”ALAT UKUR PORTABLE UNTUK APLIKASI PENGUKURAN DIMENSI RUANG BERBASIS ATmega128 DENGAN MENGGUNAKAN SENSOR ULTRASONIK SRF05” Deris Setyawan(1),Arif Ainur Rafiq (2), Wahyu Hidayat (3) (1) Mahasiswa, (2) Staf Pengajar, (3) Staf Pengajar “Program Studi Teknik Elektronika, Politeknik Cilacap” Jalan Dr. Soetomo – Sidakaya – Cilacap 2013
Abstract Each water container has maximum capacity provided.in fact, the capacity is not appropriate enough and it triggers leaking, overloading, etc. There are, volume and area measuring tools but still, there are is doubt in the practice, because only use one sensor. A measuring tool needs to be develoved to solve the problems. A portable measuring tool is created by using 5 (five) ultrasonic sensors as the distance detector, ATmega128 microcontroller as the controller. The tool as also used for automatic measuring plane dimension (volume and area), in which the result is displayed on the character LCD. The tool was tested and it proves to run as the command. The tool can be used in 3 (three) measuring media, i.e. cubes, tubes, and blocks with each meximum size is 1 m and minimum size is 25 cm. The result of the testing of the measuring tool has error precentage from 0,37 % to 4,58 %. The result and the process of calibration are done to get the error gap between manual testing tool and portable testing tool. Keywords: portable , ATmega128, ultrasonic sensor.
1.
Pendahuluan
Alat ukur adalah sesuatu alat yang berfungsi memberikan batasan nilai atau harga tertentu dari gejala-gejala atau sinyal yang berasal dari perubahan suatu energi. Pengukuran merupakan hal yang penting dalam dunia ilmu pengetahuan. Pengukuran-pengukuran tersebut antara lain : pengukuran tinggi dari satu titik ke titik lain, pengukuran waktu dari satu kejadian ke kejadian yang lainnya, pengukuran temperatur/suhu suatu daerah, pengukuran kecepatan dari suatu benda, mengukur panjang dari suatu titik ke titik lainnya dapat digunakan mistar atau meteran. Namun untuk beberapa kasus seperti pada media penampungan air, penggunaan alat ukur meteran ini tidak efektif, dikarenakan banyaknya human error proses pengukuran dan untuk perhitungan luas dan isi masih menggunakan perhitungan manual. Maka diperlukan sebuah alat ukur yang dapat mengukur luas dan isi dari media penampungan air atau media penampung lainnya secara otomatis, agar dapat menghindari kesalahan ukuran dari pabrikasi, seperti contohnya pada tandon tertera tulisan 100 liter namun hal tersebut pada kenyataannya tidak sesuai. yang menyebabkan hal yang tidak diinginkan seperti kebocoran, kelebihan tampungan, dan lain sebagainya. Alat yang ada di pasaran yang menggunakan satu sensor perlu dikembangkan karena menimbulkan keraguan pada penggunaannya. Dengan menggunakan lima buah sensor ultrasonik SRF05 yang harganya ekonomis untuk mengukur dimensi ruang (luas dan volume) dan menggunakan ATmega128 yang memiliki memori yang cukup besar untuk menyimpan data dari sensor serta push button untuk memilih menu pengukuran dan penampil akhirnya dengan LCD karakter maka pada Penelitian ini dibuatlah alat ukur portable untuk aplikasi pengukuran dimensi ruang berbasis ATmega128 dengan menggunakan sensor ultrasonik SRF05.
2. Landasan Teori 2.1. Sensor Ultrasonik SRF05 Dalam Penelitian ini Sensor ultrasonik yang digunakan adalah sensor ultrasonik SRF05. Sensor ultrasonik SRF05 adalah sebuah sensor yang terdiri dari trasnmitter dan receiver untuk mendeteksi jarak yang di pantulkan. Sensor ultrasonik SRF05 merupakan evolusi dari SRF04 dengan desain yang lebih fleksibel, dan harga yang terjangkau. Sistem operasinya hampir sama dengan SRF04 yaitu dengan echo dan trigger. Spesifikasi sensor ultrasonik SRF 05 dan gambar sensor ultrasonik ada dibawah ini. 1. Bekerja pada tegangan DC 5V. 2. Beban arus sebesar 30mA – 50mA. 3. Menghasilkan gelombang dengan frekuensi 40kHz.
