Prosiding Semirata2015 bidang MIPA BKS-PTN Barat Universitas Tanjungpura Pontianak Hal 230-238 PENGEMBANGAN SENSOR JARAK GP2Y0A02YK0F UNTUK MEMBUAT ALAT PENGUKUR KETINGGIAN PASANG SURUT (PASUT) AIR LAUT DEVELOPMENT OF THE DISTANCE SENSOR GP2Y0A02YK0F TO BUILD A LEVEL METER OF TIDE SEA Abdul Muid Jurusan Fisika, FMIPA, Universitas Tanjungpura, Pontianak
[email protected], Telp 0818299795 ABSTRACT GP2Y0A02YK0F is a distance sensor composed of an integrated combination of PSD (position sensitive detector), infrared emitting diode (IRED) and signal processing circuit. These sensor produce an non linear analog voltage as output versus the distance of object. In this study will explain the technique to change the equation of the GP2YOA02YK0F characteristic curve to determine the distance of the value of the sensor analog voltage by changing the rank operation to be a value approach in order to easily represented in a programming language. In this research, the data processing of output voltage using microcontrollerATMega8. The relationship between the GP2Y0A02YK0F with the microcontroller ATMega8 using analog to digital converter (ADC) pin. Based on data processing obtained the results a average percentage error is 1.89%. Then this sensor can be used to build the tide sea system. The test result of the system obtained accuration of 99% as compare with standard instrument. Keywords: Distance sensor, Microcontroller, Tide sea.
ABSTRAK GP2Y0A02YK0F adalah sensor jarak yang merupakan kombinasi dari pendeteksi jarak (Position Selective Detector) yaitu dioda pemancar infra merah (IRED) dan rangkaian pemroses sinyal. Sensor ini mengeluarkan tegangan analog yang tidak linier terhadap jarak objek. Pada penelitian ini akan menjelaskan teknik mengubah persamaan kurva karakteristik GP2YOA02YK0F untuk menentukan jarak dari nilai tegangan analog sensor tersebut dengan mengubah operasi pangkat menjadi nilai yang mendekatinya agar mudah direpresentasikan dalam bahasa programming. Pada penelitian ini dilakukan pengolahan data tegangan keluaran GP2Y0A02YK0F menggunakan mikrokontroler ATMega8. Hubungan antara GP2Y0A02YK0F dengan mikrokontroler ATMega8 melalui pin analog to digital converter (ADC) yang ada pada ATMega8. Berdasarkan hasil pengolahan data diperoleh hasil dengan rata-rata prosentase error 1,89%. Sensor ini kemudian digunakan untuk membangun sistem pengukur ketinggian pasang surut air laut. Hasil pengujian alat diperoleh nilai akurasi 99% dibandingkan dengan alat ukur standar. Katakunci: Sensor jarak, Mikrokontroler, Pasang surut air laut.
230
Prosiding Semirata2015 bidang MIPA BKS-PTN Barat Universitas Tanjungpura Pontianak Hal 230-238 1. PENDAHULUAN Pencatatan pasang surut (pasut) dapat dilakukan secara non registering, yaitu dengan pengamatan langsung untuk mengukur dan mencatat tinggi pasut dari papan ukur yang disebut tide staff, atau pengukuran secara self registering, yaitu pencatatan pasut secara otomatis dengan alat automatic gauge baik berbentuk grafik, punched tape, atau foto. Instrumen pengukur pasang surut yang umum digunakan adalah tide staff, floating tide gauge, dan pressure tide gauge. Berbagai penemuan material dan devais elektronik membuka peluang untuk merealisasikan suatu alat untuk mengukur ketinggian pasut tanpa pengamatan secara langsung. Alat ini dapat dibangun menggunakan sensor inframerah yang dapat mengindera jarak dan menghasilkan sinyal listrik. Salah satu sensor jarak yang telah diproduksi adalah sensor jarak GP2Y0A02YK0F. Sensor jarak GP2Y0A02YK0F adalah sensor yang menggunakan media inframerah yang dapat mendeteksi objek dengan rentang 20 cm sampai dengan 150 cm. Bentuk output dari sensor GP2Y0A02YK0F adalah tegangan analog. GP2Y0A02YK0F bekerja pada tegangan dari 4,5 volt sampai 5,5 volt dengan panjang gelombang inframerah sebesar (λ = 850 ± 70 nm). Sensor inframerah ini tidak menghitung waktu pancaran sinar melainkan menghitung pada bagian mana sinar inframerah yang dikembalikan kemudian diterima oleh rangkaian phototransistor. Semakin jauh jarak maka semakin ke kanan sinar inframerah yang diterima pada rangkaian phototransistor dan semakin kecil tegangan outputnya seperti pada Gambar 1. Hasil output ini akan diterima oleh ADC terlebih dahulu sebelum diambil oleh mikrokontroler.
