pada pengembangan sensor getaran berbasis mems ...repository.ub.ac.id/5172/1/purwantho, ahmad bayyin...

vii

ABSTRAK

Pada pengembangan sensor getaran berbasis MEMS

Accelerometer terdapat beberapa permasalahan, salah satunya adalah

permasalahan noise. Pada penelitian ini telah dikembangkan teknik

reduksi noise pada sensor MEMS Acceleromoter MMA7361L dengan

cara mengimplementasikan prinsip pengurangan LSB. Pengurangan

LSB sendiri merupakan metode pengolahan data ADC dengan cara

mengurangi nilai ADC di bagian bit rendahnya. Pengurangan LSB

dilakukan sebesar 16 level LSB, 64 level LSB, dan 32 level LSB pada

sensor MEMS Accelerometer yang dikuatakn 10 kali, 100 kali, dan

1000 kali. Dalam implementasinya, metode penguatan sensor dibuat

dengan dua cara, pertama dikuatkan 10 kali kemudian diabaca oleh

ADC dan konversi ke bentuk analog lagi dengan DAC dan dikuatkan

lagi sebesar 10 kali atau 100 kali. Sehingga total penguatanya adalah

100 kali atau 1000 kali. Cara kedua, sensor langsung dikuatkan 100

kali atau 1000. Hasil pengujian menunjukan bahwa teknik reduksi

noise dengan metode yang ditawarkan terbukti mampu mereduksi

noise dengan sangat signifikan pada sinyal getaran. Untuk penguatan

100 kali, hasil yang paling baik adalah kombinasi pengurangan LSB

32 level dengan penguatan langsung dari MEMS tanpa menggunakan

penguatan setelah DAC. Untuk penguatan 1000 kali hasil yang paling

baik adalah kombinasi pengurangan LSB 64 level menggunakan

konfigurasi penguatan awal 100 kali, dan penguatan 10 kali setelah

DAC. Berdasarkan data yang ada, teknik reduksi noise ini memiliki

sedikit kekurangan yaitu timbulnya cacat penyeberangan, sehingga

perlu untuk dipikirkan cara perbaikanya.

Kata kunci: Reduksi noise, LSB, MEMS Accelerometer,

ADC,DAC

ix

NOISE REDUCTION TECHNIQUE ON THE MEMS

ACCELEROMETER SENSOR MMA7361L BY USING

PRINCIPLES OF LSB LEVELS EXCISION

ABSTRACT

In the development of vibration sensor based on MEMS Accelerometer there are some problems, one of them is noise problem.

In this research has been developed noise reduction techniques on

MEMS Acceleromer MMA7361L sensor by implementing LSB

excision principle. LSB excision itself is an ADC data processing

method by reducing the ADC value in the low bit part. LSB reductions

were performed at 16 LSB levels, 32 LSB levels, and 64 LSB levels

on the MEMS Accelerometer sensor that were gained by 10 times, 100

times and 1000 times. In the implementation, the sensor amplification

method is made in two ways, first amplified 10 times then red by ADC

and conversion to analog form again with DAC and amplified 10 times

or 100 times. So the total of amplification is 100 times or 1000 times.

The second way, sensor amplified 100 times or 1000 times directly.

Result of the test show that offered method of noise reduction

techniques proved capable to reduce noise with a very significant on

the vibration signal. For 100 times reinforcement, the best result is a

32 level LSB excision combination with direct amplification of

MEMS without using amplification after DAC. For a gain of 1000

times the best result is a 64-level LSB reduction combination using

the initial gain configuration 100 times, and a gain of 10 times after

the DAC. Based on the existing data, this noise reduction technique

has a slight deficiency that is defect of crossover distortion, so it is

necessary to think about how to fix it.

Keywords: noise reduction, LSB, MEMS Accelerometer,

ADC,DAC

TEKNIK REDUKSI NOISE PADA SENSOR MEMS

ACCELEROMETER MMA7361L MENGGUNAKAN PRINSIP

PENGURANGAN LEVEL LSB

SKRIPSI

Oleh

AMRY PRISWANTO

135090807111001

JURUSAN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS BRAWIJAYA

MALANG

2017

i




SKRIPSI

Oleh

AMRY PRISWANTO

135090807111001

JURUSAN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS BRAWIJAYA

MALANG

2017

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL .......................... Error! Bookmark not defined.

LEMBAR PENGESAHAN SKRIPSI Error! Bookmark not defined.

LEMBAR PERNYATAAN................ Error! Bookmark not defined.

ABSTRAK .......................................... Error! Bookmark not defined.

ABSTRACT ......................................... Error! Bookmark not defined.

KATA PENGANTAR ........................ Error! Bookmark not defined.

PENGHARGAAN .............................. Error! Bookmark not defined.

DAFTAR ISI .................................................................................... 1

DAFTAR GAMBAR ....................................................................... 5

DAFTAR TABEL ............................................................................ 9

DAFTAR LAMPIRAN ................................................................. 11

BAB I PENDAHULUAN ................... Error! Bookmark not defined.

1.1 Latar Belakang ....................... Error! Bookmark not defined.

1.2 Rumusan Masalah .................. Error! Bookmark not defined.

1.3 Batasan Masalah ..................... Error! Bookmark not defined.

1.4 Tujuan Penelitian .................... Error! Bookmark not defined.

1.5 Manfaat Penelitian .................. Error! Bookmark not defined.

_Toc489213175BAB II TINJAUAN PUSTAKA .. Error! Bookmark

not defined.

2.1 Sensor Getaran ....................... Error! Bookmark not defined.

2.2 Micro Electro-Mechanical System (MEMS) Error! Bookmark not defined.

2.3 MEMS Accelerometer MMA7361L ..... Error! Bookmark not defined.

2.4 Operational Amplifier ............ Error! Bookmark not defined.

2.5 Penguat Instrumentasi ............ Error! Bookmark not defined.

2.6 Buffer Amplifier ...................... Error! Bookmark not defined.

2.7 Band Pass Filter ..................... Error! Bookmark not defined.

2

2.8 Analog to Digital Converter (ADC) ..... Error! Bookmark not defined.

2.9 Least Significant Bit (LSB) ..... Error! Bookmark not defined.

2.10 Noise ..................................... Error! Bookmark not defined.

2.11 Mikrokontroler PIC16F873A Error! Bookmark not defined.

2.12 Digital to Analog Converter (DAC) ... Error! Bookmark not

defined.

2.13 Delphi ................................... Error! Bookmark not defined.

BAB III METODE PENELITIAN .... Error! Bookmark not defined.

3.1. Waktu dan Tempat Pelaksanaan .......... Error! Bookmark not defined.

3.2. Metode Pengurangan LSB ..... Error! Bookmark not defined.

3.2.1 Desain Sistem Keseluruhan ........... Error! Bookmark not

defined.

3.2.2 Desain Sistem Hardware . Error! Bookmark not defined.

3.2.3 Desain dan Pembuatan Software .... Error! Bookmark not

defined.

3.2.4 Pengujian Alat ................. Error! Bookmark not defined.

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN .......... Error! Bookmark not

defined.

4.1 Hasil Desain Hardware dan Software ... Error! Bookmark not

defined.

4.1.1 Pengondisi Sinyal ............ Error! Bookmark not defined.

4.1.2 Pemroses Sinyal............... Error! Bookmark not defined.

4.1.3 Software Penampil Data .. Error! Bookmark not defined.

4.2 Hasil Pengujian Alat ............... Error! Bookmark not defined.

4.2.1 Pengujian Respon Filter ... Error! Bookmark not defined.

4.2.2 Hasil Pengujian Rangkaian Penguat Instrumentasi .. Error!

Bookmark not defined.

3

4.2.3 Hasil Pengujian Program Mikrokontroler dan Software

Akuisisi Data ............................ Error! Bookmark not defined.

4.2.4 Hasil Pengujian Sistem Secara Keseluruhan ............ Error!


4.3 Analisa Hasil .......................... Error! Bookmark not defined.

BAB V PENUTUP .............................. Error! Bookmark not defined.

5.1 Kesimpulan ............................ Error! Bookmark not defined.

5.2 Saran ...................................... Error! Bookmark not defined.

DAFTAR PUSTAKA ......................... Error! Bookmark not defined.

LAMPIRAN ........................................ Error! Bookmark not defined.

LAMPIRAN 1 .............................. Error! Bookmark not defined.





4

(Halaman ini sengaja dikosongkan)

5

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Sensor getaran HS-420Error! Bookmark not defined. Gambar 2.2. Sensor Geophone. ...... Error! Bookmark not defined. Gambar 2.3. Seismometer ............... Error! Bookmark not defined. Gambar 2.4. Modul Sensor MMA 7361L. .... Error! Bookmark not

defined. Gambar 2.5. Simbol OP-AM .......... Error! Bookmark not defined. Gambar 2.6. Equivalent Penguat Instrumentasi. .. Error! Bookmark

not defined. Gambar 2.7. Rangkain Penguat Instrumentasi ..... Error! Bookmark

not defined. Gambar 2.8. Konfigurasi Rangkaian Buffer Amplifier ........... Error!

Bookmark not defined. Gambar 2.9. Spektrum frekuensi Band Pass filter Error! Bookmark

not defined. Gambar 2.10. Proses konversi pada ADC ..... Error! Bookmark not

defined. Gambar 2.11. Konversi dari biner ke decimal. ..... Error! Bookmark

not defined. Gambar 2.12. Gelombang Sinus Asli (a), Gelombang Sinus Karena

Pengaruh Noise (b) ........................... Error! Bookmark not defined. Gambar 2.13. Susunan Mikrokontroller (Sholihul, 2008). ...... Error!

Bookmark not defined. Gambar 2.14. Mikrokontroller PIC 16F87X DIP. Error! Bookmark

not defined. Gambar 2.15. Komponen Comport di Delphi. ..... Error! Bookmark

not defined.

Gambar 3.1. Contoh Sinyal Ideal MEMS Ketika Diam .......... Error!

Bookmark not defined. Gambar 3.2. Contoh Sinyal Real MEMS Ketika Diam ........... Error!

Bookmark not defined. Gambar 3.3. Bagian Sinyal yang Akan dikurangi level LSB .. Error!

Bookmark not defined. Gambar 3.4. Hasil Pengurangan Level LSB . Error! Bookmark not

defined. Gambar 3.5. Bagian sinyal yang akan ditambahakn level LSB

......................................................... Error! Bookmark not defined.

6

Gambar 3.6. Hasil Penambahan Level LSB .. Error! Bookmark not

defined. Gambar 3.7. Hasil Pengurangan dan Penambahan Level LSB Error!

Bookmark not defined. Gambar 3.8. Diagram Alir Tahapan Penelitian .... Error! Bookmark

not defined. Gambar 3.9. Desain Sistem Keseluruhan ...... Error! Bookmark not

defined. Gambar 3.10. Diagram Blok Pengondisi Sinyal 1 Error! Bookmark

not defined. Gambar 3.11. Desain Pengondisi Sinyal Untuk Sensor MMA 7361L

......................................................... Error! Bookmark not defined. Gambar 3.12. Diagram Blok Pengondisi Sinyal 2 Error! Bookmark

not defined. Gambar 3.13. Desain Pengondisi Sinyal 2 .... Error! Bookmark not

defined. Gambar 3.14. Desain Pemroses Sinyal ......... Error! Bookmark not

defined. Gambar 3.15. Flowchart Program Mikrokontroller ................ Error!

