Bab III Pengembangan Perangkat Lunak

Transkripsi

1 Bab III Pengembangan Perangkat Lunak 3.1 Pendahuluan [5, 8, 9] Dalam penelitian ini, pengembangan perangkat lunak dilakukan dengan menggunakan bahasa pemrograman berikut, yaitu: LabVIEW 7.1 Professional Development System, modul khusus Sound and Vibration Toolkit (SVT) 3.1, dan driver perangkat keras NI- DAQmx 7.4. LabVIEW (Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench) adalah bahasa pemrograman grafis yang menggunakan icon-icon dalam pembuatan suatu aplikasi program. Berbeda dengan bahasa pemrograman berbasis teks dimana instruksi teks mencerminkan eksekusi pada program, LabVIEW menggunakan pemrograman berbasis aliran data dimana aliran data tersebut mencerminkan ekskusi program. Di dalam LabVIEW, tampilan pengguna (user interface) dibuat dengan kumpulan tools dan objek-objek. Tampilan pengguna pada LabVIEW ini dikenal dengan sebutan front panel. Kemudian, perintah-perintah pemrograman yang mengatur objek-objek pada front panel dituliskan dalam representasi grafis berupa aliran data antar icon-icon. Aliran data yang menyerupai diagram alir tersebut dituliskan pada block diagram. Hasil pemrograman pada LabVIEW ini disebut dengan virtual instruments (VI) dan didalamnya dapat berbentuk kumpulan subvi. SVT 3.1 adalah modul khusus tambahan LabVIEW yang berisi kumpulan VI untuk digunakan pada simulasi dan aplikasi pengukuran suara, akustik dan getaran. Modul SVT 3.1 ini dapat digunakan untuk pengukuran suara dan dan getaran yang meliputi: konversi skala sinyal ke engineering units (EU), kalibrasi kanal, penggunaan filter pembobot, pengukuran swept-sine, pengukuran single-tone, analisis frekuensi, analisis transien, analisis distorsi, dan sebagainya. Kemampuan SVT dalam pengukuran suara dan getaran dapat dilihat pada Gambar 3.1 yang berisi diagram alir pengukuran menggunakan SVT. 16

2 Selanjutnya, komunikasi dan pengontrolan perangkat keras harus dilakukan dengan menggunakan driver tertentu, karena setiap driver adalah unik dengan jenis perangkat keras yang dipakai. Pada penelitian ini digunakan driver perangkat keras NI-DAQmx 7.4 untuk mengontrol perangkat keras PCI Driver ini berisi kumpulan VI yang dapat digunakan untuk menkonfigurasi, mengambil data, dan mengirimkan data pada perangkat pengukuran yang digunakan. Gambar 3.1 Diagram alir pengukuran menggunakan Sound and Vibration Toolkit [8] 3.2 Organisasi Perangkat Lunak Perangkat lunak yang dikembangkan pada penelitian ini disusun atas sebuah VI utama dan beberapa subvi. VI dan subvi tersebut tersusun secara struktural dan membentuk suatu 17

3 organisasi penyusun program utama. Dalam penelitian ini, program utama untuk pengukuran FRF diberi nama M-DAQ_FRF. Struktur hirarki dari M_DAQ FRF dapat dilihat pada Gambar 3.2. Sedangkan, gambar front panel dari M-DAQ_FRF dapat dilihat pada Gambar 3.3. M-DAQ_FRF Pengatur Akuisisi Data Pengolah dan Penampil Data Utilitas Data Gambar 3.2 Struktur hirarki M-DAQ_FRF Gambar 3.3 Front panel M-DAQ_FRF 18