Jurnal INFOTEKMESIN Volume 6 Edisi Juli 2013
1
4. Jangkauan jarak yang didapat dideteksi antara 3cm – 400cm. 5. Membutuhkan masukan trigger minimal sebesar 10uS. 6. Dapat digunakan dalam 2 pilihan mode yaitu single pin (trigger dan echo dalam 1 pin) dan trigger dan echo terpisah di pin yang berbeda. +5V Echo Trigger Not Connection Gnd
Gambar 1. Pin sensor ultrasonik SRF05
2.2. Mikrokontroler ATmega128 Mikrokontroler ATmega128 adalah sebuah fitur mikrokontroler generasi AVR (Alf and Vegard’s Risk processor). ATmega128 adalah mikrokontroler CMOS 8-bit berdaya rendah berbasis arsitektur RISC (Reduced Instruction Set Computer) yang ditingkatkan. ATmega128 mempunyai throughput mendekati 1 MIPS per MHz membuat desain sistem untuk mengoptimasi komsumsi daya.
2.3. LCD (Liquid Crystal Display) LCD adalah kristal cair pada layar yang digunakan sebagai tampilan dengan memanfaatkan listrik untuk mengubah-ubah bentuk kristal-kristal cairnya sehingga membentuk tampilan angka dan atau huruf pada layar. Pengendali mikro HD44780 produksi Hitachi yang berfungsi sebagai pengendali LCD memiliki CGROM (Character Generator Read Only Memory), CGRAM (Character Generator Random Access Memory), dan DDRAM (Display Data Random Access Memory). DDRAM merupakan memori tempat karakter yang ditampilkan berada atau digunakan untuk mengatur tempat penyimpanan karakter. CGRAM merupakan memori untuk menggambarkan pola sebuah karakter dimana bentuk dari karakter dapat diubah-ubah sesuai keinginan. Namun, memori akan hilang saat power supply tidak aktif sehingga pola karakter akan hilang. CGROM merupakan memori untuk menggambarkan pola sebuah karakter dimana pola tersebut sudah ditentukan secara permanen dari HD44780 sehingga pengguna tidak dapat mengubahnya lagi. Namun, oleh karena ROM bersifat permanen, pola karakter tersebut tidak akan hilang walaupun power supply tidak aktif [3].
3.
Perancangan dan Pembuatan Sistem
Perancangan sistem alat ukur portable untuk aplikasi pengukuran dimensi ruang berbasis ATmega128 dengan menggunakan sensor ultrasonik SRF05 secara keseluruhan dapat dijelaskan melalui blok diagram pada gambar 2 di bawah ini. Balok (panjang,lebar,tinggi, luas perm ukaan, volum e)
Kubus (sisi, luas perm ukaan, volum e)
Baterai 5V/1A
5 buah sensor ultrasonik SRF05
Tabung (diam ter,tinggi,luas perm ukaan,volum e)
M ikrokontroler ATm ega128
LCD
Gambar 2. Blok Diagram Sistem Blok diagram menjelaskan push button akan memilih menu yang berupa sisi, luas, volume (kubus), panjang, lebar, tinggi, luas, volume (balok), dan diameter, tinggi, luas, volume (tabung) lalu memerintahkan sensor ultrasonik SRF05 untuk mengukur jarak, dan data yang dihasilkan sensor akan diolah oleh mikrokontroler ATmega128 dan ditampilkan pada LCD karakter 2x16.
