prototype alat pengukur kecepatan dan arah...

Universitas Indonesia

UNIVERSITAS INDONESIA

RANCANG BANGUN PROTOTIPE ALAT PENGUKUR

KECEPATAN DAN ARAH ANGIN BERBASIS

MIKROKONTROLER

LAPORAN TUGAS AKHIR

diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Ahli Madya (A.Md)

IMAM HADI PRAYITNO

2305210026

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

PROGRAM D3 INSTRUMENTASI ELEKTRONIKA DAN INDUSTRI

DEPARTEMEN FISIKA

DEPOK

DESEMBER 2008

Rancang bangun..., Imam Hadi Prayitno, FMIPA UI, 2008.


HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS

Laporan Tugas Akhir ini adalah hasil karya saya sendiri,

dan semua sumber baik yang dikutip maupun dirujuk

telah saya nyatakan dengan benar.

Nama : Imam Hadi Prayitno

NPM : 2305210026

Tanda Tangan : ( )

Tanggal : 24 Desember 2008



HALAMAN PENGESAHAN

Laporan Tugas Akhir ini diajukan oleh :

Nama : Imam Hadi Prayitno

NPM : 2305210026

Program Studi : D3 Instrumentasi Elektronika

Judul Tugas Akhir :

RANCANG BANGUN PROTOTIPE ALAT PENGUKUR KECEPATAN

DAN ARAH ANGIN BERBASIS MIKROKONTROLER

Telah berhasil dipertahankan di hadapan Dewan Penguji dan diterima

sebagai bagian persyaratan yang diperlukan untuk memperoleh gelar Ahli

Madya (A.Md) pada program D3 Instrumentasi Elektronika dan Industri,

Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Indonesia.

DEWAN PENGUJI

Pembimbing : Drs. Arief Sudarmaji. MT ( )

Penguji 1 : Drs. Lingga Hermanto,M.Si ( )

Penguji 2 : Adhi Harmoko,M.Kom ( )

Ditetapkan di : Depok

Tanggal : 24 Desember 2008



KATA PENGANTAR

Puji syukur tak hentinya terucapkan kepada Allah SWT Sang Maha

Pengasih dan Maha Penyayang yang telah memberikan nikmat dan rahmat serta

pertolongan-Nya yang begitu besar sehingga penulis dapat menyelesaikan laporan

tugas akhir ini.

Laporan tugas akhir ini dibuat sebagai salah satu syarat penulis dalam

mendapatkan gelar Ahli Madya (AMD) pada Program D3 Instrumentasi

Elektronika dan Industri, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam,

Universitas Indonesia.

Kepada kedua orang tua, Papa dan Mama mungkin kata terima kasih tidak

cukup untuk membalas semua cinta, kasih sayang, dukungan baik moril maupun

materiil, dan semua perjuangan yang telah kalian lakukan. Semoga dengan

selesainya laporan tugas akhir ini dapat membawa sedikit kebanggaan untuk

kalian.

Selain itu, Laporan Tugas Akhir yang dilakukan penulis tidak akan

berhasil tanpa bantuan dari berbagai pihak. Untuk itu penulis ingin mengucapkan

terima kasih kepada :

1. Dr Prawito, selaku Ketua Program D3 Instrumentasi Elektronika dan

Industri. Terima kasih untuk bantuan, dukungan dan segala masukan.

sehingga mulai saat ini penulis tidak akan pernah takut untuk mencoba.

2. Drs.Arief Sudarmaji, M.T selaku dosen pembimbing yang telah

memberikan ilmu, bimbingan dan pengarahan yang sangat besar

manfaatnya bagi penulis dalam penyelesaian tugas akhir ini.

3. Bpk. Parno selaku Asisten bengkel mekanik yang telah membantu penulis

sehingga penulis dapat menjalankan tugas akhir tepat pada waktunya.



4. Seluruh Dosen Pengajar tetap maupun tidak tetap, yang telah memberikan

ilmu yang bermanfaat untuk penulis dalam menjalani jenjang pendidikan

di D3 Instrumentasi Elektronika ini.

5. Keluarga Besar H.K.Walimin, terima kasih untuk segalanya. Untuk

semangat yang selalu diberikan. serta semua keluarga yang telah

menerima penulis dengan baik dan mendukung penulis dalam

menyelesaikan tugas akhir ini.

6. Teman-teman instrumentasi 2005 yang selama 3 tahun telah bersama-sama

dengan penulis menjalani kehidupan dikampus ini.

7. Semua sahabat yang tidak dapat disebut satu persatu tetapi selalu ada

dalam ingatan penulis. Terima kasih untuk dukungan, doa dan supportnya.

Last but not least, my best partner Uphie, now u’ve already be a part

of my life.. see ur smile, hear ur laugh, share our sadness and happiness..

is the same important as eat, drink, or even breath.. I can’t imagine my life

without u in my side..thank’s for giving me the “world”.

Menyadari keterbatasan pengalaman dan kemampuan yang dimiliki oleh

penulis, maka penulis tidak menutup diri terhadap segala kritik dan saran yang

diberikan kepada penulis.

Akhir kata semoga laporan tugas akhir ini dapat memberikan manfaat bagi

semua pihak yang bersangkutan, terutama untuk penulis dan pembaca pada

umumnya

Depok, 24 Desember 2008

Penulis



HALAMAN PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI

TUGAS AKHIR UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

Sebagai sivitas akademik Universitas Indonesia, saya yang bertanda tangan di

bawah ini:

Nama : Imam hadi Prayitno

NPM : 2305210026

Program Studi : D3 Intrumentasi Elektronika

Departemen : Fisika

Fakultas : Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

Jenis karya : Laporan Tugas Akhir

demi pengembangan ilmu pengetahuan, menyetujui untuk memberikan kepada

Universitas Indonesia Hak Bebas Royalti Noneksklusif (Non-exclusive Royalty-

Free Right) atas karya ilmiah saya yang berjudul :

RANCANG BANGUN PROTOTIPE ALAT PENGUKUR KECEPATAN

DAN ARAH ANGIN BERBASIS MIKROKONTROLER

Beserta perangkat yang ada (jika diperlukan). Dengan Hak Bebas Royalti

Noneksklusif ini Universitas Indonesia berhak menyimpan,

mengalihmedia/formatkan, mengelola dalam bentuk pangkalan data (database),

merawat, dan memublikasikan tugas akhir saya selama tetap mencantumkan nama

saya sebagai penulis/pencipta dan sebagai pemilik Hak Cipta.

Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya.

Dibuat di : Depok

Pada tanggal : 24 Desember 2008

Yang menyatakan

( Imam Hadi Prayitno )



ABSTRAK



Judul : Rancang Bangun Prototipe Alat Pengukur Kecepatan Dan arah

Angin Berbasis Mikrokontroler

Prototipe alat pengukur kecepatan dan arah angin berbasis mikrokontroler ini

merupakan suatu alat untuk mengetahui besar kecepatan angin serta dapat

mendeteksi arah datangnya angin. Alat ini terbagi menjadi dua bagian yaitu cup

anemometer dan vane penunjuk arah angin. Angin yang bertiup akan

menggerakkan cup dan vane sehingga sensor yang terdapat pada masing-masing

batang porosnya juga ikut bergerak, jadi setiap pergerakkan langsung dapat diukur

oleh sensor tersebut. Sensor yang digunakan pada kedua alat ukur ini sama yaitu

shaft encoder, namun digunakan pada aplikasi yang berbeda. Hasil pengukuran

dari sensor diproses oleh mikrokontroler lalu ditampilkan ke komputer

menggunakan interrupt komunikasi serial dari komputer tersebut.

Kata kunci— Komunikasi serial,Angin,Shaft Encoder,Mikrokontroler



ABSTRACT



Judul : Design Development Prototype Anemometer and Wind Direction

Based On Microcontroller

This device uses microcontroller prototype and is used to measure the speed of

wind and the direction in which it moves. It consists of two parts, the anemometer

cup and vane wind direction. Moving air will turn the cup and vane and every

movement will be accepted and measured by a sensor. The sensor used in the cup

and vane is the same, which is a Rotary Encoder, but is applied differently. This

then will be carried out to a microcontroller to be further processed and displayed

in the monitor through a serial communication.

Key words— Serial Comunication, Wind, Shaft Encoder, Microcontroller



DAFTAR ISI

Halaman

HALAMAN JUDUL ................................................................................................... i

HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS .................................................... ii

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

KATA PENGANTAR ............................................................................................... iv

HALAMAN PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI ............................. vi

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

DAFTAR ISI .............................................................................................................. ix

DAFTAR GAMBAR ................................................................................................. xi

DAFTAR TABEL .................................................................................................... xii

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

1.1. Latar Belakang ...................................................................................... 1

1.2. Tujuan Penelitian .................................................................................. 2

1.3. Deskripsi Singkat ................................................................................... 2

1.4. Pembatasan Masalah .............................................................................. 2

1.5. Metode Penelitian................................................................................... 3

1.6. Sistematika Penulisan ............................................................................ 4

BAB 2. TEORI DASAR ............................................................................................ 6

2.1. Angin ..................................................................................................... 9

2.2. Anemometer ......................................................................................... .9

2.3. Sensor ................................................................................................... 12

2.3.1 Rotary Encoder.................................................................... 12

2.3.2 OptoCoupler (OID) ............................................................. 13

2.3.3 Phototransistor .................................................................... 15

2.4. Pencacah ............................................................................................... 16

BAB 3. PERANCANGAN DAN CARA KERJA SISTEM .................................. 19

3.1. Perancangan hardware ......................................................................... 19

3.2. Rangkaian Mikrokontroler Atmega16 ................................................. 20

3.2.1 Timer/Counter ............................................................................ 24

3.2.2 Serial pada Atmega16 ................................................................ 25

3.2.3 Rangkaian Sensor Kecepatan Angin .......................................... 26

3.2.4 Rangkaian Sensor Arah Angin .................................................. 29

3.3 Perancangan Software ........................................................................... 32

3.3.1. Personal Computer (PC) .......................................................... 32

3.3.2. Komunikasi Data Serial .......................................................... 33

3.3.3. Serial via RS232 ....................................................................... 36

3.3.4. Protokol Pengiriman Data Serial .............................................. 37

3.3.5. Flowchart Program Mikrokontroler ......................................... 39

BAB 4. HASIL PERCOBAAN DAN ANALISA ................................................... 41

4.1. Pengujian Pulsa Counter ...................................................................... 41

4.2. Pengujian Sensor Kecepatan Angin ..................................................... 42

4.3. Pengujian Sensor Arah Angin .............................................................. 44



BAB 5. KESIMPULAN DAN SARAN ................................................................... 46

5.1. Kesimpulan .......................................................................................... 46

5.2. Saran ..................................................................................................... 47

DAFTAR REFERENSI ........................................................................................... 48

LAMPIRAN



DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 1.1. Blok diagram pada sistem ....................................................................... 2

