PENGUJIAN RANGKAIAN ROTARY ENCODER MENGGUNAKAN HALL EFFECT SENSOR UNTUK MENGUKUR PERUBAHAN TINGGI MUKA AIR
ANRIA
DEPARTEMEN GEOFISIKA DAN METEOROLOGI FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR 2011
ABSTRACT ANRIA. Rotary Encoder Series Testing by Using Hall Effect Sensor to Measure Water Level Change. Supervised by Prof. Dr. Ir Hidayat Pawitan and Ir. Bregas Budianto, Ass. Dpl One of hydrology parameter is water level. Water level could describe characteristic of a watershed. The change of waterlevel can be measured by using water level floating type recorder. This tool works by measuring the direction and distance of movement through the rotation of pulley which rotated because of the waterlevel change. Commonly, that tool built with movement sensor and movement (rotary) encoder series. Rotary encoder series can be built by using IC (integrated circuit) 4093. By using hall effect sensor as movement sensor which is give input to rotary encoder series, water level change can be measured. Output signal from rotary encoder series have to process to get distance of water level change. Inverter series and monostable positive - negative edge trigger series with OR gates circuit as lattest output are aplide on that process. On this research, a half rotation on pulley produce a movement signal. Distance of that movement depend on pulley size. By using the 1cm diameter pulley, the resolution is about 1,57cm. Keywords: Float, hall effect latch sensor, pulley, rotary encoder, water level
ABSTRAK ANRIA. Pengujian Rangkaian Rotary Encoder Menggunakan Hall Effect Sensor Untuk Mengukur Perubahan Tinggi Muka Air. Dibimbing oleh Prof.Dr. Ir Hidayat Pawitan dan Ir. Bregas Budianto, Ass. Dpl Tinggi muka air merupakan salah satu parameter hidrologi. Tinggi muka air dapat menggambarkan karakteristik suatu daerah aliran sungai. Perubahan tinggi muka air dapat diukur dengan menggunakan alat ukur tinggi muka air tipe pelampung. Cara kerja dari alat tipe ini adalah dengan mengukur arah dan besar perubahan berdasarkan pergerakan pulley yang berputar karena adanya perubahan tinggi muka air. Pada alat tersebut umumnya terdapat sensor gerakan dan rangkaian penerjemah arah gerakan. Rangkaian penerjemah gerakan dapat dibentuk dari IC (integrated circuit) seri 4093. Dengan menggunakan hall effect latch sensor sebagai sensor gerakan yang memberikan input bagi rangkaian penerjemah arah gerakan, perubahan tinggi muka air dapat diketahui. Untuk dapat mengetahui besar perubahan tinggi muka air perlu dilakukan pengolahan terhadap sinyal output dari rangkaian penerjemah arah gerakan. Pengolahan sinyal tersebut dilakukan dengan menambahkan rangkaian inverter serta rangkaian monostable positive negative edge trigger dengan output terakhir pada sirkuit dengan gerbang OR. Pada penelitian ini, untuk setengah putaran pada pulley dihasilkan satu sinyal yang menandakan gerakan naik ataupun turun. Besar gerakan tersebut dipengaruhi oleh ukuran pulley, Dengan menggunakan pulley bediameter 1cm didapatkan resolusi sebesar 1.57cm. Kata Kunci: Pelampung, Hall effect latch sensor, pulley, rotary encoder, tinggi muka air
PENGUJIAN RANGKAIAN ROTARY ENCODER MENGGUNAKAN HALL EFFECT SENSOR UNTUK MENGUKUR PERUBAHAN TINGGI MUKA AIR
ANRIA
Skripsi sebagai salah satu syarat untuk meraih gelar Sarjana Sains pada Mayor Meteorologi Terapan Departemen Geofisika dan Meteorologi
DEPARTEMEN GEOFISIKA DAN METEOROLOGI FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR 2011
Judul Skripsi
: Pengujian Rangkaian Rotary Encoder Menggunakan Hall Effect Sensor Untuk Mengukur Perubahan Tinggi Muka Air
Nama
: Anria
NIM
: G24070050
Menyetujui, Dosen Pembimbing I
Dosen Pembimbing II
Prof. Dr. Ir. Hidayat Pawitan NIP. 19500430 197412 1 001
Ir. Bregas Budianto, Ass. Dpl NIP. 19640308 199403 1 002
Mengetahui, Ketua Departemen Geofisika dan Meteorologi
Dr. Ir. Rini Hidayati, MS. NIP. 19600305 198703 2 002
Tanggal Lulus :
KATA PENGANTAR Puji syukur kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini yang berjudul “Pengujian Rangkaian Rotary Encoder Menggunakan Hall Effect Sensor Untuk Mengukur Perubahan Tinggi Muka Air”. Penelitian dan penulisan skripsi ini tidak lepas dari bantuan banyak pihak. Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terimakasih kepada bapak Hidayat Pawitan dan bapak Bregas Budianto atas bimbingannya dalam menyelesaikan tugas akhir ini. Rasa terimakasih juga penulis sampaikan kepada bapak/ibu dosen program studi meteorologi terapan yang telah banyak memberikan ilmu bagi penulis, staf Departemen Geofisika dan Meteorologi, serta teman – teman GFM44. Rasa terimakasih ini juga penulis sampaikan untuk keluarga tercinta yang telah memberikan banyak hal yang dibutuhkan penulis untuk menyelesaikan tugas akhir ini. Pada penelitian ini penulis mencoba memberikan alternatif penggunaan sensor untuk alat ukur tinggi muka air tipe pelampung. Tidak seperti alat setipe yang dulu pernah dikembangkan di workshop instrumentasi meteorologi, sensor yang terdapat pada alat ini memungkinkan pengukuran pada aliran air dengan rentang tinggi muka air maksimum dan minimum yang besar, karena pulley dapat berotasi tanpa batas. Agar dapat memberikan informasi gerakan naik ataupun turun, kerja sensor tersebut didukung oleh rangkaian penerjemah arah gerakan. Untuk itu perlu dilakukan pengujian terhadap rangkaian penerjemah arah gerakan agar bisa memberikan output yang diharapkan. Akhir kata, penulis minta maaf untuk segala kekurangan yang ada pada tulisan ini. Semoga tulisan ini bermanfaat bagi banyak banyak orang.
Bogor, Agustus 2011
Penulis
RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Bukit Tinggi, Sumatera Barat, pada tanggal 14 Desember 1988. Penulis merupakan anak ke dua dari empat bersaudara dari pasangan orangtua Anwir dan Yenny Artaty. Pendidikan formal, dari Sekolah Dasar sampai Sekolah Menengah Atas yang ditempuh oleh penulis dijalani di kota kelahiran. Setelah menyelesaikan pendidikan SMA pada tahun 2007, penulis diterima di Institut Pertanian Bogor setelah melewati Seleksi Nasional Masuk Perguruan Tinggi Negeri (SNMPTN) pada tahun yang sama. Penulis diterima di jurusan Geofisika dan Meteorologi dengan mayor Meteorologi Terapan. Selama masa perkuliahan penulis memiliki beberapa kegiatan diluar perkuliahan. Penulis pernah menjadi pengurus dalam organisasi kemahasiswaan Himagreto. Penulis juga pernah menjadi asisten praktikum untuk mata kuliah Ekologi Dasar, Oseanografi Umum dan Analisis Meteorologi.
