PEMBUATAN KLINOSTAT 2-D DENGAN PEROTASI MOTOR DC D06D401E SKRIPSI (Bidang Minat Elektronika, Instrumentasi, Dan Komputasi) I Made Oka Guna Antara JURUSAN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS UDAYANA 2015
PEMBUATAN KLINOSTAT 2-D DENGAN PEROTASI MOTOR DC D06D401E SKRIPSI (Bidang Minat Elektronika, Instrumentasi, Dan Komputasi) I Made Oka Guna Antara JURUSAN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS UDAYANA 2015 i
ii
iii
iv
Pembuatan Klinostat 2-D dengan Perotasi Motor DC D06D401E [SKRIPSI] Karya tulis ini tidak dipublikasikan tetapi tersedia di perpustakaan di lingkungan Universitas Udayana; diperkenankan dipakai sebagai referensi kepustakaan tetapi pengutipan harus menyebutkan sumbernya sesuai dengan kebiasaan ilmiah. Karya tulis ini merupakan hak milik intelektual Universitas Udayana v
vi
ABSTRAK Telah berhasil dibuat klinostat 2-D menggunakan perotasi motor DC D06D401E. Alat tersebut memiliki rentang kecepatan sudut ( ' ) 1,67 93,53 rpm dengan interval perubahan 1,67 rpm. Pembacaan kecepatan sudut dilakukan oleh modul DI-REV#1, pembacaan data menggunakan mikrokontroler ATmega16 pada timer/counter T1 PortB.1, dan penampil data LCD 2x16. Keakuratan kecepatan sudut alat dengan alat pembanding, digital tachometer DT-2234C + ( ' ref) adalah 99,91%. Tegangan input pada motor DC diberikan oleh catu daya variabel pada rentang 0 5 VDC, dengan kelinieritasan antara daya dan kecepatan sudut 99,13%. Pada nilai kecepatan sudut terkecil yaitu 1,67 rpm diperoleh nilai Relative Centrifugal Force (RCF) sebesar 4,68 x 10-5 g. Kata kunci: Klinostat 2-D, Motor DC D06D401E, modul DI-REV#1, timer/counter T1 ATmega16 ABSTRACT It has successfully developed a 2-D clinostat using a DC motor rotation D06D401E. The tool has angular velocity (ω') of 1.67 to 93.53 rpm with changes intervals of 1.67 rpm. The reading of angular velocity is performed by DI-REV#1 module, the reading of data by the ATmega16 microcontroller on timer/counter T1 PortB.1 and 2x16 LCD as a data display. The accuracy of the angular velocity which compared by a digital tachometer DT-2234C + (ω'ref) is 99.91%. The input voltage to a DC motor supplied by a variable power supply with range of 0-5 VDC, with the linearity between power and angular velocity of 99.13%. At the smallest value of the angular speed of 1.67 rpm obtained a Relative Centrifugal Force (RCF) of 4.68 x 10-5 g. Keywords: Clinostat 2-D, D06D401E DC Motor, module DI-REV#1, timer/counter T1 ATmega16 vii
KATA PENGANTAR Puja dan puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa karena berkat asung kertha wara nugraha-nyalah hasil tugas akhir yang berjudul Pembuatan Klinostat 2-D dengan Perotasi Motor DC D06D401E dapat terselesaikan dengan baik dan lancar sekaligus tepat waktu. Pada kesempatan yang berbahagia ini pula penulis ingin menyampaikan ucapan terima kasih kepada: 1. Bapak I Wayan Supardi, S.Si., M.Si., selaku dosen pembimbing I dan Ibu Ni Nyoman Rupiasih, S.Si., M.Si., Ph.D selaku pembimbinng II yang bersedia membantu dalam menyelesaikan hasil tugas akhir ini. Baik dalam koreksi, saran, ataupun bimbingannya. 2. Bapak Ir. S. Poniman, M.Si., selaku Ketua Jurusan Fisika FMIPA Universitas Udayana. 