Jarak jauh Jarak dekat
Semakin ke kanan Gambar 1. Prinsip kerja sensor jarak GP2Y0A02YK0F [Sumber : datasheet GP2Y0A02YK0F] Untuk mendapatkan pengukuran yang valid diperlukan waktu kurang lebih 5 ms dari pengukuran pertama ke pengukuran kedua, sedangkan waktu start up agar sistem stabil membutuhkan waktu (t = 16,5 ± 3,7 ms). Persamaan kurva non linier yang dihasilkan mengandung operasi pangkat. Dalam bahasa pemograman, operasi pangkat sulit untuk diekpresikan. Oleh karena itu 231
Prosiding Semirata2015 bidang MIPA BKS-PTN Barat Universitas Tanjungpura Pontianak Hal 230-238 dibutuhkan cara pendekatan agar kurva non linier tersebut dapat diolah dengan bahasa pemograman. Tujuan dalam penelitian ini adalah membuat alat yang dapat mengukur ketinggian air laut menggunakan mikrokontroler ATMega328 dan sensor jarak GP2Y0A02YK0F. 2. METODE PENELITIAN Langkah-langkah yang dilakukan dalam penelitian ini adalah seperti pada Gambar 2.
Mulai
Kurva tegangan analog
Mencari persamaan kurva
Mencari nilai pendekatan
Plot ke dalam grafik
Mencari persamaan grafik
Memasukkan persamaan linier ke pers non linier
Membandingkan kurva lama dengan kurva baru
Mencari persamaan jarak
Mengganti volt dengan nilai digital adc
Selesai
Gambar 2. Langkah-langkah penelitian
232
Prosiding Semirata2015 bidang MIPA BKS-PTN Barat Universitas Tanjungpura Pontianak Hal 230-238 Perancangan alat terdiri dari beberapa bagian yaitu bagian pelampung, bagian sensor jarak, bagian mikrokontroler, bagian LCD dan bagian power supply. Hubungan antara bagian-bagian tersebut dapat dilihat seperti pada Gambar 3.
Gambar 3. Alat dan Bahan yang dibutuhkan serta hubungan antar bagian. 3. HASIL DAN PEMBAHASAN Sensor jarak GP2Y0A02YK0F ditunjukkan seperti pada Gambar 4. Keluaran dari sensor ini berupa tegangan analog yang nilainya non-linear dengan jarak objek yang diukur. Pada penelitian ini, hubungan antara sensor jarak GP2Y0A02YK0F dengan mikrokontroler menggunakan interface analog to digital converter (ADC) yang ada pada mikrokontroler Atmega328..
Gambar 4. Sensor Jarak GP2Y0A02YK0F Grafik hubungan antara tegangan output analog sensor terhadap jarak objek dari sensor dapat dilihat seperti pada Gambar 5.