DAFTAR ISI
Halaman DAFTAR TABEL ....................................................................................................................... x DAFTAR GAMBAR ................................................................................................................... x I. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ................................................................................................................. 1 1.2 Tujuan .............................................................................................................................. 1 II. TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Tinggi Muka Air (Water Level) ......................................................................................... 1 2.2 Alat Ukur Tinggi Muka Air Tipe Pelampung..................................................................... 2 2.3 Sensor Gerakan................................................................................................................. 2 2.3.1 Potensiometer ............................................................................................................. 2 2.3.2 Switch Encoder ........................................................................................................... 3 2.3.3 Hall effect sensor ........................................................................................................ 3 2.4 Rangkaian Elektronik Penerjemah Arah Gerakan .............................................................. 4 2.5 Integrated Circuit ............................................................................................................. 4 2.5.1 Integrated Circuit seri 4093......................................................................................... 4 2.5.2 Integrated Circuit seri 4069......................................................................................... 4 2.5.3 Integrated Circuit seri 4047......................................................................................... 4 2.5.4 Integrated Circuit seri 4066......................................................................................... 5 2.5.5 Integrated Circuit seri 4071......................................................................................... 5 III. METODOLOGI 3.1 Waktu dan Tempat Penelitian ........................................................................................... 5 3.2 Bahan dan Alat ................................................................................................................. 6 3.3 Metodologi Penelitian ....................................................................................................... 6 3.3.1 Rancangan Fisik Alat Untuk Pengujian Rangkaian Penerjemah Arah Gerakan ............. 6 3.3.2 Pengujian Rangkaian Elektronik Penerjemah Arah Gerakan ......................................... 6 3.3.2.1 Pengujian dengan Switch Encoder ....................................................................... 7 3.3.2.2 Pengujian dengan Hall Sensor ............................................................................. 7 3.3.3 Pemanfaatan Rangkaian Penerjemah Arah Gerakan Untuk Pengukuran Perubahan Tinggi Muka Air .......................................................................................................... 7 3.3.3.1 Pengolahan Sinyal Output dari Rangkaian Penerjemah Arah Gerakan .................. 7 3.3.3.2 Resolusi Pengukuran ........................................................................................... 7 3.3.3.3 Visualisasi Output Rangkaian Penerjemah Arah Gerakan .................................... 8 IV. HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Rancangan Fisik Alat Untuk Pengujian Rangkaian Penerjemah Arah Gerakan .................. 8 4.1.1 Pelampung .................................................................................................................. 8 4.1.2 Pulley ......................................................................................................................... 8 4.1.3 Sumur Penenang (Stilling well).................................................................................... 9 4.2 Pengujian Rangkaian Elektronik Penerjemah Arah Gerakan .............................................. 9 4.2.1 Pengujian dengan Switch Encoder ............................................................................... 9 4.2.2 Pengujian dengan Hall Sensor ................................................................................... 10 4.2.2.1 Cara Kerja Sensor ............................................................................................. 10 4.2.2.2 Output Rangkaian Elektronik Penerjemah Arah Gerakan dengan input dari .Hall Sensor....................................................................................................... 11 4.3 Pemanfaata Rangkaian Penerjemah Arah Gerakan Untuk Pengukuran Perubahan Tinggi Muka Air ........................................................................................................................ 11 4.3.1 Pengolahan Sinyal Output dari Rangkaian Penerjemah Arah Gerakan ........................ 11 4.3.1.1 Aplikasi Rangkaian Inverter (IC 4069) dan Analog Switch (IC 4066) ................. 12 4.3.1.2 Aplikasi Rangkaian Monostable Positive-Negative Edge Trigger dan.................. ..Gerbang OR .................................................................................................... 12 4.3.2 Resolusi Pengukuran ................................................................................................. 13
4.3.3 Visualisasi Output Rangkaian Penerjemah Arah Gerakan ........................................... 14 V. SIMPULAN DAN SARAN 5.1 Simpulan ....................................................................................................................... 14 5.2 Saran ............................................................................................................................. 14 DAFTAR PUSTAKA .............................................................................................................. 15
x
DAFTAR TABEL
1 2 3 4 5 6 7 8
Halaman Karakteristik switch encoder................................................................................................... 3 Truth table untuk NAND gate ................................................................................................. 4 Rangkaian monostable positive-negative edge trigger ............................................................. 5 Fungsi masing-masing pin pada IC 4066 ................................................................................. 5 Truth table untuk OR gate ...................................................................................................... 5 Nilai sinyal output untuk gerakan naik .................................................................................... 9 Nilai sinyal output untuk gerakan turun ................................................................................... 9 Arah putaran pada pulley dan nilai output ............................................................................. 11
DAFTAR GAMBAR
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33
Halaman Penampang melintang sungai.................................................................................................. 1 Stage discharge rating curve .................................................................................................. 2 AWLR float type dengan pelampung dan pemberat yang terpisah ........................................... 2 Potensiometer......................................................................................................................... 2 Switch Encoder ...................................................................................................................... 3 Prinsip kerja hall effect sensor ................................................................................................ 3 Hall effect sensor tipe ATS 276 .............................................................................................. 3 Bentuk rangkaian pada Hall effect sensor tipe ATS 276 ......................................................... 3 Bentuk Rangkaian penerjemah arah gerakan ........................................................................... 4 Functional diagram IC 4093 .................................................................................................. 4 Connection diagram IC 4069 ................................................................................................. 4 Connection diagram IC 4047 ................................................................................................. 4 Connection diagram IC 4066 ................................................................................................. 5 Connection diagram IC 4071 ................................................................................................. 5 Rancangan alat ukur TMA tipe pelampung ............................................................................ 