Gambar 2.1. Proses Gerakan Angin. ........................................................................... 6

Gambar 2.2. Anemometer. ........................................................................................ 10

Gambar 2.3 Penunjuk Arah Angin ........................................................................... 11

Gambar 2.4 Gerakan Cup Anemometer terhadap Angin ........................................... 12

Gambar 2.5 Posisi Mekanis Sensor Optocoupler ...................................................... 15

Gambar 2.6. Berbagai metode pengukuran menggunakan optocoupler ................... 15

Gambar 2.7. Kondisi Sinyal Pada Sensor Optocoupler 2 output ............................... 16

Gambar 2.8. Berbagai Jenis Uji Transistor ................................................................ 31

Gambar 2.9 Pencacah 4-bit ....................................................................................... 17

Gambar 3.10 Pulsa yang dibangkitkan pada Pencacah 4 bit ...................................... 17

Gambar 3.1. Rancang Bangun Mekanik .................................................................... 19

Gambar 3.2. Blok Diagram Sistem ........................................................................... 20

Gambar 3.3 Rangkaian Mikrokontroler ..................................................................... 21

Gambar 3.4 Pin-pin ATmega16 kemasan 40-pin ................................................... ....23

Gambar 3.5 Blok Diagram Timer/Counter ................................................................ 25

Gambar 3.6. Data Timing pada Timer/Counter ......................................................... 25

Gambar 3.7. Rangkaian Sensor Kecepatan Angin ..................................................... 27

Gambar 3.8. Bentuk Pulsa pada Sensor Kecepatan Angin ........................................ 27

Gambar 3.9 Rangkaian Sensor Arah Angin. ............................................................. 30

Gambar 3.10 Pulsa Keluaran pada Sensor Arah Angin ............................................. 31

Gambar 3.11 Konfigurasi Pin IC MAX232 ............................................................... 28

Gambar 3.12 Flowchart Program Utama. ................................................................. .41

Gambar 4.1 Pulsa Counter ketika dalam Keadaan Berputar ke Kiri (CCW)............ .43

Gambar 4.2 Pulsa Counter ketika dalam Keadaan Berputar ke Kanan (CW) .......... 44

Gambar 4.3 Grafik Nilai Kecepatan Anemometer terahadap Perhitungan ................ 43

Gambar 4.4 Grafik Sudut Pada Alat terhadap Sudut Pada Busur Sudut.. ................ .44



DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 3.1. Tabel Konfigurasi Pin Port ....................................................................... 23

Tabel 3.2. Tabel Kebenaran flip-flop D ..................................................................... 30

Tabel 3.3. Tabel Konfigurasi pin dan nama sinyal konektor serial DB-9.................. 33

Tabel 3.4. Tabel Nama register yang digunakan beserta alamatnya .......................... 34

Tabel 3.5. Tabel Angka pembagi clock pada IC UART ............................................ 35

Tabel 3.6. Tabel Format protokol komunikasi serial PCMikrokontroler PC .... 37

Tabel 4.1. Tabel Nilai Kecepatan Anemometer terahadap Perhitungan .................... 43

Tabel 4.2. Tabel Sudut Pada Alat terhadap Sudut Pada Busur Sudut ....................... 45



BAB 1

PENDAHULUAN

Bab pertama pada laporan tugas akhir ini, merupakan sebuah lembaran

pendahuluan dari kegiatan penelitian yang dilakukan oleh penulis. Uraian pada

bab pertama laporan penelitian ini, antara lain meliputi latar belakang penelitian,

tujuan penelitian, pembatasan masalah penelitian, metode penelitian, dan

sistematika penelitian.

1.1 Latar Belakang

. Angin adalah udara yang bergerak atau arus udara terutama dalam arah

mendatar di atas permukaan bumi dengan berbagai kecepatan. Angin banyak

terdapat di bumi ini, baik yang memiliki kecepatan besar maupun yang memiliki

kecepatan kecil, keberadaan angin bagi kehidupan umat manusia dapat bersifat

merugikan dan menguntungkan. angin yang dapat dimanfaatkan keberadaannya

dengan baik dapat berguna bagi manusia, seperti pembangkit listrik, prakiraan

cuaca atau penelitian pada bidang oceanografi. dan masih banyak lagi kegunaan

angin yang dapat dimanfaatkan bagi manusia.

Berdasarkan gerakan angin kita dapat menganalisa dampak yang

disebabkan oleh angin tersebut sehingga gerakan angin tersebut harus selalu

dimonitoring setiap saat, sebagai contoh Pada laut lepas angin dapat

membangkitkan gelombang yaitu dengan mengetahui besarnya kecepatan angin di

suatu posisi, maka dapat diketahui panjang daerah pembangkit gelombang yang

dihasilkan oleh angin tersebut.

Dengan latar belakang di atas, penulis ingin malakukan penelitian dengan

membuat prototype pengukur kecepatan dan arah angin yang nantinya dapat



digunakan untuk membantu dan mempermudah pekerjaan manusia yang

berhubungan dengan angin.

1.2 Tujuan

Membuat prototype alat ukur kecepatan dan arah angin yang dapat

diterapkan pada pusat-pusat penelitian yang memerlukan yang umumnya

digunakan sebagai pendeteksi keberadaan angin sekaligus mengukur

kecepatannya untuk menganalisa dampak dari angin tersebut.

1.3 Deskripsi Singkat

Alat ini berfungsi untuk memantau kecepatan angin dan arah angin yaitu

dengan menggunakan dua buah sensor dengan jenis yang sama namun kedua

sensor tersebut digunakan dengan aplikasi yang berbeda. Selain mampu mengukur

kecepatan angin dan menentukan arah angin, alat ini juga dapat menampilkan data

yang diperoleh pada tampilan di komputer. Berikut ini adalah bagan dari

keseluruhan sistem :

Gambar 1.1 Blok Diagram pada Sistem

1.4 Batasan Masalah

Pembatasan masalah ini difokuskan pada pembuatan alat untuk mengukur

kecepatan dan arah angin. Alat ini ditujukan pada sistem pengukuran berbasis



mikrokontroler yang ditampilkan dalam tulisan di komputer dengan

komunikasi serial.

1.5 Metode Penelitian

Metode penelitian yang akan dilakukan terdiri dari beberapa tahap antara lain:

1. Study Literatur

Penulis menggunakan metode ini untuk memperoleh informasi yang

berkaitan dengan penelitian yang penulis buat. Study literatur ini mengacu

pada buku-buku pegangan, data sheet dari berbagai macam komponen

yang di pergunakan, data yang didapat dari internet, dan karya tulis yang

berkaitan dengan proyek yang penulis buat.

2. Perancangan dan Pembuatan Alat

Pada bagian ini penulis membuat suatu rancangan baru berupa prototype

dari suatu alat pengukur kecepatan angin dan arah angin. Pembuatan alat

ini dibagi menjadi dua bagian yaitu, rancang bangun mekanik dan

mikrokontroler. Pada bagian mekanik akan membahas rancangan bentuk,

cara kerja, dan sensor yang digunakan. Pada bagian mikrokontroler akan

membahas masalah pembuatan minimum sistem mikrokontroler,

rangkaian pendukung untuk sistem pengukurannya, dan pembuatan

program untuk mengolah data . Di sini penulis akan mempelajari sistem

pengukuran yang sudah ada, serta menganalisa kembali kelebihan dan juga

kekurangan dari sistem pengukuran tersebut agar dapat memperoleh

sebuah rancangan sistem pengukuran yang lebih baik.

3. Pembuatan Program

Pembuatan program dilakukan untuk memanipulasi kerja alat sehingga

dapat sesuai dengan yang diinginkan. Pembuatan program ini

menggunakan software compiler yaitu BASCOM AVR untuk

memprogram IC mikrokontroler tersebut dengan bantuan ISP downloader.

4. Uji sistem

Dari alat yang sudah dibuat maka dilakukan pengujian sistem terhadap

masing-masing bagian dengan tujuan untuk mengetahui kinerjanya apakah



sudah sesuai dengan apa yang diharapkan atau belum serta menganalisa

permasalah-permasalan yang timbul.

5. Pengambilan Data

Pada bagian ini alat diuji secara keseluruhan sebagai suatu kesatuan

sistem. Setelah itu dapat dilihat apakah perangkat keras dan lunak sudah

dapat bekerja dengan benar ataukah masih dibutuhkan beberapa perbaikan.

Jika alat sudah dapat bekerja dengan benar, maka dapat dilakukan

pengambilan data yang dianggap penting atau diinginkan. Selain itu

pengambilan data ini juga sebagai referensi untuk dianalisa dan

dibandingkan dengan literatur.

1.6 Sistematika Penulisan

Sistematika penulisan Tugas Akhir ini terdiri dari bab-bab yang memuat

beberapa sub-bab. Untuk memudahkan pembacaan dan pemahaman maka

Tugas Akhir ini dibagi menjadi beberapa bab yaitu :

BAB 1 PENDAHULUAN

Pendahuluan berisi latar belakang permasalahan, tujuan penulisan,

pembatasan masalah, metode penulisan dan sistematika penulisan dari

Tugas Akhir ini.

BAB 2 TEORI DASAR

Teori dasar berisi tentang teori yang mendasari hal-hal yang berkaitan

dengan tugas akhir ini yang didapatkan berdasarkan hasil studi

literatur.

BAB 3 PERANCANGAN DAN CARA KERJA SISTEM

Pada bab ini akan dijelaskan keseluruhan sistem kerja dari mekanik

sistem pengendalian temperatur ini.

BAB 4 HASIL EKSPERIMEN DAN ANALISA DATA

Pada bab ini akan membahas tentang hasil dan analisa yang telah

diperoleh dalam perancangan dan pengujian terhadap alat ini baik

kesalahan maupun kendala yang didapat.



BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN

Berisi kesimpulan dari keseluruhan perancangan sistem hingga hasil

penelitian yang didapat serta saran yang mungkin dapat digunakan

untuk memperbaiki, menambahkan, ataupun memodifikasi alat yang

sudah ada menjadi lebih baik.

.



BAB 2

TEORI DASAR

Seperti pada penjelasan sistematika penulisan pembuatan tugas akhir ini,

dalam bab ini akan dijelaskan beberapa landasan-landasan teori sebagai hasil dari

studi literatur yang berhubungan dalam perancangan dan pembuatan alat, antara

lain prinsip dasar Angin, Anemometer, dan Rotary encoder.

2.1 Angin

“Angin adalah udara yang bergerak dari satu tempat ke tempat lainnya.

Angin berhembus dikarenakan beberapa bagian bumi mendapat lebih banyak

panas matahari dibandingkan tempat yang lain. Permukaan tanah yang panas

membuat suhu udara di atasnya naik. Akibatnya udara mengembang dan menjadi

lebih ringan. Karena lebih ringan dibanding udara disekitarnya, udara akan naik.

Begitu udara panas tadi naik, tempatnya segera digantikan oleh udara

disekitarnya, terutama udara dari atas yang lebih dingin dan berat. Proses ini

terjadi terus menerus. Akibatnya kita bisa merasakan adanya pergerakan udara

atau yang kita sebut angin”[1].

Gambar 2.1 Proses Gerakan Angin[1]



“Berat udara di atas permukaan tanah menghasilkan daya tekan ke bumi.

Inilah yang disebut tekanan udara. Udara yang mengembang menghasilkan

tekanan udara yang lebih rendah. Sebaliknya, udara yang berat menghasilkan

tekanan yang lebih tinggi. Angin bertiup dari tempat yang bertekanan tinggi

menuju ke tempat yang bertekanan rendah. Semakin besar perbedaan tekanan

udaranya, semakin besar pula angin yang bertiup. Rotasi bumi membuat angin

tidak bertiup lurus. Rotasi bumi menghasilkan Coriolis force yang membuat angin

berbelok arah. Dibelahan bumi utara, angin berbelok ke kanan, sedangkan di

belahan bumi selatan angin berbelok ke kiri”[2].

Angin merupakan massa udara yang bergerak dari daerah bertekanan

udara tinggi ke daerah bertekanan udara rendah. Kekuatan angin ditentukan oleh

kecepatannya, makin cepat angin bertiup maka makin tinggi/besar kekuatannya.

Sebagaimana diketahui bahwa massa (kg), waktu (detik), dan jarak (meter)

Adalah besaran dasar fisika.(Yahdi.1996) Dari besaran tersebut diperoleh besaran

turunan yaitu kecepatan, dengan persamaan :

v = s / t .............................................................................................. (2.1)

v = kecepatan (m/s)

s = jarak (m)

t = waktu (s)

Kemudian menurut besaran fisika tersebut dapat diketahui persamaan energi

kinetic dari sebuah benda dengan massa m dan kecepatan v adalah E = 0.5 mv2,

dengan ketentuan, kecepatan v tidak mendekati kecepatan cahaya. Maka

persamaan tersebut berlaku juga untuk angin, yang merupakan udara yang

bergerak.

Sehingga

E = 0.5 mv² ........................................................................................ (2.2)

E = energi (Joule)

m = massa (kg)

v = kecepatan (m/s)

jika suatu “blok” udara, yang mempunyai luas penampang A (m²), bergerak

dengan kecepatan v (m/s), dan kepadatan massa q adalah massa persatuan volume



(kg/m³), maka jumlah masaa yang melewati sesuatu tempat adalah (abdul kadir,

1982)

m = A v q (kg/detik) ......................................................................... (2.3)

A = luas penampang (m²)

V = kecepatan (m/s)

q = massa per satuan volume (kg/m³)

Dengan demikian daya atau energi yang dapat dihasilkan per satuan waktu adalah

P = E per satuan waktu

P = 0.5 q A v³ ................................................................................... (2.4)

P = energi per satuan waktu (J/t)

E = energi (J)

q = massa per satuan volume (kg/m³)

A =luas penampang (m²)

v = kecepatan (m/s)

untuk keperluan praktis sering dipakai rumus pendekatan berikut :

P = k A v³ .......................................................................................... (2.5)

Dengan k = suatu konstanta (1,37 x 10-5)

Walaupun dalam rumus di atas besaran k digambarkan sebagai konstanta,

pada asasnya pada besaran k tercermin pula factor – factor seperti geseran dan

efisiensi sistem, yang mungkin juga tergantung dari kecepatan angin v. sedangkan

luas penampang A tergantung pula misalnya dari bentuk, yang juga dapat berubah

dengan besaran v. oleh karena itu untuk suatu baling-baling angina tertentu,

besaran-besaran k dan A dapat dianggap konstan.

Rumus yang dikembangkan oleh golding (E.W. Golding, “windmills for

water lifting and the generation of electricity on the farm”, FAO internal working

bulletin no.17) berbentuk :

P = k F A E v³ ................................................................................... (2.6)

P = energi per satuan waktu



k = kontanta

F = suatu factor = 0,5926

Yang merupakan bagian dari angin, yang dapat secara maksimal dimanfaatkan

dengan sebuah baling-baling dari tenaga angin.

A = luas penampang

E = efisiensi rotor dan peralatan lainnya

V = kecepatan

Untuk keperluan ilmu pengetahuan, khususnya mengenai Metereologi dan

geofisika diperlukan suatu alat yang dapat mengukur kecepatan angin. Alat untuk

mengukur kecepatan angin disebut "Anemometer". Anemometer selain digunakan

untuk mengukur kecepatan angin, juga dapat digunakan untuk menentukan arah

angin.

2.2 Anemometer

“Kata anemometer berasal dari bahasa yunani “anemos” yang berarti

angin. Anemometer terdiri atas beberapa cup yang terletak tegak lurus terhadap

tiang anemometer”[3].

”Pergerakan angin yang mengenai dan memutar cups dari anemometer,

merupakan dasar dari pengukuran kecepatan angin. Pada tahun 1450, arsitek seni

Italia Leon Battista Alberti menemukan mekanik anemometer yang pertama.

Instrument ini terdiri dari suatu penempatan piringan yang tegak lurus pada

piringan. Piringan tersebut akan berputar dengan kekuatan angin. Untuk jenis

yang sama anemometer telah dibuat ulang oleh orang inggris Robert hooke.

Referensi lain Wolfus menginvestasi ulang anemometer pada tahun 1709”[4].

“anemometer berbentuk setengah bola telah ditemukan pada 1846 oleh seorang

peneliti berkebangsaan irlandia yang bernama Yohanes Thomas Romney

Robinson yang terdiri dari tiga buah piringan berbentuk setengah bola. Ketiga

setengah bola ini berputar secara horizontal dengan angin”.[5]

Selain itu terdapat juga penunjuk arah angin yang pada awalnya hanya

menggunakan sebuah kain berbentuk kantong dan tidak memiliki tutup pada

bagian atas dan bawahnya. Gambar dari anemometer dan penunjuk arah angin

dapat dilihat sebagai berikut :



Gambar 2.2 Anemometer [5]

Gambar 2.3 Penunjuk Arah Angin[5]

Sebagaimana yang telah diketahui sebelumnya instrumentasi anemometer

digunakan untuk mengukur kecepatan angin dan arah angin. Cup anemometer

digunakan untuk mengukur percepatan angin dari kecepatan putaran suatu baling-

baling yang terdiri dari 3 atau 4 setengah bola, masing-masing ditempatkan di

ujung dari batang horizontal yang terkait dengan suatu poros vertikal.

“Perhitungan anemometer berasal dari perputaran cup yang diproses kesuatu

perhitungan teknis yang mengintegerasikan secara langsung kecepatan pergerakan

angin” [5].

Anemometer memiliki bentuk yang bermacam-macam, diantaranya adalah

anemometer portable dan anemometer tabung tekanan. “Anemometer portable

adalah anemometer kecil yang dapat dipegang, tetapi memiliki kemampuan



observasi untuk membuat suatu pengukuran kecepatan angin. Anemometer tabung

tekanan (dines anemometer) adalah suatu instrument yang memperoleh kecepatan

angin dari pengukuran tekanan angin yang dinamis”[6].

“Prinsip kerja dari anemometer adalah sangat sederhana. Dibagian atas

tentang poros ada 3 atau 4 batang yang masing-masing batang terdapat suatu cup

pada bagian ujung. Jika ada angin, maka bagian setengah bola pada batang baling-

baling akan berputar. Untuk anemometer yang sederhana dapat dipilih versi yang

4 lengan. Biasanya batang yang 4 lengan mudah dipasang secara berseberangan

dengan pematrian bersama pada kedua potongan. Poros terdiri dari suatu pipa

yang memduduki bantalan peluru” [7].

Pada anemometer sederhana, untuk mengukur kecepatan perputaran

anemometer terlebih dahulu menentukan berapa banyak putaran yang dialami

cups dalam satu menit (rpm). Selanjutnya menghitung keliling lingkaran (m)

yang dibentuk oleh cups untuk setiap putarannya. Dengan mengalikan nilai rpm

terhadap keliling perputaran maka akan diperoleh besar kecepatan perputaran

anemometer.

Gambar 2.4 Gerakan Cup terhadap Angin[8]



2.3 Sensor

“Sensor adalah sebuah alat yang bila digerakan oleh suatu energi di dalam

sebuah sistem transmisi, akan menyalurkan energi tersebut dalam bentuk yang

sama atau dalam bentuk yang berlainan ke sistem transmisi berikutnya”.

Transmisi energi ini bisa berupa listrik, mekanik, kimia, optic (radiasi) atau

thermal (panas)”[9]. Pada sistem pengukuran ini digunakan sensor kecepatan dan

sensor yang dapat mendeteksi arah putaran. Banyak jenis sensor kecepatan yang

dapat digunakan antara lain rotary encoder dan tachometer, namun agar dapat

mendeteksi arah putaran maka digunakan sensor rotary encoder yang mempunyai

2 buah keluaran pulsa yang masing-masing berbeda fase 90°.

