuat sesuai dengan posisi jarak antara kabel penghubung dan di

samping kipas juga dipasangkan rangkaian sensor Optocoupler yang berfungsi

45

sebagai tranduser. Bagian kedua box atau kotak yang berfungsi untuk meletakkan

rangkaian elektronika pembangun sistem, yang terdiri dari kabel sensor, Arduino

dan sambungan USB.

3.2.1 Desain Mekanik Baling-baling

Baling-baling (kipas) berfungsi untuk mendeteksi pergerakan

angin. Pada saat angin melewati baling-baling (kipas) dan yang

dihubungkan dengan sensor Optocoupler maka sensor akan menangkap

sinyal. Optocoupler berfungsi sebagai tranduser yang menentukan hasil

pembacaan pengukuran dari berputarnya baling baling (kipas). Dengan

menggunakan rangkaian terpadu yang terdiri dari fototransistor dan LED

(Light Emiting Diode) dihubungkan pada baling-baling (kipas) yang

memiliki counter / lubang yang berlogika 0 dan 1 yang dibaca oleh sensor

untuk mendapatkan kecepatan angin. Desain dari baling-baling dan sensor

Optocoupler dapat dilihat pada gambar 3.5 di bawah ini.

Gambar 3.5 Desain Kipas dan Sensor Ouptocoupler

46

Sensor Optocopler adalah sensor yang digunakan untuk mencacah

putaran baling-baling (kipas) untuk mendapatkan nilai putaran RPM

(Revolutions Per Minute) dari baling-baling kipas untuk selanjutnya

menentukan kecepatan angin. Misalkan dari hasil pengukuran didapatkan

data sebagai berikut:

- Jumlah hasil lubang yang terbaca satu periode adalah 200 lubang

- Radius baling baling adalah 10.5 mm

- Jumlah celah counter adalah 6 lubang

Berdasarkan persamaan,

𝒏 = 𝑱𝑯

𝑱𝑪 𝒙 𝟔𝟎 (3.1)

Dimana: 𝑛 = puataran (rpm)

JH = Jumlah hasil lubang yang terbaca,

JC = Jumlah celah counter

Maka hasil penghitungannya adalah sebagai berikut:

𝑛 = 200

6 𝑥 60

= 33.33 x 60

= 2000 rpm

Selanjutnya adalah menentukan kecepatan, dalam menentukan

kecepatan harus diketahui kecepatan sudut dari suatu benda/ lingkaran

kipas Anemometer. Untuk mendapatkan hasil kecepatan sudut baling-

baling menggunakan persamaan:

𝝎 = 𝟐 𝝅 𝒇 (3.2)

Dimana: 𝜔 = kecepatan sudut (rad/s)

𝜋 = 22/7 atau 3.14

47

f = 𝑛

𝑡 (rps)

maka, 𝜔 = 2 𝜋 f

= 2 x 3.14 x (2000

60)

= 209.33

Jadi, kecepatan yang dihasilkan adalah sebagai berikut:

V = 𝝎 𝒓 (3.3)

Dimana: 𝜔 = kecepatan sudut (rad/s)

𝜋 = 22/7 atau 3.14

f = 𝑛

𝑡 (rps)

r = jari-jari (m)

maka, V = 𝜔 r

= 209.33 x 0.0105

= 2.198 m/s ≈ 2.2 m/s

Jika kecepatan diketahui, tapi tidak ada RPM. Maka putaran dapat

diketahui dengan cara kebalikan kalkulasi diatas.

3.2.2 Desain Pengarah Angin

Pengarah Angin digunakan sebagai pengarah pergerakan angin

yang berfungsi untuk menyesuaikan pergerakan arah angin. Pengarah ini

menjadi komponen yang diperlukan agar kipas bisa berputar dan

menyesuaikan arah pergerakan dari angin. Desain pengarah angin dapat

dilihat pada gambar 3.6 di bawah ini.

