rancang bangun sensor ultrasonic sebagai sistem …

RANCANG BANGUN SENSOR ULTRASONIC SEBAGAI SISTEM

PEMANTAU ARAH ANGIN, KECEPATAN ANGIN VIA

SMAARTPHONE ANDROID

TUGAS AKHIR

Diajukan Untuk Memenuhi Persyaratan Guna Meraih Gelar Sarjana S1

Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Malang

Disusun Oleh :

Rosuhan Jehdeng

201110130311081

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG

2018

KATA PENGANTAR

Dengan memanjatkan puji syukur kehadirat Allah Subhanahu Wa Ta’ala.

Ataslimpahan rahmat dan hidayah-Nya sehingga penulis dapatmenyelesaikan tugas

akhir yang berjudul :

” RANCANG BANGUN SENSOR ULTRASONIC SEBAGAI SISTEM

PEMANTAU ARAH ANGIN, KECEPATAN ANGIN VIA SMAARTPHONE

ANDROID ”

Di dalam tulisan ini disajikan pokok-pokok bahasan yang meliputi perancangan

dan analisa tentang sistem kontrol frekuensi yang meliputi sistem flow load control dan

sistem electrnic load controller.

Penulis menyadari sepenuhnya bahwa dalam penulisan tugasakhir ini masih

banyak kekurangan dan keterbatasan. Oleh karena itupenulis mengharapkan saran yang

membangun agar tulisan inibermanfaat bagi perkembangan ilmu pengetahuan kedepan.

Akhir kata semoga buku ini dapat bermanfaat di masa sekarang dan masa

mendatang. Sebagai manusia yang tidak luput dari kesalahan, maka penulis mohon

maaf apabila ada kekeliruan baik yang sengaja maupun yang tidak sengaja.

Malang, Januari 2018

Penulis

DAFTAR ISI

LEMBAR JUDUL .......................................................................................... i

LEMBAR PERSETUJUAN .......................................................................... ii

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

LEMBAR PERNYATAAN ........................................................................... iv

ABSTRAK ...................................................................................................... v

ABSTRACT .................................................................................................... vi

LEMBAR PERSEMBAHAN ........................................................................ vii

KATA PENGANTAR .................................................................................... viii

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

DAFTAR GAMBAR ...................................................................................... xiii

DAFTAR TABEL .......................................................................................... xvi