3.1. Perancangan Rangkaian Sensor Ultrasonik SRF05 Jurnal INFOTEKMESIN Volume 6 Edisi Juli 2013
2
Cara kerja dari sensor ultrasonik SRF05 adalah dengan pin trigger sebagai input dan pin echo sebagai output dari Sedangkan 2 pin lainnya sebagai sumber tegangan (vcc dan ground) dan terdapat 1 pin yang tidak digunakan yaitu pin mode. Sensor 1 terhubung ke portA.0 dan portA.2, Sensor 2 terhubung ke portA.4 dan portA.6, Sensor 3 terhubung ke portC.0 dan portC.2, Sensor 4 terhubung ke portC.4 dan portC.6, Sensor 5 terhubung ke portD.0 dan portD.2. Sistem sensor ini mempunyai 2 jalur data yang digunakan untuk perintah pembacaan data, yaitu trigger dan echo. Trigger adalah untuk memicu gelombang ultrasonik dengan input minimal 10uS dari mikrokontroler. Sedangkan echo untuk memantulkan kembali gelombang yang dipicu oleh trigger selama 100uS – 25mS. Jika lebih dari 30mS tidak akan ada data yang diterima. Gambar 3. menunjukan Rangkaian sensor SRF05 dengan ATmega128. VCC PORTA.0 Vcc
PORTA.2
Echo Trig Mode Gnd
Gambar 3. Rangkaian Sensor ultrasonik SRF05 dengan ATmega128
3.2. Perancangan Rangkaian Driver LCD 2x16 Sistem LCD 2x16 ini adalah sebagai tampilan akhir, untuk pin LCD nomor 3, 4, 5, 11, 12, 13, 14 LCD terhubung dengan port mikrokontroler. Pin 1 dan 16 ke ground, pin 2 dan 15 ke tegangan sumber +5VDC. Gambar 4 Menunjukan rangkaian LCD karakter 2x16 dengan ATmega128.
Data0
Data1
Data2
Data3
PORTE.4
PORTE.5
PORTE.6
PORTE.7
BLK
Enable PORTE.2
BLA
RS
R/W PORTE.1
V cc
PORTE.0
Vcc
Contras
Vcc
Gnd
L CLD C D16x2 16x2
V cc
Gambar 4. Rangkaian LCD karakter 2x16 dengan ATmega128
3.3. Perancangan Rangkaian Kendali Push Button Rangkaian push button yang digunakan adalah rangkaian active low, yaitu ketika push button berlogic 0 akan aktif karena yang di kendalikan adalah ground, dan ketika berlogic 1 akan tidak aktif karena akan terhubung dengan vcc pada pin mikro. Pada pin mikro terdapat resistor pull up internal sehingga ketika push button tidak ditekan maka akan terhubung dengan vcc dan tidak akan aktif. Push button 1 terhubung ke pin mikro port B.2, Push button 2 terhubung ke pin mikro port B.4, Push button 3 terhubung ke pin mikro port B.6, Push button 4 terhubung ke pin mikro port F.1, Push button 5 terhubung ke pin mikro port F.3, Push button 1 terhubung ke pin mikro port F.5.
Untuk lebih jelasnya rangkaian push button ada pada gambar 5 di bawah ini.
Pin Mikro
Gambar 5. Rangkaian Kendali Push Button
Jurnal INFOTEKMESIN Volume 6 Edisi Juli 2013
3
3.4. Perancangan Box Box Portable berfungsi sebagai tempat untuk meletakan rangkaian-rangkaian seperti : Sensor ultrasonik SRF05, LCD karakter 2x16, Mikrokontroler ATmega128, Push Button, dan Battery. Portable box sendiri berukuran 185 mm (p), 105 mm (l), dan 6 mm (t). Gambar box portable dapat dilihat pada Gambar 6. sebagai berikut ini.
Gambar 6. Box Portable
4. Analisa dan Pembahasan 4.1. Pengujian Sensor Ultrasonik SRF05 Pengujian sensor ultrasonik ini bertujuan untuk mengetahui banyaknya pulsa pada saat jarak yang telah ditentukan dan mengetahui karakteristik dari sensor ultrasonik SRF05. Untuk melakukan pengujian ini dibutuhkan beberapa alat yaitu mikrokontroler, penggaris, osiloskop, dan LCD 2x16. Penggaris digunakan untuk mengukur jarak antara penghalang dan sensor ultrasonik SRF05. Pada pengujian sensor ultrasonik SRF05 didapatkan hasil yang dapat dilihat pada tabel 1 dibawah ini. Tabel 1. Hasil pengujian sensor ultrasonik SRF05 Jarak riil (cm) 10 20 30 40 50
Sensor 1 10 20 29 39 48
Jarak hasil pengukuran (cm) Sensor Sensor Sensor 2 3 4 9,6 10 9,832 19,1 20,7 20,52 29,5 31,5 30,82 39,3 42 41,22 48,5 52,7 51,92
Sensor 5 9,5 19,8 30,5 40,6 50,4
Dari data yang diambil dari pengujian dapat diketahui bahwa semakin jauh jarak yang di ukur maka kepresisian sensor berkurang, pada percobaan ini sensor nomor 3, 4, 5 mendeteksi jarak yang berbeda dari sensor 1, 2 karena jarak yang dihasilkan lebih jauh dari jarak yang sebenarnya. Hal ini disebabkan oleh pembagian yang tidak sesuai.