48

Gambar 3.6 Desain Pengarah Angin

3.2.3 Desain Penyangga dan Penghubung Kabel

Komponen ini disusun agar dapat memberikan penyesuaian antara

kabel sensor yang akan dihubungkan ke box rangkaian elektronika

pembangun sistem. Dibagian penyangga terdapat 3 buah mur dan baut

berukuran 5 mm sebanyak 3 buah yang berhubungan dengan kabel. Desain

penyangga dapat dilihat pada gambar 3.7 di bawah ini.

Gambar 3.7 Penyangga dan Penghubung Kabel

49

3.2.4 Desain Poros Penyangga dan Penghubungnya

Poros penyangga ini menggunakan pipa PVC ½ inch dan

dihubungkan pada poros yang memiliki bantalan lengkap serta covernya.

Poros ini berfungsi sebagai penggerak agar dapat berputar 360 derajat. Di

atas nya poros terdapat piringan fiber yang berhubungan dengan baut

pacer dan sebagai penumpu 3 buah cincin dari alumunium untuk

terhubung ke kabel penghubung yang menghubungkan ke box rangkaian

elektronika pembangun sistem. Poros ini telah didesain sedemikian rupa

sehingga poros bisa berputar bebas mengikuti arah angin. Desain Poros

penyangga dapat dilihat pada gambar 3.8 di bawah ini.

50

Gambar 3.8 Poros Penyangga dan Penghubungnya

3.2.5 Perhitungan Gaya Angin

Anemometer yang dirancang memiliki pengarah angin yang

berbentuk trapesium, maka untuk mengetahui gaya angin yang mengenai

papan pengarah angin perlu dilakukan perhitungan.

51

Data yang diketahui sebagai berikut:

- Kecepatan angin (v) = 20 m/s

- Massa jenis udara (kg/𝑚3) = 1,2 kg/𝑚3

Mencari Gaya Angin

Dalam menentukan gaya angin dari kecepatan angin pada Anemometer,

maka akan digunakan persamaan berikut:

Fw = 𝝆 𝒗𝟐 A (3.4)

Dimana: Fw = Gaya angin (N)

Pd = Tekanan Dinamik (Pa)

𝜌 = Massa jenis udara (kg/𝑚3)

𝑣 = Kecepatan angin (m/s)

A = Luas area (𝑚2)

Luas penampang (A) pengarah angin, sebagai berikut:

Gambar 3.9 Batang dan Papan Pengarah Angin

52

Dalam menghitung luas batang pengarah angin menggunakan

persamaan sebagai berikut:

𝑨 = 𝝅𝒓𝟐 + 𝟐 𝝅 𝒓 𝒕 (3.5)

A = 22/7 x (0,0025)2 + 2 x 22/7 x 0,0025 x 0,151

A = 2,3903 x 10−3 𝑚2

Untuk papan pengarah angin dapat dihitung luasasn (A) sebagai

berikut, karena papan pengarah berbentuk trapesium namun ada kombinasi

dengan persegi panjang. Maka dapat dihitung dengan menggunakan

persamaan sebagai berikut:

A1 = p x l (3.6)

= 0,11 x 0,01488

= 1,6368 x 10−3 𝑚2

A2 = (Pa + Pb) x (t/2) (3.7)

= (0,11 + 0,04506) x (0,03/2)

= 2,3259 x 10−3 𝑚2

Sehingga didapatkan luas Penampang (A) total:

(A) total = 2,3903 + 1,6368 + 2,3259

= 6,353025 x 10−3 𝑚2

53

Jadi, untuk mencari gaya angin (Fw) adalah:

Fw = 𝝆 𝒗𝟐 A

= 1,2 x (202) x 6,353025 x 10−3

= 1,2 x 400 x 6,353025 x 10−3

= 3,048 N

Dari hasil perhitungan didapatkan gaya angin (Fw) adalah 3,048 N.