BAB I PENDAHULUAN

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

1.2. Rumusan Masalah ...................................................................................... 2

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

1.4. Batasan Masalah......................................................................................... 3

1.5. Sistematika Penulisan ................................................................................ 3

BAB II LANDASAN TEORI

2.1. Angin ......................................................................................................... 5

2.2. Anemometer .............................................................................................. 6

2.2.1. Cup Anemometer ............................................................................ 6

2.2.2. Windmill Anemometer .................................................................... 7

2.2.3. Hot Wire Anemometer .................................................................... 7

2.2.4. Laser Doppler Anemometer ............................................................ 8

2.2.5. Sonic Anemometer .......................................................................... 8

2.2.6. Acoustic Resonance Anemometer .................................................. 9

2.2.7. Ping-pong Ball Anemometer ........................................................... 10

2.3. Gelombang Ultrasonik .............................................................................. 10

2.3.1. Sensor PING HCSR04 Ultrasonic .................................................. 12

2.4. Mikrokontroler ATMEGA 1284………………………………………... 15

2.4.1. Pengertian ATMEGA 1284………………………………………. 15

2.4.2. Timer dan Counter pada AVR ATMEGA 1284………………….. 16

2.4.3. Internal Analog to Digital Converter (ADC) ATMEGA 1284…… 20

2.4.4. Konfigurasi PORT MCU ATMEGA 1284……………………….. 21

2.5. Pemakaian Op-Amp…………………………………………………….. 25

2.5.1. Penguat membalik………………………………………………… 25

2.5.2. Penguat Tak Membalik…………………………………………… 27

2.5.3. Op-Amp sebagai penjumlah……………………………………… 27

2.6.ESP8266 Wifi to UART modul……………………………………........ 28

2.7. Maghnetic reed switch………………………………………………….. 29

2.8. Proses Kalibrasi kecepatan angin……………………………………….. 31

BAB III PERANCANGAN

3.1. Perencangan Hardware.............................................................................. 34

3.1.1. Block Diagram ................................................................................ 35

3.1.2. Perencangan Mekanik ..................................................................... 35

3.1.3. Prinsip Kerja .................................................................................... 37

3.1.4. Perencangan Sensor Arah Angin .................................................... 39

3.1.5. Perencangan Sensor Kecepatan Angin ............................................ 40

3.1.6. Perancangan modul WIFI menggunakan Modul ESP8266 ............ 41

3.2. Perancangan Perangkat Lunak…………………………………………... 43

3.2.1. Algoritma pembacaan arah angin………………………………….. 43

3.2.2. Algoritma pembacaan kecepatan angin……………………………. 44

3.2.3. Algoritma perangkat lunak sistem…………………………………. 45

BAB IV PENGUJIAN

4.1. Pengujian Input Output. ............................................................................ 46

4.1.1. Tujuan Pengukuran. ........................................................................ 46

4.1.2. Peralatan Yang digunakan ............................................................... 46

4.1.3. Langkah-langkah pengukuran…………………………………...... 46

4.1.4. Pengujian Rangkaian Input Output………………………………... 46

4.1.5. Data Hasil Pengukuran…………………………………………….. 47

4.1.6. Analisa Pengujian………………………………………………….. 48

4.2. Pengujian Detektor arah angin menggunakan magnetic switch. .............. 49


4.2.2. Peralatan Yang digunakan .............................................................. 49


4.2.4. Diagram Pengujian……………………………............................ 49

4.2.5. Data Hasil Pengujian……………………………………………… 50

4.2.6. Analisa Pengujian…………………………………………………. 52

4.3. Pengujian Modul Wifi. .............................................................................. 53




4.3.4. Diagram Pengujian……………….………………………………... 53



4.4. Pengujian Modul ultrasonic sebagai pembaca kecepatan angina……….. 59




4.4.4. Diagram Pengujian……………….………………………………... 60



4.5. Pengujian hasil kalibrasi kecepatan angin………………………………. 66






4.6. Pengujian Keseluruhan………………………………………………….. 70





BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan ............................................................................................... 75

5.2 Saran ......................................................................................................... 76

DAFTAR PUSTAKA ...................................................................................... 78

LAMPIRAN

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Cup Anemometer...................................................................... 6

Gambar 2.2. Windmill Anemometer. ............................................................ 7

Gambar 2.3. Hot Wire Anemometer ............................................................. 7

Gambar 2.4. Laser Doppler Anemometer ..................................................... 8

Gambar 2.5. Sonic Anemometer ................................................................... 9

Gambar 2.6. Acoustic Resonence Anemometer. ........................................... 9

Gambar 2.7. Ping-pong Ball Anemometer .................................................... 10

Gambar 2.8. Bentuk Modul Sensor HCSR04 Ultrasonic .............................. 13

Gambar 2.9. Raikain HCSR04 Ultrasonic..................................................... 13

Gambar 2.10. Timing Diagram HCSR04 Ultrasonic ...................................... 14

Gambar 2.11. Cara Kerja Sensor HCSR04 Ultrasonic………………………. 14

Gambar 2.12. Block Diagram Timer ............................................................... 16

Gambar 2.13. Register TCCR0 ....................................................................... 17

Gambar 2.14. Register TCNT0 ....................................................................... 18

Gambar 2.15. Register TCCR1A .................................................................... 18

Gambar 2.16. Register TIMSK ....................................................................... 19

Gambar 2.17. Blok diagram ADC internal ATMEGA 1284 .......................... 20

Gambar 2.18. Grafik Block diagram ADC internal ATMEGA 1284 ............. 21

Gambar 2.19. Susunan pin ATMEGA 1284 ................................................... 21

Gambar 2.20. Penguat membalik .................................................................... 26

