Pembuatan Alat Ukur Kecepatan Angin Dan Penunjuk Arah Angin Berbasis Mikrokontroller AT-Mega 8535 SKRIPSI MAYA AZLINA

Transkripsi

1 Pembuatan Alat Ukur Kecepatan Angin Dan Penunjuk Arah Angin Berbasis Mikrokontroller AT-Mega 8535 SKRIPSI MAYA AZLINA DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2013

2 PERSETUJUAN Judul : PEMBUATAN ALAT UKUR KECEPATAN ANGIN DAN PENUNJUK ARAH ANGIN BERBASIS MIKROKONTROLLER AT-MEGA8535 Kategori : SKRIPSI Nama : MAYA AZLINA Nomor Induk Mahasiswa : Program Studi : SARJANA (S1) FISIKA INSTRUMENTASI Departemen : FISIKA Fakultas : MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA Diluluskan di Medan, September 2013 Diketahui/disetujui oleh Ketua Departemen Fisika FMIPA USU Pembimbing Dr. Marhaposan Situmorang Drs. Takdir Tamba,M.Eng.SC NIP: NIP:

3 PERNYATAAN Pembuatan Alat Ukur Kecepatan Angin Dan Penunjuk Arah Angin Berbasis Mikrokontroller AT-Mega 8535 SKRIPSI Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil kerja saya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya. Medan, September 2013 Maya Azlina

4 PENGHARGAAN Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Allah Subhanahuwata ala Yang Maha Pengasih lagi Maha Penyayang atas segala rahmat dan hidayah-nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan Skripsi ini dalam waktu yang telah ditetapkan yang merupakan sebagian syarat guna mencapai gelar Sarjana. Shalawat dan salam tak lupa penulis hadiahkan kehadirat Nabi Muhammad SAW. Dalam kesempatan ini, penulis ingin mengucapkan terimakasih kepada semua pihak yang telah memberikan dukungan baik moril maupun materil. Untuk itu penulis ingin mengucapkan banyak terimakasih kepada : Keluarga tercinta yang penulis sayangi khususnya kedua orang tua, Ayahanda Aziz dan Ibunda Erlinawati SPd, Adik Muhammad Fadil dan Adelia Azlina yang senantiasa mendukung penulis untuk segera menyelesaikan Skripsi. Keluarga besar khususnya Departemen Fisika: - Dekan FMIPA : Dr.Sutarman,M.Sc - Ketua Departemen Fisika : Dr. Marhaposan Situmorang,M.Si - Sekertaris : Drs.Syahrul Humaidi,M.Sc - Koordinator Ekstensi : Drs.Herli Ginting,MS Penulis juga mengucapkan terimakasih yang sebesar-besarnya kepada Drs. Takdir Tamba,M.Eng.Sc, Dr. Bisman P Perangin angin, Drs. Syahrul Humaidi,M.Sc dan Dr. Kerista Sebayang,MS yang telah memberikan panduan dan penuh kepercayaan kepada saya untuk menyempurnakan kajian ini. Panduan ringkas,padat dan professional telah diberikan kepada saya agar dapat menyelesaikan skripsi ini. Untuk teman-teman stambuk 2011 Fisika Ekstension yang tidak biasa saya sebutin satu persatu penulis ucapkan terimakasih atas kerjasama nya selama ini, dan yang paling istimewa untuk DTM Muhammad Taufiq yang selalu menemani dan memberi dukungan, semangat dan selalu ada untuk membantu penulis menyelesaikan Skripsi ini, penulis ucapkan terimakasih banyak.

5 Dengan penuh kerendahan hati, penulis mengharap kritik dan saran dari semua pihak atas segala kekurangan dalam Skripsi ini, guna perbaikan dikemudian hari. Demikianlah penghargaan ini saya sampaikan, saya ucapkan terimakasih. Wassalamu alaikum Wr.Wb. Medan, September 2013 Penulis MAYA AZLINA

6 ABSTRAK Akuisisi data kecepatan dan arah angin dibutuhkan untuk mendapatkan data yang akan digunakan dalam berbagai sector kehidupan. Dalam skripsi ini penulis merancang alat ukur kecepatan dan arah angin berbasis mikrokontroller. Tujuan dari penulisan skripsi ini adalah untuk menghasilkan suatu alat pengukur kecepatan dan arah angin yang murah,handal. Untuk keperluan ilmu pengetahuan,khususnya mengenai Metrologi dan geofisika diperlukan suatu alat yang dapat mengukur kecepatan angin dan arah angin. Dalam skripsi ini, dibuat dua perangkat keras yaitu untuk mengukur kecepatan angin dan untuk menunjukan arah angin. Alat yang digunakan untuk mengukur kecepatan angin menggunakan sensor optocoupler sebagai transducer. Alat ini dibuat sedemikian hingga dapat mengukur kecepatan angin minimal 1 m/s dan maksimal 60 m/s. Sedangkan untuk menunjukan arah angin menggunakan sensor rotary encoder yaitu suatu sensor digital yang keluarannya berupa bit-bit digital sehingga mampu memenunjukan arah angin dari 0 hingga 360 dengan ketelitian 0,50. Kata Kunci : Mikrokontroller, Anemometer, Kompas