3.2.6 Perhitungan Poros

Dalam perhitungan poros pejal, data yang diketahui adalah sebagai berikut:

Momen yang terjadi pada poros

Momen yang terjadi pada poros jika jaraknya (x) adalah 0,03 m dapat

dilihat pada gambar 3.14 sebagai berikut:

Gambar 3.10 Gambar Poros yang Terjadi Momen dan Torsi

54

M = 0

M = F . x ; F adalah gaya angin (3.8)

M = 3,048 N x 0,03 m

= 0,0914 N-m

Jika diketahui vektor dari axis putaran ke titik dimana gaya bekerja

(r), jarak r nilainya adalah 0,075 m maka torsi yang terjadi pada poros

menggunakan persamaan sebagai berikut:

T = F . r (3.9)

= 3,048 N x 0,075 m

= 0,2286 N-m

Equivalent Twisting Moment (Te) adalah sebagai berikut:

Te = √𝑴𝒂𝟐 + 𝑻𝟐 (3.10)

= √(0,0914)2 + (0,2286)2

= √0,06061192

= 0,2426 N-m = 0,0251 Kg-m = 25,1 Kg-mm

Dalam perencanaan poros bahan yang digunakan adalah Baja

karbon konstruksi mesin tipe (JIS G4501) S30C, Jika diketahui tegangan

geser (𝝉) yang diasumsikan adalah ½ dari tegangan tarik. Tegangan

tariknya adalah 48 Kg-mm (Sularso, 2004). Maka untuk menentukan

diameter poros jika ditinjau dari (Te) sebagai berikut:

Te = 𝝅

𝟏𝟔 𝒙 𝝉 𝒙 𝒅𝟑 (3.11)

25,1 = 3,14/16 x 24 x 𝑑3

𝑑3 = 25,1 x 16

3,14 𝑥 24

𝑑3 = 5,329

55

d = 1,75 mm ≈ 𝑑 = 2 𝑚𝑚

∴ Jadi diameter porosnya adalah 2 mm

3.2.7 Desain Box Elekronika

Box elektonika terdiri dari mikrokontroler Arduino dan rangkaian

kabel sensor. Dibagian box belakang terdapat 2 lampu warna hijau dan

biru sebagai indikator lampu Rx dan Tx. Lampu yang digunakan sebagai

indikator adalah lampu LED. LED atau Light Emitting Diode, adalah salah

satu jenis dioda maka LED memiliki dua kutub yaitu anoda dan katoda.

Dalam hal ini LED akan menyala bila ada arus listrik mengalir dari anoda

menuju katoda (Yudi, 2015). Apabila arus yang mengalir melebihi 20 mA

maka LED akan terbakar, oleh karena diperlukan resistor yang digunakan

sebagai penghambat arus. Desain box dapat dilihat pada gambar 3.11 di

bawah ini. Tegangan kerja atau voltage yang terjadi pada sebuah LED

berbeda-beda, menurut warna yang dihasilkan adalah sebagai berikut:

a. Infra merah : 1,6 V

b. Merah : 1,8 V – 2,1 V

c. Oranye : 2,2 V

d. Kuning : 2,4 V

e. Hijau : 2,6 V

f. Biru : 3,0 V – 3,5 V

g. Putih : 3,0 – 3,6 V

h. Ultraviolet : 3,5 V

56

Mengacu data di atas, maka Apabila ingin mencari nilai resistor

pada LED dapat digunakan rumus berikut:

𝑹 =𝑽𝒔−𝑽𝒅

𝑰 (3.12)

(Yudi, 2015).

