PEMBUATAN ALAT UKUR JARAK BERBASIS PC MENGGUNAKAN SENSOR GP2D12 MELALUI SERIAL PORT Dwi Riyadi M0203025 Jurusan Fisika. Fakultas MIPA. Universitas Sebelas Maret Abstrak Dalam penelitian ini telah dirancang dan dibuat alat ukur jarak dengan antarmuka port serial pada komputer pribadi. Alat ukur jarak perangkatnya terdiri dari sensor jarak GP2D12-IR, Analog to Digital Converter 0804 (ADC), DT-51 Minimum System Ver. 3.3 (Mikrokontroler AT89S51) dan satu set perangkat komputer. Inisialisasi serial port dan pengolahan nilai digital menjadi nilai jarak digunakan pemrograman Delphi 7.0. Perangkat lunak yang dibuat juga berfungsi untuk menampilkan dan menyimpan data hasil pengukuran jarak. Perangkat akuisisi data yang dibuat mempunyai jangkauan pembacaan jarak 1 cm hingga 20 cm, dengan tingkat kesalahan relatif 0,089 % Kata kunci : Jarak, sensor GP2D12, mikrokontroler, serial port, PC I. Pendahuluan Pengukuran jarak dapat dilakukan secara manual ataupun secara otomatis dengan bantuan komputer. Pengukuran jarak atau ketebalan benda secara manual dilakukan dengan menggunakan jangka sorong dan mikrometer. Proses pengukuran memerlukan kesabaran dan ketelitian untuk mendapatkan hasil yang sempurna. Sedangkan pengukuran dengan menggunakan bantuan komputer akan memudahkan pengukuran dan memproses data yang dihasilkan. Pengukuran secara otomatis, dilakukan menggunakan sensor jarak yang dihubungkan dengan komputer. Sensor jarak mendeteksi perubahan posisi suatu objek. Selanjutnya sensor mengirimkan informasi yang akan diproses oleh komputer. Pada awalnya komputer dimanfaatkan sebagai alat hitung untuk menyelesaikan persamaan fisika analitik.tetapi pada perkembangannya komputer juga dimanfaatkan untuk meramalkan kejadian fisis, sistem pengukuran dan sebagai piranti kontrol. Hal ini mengingat komputer adalah suatu sistem tersendiri dengan fungsi sebagai media pembaca, media penyimpan, maupun media kontrol terhadap sistem fisis. Pemanfaatan yang luas tersebut dapat dilakukan karena komputer dilengkapi fasilitas dengan peranan sebagai fungsi input maupun antarmuka. Menurut Sutadi (2003) penggunaan serial port untuk komunikasi data mampu digunakan pada tegangan listrik cukup tinggi yaitu sampai dengan 50 V sehingga kecil peluang data hilang saat penerimaan. Disamping itu serial port hanya memerlukan 3 jalur komunikasi yang dipakai masing-masing sebagai 1
pengiriman data (Tx), penerima data (Rx) dan ground. Dalam aplikasinya perlu dikembangkan alat ukur jarak yang bersifat modern. Dalam penelitian ini akan dibuat alat ukur jarak berbasis komputer dengan memanfaatkan serial port sebagai jalur komunikasinya, sehingga instrument tersebut dapat digunakan sebagai alat ukur jarak secara digital dan nilai jarak dapat disimpan sebagai data pada komputer. II. Metodologi Penelitian II.1. Pengujian Sensor GP2D12-IR Pengujian GP2D12-IR bertujuan untuk melihat kinerja dari GP2D12-IR sebagai sensor jarak. Perubahan jarak sensor GP2D12-IR terhadap objek pemantul akan mempengaruhi tegangan output yang dihasilkan, semakin dekat objek pemantul semakin besar tegangan output yang dihasilkan. II.2. Pengujian DT-51 Minimum System Ver 3.3 Pengujian DT-51 Minimum System Ver 3.3 dilakukan untuk mengetahui kinerja mikrokontroler AT89S51. Pengujian dilakukan terlebih dahulu membuat program bahasa dengan software M-IDE untuk membaca nilai digital kemudian men-download-nya pada DT-51 Minimum System Ver 3.3 dengan menggunakan program DT51LWin.exe. II.3. Pengujian Rangkaian ADC0804 Pengujian masukan ADC0804 bertujuan untuk mendapatkan hubungan antara sinyal tegangan masukan ke ADC0804 dan data keluaran ditampilkan di komputer pribadi. Pengujian dilakukan dengan pemberian tegangan sebagai masukan antara 0 V sampai 5 V, dengan interval kenaikan 0,2 Volt. Pada Vcc diberikan tegangan 5 V dan pada Vref/2 diberikan tegangan 2,5 Volt. Gambar 4.1. Perangkat Lunak Pembacaan nilai digital dan konversi tegangan II.4. Pembuatan