Berikut rumus pemabagian jarak ultrasonik untuk konversi 1 cm. 1 cm : 10-2 m S : V.T/2 10-2 : 340.T/2 T : 2. 10-2/340 T : 58,82.10-6 Pada sensor 1 jarak dibagi dengan 58 sedangkan sensor lainnya dibagi dengan 9 hal ini berbeda pada datasheet yang tertera konversi untuk menjadi cm jarak dibagi 58. Ini dikarenakan faktor noise yang banyak pada media pengukuran seperti angin, bidang pantul yang mempengaruhi sudut pantul sensor. Namun hasil pengujian bisa dikatakan baik dikarenakan jarak hasil pengujian tidak terlalu jauh dengan jarak yang sesungguhnya.
Jurnal INFOTEKMESIN Volume 6 Edisi Juli 2013
4
Pada gambar 4.2 pin trigger (input dari sensor) mendapat input sebesar 10uS dari mikrokontroler untuk memicu gelombang ultrasonik. Lalu mikrokontroler akan mengirimkan sinyal positif melalui pin echo selama 100uS – 25mS. Namun pada data di osiloskop berbeda, input trigger terlalu cepat sehingga tidak terbaca osiloskop dan harus di atur setting pada 10mS, sedangkan untuk echo ketika jarak pengukuran semakin dekat maka gelombang pulsa semakin kecil dan ketika jarak semakin jauh maka gelombang pulsa semakin lebar. Grafik pengujian dapat dillihat pada gambar 7.
Pengukuran (cm)
Pengukuran ultrasonik SRF05 150 Sensor 1
100
Sensor 2
50
Sensor 3
0 10
30
50
70
Sensor 4
90
Sensor 5
perhitungan (cm) Gambar 7. Grafik pengujian sensor ultrasonik SRF05
4.2. Pengujian Alat pada Media Uji Pengujian dan Kalibrasi alat adalah pengujian sistem secara keseluruhan dan pada proses ini diperlukan sebuah kalibrasi agar alat yang dibuat lebih presisi dan penggunaannya lebih maksimal. Pengujian alat ini dilakukan pada bentuk bangun ruang kubus dengan ukuran 30x30 (cm), 50x50 (cm), bangun ruang balok dengan ukuran 70x30x30 (cm), 40x25x30 (cm), dan bangun ruang tabung dengan ukuran 30x38 (cm), dan ukuran 28x27 (cm), berikut data hasil pengujian dan kalibrasi alat. Tabel 2. Hasil Pengujian Pada Kubus Berukuran 30x30 No
Jenis Ukuran
1
Sisi Luas P. Kubus Volume Kubus
Perhitungan (cm) 30 5.400 27.000
Pengukuran (cm) 29,78 5.320 26.700
% Error 0,73 1,48 1,11
Tabel 3. Hasil Pengujian Pada Kubus Berukuran 50x50 Perhitungan Pengukuran % (cm) (cm) Error Sisi 50 49,56 0,88 1 Luas P. Kubus 15.000 14.600 2,66 Volume Kubus 125.000 122.500 2 Tabel 4. Hasil Pengujian Pada Balok Berukuran 40x25x30
No
Jenis Ukuran
No
Jenis Ukuran
1
Panjang Lebar Tinggi Luas P. Balok Volume Balok
Perhitungan (cm) 40 25 30 5.900 30.000
Pengukuran (cm) 39,83 24,7 29,7 5.850 29.460
% Error 0,425 1,2 1 0,84 1,8
Tabel 5. Hasil Pengujian Pada Balok Berukuran 70x30x30 No
Jenis Ukuran
Perhitungan (cm)
Jurnal INFOTEKMESIN Volume 6 Edisi Juli 2013
Pengukuran (cm)
% Error
5
Panjang Lebar Tinggi Luas P. Balok Volume Balok
1
70 30 30 10.200 63.000
68,28 30,1 30,2 9.980 60.670
2,54 0,34 0,67 2,15 3,69
Tabel 6. Hasil Pengujian Pada Tabung Berukuran 30x38 No
Jenis Ukuran
1
Diameter Tinggi Luas P. Tabung Volume Tabung
Perhitungan (cm) 30 38 4992,6 26.847
Pengukuran (cm) 29,11 37 5.000 26.500
% Error 2,97 2,63 0,14 1,29
Tabel 7. Hasil Pengujian Pada Tabung Berukuran 28x27
5.