Keterangan:

R = Resistor (Ohm)

I = Arus LED (A)

Vs = Tegangan sumber (5 Volt Arduino)

Vd = Tegangan kerja LED (volt)

Resistor yang digunakan lampu LED adalah:

LED Warna Hijau

𝑅 =𝑉𝑠−𝑉𝑑

𝐼

Dimana:

I = Arus LED (20 mili Ampere = 0,02 Ampere (karena 1000 mili

Ampere = 1 Ampere)

Vs = Tegangan sumber (5 Volt Arduino)

Vd = Tegangan kerja LED Biru (2,6 Volt)

𝑅 =5 𝑉−2,6 𝑉

0,02 𝐴

= 120 Ohm

57

LED Warna Biru

𝑅 =𝑉𝑠−𝑉𝑑

𝐼

Dimana:

I = Arus LED (20 mili Ampere = 0,02 Ampere (karena 1000 mili

Ampere = 1 Ampere)

Vs = Tegangan sumber (5 Volt Arduino)

Vd = Tegangan kerja LED Biru (3,0 Volt

𝑅 =5 𝑉−3,0 𝑉

0,02 𝐴

= 100 Ohm

Gambar 3.11 Box Elektronika Pembangun Sistem

3.2.8 Rangkaian Elektronika

Menggunakan sumber tegangan +5V dari Arduino Uno

ATmega328 serta menggunakan komunikasi Serial sebagai interface

58

dengan Mikrokontroler. Baudrate yang digunakan adalah 9600 bps

(Utomo, 2017).

Gambar 3.12 Rangkaian Elektronika Alat (Software Proteus 8 Professional)

3.3 Desain Perangkat Lunak

Perangkat lunak ini berfungsi untuk memberikan instruksi dan

menjalankan perangkat lunak berkaitan dengan kinerja perangkat keras. Gambar

3.13 menunjukkkan Flowchart program keseluruhan.

Gambar 3.13 Flowchart Program Keseluruhan

Mulai

Inisialisasi

Baca Sensor

Pemrograman Mikrokontroler

Arduino

Simpan Data

Selesai

59

Gambar 3.13 merupakan diagram alir pemograman alat ukur kecepatan

angin berbasis akuisisi data. Proses yang pertama dalam pemograman adalah

proses inisialisasi mikrokontroler Arduino yang digunakan kemudian dilanjutkan

dengan pembacaan sensor serta pengolahan hasil pembacaan sensor oleh

mikrokontroler Arduino dan hasil akan ditampilkan pada PC (Personal Computer)

dengan tampilan nilai dan grafik melalui aplikasi Microsoft Excel.

3.3.1 Alur Pemrograman

Alur pemrograman dimulai dari inisialisasi komunikasi serial pada

port dan baudrate yang berada pada komputer. Baudrate yang digunakan

adalah 9600 bps. Inisialisasi ini digunakan untuk menghubungkan port

Arduino ke komputer agar dapat mengirim dan menerima data. Inisialisasi

dan pemrogaman dilakukan pada Arduino IDE. Alur program nya adalah

sebagai berikut :

const float pi = 3.14159265; // pi int period = 370; // Untuk Pengukuran int delaytime = 370; // Waktu antara Sample

int radius = 10.5; // (mm) int jml_celah = 6; // jumlah celah sensor

void setup() { // Set the pins pinMode(2, INPUT);

digitalWrite(2, HIGH); Serial.begin(9600); Serial.println("CLEARDATA"); Serial.println("LABEL,Computer time,Sample,Tachometer (RPM),Speed Wind (m/s)"); } void loop() {

Sample++; Serial.print("DATA,TIME,"); Serial.print(Sample); Serial.print(", "); windvelocity(); RPMcalc(); Serial.print(RPM); Serial.print(", ");

60

WindSpeed(); Serial.print(speedwind);

Serial.println(); }

void windvelocity() { speedwind = 0; counter = 0; attachInterrupt(0, addcount, CHANGE);

unsigned long millis(); long startTime = millis(); while(millis() < startTime + period) {} detachInterrupt(1); }

void RPMcalc() {

RPM=((counter/jml_celah)*60); // (RPM) } void WindSpeed() { speedwind = ((2 * pi * radio * ((counter/jml_celah)*60)) / 60) / 1000; // Calculate speed

on m/s }

void addcount() { counter++; }

Dari program diatas dapat dijelaskan bahwa pembuatan program

diawali dengan beberapa bagian yaitu:

1. Definisi

Bagian ini digunakan untuk mendefinisikan angka-angka

dari setiap istilah seperti; pi, periode, delaytime, radius,

jumlah celah. Pemberian angka ini disesuaikan dengan

ukuran ukuran alat dan rumus.