Bookmark not defined. Gambar 3.16. Flowchart Program Pengurangan LSB bagian 1

......................................................... Error! Bookmark not defined. Gambar 3.17. Flowchart Program Pengurangan LSB bagian 2

......................................................... Error! Bookmark not defined. Gambar 3.18. Flowchart Program Akuisis Data .. Error! Bookmark

not defined. Gambar 4.1. Foto Hasil Desain Hardaware ... Error! Bookmark not

defined. Gambar 4.2. Foto Rangkaian Pengondisi Sinyal 1 .................. Error!

Bookmark not defined. Gambar 4.3. Foto Rangkaian Pengondisi Sinyal 2 .................. Error!

Bookmark not defined. Gambar 4.4. Foto Bagian Pemroses Sinyal ... Error! Bookmark not

defined. Gambar 4.5. Software Akuisisi Data ............. Error! Bookmark not

defined. Gambar 4.6. Plot respon frekuensi Band Pass filter di bagian

freuensi rendah ................................. Error! Bookmark not defined.

7

Gambar 4.7. Sinyal keluaran pada osiloskop setelah melewati

pengondisi sinyal dengan frekuensi cut-off 0.1Hz . Error! Bookmark

not defined. Gambar 4.8. sinyal keluaran pada osiloskop setelah melewati

pengondisi sinyal dengan cut-off frekuensi 23 Hz . Error! Bookmark

not defined. Gambar 4.9. Plot respon frekuensi Band Pass filter di bagian

frekuensi tinggi ................................ Error! Bookmark not defined. Gambar 4.10. Foto penguatan 1 kali pada osciloskop ............. Error!

Bookmark not defined. Gambar 4.11. Foto penguatan 10 kali pada osciloskop ........... Error!

Bookmark not defined. Gambar 4.12. Foto penguatan 100 kali pada osciloskop ......... Error!


Bookmark not defined. Gambar 4.14. Respon Mikrokontroller Ketika diKirim Karakter

Sinkron yaitu Karakter S .................. Error! Bookmark not defined. Gambar 4.15. Hasil pengujian pembacaan ADC .. Error! Bookmark

not defined. Gambar 4.16. Setting Komunikasi Dengan Mikrokontroller ... Error!

Bookmark not defined. Gambar 4.17. PC Setelah dihubungkan dengan Mikrokontroler

......................................................... Error! Bookmark not defined. Gambar 4.18. Hasil pengujian akuisisi data .. Error! Bookmark not

defined. Gambar 4.19. Konfigurasi sistem DAQ ........ Error! Bookmark not

defined. Gambar 4.20. Hasil Pengujian Sistem ........... Error! Bookmark not

defined. Gambar 4.21. Sebelum dilakukan pengurangan level LSB, (a)

penguatan 1 kali, (b) penguatan 10 kali, (c) penguatan 100 kali, (d)

penguatan 1000 kali. ........................ Error! Bookmark not defined. Gambar 4.22. Penguatan 100 kali setelah dilakukan pengurangan

level LSB , (a) 16 LSB, (b) 32 LSB, (c) 64 LSB. .. Error! Bookmark

not defined.

8

Gambar 4.23. Penguatan 1000 kali setelah dilakukan pengurangan


not defined. Gambar 4.24. (a) Penguatan 1 kali, (b) Penguatan 10 kali, (c)

Penguatan 100 kali, (d) penguatan 1000 kali .. Error! Bookmark not

defined. Gambar 4.25. Penguatan 100 kali, (a) Pengurangan 16 LSB, (b)

Pengurangan 32 LSB, (c) Pengurangan 64 LSB .... Error! Bookmark

not defined. Gambar 4.26. Penguatan 1000 kali, (a) Pengurangan 16 LSB, (b)




not defined. Gambar 4.28. Penguatan 100 kali tanpa pengurangan LSB .... Error!

Bookmark not defined. Gambar 4.29. Penguatan 100 kali denagn pengurangan level 32

LSB .................................................. Error! Bookmark not defined. Gambar 4.30. Cacat persilangan akibat pemotongan sinyal .... Error!

Bookmark not defined. Gambar 4.31. Bagian sinyal yang terpotong . Error! Bookmark not

defined.

9


10

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1. Hasil Pengujian Pengurangan LSB Error! Bookmark not

defined. Tabel 4.2. Hasil Pengujian Pengurangan LSB Error! Bookmark not

defined.

11


12

DAFTAR LAMPIRAN






13


xi

KATA PENGANTAR

Puji Syukur penulis ucapkan kehadirat Allah SWT yang telah

memberikan kelancaran sehingga penulis dapat menyelesaikan

laporan Tugas Akhir (TA) serta sholawat serta salam penulis haturkan

kepada nabi Muhammad SAW yang telah memberikan suri tauladan.

Laporan Tugas Akhir penulis susun guna untuk memberikan

informasi mengenai penelitian yang akan dilaksanakan dengan judul

“Teknik Reduksi Noise Pada Sensor MEMS Accelerometer

MMA7361L Menggunakan Prinsip Pengurangan level LSB”.

Selama menyelesaikan laporan Tugas Akhir, penulis telah banyak

mendapatkan bantuan dari berbagai pihak. Oleh karenannya pada

kesempatan ini penulis ingin mengucapkan rasa syukur kepada Allah

SWT yang telah memberikan rahmat dan hidayah-Nya serta

memberikan kemudahan sehingga penulis dapat menyelesaikan

penelitian ini dengan tepat waktu dan ucapan terima kasih yang

sebesar-besarnya kepada :

1. Bapak Ibu serta semua keluarga yang telah memberikan

semangat dan doanya selama ini.

2. Bapak Prof.Dr. Muhammad Nurhuda, Rer.Nat selaku Ketua

Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan IPA Universitas

Brawijaya Malang

3. Bapak Dr.Eng. Didik Rahadi Santoso, M.Si selaku Dosen

Pembimbing pertama

4. Bapak Sukir Maryanto, S.Si.,M.Si.,Ph.D selaku Dosen

Pembimbing kedua

5. Teman spesial Bella Pitaloka

6. Mbak Amalia Cemara S.Si , Siti Aminah, Titah Ika Nurjanah,

Ryan Nalendra, dan Irwan Syah Erlangga selaku bimbingan

Pak Didik serta teman-teman Fisika Angkatan 2013 atas

dukungan yang telah diberikan.

7. Serta semua pihak yang telah membantu penulis dalam

menyelesaikan laporan tugas akhir ini.

xii

Penulis menyadari bahwa penulisan laporan Tugas Akhir ini

banyak memiliki kekurangan. Oleh sebab itu, penulis sangat

berterimakasih atas segala masukan, kritik dan saran yang

membangun dari pembaca agar laporan Tugas Akhir ini nantinya

menjadi lebih baik. Demikian laporan Tugas Akhir penulis buat,

semoga laporanl Tugas Akhir ini dapat memberikan Gambaran atas

maksud dan tujuan penulis khususnya, dan bagi pembaca sekalian.

Malang, 10 Agustus 2017

Penulis,

Amry Priswanto

NIM. 135090807111001

i

LEMBAR PENGESAHAN SKRIPSI




Oleh:

Amry Priswanto

135090807111001

Setelah dipertahankan di depan Majelis Penguji

Pada tanggal……………………

Dan dinyatakan memenuhi syarat untuk memperoleh gelar

Sarjana Sains dalam bidang fisika

Pembimbing I

Dr.Eng. Didik Rahadi Santoso,M.Si

NIP. 19690610 199402 1 001

Pembimbing II

Sukir Maryanto, S.Si., M.Si., Ph.D.

NIP.197106211998021001

Mengetahui,

Ketua Jurusan Fisika

Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

Universitas Brawijaya

Prof. Dr. Rer.Nat. Muhammad Nurhuda

NIP. 196409101990021001

v

LEMBAR PERNYATAAN

Saya yang bertanda tangan di bawah ini:

Nama : Amry Priswanto

NIM : 135090807111001

Jurusan : FISIKA

Penulisan Skripsi berjudul:




Dengan ini menyatakan bahwa:

1. Isi dari Skripsi yang saya buat adalah benar-benar karya sendiri dan

tidak menjiplak karya orang lain, selain nama-nama yang

termaktub di isi dan tertulis di daftar pustaka dan Tugas Akhir ini.

2. Apabila dikemudian hari ternyata Skripsi yang saya tulis terbukti

hasil jiplakan, maka saya akan bersedia menanggung resiko yang

akan saya terima.

Demikian pernyataan ini dibuat dengan segala kesadaran.


Yang menyatakan

(AMRY PRISWANTO)

NIM. 135090807111001

iii

LEMBAR PENGESAHAN SKRIPSI




Oleh:

Amry Priswanto

135090807111001

Setelah dipertahankan di depan Majelis Penguji

Pada tanggal……………………

Dan dinyatakan memenuhi syarat untuk memperoleh gelar

Sarjana Sains dalam bidang fisika

Pembimbing I

Dr.Eng. Didik Rahadi Santoso,M.Si

NIP. 19690610 199402 1 001

Pembimbing II

Sukir Maryanto, S.Si., M.Si., Ph.D.

NIP.197106211998021001

Mengetahui,

Ketua Jurusan Fisika

Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

Universitas Brawijaya

Prof. Dr. Rer.Nat. Muhammad Nurhuda

NIP. 196409101990021001

v

LEMBAR PERNYATAAN

Saya yang bertanda tangan di bawah ini:

Nama : Amry Priswanto

NIM : 135090807111001

Jurusan : FISIKA

Penulisan Skripsi berjudul:




Dengan ini menyatakan bahwa:

1. Isi dari Skripsi yang saya buat adalah benar-benar karya sendiri dan

tidak menjiplak karya orang lain, selain nama-nama yang

termaktub di isi dan tertulis di daftar pustaka dan Tugas Akhir ini.

2. Apabila dikemudian hari ternyata Skripsi yang saya tulis terbukti

hasil jiplakan, maka saya akan bersedia menanggung resiko yang

akan saya terima.

Demikian pernyataan ini dibuat dengan segala kesadaran.


