PERANCANGAN ALAT PENGUKUR RADIASI MATAHARI BERBASIS PC
SKRIPSI
YOHANA ALBERTIN ROTTIE 110821010
DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2013
Universitas Sumatera Utara
PERANCANGAN ALAT PENGUKUR RADIASI MATAHARI BERBASIS PC
SKRIPSI
Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar Sarjana Sains
YOHANA ALBERTIN ROTTIE 110821010
DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2013
Universitas Sumatera Utara
PERSETUJUAN
Judul Kategori Nama Nomor Induk Mahasiswa Program Studi Departemen Fakultas PENGETAHUAN
: PERANCANGAN ALAT PENGUKUR RADIASI MATAHARI BERBASIS PC : SKRIPSI : YOHANA ALBERTIN ROTTIE : 1108201010 : SARJANA (S1) FISIKA INSTRUMENTASI : FISIKA : MATEMATIKA DAN ILMU ALAM (FMIPA) UNIVERSITAS
SUMATERA UTARA
Diluluskan di Medan, 2013
Diketahui/Disetujui oleh Program Studi S-1 Fisika Instrumentasi Ketua,
Dr. Marhaposan Situmorang M.Eng, Sc. NIP. 195510301980031003
Pembimbing,
Dr. Bisman Perangin-angin, NIP.195609181985031002
Universitas Sumatera Utara
UCAPAN TERIMAKASIH
Puji dan syukur kepada Tuhan Yesus Kristus atas berkat dan kasih karunia-Nya sehingga Penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini dengan baik. Tugas akhir dengan judul “Perancangan Alat Pengukur Energi Radiasi Matahari Berbasis PC” ini dikerjakan demi memenuhi salah satu syarat guna memperoleh gelar sarjana Sains di Jurusan Fisika Instrumentasi Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara. Terselesaikannya tugas akhir ini tentunya tak lepas dari bantuan dan dukungan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, penulis ingin mengungkapkan rasa terimakasih dan penghargaan kepada: 1. Bapak Dr. Bisman Perangin-angin, M.Eng, Sc, selaku dosen pembimbing, yang dengan sabar telah meluangkan waktu untuk membimbing dan mengarahkan penulis. 2. Kedua orang tua tercinta, Drs. Pether Hein Rottie dan Meilinda Evawanie Bangun, terima kasih untuk semua cinta, kasih sayang, perhatian, doa dan dukungan yang selalu diberikan. 3. Orang terkasih yang selalu mendukung dan mendoakan, yang tidak pernah lelah memberikan semangat, Jandri Welson Pattinama. 4. Teman-teman satu kelas di Fisika Instrumentasi Ekstensi 2011. 5. Semua pihak yang telah banyak membantu saya dan tidak saya sebutkan. Semoga Tuhan memberkati dan membalas kebaikan dan ketulusan semua pihak yang telah membantu menyelesaikan skripsi ini. Penulis menyadari bahwa penelitian ini masih jauh dari sempurna, namun penulis berharap semoga penelitian ini dapat bermanfaat bagi pihak-pihak yang membutuhkan.
Medan, Oktober 2013
Penulis
Universitas Sumatera Utara
PERANCANGAN ALAT PENGUKUR RADIASI MATAHARI BERBASIS PC ABSTRAK
Radiasi matahari merupakan unsur iklim/cuaca utama yang akan mempengaruhi keadaan unsur iklim/cuaca lainnya. Saat ini alat meteorologi yang digunakan oleh pengamat cuaca untuk merekam energi radiasi matahari sejak terbit hingga terbenam, yaitu Aktinograf Dwi Logam. Karena hasil dari data rekaman alat tersebut masih berupa data analog, maka penulis merancang suatu alat pengukur intensitas matahari tersebut menggunakan sensor suhu LM35 yang kemudian diolah dengan bantuan komputer sehingga hasilnya dalam bentuk data digital. Prinsip dasar kerja alat pengukur radiasi matahari digital ini adalah mengukur nilai suhu yang terdapat pada lempengan benda bewarna hitam dengan benda yang bewarna putih. Dengan pendekaatan persamaan Stefan-Boltzmann maka nilai radiasi matahari dapat ditentukan dengan mengukur suhu di kedua benda tersebut (hitam dan putih). Nilai suhu dari kedua benda tersebut akan diubah menjadi frekuensi menggunakan rangkaian VFC IC LM331 secara bergantian atau satu persatu yang diatur oleh rangkaian multikanal IC 4017. Setelah data berupa frekuensi diolah terlebih dahulu di rangkaian pencacah biner IC 4020 dan siap untuk dibaca di komputer melalui USB Joypad. Data akan ditampilkan dalam bentuk grafik dan disimpan ke media hardisk atau flasdisk pada komputer / Laptop. Alat ukur dan aplikasi program perekam yang dibuat pada penelitian ini dapat mendeteksi 2 variabel, yaitu intensitas radiasi matahari dan lama penyinaran matahari. Dari hasil analisis didapatkan, pengukuran secara otomatis cenderung memiliki karakteristik perubahan besaran output sensor yang sebanding dengan perubahan fisik nilai unsur cuaca. Hal ini dapat dilihat dari hasil pengamatan menggunakan sensor konvensional dengan digital.
