RANCANG BANGUN PROTOTIPE INSTRUMEN PENGUKUR ARUS PERMUKAAN BERBASIS AKUSTIK

Transkripsi

1 RANCANG BANGUN PROTOTIPE INSTRUMEN PENGUKUR ARUS PERMUKAAN BERBASIS AKUSTIK IMAN ABDURRAHMAN SKRIPSI DEPARTEMEN ILMU DAN TEKNOLOGI KELAUTAN FAKULTAS PERIKANAN DAN ILMU KELAUTAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR 2012

2 PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini saya menyatakan bahwa Skripsi yang berjudul: RANCANG BANGUN PROTOTIPE INSTRUMEN PENGUKUR ARUS PERMUKAAN BERBASIS AKUSTIK Adalah benar merupakan hasil karya sendiri dan belum diajukan dalam bentuk apapun kepada perguruan tinggi manapun. Semua sumber data dan informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi. Bogor, IMAN ABDURRAHMAN C

3 RINGKASAN IMAN ABDURRAHMAN. Rancang Bangun Prototipe Instrumen Pengukur Arus Permukaan Berbasis Akustik. Dibimbing oleh INDRA JAYA Pembuatan dan perancangan instrumen acoustic current meter (ACM) dilaksanakan pada bulan Juni 2011 hingga Maret 2012 di Workshop Akustik dan Instrumentasi Kelautan, Departemen Ilmu dan Teknologi Kelautan, Fakultas Perikanan dan Ilmu Kelautan, Institut Pertanian Bogor. Uji coba alat dilakukan di Laboratorium Flume Tank Departemen Pemanfaatan Sumberdaya Perikanan, Fakultas Perikanan dan Ilmu Kelautan, Institut Pertanian Bogor. Instrumen ini dirancang dengan suatu sistem elektronik (sensor ultrasonik) yang disesuaikan dengan sifat arus yang akan diamati. Sistem terdiri dari beberapa unit fungsional yang secara keseluruhan terdiri dalam satu mikrokontroler (mikrokontroler keluarga AVR seri ATmega32). Pengukuran kecepatan arus menggunakan hasil pantulan nilai jarak dari ke empat sensor ultrasonik (modul sensor SRF02). Rancang bangun ACM dilakukan dalam beberapa tahapan: pembuatan disain, perancangan konstruksi mekanik, konstruksi elektronik, pengembangan perangkat lunak sehingga tahapan terakhir adalah integrasi dari keseluruhan proses perancangan tersebut. Rangkaian elektronik ACM yang dibuat ditempatkan pada bagian kompartemen dengan mempergunakan mikrokontroler ATmega32 sebagai pusat processing data dan tegangan. Pada proses pembuatan ACM juga dirancang perangkat lunak, dimana bahasa pemrograman yang digunakan adalah bahasa C dan Compiler yang digunakan adalah Code Vision AVR C Compiler Hasil dari penelitian ini menunjukkan bahwa pengukuran yang dilakukan secara manual pada semua kecepatan memiliki hasil pengukuran yang lebih besar dibandingkan dengan hasil pengukuran dari instrumen ACM. Data yang diperoleh oleh ACM memiliki nilai rataan sebesar cm/s berbanding hasil pengukuran manual sebesar cm/s sehingga memiliki selisih 4 cm/s atau 21.7%. Berdasarkan hasil pengukuran ACM selanjutnya, nilai kecepatan arus yang diperoleh oleh ACM adalah sebesar cm/s berbanding dengan hasil pengukuran sebesar cm/s dengan selisih 7,94 cm/s (32.6%), dan 25,52 cm/s berbanding 31,78 cm/s dengan selisih 6,26 cm/s (19.7%). Berdasarkan hasil penelitian pengukuran arus permukaan pada Laboratorium Flume Tank ini, baik hasil berupa pengukuran dengan menggunakan ACM ataupun hasil pengukuran secara manual memiliki perubahan yang sama yaitu kecepatan arus permukaan semakin meningkat seiring dengan adanya peningkatan kecepatan pada Flume Tank tersebut.

4 Hak cipta milik Iman Abdurrahman, tahun 2012 Hak cipta dilindungi Dilarang mengutip dan memperbanyak tanpa izin tertulis dari Institut Pertanian Bogor, sebagian atau seluruhnya dalam bentuk apa pun, baik cetak, fotokopi, microfilm, dan sebagainya

5 RANCANG BANGUN PROTOTIPE INSTRUMEN PENGUKUR ARUS PERMUKAAN BERBASIS AKUSTIK IMAN ABDURRAHMAN SKRIPSI Sebagai Salah Satu Syarat untuk Memperoleh Gelar Sarjana Ilmu Kelautan pada Fakultas Perikanan dan Ilmu Kelautan Institut Pertanian Bogor DEPARTEMEN ILMU DAN TEKNOLOGI KELAUTAN FAKULTAS PERIKANAN DAN ILMU KELAUTAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR 2012

6 SKRIPSI Judul Skripsi Nama Mahasiswa Nomor Pokok Departemen : RANCANG BANGUN PROTOTIPE INSTRUMEN PENGUKUR ARUS PERMUKAAN BERBASIS AKUSTIK : Iman Abdurrahman : C : Ilmu dan Teknologi Kelautan Menyetujui, Pembimbing Utama Prof. Dr. Ir. Indra Jaya, M. Sc. NIP Mengetahui, Ketua Departemen Prof. Dr. Setyo Budi Susilo,M.Sc NIP Tanggal Lulus : 16 Juli 2012

7 DAFTAR RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Bandung, 06 Mei 1989 dari ayah bernama Darsono dan ibu bernama Khuzaemah. Penulis merupakan anak pertama dari dua bersaudara. Pada tahun 2007 penulis menyelesaikan pendidikan Sekolah Menengah Atas Islam Cipasung. Pada tahun yang sama penulis diterima di Departemen Ilmu dan Teknologi Kelautan, Fakultas Perikanan dan Ilmu Kelautan, Institut Pertanian Bogor melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB (USMI). Semasa kuliah penulis aktif baik dalam organisasi maupun kegiatan kemahasiswaan. Pada tahun aktif dalam Dewan Perwakilan Mahasiswa FPIK IPB sebagai anggota Komisi I Internal, pada tahun aktif dalam Dewan Perwakilan Mahasiswa FPIK IPB sebagai Ketua Komisi IV Controlling, pada tahun aktif dalam Badan Eksekutif Mahasiswa KM IPB sebagai Direktur Leadership and Entrepreneurship School dan Direktur Internal PPSDM. Penulis juga pernah menjadi ketua Loka Karya Kemahasiswaan FPIK 2008 serta menjadi wakil ketua Orientasi Mahasiswa Baru FPIK IPB Penulis juga pernah menjadi Koordinator asisten mata kuliah Dasar-dasar Instrumentasi Kelautan tahun 2009/2011, Koordinator asisten mata kuliah Instrumentasi Kelautan tahun 2009/2011 serta asisten Metode Observasi Bawah Air 2009/2011. Dalam rangka penyelesaian studi di Fakultas Perikanan dan Ilmu Kelautan, penulis melaksanakan penelitian dengan judul RANCANG BANGUN PROTOTIPE INSTRUMEN PENGUKUR ARUS PERMUKAAN BERBASIS AKUSTIK

8 KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis ucapkan kehadirat Allah SWT atas limpahan rahmat, hidayah serta inayah sehingga skripsi ini dapat diselesaikan. Skripsi yang berjudul RANCANG BANGUN PROTOTIPE INSTRUMEN PENGUKUR ARUS PERMUKAAN BERBASIS AKUSTIK diajukan sebagai salah satu syarat memperoleh gelar Sarjana Ilmu Kelautan pada Fakultas Perikanan dan Ilmu Kelautan. Dalam kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada : 1. Ayah dan ibu, Nur Nudhar Azizah beserta seluruh keluarga besar yang tak henti-hentinya dukungan, doa dan nasihat kepada penulis. 2. Prof. Dr. Indra Jaya selaku komisi pembimbing yang telah membantu penulis dalam penyelesaian tugas akhir. 3. Dr. Ir Totok Hestirianoto, M.Sc selaku pembimbing akademik selama penulis menuntut ilmu di Departemen ITK-IPB. 4. Dr Ir Yuli Naulita M.Si selaku dosen penguji tamu pada ujian sidang akhir. 5. Bapak/Ibu dosen dan staf pununjang Departemen Ilmu dan Teknologi Kelautan atas ilmu dan bantuan yang telah diberikan selama penulis menyelesaikan studi di IPB. 6. Dewan Pembina dan Pengurus Yayasan Karya Salemba Empat, PT Bank Mandiri, Tbk serta donator lainnya yang telah memberikan beasiswa hingga penulis dapat menyelesaikan studi di IPB 7. Muhammad Iqbal,M.Si, Rizqi Rizaldi,S.Ik, Erik Munandar,S.Ik, Hengky Wibowo, S.Ik atas bantuan dan semangat yang telah diberikan selama penulis melaksanakan penelitian.