Yang menyatakan

(AMRY PRISWANTO)

NIM. 135090807111001

vii




ABSTRAK

Pada pengembangan sensor getaran berbasis MEMS

Accelerometer terdapat beberapa permasalahan, salah satunya adalah

permasalahan noise. Pada penelitian ini telah dikembangkan teknik

reduksi noise pada sensor MEMS Acceleromoter MMA7361L dengan

cara mengimplementasikan prinsip pengurangan LSB. Pengurangan

LSB sendiri merupakan metode pengolahan data ADC dengan cara

mengurangi nilai ADC di bagian bit rendahnya. Pengurangan LSB

dilakukan sebesar 16 level LSB, 64 level LSB, dan 32 level LSB pada

sensor MEMS Accelerometer yang dikuatakn 10 kali, 100 kali, dan

1000 kali. Dalam implementasinya, metode penguatan sensor dibuat

dengan dua cara, pertama dikuatkan 10 kali kemudian diabaca oleh

ADC dan konversi ke bentuk analog lagi dengan DAC dan dikuatkan

lagi sebesar 10 kali atau 100 kali. Sehingga total penguatanya adalah

100 kali atau 1000 kali. Cara kedua, sensor langsung dikuatkan 100

kali atau 1000. Hasil pengujian menunjukan bahwa teknik reduksi

noise dengan metode yang ditawarkan terbukti mampu mereduksi

noise dengan sangat signifikan pada sinyal getaran. Untuk penguatan

100 kali, hasil yang paling baik adalah kombinasi pengurangan LSB

32 level dengan penguatan langsung dari MEMS tanpa menggunakan

penguatan setelah DAC. Untuk penguatan 1000 kali hasil yang paling

baik adalah kombinasi pengurangan LSB 64 level menggunakan

konfigurasi penguatan awal 100 kali, dan penguatan 10 kali setelah

DAC. Berdasarkan data yang ada, teknik reduksi noise ini memiliki

sedikit kekurangan yaitu timbulnya cacat penyeberangan, sehingga

perlu untuk dipikirkan cara perbaikanya.

Kata kunci: Reduksi noise, LSB, MEMS Accelerometer,

ADC,DAC

ix

NOISE REDUCTION TECHNIQUE ON THE MEMS

ACCELEROMETER SENSOR MMA7361L BY USING

PRINCIPLES OF LSB LEVELS EXCISION

ABSTRACT

In the development of vibration sensor based on MEMS Accelerometer there are some problems, one of them is noise problem.

In this research has been developed noise reduction techniques on

MEMS Acceleromer MMA7361L sensor by implementing LSB

excision principle. LSB excision itself is an ADC data processing

method by reducing the ADC value in the low bit part. LSB reductions

were performed at 16 LSB levels, 32 LSB levels, and 64 LSB levels

on the MEMS Accelerometer sensor that were gained by 10 times, 100

times and 1000 times. In the implementation, the sensor amplification

method is made in two ways, first amplified 10 times then red by ADC

and conversion to analog form again with DAC and amplified 10 times

or 100 times. So the total of amplification is 100 times or 1000 times.

The second way, sensor amplified 100 times or 1000 times directly.

Result of the test show that offered method of noise reduction

techniques proved capable to reduce noise with a very significant on

the vibration signal. For 100 times reinforcement, the best result is a

32 level LSB excision combination with direct amplification of

MEMS without using amplification after DAC. For a gain of 1000

times the best result is a 64-level LSB reduction combination using

the initial gain configuration 100 times, and a gain of 10 times after

the DAC. Based on the existing data, this noise reduction technique

has a slight deficiency that is defect of crossover distortion, so it is

necessary to think about how to fix it.

Keywords: noise reduction, LSB, MEMS Accelerometer,

ADC,DAC

xi

KATA PENGANTAR

Puji Syukur penulis ucapkan kehadirat Allah SWT yang telah

memberikan kelancaran sehingga penulis dapat menyelesaikan

laporan Tugas Akhir (TA) serta sholawat serta salam penulis haturkan

kepada nabi Muhammad SAW yang telah memberikan suri tauladan.

Laporan Tugas Akhir penulis susun guna untuk memberikan

informasi mengenai penelitian yang akan dilaksanakan dengan judul

“Teknik Reduksi Noise Pada Sensor MEMS Accelerometer

MMA7361L Menggunakan Prinsip Pengurangan level LSB”.

Selama menyelesaikan laporan Tugas Akhir, penulis telah banyak

mendapatkan bantuan dari berbagai pihak. Oleh karenannya pada

kesempatan ini penulis ingin mengucapkan rasa syukur kepada Allah

SWT yang telah memberikan rahmat dan hidayah-Nya serta

memberikan kemudahan sehingga penulis dapat menyelesaikan

penelitian ini dengan tepat waktu dan ucapan terima kasih yang

sebesar-besarnya kepada :

1. Bapak Ibu serta semua keluarga yang telah memberikan

semangat dan doanya selama ini.

2. Bapak Prof.Dr. Muhammad Nurhuda, Rer.Nat selaku Ketua

Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan IPA Universitas

Brawijaya Malang

3. Bapak Dr.Eng. Didik Rahadi Santoso, M.Si selaku Dosen

Pembimbing pertama

4. Bapak Sukir Maryanto, S.Si.,M.Si.,Ph.D selaku Dosen

Pembimbing kedua

5. Teman spesial Bella Pitaloka

6. Mbak Amalia Cemara S.Si , Siti Aminah, Titah Ika Nurjanah,

Ryan Nalendra, dan Irwan Syah Erlangga selaku bimbingan

Pak Didik serta teman-teman Fisika Angkatan 2013 atas

dukungan yang telah diberikan.

7. Serta semua pihak yang telah membantu penulis dalam

menyelesaikan laporan tugas akhir ini.

xii

Penulis menyadari bahwa penulisan laporan Tugas Akhir ini

banyak memiliki kekurangan. Oleh sebab itu, penulis sangat

berterimakasih atas segala masukan, kritik dan saran yang

membangun dari pembaca agar laporan Tugas Akhir ini nantinya

menjadi lebih baik. Demikian laporan Tugas Akhir penulis buat,

semoga laporanl Tugas Akhir ini dapat memberikan Gambaran atas

maksud dan tujuan penulis khususnya, dan bagi pembaca sekalian.


Penulis,

Amry Priswanto

NIM. 135090807111001

xiii

PENGHARGAAN

Penelitian ini dibiayai oleh PHK-USAID

Pengembangan Sistem Multikomponen Terintegrasi Untuk

Eksplorasi & Monitoring Daerah Volcano Geothermal Arjuno

Welirang

a.n. Sukir Maryanto, S.Si., M.Si., Ph.D. dkk.

2016/2017

xiv


xv

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ...................................................................... iii

LEMBAR PENGESAHAN SKRIPSI ........................................... iii

LEMBAR PERNYATAAN............................................................. v

ABSTRAK ..................................................................................... vii

ABSTRACT ..................................................................................... ix

KATA PENGANTAR .................................................................... xi

PENGHARGAAN ........................................................................ xiii

DAFTAR ISI .................................................................................. xv

DAFTAR GAMBAR .................................................................... xix

DAFTAR TABEL ....................................................................... xxiii

DAFTAR LAMPIRAN ............................................................... xxv

BAB I PENDAHULUAN ................... Error! Bookmark not defined.

1.1 Latar Belakang ....................... Error! Bookmark not defined.

1.2 Rumusan Masalah .................. Error! Bookmark not defined.

1.3 Batasan Masalah ..................... Error! Bookmark not defined.

1.4 Tujuan Penelitian .................... Error! Bookmark not defined.

1.5 Manfaat Penelitian .................. Error! Bookmark not defined.

_Toc489213175BAB II TINJAUAN PUSTAKA .. Error! Bookmark

not defined.

2.1 Sensor Getaran ....................... Error! Bookmark not defined.

2.2 Micro Electro-Mechanical System (MEMS) Error! Bookmark not defined.

2.3 MEMS Accelerometer MMA7361L ..... Error! Bookmark not defined.

2.4 Operational Amplifier ............ Error! Bookmark not defined.

2.5 Penguat Instrumentasi ............ Error! Bookmark not defined.

2.6 Buffer Amplifier ...................... Error! Bookmark not defined.

xvi

2.7 Band Pass Filter ..................... Error! Bookmark not defined.

2.8 Analog to Digital Converter (ADC) ..... Error! Bookmark not defined.

2.9 Least Significant Bit (LSB) ..... Error! Bookmark not defined.

2.10 Noise ..................................... Error! Bookmark not defined.

2.11 Mikrokontroler PIC16F873A Error! Bookmark not defined.

2.12 Digital to Analog Converter (DAC) ... Error! Bookmark not

defined.

2.13 Delphi ................................... Error! Bookmark not defined.

BAB III METODE PENELITIAN .... Error! Bookmark not defined.

3.1. Waktu dan Tempat Pelaksanaan .......... Error! Bookmark not defined.

3.2. Metode Pengurangan LSB ..... Error! Bookmark not defined.

3.2.1 Desain Sistem Keseluruhan ........... Error! Bookmark not

defined.

3.2.2 Desain Sistem Hardware . Error! Bookmark not defined.

3.2.3 Desain dan Pembuatan Software .... Error! Bookmark not

defined.

3.2.4 Pengujian Alat ................. Error! Bookmark not defined.

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN .......... Error! Bookmark not

defined.

4.1 Hasil Desain Hardware dan Software ... Error! Bookmark not

defined.

4.1.1 Pengondisi Sinyal ............ Error! Bookmark not defined.

4.1.2 Pemroses Sinyal............... Error! Bookmark not defined.

4.1.3 Software Penampil Data .. Error! Bookmark not defined.

4.2 Hasil Pengujian Alat ............... Error! Bookmark not defined.

4.2.1 Pengujian Respon Filter ... Error! Bookmark not defined.

4.2.2 Hasil Pengujian Rangkaian Penguat Instrumentasi .. Error!


xvii

4.2.3 Hasil Pengujian Program Mikrokontroler dan Software

Akuisisi Data ............................ Error! Bookmark not defined.

4.2.4 Hasil Pengujian Sistem Secara Keseluruhan ............ Error!


4.3 Analisa Hasil .......................... Error! Bookmark not defined.

BAB V PENUTUP .............................. Error! Bookmark not defined.

5.1 Kesimpulan ............................ Error! Bookmark not defined.

5.2 Saran ...................................... Error! Bookmark not defined.

DAFTAR PUSTAKA ......................... Error! Bookmark not defined.

LAMPIRAN ........................................ Error! Bookmark not defined.






xviii


xix

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Sensor getaran HS-420Error! Bookmark not defined. Gambar 2.2. Sensor Geophone. ...... Error! Bookmark not defined. Gambar 2.3. Seismometer ............... Error! Bookmark not defined. Gambar 2.4. Modul Sensor MMA 7361L. .... Error! Bookmark not

defined. Gambar 2.5. Simbol OP-AM .......... Error! Bookmark not defined. Gambar 2.6. Equivalent Penguat Instrumentasi. .. Error! Bookmark

not defined. Gambar 2.7. Rangkain Penguat Instrumentasi ..... Error! Bookmark

not defined. Gambar 2.8. Konfigurasi Rangkaian Buffer Amplifier ........... Error!

Bookmark not defined. Gambar 2.9. Spektrum frekuensi Band Pass filter Error! Bookmark

not defined. Gambar 2.10. Proses konversi pada ADC ..... Error! Bookmark not

defined. Gambar 2.11. Konversi dari biner ke decimal. ..... Error! Bookmark

not defined. Gambar 2.12. Gelombang Sinus Asli (a), Gelombang Sinus Karena

Pengaruh Noise (b) ........................... Error! Bookmark not defined. Gambar 2.13. Susunan Mikrokontroller (Sholihul, 2008). ...... Error!