6 Gaya pada pelampung ............................................................................................................ 6 Rangkaian penerjemah arah gerakan ....................................................................................... 6 Rangkaian penerjemah arah gerakan dengan input dari switch encoder .................................... 7 Rangkaian penerjemah arah gerakan dengan input dari hall sensor .......................................... 7 Resolusi pengukuran berdasarkan gerakan pulley ................................................................... 7 Pelampung dengan beberapa pilihan ukuran ............................................................................ 8 Pulley yang terpasang pada pelampung ................................................................................... 8 Gerakan pada detent, posisi switch dan bentuk pulsa ............................................................... 9 Diagram alir cara kerja sensor ............................................................................................... 10 Posisi pulley yang dipasangi magnet dan sensor hall ............................................................. 10 Perubahan posisi magnet dan nilai output karena putaran pada pulley .................................... 11 Sinyal keluaran untuk gerakan turun ..................................................................................... 11 Sinyal keluaran untuk gerakan naik ...................................................................................... 11 Perubahan bentuk sinyal setelah melewati rangkaian inverter ................................................ 12 Output sinyal setelah melewati rangkaian monostable dan gerbang OR ................................ 12 Lingkaran dalam dan luar pada pulley .................................................................................. 13 Resolusi Pengukuran ........................................................................................................... 13 Visualisasi data dari output rangkaian penerjemah arah gerakan ............................................ 14
1
I. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Sungai merupakan salah satu sumber air tawar yang penting keberadaannya bagi makhluk hidup di sekitarnya. Perusahaan Daerah Air Minum (PDAM) pada umumnya memanfaatkan air dari suatu sungai untuk memenuhi kebutuhan konsumennya. Pada beberapa tempat di indonesia, keberadaan sungai terkadang menjadi suatu ancaman, yaitu pada saat debit air yang mengalir melebihi kondisi normal, atau yang lebih dikenal dengan sebutan banjir. Karena pentingnya keberadaan sungai tersebut, kajian mengenai sungai ataupun daerah aliran sungai (DAS) sangatlah penting dan dibutuhkan demi menjamin ketersediaan air yang berkelanjutan dan terkendali. Salah satu parameter hidrologi yang berkaitan dengan sungai adalah tinggi muka air (water level) sungai. Banyak hal yang bisa dicermati dengan mengetahui tinggi muka air (TMA) suatu aliran, diantaranya adalah debit aliran dan sistem aliran sungai. Kajian lebih lanjut mengenai TMA dan parameter hidrologi lainnya yang berkaitan dapat menggambarkan karakteristik suatu DAS. Pemahaman terhadap karakteristik suatu DAS akan sangat membantu dalam pengelolaan DAS maupun hal-hal lain yang berkaitan dengan DAS tersebut. Ketersediaan alat ukur merupakan hal mendasar yang harus terpenuhi untuk ketersediaan data, termasuk data TMA. Data TMA bisa didapatkan melalui berbagai teknik pengukuran, baik itu manual ataupun otomatis. Pengukuran TMA dengan menggunakan alat ukur otomatis yang dapat merekam data secara kontinu merupakan salah satu pilihan dalam pengambilan data TMA yang berkelanjutan. Saat ini telah dikembangkan berbagai macam alat pengukuran TMA, diantaranya adalah alat ukur bertipe pelampung. Alat ukur TMA bertipe pelampung dapat menggunakan berbagai jenis sensor, satu diantaranya adalah potensiometer. Sama dengan sensor yang lainnya, pada dasarnya sensor tersebut menerjemahkan arah dan perubahan tinggi muka air berdasarkan gerakan pada pulley. Pada penelitian terdahulu yang dilakukan oleh Triesnawati (2006), potensiometer digunakan sebagai sensor perubahan tinggi muka air. Alat ukur TMA dengan sensor tersebut memiliki beberapa keterbatasan,
diantaranya adalah rentang pengukuran yang terbatas. Alat ukur tinggi muka air otomatis pada umumnya terdiri dari dua bagian penting, yaitu bagian mekanik dan elektronik. Kedua bagian tersebut memiliki peran yang sama pentingnya. Suatu alat pengukuran tinggi muka air akan dapat bekerja dengan baik apabila kedua bagian tersebut bekerja sesuai fungsinya. Pada penelitian ini akan dilakukan pengujian terhadap rangkaian elektronik penerjemah arah gerakan dengan menggunakan hall effect sensor sebagai sensor yang memberikan input bagi rangkaian tersebut. Rangkaian tersebut akan menerjemahkan gerakan pada pulley. 1.2 Tujuan Penelitian ini bertujuan untuk menguji rangkaian penerjemah rotasi (rotary encoder) yang akan digunakan untuk mengukur perubahan tinggi muka air dengan menggunakan hall sensor.
II. TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Tinggi Muka Air (Water Level) Tinggi muka air (TMA) merupakan salah satu parameter hidrologi pada sungai. TMA merupakan tinggi permukaan air yang diukur dari titik tertentu yang telah ditetapkan. Dalam kaitannya dengan debit aliran (Q), data TMA dapat digunakan untuk mengetahui luas penampang melintang suatu aliran (A) seperti yang tergambarkan pada gambar 1. Dengan mengetahui luas penampang melintang dan kecepatan aliran, akan dapat diketahui debit aliran dengan menggunakan persamaan Bernoulli (the continuity equation): Q = A . V
Gambar 1 Penampang melintang sungai .(sumber: bppt.go.id)
2
Menurut Asdak (1995), untuk aliran sungai tertentu, data TMA dapat langsung digunakan untuk menduga debit aliran. Debit sungai yang diduga melalui data TMA tersebut merupakan suatu pendekatan berdasarkan kurva hubungan debit aliran dan TMA (stage discharge rating curve), untuk itu dibutuhkan data TMA dan debit dalam jumlah banyak (tahunan). Hubungan antara debit aliran dan TMA tersebut dapat dilihat pada gambar berikut ini.
sebagai pendeteksi naik turunnya permukaan air.
(a)
Gambar 2 Stage discharge rating curve (sumber: http://www.corpsned ma nuals.us/) Data TMA memiliki banyak kegunaan. Untuk perencanaan bangunan yang berkaitan dengan perubahan TMA, seperti jembatan, bendungan, dan sistem irigasi, data TMA sangatlah dibutuhkan. Terkait dengan bencana banjir pada daerah hilir sungai, data TMA dapat dimanfaatkan sebagai indikator bagi kejadian banjir. 2.2 Alat Ukur Tinggi Muka Air Tipe ..Pelampung Alat ukur tinggi muka air tipe pelampung merupakan salah satu alat ukur TMA. Pada alat ukur ini, perubahan TMA ditandai dengan pergerakan naik ataupun turun dari pelampung tersebut. Besar perubahan tinggi muka air akan diketahui berdasarkan gerakan pada pulley yang akan berputar ketika ada gerakan pada pelampung. Benda yang akan digunakan sebagai pelampung haruslah mendapatkan gaya tekanan ke atas (Fa) yang lebih besar dibadingkan gaya berat (w) benda itu sendiri. Alat ukur TMA tipe pelampung yang sebelumnya pernah dikembangkan, seperti pada gambar 3, memiliki pemberat dan pelampung terpisah. Pelampung dan pemberat tersebut terikat di tiap ujung tali yang terpasang pada pulley. Pemberat berfungsi sebagai pengimbang agar pelampung tetap mengambang pada permukaan air, sedangkan pelampung
(b) Gambar 3 AWLR float type dengan ..pelampung dan pemberat yang ..terpisah (sumber: rickly.com) Pada dasarnya alat ukur TMA tipe pelampung memiliki prinsip kerja yang sama. Arah dan besar perubahan diketahui berdasarkan putaran pada pulley. Arah dan besar perubahan tersebut merupakan input bagi sensor untuk kemudian diterjemahkan menjadi sebuah informasi. 2.3 Sensor Gerakan Peubahan atau gerakan dapat dideteksi dengan menggunakan sensor. Sensor yang dapat dimanfaatkan untuk mendeteksi gerakan diantaranya adalah potensiometer, switch encoder dan hall effect sensor. 2.3.1 Potensiometer
Gambar 4 Potensiometer (sumber: Tanujaya 2010)
3
Potensiometer merupakan salah satu jenis resistor. Potensiometer seperti yang terlihat pada gambar 4 merupakan variabel resistor, yaitu resistor yang nilai hambatannya dapat diubah dengan cara memutar poros yang terdapat pada potensiometer. Dalam pemanfaatannya sebagai sensor gerakan (perubahan) TMA, pergerakan pada pulley akan turut menggerakan poros yang ada pada potensiometer. Perubahan nilai hambatan akibat berputarnya poros tersebut merupakan output dari potensiometer yang kemudian diterjemahkan sebagai bentuk perubahan TMA (Triesnawati 2006). 2.3.2 Switch Encoder Switch encoder merupakan komponen elektronik yang memiliki cara kerja seperti saklar (switch). Dari segi fisik, alat ini memiliki ukuran yang kecil dengan tiga kaki (pin) dan poros rotasi pada bagian atas alat. Pada alat ini terdapat 24 detent dengan dua output pulsa (fase A dan B) yang berurutan untuk tiap dua detent yang dilewati akibat adanya perputaran pada poros. Untuk satu putaran penuh (3600) pada switch encoder, masing masing pulsa akan muncul sebanyak 12 kali (Panasonic 2010).