Gambar 2.21. Rangkaian penguat tak membalik……………………………. 27

Gambar 2.22. Rangkaian Op-Amp sebagai Penjumlah……………………... 27

Gambar 2.23. Blok diagram WIFI…………………………………………... 28

Gambar 2.24. Bentuk fisik modul ESP8266………………………………… 29

Gambar 2.25. bentuk fisik maghnetic reed switch……………………………… 30

Gambar 2.26. konstruksi maghnetic door switch……………………………. 30

Gambar 2.27. Diagram alur proses kalibrasi………………………………… 31

Gambar 2.28. Bentuk fisik Alat ukur anemometer sebagai kalibrator………. 33

Gambar 3.1. Diagram blok system. ............................................................... 35

Gambar 3.2. Rancangan mekanik.................................................................. 36

Gambar 3.3. Rancangan mekanik.................................................................. 36

Gambar 3.4. Teori Waktu Tempuh Gelombang ............................................ 38

Gambar 3.5. Rangkaian reed switch sensor arah angin ................................. 40

Gambar 3.6. Rangkaian sensor ultrasonic ..................................................... 41

Gambar 3.7. Rangkaian modul WIFI ESP8266. .......................................... 42

Gambar 3.8. flowchart pengukuran arah angin ............................................. 43

Gambar 3.9. flowchart pengukuran kecepatan angin. ................................... 44

Gambar 3.10. Flowchart sistem keseluruhan .................................................. 45

Gambar 4.1. Rangkaian Pengujian input output menggunakan LED ........... 47

Gambar 4.2. Diagram Pengujian sensor arah angin magnetic switch ........... 49

Gambar 4.3. Diagram Pengujian sensor arah angin ...................................... 50

Gambar 4.4. Gambar penempatan sensor magnetic switch pada mekanik ... 50

Gambar 4.5. Gambar penempatan magnet pada mekanik ............................. 52

Gambar 4.6. Gambar Hasil Pengujian ........................................................... 52

Gambar 4.7. diagram pengujian rangkaian modul WIFI ESP8266 ............... 54

Gambar 4.8. Hasil printscreen deteksi WIFI ................................................. 56

Gambar 4.9. Hasil printscreen masukkan password WIFI ............................ 57

Gambar 4.10. Hasil Pengujian WIFI Connect ................................................. 57

Gambar 4.11. Hasil Pengujian WIFI Connect ................................................. 60

Gambar 4.12. Hasil Pengujian ultrasonic saat tidak ada angin. ...................... 63

Gambar 4.13. Hasil Pengujian ultrasonic saat ada angin (kecil) ..................... 64

Gambar 4.14. Hasil Pengujian ultrasonic saat ada angina (besar) .................. 64

Gambar 4.15. pengujian menggunakan angin buatan dari hair dryer ............. 67

Gambar 4.16. Hasil penguji alat angina buatan dari hairdryer jarak 25 cm .... 67

Gambar 4.17. hasil pengujian alat pembanding mengunakan angin buatan dari hair

dryer jarak 25cm ....................................................................... 68

Gambar 4.18. Hasil pengujian alat menggunakan angin buatan dari hair dryer jarak

50cm ......................................................................................... 68

Gambar 4.19. Hasil pengujian alat pembanding menggunakan angin buatan dari hair

dryer jarak 50cm ....................................................................... 68

Gambar 4.20. Proses koneksi WIFI ................................................................. 71

Gambar 4.21. Hasil pembacaan arah angin dan kecepatan angin ................... 72

Gambar 4.22. Hasil pembaca arah angina dan kecepatan angin ..................... 72

Gambar 4.23. Hasil pembacaan arah angin dan kecepatan angin. .................. 73

Gambar 4.24. Hasil pembacaan arah angin dan kecepatan angin ................... 73



DAFTAR TABEL

Tabel 2.1. Setting Prescale ATMEGA 1284. .................................................. 17

Tabel 2.2. Setting Mode Compare 1……………………………………………… 18

Tabel 2.3. Setting Mode PWM…………………………………………………….. 19

Tabel 2.4. Fungsi dari pin-pin ATMEGA 1284……………………………. 22

Tabel 4.1. Pengujian Input Output. ................................................................ 48

Tabel 4.2. Hasil pengujian outout sensor arah angin ..................................... 52

Tabel 4.3. Pengujian jarak jangkauan Wifi. ........................................................ 58

Tabel 4.4. Pengujian hasil kalibrasi................................................................ 69

Nilai akurasi.