7 ABSTRACT Data acquisition speed and wind direction are needed to obtain data to be used in various sectors of life. In this paper the authors designed a measure wind speed and direction based microcontroller. The purpose of this paper is to generate a measure wind speed and direction are cheap,reliable. For the purposes of science, especially concerning meteorological and geophysical need a tool that can measure wind speed and wind direction. In this paper, made two pieces of hardware to measure the wind speed and wind direction for the show. The tools used to measure wind speed using optocoupler sensor as a transducer. This tool is made so that can measure wind speed of at least 1 m / s and a maximum of 60 m / s. While to indicate wind direction using a rotary encoder sensor is a digital sensor that outputs a digital bits so as to memenunjukan wind direction from 0 to 360 with 0.50 accuracy. Keywords: Microcontroller, Anemometer, Compass

8 DAFTAR ISI Halaman Persetujuan Pernyataan Penghargaan Abstrak Abstract Daftar Isi Daftar Gambar Daftar Tabel ii iii iv vi vii viii x xii BAB I Pendahuluan Latar Belakang Rumusan Masalah Batas Masalah Tujuan Penelitian Manfaat Penelitian Sistematika Penulisan 3 BAB II Landasan Teori Mikrokontroller AT-Mega Konfigurasi Pin AT-Mega Optocoupler Rotary Encoder Absolute Encoder RTC DS Kompas Digital CMPS Display LCD 2x Anemometer Komponen Komponen Pendukung Resistor 19

9 2.9.2 Kapasitor Induktor Dioda Regulator LM Trafo CT Step down Kabel 23 BAB III Perancangan dan Cara Pembuatan Alat Pengukuran Kecepatan Angin Mekanik Pengukuran Kecepatan Angin Sensor Kecepatan Schmitt Trigger Mikrokontroller AT-Mega 8535 untuk kecepatan angin Penentu Arah Angin Mekanik Penentu Arah Angin Sensor Rotary Encoder Mikrokontroller AT-Mega 8535 untuk arah angin Sensor Kompas Digital CMPS Flowchart 32 BAB IV Pengujian Alat dan Analisis Pengujian Alat Ukur Kecepatan Angin Pengujian Alat Ukur Penentu Arah Angin 39 BAB V Kesimpulan dan Saran Kesimpulan Saran 43 DAFTAR PUSTAKA Lampiran

10 DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1 Mikrokontroller AT-Mega Gambar 2.2 Diagram Pin AT-Mega Gambar 2.8 Kombinasi Emitter dan Detector 10 Gambar 2.9 Rotary Encoder 11 Gambar 2.10 Prinsip Kerja Rotary Encoder 12 Gambar 2.11 Piringan Dari Absolute Encoder 12 Gambar 2.12 Kode Binary Absolute Encoder 13 Gambar 2.13 Kode Gray Absolute Encoder 13 Gambar 2.14 Kode Binary dan Kode Gray 14 Gambar 2.16 RTC DS Gambar 2.17 Sensor Magnetic Compas CMPS03 16 Gambar 2.18 Rangkaian Aplikasi dari Sensor Magnetic Compas CMPS03 17 Gambar 2.20 Anemometer 18 Gambar 2.21 Resistor 19 Gambar 2.22 Kapasitor 20 Gambar 2.23 Induktor 21 Gambar 2.24 Dioda 21 Gambar 2.25 Rangkaian Internal LM Gambar 3.1 Diagram Blok 24 Gambar 3.2 Mekanik Baling Baling dan Piringan sensor 25 Gambar 3.3 Piringan dikompel dengan baling-baling 26 Gambar 3.4 Rangkaian sensor untuk piringan sensor 26 Gambar 3.5 Optocoupler 27 Gambar 3.6 Arah Angin 28 Gambar 3.7 Mekanik Penunjuk arah angin 29

11 Gambar 3.8 Prinsip kerja rotary encoder 29 Gambar 3.9 Control output NPN open collector 30 Gambar 3.10 Rangkaian aplikasi dari sensor magnetic compass CMPS03 31 Gambar 3.11 Flowchart 32

12 DAFTAR TABEL Halaman Tabel 2.3 Penjelasan Pin pada Mikrokontroller AT-Mega Tabel 2.4 Penjelasan Pin pada Port A 8 Tabel 2.5 Penjelasan Pin pada Port B 8 Tabel 2.6 Penjelasan Pin pada Port C 9 Tabel 2.7 Penjelasan Pin pada Port D 10 Tabel 2.15 Output Absolute Encoder 14 Tabel 2.19 Kaki-Kaki LCD 2x16 18 Tabel 4.1 Data Pengukuran Kecepatan Angin Di Bandara 34 Tabel 4.2 Data Pengukuran Kecepatan Angin Di Pelabuhan Belawan 34 Tabel 4.3 Data Pengukuran Kecepatan Angin Di Daratan Binjai 35 Tabel 4.4 Perhitungan Simpangan Kecepatan Angin 35 Tabel 4.5 Perhitungan Kesalahan Rata-Rata Kecepatan Angin 37 Tabel 4.6 Hasil Pengujian Alat Ukur Arah Angin 39 Tabel 4.7 Perhitungan Simpangan Arah Angin 40 Tabel 4.8 Perhitungan Kesalahan Rata-Rata Penentu Arah Angin 41