3. Bapak IGA Putra Adnyana, S.Si., M.Si., selaku Sekretaris Jurusan Fisika FMIPA Universitas Udayana. 4. Bapak dan Ibu dosen Jurusan Fisika FMIPA Universitas Udayana yang telah memberikan referensi pustaka dalam penyelesaian Tugas Akhir ini. 5. Kedua orang tua Bapak I Wayang Pariyata, dan Ibu Ni Nyoman Antini yang selalu mendukung serta keluarga besar. 6. Arief Laksono serta kawan-kawan Fisika Angkatan 2011 yang telah memberi saran, serta bantuan dalam penyusunan tugas akhir ini. 7. Pihak-pihak lainnya yang telah membantu penulis dalam menyusun tugas akhir ini. Penulis menyadari bahwa pada tugas akhir ini masih banyak kekurangan serta kesalahan yang ada. Dengan segala kerendahan hati, penulis berharap banyak kepada Dosen ataupun pembaca lain memberikan saran ataupun kritik guna membenahi serta menyempurnakan tugas akhir ini. Bukit Jimbaran, Desember 2015 Penulis viii
DAFTAR ISI Halaman LEMBAR JUDUL... i LEMBAR PRASYARAT GELAR... ii LEMBAR PENGESAHAN... iii LEMBAR PERSETUJUAN... iv LEMBAR PEDOMAN PENGGUNAAN... v FAKTA INTEGRITAS... vi ABSTRAK... vii KATA PENGANTAR... viii DAFTAR ISI... ix DAFTAR TABEL... xi DAFTAR GAMBAR... xii DAFTAR LAMPIRAN... xiv BAB I PENDAHULUAN... 1 1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Rumusan Masalah... 3 1.3 Batasan Masalah... 4 1.4 Tujuan Penelitian... 4 1.5 Manfaat Penelitian... 4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA... 5 2.1 Mikrogravitasi... 4 2.2 Klinostat... 8 2.3 Prinsip Dasar Klinostat... 9 2.4 Komponen-komponen Utama Klinostat... 12 2.4.1 Roda Gigi... 12 2.4.2 Motor DC Magnet Permanen... 17 2.4.3 Rangkaian Catu Daya... 18 2.4.4 Digital Voltmeter Ammeter Amperemeter DC 0-100V 0-10A Dual... 19 ix
2.4.5 Mikrokontroler ATmega16... 20 2.4.6 Liquid Cristal Display (LCD)... 24 2.4.7 DI-Rotary Encoder Versi #1 (DI-REV1)... 26 BAB III METODOLOGI PENELITIAN... 29 3.1 Waktu dan Tempat Penelitian... 29 3.2 Alat dan Bahan... 29 3.3 Diagram Alir Penelitian... 31 3.4 Diagram Blok... 32 3.5 Rangkaian... 32 3.5.1 Rangkaian catu daya variabel... 33 3.5.2 Rangkaian antarmuka LCD dengan mikrokontroler ATmega16. 33 3.6 Perancangan Perangkat Lunak... 34 3.7 Perancangan Perangkat Keras... 35 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN... 37 4.1 Hasil... 37 4.2 Pembahasan... 38 4.2.1 Rangkaian... 39 4.2.2 Perangkat Lunak... 40 4.2.3 Perangkat Keras... 43 4.3 Pengujian Alat Rancangan... 45 4.3.1 Prosedur penggunaan alat... 45 4.3.2 Kalibrasi penampil rpm... 48 4.3.3 Kalibrasi keluaran catu daya variabel... 51 4.3.4 Kelinieritasan daya dengan rpm... 53 4.3.5 Perhitungan untuk mendapatkan nilai mikrogravitasi... 54 BAB V PENUTUP... 57 5.1 Kesimpulan... 57 5.2 Saran... 57 DAFTAR PUSTAKA x
DAFTAR TABEL Halaman Tabel 2.1 Spesifikasi klinostat satu sumbu... 9 Tabel 2.2 Fungsi khusus port B... 23 Tabel 2.3 Fungsi khusus port C... 23 Tabel 2.4 Fungsi khusus port D... 24 Tabel 2.5 Fungsi dari pin pada LCD 2x16... 25 Tabel 2.6 Fungsi Pin Rangkaian Sensor DI-REV1... 28 xi
DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1 Drop tube pada Nasa Marshal Space Flight Center... 6 Gambar 2.2 Karakteristik penerbangan parabolik... 7 Gambar 2.3 Klinostat satu sumbu... 9 Gambar 2.4 Klinostat 2-D yang dibangun dengan satu poros, yaitu depan dan belakang keduanya diputar dengan kecepatan sudut ω... 10 Gambar 2.5 Kerangka koordinat acuan XYZ yang diam dan X Y Z yang diputar 11 Gambar 2.6 Torsi... 12 Gambar 2.7 Transmisi gear hubungan langsung motor DC... 14 Gambar 2.8 Spur gear... 15 Gambar 2.9 Rack dan Pinion... 15 Gambar 2.10 Worm gear... 16 Gambar 2.11 Konfigurasi pulley wheel... 17 Gambar 2.12 Ilustrasi prinsip kerja motor DC... 18 Gambar 2.13 Digital voltmeter ammeter amperemeter DC 0-100V 0-10A dual red LED panel modul display... 20 Gambar 2.14 Cara penyambungan digital voltmeter ammeter amperemeter DC 0-100V 0-10A dual red LED panel modul display... 20 Gambar 2.15 Konfigurasi pin ATmega16... 22 Gambar 2.16 LCD 2x16... 24 Gambar 2.17 Hubungan PORT B dengan LCD... 25 Gambar 2.18 Piringan derajat DI-REV1... 27 Gambar 2.19 Rangkaian Sensor DI-REV1... 27 Gambar 2.20 Paket dalam modul DI-REV1... 27 Gambar 3.1 Diagram alir penelitian... 31 Gambar 3.2 Diagram blok pembuatan alat... 32 Gambar 3.3 Rangkaian catu daya variabel... 33 Gambar 3.4 Rangkaian tampilan (display) rpm dengan mikrokontroler ATMega16... 34 Gambar 3.5 Algoritma pemrograman mikrokontroler ATmega16... 35 Gambar 3.6 Rancangan tabung sampel... 36 Gambar 3.7 Rancangan alat klinostat 2-D... 36 xii
Gambar 4.1 Klinostat 2-D dengan perotasi motor DC D06D401E yang telah dibuat. 1) Penampil rpm, 2) Tempat sampel uji dan sampel acuan, 3) Catu daya variabel dan 4) Perangkat keras... 37 Gambar 4.2 Hasil rancangan catu daya variabel... 38 Gambar 4.3 Hasil rancangan penampil rpm... 40 Gambar 4.4 Perangkat keras klinostat 2-D... 44 Gambar 4.5 Konsep dasar rancang bangun Klinostat 2-D... 44 Gambar 4.6 Peletakan piringan derajat/encoder dengan posisi tegak... 46 Gambar 4.7 Pemasangan kabel penghubung... 46 Gambar 4.8 Mengatur contras voltage... 47 Gambar 4.9 Rekomendasi penempatan sampel... 48 Gambar 4.10 Proses kalibrasi alat penampil rpm hasil rancangan dengan menggunakan alat pembanding, yaitu digital tachometer DT-2234C +... 49 Gambar 4.11 Grafik kelinieritasan nilai rpm dari alat rancangan dengan nilai rpm dari alat pembanding, Digital Tachometer DT-2234C +.... 50 Gambar 4.12 Proses kalibrasi modul digital voltmeter ammeter amperemeter DC 0-100V 0-10A dual red LED panel modul display menggunakan multimeter KOOCU DT9205A sebagai alat pembanding.... 51 Gambar 4.13 Grafik karakteristik arus dari pembacaan modul dengan alat pembanding multimeter KOOCU DT9205A.... 52 Gambar 4.14 Grafik kelinieritasan tegangan keluaran dari catu daya variabel alat rancangan dengan alat pembanding.... 53 Gambar 4.15 Hubungan daya keluaran catu daya dengan kecepatan sudut... 54 Gambar 4.16 Grafik kecepatan sudut vs RCF... 55 Gambar 4.17 Grafik kecepatan sudut kuadrat vs RCF dengan metode regresi linier... 56 xiii
DAFTAR LAMPIRAN Lampiran 1 : Datasheet Komponen Elektronika Lampiran 2 : Datasheet Komponen Mekanik/Perangkat Keras Lampiran 3 : Rancangan Mekanik/Perangkat Keras Lampiran 4 : Rangkaian Elektronika Lampiran 5 : Listing Program Lampiran 6 : Data Pengujian Lampiran 7 : Surat surat xiv