Bookmark not defined. Gambar 2.14. Mikrokontroller PIC 16F87X DIP. Error! Bookmark

not defined. Gambar 2.15. Komponen Comport di Delphi. ..... Error! Bookmark

not defined.

Gambar 3.1. Contoh Sinyal Ideal MEMS Ketika Diam .......... Error!

Bookmark not defined. Gambar 3.2. Contoh Sinyal Real MEMS Ketika Diam ........... Error!

Bookmark not defined. Gambar 3.3. Bagian Sinyal yang Akan dikurangi level LSB .. Error!

Bookmark not defined. Gambar 3.4. Hasil Pengurangan Level LSB . Error! Bookmark not

defined. Gambar 3.5. Bagian sinyal yang akan ditambahakn level LSB

......................................................... Error! Bookmark not defined.

xx

Gambar 3.6. Hasil Penambahan Level LSB .. Error! Bookmark not

defined. Gambar 3.7. Hasil Pengurangan dan Penambahan Level LSB Error!

Bookmark not defined. Gambar 3.8. Diagram Alir Tahapan Penelitian .... Error! Bookmark

not defined. Gambar 3.9. Desain Sistem Keseluruhan ...... Error! Bookmark not

defined. Gambar 3.10. Diagram Blok Pengondisi Sinyal 1 Error! Bookmark

not defined. Gambar 3.11. Desain Pengondisi Sinyal Untuk Sensor MMA 7361L

......................................................... Error! Bookmark not defined. Gambar 3.12. Diagram Blok Pengondisi Sinyal 2 Error! Bookmark

not defined. Gambar 3.13. Desain Pengondisi Sinyal 2 .... Error! Bookmark not

defined. Gambar 3.14. Desain Pemroses Sinyal ......... Error! Bookmark not

defined. Gambar 3.15. Flowchart Program Mikrokontroller ................ Error!

Bookmark not defined. Gambar 3.16. Flowchart Program Pengurangan LSB bagian 1

......................................................... Error! Bookmark not defined. Gambar 3.17. Flowchart Program Pengurangan LSB bagian 2

......................................................... Error! Bookmark not defined. Gambar 3.18. Flowchart Program Akuisis Data .. Error! Bookmark

not defined. Gambar 4.1. Foto Hasil Desain Hardaware ... Error! Bookmark not

defined. Gambar 4.2. Foto Rangkaian Pengondisi Sinyal 1 .................. Error!

Bookmark not defined. Gambar 4.3. Foto Rangkaian Pengondisi Sinyal 2 .................. Error!

Bookmark not defined. Gambar 4.4. Foto Bagian Pemroses Sinyal ... Error! Bookmark not

defined. Gambar 4.5. Software Akuisisi Data ............. Error! Bookmark not

defined. Gambar 4.6. Plot respon frekuensi Band Pass filter di bagian

freuensi rendah ................................. Error! Bookmark not defined.

xxi

Gambar 4.7. Sinyal keluaran pada osiloskop setelah melewati

pengondisi sinyal dengan frekuensi cut-off 0.1Hz . Error! Bookmark

not defined. Gambar 4.8. sinyal keluaran pada osiloskop setelah melewati

pengondisi sinyal dengan cut-off frekuensi 23 Hz . Error! Bookmark

not defined. Gambar 4.9. Plot respon frekuensi Band Pass filter di bagian

frekuensi tinggi ................................ Error! Bookmark not defined. Gambar 4.10. Foto penguatan 1 kali pada osciloskop ............. Error!

Bookmark not defined. Gambar 4.11. Foto penguatan 10 kali pada osciloskop ........... Error!



Bookmark not defined. Gambar 4.14. Respon Mikrokontroller Ketika diKirim Karakter

Sinkron yaitu Karakter S .................. Error! Bookmark not defined. Gambar 4.15. Hasil pengujian pembacaan ADC .. Error! Bookmark

not defined. Gambar 4.16. Setting Komunikasi Dengan Mikrokontroller ... Error!

Bookmark not defined. Gambar 4.17. PC Setelah dihubungkan dengan Mikrokontroler

......................................................... Error! Bookmark not defined. Gambar 4.18. Hasil pengujian akuisisi data .. Error! Bookmark not

defined. Gambar 4.19. Konfigurasi sistem DAQ ........ Error! Bookmark not

defined. Gambar 4.20. Hasil Pengujian Sistem ........... Error! Bookmark not

defined. Gambar 4.21. Sebelum dilakukan pengurangan level LSB, (a)

penguatan 1 kali, (b) penguatan 10 kali, (c) penguatan 100 kali, (d)

penguatan 1000 kali. ........................ Error! Bookmark not defined. Gambar 4.22. Penguatan 100 kali setelah dilakukan pengurangan


not defined.

xxii

Gambar 4.23. Penguatan 1000 kali setelah dilakukan pengurangan


not defined. Gambar 4.24. (a) Penguatan 1 kali, (b) Penguatan 10 kali, (c)

Penguatan 100 kali, (d) penguatan 1000 kali .. Error! Bookmark not

defined. Gambar 4.25. Penguatan 100 kali, (a) Pengurangan 16 LSB, (b)






not defined. Gambar 4.28. Penguatan 100 kali tanpa pengurangan LSB .... Error!

Bookmark not defined. Gambar 4.29. Penguatan 100 kali denagn pengurangan level 32

LSB .................................................. Error! Bookmark not defined. Gambar 4.30. Cacat persilangan akibat pemotongan sinyal .... Error!

Bookmark not defined. Gambar 4.31. Bagian sinyal yang terpotong . Error! Bookmark not

defined.

xxiii


xxiv

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1. Hasil Pengujian Pengurangan LSB Error! Bookmark not

defined. Tabel 4.2. Hasil Pengujian Pengurangan LSB Error! Bookmark not

defined.

xxv


xxvi

DAFTAR LAMPIRAN






xxvii


1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Getaran dapat dianggap sebagai suatu gerak yang berulang

setelah selang waktu, atau dengan kata lain dapat mendefinisikan

getaran sebagai osilasi dari sistem pada posisi kesetimbangan (Wisnu,

2011). Untuk mendeteksi getaran suatu objek, diperlukan sensor yang

dapat mendeteksi adanya getaran. Saat ini terdapat banyak jenis sensor

yang dapat digunakan untuk mendeteksi getaran, salah satunya adalah

dengan menggunakan micro electro-mechanical system (MEMS)

Accelerometer. MEMS Accelerometer mempunyai ukuran yang lebih

kecil dan sensitif terhadap variasi masukan, konsumsi daya rendah

serta harga yang murah.

Didalam pengembangan MEMS Accelerometer sebagai sensor

getaran terdapat beberapa kendala salah satunya adalah permasalahan

noise. Noise merupakan gelombang atau sinyal yang tidak

dikehendaki dalam sebuah pengukuran. Noise pada MEMS

Accelerometer banyak sekali jenisnya, salah satunya adalah noise

mekanis. Noise mekanis merupakan noise yang bersumber dari

getaran internal sensor. Pada penelitian sebelumnya, noise mekanis ini

terlihat ketika melakukan pengukuran dengan gain diatas 100 kali

(Prasetyo, 2016). Pentingnya reduksi noise pada sensor MEMS

Accelerometer sebagai sensor getaran adalah untuk memudahkan

pengamat dalam melakukan analisa data terutama dalam membedakan

mana data dan yang mana noise. Reduksi noise yang biasa digunakan

adalah dengan menerapkan filter untuk meredam sinyal dengan

frekuensi tertentu yang dianggap noise. Akan tetapi metode ini belum

begitu efektif dalam mereduksi noise. Karena noise mekanis pada

sensor MEMS frekuensinya sama dengan frekuensi sinyal yang

dideteksi. Oleh sebab itu diperlukan teknik reduksi noise yang lebih

baik supaya data hasil pengukuran yang di dapat minim dari noise

guna diolah untuk keperluan selanjutnya.

2

1.2 Rumusan Masalah

Beradasarkan Latar belakang yang diuraikan diatas, rumusan

masalah yang diangkat dalam penilitian ini adalah :

a. Bagaimana menerapkan teknik reduksi noise menggunakan prinsip pengurangan level LSB pada sensor MEMS

Accelerometer ?

b. Bagaimana memilih tingkat reduksi noise paling efektif ?

1.3 Batasan Masalah

Pada penelitian ini, pengurangan LSB yang diterapkan dibatasi

pada level 16, 32, dan 64 serta penguatan sebesar 1 kali, 10 kali, 100

kali, dan 1000 kali.

1.4 Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini adalah :

a. Mengembangkan sistem (hardware dan software) yang berfungsi untuk mereduksi noise mekanis dari sensor MEMS

Accelerometer

b. Memilih tingkat reduksi noise paling optimal dengan pengurangan level LSB.

1.5 Manfaat Penelitian

Hasil dari penelitian ini diharapkan dapat dimanfaatkan untuk

pengembangan sensor seismik yang memiliki sensitivitas tinggi dan

rendah noise. Selain itu penelitian ini juga diharapkan dapat menjadi

referensi pada penelitian selanjutnya.

3

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Sensor Getaran

Getaran dapat dianggap sebagai suatu gerak yang berulang

setelah selang waktu, atau dengan kata lain dapat mendefinisikan

getaran sebagai osilasi dari sistem pada posisi kesetimbangan. Contoh

dari gerak getaran adalah pendulum yang mengayun, gerakan saat

memetik gitar, gerak tidal, flapping pada pesawat saat terjadi

turbulensi dan sebagainya. Parameter penting dalam mendeskripsikan

getaran adalah amplitudo, periode, dan frekuensi. Amplitudo dari

getaran adalah pergeseran partikel yang bergetar tersebut dari titik

keseimbangannya, dan ini tergantung pada energi yang dipakai.

Periode adalah waktu yang dibutuhkan untuk melakukan satu siklus

gerakan. Frekuensi adalah banyaknya siklus per satuan waktu atau

satu per periode (Wisnu, 2011).

Sensor untuk mendeteksi adanya getaran mempunyai banyak

varian. Dari banyaknya varian ini juga berbeda – beda prinsip kerjanya

untuk mendeteksi getaran, beberapa sensor untuk mendeteksi getaran

adalah Sensor HS-420 (lihat Gambar 2.1) merupakan salah satu jenis

sensor getaran yang menggunakan prinsip kerja dari accelerometer,

artinya sensor ini mengukur percepatan yang diterima oleh sensor

tersebut. Sensor ini memiliki kelebihan yaitu mampu dihubungkan

langsung dengan PLC sehingga mudah digunakan di Industri (Wisnu,

2011).

Gambar 2.1. Sensor getaran HS-420 (Wisnu, 2011).

4

Geophone adalah sebuah transduser yang sangat sensitif.