4 M-DAQ_FRF dibangun dari tiga bagian utama yang mengatur aktifitas program secara keseluruhan, seperti yang terlihat pada Gambar 3.1. Ketiga bagian tersebut memiliki algoritma pemrograman yang berbeda-beda sesuai dengan fungsinya masing-masing. Selanjutnya, akan dibahas mengenai masing-masing bagian tersebut secara lebih mendalam Pengatur Akuisisi Data Pengatur akuisisi data merupakan bagian utama pertama yang berperan dalam kontrol perangkat keras PCI-6281 dan proses akuisisi data dari perangkat keras tersebut. Bagian ini tersusun atas komponen-komponen sebagai berikut: SubVI DAQmx Create Task.vi DAQmx Create Task.vi merupakan VI bawaan dari driver NI-DAQmx 7.4. VI ini digunakan untuk mendefinisikan tugas (task) untuk dilakukan pada setiap pelaksanaan eksekusi program. Task berisi kumpulan perintah yang akan dijalankan oleh sebuah atau beberapa perangkat keras yang dipilih, baik perintah untuk mengambil data ataupun perintah untuk menghasilkan data. Jika VI ini digunakan pada sebuah loop, VI ini akan membuat task baru pada setiap iterasi di loop tersebut. Gambar 3.4 merupakan gambar penggunaan DAQmx Create Channel.vi pada block diagram M-DAQ_FRF. Pada gambar tersebut dapat dilihat hanya digunakan sebuah VI DAQmx Create Channel.vi karena pegaturan perangkat keras hanya ditujukan untuk akuisisi data pengukuran FRF. Gambar 3.4 DAQmx Create Channel.vi pada block diagram M-DAQ_FRF Property Node DAQmx Channel Property node pada pemrograman LabVIEW digunakan untuk membaca dan/atau mengatur properties dari suatu referensi. Di dalam M-DAQ_FRF, property node 19

5 digunakan untuk mengatur perilaku lowpass filter yang terdapat pada perangkat keras PCI-6281, seperti yang terlihat pada Gambar 3.5. Pada gambar tersebut, dapat dilihat bahwa lowpass filter diatur untuk berjalan saat program M-DAQ_FRF dijalankan. Kemudian, cut-off frequency lowpass filter diatur sama dengan rentang frekuensi pengukuran yang digunakan. Hal ini dilakukan untuk mencegah munculnya kesalahan aliasing pada proses akuisisi data. Gambar 3.5 Property node DAQmx Channel pada M-DAQ_FRF DAQmx Create Channel (AI-Voltage-Basic).vi VI bawaan dari driver NI-DAQmx 7.4 ini digunakan untuk mendefinisikan kanal yang digunakan pada suatu task pengukuran. Seperti yang terlihat pada Gambar 3.6, pada M-DAQ_FRF didefinisikan tiga buah kanal masukan tegangan, yang masing-masing diberi nama Stimulus, Stimulus Read, dan Response. Kanal Stimulus dan Stimulus Read sama-sama menggunakan data kanal masukan gaya 20

6 eksitasi pada pengukuran FRF. Hanya saja kanal Stimulus semata-mata digunakan sebagai kanal pemicu pross pengukuran dan kanal Stimulus Read digunakan untuk membaca data pengukuran dari kanal masukan tersebut setelah pengukuran dimulai. Lalu, kanal Response digunakan untuk membaca data pengukuran dari kanal masukan respon pada pengukuran FRF. Rentang masukan tegangan pada kanal masukan dapat dipilih-pilih sesuai dengan spesifikasi teknik PCI-6281, yaitu: +10V, +5V, +2V, +1V, +0,5V, +0,2V, dan +0,1V. Selain itu, dapat juga mendefinisikan referensi ground yang digunakan tiap kanal misalnya RSE (Referenced Single Ended), NRSE (Non Referenced Single Ended), dan Diffrential. Gambar 3.6 DAQmx Create Channel (AI-Voltage-Basic).vi pada M-DAQ_FRF DAQmx Timing (Sample Clock).vi VI ini merupakan VI bawaan dari NI-DAQmx 7.4 yang digunakan untuk mengatur jumlah sampel yang diambil atau dihasilkan, mengatur kecepatan pembacaan atau pembangkitan sinyal per kanal, dan membuat buffer jika diperlukan. Pada M- DAQ_FRF, VI ini digunakan untuk mengatur kecepatan pencuplikan dan jumlah pengambilan sampel per kanal. Kecepatan pencuplikan per kanal dapat diatur pada kelipatan dari frekuensi dasar pencuplikan agar tidak terjadi kesalahan aliasing, 2,56 kali frekuensi maksimum pada pengukuran. Sedangkan, jumlah sampel per kanal diatur menyesuaikan dengan resolusi pengukuran yang diinginkan. Gambar 3.7 adalah gambar penggunaan DAQmx Timing (Sample Clock).vi pada M- DAQ_FRF. 21

7 Gambar 3.7 DAQmx Timing (Sample Clock).vi pada M-DAQ_FRF DAQmx Start Trigger (Analog Edge).vi Driver NI-DAQmx 7.4 menyediakan VI ini untuk digunakan dalam pengaturan pemicu pengukuran yang akan dilakukan. Pada M-DAQ_FRF, pemicuan dilakukan oleh kanal Stimulus dengan kemiringan (slope) dan level sinyal yang dapat diatur berdasarkan rentang masukan kanal Stimulus, seperti yang ditunjukkan Gambar 3.8. Gambar 3.8 DAQmx Start Trigger (Analog Edge).vi pada M-DAQ_FRF 22