9 8. Hollanda Arief Kusuma, Anugrah Adityayuda serta rekan-rekan seperjuangan ITK 44 dan seluruh warga ITK yang tidak dapat disebutkan satu persatu. 9. Seluruh personil MIT (Marine Instrumentation and Telemetry) yang tidak henti-hentinya memberikan dukungan. 10. Keluarga besar Badan Eksekutif Mahasiswa KM IPB, Leadership and Entrepreneur School IPB atas dukungan dalam penyelesaian studi di IPB. Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari kesempurnaan, oleh karena itu saran dan kritik sangat diharapkan demi kesempurnaan skripsi ini. Akhir kata penulis berharap agar skripsi ini berguna bagi sendiri maupun orang lain. Bogor, Juni 2012 Iman Abdurrahman ii

10 DAFTAR ISI Halaman KATA PENGANTAR... i DAFTAR ISI... iii DAFTAR GAMBAR... v DAFTAR TABEL... vii DAFTAR LAMPIRAN... viii 1. PENDAHULUAN Latar Belakang Tujuan TINJAUAN PUSTAKA Arus Laut dan Metode Pengukurannya Pengukuran Arus Dengan Cara Mekanik Pengukuran Arus Dengan Cara Akustik Konsep Umum Alat Ukur Konstruksi Acoustic Current Meter Mikrokontroler Sensor Tranduser Sensor SRF METODOLOGI PENELITIAN Waktu dan Lokasi Penelitian Alat dan Bahan Rancangan Umum Desain Kerja Pembuatan Desain iii

11 3.6 Rancang Bangun Perangkat Keras Pembuatan Mekanik Pembuatan Rangkaian Elektronik Rancang Bangun Perangkat Lunak Diagram Alir Program Pemrograman Mikrokontroler Penyatuan Seluruh Perangkat Pengujian Kinerja Acoustic Current Meter Pengujian Kinerja Sensor SRF Pengujian Integrasi Sensor SRF Pengambilan dan Pengujian Data ACM HASIL DAN PEMBAHASAN Desain Perangkat Keras Perangkat Lunak Program Register Modul Sensor SRF Program Mikrokontroler Uji Coba Sensor Uji ACM KESIMPULAN DAN SARAN DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN iv

12 DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 1. Contoh bentuk instrumen pengukur arus secara mekanik... 4 Gambar 2. Macam-macam bentuk instrumen pengukur arus secara acoustic... 6 Gambar 3. Unsur-unsur fungsional sistem pengukuran... 7 Gambar 4. Konfigurasi kaki pada mikrokontroller ATmega Gambar 5. Sensor SRF Gambar 6. Skema i2c communication protocol Gambar 7. Desain sistem pengolahan dan distribusi catu daya dan data Gambar 8. Diagram alir perancangan instrumen ACM Gambar 9. Tampilan Google Sketch Up Gambar 10. Tata ruang sensor ACM Gambar 11. Konfigurasi sensor SRF Gambar 12. Tampilan Code Vision AVR C Compiler Gambar 13. Satu set kabel data seri K Gambar 14. Rancangan program register modul SRF Gambar 15. Rancangan program yang diunduh pada mikrokontroler ATmega Gambar 16. Skema pengujian kinerja sensor Gambar 17. Proses pengukuran arus menggunakan ACM01 pada Flume Tank Gambar 18. Rancangan Desain 3D ACM Gambar 19. Bagian Muka Sensor ACM v

13 Gambar 20. Tata letak kompartemen ACM Gambar 21. Bentuk 3D ACM01 serta penempatan kompartemen elektronik Gambar 22. Unit ACM Gambar 23. Letak Modul Sensor SRF Gambar 24. Grafik hasil pengamatan ACM01 (18,45 cm/det) Gambar 25. Grafik hasil pengamatan ACM01 (24,33 cm/det) Gambar 26. Grafik hasil pengamatan ACM01 (31,78 cm/det) vi

14 DAFTAR TABEL Halaman Tabel 1. Register SRF Tabel 2. Daftar alat yang digunakan Tabel 3. Daftar bahan yang digunakan Tabel 4. Prosedur perintah dalam SRF Tabel 5. Konfigurasi alamat modul SRF Tabel 6. Nilai sensor diukur dari titik tengah objek Tabel 7. Nilai sensor diukur dari pangkal objek vii

15 DAFTAR LAMPIRAN Halaman Lampiran 1. Data pengamatan kecepatan Lampiran 2. Data pengamatan kecepatan Lampiran 3. Data pengamatan kecepatan Lampiran 4. Data hasil pengukuran Lampiran 5. Datasheet mikrokontroler ATmega32A Lampiran 6. Datasheet Modul SRF Lampiran 7. Kode program register modul SRF02 Code Vision AVR Lampiran 8. Kode program mikrokontroller ATmega32 Code Vision AVR Lampiran 9. Diagram Alir Proses pengolahan data ACM viii

16 1 1. PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Sebagian besar permukaan bumi diselimuti oleh perairan. Begitu juga dengan wilayah Negara Kesatuan Republik Indonesia yang berbentuk kepulauan. Wilayah perairan Indonesia adalah sekitar 70% dari total luas wilayahnya. Arus laut adalah gerakan massa air dari satu tempat ke tempat lain baik secara vertikal (atas atau bawah) maupun secara horizontal (samping). Arus laut membawa percampuran dari berbagai tipe pergerakan air, baik periodik maupun aperiodik dengan skala yang luas dan besar, serta berhubungan dengan kecepatan dan waktu. Varibilitas dari kecepatan dan arah arus laut adalah karakteristik yang mempengaruhi gerak arus. Pengukuran kecepatan arus secara manual dapat dilakukan dengan menghanyutkan benda terapung yang terikat dan dihitung jarak tempuh dan waktu yang dibutuhkannya, sedangkan untuk arah arus dilakukan dengan pengamatan arah pada kompas terhadap terhadap arah regangan pengikat. Alat pengukur arus secara makanik mengukur kecepatan arus yang dihasilkan dari perputaran rotor. Alat ini bekerja secara mekanik, yaitu badan air yang bergerak memutar baling baling yang dihubungkan dengan sebuah roda gigi. Pada roda gigi tersebut terdapat penghitung (counter) dan pencatat waktu (time-keeper) yang merekam jumlah putaran untuk setiap satuan waktu. Melalui suatu proses kalibrasi, jumlah putaran per satuan waktu yang dicatat dari alat ini dikonversi ke kecepatan arus dalam meter per detik (m/s). 1

17 2 Alat untuk mengukur arah dan kecepatan arus serta gelombang secara elektronik diantaranya current meter dan Acoustic Current Meter (ACM). Pengukuran arus secara manual membutuhkan peran manusia sehingga kemungkinan terjadi human error yang relatif besar. Selain itu pengukuran secara manual tersebut, banyak membuang waktu sehingga kurang efektif dan efisien. Saat ini, instrumen pengukuran arus laut di Indonesia memiliki harga yang relatif sangat mahal dan juga merupakan barang import. Salah satu solusi yang tepat dan mudah adalah membuat suatu alat ukur dengan sistem elektronik Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian ini adalah membuat prototipe ACM.