2. Definisi Variabel

Bagian ini digunakan untuk menuliskan variabel-variabel

yang akan di ukur.

61

3. Void setup ()

Bagian ini digunakan dan dipanggil satu kali ketika

program pertama kali dijalankan. Fungsi setup digunakan

untuk mendefinisikan mode pin atau melalui komunikasi

serial. Fungsi setup() harus disertakan dalam program

walaupun tidak ada statement yang dijalankan.

4. Void loop()

Setelah fungsi setup() maka program secara otomatis akan

melakukan fungsi loop() secara berurutan dan melakukan

instruksi-instruksi yang ada dalam fungsi loop(). Instruksi

setelah void loop itu termasuk void yang berada di bawah

nya void loop. Pada bagian ini yang digunakan untuk

pembacaan sensor dengan sample yang berulang-ulang.

5. Proses Verify dan Upload Program

Proses verify merupakan proses pengecekan program, jika

ada program yang salah maka secara otomatis proses akan

menunjukkan error dan perlu perbaikan program. Proses

Upload merupakan proses setelah program terverify untuk

diupload pada port Arduino Uno ATmega328.

3.3.2 Pengukuran Anemometer

Pengolahan data dari pengukuran ini yaitu untuk mengetahui

persen kesalahan, ketepatan (accuracy) dan ketelitian (precision) dalam

pengukuran, untuk mengetahui hal tersebut dari alat ukur hal pertama yang

62

harus di cari yaitu persen kesalahan, rumus dari persen kesalahan dapat

dilihat pada persamaan 3.5:

(%) error = 𝒀𝒏−𝑿𝒏

𝒀𝒏 𝒙 𝟏𝟎𝟎% (3.13)

dimana : Yn = Nilai alat ukur standar, dan

Xn = Nilai terbaca pada Anemometer yang dibuat

Hasil pengukuran dinyatakan dalam 𝑿 ± 𝐒𝐃 kemudian dapat

ditentukan nilai rata-rata, standar deviasi, akurasi dan presisi serta

pelaporan hasil pengukuran. Nilai rata-rata pengukuran dinyatakan dengan

Persamaan 3.6:

𝑿 ̅= 𝟏

𝒏∑ 𝑿𝒏𝒏

𝒏=𝟏 (3.14)

Xn adalah nilai dari data ke-n dan n adalah jumlah total

pengukuran. Presisi (% R) dari pengukuran dapat diekspresikan dalam

bentuk matematika pada Persamaan 3.7:

(%) R = 𝑯𝒂𝒔𝒊𝒍 𝑷𝒆𝒏𝒈𝒖𝒌𝒖𝒓𝒂𝒏 (𝑺𝒕𝒂𝒏𝒅𝒂𝒓)

𝑯𝒂𝒔𝒊𝒍 𝑷𝒆𝒏𝒈𝒖𝒌𝒖𝒓𝒂𝒏 (𝑨𝒍𝒂𝒕 𝑼𝒌𝒖𝒓) x 100 % (3.15)

Xn adalah nilai dari data ke-n dan n adalah jumlah total

pengukuran.Untuk mengukur Standar Deviasi (SD) dapat digunakan

Persamaan 3.8:

𝑺𝑫 = √𝒏 ∑ 𝒙𝒊

𝟐−(∑ 𝒙𝒊)𝟐

𝒏(𝒏−𝟏) (3.16)

63

Dari hasil pengukuran dapat dilihat seberapa besar Precision

pengukuran. Presisi biasanya dinyatakan dalam nilai Koefisien Variasi (%

KV) Persamaan 3.9:

(%)𝑲𝑽 = 𝑺𝑫

𝑿 ̅ x 100% (3.17)

(Nurfitriza, dkk, 2015).