DAFTAR PUSTAKA

[1] R. Queirós,R.C. Martins,P.S. Girão,A.Cruz Serra. A new method for high

resolution ultrasonic ranging in air. Instituto de Telecomunicações and

Department of Electrical and Computer Engineering, Instituto Superior

Técnico, Technical University of Lisbon, Av. Rovisco Pais, 1, 1049-001,

Lisbon, Portugal, [email protected].

[2] Energy and Semiconductor Research, Department of Physics,Carl von

Ossietzky Universität Oldenburg, D-26111 Oldenburg, Germany.

[3] K.G. Suastika*, M. Nawir, P. Yunus. Sensor ultrasonik sebagai alat pengukur

kecepatan aliran udara dalam pipa. Program Studi Pendidikan Fisika, Jurusan

P.MIPA FKIP Universitas Palangka Raya. Diterima: 10 Mei 2013. Disetujui:

01 Juni 2013. Dipublikasikan: Juli 2013.

[4] Aditya, A. P. 2012. Pengaruh Aliran Vortex pada Pengukuran Kecepatan

Aliran Udara dengan Flowmeter Ultrasonik. Skripsi tidak diterbitkan.

Bandung: Institut Teknologi Bandung.

[5] Ananto, Bayu. 2009. Simulasi Perambatan Cahaya pada Serat Optik. Skripsi

tidak diterbitkan. Semarang: Universitas Diponegoro.

[6] Espinoza, E. M., Villanueva, J. M. M., and Cavalcanti, S. Y.C. 2010. Wind

Speed Measurement and Uncertainty Analysis Using Ultrasonic Sensors with

Kalman Filtering. IEEE, Ed. Mei 2010.

[7] Halliday & Resnick. 1998. Fisika Edisi Ketiga Jilid 1. Jakarta: Erlangga.

[8] Hasbullah, R., Rachmat, R., Setyabudi, D. A., Warji. 2009. Aplikasi

Ultrasonik untuk Pendugaan Kerusakan Serangan Lalat Buah pada Mangga

Arumanis. Buletin Teknologi Pascapanen Pertanian, Vol. 5, Ed. 2009.

[9] akevicius, L., Butkus, J., Janusas, V., Ilgarubis, V. 2005. The influence of

flattened flow profles to the airflow velocity measurement by ultrasound.

ULTRAGARSAS, 4(57): 18-21.

[10] Tenoudji, F. C., Dewailly V., Mourey J. F., Frangi J. P., and Theron G.

2004. Ultrasonic Tomography Application to the Visualization of Air Flow.

IEEE Ultrasonics Symposium, Ed. April 2004.

[11] Santhos, K.V. & Roy, B.K. 2012. An Intelligent Flow Measurement

Technique using Ultrasonic Flow Meter with Optimized Neural Network.

International Journal of Control and Automation,5(4): 185-195.

[12] Novianta, M.A..2010. Alat ukur Kecepatan Fluida dengan Efek Doppler

Menggunakan Mikrokontroller at89s5. Jurnal Teknologi, 3 (1):1-9.

[13] Suastika, K.G.2012. Pengembangan Sistem Pencitraan dengan

Transmisi Gelombang Ultrasonik untuk Laboratorium. Laporan penelitian

tidak dipublikasi. Palangkaraya: Lembaga Penelitian, Universitas Palangka

Raya.

[14] Tenoudji, F. C., Dewailly V., Mourey J. F., Frangi J. P., and Theron G.

2004. Ultrasonic Tomography Application to the Visualization of Air Flow.

IEEE Ultrasonics Symposium, Ed. April 2004.

[15] Jurnal Pendidikan Fisika Indonesia 9 (2013) 163-172. sensor ultrasonik

sebagai alat pengukur kecepatan aliran udara dalam pipa. K.G. Suastika*,

M. Nawir, P. Yunus Program Studi Pendidikan Fisika, Jurusan P.MIPA FKIP

Universitas Palangka Raya.

rancang bangun sensor ultrasonic sebagai sistem …

Documents