8 DAQmx Start Task.vi DAQmx Start Task.vi merupakan VI bawaan dari driver NI-DAQ 7.4 yang digunakan untuk mengubah task yang telah dibuat menjadi bentuk riil pengambilan atau penghasilan data oleh perangkat keras. Gambar 3.9 menunjukkan penggunaan VI ini pada M-DAQ_FRF. Gambar 3.9 DAQmx Start Task.vi pada M-DAQ_FRF DAQmx Read (Analog 1D Wfm NChan NSample).vi VI bawaan driver NI-DAQmx 7.4 ini digunakan untuk melakukan akuisisi data pada sejumlah kanal dengan jumlah data ditentukan berdasarkan task yang telah diberikan. Hasil akuisisi data tersebut adalah berupa data array waveform yang selanjutnya dapat digunakan untuk pengolahan data lebih lanjut. Seperti yang terlihat pada gambar 3.10, M-DAQ_FRF digunakan lama timeout sebesar detik, berarti jika selama detik tidak terjadi proses akuisisi data, maka akan dimunculkan pesan error dan program berhenti secara otomatis. Gambar 3.10 DAQmx Read (Analog 1D Wfm NChan NSample).vi pada M-DAQ_FRF 23

9 DAQmx Clear Task.vi VI ini digunakan untuk membersihkan task yang terdapat pada memory LabVIEW. Sebelum menghapus task yang ada, VI bawaan driver NI-DAQmx 7.4 ini akan menghentikan task yang sedang berjalan dan melepaskan semua sumber daya yang digunakan pada task tersebut. Task yang telah dihapus tidak dapat digunakan kembali, kecuali dibuat task baru yang serupa. Gambar 3.11 menunjukkan penggunaan DAQmx Clear Task.vi pada M-DAQ_FRF. Gambar 3.11 DAQmx Clear Task.vi pada M-DAQ_FRF sv_overload_william.vi sv_overload_william.vi merupakan VI yang dikembangkan secra mandiri untuk keperluan penelitian ini. VI ini digunakan untuk menentukan apakah hasil akuisisi data yang dilakukan oleh perangkat keras telah memenuhi keperluan yang diinginkan atau belum. VI ini akan membandingkan hasil akuisisi data yang dilakukan dengan rentang masukan dari kanal masukan Stimulus dan Response, lalu mentukan apakah data tersebut melebihi batas rentang masukan, terlalu kecil dibandingkan rentang data masukan, atau sesuai dengan keperluan yang diinginkan. Keadaan dari data hasil pengukuran tersebut akan ditunjukkan oleh lampu-lampu yang terletak di front panel M-DAQ_FRF, dimana lampu merah menyatakan rentang data masukan melebihi batas, lampu kuning menyatakan rentang data masukan terlalu kecil, dan lampu hijau menyatakan rentang data masukan sesuai. Block diagram dari sv_overload_william.vi ditunjukkan pada Gambar Gambar 3.13 menunjukkan penggunaan sv_overload_william.vi pada M- DAQ_FRF. 24

10 Gambar 3.12 Block diagram dari sv_overload_william.vi Gambar 3.13 sv_overload_william.vi pada M-DAQ_FRF Pengolah dan Penampil Data Algoritma pengolah dan penampil data terletak pada sebuah case structure, dimana pengolahan data hanya dilakukan apabila sv_overload_william.vi menyatakan bahwa data hasil pengukuran sesuai harapan. Proses pengolah data akan terus berlangsung sampai jumlah perata-rataan yang diinginkan telah dipenuhi. Bagian pengolah data ini terdiri dari subvi yang dikembangkan dari SVT 3.1, yakni sebagai berikut: 25