18 3 2. TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Arus Laut dan Metode Pengukurannya Arus merupakan gerakan mengalir suatu massa air yang dapat disebabkan oleh tiupan angin, perbedaan densitas air laut atau dapat pula disebabkan oleh gerakan periodik jangka panjang yang disebabkan oleh aktivitas fisika air laut tersebut (Nontji 1987). Menurut Gross (1972) arus laut adalah proses pergerakan massa air laut yang menyebabkan perpindahan horizontal dan vertikal massa air tersebut yang terjadi secara terus menerus. Kecepatan arus merupakan konversi dari waktu yang dibutuhkan oleh pergerakan massa air dengan perbandingan antara jarak dengan waktunya. Arus merupakan campuran rumit dari berbagai jenis gerakan periodik dan aperiodik, mulai dari berbagai skala ukuran, kecepatan dan waktu. Varibilitas kecepatan dan arah arus laut merupakan salah satu karakteristik yang paling menonjol. Arus dapat ditunjukkan secara vektor, yang menampilkan hubungan antara arah dan kecepatan arus laut. Rata-rata dapat diambil secara rataan vektor atau rataan skalar. Metode pengukuran yang biasa digunakan adalah metode pengukuran secara insitu. Pada pengukuran arus secara insitu, digunakan metode Eularian yang merupakan pengukuran arus pada suatu titik yang tetap. Alat pengukur arus yang sederhana adalah menggunakan free-floating drogued bouy untuk mengukur kecepatan dan kompas bidik untuk mendapatkan arah dari arus tersebut. Metode yang juga dikembangkan dalam pengukuran arus yaitu 3

19 4 dikembangkan dengan metode laglarian. Salah satunya yaitu penggunaan drifter bouy sebagai alternatif dari metode eularian yang mengkonversi jarak perpindahan berbanding terbalik dengan waktu perpindahannya Pengukuran Arus Dengan Cara Mekanik Current Meter mekanik (Gambar 1) adalah alat ukur arah dan kecepatan arus, dimana badan air yang bergerak memutar baling baling yang dihubungkan dengan sebuah roda gigi. Pada roda gigi tersebut terdapat penghitung (counter) dan pencatat waktu (time-keeper) yang merekam jumlah putaran untuk setiap satuan waktu. Melalui suatu proses kalibrasi, jumlah putaran per satuan waktu yang dicatat dari alat ini dikonversi ke kecepatan arus dalam meter per detik (m/s). Gambar 1. Contoh bentuk instumen pengukur arus secara mekanik (sumber: ICSM, 2012) Alat ukur ini mempunyai ketelitian pengukuran yang relatif sangat baik. Beberapa desain current meter mampu mengukur perubahan kecepatan gerak

20 5 badan air sampai dengan 1 mm/s. Kini, telah berkembang current meter yang bekerja secara elektronik dan mempunyai kemampuan perekaman data yang sangat besar salah satunya yaitu digital current meter. Indikator kinerja tergantung pada inertia dari rotor, gerakan air, dan gesekan dalam bearing Pengukuran Arus Dengan Cara Akustik Di dalam air terdapat material-material padat yang tersuspensi (sedimen, plankton) dan bergerak bersama arah dan kecepatan yang sama dengan arus. Jika gelombang akustik dengan frekuensi dan intensitas tertentu dibangkitkan dan ditembakkan ke suatu kolam, maka material-material padat tersuspensi pada lapisan air yang diukur akan menghamburkan gelombang yang ditembakkan tersebut kembali ke pembangkit (tranduser). Material penghambur bergerak relatif terhadap sumber gelombang, maka frekuensi gelombang akan mengalami efek Doppler. Jika perbedaan frekuensi gelombang pantul relatif terhadap gelombang pancar diketahui, maka kecepatan relatif antara pembangkit gelombang dengan lapisan air yang diukur semakin dapat dihitung. Kelebihan alat ukur akustik mempunyai sifat tidak mengganggu badan air yang diukur (intrusive). Selain itu resolusi spasial dan temporal alat ukur akustik lebih baik jika dibandingkan dengan pengukuran mekanik. Berikut contoh instrumen pengukur arus secara akustik (Gambar 2).

21 6 Gambar 2. Macam-macam bentuk instrumen pengukur arus secara akustik (Sumber : OOT ADC, 2008) Instrumen yang biasa digunakan dengan pengukuran arus secara akustik adalah Acoustic Current Meter (ACM), Acoustic Doppler Profiler (ADP), Acoustic Doppler Current Meter (ADCM) dan Acoustic Doppler Current Profiler (ADCP). 2.2 Konsep Umum Alat Ukur Secara umum, konsep alat ukur dapat digambarkan dalam dua kategori pokok. Pertama operasi dan daya guna yang dilihat dari unsur-unsur fungsional sistem alat ukur, dan kedua dilihat dari karakteristik statis dan dinamisnya. Unsur-unsur fungsional alat atau sistem pengukuran secara umum meliputi unsur penginderaan primer, unsur penkonversi peubah (variabel), unsur pengubah (manipulator), peubah unsur pengiriman data dan unsur penyaji data dalam bentuk yang dapat ditanggapi oleh indera manusia.

22 7 Gambar 3. menunjukkan unsur-unsur fungsional sistem pengukuran dalam bentuk diagram. Medium yang diukur Penginderaan pertama Penkonversian peubah Pengubah peubah Pengiriman data Sajian Penyaji data Data Pengamatan Gambar 3. Unsur-unsur fungsional sistem pengukuran (Sumber : Sivastava, 1987) Unsur penginderaan pertama adalah unsur pertama yang menerima energi dari medium yang diukur dan menghasilkan keluaran dalam batas-batas tertentu tergantung pada kuantitas yang diukur. Kuantitas yang diukur selalu terganggu oleh tindakan pengukuran, menyebabkan suatu pengukuran yang sempurna adalah mustahil. Unsur penkonversi peubah, jika diperlukan dapat menukar keluaran dari unsur penginderaan primer dengan peubah yang lebih cocok, sedangkan informasi dalam peubah sebelumnya tetap disimpan.

23 8 Unsur manipulasi peubah secara spesifik menimbulkan perubahan-perubahan nilai numerik sesuai aturan tertentu sehingga mempertahankan sifat fisik peubah. Suatu penguat operasional elektronik dapat mengilustrasikan konsep ini. Hasil keluaran mempunyai satuan sama dengan sinyal masukan tetapi dengan besaran yang berbeda beberapa kali dari masukan. Informasi yang telah diolah perlu dikirimkan dan disajikan oleh unsur pengiriman data dan unsur penyaji data kepada operator untuk tujuan pemantauan, pengendalian atau analisis. 2.3 Konstruksi Acoustic Current Meter Mikrokontroler Mikrokontroler adalah sebuah sistem microprocessor yang didalamnya sudah terdapat CPU, ROM, RAM, I/O, clock dan peralatan internal lainnya yang sudah saling terhubung dan terorganisasi dengan baik oleh pabrik serta dikemas dalam satu chip yang siap digunakan. Salah satu contoh mikrokontroler yang ada adalah produksi ATmel keluarga AVR seri ATmega 32. ATmega merupakan mikrokontroler 8-byte dengan arsitektur RISC, frekuensi kerja hingga 8 MHz, 32K Byte In System Programmble Flash, 512 byte EEPROM, 2 kilobyte SRAM internal, empat port I/O 8-byte, Master/slave SPI serial interface, tegangan operasi 2,7V-5,5V konsumsi daya yang rendah (Ardi, 2008). Adapun konfigurasi kaki dari mikrokontroler ATmega32 seperti pada Gambar 4.