Gambar 5 Switch encoder (sumber: http:// ..dgkaihua.en.made-in-china.com/ ..dan www.eehomepage.com/)
Electrical Mechanical
Tabel 1 Karakteristik switch encoder Rotation
360° /Endless
Rotation Torque
1 mN·m (min.)
Detents
proporsional dengan kekuatan medan magnet yang diterimanya. Sensor hall effect terdiri dari sebuah lapisan silikon dan dua buah elektroda pada masing-masing sisi silikon. Pada saat tanpa ada pengaruh dari medan magnet maka beda potensial antar kedua elektroda tersebut 0 Volt karena arus listrik mengalir ditengah kedua elektroda sedangkan ketika medan magnet mempengaruhi sensor ini maka arus yang mengalir akan berbelok mendekati atau menjauhi sisi yang dipengaruhi oleh medan magnet. Hal tersebut menghasilkan beda potensial diantara kedua elektroda dari hall effect sensor, dimana beda potensial tersebut sebanding dengan kuat medan magnet yang diterima oleh hall effect sensor ini.
(b) (a) Gambar 6 Prinsip kerja hall effect sensor (sumber: Jack 2010) Hall effect sensor memiliki banyak jenis, salah satunya adalah hall effect latch sensor. ATS 276 merupakan contoh hall effect latch sensor. Hall effect sensor tipe tersebut memiliki dua output dengan sifat yang berkebalikan. Pada saat output pada DO bernilai positif karena ada pengaruh dari medan magnet maka output pada DOB akan bernilai negatif (Anachip Corp 2004). Berbeda dengan hall effect sensor pada umumnya, medan magnet berbeda akan memberikan pengaruh yang berbeda pada sensor ini. Pengaruh dari medan magnet dengan kutub utara baru akan hilang ketika ada pengaruh dari magnet dengan kutub selatan, begitu juga sebaliknya.
24 points
Output Signals
Phase A and B
Resolution
12 pulses/360 °
Gambar 7 Hall effect sensor tipe ATS 276
(Sumber: http://industrial.panasonic.com/) 2.3.3 Hall Effect Sensor Hall effect sensor merupakan sensor untuk mendeteksi medan magnet yang terdapat disekitarnya. Effek Hall pertama kali ditemukan oleh Dr. Edwin Hall pada tahun 1879 (Honeywell 2005). Hall effect sensor akan menghasilkan tegangan yang
Gambar 8 Bentuk rangkaian pada hall effect latch sensor ATS 276
4
2.4 Rangkaian Elektronik Penerjemah Arah Gerakan Rangkaian penerjemah arah gerakan dibentuk dari IC 4093. Rangkaian ini dirakit dari 4 gerbang NAND yang ada pada IC tersebut. Rangkaian ini membutuhkan input dari dua sensor yang berada pada pin 8 dan pin 13. Output dari rangkaian ini adalah dua informasi arah gerakan pada pin 3 dan pin 4. Informasi arah pada masing-masing pin tersebut memiliki sifat yang berkebalikan (Guenther 2001).
Tabel 2 Truth table untuk NAND gate
2.5.2 Integrated Circuit seri 4069 IC seri 4069 memiliki fungsi sebagai pembalik arus (inverter). Output yang dihasilkan memiliki sifat yang berkebalikan dari input. IC ini memiliki 14 pin dengan 6 sirkuit inverter yang terdiri dari 6 pin output dan 6 pin input. Suplai arus yang direkomendasikan dalam penggunaan IC ini adalah 3 - 15 volt (Fairchild Semiconductor 1999)
Gambar 9 Bentuk rangkaian penerjemah arah gerakan (sumber: Guenther 2001) 2.5 Integrated Circuit 2.5.1 Integrated Circuit seri 4093 IC seri 4093 merupakan gabungan dari empat sirkuit Schmitt trigger. Masing – masing sirkuit tersebut berfungsi sebagai gerbang NOT AND (NAND Gates). IC ini memiliki 14 pin dengan output pada pin 3, 4, 10, dan 11, sedangkan pin lainnya berfungsi sebagai input atau input (kecuali pin 7 dan 14). Output dari setiap pin akan bernilai 0 (low:L) hanya jika kedua input bernilai 1 (High:H) (Texas Instrument 2003).
Gambar 10 Functional diagram IC 4093
Gambar 11 Connection diagram IC 4069 2.5.3 Integrated Circuit seri 4047 IC seri 4047 dapat dimanfaatkan untuk membentuk rangkaian monostable positive ataupun negative edge trigger multivibrator. Pada saat dioperasikan, rangkaian monostable positive edge trigger akan menghasilkan sinyal karena adanya transisi dari sinyal rendah ke tinggi, sedangkan rangkaian monostable negative edge trigger menghasilkan sinyal pada saat transisi sinyal tinggi menjadi rendah (National Semiconductor 1993).
Gambar 12 Connection diagram IC 4047
5
Tabel 3 Rangkaian monostable positive-negative edge trigger
(Sumber: National Semiconductor 1993)
2.5.4 Integrated Circuit seri 4066
2.5.5 Integrated Circuit seri 4071 IC seri 4071 terdiri dari empat sirkuit berupa gerbang OR (OR gates). Dari 14 pin yang ada, output (output) dari IC ini berada pada pin 3, 4, 10, dan 11. Output dari setiap pin akan bernilai 0 (low:L) hanya jika kedua input bernilai 0, sedangkan kombinasi nilai input lainnya akan menghasilkan nilai 1 (Philips 1995).