11 sv_eu scaling_william.vi Data hasil pengukuran pertama kali akan masuk ke dalam sv_eu scaling_william.vi. VI ini digunakan untuk mengkonversikan satuan tegangan listrik yang terbaca pada proses akuisisi data menjadi satuan engineering unit yang ditentukan saat pengukuran. M-DAQ_FRF memerlukan dua buah VI ini untuk dapat beroperasi, karena data masukan yang diperoleh berasal dari dua buah kanal yang berbeda jenis masukannya. Gambar 3.14 menunjukkan penggunaan VI ini pada M-DAQ_FRF. Gambar 3.14 sv_eu scaling_william.vi pada M-DAQ_FRF sv_frf (mag-phase)_william.vi dan sv_frf (real-imag)_william.vi VI ini digunakan untuk memproses data sinyal yang telah diproses sv_eu scaling_william.vi menjadi data hasil pengukuran FRF yang berupa data FRF magnitude dan fasa serta data FRF riil dan imajiner. Di dalam VI ini juga dilakukan proses fungsi jendela Force-Exponential terhadap data sinyal masukan. Gambar 3.15 menunjukkan penggunaan kedua VI ini dalam M-DAQ_FRF. 26

12 Gambar 3.15 sv_frf (mag-phase)_william.vi dan sv_frf (real-imag)_william.vi pada M- DAQ_FRF Data yang telah diolah menjadi data FRF ditampilkan pada indikator grafis yang terletak pada front panel. Pengguna dapat memilih jenis hasil data yang ingin dianalisis dengan cara menekan pilihan tabulasi data yang ada. Terdapat tiga buah pilihan tabulasi yang tersedia: Time Domain, berisi data hasil pengukuran dalam domain waktu. Data ini merupakan data murni hasil pengukuran yang belum mengalami proses pengolahan data apapun. FRF (Mag-Phase), berisi data FRF dalam bentuk magnitude dan fasa yang ditunjukkan dalam domain frekuensi. Di sini juga disajikan data koherensi dari hasil pengukuran FRF. FRF (Real-Im), berisi data FRF dalam bentuk riil dan imajiner yang ditunjukkan dalam domain frekuensi. Sama halnya dengan data pada tabulasi FRF (Mag-Phase), di sini juga disediakan data fungsi koherensi dari hasil pengukuran FRF. Gambar 3.16 menunjukkan tampilan tabulasi penampil data pada front panel M- DAQ_FRF. 27

13 Gambar 3.16 Tampilan tabulasi Time Domain pada front panel M-DAQ_FRF Utilitas Data Utilitas Data merupakan fasilitas untuk menyimpan dan membaca data yang disediakan pada perangkat lunak M-DAQ_FRF. Setelah melakukan pengukuran, data hasil pengukuran dapat disimpan pada komputer dan dapat dipanggil kembali sewaktu diperlukan. Proses penyimpanan dan pemanggilan data cukup dilakukan dengan menekan tombol Save Data atau Read Data saat program M-DAQ_FRF sedang berjalan. Saat melakukan perintah menyimpan data dengan menekan tombol Save Data, VI M- DAQ_FRF akan mengambil data yang terdapat pada di setiap indikator grafis pada front 28

14 panel dan mengubahnya menjadi data array waveform dengan menggunakan sv_build waveform_william.vi. Gambar 3.17 berisi block diagram dari sv_build waveform_william.vi. Kemudian, perintah penyimpanan ke dalam komputer dilakukan dengan menggunakan Write Waveform To File.vi. Sebuah kotak dialog akan muncul dan menanyakan posisi penyimpanan yang diinginkan. Setelah tombol OK ditekan, maka sebuah file yang berisi data hasil pengukuran akan dibuat dan disimpan pada komputer. Gambar 3.17 Block diagram sv_build waveform_william.vi Penekanan tombol Read Data akan mengaktifkan Read Waveform from File.vi dan memunculkan kotak dialog yang menanyakan file mana yang ingin dipanggil. Setelah memilih file yang ingin dipanggil, data array waveform yang terdapat pada file tersebut akan diubah kembali menjadi data cluster menggunakan sv_get cluster_william.vi. Gambar 3.18 berisi block diagram dari sv_get cluster_william.vi. Kemudian, data cluster 29

15 tersebut ditampilkan pada semua indikator grafis yang terdapat pada front panel M- DAQ_FRF. Gambar 3.19 menunjukkan algoritma utilitas data yang terdapat pada M- DAQ_FRF. Gambar 3.18 Block diagram sv_get cluster_william.vi Gambar 3.19 Bagian utilitas data pada M-DAQ_FRF 30