24 9 Gambar 4. Konfigurasi kaki pada mikrokontroller ATmega 32 (Sumber: ATMEL, 2011) Sensor Transduser Sensor dan transduser memiliki persamaan makna dimana perangkat tersebut berfungsi untuk melakukan konversi energi dari besaran fisik (misalnya tekanan) menjadi besaran elektronik (misalnya arus dan tegangan), seperti halnya dalam proses pengukuran, kontrol, ataupun kebutuhan informasi. Pada prinsipnya sensor dan transduser merupakan perangkat yang memiliki kemampuan untuk merespon, mempertahankan serta menghasilkan sinyal elektronik dengan nilai sesuai dengan yang diterimanya (Jhosep, 1993). Bagian-bagian penting yang harus dimiliki oleh suatu alat ukur meliputi: a. Input function (bagian masukan), merupakan bagian perangkat yang menerima sinyal dari transduser dan menkonversinya menjadi bentuk apapun (biasanya dalam bentuk tegangan) sesuai dengan yang diikuti oleh rangkaian. Bagian masukan biasanya meliputi amplifikasi, yang

25 10 juga dapat terdiri dari keluaran tegangan dalam bentuk AC ataupun DC. b. Signal processing/amplifikasi, adalah bagian penguat sinyal dari sensor ataupun tranduser biasanya belum sesuai dengan tampilan yang dapat dihasilkan. c. Fungsi keluaran, adalah instrumen yang sering diproses dengan beberapa perlakuan sebelum dapat ditampilkan. Bagian keluaran berfungsi dengan mencangkup power amplifikasi input/output sinyal (seperti pada kasus pengontrol driver motor), proses pendigitalan dari masukan ke komputer, atau tegangan yang diskalakan untuk kemungkinan terjadinya kesalahan operasi oleh manusia. Dalam pembentukan dan konstruksinya keseluruhan proses tersebut saling berinteraksi satu dengan yang lain, sehingga dapat dipadukan dalam satu rangkaian secara berdekatan tetapi tidak menutup kemungkinan untuk dipadukan dalam kondisi terpisah. SRF02 (Gambar 5.) adalah modul sensor jarak yang memiliki 2 mode komunikasi yaitu mode serial UART dan mode serial I2C. Informasi tentang bagaimana prinsip kerja SRF02 secara detail dapat dilihat pada datasheet (SRF02, Mode Serial UART, Mode Serial I2C ) Sensor SRF 02 SRF 02 merupakan produk yang bekerja dengan menggunakan gelombang suara berfrekuensi tinggi atau sering dikenal dengan sebutan sensor ultrasonik. SRF02 memiliki satu transduser yang dapat digunakan dalam mengirim maupun menerima gelombang suara. Modul sensor SRF02 hanya membutuhkan tegangan

26 11 sebesar 5 Volt dengan arus 25 ma. Jarak yang dapat ditempuh antara cm. SRF02 menerjemahkan suara menjadi jarak melalui 2 mode komunikasi, yaitu mode serial UART dan mode serial I2C (Robot-electronics, 2011a). Gambar 5. Sensor SRF02 (Sumber: Robot-electronics, 2011a) Pembacaan data jarak dengan I2C dilakukan dengan membaca bentuk data serial. Pada mode 8 byte, jarak ditentukan dengan menkonversi waktu tempuh sinyal yang digunakan oleh sensor dikalikan dengan kecepatan suara pada udara. Bentuk keluaran data disesuaikan dengan register dari I2C communication protocol. Adapun bentuk register yang disediakan oleh SRF02 sesuai Tabel 1. Tabel 1. Register SRF02 Sumber : Robot-electronics, 2011c Lokasi 0 menandakan awal nilai register dari SRF02, dilanjutkan dengan pembacaan perintah pemilihan range Byte baik high atau low ataupun dengan penggunaan autotune high/low Byte. Adapun I2C communication protocol yang digunakan serupa dengan I2C communication protocol pada sensor CMPS 10.

27 12 Berikut tampilan i2c communication protocol pada CMPS 10 sesuai dengan Gambar 6. Gambar 6. Skema I2C communication protocol (Sumber: Robot-electronics, 2011b) I2C communication protocol dimulai dengan mengirimkan start byte, penulisan alamat modul SRF02 dengan read/write low (0x82), kemudian nomor register yang akan dibaca sesuai dengan Tabel 1. Selanjutnya diikuti dengan start byte lagi dan penulisan alamat modul SRF02 dengan output berupa jarak cm. (Robotelectronics, 2011b).

28 3. METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Waktu dan Lokasi Penelitian Penelitian dilaksanakan pada bulan Juni 2011 sampai dengan Maret Kegiatan penelitian terdiri dari dua bagian, yaitu pembuatan alat dan uji coba alat. Pembuatan alat dilakukan di Laboratorium Workshop Akustik dan Instrumentasi Kelautan, Fakultas Perikanan dan Ilmu Kelautan, Institut Pertanian Bogor, sedangkan uji coba alat dilakukan di Laboratorium Flume tank, Fakultas Perikanan dan Ilmu Kelautan, Institut Pertanian Bogor. 3.2 Alat dan Bahan Alat dan bahan yang digunakan dalam pembuatan prototype ACM mencakup perangkat keras dan perangkat lunak. Alat yang digunakan dalam penelitian ini sesuai dengan Tabel 2. Tabel 2. Daftar Alat Yang digunakan No Alat Fungsi 1 Seperangkat Komputer Merancang perangkat keras dan lunak serta sebagai media pengolah data 2 AVR Studio Membuat fimeware dan mengunduh ke mikrokontroler 3 Digital Multi Meter Mengukur hambatan, voltase dan hubungan antar komponen 4 Solder listrik Menyolder komponen 5 Gerinda Listrik Memotong pcb, akrilik, dan bahan lainnya 6 Bor Listrik Melubangi permukaan casin 7 Pistol lem panas Melengketkan komponen dan casing 8 USBer Pro Menghubungkan komunikasi serial 9 Downloader Memasukan data pada mikrokontroller 10 Google sketchup 7 pro Membuat rancangan bentuk 11 Perangkat pendukung lainnya 13

29 14 Informasi lengkap mengenai bahan-bahan yang digunakan dalam pembuatan ACM dapat dilihat pada Tabel 3. Tabel 3. Daftar bahan yang digunakan No Bahan Tipe/Nilai Jumlah 1 Modul mikrokontroler ATmega 32 1 buah 3 Tranduser SRF02 (frekuensi 40KHz) 4 buah 5 Akrilik 50 x 50 cm 1 lembar 6 Pipa PVC Diameter 4 inch 1 buah 7 Sambungan pipa 4 inch-5 inch 1 buah 8 Dop pipa 4 inch 1 buah 9 Lem PVC 1 buah 10 Black housing (1x5) 4 buah 11 Black housing (1x1) 20 buah 12 ISP header (2x10) 1 buah 13 Konektor 6 lubang 1 buah 14 Kabel ISP 1 meter 15 Saklar 1 buah 16 Kabel Serial 1 buah 17 Catu daya 12 volt 1 buah 18 Baterai 9 volt 1 buah 3.3 Rancangan Umum Instrumen yang dirancang adalah suatu sistem pengambilan jarak yang disesuaikan dengan pergerakan partikel kecepatan arus air. Sistem ini terdiri dari beberapa unit fungsional yang secara keseluruhan terpadu dalam satu mikrokontroler (AVR ATMEGA 32). Pengukuran kecepatan arus menggunakan empat buah sensor ultrasonik yang akan mendeteksi gelombang pantulan suara pergerakan partikel air. Pantulan pergerakan air ini dikonversi dari jarak serta waktu pulsa sinyal yang terkirim/diterima oleh sensor. Sensor yang digunakan adalah sensor ultrasonik SRF02. SRF02 adalah sensor ultrasonik yang hanya memiliki satu transduser yang dapat digunakan dalam mengirim maupun menerima gelombang suara. Modul

30 15 sensor SRF02 hanya membutuhkan tegangan sebesar 5 Volt dengan arus 25 ma. Jarak yang dapat ditempuh antara cm dengan frekuensi sebesar 40 KHz. Bentuk gelombang yang dikeluarkan berbentuk single beam sesuai dengan datasheet pada Lampiran 6. SRF02 mengubah suara menjadi jarak melalui 2 mode komunikasi, yaitu mode serial UART dan mode serial I2C (Robot-electronics, 2011). Berikut adalah tampilan sistem pengolahan dan distribusi data dan tegangan yang akan dibuat (Gambar 7.) SENSOR TRANSDUSER SRF 02 P O R T A P O R T B P O R T C P O R T D M I K R O K O N T R O L L E R A T M E G A 3 2 BATERAI 9V Gambar 7. Desain sistem pengolahan dan distribusi catu daya dan data 3.4 Desain Kerja Perancangan instrumen ini dipadukan dalam tiga proses perancangan yaitu perancangan konstruksi mekanik, konstruksi elektronik dan desain perangkat lunak.. Tahapan terakhir adalah integrasi dari ketiga proses perancangan tersebut. Tahapan proses perancangan instrumen ini dapat disusun sebagaimana ditunjukkan pada diagram alir (Gambar 8.).