Gambar 13 Connection diagram IC 4066 IC seri 4066 memiliki 14 pin. IC ini dapat berfungsi sebagai saklar. Dalam satu IC ini Terdapat empat sirkuit dengan fungsi seperti saklar . Masing-masing sirkuit terdiri dari input, output dan kontrol. Tabel 4 Fungsi masing-masing pin pada IC 4066
Gambar 14 Connection diagram IC 4071 Tabel 5 Truth table untuk OR gate
III. METODOLOGI 3.1 Waktu dan Tempat Penelitian Penelitian dilaksanakan dari bulan Februari sampai dengan Agustus 2011 di Workshop Instrumentasi Meteorologi, Departemen Geofisika dan Meteorologi,
6
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor. 3.2 Bahan dan Alat Bahan dan alat yang digunakan pada penelitian ini diantaranya adalah: Hall effect sensor latch Switch encoder pulley magnet pipa PVC pelampung IC seri 4093, 4066, 4069, 4047, dan 4071 tali nilon Light emitting diode (LED) catu daya 6 volt project board beberapa peralatan pendukung lainnya. 3.3 Metodologi Penelitian 3.3.1 Rancangan Fisik Alat Untuk .Pengujian Rangkaian Penerjemah .Arah Gerakan Pengujian rangkaian penerjemah arah gerakan dilakukan dengan menggunakan alat ukur tinggi muka air sederhana. Alat ukur tinggi muka air terdiri dari dua bagian utama, yaitu bagian fisik dan elektronik (sensor dan rangkaian penerjemah arah gerakan). Bagian penting dari fisik alat adalah pelampung, pulley, dan sumur penenang (stilling well). Untuk dapat mendukung cara kerja sensor, pelampung yang dibuat harus memiliki gaya berat yang lebih kecil dibandingkan dengan gaya dorong keatas oleh air. Gaya dorong oleh air tersebut merupakan gaya penggerak untuk memutar pulley. Sumur penenang yang dibuat juga harus bisa menjaga permukaan air dalam keadaan yang relatif tenang dan dapat meredam golakan air dari luar sumur penenang tersebut.
Gambar 16 Gaya pada pelampung U=ρxgxV W= m x g W=U U W ρ g V m
(1) (2) (3)
: gaya dorong keatas oleh air (N) : gaya berat pelampung (N) : massa jenis air (kg/m3) : gravitasi : 9.8 (m/s2) : volume air yang dipindahkan (m3) : massa benda
3.3.2 Pengujian Rangkaian Elektronik Penerjemah Arah Gerakan
Gambar 17 Rangkaian penerjemah arah gerakan
Gambar 15 Rancangan Alat ukur TMA tipe pelampung
Rangkaian elektronik untuk menerjemahkan arah gerakan pada pulley akibat perubahan TMA dibentuk dengan menggunakan IC 4093. Rangkaian ini memanfaatkan empat gerbang NAND yang terdapat pada IC 4093. Pin 3 dan 4 merupakan output untuk menentukan arah
7
gerakan, dimana pin 3 menghasilkan sinyal sebagai indikator penurunan TMA, sedangkan pin 4 sebagai indikator peningkatan TMA. Untuk mengetahui cara kerja dan nilai output dari rangkaian tersebut dilakukan pengujian dengan menggunakan switch encoder dan hall effect latch sensor sebagai sensor yang akan memberikan nilai input bagi rangkaian tersebut. 3.3.2.1 Pengujian dengan Switch Encoder Pada tahap ini rangkaian penerjemah arah gerakan diuji dengan menggunakan input dari switch encoder. Gabungan dari switch encoder dan rangkaian penerjemah arah gerakan tergambarkan pada gambar 18 berikut. Cara kerja dari switch encoder tersebut adalah seperti saklar (switch).
Gambar 18 Rangkaian penerjemah arah gerakan dengan input dari switch encoder 3.3.2.2 Pengujian dengan Hall Sensor
magnet kutub selatan akan memberikan efek yang berkebalikan dibandingkan magnet dengan kutub utara. 3.3.3 Pemanfaatan Rangkaian Penerje mah .Arah Gerakan Untuk Pengukuran .Perubahan Tinggi Muka Air Agar dapat dimanfaatkan sebagai sensor perubahan TMA, dibutuhkan sensor yang dapat menerjemahkan arah dan besarnya perubahan posisi pada pulley. Sensor yang digunakan harus bisa menghasilkan sinyal yang berbeda untuk gerakan naik dan gerakan turun setelah melewati rangkaian penerjemah arah gerakan. Sinyal untuk gerakan naik ataupun turun yang dihasilkan oleh sensor haruslah dikeluarkan pada pin yang berbeda. Setelah dilakukan pengujian dengan menggunakan dua sensor yang berbeda akan diketahui cara kerja dari rangkaian dan sensor yang dapat diaplikasikan dalam pengukuran tinggi muka air. 3.3.3.1 Pengolahan Sinyal Output dari ...Rangkaian Penerjemah Arah ...Gerakan Sinyal Output dari rangkaian penerjemah arah gerakan dapat dimodifikasi terlebih dahulu sebelum dimanfaatkan sebagai data perubahan TMA. Modifikasi sinyal output tersebut bertujuan untuk mengurangi pemakaian catu daya pada saat perekaman data perubahan TMA. Pada penelitian ini ditambahkan beberapa rangkaian elektronik yang bertujuan untuk memodifikasi sinyal output tersebut, diantaranya adalah rangkaian inverter(IC 4069), rangkaian Analog Switch (IC 4066), rangkaian monostable positive edge triggernegative edge trigger dan gerbang OR sebagai output terakhir. 3.3.3.2 Resolusi Pengukuran
Gambar 19 Rangkaian penerjemah arah gerakan dengan input dari hall sensor Pengujian rangkaian penerjemah arah gerakan dengan menggunakan hall sensor tergambarkan pada gambar 19. Pada gambar tersebut terdapat dua hall sensor dengan sifat yang berkebalikan. Pada sensor hall ini
Gambar 20 Resolusi pengukuran berdasar ..kan gerakan pulley
8
Resolusi pengukuran merupakan ukuran terkecil dari perubahan TMA yang dapat terukur. Dengan menggunakan sensor hall, perubahan TMA akan diketahui apabila ada efek yang ditimbulkan oleh kontak antara magnet dan sensor. Kontak antara magnet dan sensor tersebut akan terjadi apabila ada putaran pada pulley. Karena hal tersebut maka resolusi pengukuran akan ditentukan oleh ukuran poros lingkaran yang dililiti tali pada pulley. 3.3.3.3 Visualisasi Output Rangkaian ..Penerjemah Arah Gerakan Cara kerja rangkaian penerjemah arah gerakan akan lebih mudah dipahami melalui grafik. Pada tahap ini dilakukan simulasi untuk mendapatkan data perubahan arah gerakan. Berdasarkan data yang ada dibuat grafik perubahan tinggi muka air agar cara kerja rangkaian penerjemah arah gerakan lebih tergambarkan.
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1
Rancangan Fisik Alat Untuk ..Pengujian Rangkaian Penerjemah ..Arah Gerakan Alat yang digunakan untuk menguji rangkaian penerjemah arah gerakan berupa Alat ukur tinggi muka air tipe pelampung sederhana. Alat tersebut memiliki komponen fisik yang hampir sama dengan alat lain yang sejenis. Bagian dasar dari fisik alat adalah pelampung, pulley, dan stilling well. Pelampung dan pulley merupakan bagian alat yang memiliki peranan penting dalam memberikan input pada sensor. Perbedaan utama dengan alat ukur TMA tipe pelampung lainnya adalah adanya penggabungan antara pelampung dengan pemberat, dengan kata lain fungsi pemberat dan pelampung ada pada satu bagian alat yang sama. 4.1.1 Pelampung Pelampung berfungsi sebagai pendeteksi perubahan TMA. Perubahan TMA akan menyebabkan posisi pelampung berubah-ubah mengikuti perubahan TMA tersebut. Pada alat yang telah dirancang pelampung juga berperan sebagai bandul pemberat. Ada beberapa hal yang harus diperhatikan dalam pembuatan pelampung, diantaranya adalah berat jenis dan ukurannya. Pelampung haruslah memiliki gaya berat yang lebih kecil dibandingkan
gaya dorong keatas oleh air. Syarat untuk terwujudnya hal tersebut diantaranya adalah pelampung memiliki berat jenis yang lebih kecil dibandingkan dengan air. Hal penting lainnya yang harus diperhatikan adalah pelampung harus cukup berat agar bisa berfungsi sebagai bandul pemberat.