233
Prosiding Semirata2015 bidang MIPA BKS-PTN Barat Universitas Tanjungpura Pontianak Hal 230-238
Gambar 5. Kurva karakteristik keluaran sensor jarak GP2Y0A02YK0F [Sumber : datasheet GP2Y0A02YK0F] Ada banyak cara untuk mencari persamaan dari kurva diatas untuk menentukan jarak dari nilai analog sensor tersebut. Salah satunya dengan cara sampling data kemudian menentukan persamaan dari kurva respon voltage terhadap jarak objek. Pada penelitian ini dilakukan dengan sampel kurva respon di atas dengan menggunakan Ms.Excel. Tabel 1 merupakan hubungan antara jarak dengan tegangan analog sensor. Dari Tabel 1 kemudian diplot ke dalam grafik dan dicari persamaan kurvanya. Maka diperoleh kurva seperti pada Gambar 6. Tabel 1. Data hubungan tegangan terhadap jarak dari GP2Y0A02YK0F jarak (cm) 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150
tegangan (V) 2,60 2,00 1,55 1,25 1,05 0,95 0,80 0,75 0,65 0,60 0,55 0,50 0,47 0,45
Gambar 6. Grafik hubungan antara tegangan keluaran terhadap jarak dari sensor GP2Y0A02YK0F 234
Prosiding Semirata2015 bidang MIPA BKS-PTN Barat Universitas Tanjungpura Pontianak Hal 230-238 Persamaan yang mendekati dari kurva pada Gambar 6 adalah y = 42.15x^-0.904
(1) atau
y = 42.15/x^0.904
(2)
dimana y adalah tegangan analog (volt) dan x adalah jarak (cm). Karena operasi x^0.904 susah direpresentasikan dalam bahasa programming, maka dicari nilai yang mendekati dari x^0.904 dengan MS. Excel. Maka diperoleh nilai pendekatan seperti pada Tabel 2. Kemudian diplot ke dalam grafik dengan sumbu y adalah jarak ^0,904 seperti pada Gambar 7.
Gambar 7. Grafik nilai pendekatan dari x^0.904 terhadap jarak Persamaan linier yang mendekati pada grafik Gambar 7 adalah y=0,5952x+4,3019
(3)
Tabel 2. Data nilai pendekatan dari x^0.904 jarak (cm)
jarak^0,904 (cm)
30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150
15.00 21.64 28.07 34.35 40.50 46.56 52.53 58.43 64.27 70.05 75.78 81.47 87.12 92.72
Langkah selanjutnya adalah kembali ke persamaan (1) dengan mengganti nilai x^0,904 dengan persamaan (3) sehingga persamaannya menjadi y = 42.15/(0.595x+4.301)
(4)
235
Prosiding Semirata2015 bidang MIPA BKS-PTN Barat Universitas Tanjungpura Pontianak Hal 230-238 Jadi persamaan hubungan antara tegangan analog keluaran sensor dengan jarak yang kita dapat adalah volt = 42.15/(0.595jarak +4.301)
(5)
Dari persamaan (5) maka diperoleh grafik hubungan antara jarak dengan tegangan analog yang baru seperti pada Gambar 8.