Sebuah geophone (lihat Gambar 2.2) mengubah energi seismik, atau

vibrasi menjadi tegangan listrik yang dapat diukur secara akurat.

Ketika terjadi vibrasi yang menyebabkan geophone atau magnet yang

berada di dalam geophone bergerak, lilitan akan tetap diam karena

kelembamannya. Pergerakan magnet relative terhadap lilitan ini

menimbulkan tegangan listrik yang proporsional terhadap kecepatan

relatif lilitan terhadap magnet (Pulungan, 2012).

Gambar 2.2. Sensor Geophone (Pulungan, 2012).

Seismometer adalah alat yang digunakan untuk merespon

gerakan tanah akibat gempa bumi. Seismograf adalah gabungan antara

seismometer dengan alat perekm. Seismogram adalah hasil rekaman

seismograf. Gambar 2.3 merupakan salah satu contoh seismometer

(Susilawati, 2008).

Gambar 2.3. Seismometer (Susilawati, 2008)

3

2.2 Micro Electro-Mechanical System (MEMS)

Sistem micro-electromechanical (MEMS) adalah teknologi

yang digunakan untuk membuat minimalis perangkat atau sistem

terpadu yang menggabungkan komponen mekanik dan listrik. Mereka

dibuat dengan menggunakan teknik pemrosesan sirkuit terpadu (IC)

dan dapat berkisar dari beberapa mikrometer sampai milimeter.

Perangkat (atau sistem) ini memiliki kemampuan untuk merasakan,

kontrol dan penggerak pada skala mikro, dan menghasilkan efek pada

skala makro (Faraday, 2002).

Micro Electro-Mechanical Syctem (MEMS) dikategorikan

menjadi 3 kategori yaitu sebagai sensor, aktuator dan struktur pasif.

Sensor adalah transduser yang merubah nilai mekanik, suhu atau

bentuk energi fisika lain menjadi energi listrik/besaran listrik,

sedangkan aktuator adalah sebaliknya, yaitu, merubah bersaran

elektrik menjadi energi fisik lain misal nilai mekanik, suhu dsb.

Struktur pasif adalah keadaan dimana tidak terjadi pengubahan baik

sebagai sensor ataupun sebagai aktuator (Maluf & Williams, 2004)

2.3 MEMS Accelerometer MMA7361L

Sensor MEMS accelerometer adalah salah satu sensor getaran

yang memiliki kelebihan harga lebih murah, ukuran lebih kecil, daya

yang dibutuhkan lebih kecil dibandingkan sensor getaran

konvensional yang ada. Prinsip dasar dari sensor MEMS adalah

capasitive sensor. Dimana dengan percepatan getaran tertentu akan

mengakibatkan perubahan kapasitansi dan pada akhirnya akan

mengakibatkan perubahan tegangan output dari sensor MEMS

(Risandriya, 2011)

Bertambahnya suatu kecepatan dalam rentang waktu tertentu

disebut juga percepatan (acceleration). Sensor accelerometer adalah

sebuah perangkat yang mampu mengukur kekuatan akselerasi.

Kekuatan ini dapat bersifat statis (diam) seperti halnya kekuatan

konstan dari gravitasi bumi, atau bersifat dinamis karena gerakan atau

getaran dari sebuah benda. Sebagai contoh, sensor accelerometer

dapat digunakan untuk mengukur getaran pada kendaraan, bangunan,

mesin, jarak yang dinamis hingga kecepatan dengan ataupun tanpa

pengaruh gravitasi bumi. Sensor accelerometer yang diletakkan di

permukaan bumi dapat mendeteksi percepatan 1g (ukuran gravitasi

bumi) pada titik vertikalnya. Untuk percepatan yang dikarenakan oleh

6

pergerakan horizontal maka sensor akan mengukur percepatan secara

langsung ketika bergerak secara horizontal.

Saat ini teknologi sensor accelerometer yang berkembang

mayoritas berjenis Micro-Electro-Mechnical-Sensor (MEMS).

Prinsip dasar operasi balik MEMS accelerometer adalah perpindahan

kecil dari massa yang terukir di permukaan silikon dari sirkuit

terintegrasi dan ditangguhkan oleh balok kecil. Dengan mengukur

akselerasi statis dari gravitasi, dapat ditentukan kemiringan sudut

suatu obyek terhadap bumi dengan mengukur akselerasi dinamis dan

menganalisa bagaimana sebuah massa berpindah atau bergerak.

Berikut ini adalah kelebihan dan kelemahan sensor accelerometer,

yaitu (Hartono,2011):

1. Dapat mengukur gerakan linear dan gravitasi secara bersamaan.

2. Harga lebih murah dibandingkan sensor gyroscope. 3. Tidak mengukur gerak rotasi manusia. 4. Tidak dapat mengukur orientasi secara langsung. 5. Dipengaruhi oleh gravitasi

Akselerometer MMA7361L adalah sensor percepatan 3 sumbu

yangserta mempunyai 2 tingkat sensitivitas yaitu 800 mV/g dan 206

mV/g. Sensor MMA7361L dapat bekerja pada kisaran tegangan antara

2,2 V dan 3,6 V dengan konsumsi arus sebesar 400 μA dan dilengkapi

dengan mode sleep dengan konsumsi arus sebesar 3 μA. Pada saat

tidak ada percepatan, tegangan keluaran sensor sebesar setengah dari

tegangan catu dan disebut sebagai tegangan offset. Pada saat pin g-

select diberi logika rendah, maka sensor mempunyai percepatan

maksimal 1,5 g, pada saat pin g-select diberi logika tinggi, maka

sensor mempunyai percepatan maksimal 6 g. Pada penggunaannya,

sensor membutuhkan tegangan catu daya yang stabil, karena tegangan

offset dan sensitivitasnya sangat dipengaruhi oleh tegangan catu daya

(Wahyudi, 2016).

Prinsip kerja dari tranduser MMA7361L berdasarkan hokum

fisika bahwa apabila suatu konduktor digerakkan melalui suatu medan

magnet, atau jika suatu medan magnet digerakkan melalui suatu

konduktor, maka akan timbul suatu tegangan induksi pada konduktor

tersebut (Wafi, 2012).

3

Gambar 2.4. Modul Sensor MMA 7361L (Wafi, 2012).

2.4 Operational Amplifier

Operational Amplifier (Op-Amp) atau penguat operasional

merupakan salah satu komponen analog yang sering digunakan dalam

berbagai aplikasi rangkaian elektronika. Menurut pengertiannya

penguat operasional (Op-amp) adalah suatu blok penguat yang

mempunyai dua masukan dan satu keluaran, dimana tegangan

outputnya adalah proporsional terhadap perbedaan tegangan antara

kedua input-nya. Op-amp sering digunakan sebagai penguat sinyal-

sinyal, baik yang linier maupun yang nonlinier terutama dalam sistem-

sistem pengaturan dan pengendalian, instrumentasi, dan komputasi

analog. Opamp yang biasa terdapat di pasaran berupa rangkaian

terpadu (integrated circuit - IC). Aplikasi Op-amp yang paling sering

dibuat antara lain adalah rangkaian inverter, non-inverter, integrator

dan differensiator. Op-amp dinamakan juga dengan penguat

differensial dengan impedansi input tinggi dan output impedansi

rendah. Gambar 2.5 adalah simbol yang digunakan untuk

menggambarkan OP-AMP. Opamp di dalamnya terdiri dari beberapa

bagian, yang pertama adalah penguat differensial, lalu ada tahap

penguatan (gain), selanjutnya ada rangkaian penggeser level (level

shifter) dan kemudian penguat akhir (Narasiang, 2009).

8

Gambar 2.5. Simbol OP-AM (Narasiang, 2009).

2.5 Penguat Instrumentasi

Penguat instrumentasi adalah suatu penguat loop tertutup

(closed loop) dengan masukan difrensial, dan penguatannya dapat

diatur tanpa mempengaruhi nisbah penolakan modus bersama

(Common Mode Rejection Ratio –CMRR). Fungsi utama penguat

instrumentasi adalah untuk memperkuat tegangan yang tepat berasal

dari suatu sensor atau transducer secara akurat. Rangkaian ekuivalen

penguat instrumentasi adalah seperti Gambar 2.6

Gambar 2.6. Equivalent Penguat Instrumentasi (Kustija, 2014).

Penguat instrumentasi dapat dibuat dengan menggunakan op-

amp. Mutu penguat ini bergantung pada mutu op-amp yang digunakan

yang menyangkut offset masukan., impedansi masukan, drift pada

tegangan keluaran, CMRR, PSRR dan sebagainya. Disamping itu

CMRR dan ketepatan penguatan op-amp amat bergantung kepada

presisi dari komponen pasif yang digunakan . marilah kita bahas dua

rangkaian penguat instrumentasi menggunakan op-amp. Rangkaian

yang lazim digunakan orang untuk membuat panguat instrumentasi

dengan op-amp adalah seperti pada Gambar 2.7 (Kustija, 2014).

3

Gambar 2.7. Rangkain Penguat Instrumentasi

Bagian belakang rangkaian tersebut adalah defferential

amplifier, sehingga output rangkaian dapat dinyatakan dalam: Vout=(

𝑅4

𝑅3) (𝑉𝑏 − 𝑉𝑎)

(2.1)

Sedangkan

Vb=(𝑅2

0.5𝑅1+ 1) 𝑉2 = (

2𝑅2

𝑅1+ 1) 𝑉2

(2.2)

Va=(𝑅2

0.5𝑅1+ 1) 𝑉1 = (

2𝑅2

𝑅1+ 1) 𝑉1

(2.3)

Sehingga

Vout=(𝑅4

𝑅3) (

2𝑅2

𝑅1+ 1) (𝑉2 − 𝑉1)

(2.4)

Keterangan :

Vout = Teganagn Output (Volt)

Va = Vb = Input (Volt)

R2 = R1 = R3 = R4 = Resistor (Ω)

10

2.6 Buffer Amplifier

Rangkaian buffer adalah rangkaian yang menghasilkan

tegangan output sama dengan tegangan inputnya. Dalam hal ini seperti

rangkaian common colektor yaitu berpenguatan = 1. Fungsi dari

rangkaian buffer pada peralatan elektronika adalah sebagai

penyangga, dimana prinsip dasarnya adalah penguat arus tanpa terjadi

penguatan tegangan. Dengan menghubungkan jalur input inverting ke

jalur output operasional amplifier (op-amp) maka rangkaian buffer

pada Gambar diatas akan memberikan kemampuan mengalirkan arus

secara maksimal sesuai kemampuan maksimal operasional amplifier

(op-amp) mengalirkan arus output. Konfigurasi rangkaian buffer dapat

dilihat pada Gambar 2.8 (Arief, 2017).

Gambar 2.8. Konfigurasi Rangkaian Buffer Amplifier (Arief, 2017).

2.7 Band Pass Filter

Filter adalah suatu subsistem yang dapat menekan (idealnya.

menghilangkan) pita frekuensi tertentu dalam suatu spektrum.

Berdasarkan pita frekuensinya. ada 4 jenis filter. yaitu: Low Pass

Filter, High Pass Filter, Band Pass Filter dan Band Reject Filter

(Suwardi, 2007).