31 16 MULAI PERSIAPAN PERUMUSAN PERANCANGAN MEMENUHI PERANCANGAN MEKANIK ELEKTRONIK DAN SOFTWARE PERANCANGAN MODEL MEKANIK PERANCANGAN MODEL ELEKTRONIK PERANCANGAN MODEL SOFTWARE MEMENUHI YA SELESAI Gambar 8. Diagram alir perancangan Instrumen ACM 3.5 Pembuatan Desain Dalam perancangan konstruksi mekanis dimulai dengan pembuatan rancangan bentuk mempergunakan software desain Google sketchup 7 pro (Gambar 9), pembuatan desain pada proses awal perancangan alat bertujuan untuk memudahkan dalam proses pembuatan konstruksi mekanik, rangkaian elektronik dan tata letak komponen yang terkait.

32 17 Gambar 9. Tampilan Google Sketch Up Rancang Bangun Perangkat Keras Pembuatan Mekanik Pembuatan mekanik alat mengadopsi bentuk ADCP dengan menggunakan empat sensor dengan sudut KEMIRINGAN yang serupa yaitu 10 o (Gambar 10), serta digunakannya beberapa material yang saling mendukung. Tata letak sensor mengikuti ADCP yang telah ada (Gambar 10). Dalam hal ini material yang digunakan seperti akrilik, pipa pvc 4 inci, dop pipa 4 inci serta sambungan pipa pvc. Gambar 10. Tata ruang sensor ACM (Sumber: USGS, 2006)

33 Pembuatan Rangkaian Elektronik Berikut adalah bagian kerja rangkaian elektronik yang digunakan: 1) Pembuatan skematik rangkaian, merupakan proses penyusunan rencana penggabungan komponen sambungan berupa gambar. 2) Pensolderan, dilakukan untuk menempelkan komponen pada sirkuit ataupun pada penyambungan antar komponen serta antar kabel. Bagian rangkaian elektronik yang dibuat ini mempergunakan mikrokontroler ATMEGA 32 sebagai pusat processing data dan tegangan. Gambar disusun sesuai dengan jalur komunikasi yang telah dibuat pada rancangan umum. Penggunaan sensor dalam hal ini SRF02 yang digunakan sesuai Gambar 5. SRF02 adalah modul sensor jarak yang memiliki 2 mode komunikasi yaitu mode serial UART dan mode serial I2C. Informasi tentang bagaimana prinsip kerja SRF02 secara detail dapat dilihat pada data sheet (SRF02, Mode Serial UART, Mode Serial I2C ). Deskripsi pin untuk mode SRF02 adalah sebagai berikut : 1. VCC, pin ini dihubungkan ke sumber tegangan 5 Volt. 2. RX, pin ini digunakan untuk jalur penerimaan data. 3. TX, pin ini digunakan untuk jalur pengiriman data. 4. Mode, pin ini digunakan untuk menentukan mode yang sesuai 5. Ground, pin ini dihubungkan ke ground.

34 19 Gambar 11. Konfigurasi sensor SRF02 (sumber : Robot-elektronik 2006) Agar bekerja pada mode serial UART maka pin Mode harus diberi logika low atau dihubungkan ke ground. Modul SRF02 hanya akan melakukan proses pengukuran jarak jika telah diberikan perintah terlebih dahulu. Dengan mengirimkan data serial yang berisi alamat sensor kemudian diikuti dengan data 84 (bentuk desimal) atau 0x54 (bentuk heksa) sebagai perintah maka SRF02 akan mulai melakukan proses pengukuran jarak dan setelah selesai dengan segera akan mengirimkan data 2 byte sebagai data hasil pengukurannya. Data 2 byte hasil pengukuran ini akan dikirimkan byte atasnya (upper byte) terlebih dahulu kemudian diikuti byte rendahnya (lower byte). Jika data perintahnya 84 (bentuk desimal) atau 0x54 (bentuk heksa) maka hasil pengukurannya akan memiliki satuan centimeter. Jika dikehendaki satuan inci atau μs maka dapat dirubah data perintahnya dengan 83 (bentuk desimal) atau 85 (bentuk desimal). Sesuai dengan spesifikasi yang diberikan oleh produsen modul SRF02 ini, mode serial UART ini hanya dapat bekerja pada kecepatan transmisi (baud rate) 9600 bps dan dengan format data 1-byte start, 8-byte data, 2-byte stop, dan tidak ada paritas sesuai dengan tabel perintah ini.

35 20 Tabel 4. Prosedur perintah dalam SRF02 Perintah Desimal Heksa Aksi desimal 80 0x50 Mode pengukuran sebenarnya hasil dalam inci 81 0x51 Mode pengukuran sebenarnya hasil dalam centimeter 82 0x52 Mode pengukuran sebenarnya hasil dalam mikrosekon 86 0x56 Mode pengukuran tiruan hasil dalam inci 87 0x57 Mode pengukuran tiruan hasil dalam centimeter 88 0x58 Mode pengukuran tiruan hasil dalam mikrosekon 92 0x5C 96 0x60 Transmisikan 8 siklus suara dengan frekuensi 40Khz- tidak ada pengukuran jarak Anda dapat mengulang sesuai kebutuhan- sama seperti awal menyalakan. Kita dapat mengabaikan perintah ini 160 0xA0 Perintah pertama untuk mengubah alamat I2C 165 0xA5 Perintah ketiga untuk mengubah alamat I2C 170 0xAA Perintah kedua untuk mengubah alamat I2C Sumber : Robot-elektronics, Rancang bangun perangkat lunak Perangkat lunak akan berkaitan dengan kinerja dari perangkat keras. Perangkat lunak pada sistem mikrokontroler disebut juga firmware. Bahasa pemograman yang digunakan ialah bahasa C. Compiler yang digunakan adalah Code Vision AVR C Compiler Tampilan Code Vision AVR C Compiler dapat dilihat pada Gambar 12.

36 21 Gambar 12. Tampilan Code Vision AVR C Compiler 20.5 Firmware yang telah dibuat diunduh menggunakan Atmel AVRProg (AVR 910) dan kabel data K-125R USB AVR Programmer (Gambar 13). Pembuatan program mikrokontroler ini dilakukan dengan menulis kode program sesuai dengan kebutuhan yang digunakan. Setelah tidak ada kesalahan pada penyusunan program, maka kode tersebut dikompilasi (mengubah kode program dalam format *.hex) agar dapat diunduh pada mikrokontroler. Gambar 13. Satu set Kabel Data seri K-125R

37 Diagram alir program Diagram alir dibuat untuk mempermudah perancangan dan pembuatan program, termasuk dalam pencarian kesalahan pada pemograman. Diagram ini juga membantu mempermudah orang dalam memahami alur kerja dari program yang sedang dirancang. Berikut adalah diagram alir yang digunakan dalam penelitian yang terbagi menjadi 2 bagian yaitu regresi alamat I2C sensor ultrasonik serta rancangan program perekaman sensor pada mikrokontroler ATmega 32. Bagian pertama ini adalah rancangan program yang diunduh pada mikrokontroler ATmega 32 dengan fungsi menginisialisasi alamat sensor yang digunakan (Gambar 14). Proses ini dilakukan agar keluaran sensor dapat diketahui serta dipisahkan dari keempat sensor yang digunakan. Bagian kedua ditampilkan pada Gambar 15 merupakan diagram alir rancangan program yang diunduh pada mikrokontroler ATmega 32, bagian ini merupakan proses penggabungan sistem kerja sensor yang digunakan. Nilai yang dikeluarkan sensor berdasarkan hasil dari proses registrasi pada bagian awal pemograman.