2.3.1 Shaft Encoder

Secara umum, Rotary encoder mengubah putaran poros menjadi signal

berupa pulsa sehingga dapat dibaca oleh kontroler dengan resolusi jangkauan

pengukuran sampai 10.000 rpm. Arsitektur rotary encoder dimodifikasi pada tiga

bagian, yaitu bagian transduser, bagian untuk keluwesan jangkauan dan akurasi

pengukuran. Keunggulan dari sensor ini antara lain :

1. Konstruksi mekanisnya lebih ringkas.

2. Lebih tahan atau kebal terhadap noise mekanik maupun elektronik, karena

yang menjadi acuan pengukuran adalah jumlah pulsa diskrit.

3. Kemudahan dalam penentuan resolusi dan jangkauan pengukuran, yaitu

jumlah lubang pada cakram dan kapasitas counter.

4. Baik mekanik maupun elektroniknya dapat dibuat menjadi ringkas dan

kecil, karena tidak mengandung induktor maupun roda gigi mekanik.

5. Kemudahan dalam pembacaan, karena hasil pengukurannya dapat

ditampilkan dalam bentuk angka.

6. Karena informasi yang diperoleh berupa informasi digital, selain mudah

dimanipulasi secara matematis, juga dapat disimpan dan ditransmisikan

dengan mudah dan murah.

Sensor ini terdiri dari sebuah cakram yang berlubang dan sepasang photo

transmitter mengubah kecepatan putar menjadi arus listrik yang besarnya berubah

sesuai dengan potongan cakram terhadap lintasan sinar. Arus ini kemudian diubah



menjadi tegangan oleh sebuah resistor. “Tegangan yang ditimbulkan oleh sensor

sanggat kecil yaitu 0 Volt jika terhalang cakram dan 0,8 Volt jika sinar lolos dari

lubang cakram. Sinyal ini diteruskan kedalam rangkaian pembentuk pulsa untuk

memperoleh bentuk gelombang persegi yang baik dan tegangannya menjadi 0

Volt dan 5 Volt”[10]. Gelombang atau sinyal yang keluar dari rangkaian

pembentuk pulsa inilah yang akan diproses oleh mikrokontroler, yaitu dengan

mencacah pulsa yang masuk selama periode pengisian counter berlangsung, yaitu

selama 1 detik. Pada kasus ini sensor direalisasikan dengan alat yang terdiri dari

roda cacah atau cakram dengan jumlah lubang sebanyak 200 lubang, dan

pasangan optocoupler.

2.3.2 Opto Interrupt Device (OID)

Sensor ini digunakan untuk membaca sinyal keluaran yang dihasilkan dari

suatu putaran motor atau penggerak lainnya. Sensor Putaran ini dibantu lempeng

lingkaran yang dilubangi dan disusun dengan OID (lihat gambar 2.5). “OID

merupakan suatu alat yang tersusun atas photodiode sebagai transmiter dan

phototransistor sebagai receiver, sensor kecepatan akan menghasilkan pulsa jika

lubang mengenai sensor ini ini”[11].Posisi Sensor secara mekanis dapat dilihat

seperti pada gambar .Perlu diingat bahwa setiap lubang atau banyaknya lubang

yang dibuat akan mempengaruhi jumlah tampilan pulsa.

Gambar 2.5 Posisi Mekanis Sensor OID[12]

Perputaran diukur berupa pulsa dengan frekuensi yang sebanding kecepatan

pergerakan.



Gambar 2.6 Berbagai metode pengukuran menggunakan optocoupler[11]

Sensor Optocoupler yang digunakan adalah sebuah sensor yang

memberikan output berupa sinyal gelombang kotak. Dengan dibantu lempeng

lingkaran yang dilubangi, sensor ini akan menghasilkan pulsa high jika terdapat

lubang. Makin banyak lubang maka pembacaan akan makin sering dan jika

dikonversi ke RPM akan didapat hasil yang makin mendekati kondisi aslinya.

Pulsa yang dihasilkan tersebut kemudian diolah oleh mikrokontroler. Optocoupler

biasa digunakan untuk menghitung kecepatan suatu gerak putar dan mendeteksi

kondisi putaran Clockwise(CW) / Counter-Clockwise (CCW). Agar pulsa dapat

diolah dengan baik maka digunakan rangkaian digital tambahan agar pulsa yang

dihasilkan menjadi bentuk biner sehingga mikrokontroler dapat dengan mudah

mengolahnya.

Gambar 2.7 Kondisi Signal pada Sensor Optocoupler 2 Output.[13]



Pada alat ini digunakan sensor dengan karakteristik seperti ini karena pada

pengukuran arah angin dibutuhkan perbedaan arah putar antara CW dan CCW

sehingga kita dapat menentukan arah angin dengan tepat. Jika kita hanya

menggunakan sensor dengan single output, kita tidak dapat menentukan

perbedaan arah putar.

Dari gambar di atas kita dapat melihat bahwa signal yang dihasilkan dari

sensor tersebut mempunyai perbedaan fase 90º. Hal ini memungkinkan kita untuk

mendeteksi perbedaan arah dengan melihat signal tersebut, yaitu pada saat kondisi

CCW pulsa awal V1 off dan signal V2 on maka kondisi ini diterjemahkan bahwa

piringan mulai berputar dengan kondisi CCW. Begitu juga sebaliknya saat kondisi

CW pulsa awal V1 on dan signal V2 off maka kondisi ini diterjemahkan bahwa

piringan mulai berputar dengan kondisi CW. Oleh karena itu perbedaan kondisi

putaran inilah yang mendasari pengolahan sinyal pulsa untuk menentukan arah

angin, selain itu sensor ini juga dapat menghitung kecepatan putar yaitu dengan

menambahkan digital logic gate pada kedua output dari sensor tersebut.

2.3.3 Photo Transistor

Sama halnya dioda foto, maka transistor foto juga dapat dibuat sebagai

sensor cahaya. Teknis yang baik adalah dengan menggabungkan dioda foto

dengan transistor foto dalam satu rangkaian.

o Karakteristik transistor foto yaitu hubungan arus, tegangan dan

intensitas

o Kombinasi dioda foto dan transistor dalam satu chip

o Transistor sebagai penguat arus

o Linieritas dan respons frekuensi tidak sebaik dioda foto



Gambar 2.8 . Berbagai jenis uji transistor[11[

2.4 Pencacah

Pencacah atau penghitung (counter) merupakan piranti yang penting

fungsinya dalam suatu sistem rangkaian digital. Suatu pencacah akan menghitung

jumlah daur yang dilewati oleh pulsa clock pemicunya. Rangkaian ini tersusun

dari beberapa buah FF JK yang terpicu pada pinggiran positif atau negatif, dengan

fungsi-fungsi set dan clear-nya.

Gambar 2.9 Pencacah 4-bit

40

30

20

10

Intensity

(W/m2)

2 4 6 8 10 12 14 16

Collector-Emitter Voltage

28

20

12

8

4

Coll

ecto

r C

urr

ent

(mA

)



Pencacah 4 bit disusun dari 4 buah FF JK dengan keluaran dari setiap FF

akan memicu FF yang ada di belakangnya (gambar 2.9). Suatu sinyal tegangan

segi empat sebagai sinyal clock memicu FF A pada saat pinggiran negatif

(belakang) pulsa itu tiba.Selanjutnya keluaran FF A akan memicu FF B, dengan

keluaran FF B memicu FF C, yang pada akhirnya keluaran FF C akan memicu FF

D. Dari gambar 2.9 tampak bahwa dua masukan J dan K pada masing-masing FF

itu pada keadaan tinggi, sehingga keempat FF itu ada dalam keadaan "toggle",

artinya keluaran tiap FF itu akan berpindah keadaan jika pinggiran negatif dari

pulsa yang memicunya tiba.

Gambar 2.10 Pulsa yang dibangkitkan pada Pencacah 4 bit

Fungsi pencacah merupakan salah satu dari penghitung kejadian atau

periode waktu yang kejadiannya ditempatkan secara berurutan, selain itu dalam

suatu sistem digital pencacah digunakan untuk pembagi frekuensi. Inti dari

pencacah yaitu flip-flop yang dirangkai satu sama lain untuk membentuk

rangkaian yang dapat mencacah biner. Suatu pencacah dapat beroperasi secara

sinkron atau asinkron. Pencacah sinkron adalah pencacah yang masing-masing

FF dapat memicu secara bersama-sama sedangkan pencacah asinkron maisng-

masing FF tidak dapat memicu secara bersama-sama dalam satu pulsa detak.

Pencacah dirancang untuk menghitung ke atas atau ke bawah, beberapa pencacah

mempunyai kedua ciri tersebut yang dibuat didalam rangkaiannya. Pada suatu

pencacah terdapat istilah modulus, yaitu banyaknya keadaan yang berbeda yang

dilalui dalam siklus hitungannya, sebagai contoh suatu pencacah modulus 5

menghitung 000, 001, 010, 011, 100 (0,1,2,3,4 dalam desimal). Suatu pencacah

biner 4-bit mempunyai empat harga bagian biner dan menghitung dari 0000

sampai 1111 (desimal 0 sampai 15). Pencacah biner 4-bit menggunakan 4 buah FF



JK akan dihasilkan 16 kondisi keluaran DCBA dalam bentuk sandi biner dari

0000 sampai dengan 1111. Maka untuk n buah gandengan FF JK akan diperoleh

2n kondisi keluaran. Sedangkan bilangan biner terbesar yang dapat dicacah akan

mempunyai ekivalen desimal 2n - 1. Sebagai contoh, untuk 5 buah gandengan FF

JK mempunyai 32 macam kondisi keluaran mulai dari 00000 sampai dengan

11111, dengan nilai cacahan terbesarekivalen dengan desimal 31.



BAB 3

PERANCANGAN DAN CARA KERJA SISTEM

Pada bab ini akan dibahas mengenai perancangan sistem beserta cara kerja

dari masing-masing hardware serta software yang digunakan penulis dalam

pembuatan “prototype pengukur kecepatan dan arah angin”

3.1 Perancangan Hardware

Pada tugas akhir ini, penulis membuat cup dan vane untuk mendeteksi

angin yang dihubungkan dengan sensor untuk merubah besaran fisika menjadi

besaran listrik. Alat ini berfungsi untuk mengukur kecepatan angin dan gerakan

arah angin. Dalam bab ini selain perancangan alat, juga akan dibahas mengenai

cara kerja alat.