16 3.3 Pengoperasian Perangkat Lunak Pengoperasian perangkat lunak M-DAQ_FRF dilakukan secara bertahap, seperti yang terlihat pada Gambar Perintah untuk menjalankan program dilakukan dengan menekan tombol Run Program pada panel toolbar LabVIEW. Sedangkan perintah untuk menghentikan program dilakukan dengan menekan tombol Stop Program pada panel toolbar LabVIEW. MULAI Pengaturan Perangkat Keras Pengaturan Parameter Pengukuran Tombol START ditekan? Tidak Ya Proses Akuisisi Data Pengolahan dan Penampilan Data SELESAI Gambar 3.20 Diagram alir M-DAQ_FRF 31

17 Setelah program dijalankan, dapat dilakukan pengaturan terhadap perangkat keras dan parameter pengukuran. Kemudian, program utama akan menunggu sampai tombol START ditekan. Tombol START ini digunakan untuk menginisialisasi perangkat keras dan mengatur proses pengolahan data berdasarkan pengaturan yang telah dilakukan. Setelah proses akuisisi data dilakukan, data mentah hasil pengukuran diolah menjadi data FRF dan ditampilkan pada indikator grafis yang ada. 3.4 Pengaturan Perangkat Keras dan Parameter Pengukuran Pengaturan perangkat keras dapat dilakukan melalui tabulasi Hardware Setup yang terdapat pada front panel M-DAQ_FRF. Pengaturan ini meliputi: Pengaturan kanal stimulus Kanal yang digunakan sebagai kanal masukan stimulus dapat ditentukan secara manual sesuai dengan ketersedian perangkat akuisisi data DAQmx yang terpasang pada komputer. Selain itu, juga dapat dilakukan pengaturan rentang masukan pengukuran kanal stimulus dan referensi ground yang digunakan. Pengaturan kanal respon Sama halnya dengan kanal masukan stimulus, kanal masukan respon dapat dientukan secara manual, serta dapat dilakukan pengaturan terhadap rentang masukan pengukuran kanal respon dan referensi ground yang digunakan. Span Frequency Span frequency merupakan rentang pengukuran yang ingin dianalisis pada domain frekuensi. Frekuensi pencuplikan perangkat keras ditentukan salah satunya melalui nilai dari parameter ini. Pada pengaturan standar, frekuensi pencuplikan perangkat keras adalah sebesar 2,56 kali dari span frequency, yakni untuk mencegah terjadinya kesalahan aliasing. Frequency Lines Frequency lines merupakan salah satu parameter yang digunakan untuk menentukan jumlah data yang yang akan dicuplik oleh perangkat keras. Pada pengaturan standar, banyaknya data yang dicuplik adalah 2,56 kali dari frequency lines. Semakin banyak data yang diambil dibandingkan dengan span frequency yang ditentukan akan mempengaruhi resolusi dari pengukuran. Scan Rate Setting 32

18 Parameter ini adalah parameter yang melengkapi pengaturan frekuensi pencuplikan dan jumlah data yang dicuplik. Pada M-DAQ_FRF, pengaturan frekuensi pencuplikan dapat ditentukan berdasarkan kelipatan dari frekuensi dasar pencuplikan, 2,56 kali span frequency. Pengaturan ini dimunculkan untuk kepentingan penelitian ini yang melihat pengaruh perbedaan frekuensi pencuplikan terhadap hasil pengukuran FRF. Trigger Setting Pengaturan ini berisi pengaturan besar kemiringan (slope) dan level sinyal masukan pada kanal stimulus untuk memicu dimulainya akuisisi data. Pengaturan parameter pengukuran pada M-DAQ_FRF dapat dilakukan pada tabulasi Measurement Setup. Pengaturan ini meliputi: Engineering Units dan Sensitivitas Pengaturan EU dan sensitivitas dari tiap sensor yag terhubung adalah keharusan jika analisis data kuantitatif diperlukan. Di sini dapat dilakukan pengaturan tersebut terhadap masing-masing kanal yang digunakan. Averaging Mode Parameter ini mengatur jenis dan jumlah proses perata-rataan yang akan dilakukan. Jenis perata-rataan yang dapat dipilih adalah RMS Averaging, Vector Averaging, dan Peak Hold Averaging. Force/Exp Settings Di sini berisi pengaturan fungsi jendela Force-Exponential yang digunakan, yakni lebar jendela force untuk data stimulus dan lebar jendela exponential untuk data respon. Gambar 3.21 menunjukkan panel Hardware Setup dan Measurement Setup yang terdapat pada front panel M-DAQ_FRF. 33

19 Gambar 3.21 Panel Hardware Setup dan Measurement Setup pada front panel M-DAQ_FRF 34