38 23 Mulai Inisialisasi Mikrokontroller Deklarasi Fungsi Konfigurasi mikrokontroller Deklarasi Variabel Inisialisasi Variabel Satu sensor meggunakan 1 alamat Deklarasi Alamat Registrasi SRF 02 Siap Tidak Auto tune tidak sesuai Ya Auto tune sesuai Selesai Gambar 14. Rancangan Program Registrasi Modul SRF02

39 24 Mulai Inisialisasi Mikrokontroller Deklarasi Fungsi Konfigurasi mikrokontroller Deklarasi Variabel Inisialisasi sensor sensor sensor sensor sensor Format data Kirim data lewat serial Selesai Gambar 15. Rancangan Program yang diunduh pada mikrokontroler ATmega 32

40 Pemrograman mikrokontroler Setelah firmware terbentuk, maka siap diprogram kedalam mikrokontroler ATmega 32. Pemrograman ini juga biasa disebut Flashing yang dilakukan untuk memproses program adalah Code Vision AVR C Compiler Pemrograman dilakukan dengan menggunakan kabel Data seri K-125R Programmer. 3.8 Penyatuan seluruh perangkat Penyatuan atau integrasi seluruh bagian perangkat dilakukan setelah proses perancangan perangkat keras dan perangkat lunak yang telah selesai dibuat. Penyatuan seluruh perangkat memerlukan perencanaan yang baik dalam menempatkan bagian atau komponen yang ada. Penempatan ini harus sesuai dengan fungsi dan sistem yang terencana terutama penempatan perangkat keras. Penempatan ini seperti pada pengaturan tata letak kabel, tipe konektor, dan logika alat. Perencanaan disesuaikan dengan skema rangkaian secara keseluruhan guna mengoptimalkan kinerja alat. 3.9 Pengujian kinerja Acoustic Current Meter (ACM) Pengujian kinerja dilakukan pada saat proses perakitan dan penyatuan maupun setelah proses perakitan dan penyatuan komponen telah selesai. Pengujian dilakukan untuk menilai dan membandingkan sejauh mana tingkat keberhasilan dalam proses pembuatan alat. Beberapa pengujian yang dilakukan dalam pembuatan alat ini antara lain: 1) Pengujian kinerja sensor SRF02 2) Pengujian integrasi sensor SRF02

41 26 3) Pengujian pengambilan data ACM Pengujian kinerja sensor SRF02 Pengujian sensor dilakukan setelah perancangan perangkat lunak diselesaikan. Pengujian ini membandingkan antara pola sebaran suara (lebar beam) pada data sheet (Lampiran 6) dengan hasil pengukuran (output sensor). Hal ini dilakukan sebagai control awal dalam penentuan titik acuan awal penempatan sensor pada alat. berikut skema pengujian kinerja sensor (Gambar 16.) Sensor 90 cm Objek Permukaan lantai Gambar 16. Skema pengujian kinerja sensor Pengujian integrasi sensor SRF02 Pengujian integrasi sensor dilakukan setelah proses penyatuan sensor telah selesai baik perangkat lunak maupun perangkat keras. Proses ini dilakukan dengan memeriksa nilai masukan dari setiap sensor berdasarkan keluaran nilai

42 27 jarak yang didapatkan pada hyperterminal. Sensor akan mendapatkan perlakuan dengan mendekatkan objek pada setiap sensor. Sensor dinyatakan berfungsi jika terjadi perubahan nilai yang sesuai dengan ekspektasi. Hal ini dilakukan sekaligus untuk memastikan posisi peletakan sensor telah sesuai Pengujian pengambilan data ACM Pengujian data ACM dilakukan setelah ACM memiliki keluaran nilai yang sesuai. Pengujian ini dilakukan dengan memberikan perlakuan perbedaan arus searah pada objek yang diamati dengan membandingkan nilai pengukuran secara manual. Perbedaan arus ini menggunakan level kecepatan yang bertambah pada Flume Tank. Kecepatan arus ini menggunakan perbandingan kecepatan seperti pola pada gigi sepeda. Pengukuran secara manual dilakukan dengan menggunakan bola yang dihanyutkan dan dihitung kecepatannya dengan perbandingan jarak dan waktu yang diterima. Poin yang diamati diantaranya 1. Pengamatan nilai awal objek sama untuk keseluruhan sensor 2. Perubahan nilai sebanding dengan nilai kecepatan 3. Data dapat diamati dan diterima oleh hyperterminal. Langkah kerja yang dilakukan dalam proses pengujian instrumen Acoustic Current Meter (ACM01) dapat dilihat pada Gambar 17.

43 28 Seting eksperimen pada media Flume Tank, dengan display pada laptop. Proses selanjutnya adalah pengukuran jarak awal ACM01 dengan permukaan air pada Flume Tank dilanjutkan dengan mengukur kecepatan arus sesuai dengan variasi level kecepatan dari Flume Tank Pengambilan serta penyimpanan data hasil pengukuran ACM01 sebelum diolah pada proses selanjutnya Gambar 17. Proses pengukuran arus menggunakan ACM01 pada Flume Tank

44 29 4. HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil dari penelitian ini adalah sebuah prototipe current meter yang diberi nama Acoustic Current Meter dengan code ACM01. ACM01 berfungsi dalam pengukuran arus permukaan dengan menggunakan sensor ultrasonik. Dalam hasil penelitian ini juga disampaikan data pengukuran yang dilakukan pada proses pengujian sensor hingga pengujian alat skala laboratorium. Pengujian yang dilakukan menunjukkan kemampuan alat dalam mengukur perubahan arus dengan diikuti perubahan arah berdasarkan kuadran berjalan dengan baik. Proses pengiriman data dari unit mekanik ke perangkat lunak juga berjalan dengan baik dan cepat, sehingga dapat diketahui perubahan pada saat alat diaktifkan. 4.1 Desain Desain yang dipergunakan sebagai panduan alat ini adalah desain grafis yang dibuat menjadi cetak biru (blue print). Adapun desain yang dirancang dapat dilihat pada Gambar 18. Desain dari ACM01 hanya memiliki satu bagian yaitu unit kompartemen elektronik yang tergabung menjadi satu perangkat. Pada unit kompartemen elektronik ini peletakan sensor memiliki sudut kemiringan dan jarak yang sama. Konsep ini mengadopsi bentuk dari ADCP yang telah berkembang sebelumnya. 29

45 30 11,7 cm 14.5 cm 23.5 cm 16 cm Gambar 18. Rancangan Desain 3D ACM01 Bagian sensor ini menjorok ke arah menjauhi titik tengah dari lingkaran dengan jarak yang sama untuk setiap sensor terhadap titik tengah (Gambar 19). Hal ini dimaksudkan agar perubahan nilai yang didapat lebih akurat dan presisi. DT = 15.2 cm D = 3 cm Gambar 19. Bagian Muka Sensor ACM01 Kemiringan serta letak sensor yang sama menghasilkan perubahan yang sama tegak lurus terhadap objek (gelombang arus permukaan) yang dikeluarkan dalam bentuk jarak. Perubahan ini diproses kemudian dipasang berdasarkan nilai jarak dari setiap sensornya.

46 31 Berikut rancangan kompartemen elektronik dari ACM01 (Gambar 20). Kompartemen ini dirancang berbentuk tabung yang cenderung membesar pada bagian sensornya. Hal ini guna memperoleh kemiringan serta jarak yang lebih proposional. Mikrokontroler ATmega 32 Modul Mikrokontroler PORT C Input Daya (5v atau 9v) Gambar 20. Tata letak kompartemen ACM01 Mikrokontroler dipisahkan dengan sekat pembatas, hal ini guna memberikan tegakan yang baik untuk tiang penyangga sensor SRF02. Kemiringan sudut sebesar 10 o ini ditentukan oleh tiang penyangga serta posisi sensor mewakili setiap kuadrannya. Penempatan ini dilakukan untuk memudahkan dalam proses penentuan posisi dan arah arus permukaan.

47 32 Konektor Saklar Rangka luar Mikrokontroler Modul SRF02 Gambar 21. Bentuk 3D ACM01 serta penempatan kompartemen elektronik Proses penggabungan rangka dan kompartemen elektronik (Gambar 21) merupakan hasil akhir dari alat ACM01 ini. Terlihat bahwa mikrokontroler Atmega 32 berada pada bagian tengah alat, hal ini untuk mempermudah pengaturan atau proses perubahan program jika dimungkinkan. Selain itu bagian tengah juga dilengkapi dengan baterai untuk menunjang energi pada ACM01 ini. Pada bagian atas, terlihat bahwa ACM01 ini dilengkapi dengan saklar dan konektor. Bagian bawah, dilengkapi dengan modul sensor SRF02 sebanyak 4 buah, keseluruhan dari kompartemen dihubungkan oleh kabel sehingga mempermudah kinerja dari alat yang dikembangkan. 4.2 Perangkat Keras Pembuatan seluruh perangkat keras menghasilkan ACM berbobot 1kg dengan dimensi yang kompak. Berikut penjabaran hasil pembuatan perangkat keras yang telah dilakukan.