Dalam proses pengambilan data dari suatu sensor dengan

keluaran besaran listrik sering terjadi sinyal yang diperoleh bercampur

dengan sinyal yang tidak diinginkan atau sinyal pengganggu (noise).

Noise biasanya berupa sinyal dengan frekuensi yang tidak sesuai

dengan frekuensi sinyal keluaran sensor. Untuk menghilangkan sinyal

noise tersebut biasanya digunakan suatu filter (Siwindarto, 2013).

3

Filter bekerja sebagai penyaring frekuensi. Filter akan

meloloskan sinyal yang diinginkan dan melemahkan intensitas sinyal

yang tidak diinginkan. Konsep pemilihan sinyal filter adalah

berdasarkan frekuensi sinyal yang difilter. Untuk memisahkan antara

sinyal yang lolos dan sinyal yang tidak dapat lolos, maka suatu filter

memiliki batas frekuensi (frekuensi cutoff). Bandpass filter

merupakan gabungan dari lowpass filter dan highpass filter. Bandpass

filter memiliki dua batas frekuensi yakni batas lowpass dan batas

highpass. Grafik respon frekuensi dari Band Pass filter tersebut dapat dilihat pada Gambar 2.9. Nilai batas lowpass harus lebih tinggi

daripada batas highpass, sehingga sinyal yang dapat lolos hanya sinyal

yang berada diantara batas highpass dan batas lowpass. Frekuensi

dengan nilai di luar rentang tersebut akan dilemahkan. (Windler,

2002).

Gambar 2.9. Spektrum frekuensi Band Pass filter (Windler, 2002).

2.8 Analog to Digital Converter (ADC)

ADC (Analog to Digital Converter) adalah sebuah rangkaian

elektronika yang dapat mengubah besaran analog menjadi besaran

digital. Pada setiap sensor yang berbasis mikrokontroler (sebagai

pusat pengolah data) diperlukan adanya rangkaian ADC (Analog to

Digital Converter) untuk mengubah sinyal yang diterima oleh sensor

untuk menjadi besaran digital supaya sinyal tersebut bisa

diterjemahkan atau dibaca mikrokontroler (Amalia, 2013).

Proses pengubahan data dari data analog menjadi data digital

dilakukan melalui sampling data dan kuantisasi. Dengan mengatur

12

kecepatan sampling, kemudian ditentukan jumlah sample per detik.

Kuantisasi menentukan resolusi bit yang digunakan. Proses pertama

yang dilakukan untuk memproses data analog menjadi data digital

adalah mengubah sinyal analog menjadi suatu deret angka yang

mempunyai nilai presisi yang terbatas atau disebut dengan bilangan

biner. Sebuah sinyal mengandung informasi tentang amplitudo,

frekuensi dan sudut fase. Informasi-informasi tersebut bisa didapatkan

dari perangkat analog, namun dengan hasil yang kurang akurat. Maka

dari itu, untuk mendapatkan informasi yang lebih akurat dilakukan

pengolahan data secara digital. Untuk mendapatkan data yang akurat

serta agar data bisa dikembalikan lagi ke sinyal analog maka harus

jumlah sampling dan besar angka tiap samplingnya (Pelgrom, 2012).

Konversi pada ADC, sinyal analog yang didapat masuk ke

bagan S/H (sampler/hold), sinyal analog akan diubah menjadi sinyal

digital yang bersifat diskrit. Kemudian data akan masuk ke bagian

compare dan akan dikeluarkan menjadi keluaran. Proses seperti tadi

disebut Flash Converter atau Parallel Search. Ada proses lain dimana

hasil dari sampler/hold dicompare dengan nilai samplre/hold

sebelumnya dengan referensi clock. Proses ini dinilai lebih akurat dan

masih berkecepatan tinggi sehingga sering dipakai. Blok alur konversi

ADC dapat dilihat pada Gambar 2.10 (Pelgrom, 2012)

Gambar 2.10. Proses konversi pada ADC (Pelgrom, 2012)

2.9 Least Significant Bit (LSB)

Pada susunan bit di dalam sebuah byte (1 byte = 8 bit), ada bit

yang paling berarti (most significant bit atau MSB) dan bit yang paling

kurang berarti (least significant bit atau LSB). Bit yang cocok untuk

diganti adalah bit LSB, sebab perubahan tersebut hanya mengubah

nilai byte satu lebih tinggi atau satu lebih rendah dari nilai sebelumnya

3

Misalkan byte tersebut menyatakan warna merah, maka perubahan

satu bit LSB tidak mengubah warna merah tersebut secara berarti.

Lagi pula, mata manusia tidak dapat membedakan perubahan yang

kecil. Sebagai contoh, urutan bit berikut ini menggambarkan 3 piksel

pada coverimage 24-bit (Amrullah, 2008).

(00100111 11101001 11001000)

(00100111 11001000 11101001)

(11001000 00100111 11101001)

Pesan yang akan disisipkan adalah karakter “A”, yang nilai

biner-nya adalah 10000011, maka akan dihasilkan nilai biner dengan

urutan bit sebagai berikut (Amrullah, 2008) :

(00100111 11101000 11001000)

(00100110 11001000 11101000)

(11001001 00100111 11101001)

Least significant bit adalah bagian dari barisan data biner (basis

dua) yang mempunyai nilai paling tidak berarti/paling kecil. Letaknya

adalah paling kanan dari barisan bit. Sedangkan most significant bit

adalah sebaliknya, yaitu angka yang paling berarti/paling besar dan

letaknya disebelah paling kiri. Contohnya adalah bilangan biner dari

255 adalah 11111111 (kadang-kadang diberi huruf b pada akhir

bilangan menjadi 1111 1111b). Proses konversi dapat dilihat pada

Gambar 2.11 (Amrullah, 2008).

Gambar 2.11. Konversi dari biner ke decimal (Amrullah, 2008).

Dari barisan angka 1 di atas, angka 1 paling kanan bernilai 1,

dan itu adalah yang paling kecil. Bagian tersebut disebut dengan least

significant bit (bit yang paling tidak berarti), sedangkan bagian paling

kiri bernilai 128 dan disebut dengan most significant bit (bit yang

paling berarti). Least significant bit sering kali digunakan untuk

kepentingan penyisipan data ke dalam suatu media digital lain.Salah

14

satu manfaat least significant bit sebagai metode penyembunyian

adalah steganografi audio dan gambar (Amrullah, 2008).

2.10 Noise

Noise (derau) merupakan sinyal lain yang tidak diharapkan

dalam sistem telekomunikasi karena bersifat mengganggu terhadap

sinyal asli serta kehadirannya tidak bisa ditentukan (acak). Banyaknya

noise tidak dapat ditentukan secara pasti, hanya dapat dirumuskan

probabilitas ataupun kisaran nilai (range) nya saja.

Gangguan yang diakibatkan oleh noise dapat mengubah sinyal

informasi, yang menyebabkan gelombang sinus mempunyai sinyal

derau yang kecil yang bergabung didalam nya. Sehingga penerima

tidak dapat membedakan sinyal informasi yang sebenarnya dari derau

yang ditambahkan seperti terlihat pada Gambar 2.12 (Prakoso, 2012).

Gambar 2.12. Gelombang Sinus Asli (a), Gelombang Sinus Karena

Pengaruh Noise (b) (Prakoso, 2012).

2.11 Mikrokontroler PIC16F873A

Mikrokontroler merupakan suatu IC yang di dalamnya berisi

CPU, ROM, RAM, dan I/O. Dengan adanya CPU tersebut maka

mikrokontroler dapat melakukan proses berfikir berdasarkan program

yang telah diberikan kepadanya. Mikrokontroler banyak terdapat pada

peralatan elektronik yang serba otomatis, mesin fax, dan peralatan

elektronik lainnya. Mikrokontroler dapat disebut pula sebagai

komputer yang berukuran kecil yang berdaya rendah sehingga sebuah

baterai dapat memberikan daya. Mikrokontroler terdiri dari beberapa

bagian seperti yang terlihat pada Gambar 2.13 (Sholihul, 2008).

3

Gambar 2.13. Susunan Mikrokontroller (Sholihul, 2008).

PIC16f87x adalah salah satu keluarga mikrokontroler dari

Microchip yang sering digunakan dalam untuk kepentingan industri,

otomotif, alat rumah tangga dan aplikasi lainnya (Microchip, 2001).

Fitur peripheral dari PIC16f873:

1. Timer0

2. Timer1

3. Timer2

4. 10-bit multi-channel Analog-to-Digital Converter (ADC).

5. Synchronous Serial Port (SSP) dengan SPI (Master Mode) dan I2C (Master/Slave).

6. Universal Synchronous Asynchronous Receiver Trasmitter (USART/SCI) dengan 9-bit address detection.

7. Parallel Slave Port (PSP) 8-bit wide, dengan kontrol eksternal RD,

WR, dan CS (hanya untuk jenis 40/44-pin).

16

Gambar 2.14. Mikrokontroller PIC 16F87X DIP (Microchip, 2001).

2.12 Digital to Analog Converter (DAC)

DAC adalah suatu rangkaian pengubah informasi dari data

digital menjadi data analog. Rangkaian ini diperlukan pada saat suatu

rangkaian digital digunakan sebagai alat kontrol pada suatu sistem

rangkaian yang mengoperasikan parameter tegangan atau arus dalam

analog. DAC akan mengubah setiap konfigurasi logika pada input-

inputnya ke dalam tegangan analog pada outputnya dengan

perbandingan tertentu. Konverter D/A dapat mengonversi sebuah

word digital ke dalam sebuah tegangan analog dengan memberikan

skala output analog berharga nol ketika semua bit adalah nol dan level

nilai maksimum ketika semua bit adalah satu. Angka biner sebagai

angka pecahan.Aplikasi DAC banyak digunakan sebagai rangkaian

pengendali (driver) yang membutuhkan input analog seperti motor AC

maupun DC, tingkat kecerahan pada lampu, pemanas (Heater) dan

sebagainya. Umumnya DAC digunakan untuk mengendalikan

peralatan komputer (Tohari, 2011).

2.13 Delphi

Delphi adalah salah satu bahasa pemrograman berbasis visual

yang digunakan untuk membuat program aplikasi pada komputer

(seperti Visual basic). Bahasa pemrograman yang digunakan oleh

Delphi sebenarnya merupakan turunan dari bahasa pemrograman

pascal, yang dahulu pada Delphi dikenal sebagai objek pascal. Bagi

3

Anda yang telah mengenal bahasa pemrograman pascal, maka

mungkin Anda tidak akan terlalu kesulitan dalam mempelajari Delphi.

Delphi relatif lebih mudah dipahami dibandingkan dengan

bahasa pemrograman lainnya, disamping itu banyak referensi

terutama dalam bentuk buku yang membahas tentang bahasa

pemrograman ini. Delphi telah terbukti mampu menghasilkan

software-software yang berkualitas, baik yang berskala besar maupun

kecil, teknologi yang digunakan pada Delphi pun cukup up to date.