Gambar 3.1 Rancang Mekanik



Gambar 3.2 Blok Diagram Sistem

Pada system pengukuran kecepatan angin dan arah angin ini digunakan

dua buah rancang bangun pendeteksi yang berupa cup anemometer dan vane yang

terbuat dari stainless steel. Rancangan ini diharapkan dapat mengukur arah angin

dan mendeteksi arah angin serta taha terhadap berbagai kondisi cuaca hujan

maupun panas. Untuk lebih rinci pada lampiran terdapat ukuran sebenarnya dan

contoh ukuran alat intrumentasi serupa yang terdapat di pasaran.

3.2 Rangkaian Mikrokontroler ATmega 16

Alat ini menggunakan Microcontroller ATmega 16 sebagai pengolah data.

Selain itu pada rangkaian ini juga dilengkapi dengan sistem komunikasi serial

menggunakana RS232. Gambar 3.3 berikut ini merupakan gambar rangkaian

mikrokontroler pada sistem.



Gambar 3.3 Rangkaian Mikrokontroler

Mikrokontroler adalah suatu piranti yang digunakan untuk mengolah data-

data biner (digital) yang didalamnya merupakan gabungan dari rangkaian-

rangkaian elektronik yng dikemas dalam bentuk suatu chip (IC). Pada umumnya

mikrokontroler tediri dari bagian-bagian sebagai berikut: Alamat (address), Data,

Pengendali, Memori (RAM atu ROM), dan bagian input-Output. AVR merupakan

seri mikrokontroler CMOS 8-bit buatan Atmel, berbasis arsitektur RISC (Reduced

Instruction Set Computer). Hampir semua instruksi dieksekusi dalam satu siklus

clock. AVR mempunyai 32 register general-purpose, timer/counter fleksibel

dengan mode compare, interrupt internal dan eksternal, serial UART,

programmable Watchdog Timer, dan mode power saving. Mempunyai ADC dan



PWM internal. AVR juga mempunyai In-System Programmable Flash on-chip

yang mengijinkan memori program untuk diprogram ulang dalam sistem

menggunakan hubungan serial SPI. ATmega16 adalah mikrokontroler CMOS 8-

bit daya-rendah berbasis arsitektur RISC yang ditingkatkan.

Kebanyakan instruksi dikerjakan pada satu siklus clock, ATmega16

mempunyai throughput mendekati 1 MIPS per MHz membuat disainer sistem

untuk mengoptimasi komsumsi daya versus kecepatan proses.

Inti dari AVR adalah mengkombinasikan set banyak instruksi dengan 32

register yang bekerja untuk tujuan umum. Keseluruhan 32 register tersebut secara

langsung dihubungkan ke ALU (Arithmetic Logic Unit), mengijinkan 2 register

yang berdiri sendiri untuk diakses dalam satu eksekusi instruksi dalam tiap 1 clock

cycle. Hasil arsitekturnya adalah kode yang lebih efisien tetapi mampu mencapai

keluaran sampai 10 kali lebih cepat dibandingkan mikrokontroller CISC

konvensional.

ATmega16 menyediakan fitur-fitur sebagai berikut : 16K byte ISP flash

Program Memory dengan kemampuan membaca sambil menulis. 512 byte

EEPROM, 1 K byte SRAM, 32 baris I/O general purpose, 32 general purpose

register, interface JTAG untuk mendeteksi batas (boundary-scan). Mendukung

debug dan pemprograman chip, mempunyai 3 timer/counter yang fleksibel

dengan mode perbandingan, interrupt internal dan eksternal, serial programmable

USART, interface 2 kabel, byte yang berorientasi pada serial interface 2 kable, 8

channel, 10 bit ADC dengan pilihan input yang berbedaesuai pemrograman

(hanya paket TQFP), timer watchdog yang bisa diprogram dengan internal

oscillator, port serial SPI, dan 6 software mode penyimpanan daya yang bisa

dipilih. Idle mode menghentikan CPU ketika mengijinkan USART, interface 2

kabel (two-wire), D/D converter, SRAM, Timer/counter, port SPI, dan system

interrupt untuk melanjutkan kerjanya. Mode power-down menyimpan isi register

tetapi membekukan oscillator, men-disable semua kerja chip yang lain sampai

eksternal interrupt selanjutnya atau ada reset pada hardware. Pada mode

penyimpanan daya, timer asinkron terus berjalan, mengijinkan user mengatur

dasar waktu ketika sisa device lainnya berhenti. Mode reduksi noise ADC

menghentikan CPU dan semua modul I/O kecuali timer asinkron dan ADC, untuk



meminimalisasi men-switch noise selama proses konversi ADC. Pada mode

standby, crystal/resonator oscillator tetap berjalan pada saat sebagian device sisa

sedang berhenti. Hal tersebut mengijinkan start-up yang sangat cepat

dikombinasikan dengan konsumsi daya rendah. Pada mode standby tambahan

(Extended standby), kedua-duanya oscillator dan timer asinkron terus berjalan.

Device dibuat menggunakan teknologi memory nonvolatile high density

Atmel. ISP flash on-chip mengijinkan memory program diprogram dalam system

melalui interface SPI serial, dengan pemrograman memory nonvolatile

konvensional, atau program boot yang berjalan pada inti AVR. Program boot

dapat menggunakan interface apapun untuk mendownload program aplikasi pada

flash memory aplikasi. Software pada bagian boot Flash akan terus berjalan ketika

bagian application flash di-update, menyediakan operasi membaca ketika

menulis. Dengan mengkombinasikan 8 bit RISC CPU dengan In-System Self-

Programmable Flash dalam chip monolitik, atmel ATmega16 adalah

microcontroller yang tangguh yang memberikan solusi dengan fleksibilitas yang

tinggi dan biaya yang efektif untuk banyak aplikasi control embedded. ATmega16

AVR didukung dengan program yang lengkap dan tools pengembangan system,

seperti : compiler C, macro assembler, program debugger/simulator, emulator

dalam rangkaian dan kita evaluasi. Dibawah ini terdapat tabel dan gambar

konfigurasi sari port Atmega16.

Tabel 3.1 Konfigurasi Pin Port



Gambar 3.4 Pin-pin ATmega16 kemasan 40-pin[15]

3.2.1 Timer/Counter

Timer/counter adalah fasilitas dari ATMega16 yang digunakan untuk

perhitungan pewaktuan. Beberapa fasilitas chanel dari timer/counter antara lain:

counter channel tunggal, pengosongan data timer sesuai dengan data pembanding,

bebas glitch, tahap yang tepat Pulse Width Modulation (PWM), pembangkit

frekuensi, event counter external.. Untuk penempatan pin I/O telah di jelaskan

pada bagianI/O di atas. CPU dapat diakses register I/O, termasuk dalam pin-pin

I/O dan bit I/O. Device khusus register I/O dan lokasi bit terdaftar pada deskripsi

timer/counter 8 bit.

Gambar. 3.5 Blok Diagram Timer/Counter[15]



Timer/counter didesain sinkron dengan clock timer (clkT0) oleh karena itu

ditunjukkan sebagai sinyal enable clock pada gambar 3.6 gambar ini termasuk

informasi ketika flag interrupt dalam kondisi set. Data timing digunakan sebagai

dasar dari operasi timer/counter.

Gambar 3.6 Data Timing pada Timer/Counter[15]

Sesuai dengan gambar 3.6 timing diagram timer/counter dengan

prescaling maksudnya adalah counter akan menambahkan data counter (TCNTn)

ketika terjadi pulsa clock telah mencapai 8 kali pulsa dan sinyal clock pembagi

aktif clock dan ketika telah mencapai nilai maksimal maka nilai TCNTn akan

kembali ke nol. Dan kondisi flag timer akan aktif ketika TCNTn maksimal.

3.2.2 Serial pada ATmega16

Universal synchronous dan asynchronous pemancar dan penerima serial

adalah suatu alat komunikasi serial sangat fleksibel. Jenis yang utama adalah :

Operasi full duplex (register penerima dan pengirim serial dapat berdiri

sendiri)

Operasi Asychronous atau synchronous

Master atau slave mendapat clock dengan operasi synchronous

Pembangkit baud rate dengan resolusi tinggi

Dukung frames serial dengan 5, 6, 7, 8 atau 9 Data bit dan 1 atau 2 Stop

bit

Tahap odd atau even parity dan parity check didukung oleh hardware

Pendeteksian data overrun

Pendeteksi framing error



Pemfilteran gangguan (noise) meliputi pendeteksian bit false start dan

pendeteksian low pass filter digital

Tiga interrupt terdiri dari TX complete, TX data register empty dan RX

complete.

Mode komunikasi multi-processor

Mode komunikasi double speed asynchronous

3.2.3 Rangkaian sensor kecepatan angin

Rangkaian sensor ini menggunakan gerbang-gerbang digital sehingga

signal yang dihasilkan dari sensor dapat dengan mudah dibaca oleh

mikrokontroler. Sensor yang digunakan yaitu shaft encoder dengan 2 buah output

digital yang signalnya berbeda fase 90° antara keduanya, tetapi pada fungsinya

sebagai kecepatan angin kedua signal ini tidak dbutuhkan semuanya sehingga

kedua output dari signal tersebut dhubungkan dengan gerbang EXOR. Rangkaian

sensor keceptan ini seperti yang tergambar di bawah ini :

Gambar 3.7 Rangkaian Sensor Kecepatan Angin

Berdasarkan gambar 3.7 A dan B merupakan keluaran dari sensor dan

fungsi dari gerbang-gerbang digital tersebut yaitu untuk mengolah signal yang

dihasilkan oleh sensor yang menghasilkan 200 pulsa per satu putaran. Pengolahan

signal dari gerbang-gerbang digital berada pada C dan D. Bentuk signal yang

dihasilkan dapat dilihat pada gambar 3.8



Gambar 3.8 Bentuk Pulsa pada Sensor Kecepatan Angin

Bentuk sinyal dari sensor yaitu sinyal A dan B pada gambar 3.8, setelah itu

sensor tersebut dimasukkan ke logic gate pada rangkaian di atas maka keluaran

dari sensor berubah menjadi 4 kali lipat dari keluaran sebenarnya (lihat sinyal C

pada gambar 3.8) yang menyebabkan sinyal keluaran menjadi 800 pulsa per satu

putaran. hal ini disebabkan oleh EXOR gate pada rangkaian dimana setiap terjadi

perbedaan logic 1 atau 0 menghasilkan pulsa high (logic 1), lalu sinyal C tersebut

dimasukkan ke IC 74LS122. IC ini berfungsi sebagai pemicu monostable, selain

itu pada IC ini dihubungkan sebuah rangkaian RC sehingga sinyal yang

sebelumnya berbentuk seperti pemicu saja dapat berbentuk sinyal kotak karena

terjadi penundaan waktu yang disebabkan oleh rangkaian RC, sehingga dapat

dibaca dan diolah oleh mikrokontroler. Sinyal keluaran dari IC pemicu

monostable dapat dilihat pada gambar 3.8 sinyal D.