48 33 Unit ACM01 ini hanya terdiri dari satu kompartemen yang saling terhubung. Kompartemen ini disebut unit mekanik ACM01. Perangkat unit mekanik terdapat kabel yang berfungsi sebagai distribusi tegangan serta transmit data menuju hyperterminal. Bentuk ACM01 yang dimaksud dapat dilihat pada Gambar 22. Penempatan Gambar 22. Unit ACM01 sensor terdapat pada bagial muka atas kompartemen, namun modul mikrokontroler tidak terlihat jelas pada Gambar 22. Posisi unit modul sensor ini dapat terlihat dalam Gambar 23. Peletakan unit sensor ini merupakan bagian terpenting dalam pengambilan data. Sensor akan mendeteksi jarak dari objek yang bergerak dengan perubahannya yang diterima oleh masing-masing sensor. Perubahan nilai ini akan diolah menjadi kecepatan.

49 34 Gambar 23. Letak Modul Sensor SRF Perangkat Lunak Penyusunan perangkat lunak adalah sebanyak dua bagian pemrograman, yakni pemrograman registrasi alamat I2C sensor dan pemrograman mikrokontroler ATmega 32. Masing-masing memiliki fungsi berdasarkan spesifikasi komponen penyusunnya Program registrasi modul sensor SRF02 Program registrasi modul sensor SRF02 ini disesuaikan spesifikasi modul sensor SRF02 dan mikrokontroler ATmega32. Hal ini dilakukan untuk memisahkan alamat yang digunakan untuk setiap sensornya. Inisialisasi dan konfigurasi mikrokontroler dilakukan pada saat memulai pemograman. Hal ini sangat penting dilakukan dan harus benar-benar tepat agar program dapat berjalan sesuai dengan harapan sebelum diunduh kedalam mikrokontroler dan sensor. Inisialisasi ini meliputi jenis mikrokontroler yang

50 35 digunakan, serta beberapa fitur yang digunakan seperti library dan juga definisi port yang digunakan. #include <mega32a.h> #include <delay.h> Penggunaan Code Vision AVR C ini diawali dengan penulisan header #include. #include <mega32a.h> digunakan sebagai deklarasi jenis mikrokontroler yang akan digunakan, dalam hal ini ATmega 32. Selanjutnya #include <delay.h> membantu dalam penentuan jeda pemrosesan data oleh mikrokontroler. Kode program yang dipergunakan dalam memproses registrasi sensor adalah sebagai berikut : tulis_srf2(0xe0,0,0xa0); tulis_srf2(0xe0,0,0xaa); tulis_srf2(0xe0,0,0xa5); tulis_srf2(0xe0,0,0xe0); tulis_srf2(0xe0,0,81); while(1) tulis_srf2(0xe0,0,81); delay_ms(100); code tulis_srf02 merupakan langkah-langkah yang perlu dilakukan dalam merubah alamat SRF02. 0Xe0 merupakan kode alamat yang akan digunakan yaitu e0 sebagai kode keluaran dari salah satu sensor, sedangkan 81 merupakan alamat I2C dari sensor yang akan digunakan Program Mikrokontroler Program mikrokontroler terdiri dari beberapa bagian. Bagian pertama yang harus ada adalah inisialisasi library yang digunakan seperti #include <mega32a.h>, #include <delay.h>, dan #include <i2c.h>.

51 36 Pada inisialisasi komunikasi I2C disertakan juga pin yang digunakan untuk SDA dan SCL yaitu PINC.0 sebagai SCL dan PINC.1 sebagai SDA. SDA merupakan pin untuk data masuk dan keluar, sedangkan SCL merupakan sarana pengatur clock dalam perangkat mikrokontroler. Fungsi tulis_srf02 digunakan untuk memerintah SRF02 melakukan ping. Fungsi ini menggunakan protokol komunikasi I2C. perintahnya sebagai berikut: void tulis_srf02 (unsigned char SRF02_ADDRESS,unsigned char alamat, unsigned char data) { i2c_start(); i2c_write(srf02_address); i2c_write(alamat); i2c_write(data); i2c_stop(); } Fungsi void digunakan karena tidak membutuhkan nilai keluaran yang digunakan dalam program utama. Fungsi ini membutuhkan 3 input dengan nama variabelnya yaitu SRF02_ADDRESS, alamat, dan data. Tipe data dari ketiga variabel ini sama. Langkah pertama dalam komunikasi I2c adalah i2c_start(). Kode ini digunakan utnuk menandakan bahwa komunikasi dimulai. Kemudian perintah i2c_write(srf02_address) digunakan untuk menuliskan register yang diinginkan ke sensor SRF02. i2c_write(alamat) digunakan untuk menuliskan alamat yang ingin diakses. i2c_write(data) digunakan untuk mengambil tipe data yang diinginkan. i2c_stop digunakan untuk mengakhiri komunikasi i2c. Fungsi int baca_srf02 digunakan untuk mengambil data yang telah disimpan oleh SRF02. Fungsinya sebagai berikut:

52 37 int baca_srf02 (unsigned char SRF02_ADDRESS,unsigned char alamat) { int data; i2c_start(); i2c_write(srf02_address); i2c_write(alamat); i2c_start(); i2c_write(srf02_address 1); data=i2c_read(0); I2c_stop(); return data;} Fungsi ini memerlukan dua input. Fungsi ini memberikan keluaran yang akan digunakan pada program utama dengan nama variabel data. Komunikasinya mirip dengan void tulis_srf02. Perbedaannya hanya pada data=i2c_read(0). Perintah ini digunakan untuk mengambil data dari SRF02 tanpa adanya ACK (acknowledgement). Pada program utama, programnya sebagai berikut: tulis_srf02(0xe0,0,81); //srf1 tulis_srf02(0xe6,0,81); tulis_srf02(0xe4,0,81); //srf3 tulis_srf02(0xf0,0,81); //srf4 delay_ms(70); data=baca_srf02(0xe0,2)<<8; data+=baca_srf02(0xe0,3); data1=baca_srf02(0xe6,2)<<8; //srf2 data1+=baca_srf02(0xe6,3); data2=baca_srf02(0xe4,2)<<8; data2+=baca_srf02(0xe4,3); data3=baca_srf02(0xf0,2)<<8; data3+=baca_srf02(0xf0,3); printf("%i %i %i %i\r\n",data,data1,data2,data3); delay_ms(1000); langkah yang dilakukan adalah mengirimkan perintah pada 4 SRF02 untuk melakukan pengukuran. delay_ms(70) digunakan untuk memberikan waktu pada SRF02 untuk menyelesaikan pengukuran. Kemudian data ini diambil dan ditampilkan pada computer dengan perintah printf.