Gambar 8. Grafik hubungan antara tegangan keluaran terhadap jarak yang baru. Kemudian dilakukan pengecekan untuk membandingkan grafik yang lama dengan grafik yang baru untuk mendapatkan nilai errornya. Tabel 3. Perbandingan data baru dengan data lama Data lama jarak (cm) 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150
tegangan (V) 2,60 2,00 1,55 1,25 1,05 0,95 0,80 0,75 0,65 0,60 0,55 0,50 0,47 0,45
Data baru Jarak (cm) 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150
Tegangan (volt) 2.60 1.90 1.50 1.24 1.05 0.92 0.81 0.73 0.66 0.60 0.56 0.52 0.48 0.45
Selisih 0.00 0.10 0.05 0.01 0.00 0.03 0.01 0.02 0.01 0.00 0.01 0.02 0.01 0.00
Langkah selanjutnya adalah mengubah persamaan (5) untuk mencari persamaan jarak dimana persamaan inilah yang akan dimasukkan ke program mikrokontroler. Berikut ini adalah hasil akhir persamaan yang didapatkan. 236
Prosiding Semirata2015 bidang MIPA BKS-PTN Barat Universitas Tanjungpura Pontianak Hal 230-238 volt = 42.15/(0.595jarak +4.301)
(6)
(42.15/volt) = 0.595jarak + 4.301
(7)
(42.15/volt) - 4.301 = 0.595jarak
(8)
Jarak = (70.8403/volt) – 7.2285
(9)
Volt disini adalah parameter tegangan analog yang keluar dari sensor. Tegangan analog tersebut kemudian dikonversi menjadi angka digital oleh ADC. Pada penelitian ini, ADC yang digunakan adalah 8 bit maka nilai adc (tegangan referensi 5 volt) harus dikonversi ke volt, volt = adc*(5/255)
(10)
jarak = (70.8403/(adc*(5/255)) – 7.2285
(11)
jarak = (3614.3010/adc) – 7.2285
(12)
Alat pengukur pasut ini terdiri dari bagian pelampung dan perangkat elektronik. Bagian pelampung terdiri dari pemantul dan tabung. Sedangkan perangkat elektronik ini terdiri dari sensor jarak GP2Y0A02YK0F, mikrokontroler ATMega328, RTC, LCD dan MMC. Perangkat elektronik alat pengukur pasut yang dibuat dapat dilihat seperti pada gambar 9. Sensor dihubungkan dengan mikrokontroler pada pin input ADC. Hasil pembacaan ADC akan dikonversi menjadi nilai jarak (ketinggian air). Hasil pengukuran ketinggian air kemudian ditampilkan pada LCD dan disimpan di dalam MMC.
Gambar 9. Rangkaian elektronik pengukur pasut. [Dokumen pribadi] Hasil pengujian menunjukkan bahwa sensor jarak dapat bekerja dengan baik dan memiliki tingkat akurasi sebesar 99 % seperti ditunjukkan pada Gambar 10.
237
Prosiding Semirata2015 bidang MIPA BKS-PTN Barat Universitas Tanjungpura Pontianak Hal 230-238
Gambar 10. Hasil pengujian alat ukur pasut. 4. KESIMPULAN Berdasarkan penelitian ini terdapat beberapa hal yang penting yaitu : a. Sensor jarak GP2Y0A02YK0Fdapat digunakan untuk mengukur ketinggian pasang surut air laut pada jarak 20cm – 150cm dari sensor. b. Sensor ini bergantung pada kestabilan arus listrik dari power supply
serta sudut
bidang pemantul sinar inframerahnya. c. Alat ukur ketinggian pasang surut air laut ini memiliki akurasi rata-rata 99%. 5. DAFTAR PUSTAKA [1]. Adityayuda, Anugrah. “Pengukuran Faktor Koreksi Jarak Pada Instrumen Motiwali”, Skripsi. Institut Pertanian Bogor. Bogor. 2012. [2]. BAKOSURTANAL. “Prediksi Pasang Surut 2008”; Bidang Medan Gaya berat dan Pasang Surut. Pusat Geodesi dan Geodinamika. Bogor. 2008. [3]. Irawan, Feri, 2010, “Rancang Bangun
Instrumen Pengukur Gelombang Laut
Berdasarkan Sistem Pelampung”, Skripsi, Universitas Tanjungpura, Pontianak. [4]. Purnama, Indra. “Rancang Bangun Alat Pengukur Laju Kendaraan Berbasis Mikrokontroler ATMega8”. Universitas Komputer Indonesia. Bandung.2011. [5]. Tanto, Try Al, 2009, “ Kinerja OTT PS 1 Sebagai Alat Pengukur Pasang Surut Air Laut Di Muara Binuangeun, Provinsi Banten”, Skripsi, Institut Pertanian Bogor, Bogor. [[6]. Datasheet GP2Y0A02YK0F Sheet No. : E4-A00101EN ©SHARP Corporation Date Dec.01.2006 238