Universitas Sumatera Utara
DESIGNING OF SOLAR RADIATION MEASUREMENT PC-BASED ABSTRACT
Solar radiation is an element of climate / weather that will affect the state of the main elements of the climate / weather other. Current meteorological instrument used by weather observers to record the sun's radiant energy from sunrise to sunset, which Actinograph Bi – Metal. Since the results of the data recording device is still a analog data, the authors designed a solar intensity gauges using LM35 temperature sensor which is then processed with the help of a computer so the results in the form of digital data. The basic principle of working of solar radiation digital gauges are measuring the temperature values are on a slab of black colored body with a white colored objects. With the Stefan – Boltzmann equation approaches the value of solar radiation can be determined by measuring the temperature at the two objects ( black and white ). Temperature values of the two objects will be converted to frequency using LM331 IC VFC circuit alternately or one by one which is governed by a series of multichannel IC 4017. Once the data is in the form of frequencies processed first in a series of binary counter IC 4020 and ready to read on a computer via USB Joypad. The data is displayed in graphical form and saved to a hard drive or flasdisk media on your computer. Measuring and recording program application made in this study can detect two variable, the intensity of solar radiation and duration of the sunshine. Analysis of the results obtained, the measurement is automatically tend to have a characteristic change in the amount of sensor output that is proportional to the value of physical change in the weather elements. It can be seen from the observations using conventional sensors with digital.
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
Halaman HALAMAN JUDUL..................................................................................................... i LEMBAR PENGESAHAN ......................................................................................... ii UCAPAN TERIMAKASIH ........................................................................................ iii ABSTRAK .................................................................................................................. iv DAFTAR ISI ............................................................................................................... vi DAFTAR TABEL ..................................................................................................... viii DAFTAR GAMBAR .................................................................................................. ix BAB I
PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ................................................................................... 1 1.2 Tujuan Penelitian ................................................................................ 2 1.3 Batasan Masalah ................................................................................ 2 1.4 Manfaat Penelitian ...................................................................... 33333 1.5 Waktu dan Lokasi Penelitian ............................................................. 3 1.6 Sistematika Penulisan ......................................................................... 3
BAB II LANDASAN TEORI 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 2.10
Radiasi Matahari ............................................................................... 55 Pengukuran Radiasi Matahari dan Panjang Hari ................................ 6 Radiasi Benda Hitam .......................................................................... 8 Prinsip Kerja Alat Ukur Radiasi Matahari Elektronik .................... 10 Karakteristik IC LM35 ..................................................................... 15 Multikanal......................................................................................... 17 Voltage to Frequency Converter (VFC) ........................................... 19 Pencacah Biner (Counter) ................................................................. 20 Komunikasi Serial USB Port ............................................................ 23 Pemograman Microsoft Visual Basic 6.0 ......................................... 25