Sinyal dari sensor yang sudah diolah tersebut lalu dihubungkan dengan

Timer 1 pada mikrokontroler untuk diolah kembali menjadi perhitungan frekuensi

yaitu dengan cara menghitung jumlah pulsa per satuan waktu. Dalam hal ini

penulis membuat program pada mikrokontroler yaitu dengan cara menghitung

jumlah cacahan yang dihasilkan tiap 1000 ms atau 1 detik, sehingga jika

kecepatan dari putaran baling-baling anemometer berubah-ubah maka jumlah

pulsa yang dihasilkan juga berubah, prinsip inilah yang penulis gunakan untuk

menghitung kecepatan karena kecepatan putaran yang tinggi menghasilkan

frekuensi yang tinggi pula begitu juga sebaliknya, dapat dikatakan frekuansi dan

kecepatan berbanding lurus. Pada sistem ini timer 1 pada mikrokontroler



berfungsi sebagai counter sedankan timer 2 berfungsi sebagai pewaktu (time

sampling).

Untuk mengubah angka biner yang tersimpan pada counter menjadi kode

BCD diperlukan kalkulasi yang tepat. Kalkulasi atau manipulasi angka ini

dilakukan oleh program pada mikrokontroler. Rumus kalkulasi tersebut adalah

sebagai berikut :

),,( NTwLf ................................................................................. (3.1)

Di mana:

ω = kecepatan motor dalam rpm (rotasi per menit).

R = resolusi kecepatan rotasi.

N = jumlah pulsa yang dihitung oleh counter.

L = jumlah lubang pada roda cacah.

TW = time sampling, durasi terbukanya counter

Dengan persamaan diatas kita dapat mengetahui bahwa setiap pulsa yang

masuk ke dalam counter selama durasi 1 detik akan dianggap sebagai kecepatan

0,075 rpm. Jika selama 1 detik tersebut counter terisi 800 pulsa, kita menganggap

sensor berputar dengan kecepatan 60 rpm. Jika kita ingin resolusi yang lebih baik,

maka kita harus menambahkan lubang pada sensor. Untuk menghitung resolusi

berdasarkan jumlah lubang, rumus yang digunakan adalah seperti berikut ini :

075,01800

60

60

R

TwLR

....................................................................................... (3.2)

Dimana : R = resolusi

L = jumlah lubang pada cakram (800)

TW = time sampling (waktu pengukuran)

Jangkauan pengukuran dari alat ini dapat diketahui dengan persamaan

berikut :

075,0800

1/160

/60

L

TwN



),,( CTwLfJK .............................................................................. (3.3)

dimana : JK = jangkauan dari alat ukur

L = jumlah lubang pada cakram (12 lubang)

TW = time window (waktu pengukuran)

C = kapasitas pada counter (216 = 65536)

rpmJK

CTwL

JK

2,4915655361800

60

60

3.2.4 Rangkaian sensor arah angin

Rangkaian sensor ini menggunakan gerbang-gerbang digital sehingga

signal yang dihasilkan dari sensor dapat dengan mudah dibaca oleh

mikrokontroler. Sensor yang digunakan sama seperti kecepatan angin, tetapi pada

bagian ini sensor tersebut mempunyai fungsi yang berbeda. Pada rangkaian ini

kedua output dari sensor digunakan untuk membedakan arah rotasi dari sensor

tersebut dan menghitung sudut arah angin yang dibentuk oleh vane. Rangkaiain

sensor arah angin ini seperti yang tergambar di bawah ini :

Gambar 3.9 Rangkaian Sensor Arah Angin



Berdasarkan gambar 3.4 keluaran sensor dihubungkan ke sebuah flip-flop

D yang mempuyai satu masukkan data (D) dan satu masukan detak (CLK). Data

pada masukkan D ditunda satu pulsa detak dari pemasukan sampai keluaran Q.

Pada flip-flop D ini terdapat juga masukkan PS yang berguna untuk mengeset

keluaran Q menjadi 1 bila dibuka oleh suatu logis 0. masukkan CLR

mengklearkan keluaran Q menjadi 0 bila dibuka oleh suatu logis 0. flip-flop ini

mengguankan transisi RENDAH ke TINGGI dari pulsa detak untuk memindahkan

data dari masukkan D ke keluaran Q.

Tabel 3.2 Tabel Kebenaran FF D

Gambar 3.10 Pulsa Keluaran pada Sensor Arah Angin

Dari gambar dan tabel di atas kita dapat melihat fungsi dari flip-flop D

74LS74 pada rangkaian yaitu jika sensor berputar CW maka data yang yang

masuk ke flip-flop tersebut adalah CLK = 1 dan D = 0, hal ini menyebabkan

keluaran pada Q’ = 1 yang menyebabkan cacahan menghitung maju (TCU).

Begitu juga sebaliknya jika sensor berputar CCW maka data yang masuk ke flip-

flop tersebut adalah CLK = 1 dan D = 1, hal ini menyebabkan keluaran Q = 1

yang menyebabkan cacahan menghitung mundur (TCD). Pada masing-masing

keluaran flip-flop dihubungkan ke gerbang NAND yang salah satu masukkannya

selalu mempunyai kondisi 1 dan masukkan lainnya dihubungkan ke keluaran flip-

flop, hal ini menyebabkan keluaran NAND akan mencacah terus selama pada



masukkan dari Q atau Q’ memberikan pulsa. Setelah itu keluaran dari gerbang

NAND dihubungkan pada pencacah dekade 74LS192, pencacah ini merupakan

pencacah dekade sinkron. Arah perhitungan pada IC ini ditentukan oleh masukkan

hitungan yang diberi pulsa dalam hal ini TCD dan TCU pada rangkaian. Pada

rangkaian ini digunakan 2 buah IC 74LS192 sehingga menghasilkan 8 bit biner

lalu data 8 bit ini dimanipulasi menggunakan program pada mikrokontroler.

Pada pengukuran arah angin ini digunakan posisi awal arah utara

sebagai nilai 0° pada saat kalibrasi. Perhitungan sudut pada pengukuran ini

memanfaatkan pulsa yang dihasilkan dari sensor tersebut yang mempuyai 200

pulsa per satu putaran, sehigga ketelitian dari sensor tersebut yaitu,

8,1

200

360

ketelitian

ketelitian ............................................................................. (3.4)

Jadi, setiap pulsa yang dihasilkan dari mempunyai ketelitian 1,8° per

pulsa.

3.3 Perancangan Software

Pada bagian ini akan dijelaskan tentang perancangan software dari sistem

yang telah dibuat termasuk protokol komunikasi serial antara PC (Personal

Computer) ke mikrokontroler yang digunakan.

3.3.1 Personal Computer (PC)

Pada perancangan ini PC merupakan suatu komponen penting dan juga

sebagai media interface sebab pada PC dilakukan perancangan software untuk

melakukan penelitian. Komputer pada umumnya hanya menyediakan komunikasi

secara paralel dan serial, dan komunikasi paralel biasanya digunakan untuk printer

sedangkan untuk serial biasanya disediakan dua buah, satu untuk mouse (COM1)

dan yang satunya untuk modem atau digunakan untuk hubungan antar komputer

(COM2). Karena pada komputer yang menggunakan hubungan serial (RS-232)

hanya dapat berhubungan secara one to one maka penulis akan menggunakan

suatu sistem baru yaitu RS-485 sebagai suatu standar komunikasi serial yang

mempunyai kemampuan untuk multidrop yaitu sistem dimana sistem ini dapat

berhubungan secara one to many. Namun karena keterbatasan dari RS-232 seperti



keterbatasan panjang komunikasi sepanjang 50 feet (15 meter) dan hanya dapat

berkomunikasi secara one to one. Komputer digunakan untuk menerima respon

berupa data yang dikirim oleh sensor dan kemudian ditampilkan ke PC melalui

hyperterminal. Selain menerima respon data PC dapat beriteraksi dengan

mengirimkan perintah ke mikrokontroler. Proses pengiriman dan penerimaan data

dilakukan melalui port serial.

3.3.2 Komunikasi Data Serial

Komunikasi serial merupakan salah satu cara untuk mengkomunikasikan

data dari suatu peralatan ke peralatan lain dengan cara menggunakan data secara

serial. Serial port merupakan hal penting dalam mikrokontroler, karena dengan

serial port kita dapat dengan mudah menghubungkan mkirokontroler dengan

komputer, serial port pada mikrokontroler terdiri atas dua pin yaitu RXD dan

TXD, RXD berfungsi untuk menerima data dari komputer/perangkat lainnya,

TXD berfungsi untuk mengirim data ke komputer/perangkat lainnya.

Komunikasi serial terdiri dari dua jenis, yang pertama adalah

komunikasi synchronous dan yang kedua adalah asynchronous. Komunikasi

serial asynchronous mempunyai ciri khas yang terletak pada adanya start bit dan

stop bit. Berbeda dengan komunikasi synchronous yang menggunakan clock

osilator sebagai parameter pembeda data bit yang dikirim. Pada komunikasi

serial asynchronous, sinyal data dikirim dengan menambahkan bit awal dan bit

akhir pada data sebagai penanda, jadi antara data yang satu dengan yang lainnya

mempunyai tanda pemisah sehingga alat tidak salah dalam menerjemahkan data.

Sistem yang dirancang oleh penulis menggunakan jenis komunikasi

asynchronous. Komunikasi data serial dapat dilakukan dengan

mempresentasikan data dalam bentuk level “1” atau “0”.