Gambar 21 Pelampung dengan beberapa pilihan ukuran Bentuk pelampung sangatlah berpengaruh dalam pengukuran TMA. Sebagai pendeteksi perubahan TMA, ukuran pelampung yang sebaiknya digunakan adalah pelampung a. Pelampung a memiliki luas alas yang lebih luas dan tidak terlalu tinggi jika dibandingkan dengan pelampung b dan c. Dengan luas alas yang lebih luas pelampung a akan mendapatkan gaya dorong yang lebih besar dari air ketika terjadi perubahan TMA. Dibandingkan dengan pelampung lainnya pelampung a yang lebih pendek dapat mendeteksi perubahan TMA yang lebih rendah ketika terjadi kondisi minimum yang sama. Pada penelitian ini pelampung yang digunakan berbentuk tabung dengan ukuran tinggi 3,3 cm, diameter 6,4 cm, dan massa 50 g. 4.1.2 Pulley Pulley akan berputar ketika ada perubahan TMA. Pada alat yang telah dibuat digunakan pulley dengan ukuran diameter lingkaran luar 3.5cm dan diameter lingkaran dalam 1cm. Pada pulley tersebut dipasang dua magnet dengan arah kutub yang berbeda. Perputaran pulley akan menyebabkan perubahan medan magnet, sehingga memberikan efek yang berbeda terhadap hall effect sensor yang digunakan sebagai sensor gerakan.
Gambar 22 Pulley yang terpasang pada pelampung
9
4.1.3 Sumur Penenang (Stilling Well) Keberadaan sumur penenang pada alat ukur TMA tipe pelampung haruslah terpenuhi. Sesuai dengan namanya sumur penenang berfungsi sebagai pembatas yang dapat mengurangi pergolakan air diluar sumur sehingga air yang berada dalam sumur tersebut dalam kondisi yang relatif tenang. Agar kondisi pelampung didalam sumur penenang tersebut juga relatif stabil, ukuran sumur penenang dibuat dengan ukuran yang sedikit lebih besar daripada ukuran luas alas pelampung. Pada penelitian ini stilling well yang dibuat dari pipa PVC memiliki diameter 7.6cm dan tinggi 100 cm
tuhkan untuk dapat diterjemahkan menjadi gerakan naik ataupun turun. Berdasarkan nilai output sinyal sesuai dengan posisi detent pada switch encoder dapat diketahui bahwa gerakan naik dicirikan dengan nilai output yang berkebalikan dengan gerakan turun.
4.2
Tabel 7 Nilai sinyal output gerakan turun
Pengujian Rangkaian Elektronik .Penerjemah Arah Gerakan 4.2.1 Pengujian dengan Switch .Encoder Secara mekanik switch encoder bekerja seperti saklar, dimana terdapat dua saklar dengan empat variasi kondisi hidup (on) ataupun mati (off) yang berbeda. Empat kondisi saklar tersebut ditentukan oleh perubahan posisi pada detent. Pada kondisi pertama saklar A maupun B tidak dalam posisi terhubung, sehingga tidak ada sinyal yang dihasilkan. Pada kondisi berikutnya hanya saklar A yang terhubung, maka sinyal A akan dihasilkan (on) dan menuju rangkaian penerjemah arah gerakan. Setelah itu saklar B juga akan terhubung seperti saklar A, sehingga dihasilkan dua sinyal. Kemudian penghubung pada saklar A akan lepas dan hanya saklar B yang terhubung sehingga hanya sinyal B yang dihasilkan. Dengan mengalirkan sinyal yang dihasilkan oleh switch encoder melewati rangkaian penerjemah arah gerakan, dapat diketahui kombinasi nilai input yang dibu -
Tabel 6 Nilai sinyal output gerakan naik
Dengan menggunakan input dari switch encoder, rangkaian penerjemah arah gerakan dapat membedakan gerakan naik ataupun turun berdasarkan pola nilai output yang dihasilkan pada pin 3 dan pin 4. Meskipun dapat menggambarkan pola nilai output untuk gerakan naik dan turun, namun secara mekanis switch encoder tidak dapat dimanfaatkan secara langsung sebagai sensor perubahan TMA, karena nilai output berupa sinyal positif yang diharapkan untuk dapat diterjemahkan menjadi gerakan naik seharusnya hanya dihasilkan oleh pin 3, begitu juga sebaliknya dengan sinyal dari gerakan turun yang diharapkan hanya keluar dari pin 4.
Gambar 23 Gerakan pada detent, posisi switch dan bentuk pulsa
10
Gambar 24 Diagram alir cara kerja sensor 4.2.2 Pengujian dengan Hall Sensor 4.2.2.1 Cara Kerja Sensor Pada diagram alir berikut digambarkan cara kerja sensor pengukur perubahan TMA dengan menggunakan sensor Hall. Perubahan TMA akan menyebabkan perubahan posisi pelampung. Dengan adanya tali yang terpasang pada pulley, gerakan pelampung mengikuti perubahan TMA akan memutar pulley.
Dua magnet dengan kutub berbeda yang dipasang secara simetris pada pulley akan memberikan efek yang berbeda pada sensor hall ketika terjadi perubahan posisi. Perubahan posisi magnet yang ada pada pulley akibat pergerakan pelampung tersebut merupakan indikator perubahan TMA yang akan diterima oleh sensor.
Gambar 25 Posisi pulley yang dipasangi magnet dan sensor hall
11
Dengan menggunakan dua hall effect latch sensor dengan sifat output yang berkebalikan, untuk gerakan satu arah, salah satu sensor (misal sensor pertama) akan memberikan efek ketika didekati oleh magnet dengan kutub utara dan kemudian akan netral kembali setelah didekati oleh magnet kutub selatan. Untuk gerakan dengan arah berkebalikan, sensor yang kedua akan memberikan efek ketika didekati oleh magnet dengan kutub selatan dan akan netral kembali ketika ada magnet dengan kutub utara.
arah gerakan TMA akan dapat diketahui. Naik ataupun turunya TMA akan diketahui melalui bentuk pulsa yang dihasilkan oleh rangkaian. Peningkatan TMA bisa diketahui melalui sinyal yang dikeluarkan dari 4, sedangkan penurunan TMA akan menghasilkan sinyal pada pin 3.