53 38 Pengaksesan 4 SRF02 secara bersama-sama dapat dilakukan karena alamat masing-masing SRF02 berbeda. Alamat pada tiap SRF02 dapat dilihat pada Tabel 5. Tabel 5. Konfigurasi alamat modul SRF02 NO SRF02 ALAMAT 1 0XE0 2 0XE6 3 0XE4 4 OXF0 4.4 Uji coba sensor Pengamatan yang dilakukan dalam mengukur kinerja awal sensor SRF02 terhadap objek yang berpindah dapat dilihat pada Tabel 6 dan Tabel 7. Tabel 6. Nilai sensor diukur dari titik tengah objek No Nilai Terdeteksi Pergeseran (α)sudut (α ) Sudut (cm) (cm) pengukuran perhitungan (α) Tabel 7. Nilai sensor diukur dari pangkal objek No Nilai Terdeteksi Pergeseran (α)sudut (α ) Sudut (cm) (cm) pengukuran perhitungan (α) Pengukuran nilai awal sensor dilakukan untuk menentukan besar maksimum sudut yang akan digunakan pada percobaan selanjutnya. Perbedaan nilai yang

54 39 didapat disebabkan karena pada Tabel 6 nilai yang didapat menggunakan titik acuan yaitu tepat pada titik keseimbangan objek. Namun untuk nilai selanjutnya didapat dari pengambilan dari ujung objek sehingga terjadi perbadaan nilai dari pergeseran objek. Pengambilan nilai ini masih menggunakan cara manual melalui hyperterminal dalam pengambilan perubahan nilai yang terjadi. Objek tersebut mengalami perlakuan yakni pergeseran secara lurus hingga sensor tidak mendeteksi objek. Adapun nilai sudut yang dapat digunakan hingga 10 o. Nilai sudut ini digunakan dalam menentukan kemiringan maksimum sensor dalam merancang ke tahap selanjutnya. 4.5 Uji ACM01 Setelah melakukan proses uji coba sensor, maka tahap selanjutnya yaitu melakukan integrasi komponen dan juga uji alat. Proses uji ACM01 ini dilakukan dengan menggunakan tiga variasi kecepatan yang semakin meningkat pada flume tank. Nilai kecepatan ini disesuaikan dengan tingkatan yang ada pada flume tank yang digunakan (seperti gigi pada sepeda). Langkah awal yang dilakukan adalah persiapan dari insrumen ACM01, hal ini meliputi peletakan instrumen ACM01 dan juga pengukuran tinggi awal dari Flume Tank yang digunakan. Proses ini menghasilkan tinggi pengukuran awal muka air pada Flume Tank sebesar 28 cm yang dideteksi oleh semua sensor. Pengukuran nilai deteksi jarak pada percobaan ini memiliki perbedaan dari setiap variasi level kecepatan yang digunakan. Adapun hasil kecepatan yang diperoleh baik pengukuran maupun perhitungan sesuai dengan Tabel 8.

55 40 Tabel 8. Hasil perolehan nilai kecepatan pada flume tank No Vrata-rata Real (cm/s) V rata-rata hitung (input data dari hasil pengukuran ACM) (cm/s) Δ V Persentase Galat (error) % % % Nilai rata-rata kecepatan hasil perhitungan keseluruhan nilainya lebih kecil dibandingkan dengan nilai rata-rata kecepatan real (hasil pengukuran manual). Nilai kecepatan real ini digunakan sebagai pembanding dari hasil pengamatan dengan menggunakan ACM01. Hasil yang diperoleh memiliki kolerasi berbanding lurus dengan bertambahnya nilai kecepatan pada flume tank. Perbedaan terbesar terjadi pada nilai kecepatan kedua yaitu sebesar 7.94 cm/s atau 32.6%. Untuk dapat melihat sebaran nilai hasil perhitungan dapat dilihat pada Gambar Gambar 24 merupakan hasil dari perhitungan nilai kecepatan pertama. Pada grafik ini garis linear tampak berada pada nilai kecepatan real ratarata. Nilai didominasi pada kisaran 5 dan 10 cm/s.

56 41 Gambar 24. Grafik hasil pengamatan ACM01 (18,45 cm/det) Gambar 24. Grafik hasil pengamatan ACM01 (24,33 cm/det)

57 42 Gambar 25. Grafik hasil pengamatan ACM01 (31,78 cm/det) Pada ketiga grafik ini memiliki nilai hamburan yang berbeda, semakin cepat nilai arus yang digunakan semakin besar nilai sebaran pada grafik. Hal ini dapat disebabkan oleh bentuk gelombang yang dihasilkan semakin banyak interaksinya dan besar dengan peningkatan kecepatan arus pada Flume Tank. yang digunakan. Peningkatan kecepatan arus yang digunakan dapat menyebabkan faktor noise meningkat juga. Selain itu, riak gelombang yang semakin banyak dapat menyebabkan efek doppler pada sensor yang menyebabkan terjadinya nilai deteksi sensor yang semakin besar atau semakin kecil dalam mendeteksi nilai jarak.

58 43 5. KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan Proses pengembangan prototipe Acoustic Current Meter 01 ini telah selesai dilakukan. Sensor yang digunakan dapat digunakan dalam mendeteksi jarak objek secara maksimal dengan proses pemisahan antar sensornya. Secara keseluruhan sistem prototipe ACM01 ini dapat bekerja dengan baik, walaupun masih perlu terus disempurnakan. Secara umum, ACM01 ini dapat diterapkan dalam mengambil nilai jarak pada permukaan air. Permasalahan yang perlu dipecahkan yaitu : penggunaan pencatatan waktu secara digital dalam pengambilan data agar galat yang ditimbulkan tidak begitu besar Saran Saran untuk penelitian berikutnya adalah: a. Perlu adanya kalibrasi sensor dengan suhu sekitar. b. Perlu pengolahan data yang lebih baik dalam menentukan algoritma yang tepat guna memperoleh galat yang kecil. c. Perlu adanya perlakuan perbedaan sudut kemiringan guna memperoleh sudut kemiringan yang optimum dalam pengolahan data. 43

59 44 DAFTAR PUSTAKA Atmel bit Microcontroller with 32K Bytes In-System Programmable Flash ATmega32A. /doc8155.pdf [diunduh tanggal 12 Agustus 2011] Charr, JJ Sensor and Circuits (Sensors, Transducers, and Supporting Circuits for Electronic Instrumenation, Measurement and Control). Pretice Hall. Inc. London Gross, M.G Oceanography, 6 th edition, Pretice Hall, Inc. Englewood Cliff. New Jersey. Gross, M.G.1990.Oceanography : A View of Earth. Prentice Hall, Inc. Englewood Cliff. New Jersey. McArthur, Christopher J and Parsons Mel.2005.Ocean Current and Wave Measurements at the Canaveral Harbor Ocean Dredged Material Disposal Site January 2003 through February U.S. Environmental Protection Agency Region 4. Atlanta Nontji, A. I987. Laut Nusantara. Jakarta OOT ADC The New Acoustic Digital Current Meter. OOT Meshtechnik. Kempten. Germany. Robot-elektronics,2006. SRF02 - Ultra-Sonic Ranger Technical Specification. [diunduh tanggal 20 November 2011] Robot-elektronics,2011a. SRF02 - Ultra-Sonic Ranger Technical Specification. [diunduh tanggal 12 Agustus 2011] Robot-electronics. 2011b. CMPS10-Tilt Compensated Compass Module I2C Mode. [diunduh tanggal 15 Agustus 2011] Robot-electronics. 2011c. Using I2C Bus. acatalog/i2c_tutorial.html [diunduh tanggal 12 Februari 2012] Sivastava A.C Teknik Instrumenasi. Universitas Indonesia Press. Jakarta 44

60 45 USGS Estimates of Shear Stress and Measurements of Water Levels in the Lower Fox River near Green Bay, Wisconsin. Estimates of Shear Stress.html [diunduh tanggal 15 Maret 2012] Winoto, A Tehnik Mudah Belajar Mikrokontroler AVR ATMEGA 32. Gramedia. Jakarta

61 LAMPIRAN 45

62 46 Lampiran 1. Data pengamatan percobaan 1 (jarak sensor dengan objek dalam cm) No Sensor 1 sensor 2 Sensor 3 Sensor

63 47 Lanjutan Lampiran

64 48 Lampiran 2. Data pengamatan percobaan 2 (jarak sensor dengan objek dalam cm) No Sensor 1 Sensor 2 Sensor 3 Sensor

65 49 Lanjutan Lampiran

66 50 Lanjutan Lampiran

67 51 Lampiran 3. Data pengamatan kecepatan 3(jarak sensor dengan objek dalam cm) No Sensor 1 Sensor 2 Sensor 3 Sensor

68 52 Lanjutan Lampiran

69 53 Lanjutan Lampiran

70 54 Lanjutan Lampiran

71 55 Lanjutan Lampiran

72 56 Lampiran 4. Data hasil pengukuran No Waktu tempuh (detik) Ket Jarak (cm)

73 Lampiran 5. Datasheet Datasheet mikrokontroler ATmega32A 57

74 Lampiran 6. Datasheet Modul SRF02 58