Ada beberapa kelebihan menggunakan komunikasi serial sehingga cukup

sering digunakan, yaitu :

1. Kabel yang digunakan untuk komunikasi dapat lebih panjang. Port serial

mengirimkan level “1” (mark) sebagai –3 s/d –25 volt dan level “0”

(space) sebagai +3 s/d +25 volt, sedangkan port paralel mengirimkan level

“0” sebagai 0 volt dan level “1” sebagai 5 volt. Karena itu port serial



memiliki swing maksimum 50 volt, sedangkan port paralel memiliki swing

maksimum 5 volt. Hal ini menyebabkan kehilangan tegangan yang

disebabkan oleh panjang kabel memiliki pengaruh yang lebih kecil pada

komunikasi serial.

2. Kabel yang digunakan lebih sedikit. Komunikasi serial memiliki null

modem sehingga hanya memerlukan 3 kabel, sedangkan pada komunikasi

paralel memerlukan minimal 8 buah kabel data.

3. Pada peralatan yang menggunakan sinar infra merah sebagai media

komunikasi penggunaan komunikasi data paralel tidaklah mungkin, karena

sangat sulit membedakan sinar yang datang dari 8 bit.

4. Komunikasi serial mengurangi jumlah pin yang dibutuhkan pada

mikrokontroler. Pada komunikasi serial hanya menggunakan dua buah pin,

yaitu Transmit Data (TxD) dan Receive Data (RxD).

Peralatan yang menggunakan komunikasi serial dapat berupa DCE ( Data

Communication Equipment ) atau DTE ( Data Terminal Eqiupment ). DCE

seperti modem, plotter, printer, dll. Sedangkan DTE seperti PC dan terminal.

Tabel 3.3. Konfigurasi pin dan nama sinyal konektor serial DB-9.

Keterangan mengenai fungsi saluran RS232 pada konektor DB-9 adalah

sebagai berikut:

Received Line Signal Detect, dengan saluran ini DCE memberitahukan ke

DTE bahwa pada terminal masukan ada data masuk.

Receive Data, digunakan DTE menerima data dari DCE.



Transmit Data, digunakan DTE mengirimkan data ke DCE.

Data Terminal Ready, pada saluran ini DTE memberitahukan kesiapan

terminalnya.

Signal Ground, saluran ground.

Ring Indicator, pada saluran ini DCE memberitahu ke DTE bahwa sebuah

stasiun menghendaki hubungan dengannya.

Clear To Send, dengan saluran ini DCE memberitahukan bahwa DTE boleh

mulai mengirim data.

Request To Send, dengan saluran ini DCE diminta mengirim data oleh DTE.

DCE Ready, sinyal aktif pada saluran ini menunjukkan bahwa DCE sudah

siap.

Untuk dapat menggunakan port serial kita perlu mengetahui alamatnya.

Biasanya tersedia dua port serial pada CPU, yaitu COM1 dan COM2. Base

address COM1 biasanya adalah 1016 (3F8h) dan COM2 biasanya 760 (2F8h).

Alamat tersebut adalah alamat yang biasa digunakan, tergantung dari komputer

yang digunakan. Tepatnya kita biasa melihat pada peta memori tempat

menyimpan alamat tersebut, yaitu memori 0000.0400h untuk base address COM1

dan memori 0000.0402h untuk base address COM2.

Tabel 3.4 Nama register yang digunakan beserta alamatnya.



Keterangan mengenai fungsi register-register tersebut adalah sebagai berikut:

RX Buffer, digunakan untuk menampung dan menyimpan data dari DCE.

TX Buffer, digunakan untuk menampung dan menyimpan data yang akan

dikirim ke port serial.

Baud rate Divisor Latch LSB, digunakan untuk menampung byte bobot

rendah untuk pembagi clock pada IC UART agar didapat baud rate yang

tepat.

Baud rate Divisor Latch MSB, digunakan untuk menampung byte bobot

rendah untuk pembagi clock pada IC UART sehingga total angka pembagi

adalah 4 byte yang dapat dipilih dari 0001h sampai FFFFh. Berikut adalah

tabel angka pembagi yang sering digunakan

Tabel 3.5. Angka pembagi clock pada IC UART.

3.3.3 Serial Via RS-232

Komunikasi serial adalah pengiriman data secara serial (data dikirim satu

persatu secara berurutan) antara suatu peralatan ke peralatan lain sehingga

komunikasi serial jauh lebih lambat daripada komunikasi yang paralel. misalnya

mengkomunikasikan antara HP dengan Mikrokontroler, HP dengan PC, printer

dengan PC dll Pada PC , komunikasi serial RS232 dapat dilakukan melalui port

serial ( COM port ). Komunikasi data serial dapat dilakukan dengan

mempresentasikan data dalam bentuk level "1" atau "0" Kelebihan komunikasi

serial adalah jangkauan panjang kabel yang lebih jauh dibanding paralel karena



serial port mengirimkan logika ”1” dengan kisaran tegangan -3 Volt hingga -25

Volt dan logika ”0” sebagai +3 Volt hingga +25 Volt sehingga kehilangan daya

karena panjang kabel bukan masalah utama.

Komunikasi serial RS232 merupakan komunikasi asynchronous sehingga

sinyal clock tidak dikirim bersamaan dengan data. Setiap data disinkronisasikan

dengan menggunakan start bit dan clock internal pada setiap bit. Port RS232 pada

komputer harus memenuhi standar RS232. Agar level tegangan sesuai dengan

tegangan TTL/CMOS dalam diperlukan RS232 level konverter. IC yang banyak

digunakan untuk ini adalah MAX-232.

Selain itu juga komunikasi serial port bersifat asinkron sehingga sinyal

detak tidak dikirim bersama data. Setiap word disinkronkan dengan start bit dan

sebuah clock internal di kedua sisi menjaga bagian data saat pewaktuan

(timming). Perangkat keras pada komunikasi serial dibagi menjadi dua kelompok,

yaitu Data Comunication Equipment (DCE) dan Data Terminal Equipment.(DTE)

Jika peralatan yang digunakan menggunakan TTL, sinyal serial port harus

dikonversikan dahulu ke pulsa TTL sebelum digunakan. Sebaliknya, sinyal dari

peralatan harus dirubah ke logika RS-232 sebelum dimasukan ke serial port.

Konverter yang paling mudah digunakan adalah MAX-232. Di dalam IC ini

terdapat Charge Pump yang akan membangkitkan +10 Volt dari sumber dan +5

Volt tunggal yang dikemas dalam IC DIO (Dual In Line Package)26 pin (8 pinx 2

baris) ini terdapat dua buah transmitter dan dua buah receiver.

Gambar 3.11 konfigurasi pin MAX232



3.3.4 Protokol Pengiriman Data serial

Perangkat elektronik dalam sistem ini harus dapat di akses oleh PC (

Personal Computer ) tetapi PC tidak bisa langsung mengakses tanpa mengetahui

alamat yang terdapat dalam EEPROM rangkaian dengan adanya alamat

rangkaian, PC dapat langsung berinteraksi dengan mikrokontroler untuk

mengambil paket data. Berikut adalah format protokol yang digunakan pada saat

melakukan komunikasi antara computer dengan mikrokontroler.

Input melalui komunikasi serial ( pengiriman data dari computer sentral ke

mikrokontroler ) tidak dapat dipantau secara terus-menerus oleh mikrokontroler.

Apabila mikrokontroler memantau data masukan komunikasi serial secara terus-

menerus, maka inputan yang lain tidak dapat ditangani. Solusi untuk masalah ini

adalah dengan mengaktifkan interrupt serial dan meletakkan program input data

serial pada sub routine interrupt serial. Hal ini akan mengakibatkan pembacaan

data serial baru akan dilakukan pada saat data serial diterima mikrokontroler.

Pada saat PC (Personal Computer) meminta data asap, temperatur,

kelembaban, pir dan api ke mikrokontroler, maka interrupt serial aktif. Berikut ini

adalah potongan listing program untuk mengaktifkan interrupt serial:

On Urxc Serial_in

Enable Interrupts

Enable Urxc

Tabel 3.6. Format protokol komunikasi serial PC mikrokontroler PC

Format Protokol Keterangan

Start

frame

Alamat Command Alamat

Baru

Stop frame Format melakukan

inisialisasi alamat

‘*’ 4 Byte ‘:’ 4 Byte ‘#’ dari PC - µC.

Start

frame

‘*’

Alamat

4 byte

Frame

‘:’

Command

‘D’

Stop frame

‘#’

Format permintaan

data dari

mikrokontroler.

Start

frame

Alamat Frame Command stop frame Format meng-clear

counter dari PC - µC

‘*’ 4 byte ‘:’ ‘C’ ‘#’



Dari protolkol pada tabel diatas PC dapat berinteraksi dengan

mikrokontroler dengan mengirimkan protokol, setelah mendapatkan interrupt dari

PC ( Personal Computer ) mikrokontroler akan mengecek apakah data yang

dikirim dari PC berupa angka ”*” atau tidak, jika data benar maka mikrokontroler

akan cek data selanjutnya yaitu alamat sebesar 4 byte, setelah PC memasukan

alamat 4 byte mikrokontroler akan masuk ke proses selanjutnya yaitu menunggu

input karakter dari PC, jika command bit yang dikirim berupa karakter ’D’ dan

diakhiri oleh karakter ’#’ merupakan tanda permohonan permintaan data sensor di

EEPROM dan selanjutnya mikrokontroler akan mengirimkan satu paket data

sensor. Jika command bit yang dikirim berupa karakter ’C’ dan diakhiri oleh

karakter ’#’ merupakan perintah untuk meng-clearkan counter pada

mikrokontroler pada saat kalibrasi.

Jika command bit yang dikirim berupa karakter ’1234’ yang dikuti dengan

’:’ dan diakhiri dengan karakter ’#’ maka proses selanjutnya adalah

mikrokontroler menerima 4 byte alamat baru yang kemudian disimpan di dalam

EEPROM mikrokontroler sebagai alamat baru.

Contoh pengiriman mikrokontroler ke PC sebagai contoh yaitu

*1234:0:0.0# dengan format *Alamat : kecepatan angin : arah angin #

Apabila paket data yang dikirimkan oleh personal computer ke

mikrokontroler tidak sesuai saperti protokol yang telah ditentukan maka

mikrokontroler akan mengabaikan permintaan dari personal computer.



3.3.5 Flowchart Program Mikrokontroler

Berikut ini adalah flowchart dari program pengukuran kecepatan

dan arah angin.