Sampai saat ini, Borland sebagai perusahaan pembuat Delphi,

terus menyempurnakan Delphi mengikuti perkembangan teknologi

yang begitu pesat. Hal ini menjadikan Delphi sebagai salah satu

pilihan utama yang cukup banyak digunakan oleh para programmer di

Indonesia khususnya, sebagai tools dalam proyek pengembangan

software.

Untuk menghubungkan sebuah device dengan Borland

dibutuhkan sebuah penghubung berupa interface digital. Pada

software Delphi 7 ini diperlukan sebuah serial package yang bernama

CportLib yang telebih dahulu harus diinstall. Tab CportLib ini berisi

tool – tool yang digunakan untuk komunikasi serial, komponen pada

Cport dapat dilihat pada Gambar 2.15 (Mukhalisisn, 2011).

Gambar 2.15. Komponen Comport di Delphi (Mukhalisisn, 2011).

18


19

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1. Waktu dan Tempat Pelaksanaan

Penelitian ini dilakukan pada bulan September 2016 hingga Juli

2017 yang bertempat di Laboratorium Measurement Circuit and

System (MCS) Gedung Biomol Lantai 3 Universitas Brawijaya.

3.2. Metode Pengurangan LSB

Pada susunan bit di dalam sebuah byte (1 byte = 8 bit), ada bit

yang paling berarti (most significant bit atau MSB) dan bit yang paling

kurang berarti (least significant bit atau LSB). Least significant bit

adalah bagian dari barisan data biner (basis dua) yang mempunyai

nilai paling tidak berarti/paling kecil. Letaknya adalah paling kanan

dari barisan bit.

Gambar 3.1 merupakan contoh sinyal dari MEMS

accelerometer MMA7361L ketika dianggap tidak ada getaran

disekitarnya. Garis merah merupakan sinyal dengan amplitudo sebesar

2.5 Volt.

Gambar 3.1. Contoh Sinyal Ideal MEMS Ketika Diam

20

Data ke lima dari sinyal tersebut kemudian disampling oleh

ADC mikrokntroler PIC16F873A, dan didapatkan nilai hasil sampling

ADC yang direpresentasikan dalam angka biner seperti berikut ini :

0 0 0 0 0 0 1 0

Nilai diatas apabila didesimalkan akan menjadi sebesar 512.

Karena PIC16F873A merupakan mikrokontroler 8 bit dan ADC dari

mikrokontroler tersebut memiliki resolusi 10 bit. Sehingga hasil

pembacaan ADCnya akan disimpan pada 2 register memory yaitu

ADRESH dan ADRESL. ADRESH merupakan register untuk nilai

tinggi atau High Value dari ADC dan ADRESL merupakan register

untuk nilai kecil atau Low Value dari ADC. Least significant bit yang

akan dikurangi berada di register ADRESL. Gambar 3.2 merupakan

contoh dari noise mekanis yang ada pada MEMS MMA7361L. Data

ke lima dari sinyal tersebut akan disampling oleh ADC dan dikurangin

dengan sejunlah LSB.

Gambar 3.2. Contoh Sinyal Real MEMS Ketika Diam

0 0 0 0 0 0 0 0

High Value Low Value

21

Gambar 3.3. Bagian Sinyal yang Akan dikurangi level LSB

Hasil sampling ADC dari data ke lima dari contoh sinyal pada

Gambar 3.3. adalah sebesar 525 ADC, dalam bentuk binernya seperti

berikut ini :

Bagian Low Value akan dikurangi level 16 LSB, operasi

penguranganya adalah sebagai berikut :

Carry =0

0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0 1

0 0 0 0 1 1 0 1

0 0 0 1 0 0 0 0

1 1 1 1 1 1 0 1


-

22

Hasil dari pengurangan level 16 LSB pada bagian Low Value

menghasilkan nilai negatif yaitu ditandai dengan nilai borrow sama

dengan 1. Artinya data ke 5 pada sinyal diatas nilainya kurang dari

512+16LSB atau kurang dari 528, sehingga data kelima akan dianggap

bagian dari noise dan nilainya akan dijadikan 512 ADC atau 2.5Volt.

Dan bentuk sinyalnya setelah dikurangi 16 LSB ditunjukan pada

Gambar 3.4.

Gambar 3.4. Hasil Pengurangan Level LSB

Hasil pengurangan level LSB mengakibatkan sinyal menjadi

terpotong, hal ini karena jumlah LSB yang akan dikurangkan juga

menjadi batas minimum suatu sinyal yang dianggap bukan noise.

Selanjutnya apabila sinyal yang disampling nilainya kurang dari 512,

maka akan dikurangakan dengan level minus LSB. Akan tetapi karena

ADC tidak mengenal nilai negatif, maka prosesnya akan diubah

menjadi penambahan level LSB. Pada Gambar 3.5 ditunjukan bagian

sinyal yang akan ditambah level LSB.

23

Gambar 3.5. Bagian sinyal yang akan ditambahakn level LSB

Hasil sampling ADC dari data ke lima dari contoh sinyal

pada Gambar 3.5 adalah sebesar 500 ADC, dalam bentuk binernya

seperti berikut ini :

Bagian Low Value akan ditambahkan level 16 LSB, operasi

penjumlahanya adalah sebagai berikut :

Carry =1

Hasil dari penambahan level 16 LSB pada bagian Low Value

menghasilkan nilai lebih yaitu ditandai dengan nilai carry sama

dengan 1. Artinya data ke 20 pada sinyal diatas nilainya lebih besar

dari 512-16LSB atau lebih dari 496, sehingga data ke 20 akan

dianggap bagian dari noise dan nilainya akan dijadikan 512 ADC atau

0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 0 1 0 0

1 1 1 1 0 1 0 0

0 0 0 1 0 0 0 0

0 0 0 0 0 1 0 0


+

24

2.5Volt. Dan bentuk sinyalnya setelah dikurangi 16 LSB ditunjukan

pada Gambar 3.6.

Gambar 3.6. Hasil Penambahan Level LSB

Hasil kombinasi pengurangan dan penambahan level LSB akan

menhasilkan bentuk sinyal seperti yang ditunjukan pada Gambar 3.7.

Gambar 3.7. Hasil Pengurangan dan Penambahan Level LSB

25

Agar metode pengurangan LSB diatas dapat berjalan dengan

baik, maka diperlukan beberapa tahapan yang harus dikerjakan.

Tahapan penelitian ini dapat diGambarkan oleh diagram alir pada

Gambar 3.8.

Gambar 3.8. Diagram Alir Tahapan Penelitian

3.2.1 Desain Sistem Keseluruhan

Desain sistem terdiri dari enam bagian utama yaitu elemen

sensor, kemudian pengondisi sinyal 1, pemroses sinyal, modul DAC,

pengondisi sinyal 2, serta terakhir software akuisisi data. Semua

elemen tersebut yang akan mendukung proses reduksi noise dengan

menggunakan metode pengurangan level LSB.

Secara keseluruhan desain sistem yang dibuat dapat dilihat

pada Gambar 3.9.

Desain Sistem Keseluruhan

Desain dan Pembuatan Hardware

Desain dan Pembuatan Software

Pengujian Alat

26

Gambar 3.9. Desain Sistem Keseluruhan

3.2.2 Desain Sistem Hardware

Desain sistem hardware ini terdiri dari desain pengondisi sinyal

1, desain pengondisi sinyal 2, dan desain pemroses sinyal.

A. Desain Pengondisi Sinyal 1

Gambar 3.10. Diagram Blok Pengondisi Sinyal 1

Gambar 3.10 merupakan blok diagram pengondisi sinyal 1.

Sensor MEMS Accelerometer merupakan sensor analog dengan

keluaran berupa tegangan, untuk memproses keluarannya di perlukan

rangkaian pengondisi, rangkaian pengondisi pertama yang digunakan

yaitu filter Band Pass. Filter Band Pass digunakan untuk zeroing, dan

memfilter noise berupa sinyal dengan frekwensi tinggi, karena sinyal

gempa sendiri memiliki frekwensi rendah. Filter Band Pass tersusun

atas dua filter, yaitu filter Low Pass dan filter High Pass. Untuk filter

Low Pass digunakan jenis filter pasif yang tersusun atas komponen R

dan C. Rangkaian filter Low Pass didesain untuk menghasilkan

frekuensi cut-off sebesar 20Hz. Sinyal yang memiliki frekuensi lebih

dari 20Hz akan dilemahkan intensitasnya dan sinyal dengan frekuensi

dibawah nilai tersebut akan diloloskan. Untuk frekuensi cut-off filter

27

diatas ditentukan dari perhitungan menggunakan persamaan berikut :

fC =1

2𝜋𝑅1𝐶1 (3.1)

Keterangan :

fC = Frekuensi Cut-Off Lowpass

(Hz)

R1 = Nilai Resistor 1 (Ω)

C1 = Nilai Kapasitor 2 (F)

Dengan nilai R1= 56kΩ dan C1= 120nF maka didapatkan nilai

cut-off sebesar 23 Hz. Untuk filter highpass juga digunakan filter jenis

filter pasif yang tersusun atas komponen R dan C. Rangkaian filter

highpass didesain untuk menghasilkan frekuensi cut-off sebesar

0.1Hz. Sinyal yang memiliki frekuensi kurang dari 0.1Hz akan

dilemahkan intensitasnya dan sinyal dengan frekuensi diatas nilai

tersebut akan diloloskan. Untuk frekuensi cut-off filter diatas

ditentukan dari perhitungan menggunakan persamaan berikut :

fC =1

2𝜋𝑅2𝐶2 (3.2)

Keterangan :

fC = Frekuensi Cut-Off Highpass (Hz)




cut-off sebesar 0.15Hz. Karena filter highpass melemahkan sinyal

dengan frekuensi di bawah frekuensi cut-off maka jika tidak ada

perubahan input yang terjadi maka sinyal akan dinolkan (zeroing),

dengan kata lain dengan filter highpass offset sinyal yang sebelumnya

berada pada 1,65 V (saat mendeteksi 1G) akan berubah offset nya ke

0 V. Karena pemroses sinyal tidak bisa memproses sinyal dengan

tegangan negatif, semisal 0,85 V(saat -1G) akan menjadi -800 mV,

serta penguat didesain single supply maka offset sinyal harus diubah.

28

Untuk mengubah offset dilakukan dengan menggantikan rangkaian

ground pada resistor R2 menjadi tegangan referensi 2,5 V.

Setelah sinyal dari sensor melewati rangkaian filter, maka perlu

dikuatkan. Nilai amplifikasi (gain tegangan) tergantung pada kekuatan

getaran mekanis yang dideteksi oleh MMA7361L. Desain penguat

yang dibuat yaitu penguat Instrumentasi menggunakan IC AD620.

AD620 hanya membutuhkan satu eksternal Resistor untuk mengatur

gain voltase (Av) dari 0 dB sampai 60 dB, bahkan lebih. Desain

pengondisi sinyal secara keseluruhan dapat dilihat pada Gambar 3.11.

