PERANCANGAN ALAT PENGUKUR RADIASI MATAHARI BERBASIS PC SKRIPSI YOHANA ALBERTIN ROTTIE

Transkripsi

1 PERANCANGAN ALAT PENGUKUR RADIASI MATAHARI BERBASIS PC SKRIPSI YOHANA ALBERTIN ROTTIE DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2013

2 PERANCANGAN ALAT PENGUKUR RADIASI MATAHARI BERBASIS PC SKRIPSI Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar Sarjana Sains YOHANA ALBERTIN ROTTIE DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2013

3 PERSETUJUAN Judul : PERANCANGAN ALAT PENGUKUR RADIASI MATAHARI BERBASIS PC Kategori : SKRIPSI Nama : YOHANA ALBERTIN ROTTIE Nomor Induk Mahasiswa : Program Studi : SARJANA (S1) FISIKA INSTRUMENTASI Departemen : FISIKA Fakultas : MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM (FMIPA) UNIVERSITAS SUMATERA UTARA Diluluskan di Medan, 2013 Diketahui/Disetujui oleh Program Studi S-1 Fisika Instrumentasi Ketua, Pembimbing, Dr. Marhaposan Situmorang M.Eng, Sc. NIP Dr. Bisman Perangin-angin, NIP

4 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. 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 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

5 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 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.

6 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 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.

7 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 Tujuan Penelitian Batasan Masalah Manfaat Penelitian Waktu dan Lokasi Penelitian Sistematika Penulisan... 3 BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Radiasi Matahari Pengukuran Radiasi Matahari dan Panjang Hari Radiasi Benda Hitam Prinsip Kerja Alat Ukur Radiasi Matahari Elektronik Karakteristik IC LM Multikanal Voltage to Frequency Converter (VFC) Pencacah Biner (Counter) Komunikasi Serial USB Port Pemograman Microsoft Visual Basic BAB III SISTEM KERJA RANGKAIAN 3.1 Diagram Blok Rancangan Sensor Radiasi Matahari Rancangan Rangkaian Mutikanal Rancangan Rangkaian Voltage to Frequency Converter (VFC) Rancangan Rangkaian Pencacah Biner Rangkaian USB Joypad Pembacaan dan Display Data di Komputer Rancangan Penyajian Data Dalam Bentuk Tabel dan Grafik

8 3.9 Rancangan Penyimpanan Data ke Hardisk Perbandingan / Koreksi Dengan Data Manual BAB IV ANALISA DAN PENGUJIAN ALAT 4.1 Pembuatan Perangkat Keras Pengujian Sensor Radiasi Matahari Pembuatan Perangkat Lunak Penyimpanan Data Kalibrasi Dengan Pengamatan Manual BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA 59 LAMPIRAN DATA SHEET

9 DAFTAR TABEL Halaman Tabel 4.1 Pengujian Sensor 46

10 DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1 Aktinograf, Alat Ukur Intensitas Radiasi Matahari 6 Gambar 2.2 Planimeter Untuk Membaca Kertas Pias Aktinograf 7 Gambar 2.3 a. Campbell Stokes Untuk Membaca Lama Matahari Bersinar 8 Gambar 2.3 b. Pias Campbell Stokes 8 Gambar 2.4 Alat Ukur Radiasi Matahari Jenis Solarimeter 14 Gambar 2.5 Sensor Suhu Udara IC LM35 16 Gambar 2.6 Contok Skematik Rangkaian Multikanal 18 Gambar 2.7 Diagram Koneksi IC LM Gambar 2.8 Pencacah Sinkron Untuk Bilangan-bilangan Biner 21 Gambar 2.9 Pencacah Sinkron 2 Bit Menggunakan Flip-Flop D 21 Gambar 2.10 Pencacah Maju Tak Sinkron 22 Gambar 2.11 Pencacah Sinkron 4 Bit dengan Muatan Ripel 23 Gambar 2.12 Blok Diagram IC Gambar 2.13 Tampilan IDE Visual Basic Gambar 3.1 Blok Diagram Rangkaian Pengukur Radiasi Matahari 28 Gambar 3.2 Perancangan Sensor Radiasi Matahari 31 Gambar 3.3 Diagram Waktu Pada Rangkaian IC Gambar 3.4 Block Diagram IC Gambar 3.5 Skematik Rangkaian Multikanal 33 Gambar 3.6 Skematik Rangkaian VFC 34 Gambar 3.7 Skematik Rangkaian Pencacah Biner 14 Bit 35 Gambar 3.8 Rangkaian USB Joypad 36 Gambar 3.9 Skematik Rangkaian Joypad 37 Gambar 3.10 Diagram Alir Program Pembacaan Radiasi Matahari 39 Gambar 4.1 Sensor Radiasi Matahari 47 Gambar 4.2 Grafik Hubungan Suhu Sensor Dengan Intensitas Matahari 50 Gambar 4.3 Tampilan Spalsh Screen 50 Gambar 4.4 Tampilan Utama Program Perekam Radiasi Matahari 51 Gambar 4.5 Informasi Terkini dan Kondisi Cuaca 51 Gambar 4.6 Grafik Intensitas Radiasi Matahari 52 Gambar 4.7 Grafik Lama Penyinaran Matahari 52 Gambar 4.8 Tabel Pengamatan Radiasi Matahari 53 Gambar 4.9 Data yang Tersimpan Dalam Komputer 53 Gambar 4.10 Contoh Tampilan Data Pada Excel 54 Gambar 4.11 Grafik Perbandingan Pengamatan Intensitas Radiasi Matahari Secara Otomatis dan Manual 55 Gambar 4.12 Gambar 4.13 Grafik Perbandingan Lama Penyinaran Matahari Secara Otomatis dan Manual Grafik Perbandingan Jumlah Intensitas Radiasi Matahari Secara Otomatis dan Manual Bulan Juni

11 Gambar 4.14 Grafik Perbandingan Lama Penyinaran Matahari Secara Otomatis dan Manual Bulan Juni