Gambar 3.12. Flowchart Program Utama

Yang dikerjakan oleh mikrokontroler adalah melakukan inisialisasi

variable yang akan dikerjakan mikrokontroler, setelah itu mikrokontroler hanya

melakukan pengecekan pada setiap pin secara terus menerus menunggu sampai

terjadi interrupt, ketika terjadi interrupt maka program akan berpindah ke sub

routine interrupt kemudian mekukan proses selanjutnya, setelah program selesai

melakukan proses selanjutnya mikrokontroler akan kembali ke program utama

dan melakukan pengecekan kembali sampai terjadi interrupt kembali.

Pada flowchart gambar 3.12 diatas proses program mikrokontroler diawali

denga inisialisasi port dan variable yang akan dipergunakan untuk menjalankan

sensor system, kemudian dilakukan pembacaan pada EEPROM chip



ATMEGA16, ketika program pertama kali di download EEPROM masih dalam

keadaan kosong atau tampil angka 65535 atau FFFF hexandecimal. Untuk

pengisian alamat maka dilakukan pengecekan isidari EEPROM, ketika isi

EEPROM sama dengan 65535 berarti system masih belum memiliki alamat,

proses selanjutnya adalah melakukan pengisian alamat awal ‘1234’ ke dalam

EEPROM. Ketika EEPROM tidak sama dengan 65535 maka tidak perlu lagi

melakukan penulisan alamat karena EEPROM sudah memiliki alamat. Berikut ini

adalah potongan listing program mikrokontroler untuk menuliskan alamat pada

EEPROM:

Readeeprom baca_alamat , Alamat_eeprom

If baca_alamat = 65535 Then

Writeeeprom Alamat_awal , Alamat_eeprom

End if



BAB 4

HASIL EKSPERIMEN DAN ANALISA DATA

Proses terakhir yang harus dilakukan untuk mengetahui apakah sistem

berjalan dengan baik yaitu pengujian sistem serta pengambilan data sehingga

dapat diketahui kehandalan dari sistem yang dibuat serta menganalisa sistem

tersebut.

4.1 Pengujian Pulsa Counter

Gambar 4.1 Output Shaft Encoder Saat Berputar ke Kiri(CCW).

Dari diagram pulsa di atas dapat dilihat terdapat 2 output yang dihasilkan

dari 2 output/data yg telah dihubungkan memalui rangkaian counter. Channel 1

dan 2 adalah output data yang berfungsi untuk membedakan apakah piringan

berputar searah jarum jam (CW) atau berlawanan arah jarum jam (CCW). Pada

kondisi CCW 2 output memberikan pulsa yang kondisinya berlawanan agar pulsa

counter menghasilkan bilangan yang berkurang (decrement).



Gambar 4.2 Output Shaft Encoder Saat Berputar ke Kanan(CW).

Dari pulsa di atas dapat dilihat channel 1 tidak memberikan pulsa yang

artinya pulsa tersebut dalam kondisi searah jarum jam (CW). Kondisi tersebut

menghasilkan pulsa yang kemudian diolah oleh rangkaian counter dan

menghasilkan bilangan yang bertambah (increment).

Sinyal pulsa yang ditampilkan osiloskop merupakan sinyal dari kaki 8 dan

11 dari IC 7400. Pulsa-pulsa di atas dihubungkan ke kaki IC 74LS193 yang

kemudian diolah menjadi bilangan counter dalam bentuk bilangan biner.

4.2 Pengujian Sensor Kecepatan Angin

Setelah melakukan pengerjaan semua system maka perlu dilakukan

pengujian system apakah semua system dapat bekerja sesuai dengan yang

diharapkan, pengujian dilakukan secara keseluruhan dengan masing-masing

sensor yang bekerja didalamnya serta melakukan pengujian terhadap protokol

komunikasi serial apakah system dapat berinteraksi dengan personal komputer

atau tidak.

Pengambilan data dilakukan dengan cara memberikan tiupan angin pada

sistem menggunakan blower dengan kecepatan yang konstan. Untuk mendapat

kan nilai kecepatan yang berubah-ubah yaitu dengan cara mengubah posisi blower

terhadap sistem sehinnga makin dekat blower maka semakin kencang angin yang

diterima oleh sistem begitu juga sebaliknya.



Gambar 4.3 Grafik Nilai Kecepatan

Tabel 4.1 Perbandingan Nilai Kecepatan

Berdasarkan data grafik di atas didapat dari membandingkan pengukuran

anemometer dan prototype kecepatan angin. Setelah itu membandingkan

pengukuran prototype kecepatan angin dengan hasil perhitungan secara manual,

yaitu dengan cara menghitung RPS yang merupakan gerak angular menjadi gerak

angular yaitu dengan cara mengkalikan RPS dengan keliling lingkaran yang

dibentuk oleh lintasan cup pengukur kecepatan angin maka didapat kecepatan

dengan satuan m/s, setelah itu dikalikan dengan rumus empiris yang ada sehingga

satuan kecepatan (m/s) dapat menjadi satuan knot. Hal ini disebabkan oleh



pembacaan sensor yang kadang tidak terbaca oleh mikrokontroler selain itu

perhitungan dengan rumus empiris yang dibuat berdasarkan mekanik kurang

akurat.

4.3 Pengujian Sensor Arah Angin

Gambar 4.4 Grafik Perbandingan Sudut

Pengambilan data arah angin ini yaitu membandingkan pengukuran pada

prototype dengan busur pengukur sudut. Mula-mula mengkalibrasi sistem yaitu

dengan dengan cara mengk-clearkan counter dan mengarahkan vane penunjuk

arah angin ke arah utara yang menjadi titik acuan 0° pada sistem. Lalu memutar

vane penunjuk arah angin dari 0° - 360° dengan range 10°, maka didapat data

sebagai berikut :



Tabel 4.2 Perbandingan Sudut

Dari data yang didapat terlihat pengukuran sudut menggunakan prototype

sangat berbeda jauh sekali dengan pengukuran dengan menggunakan busur

pengukur sudut. Error pengukuran terbesar mencapai 20% dan error pengukuran

terkecil 1,25%. Hal ini disebabkan oleh pengolahan sinyal sensor yang terkadang

tidak terbaca oleh mikrokontroler dan pencacah yang tidak sensitif untuk berubah

pada saat terdapat perubahan sensor yang kecil sekali. Selain itu ada masalah lain

yang menyebabkan pengukuran tidak baik yaitu kurang sensitifnya vane jika

tertiup oleh angin yang sangat kecil. Perubahan gerakan vane yang tiba-tiba juga

mempengaruhi pembacaan sensor yang tidak akurat.



BAB 5

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 KESIMPULAN

Pada Bab ini kesimpulan yang diperoleh penulis diperoleh setelah

melakukan penelitian tugas akhir serta saran-saran untuk perbaikan sistem dan

hasil yang lebih baik lagi di masa yang akan datang. Setelah menyelesaikan

perancangan sistem serta pengujian terhadap sistem tersebut, maka penulis dapat

mengambil suatu kesimpulan bahwa :

Penggunaan pencacah dekade sinkron dalam pengolahan pulsa dari sensor,

memudahkan konversi dari biner ke desimal.

Sistem menggunakan interrupt serial, sehingga pembacaan data serial yang

dikirim dari PC baru dilakukan pada saat data tersebut diterima oleh

mikrokontroler.

Penggunaan flip-flop pada pengolahan pulsa untuk menentukan arah angin

sangat efektif sehingga kita dapat membedakan arah putar.

Hasil pengukuran kecepatan angin tidak jauh berbeda dengan anemometer

sebagai acuan pengukurann hal ini dikarenakan pada saat pembuatan

program dimasukkan persamaan linier antara kecepatan yang dihasilkan

oleh anemometer dan prototype.

Hasil pengukuran arah angin memiliki perbedaan yang cukup besar hal ini

dikarenakan rancangan tidak aerodinamis sehingga tidak sensitif bergerak

pada saat tertiup angin.

Semakin cepat perputaran cups anemometer, maka semakin besar nilai

frekuensi pulsa counter yang dihasilkan sehingga diperoleh kecepatan

angin yan semakin besar.



5.2 SARAN

Apabila ingin membuat suatu alat yang berfungsi untuk memonitor

pergerakan angin suatu alat dengan menggunakan sensor Optocouple (OID)

sebaiknya menggunakan rangkaian pencacah agar mempermudah perhitungan

pada program yang dihitung melalui BASCOM AVR. Sebaiknya sensor yang

digunakan mempunyai sensitifitas tinggi sehingga meminimalkan error pada

pembacaan data. Selain itu perancangan mekanik harus benar-benar dipikirkan

dengan baik agar dapat bergerak walaupun ditiup oleh angin yang kecil dan

perancangan bahan yang digunakan sebaiknya terbuat dari bahan yang ringan.



DAFTAR ACUAN

1. www.e-dukasi.net/pengetahuanpopuler/angin

2. Tim Geografi smu DKI Jakarta, Geografi untuk SMU kelas 3 tengah

tahun pertama, Jakarta: Penerbit Erlangga,2000

3. Unisys (2002). Anemometer. Dari :

http://sln.fi.edu/tfi/units/energy/dixie.html

4. http://www.inventors.about.com

5. Fragments of the Cup Anemometer History (By Leif Kristensen,

February 14, 2005

6. Environdata (2004). Wind Seed Sensor (WS30, WS31. & WS32). Dari

: http://www.environdata.com.au.

7. www.windsensor.com

8. the sensitivity of anemometers cup "John G.albright and G.E.Klein”,

case school of applied science, Cleveland,Ohio.

9. William D.C, (1993)

10. www.ilmukomputer.com/timer_counter_pada_encoder

11. Sensor dan Tranducer (2001).

12. de Kits Application Note (AN13 - automatic Transmission with

Encoder meter display).www.toko-elektronika.com

13. Delmar - Modern Control Technology--Components & Systems (2nd

Ed.)

14. L Tokhem, Roger, “Elektronika Digital”, Erlangga:1995.

15. Atmel, 2007, 8-Bit AVR® Microcontroller with 8K byte in-system

programmable flash AT Mega16, Atmel.inc.(http://www.atmel.com).


http://www.e-dukasi.net/pengetahuanpopuler/angin

http://sln.fi.edu/tfi/units/energy/dixie.html

http://www.inventors.about.com/

http://www.environdata.com.au/

http://www.windsensor.com/

http://www.ilmukomputer.com/timer_counter_pada_encoder

http://www.atmel.com/

prototype alat pengukur kecepatan dan arah...

Documents