3.4 Proses Pengerjaan

3.4.1 Alat yang Digunakan

1. Anemometer Wine Speed Air Velocity

2. Solder

3. Lem Tembak

4. Lem G

5. Obeng (-) & (+)

6. Tang

7. Kunci Pas 6 mm

8. Gunting

9. Bor

10. Gergaji Besi

11. Cutter

3.4.2 Bahan yang Digunakan

1. Sensor Optocoupler : 1 buah

2. Arduino Uno ATmega328 : 1 buah

64

3. Kabel Serial : 1 buah

4. Kabel Jumper (male and female) : 3 buah

5. Lampu LED (biru dan hijau) : 1 buah

6. Timah : 1 m

7. Isi Lem Tembak : 3 buah

8. Akrilik Bening : 10 m x 20 m

9. Penyangga dan pengarah angin : 1 buah

10. Pipa PVC ½ inch : 1 rol

11. Sambungan Pipa PVC : 1 buah

12. Pelat Alumunium Penyangga : 1 buah

13. Dinamo DC : 1 buah

14. Alumunium batangan : 1 buah

15. Baut Pacer : 5 buah

16. Baut 6 mm : 7 buah

17. Box Rangkaian Arduino : 1 buah

3.4.3 Proses Mekanik Alat

a. Pengerjan Kipas dan Sensor

Pengerjaan kipas dan sensor ini meliputi hal-hal sebagai

berikut:

1. Kipas yang digunakan adalah kipas dari Anemometer Wind

Speed Air Velocity

2. Sensor Optocoupler dipasang pada bagian kipas dengan

posisi sensor menghadap vertikal ke atas

65

3. Pemasangan menggunakan metode pengeleman pada

bagian yang akan dipasang

4. Pada sensor dilindungi sebuah fiber tipis yang di pasang

dan dengan menggunakan baut 5 mm agar sensor terhindar

dari panas dan hujan

Hasil pemasangan dapat dilihat pada gambar 3.14 di bawah ini.

Gambar 3.14 Kipas dan Sensor Optocoupler

b. Pengerjan Pengarah Angin

Dalam pembuatan pengarah angin kita menggunakan

Akrilik bening dan sebuah batang yang terbuat dari plastik yang

sudah dimodifikasi. Pengarah angin dapat dilihat pada gambar 3.15

di bawah ini.

66

Gambar 3.15 Pengarah Angin

c. Pengerjaan Penyangga dan Penghubung Kabel

Proses ini meliputi beberapa penegerjaan yaitu sebagai berikut:

1. Braket L yang digunakan berukuran 55 mm dan 80 mm

dengan tebal 5 mm

2. Pengeboran braket L ini berdiameter sesuai dengan lebar

pipa PVC ½ inch

3. Braket L yang kedua terbuat dari Akrilik bening yang

sudah di potong dengan ukuran 30 mm x 38 mm dengan

tebal 3 mm.

4. Pengeboran braket L ini dengan diameter mata bor 3 mm

untuk pemasangan baut pengikat

5. Pemasangan 3 baut dan mur yang menghubungkan kabel

sensor ke box elektronika dengan ukuran baut 5 mm.

Sebelum pemasangan baut sisi L baut di buat lobang

menggunakan bor dengan diameter 3 mm.

67

6. Pada 3 baut dan mur diberikan kawat tipis yang bisa dialiri

listrik. Kawat ini dipasang pada masing-masing baut yang

terhubung ke cincin lingkaran dari yang menghubungkan

kabel

7. Setelah selesai pemasangan baut dan mur kemudian di beri

pelindung yaitu menggunakan lem tembak.