BAB III SISTEM KERJA RANGKAIAN 3.1 Diagram Blok ................................................................................... 28 3.2 Rancangan Sensor Radiasi Matahari ................................................ 29 3.3 Rancangan Rangkaian Mutikanal ..................................................... 31 3.4 Rancangan Rangkaian Voltage to Frequency Converter (VFC) 30634 3.5 Rancangan Rangkaian Pencacah Biner ............................................ 35 3.6 Rangkaian USB Joypad .................................................................... 36 3.7 Pembacaan dan Display Data di Komputer ...................................... 38 3.8 Rancangan Penyajian Data Dalam Bentuk Tabel dan Grafik......... 444
Universitas Sumatera Utara
3.9 Rancangan Penyimpanan Data ke Hardisk ....................................... 45 3.10 Perbandingan / Koreksi Dengan Data Manual ................................. 46 BAB IV ANALISA DAN PENGUJIAN ALAT 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5
Pembuatan Perangkat Keras ............................................................. 47 Pengujian Sensor Radiasi Matahari .................................................. 48 Pembuatan Perangkat Lunak ........................................................ 3750 Penyimpanan Data ............................................................................ 53 Kalibrasi Dengan Pengamatan Manual ........................................ 3754
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 5.2
Kesimpulan ....................................................................................... 58 Saran ............................................................................................. 3758
DAFTAR PUSTAKA 59 LAMPIRAN DATA SHEET
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1
Pengujian Sensor
Halaman 46
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Halaman 6
Gambar 2.1
Aktinograf, Alat Ukur Intensitas Radiasi Matahari
Gambar 2.2 Gambar 2.3 Gambar 2.3 Gambar 2.4 Gambar 2.5 Gambar 2.6 Gambar 2.7 Gambar 2.8 Gambar 2.9 Gambar 2.10 Gambar 2.11 Gambar 2.12 Gambar 2.13 Gambar 3.1 Gambar 3.2 Gambar 3.3 Gambar 3.4 Gambar 3.5 Gambar 3.6 Gambar 3.7 Gambar 3.8 Gambar 3.9 Gambar 3.10 Gambar 4.1 Gambar 4.2 Gambar 4.3 Gambar 4.4 Gambar 4.5 Gambar 4.6 Gambar 4.7 Gambar 4.8 Gambar 4.9 Gambar 4.10 Gambar 4.11
Planimeter Untuk Membaca Kertas Pias Aktinograf a. Campbell Stokes Untuk Membaca Lama Matahari Bersinar b. Pias Campbell Stokes Alat Ukur Radiasi Matahari Jenis Solarimeter Sensor Suhu Udara IC LM35 Contok Skematik Rangkaian Multikanal Diagram Koneksi IC LM331 Pencacah Sinkron Untuk Bilangan-bilangan Biner Pencacah Sinkron 2 Bit Menggunakan Flip-Flop D Pencacah Maju Tak Sinkron Pencacah Sinkron 4 Bit dengan Muatan Ripel Blok Diagram IC 4020 Tampilan IDE Visual Basic 6.0 Blok Diagram Rangkaian Pengukur Radiasi Matahari Perancangan Sensor Radiasi Matahari Diagram Waktu Pada Rangkaian IC 4017 Block Diagram IC 4066 Skematik Rangkaian Multikanal Skematik Rangkaian VFC Skematik Rangkaian Pencacah Biner 14 Bit Rangkaian USB Joypad Skematik Rangkaian Joypad Diagram Alir Program Pembacaan Radiasi Matahari Sensor Radiasi Matahari Grafik Hubungan Suhu Sensor Dengan Intensitas Matahari Tampilan Spalsh Screen Tampilan Utama Program Perekam Radiasi Matahari Informasi Terkini dan Kondisi Cuaca Grafik Intensitas Radiasi Matahari Grafik Lama Penyinaran Matahari Tabel Pengamatan Radiasi Matahari Data yang Tersimpan Dalam Komputer Contoh Tampilan Data Pada Excel Grafik Perbandingan Pengamatan Intensitas Radiasi Matahari Secara Otomatis dan Manual
7 8 8 14 16 18 20 21 21 22 23 23 27 28 31 32 32 33 34 35 36 37 39 47 50 50 51 51 52 52 53 53 54 55
Gambar 4.12
Grafik Perbandingan Lama Penyinaran Matahari Secara Otomatis dan Manual Grafik Perbandingan Jumlah Intensitas Radiasi Matahari Secara Otomatis dan Manual Bulan Juni 2013
55
Gambar 4.13
Universitas Sumatera Utara
56
Gambar 4.14
Grafik Perbandingan Lama Penyinaran Matahari Secara Otomatis dan Manual Bulan Juni 2013
Universitas Sumatera Utara
56