Gambar 27 Sinyal keluaran untuk gerakan turun (sinyal B pada pin 3)
Gambar 26 Perubahan posisi magnet dan ..nilai output karena putaran ..pada pulley 4.2.2.2
Output Rangkaian Elektronik .Penerjemah Arah Gerakan .dengan Input .dari Hall .Sensor Perbedaan arah gerakan pada pulley akan memberikan perbedaan nilai input pada rangkaian penerjemah arah gerakan. Perbedaan nilai input tersebut akan diterjemahkan oleh rangkaian penerjemah arah gerakan menjadi output berupa sinyal dengan bentuk yang berbeda antara gerakan searah jarum jam (clock wise: CW) dengan berlawanan arah jarum jam (counter clock wise: CCW). Nilai output dari rangkaian penerjemah arah gerakan untuk arah yang berlawanan tersebut tergambarkan pada tabel 8. Dengan asumsi bahwa gerakan searah jarum jam sama dengan kejadian penurunan tinggi muka air, maka sinyal output yang dihasilkan oleh rangkaian ada pada pin 3 (pada gate 3), sedangkan sinyal output untuk kejadian peningkatan tinggi muka air ada pada pin 4. Tabel 8 Arah putaran pada pulley dan nilai output
Dengan menggunakan rangkaian elektronik untuk penerjemah arah gerakan,
Gambar 28 Sinyal keluaran untuk gerakan naik (sinyal A pada pin 4) 4.3 Pemanfaatan Rangkaian Penerjemah .Arah Gerakan Untuk Pengukuran .Perubahan Tinggi Muka Air Output dari rangkaian penerjemah arah juga dapat dimanfaatkan untuk mengetahui besar perubahan tinggi muka air. Arah gerakan diketahui berdasarkan bentuk pulsa yang dihasilkan, sedangkan besar perubahan TMA diketahui berdasarkan jumlah output pulsa untuk setiap kejadian. Besar perubahan tersebut baru dapat diketahui setelah dilakukan pengolahan lanjut terhadap sinyal output dari rangkaian penerjemah arah gerakan. 4.3.1 Pengolahan Sinyal Output dari .Rangkaian Penerjemah Arah .Gerakan Untuk tujuan mengetahui besar perubahan pada rangkaian penerjemah arah gerakan, menigkatkan jumlah data yang dapat terukur (storage data) dan menghemat pemakaian catu daya, sinyal output dari rangkaian penerjemah arah gerakan bisa diolah terlebih dahulu. Hal-hal tersebut dapat dilakukan dengan cara membalikan nilai output menggunakan rangkaian inverter dan mengurangi lebar pulsa menggunakan rangkaian monostable positive-negative edge trigger dengan keluaran terakhir pada gerbang OR.
12
Gambar 29 Perubahan bentuk sinyal setelah melewati rangkaian inverter 4.3.1.1 Aplikasi Rangkaian Inverter dan ..Analog Switch IC 4069 yang berisikan sirkuit inverter dapat mengubah nilai output menjadi nilai yang berkebalikan dengan nilai inputnya. Dengan menggunakan input dari rangkaian penerjemah arah gerakan (IC 4093), untuk gerakan naik, output pada pin 3 yang selalu dalam kondisi on akan diubah menjadi kondisi off. Perubahan nilai output yang selalu dalam kondisi on menjadi kondisi off tersebut dapat menghemat pemakaian catu daya. Catu daya tersebut bisa dimanfaatkan untuk pengukuran disaat terjadinya perubahan TMA. 4.3.1.2 Aplikasi Rangkaian Monostable ..Positive dan Negative Edge ..Trigger .dan Gerbang OR Pemanfaatan rangkaian monostable positive edge trigger dan negative edge trig-
ger bertujuan untuk mengurangi periode atau lebar pulsa (pulse width) yang dihasilkan dari rangkaian penerjemah arah gerakan.Pengurangan lebar pulsa tersebut dapat mengurangi pemakaian catu daya ketika ada sinyal yang dihasilkan. Pada saat dioperasikan, rangkaian monostable positive edge trigger akan menghasilkan sinyal ketika terjadi transisi dari sinyal rendah ke tinggi, sedangkan rangkaian monostable negative edge trigger menghasilkan sinyal pada saat transisi sinyal tinggi menjadi rendah. Kombinasi nilai kapasitor dan resistor akan menentukan lebar pulsa yang dihasilkan oleh rangkaian monostable positive dan negative edge trigger. Pada penelitian ini digunakan, rangkaian monostable yang dibuat menggunakan resistor 10Ω dan kapasitor 1nF dengan periode <1s
Gambar 30 Output sinyal setelah melewati rangkaian monostable dan gerbang OR
13
Rangkaian terakhir yang digunakan adalah gerbang OR. Dengan menggabungkan output dari rangkaian monostable positive dan negative edge trigger menggunakan gerbang OR, satu pulsa yang menggambarkan suatu kejadian (1 sinyal untuk 1 putaran penuh pada pulley) dapat diterjemahkan menjadi dua informasi, yaitu menjadi sinyal awal dan akhir kejadian. Setelah melewati gerbang OR, untuk setengah putaran pada pulley akan dihasilakan dua sinyal. Untuk gerakan satu arah, sinyal akhir dari suatu kejadian merupakan sinyal awal untuk kejadian berikutnya. 4.3.2 Resolusi Pengukuran
Gambar 31 Lingkaran dalam dan luar pada pulley Perubahan TMA akan menyebabkan perputaran pulley. Pemasangan tali pada pulley yang terhubung dengan pelampung dapat dilakukan pada lingkaran dalam (besar) ataupun lingkaran luar (kecil) pulley. Sinyal perubahan TMA setelah melewati rangkain gerbang OR akan dihasilkan setiap setengah keliling gerakan pada lingkaran dalam ataupun lingkaran luar
pada pulley. Resolusi pengukuran yang merupakan jarak terkecil yang dapat terukur oleh sensor adalah jarak setengah keliling lingkaran tersebut. Ukuran diameter lingkaran yang digunakan untuk melilitkan tali berbanding terbalik dengan resolusi yang didapatkan. Diameter lingkaran bagian dalam yang lebih kecil dibandingkan dengan diameter lingkaran bagian luar akan memberikan resolusi yang lebih tinggi. Resolusi pengukuran dengan menggunakan lingkaran bagian dalam dengan diameter 1 cm adalah 1.57 cm. Ketika ada peningkatan tinggi muka air yang kurang dari 1.57cm dan kemudian terjadi penurunan tinggi muka air, maka kejadian peninngkatan TMA tersebut tidak dapat terekam oleh sensor. Ukuran resolusi ketika menggunakan lingkaran bagian dalam tersebut adalah resolusi terbaik yang bisa dihasilkan oleh sensor dengan menggunakan pulley tersebut. Dengan rancangan fisik alat yang telah dibuat, resolusi pengukuran yang dihasilkan dengan menggunakan hall effect sensor sebagai sensor perubahan TMA sudah cukup bagus. Sensor ini dapat digunakan untuk pengukuran TMA pada aliran air dengan perubahan TMA yang lebih besar dari resolusi alat, seperti pada aliran sungai yang kecil dengan perubahan TMA yang cenderung besar. Sensor ini kurang tepat jika digunakan pada aliran air dengan dinamika perubahan TMA yang relatif kecil seperti pada sungai yang lebar dengan perubahan TMA yang relatif kecil dan diluar resolusi sensor. Apabila digunakan dalam estimasi debit, data TMA yang didapat dari sensor ini memiliki resiko kesalahan yang cukup besar
Gambar 32 Resolusi pengukuran
14
Gambar 33 Visualisasi hasil olahan data dari output rangkaian penerjemah arah gerakan
4.3.3
Visualisasi Output Rangkaian ..Penerjemah Arah Gerakan Data perubahan tinggi muka air ini dapat menggambarkan cara kerja rangkaian penerjemah arah gerakan dan sensor gerakan yang digunakan. Setiap ada perubahan tinggi muka air, maka tinggi muka air akan berkurang (decrement) ataupun bertambah (increment) sebesar resolusi terkecil yang mampu diukur oleh sensor, yaitu ±0.055m (lilitan tali pada lingkaran luar pulley, resolusi rendah). Dilihat dari titik-titik pengukuran dengan selang yang tidak tetap diketahui bahwa sensor yang dibuat hanya akan melakukan pengukuran pada saat terjadi perubahan tinggi muka air saja, sehingga pemakaian catu daya ketika pengiriman sinyal output dari rangkaian akan lebih hemat tanpa mengurangi kemampuan sensor untuk mengamati perubahan tinggi muka air secara detail. Cara kerja alat yang hanya mengukur pada waktu tertentu saja memungkinkan alat untuk dapat dipakai dalam jangka waktu yang lama karena pemakaian catu daya yang lebih sedikit dibandingkan dengan alat yang mengukur secara terus menerus.