Hasil dari pembuatan penyangga dan penghubung kabel

diunjukkan dengan gambar panah berwarna merah pada gambar

3.16 di bawah ini.

Gambar 3.16 Penyangga dan Penghubung Kabel

d. Pengerjaan Poros Penyangga dan Penghubungnya

Pada proses pengerjaan ini poros penyangga adalah sebagai berikut:

1. Potong pipa PVC ½ inch dengan menggunakan gergaji besi

2. Pasang poros yang bisa berputar bebas yang telah didesain

sedemikian rupa dibagian atas lubang pipa dengan

menggunakan pengeleman

3. Pasang piringan yang diatasnya terdapat susunan cincin

alumunium berukuran 5mm dengan diameter 10 mm dan

68

tebal 2 mm sebagai penghubung kabel sensor. Susunan dari

cicncin diberi jarak 2 mm agar tidak terhubung sehingga

tidak meyebabkan hubungan arus singkat

4. Dalam susunan cincin di dalamnya terdapat baut pacer yang

akan terhubung ke kipas anemometer

Hasil dari pengerjaan ini dapat dilihat pada gambar 3.17 di bawah

ini.

Gambar 3.17 Poros Penyangga dan Penghubungnya

69

e. Proses Pengerjaan Box Elektronika

Box elektronika ini menggunakan bahan dari plastik tebal

dan kaku dengan ketebalan 2 mm. Box ini bisa dilepas dan

dipasang kembali karena memiliki tutup. Di dalam box terdapatt

rangkaian elektonika yang terdiri dari port Arduino Uno

ATmega328, kabel serial, kabel Sensor dan kabel lampu serta

rangkaian elektonika lainnya. Pemasangan Arduino dan lampu

adalah sebagai berikut:

1. Siapkan 4 baut pacer berukuran 5 mm, dan pembuatan

lubang pada box ada 6 lubang. Lubang yang berjumlang 4

di bor pada posisi persegi sesuai lubang baut yang terdapat

pada Arduino. Untuk 2 lubang selanjutnya digunakan

sebagai lubang lampu Rx dan Tx. Lubang pada box ini

berukuran 3 mm.

2. Selanjutnya lubang kabel serial dan kabel sensor sebesar 12

mm berjumlah 1 buah

3. Pemasangan port Arduino penempatannya sesuai dengan 4

baut tadi, karena menyesuaikan lubang baut yang dimiliki

port Arduino.

4. Memasang lampu LED pada 2 lubang serta rangkaian kabel

beserta resistornya

5. Kabel sensor yang berjumlah 3 dihubungkan masing-

masing pada pin 2 I/O sebagai Digital Output, pin 5 v dan

pin GND.

70

6. Sedangkan kabel lampu LED dipasang pada pin Rx dan

GND. Lampu LED yang kedua dipasang pada pin Tx dan

GND.

Bagian dalam box elektronika dapat diihat pada gambar 3.18

sedangkan lampu Rx dan Tx dapat dilihat pada gambar 3.19 di

bawah ini.

Gambar 3.18 Bagian Dalam Box Elektronika

Gambar 3.19 Box Lampu Rx dan Tx

71

3.3.4 Proses Perangkat Lunak

Pada Arduino IDE hasil pembacaan sensor dapat dilihat

dengan menggunakan angka dan grafik. Pembacaan dapat dilihat

pada serial monitor Arduino IDE. Hasil data dari serial monitor

dapat dilihat pada gambar 3.20 dan hasil serial plotter dapat dilihat

pada gambar 3.21 di bawah ini.

Gambar 3.20 Hasil Serial Monitor Arduino IDE

Pada gambar 3.20 di atas menunjukkan contoh hasil capture

pengukuran yang ditampilkan pada serial monitor Arduino IDE

72

Gambar 3.21 Hasil Plotter Arduino IDE

Pada gambar 3.21 di atas merupakan contoh hasil capture hasil

plotter dari software Arduino IDE, yang dimana sumbu horizontal

menunjukkan nomer sample dan sumbu vertikal menunjukkan hasil dari

parameter pengukuran.