No
Jenis Ukuran
1
Diameter Tinggi Luas P. Tabung Volume Tabung
Perhitungan (cm) 28 27 3.604,72 16.616,88
Pengukuran (cm) 27,37 26,6 3.700 17.000
% Error 2,25 1,48 2,64 2,3
Kesimpulan
Kesimpulan yang didapat ditarik pada proses perancangan dan pembuatan sampai analisa di Penelitian ini adalah sebagai berikut. 1. Pada pengukuran bangun ruang kubus berukuran 25x25 cm memiliki nilai error keseluruhan sebesar 0,67 %, sedangkan pada kubus berukuran 30x30 memiliki nilai error keseluruhan sebesar 1,106 %, nilai error keseluruhan pada bangun ruang kubus adalah sebesar 0,888 %. 2. Pada pengukuran bangun ruang balok berukuran 40x25x30 cm memiliki nilai error keseluruhan sebesar 1,053 %, sedangkan pada balok berukuran 50x29x21 memiliki nilai error keseluruhan sebesar 3,96 %, nilai error keseluruhan pada bangun ruang balok adalah sebesar 2,5065 %. 3. Pada pengukuran bangun ruang tabung berukuran 30x38 cm memiliki nilai error keseluruhan sebesar 1,7575 %, sedangkan pada tabung berukuran 28x27 memiliki nilai error keseluruhan sebsar 2,1675 %, nilai error keseluruhan pada bangun ruang tabung adalah sebesar 1,9625 %. 4. Alat ukur ini mempunyai rata-rata nilai error keseluruhan sebesar 1,783 % di tiga jenis media pengukuran yang berbeda (kubus, balok, tabung) dan dapat dikatakan alat ini bekerja dengan baik.
DAFTAR PUSTAKA [1]. Lindawati, Sensor ultrasonik sebagai pengontrol jarak aman pada kendaraan roda empat, Jurnal Teknologi dan Informatika (Ternomatika), vol. 2 Januari 2012. [2]. Ajay Kumar Shrivastava, Aishis Verma & S. P. Singh, Effect of variation between the ultrasonic transmitter and receiver on the accuracy of distance measurement, IJCSIT, vol. 1 no. 2 November 2009. [3]. Emir Nasrullah, Prototipe pengaman pintu menggunakan kunci digital berbasis pengendali mikro ATmega8535, ELECTRICAN Jurnal rekayasa dan Teknologi Elektro, Vol. 3 No. 2 Mei 2009. [4]. Sumardi, Implementasi sensor level untuk alat ukur volume cairan serba guna di lingkungan industri, TRANSMISI Jurnal Teknik Elektro, vol. 11, no. 2, Juni 2009. [5]. Winoto, Ardi (2008). Mikrokontroler AVR ATmega8/16/32/8535 dan Pemrogramannya dengan Bahasa C pada Win AVR. Bandung: Penerbit Informatika Bandung. [6]. Paul Malvino.ph.D., Albert (1985). Prinsip-Prinsip Elektronika Jilid 1. Jakarta: Penerbit Erlangga.
Jurnal INFOTEKMESIN Volume 6 Edisi Juli 2013
6