V. SIMPULAN DAN SARAN 5.1 SIMPULAN Dengan menggunakan hall effect sensor sebagai sensor yang memberikan input bagi rangkaian penerjemah arah gerakan, rangkaian penerjemah arah gerakan yang dibentuk dari IC 4093 tersebut dapat
dimanfaatkan untuk membedakan arah gerakan. Rangkaian penerjemah arah gerakan dengan input dari hall effect sensor dapat dimanfaatkan untuk pengukuran perubahan tinggi muka air. Untuk tujuan tersebut terlebih dahulu ditambahkan rangkaian rangkaian inverter serta rangkaian monostable positive-negative edge trigger dengan output terakhir pada gerbang OR. Rangkaian tersebut hanya akan mengukur pada saat ada perubahan tinggi muka air. Penambahan rangkaian tersebut akan menghemat pemakaian catu daya. Setelah melewati gerbang OR, untuk setengah putaran pada pulley akan dihasilkan dua sinyal perubahan arah gerakan (searah). Pulley berdiameter 1cm akan memberikan resolusi pengukuran sebesar 1.57cm. Dengan ukuran resolusi tersebut, alat ukur TMA dengan menggunakan sensor ini tidaklah cocok digunakan untuk semua kondisi aliran air. Dengan menggunakan perangkat fisik alat yang telah dibuat, sensor ini dapat digunakan untuk pengukuran TMA pada aliran air dengan perubahan TMA yang lebih besar dari resolusi alat seperti pada aliran sungai yang kecil dengan perubahan TMA yang cenderung besar. Sensor ini kurang tepat jika digunakan pada aliran air dengan dinamika perubahan TMA yang kecil seperti pada sungai lebar. 5.2 SARAN Resolusi pengukuran yang didapat dengan menggunakan Hall effect latch sensor masih tergolong rendah. Untuk meningkatkan resolusi pengukuran dapat
15
dilakukan beberapa cara, diantaranya adalah penerapan prinsip gear ratio. Pada penelitian yang telah dilakukan, sinyal perubahan tinggi muka air baru akan dihasilkan setelah ada putaran yang relatif jauh pada pulley. Dengan menerapkan prinsip gear ratio, jarak putaran yang pendek pada pulley dapat dikonversi menjadi putaran yang lebih jauh, sehingga dapat memberikan resolusi pengukuran yang lebih baik. penambahan jumlah magnet dan pengaturan posisinya pada pulley juga memungkinkan untuk meningkatkan resolusi pengukuran.
DAFTAR PUSTAKA Anachip Corp. 2004. Complementary Output Hall Effect Latch-ATS 276/277. http://www.datasheet4u.net/ datasheet/A/T/S/ATS276_ETC.pdf.htm l [13 Juni 2011] Asdak. 1995. Hidrologi dan Pengelolaan Daerah Aliran Sungai. Gadjah Mada University Press. Yogyakarta. BPPT. 2011. Data Tahunan Debit Sungai. http://www.kelair.bppt.go.id/~jsisda/De - bit/yearbook.html [6 April 2011] Guenther H. 2011. The Tools and Technology being used to study the Bats at the Neda Mine Hibernaculum, Neda Wisconsin..http://www.seii.com/ bats/tools/default.htm [21 April 2011] Honeywell. 2005. Chapter 2 Hall Effect Sensors.http://content.honeywell.com/s ensing/prodinfo/solidstate/technical/cha pter2.pdf. [25 Februari 2011] Jack M. 2010. Hall-Effect Sensors. http://www.designworldonline.com/arti cles/5779/315/Choose-Your-Best-Pneu matic-Cylinder-Sensor-Here.aspx [23 Agustus 2011] Kalih Electronics. 2011. Encoder Switches (EN971312R 04). http://dgkaihua.en. made-in-china.com/product/JMrnyqIK hoVT/China-Encoder-Switches-EN971 312R-04-.html [24 Juni 2011] National Semoconductor. 1993. CD4047 MONOSTABLE/ASTABLE MULTI VIBRATOR.http://pdf1.alldatasheet.co m/datasheet.pdf/view/80421/NSC/CD4 047BM/+504_3UKPC/1D.t9YwHT+/d atasheet.pdf [27 Juli 2011 ] Panasonic. 2010. 10mm Square GS Encoders. http://industrial.panasonic com/ [8 Juni 2011] Philips. 1995. HEF4071B Gates: Quadruple 2-input OR Gate. http://www.datasheet
catalog.com/datasheets_pdf/H/E/F/4/ H EF4071.shtml [25 April 2011] Rickly Hidrological Company. 2009. Float Type Instruments. http://www.rickly.co m/sm / FloatType/WaterLevelRecorder s.htm [21 Februari 2011] Stanley M. 2008. BTC M850 Optical Mouse Teardown.http://www.eehomepagecom / report.php?report=20080214 [12 Mei 2011] Tanujaya. 2010. Resistor/ Tahanan. http://ta nujaya.webs.com/elecronic.component s .htm. [24 Juni 2011] Texas Instrument. 2003. CD4047 TypesCMOSLow-Power Monostable/Astable Multivibrator.http://www.alldatasheet.c om/datasheet-Pdf/pdf/26874/TI/ CD40 47.html. [2 Maret 2011] Texas Instrument. 2003. CD4093 TypesCMOS Quad 2 Inpunt NAND Schmitt Triggers. http://www.alldatasheet.com/ datasheet-pdf/pdf/26897/TI/ CD4093. html. [30 Mei 2011] Triesnawati H. 2006. AWLR (Automatic Water Level Recording) Basis Kalkulator Printing [Skripsi]. IPB. Bogor.