3.3.5 Akuisisi Data dan Pengarsipan Hasil Data

Microsof Excel adalah aplikasi untuk penyimpanan hasil data

secara realtime dan akan bisa tersimpan dalam bentuk data dan grafik

dengan menggunakan PLX-DAQ. PLX-DAQ adalah software yang

digunakan penulis untuk mencatat data serial yang dikirim oleh Arduino

Uno ke komputer. Berikut contoh format data serial yang dikirimkan agar

PLX-DAQ mencatat data di Microsoft Excel sesuai keinginan. Untuk

memakainya pertama-tama harus menentukan port dan baudrate yang akan

digunakan, port dan baudrate ini harus dicocokkan dengan port dan

baudrate pada program PLX-DAQ, sebagai contoh jika pada Arduino Uno

73

dikonfigurasi pada port 3 dan baudrate dengan nilai 9600, maka pada

software PLX-DAQ juga harus menggunakan baudrate yang sama.

Gambar 3.22 Baudrate dan Port

Label digunakan untuk menentukan header pada kolom, untuk

pindah ke kolom selanjutnya digunakan tanda koma (,) sebagai contoh

ketika ingin menulis waktu pada kolom pertama, sampel pada kolom

kedua, RPM di kolom ketiga dan kecepatan pada kolom keempat, maka

penulisannya adalah sebagai berikut: Serial.println (“LABEL, DATE,TIME, Sample,

Tachometer (RPM), Speed Wind (m/s)”); dari kode tersebut maka akan didapat hasil

pada gambar 3.23 di bawah ini.

74

Gambar 3.23 Tampilan Hasil Grafik dan Data

Untuk penulisan data, digunakan DATA, TIME, setelah itu dilanjutkan

dengan print serial data yang diinginkan sesuai dengan headernya. Waktu

akan selalu muncul di depan, barulah setelah itu data-data yang lainnya,

sebagai contoh jika menggunakan label seperti diatas sebagai contoh, kita

menggunakan header diatas, maka penulisan kodenya adalah sebagai

berikut: Serial.print("DATA,TIME,"); Serial.print(Sample); Serial.print(","); Serial.print(RPM);

Serial.print(","); Serial.print(speedwind); Serial.println(); Tanda (,) digunakan untuk

pindah ke kolom selanjutnya pada baris yang sama, sedangkan Serial.println

digunakan sebagai penanda bahwa baris tersebut cukup sampai disitu dan

pindah ke baris selanjutnya.

3.3.6 Finishing

Finishing merupakan proses terakhir dalam urutan proses

pembuatan alat. Proses finishing meliputi perbaikan bagian-bagian

komponen yang belum sempurna, penghalusan, dan pembersihan dari

kotoran. Setelah komponen semua telah selesai dikerjakan, kemudian

75

komponen-komponen tersebut dirakit menjadi Anemometer sesuai dengan

designnya. Adapun urutan cara merakitnya adalah sebagai berikut:

1. Pemasangan kipas dan sensor pada tiang penyangga

2. Pemasangan pengarah angin pada bagian paling atas kipas

Anemometer

3. Pemasangan penyangga dan penghubung kabel pada poros

penyangga

4. Mengatur penghubung kabel agar sesuai dengan

penghubungnya

5. Pemasangan poros penyannga pada box elektronika, yang

terdiri dari Arduino, kabel serial, kabel sensor, resistor dan

lampu Rx dan Tx

6. Menghubungkan kabel serial ke komputer

Setelah alat selesai seperti gambar 3.24, maka alat siap untuk di uji

kemampuannya.

Gambar 3.24 Anemometer Berbasis Akuisisi Data