Gambar 3.11. Desain Pengondisi Sinyal Untuk Sensor MMA 7361L

B. Desain Pengondisi Sinyal 2

Gambar 3.12 merupakan blok diagram pengondisi sinyal 1.

Gambar 3.12. Diagram Blok Pengondisi Sinyal 2

Pengondisi sinyal 2 digunakan untuk memfilter serta

menguatkan sinyal yang dikeluarkan oleh DAC setelah diproses oleh

bagian pemroses sinyal. Pengondisi sinyal 2 terdiri atas rangkaian

filter Low Pass pasif serta penguat Instrumentasi. Desain pengondisi

sinyal 2 secara umum dapat dilihat pada Gambar 3.13.

29

Gambar 3.13. Desain Pengondisi Sinyal 2

Rangkaian filter lowpass diatas didesain untuk menghasilkan

frekuensi cut-off sebesar 20Hz. Sinyal yang memiliki frekuensi lebih

dari 20Hz akan dilemahkan intensitasnya dan sinyal dengan frekuensi

di bawah nilai tersebut akan diloloskan. Untuk frekuensi cut-off filter

di atas ditentukan dari perhitungan menggunakan persamaan berikut :

fC =1

2𝜋𝑅3𝐶3 (3.3)

Keterangan :

fC = Frekuensi Cut-Off Lowpass (Hz)




cut-off sebesar 23 Hz.

C. Desain Pemroses Sinyal

Setelah sinyal keluar dari pengondisi sinyal 1 selanjutnya akan

diproses pada bagian pemroses sinyal. Sinyal akan disampling oleh

ADC Mikrokontroler supaya sinyal yang awalnya dalam bentuk

analog berupa tegangan akan diubah menjadi digital untuk keperluan

pemrosesan data. Bagian pemroses sinyal terdiri dari Mikrokontroler,

Internal ADC Mikrokontroler, serta Digital to Analog Converter

(DAC). Desain pemroses sinyal secara umum dapat dilihat pada

Gambar 3.14.

30

Gambar 3.14. Desain Pemroses Sinyal

3.2.3 Desain dan Pembuatan Software

Desain software terdiri atas dua bagian, yaitu software pada

bagian mikrokontroler dan software akuisisi data pada bagian display.

A. Desain Software Mikrokontroler

Pada bagian software mikrokontroler PIC16F873A, software

didesain untuk melakukan 2 tugas utama yaitu memproses sinyal dari

pengondisi sinyal 1 dan 2 serta melakukan proses pengurangan LSB.

Gambar 3.15 menunjukan flowchart program mikrokontroler.

31

Gambar 3.15. Flowchart Program Mikrokontroller

Start

Menunggu

Karakter

Start

Ada Karakter Start

Tidak

Ya

Mulai Konversi ADC

Data diSimpan di Register

Ada Karakter pemilihan penguranagan LSB

Pengurangan LSB

A. 64 LSB

B. 32 LSB

C. 16 LSB

D. 0 LSB

Kirim ke DAC

Ya

Tidak

Kirim Data ke PC

Ada Karakter Stop

A

A

Ya

Tidak

End

32

B. Desain Pemrograman Prinsip Pengurangan LSB

Pengurangan LSB pada sinyal yang telah diproses oleh ADC

mikrokontroler dilakukan secara pemrograman serta program ditanam

pada mikrokontroler. Sehingga nanti proses akuisisi data yang

dilakukan masih termasuk dalam akuisisi data secara online dan

realtime. Flowchart program pengurangan LSB dapat dilihat pada

Gambar 3.16 dan 3.17.

Gambar 3.16. Flowchart Program Pengurangan LSB bagian 1

Ambil Nilai ADC di Regsiter

Ada Karakter pemilihan penguranagan LSB

Kurangi

16 LSB

Pengurangan LSB Bit ke 0 High Value = 1

Low Value hasilnya negatif ?

Paksa ADC=512

Kurangi

32 LSB

Kirim Nilai

ADC


Lanjutkan

Proses

Pengurangan

Paksa ADC=512

Kurangi

64 LSB


Paksa ADC=512

B

Tidak

Tidak

Tidak

Tidak

Tidak

Ya

Ya

Ya

Ya

33

Gambar 3.17. Flowchart Program Pengurangan LSB bagian 2

C. Desain Software Akuisisi Data

Untuk menampilkan data yang dikirim oleh mikrokontroler ke

PC, dibangun sebuah software akuisisi data. Software dikembangkan

dengan menggunkan delphy 7. Selain untuk menapilkan data, software

juga dibuat untuk memilih besarnya pengurangan LSB dan juga untuk

membca data yang disimpan setelah melakukan proses pengukuran.

Alur program akuisisi data dapat dilihat pada Gambar 3.18.

Tambah

16 LSB

Nilai ADC lebih dari 512

Tambah

32 LSB

Tambah

64 LSB



Paksa ADC=512

Paksa ADC=512

Paksa ADC=512

Lanjutkan

Proses

Penambahan

B

34

Gambar 3.18. Flowchart Program Akuisis Data

Start

Setting Comport

Kirim Karakter

Sinkronisasi

Menerima String OKE

Memilih pengurangan LSB

Mengirim Karakter

pengurangan LSB ke

mikrokontroller

Baca data dari comport

Data disimpan di buffer

Data di tampilkan

Tidak

Tidak

Ya

Ya

35

3.2.4 Pengujian Alat

Pada pengujian alat dilakukan beberapa tahapan yaitu pengujian

pengondisi sinyal diantaranya pengujian filter sinyal, dan pengujian

penguat instrumentasi. Selanjutnya pengujian pemroses sinyal dan

program mikrokontroler yang terdiri atas pengujian pembacaan ADC,

pengujian DAC, dan pengujian pengurangan LSB. Dan yang terakhir

pengujian sistem secara keseluruhan.

A. Pengujian Pengondisi Sinyal

Pengujian pengondisi sinyal dilakukan menjadi dua tahapan.

Tahapan pertama, pengujian filter Band Pass untuk MEMS dan Low

Pass filter untuk DAC. Pengujian filter ini dilakukan dengan

menggunakan signal generator dan osciloskop. Pertama signal

generator diatur frekuensi dan amplitudonya. Kemudian output dari

signal generator dimasukam ke inpiut filter Band Pass, setelah itu

output dari filter Band Pass akan diukur menggunakan osiloskop.

Untuk filter Low Pass DAC prosedurnya juga sama. Pengujian filter

dilakukan untuk mengetahui apakah respon filter yang telah di buat

sesuai dengan yang diharapkan serta seberapa bagus kinerja filter yang

telah dibuat tersebut. Untuk mengetahu respon frekunsi Band Pass

filter yang telah dibuat, maka signal generator frekuensinya diatur

misalkan diatas frekuensi cut-off Band Pass filter di bagian Low Pass

nya atau High Pass nya, setelah itu dilihat pada osiloskop bagaimana

hasilnya dan begitu juga untuk filter Low Pass DAC juga dilakukan

hal yang sama.

Tahapan kedua pada pengujian alat yaitu pengujian rangkaian

penguat instrumentasi. Prosedur pengujian yang dilakukan adalah

dengan memberikan sinyal masukan untuk penguat instrumentasi

yang berasal dari sensor yang masuk ke bagian filter, kemudian output

dari filter dihubungkan ke input rangkain penguat instrumentasi.

Setelah itu dipilih besarnya penguatan pada rangkaian penguat

instrumentasi. Kemudian output dari penguat instrumentasi

dihubungkan dengan osiloskop untuk diukur dan dilihat hasil

penguatan yang dilakukan oleh rangkaian penguat instrumentasi.

36

B. Pengujian Pemroses Sinyal

Pengujian pemoroses sinyal terdiri dari beberapa tahap, yang

pertama yaitu pengujian pembacaan ADC. Prosedur pada tahapan ini

yaitu input pin ADC pada mikrokontroler diberikan sinyal masukan

berupa tegangan. Setelah itu dengan menggunakan bantuan aplikasi

Hercules dilihat nilai ADC yang dibaca oleh mikrokontroler apakah

sama dengan nilai tegangan masukan yang diberikan pada input ADC.

Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui apakah program ADC yang

ditanamkan pada mikrokontroler bekerja dengan baik.

Tahapan kedua yaitu pengujian DAC. Prosedur pengujian DAC

yang dilakukan adalah pertama kita memberikan sebuah nilai digital

untuk input DAC melalui program, kemudian DAC akan mengeluaran

tegangan pada outputnya. Nilai tegangan output pada DAC akan

diukur menggunakan bantuan multimeter untuk memastikan apakah

nilainya sesuai dengan nilai yang telah diberikan. Pengujian ini

berguan untuk mengetahui apakah program DAC serta modul DAC

yang digunakan berjalan dengan baik dan kinerjanya sesuai dengan

yang diharapkan.

Selanjutnya pengujian yang ketiga adalah pengujian program

pengurangan LSB pada mikrokontroler. Prosedur pengujian ini yaitu

input pin ADC pada mikrokontroler diberikan masukan tegangan

selanjutnya mikrokontroler akan memproses pembacaan ADC serta

melakukan proses pengurangan LSB. Dengan bantuan software

Hercules dilihat hasil proses pengurangn LSB yang dilakukan oleh

mikrokontroler. Pengujian ini dilakukan untuk memastikan bahwa

program pengurangan LSB berjalan sesuai dengan harapan.

C. Pengujian Sistem dan Implementasi Prinsip Pengurangan

LSB

Pengujian sistem secara keseluruhan dilakukan dengan

menyatukan semua bagian mulai dari sensor sampai dengan pemroses

sinyal menjadi satu modul kemudian dilakukan pengambilan data.

Pengujian dan pengambilan data yang pertama di lakukan dalam

labarotarium. Prosedur pengujian di bagi menjadi 2 tahap yaitu tanpa

mengaktifkan DAC pada bagian pemroses sinyal dan dengan

mengaktifkan DAC pada bagian pemroses sinyal. Tahap pertama

dengan tanpa mengaktifkan DAC yaitu sensor diletakkan di atas meja,

diatur penguatan pada rangkain penguat untuk sensor, kemudian

37

dipilih pengurangan 0 LSB, kemudian meja digetarkan. Selanjutnya

dilakukan proses akuisisi data dengan menggunakan software akuisis

data. Untuk pengurangan sampai dengan 64 LSB dilakukan hal yang

sama seperti sebelumnya.

Tahap kedua yaitu dengan mengaktifkan DAC pada pada

bagian pemroses sinyal. Sensor diletakkan diatas meja. Diatur

penguatan pada rangkain penguat instrumentasi dan diatur juga

penguatan untuk output DAC pada rangakaina penguat instrumentasi.

Dipilih pengurangan LSB muali dari 0 LSB, kemudian meja

digetarkan dan dilakukan proses akuisisi data. Untuk pengurangan

sampai 64 LSB dilakukan hal yang sama.

Pengujian d

pada pengembangan sensor getaran berbasis mems ...repository.ub.ac.id/5172/1/purwantho, ahmad bayyin...

Documents