Software Pengukur Jarak pada Komputer Software yang digunakan untuk pembuatan pengukur jarak adalah Borland Delphi 7. Dengan mengetahui persamaan untuk grafik linier y = mx+b maka jarak dapat ditampilkan dengan perumusan: s = (1 / (m * Vout + b)) k (2) dengan m dan b merupakan konstanta yang didapat saat kalibrasi (Micromega, 2005). II.5. Pengujian Input data GP2D12 pada Komputer Pengujian input data GP2D12-IR pada Komputer dilakukan dengan cara menghubungkan GP2D12-IR dengan ADC0804, data analog yang merupakan input ADC akan diubah menjadi data digital kemudian dikirim ke mikrokontroler dan dari mikrokontroler akan diubah menjadi data serial. III. Hasil dan Pembahasan III.1. Pengujian Sensor Jarak Sensor GP2D12 memiliki tegangan output maksimum 2,70 V, dengan tegangan suplay (Vcc) pada sensor sebesar 5 V. Ketika benda diletakkan di depan sensor, sensor mempunyai tegangan keluaran yang ditunjukkan pada voltmeter. Saat benda terhadap sensor GP2D12 berada pada jarak 0 sampai 8 cm, tegangan keluaran 2
dari sensor mengalami kenaikan seiring dengan bertambahnya jarak benda terhadap sensor, tetapi pertambahan nilai tegangan terjadi secara fluktuatif. Nilai ini membuktikan karakter sensor yang hanya bekerja pada jarak 10 hingga 80 cm. Pada jarak 9 cm sampai 30 cm respon sensor terhadap jarak menunjukkan nilai jarak yang mendekati linier, sehingga pada jarak tersebut dibuat kurva linier positif yang dapat digunakan untuk mengidentifikasi jarak. Sehingga GP2D12 dapat digunakan sebagai sensor jarak. III.2. Pengujian Rangkaian ADC0804 Pada saat pengujian, input diberikan dari mulai 0,5 V dengan tingkat kenaikan 0,2 V, dan batas maksimal input yang diberikan adalah 5 V. Hal ini karena ADC0804 mempunyai range tegangan input mulai 0V sampai 5 V, dan tegangan Vcc 5 V sehingga ADC ini hanya mampu mengkonversi maksimal tegangan input sebesar 5V. Output ADC ini ditunjukkan dengan tampilan nyala LED. Hubungan antara tegangan input dengan nilai digital pada grafik digunakan untuk menentukan persamaan grafik dan menentukan linieritasnya. Dalam penelitian ini diperoleh persamaan y = 50,515x + 0, 42 dan R 2 = 0,9995. Dalam pengujian ADC0804 diperoleh grafik yang linear dengan keofisien korelasi R 2 untuk ADC0804 adalah mendekati 1. Hal ini menunjukkan bahwa nilai keluaran dari ADC sebanding dengan tegangan masukannya. III.3. Pengujian Mikrokontroler Hasil pengiriman data pada komputer ditampilkan dengan menggunakan software Borland Delphi 7 dengan memanfaatkan set instruksi sebagai berikut : var y:real; x:byte; begin ComPort1.Read(x,1); y:=x*5/255; Edit1.Text:=FormatFloat('0.00 ',StrToFloat(FloatToStr(y))); Edit2.Text:=IntToStr(x); end; instruksi ComPort1.Read(x,1) merupakan perintah pembacaan input bit yang ada pada port 1, dan jenis nilai ini nantinya digunakan sebagai kalkulasi dalam penghitungan jarak. Perintah ini dapat berjalan dengan terlebih dahulu meng-install komponen comport pada Borland Delphi 7. Dalam pengujian mikrokontroler nilai bit yang diberikan menghasilkan nilai bit yang sesuai dengan teori. III.4. Pembuatan Software Pengu kuran Jarak. 1/(jarak+4) 0.09 0.08 0.07 0.06 0.05 0.04 Grafik 1/(jarak+4) terhadap Vout y = 0.0284x + 0.0048 R 2 = 0.9939 0.03 1 1.5 2 2.5 3 Vout (volt) Gambar 3.1. Grafik linieritas jarak terhadap kenaikan tegangan 1/(jarak+4) 0.045 0.04 0.035 0.03 0.025 Grafik 1/(jarak+4) terhadap Vout y = 0.03x + 0.0032 R 2 = 0.9948 0.02 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3 Vout (volt) Gambar 3.2.. Grafik linieritas jarak terhadap kenaikan tegangan Konstanta linieritas persamaan grafik pada Gambar 4.3 dan 4.4 di atas 3
diperlukan untuk menentukan perumusan jarak pada pembuatan program alat ukur jarak dengan Delphi. Linieritas diperlukan agar didapatkan nilai perbandingan yang tetap antara input dan output yang terukur dari setiap pengukuran. Jarak Terukur (cm) 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 Perbandingan Jarak Benda y = 0.9934x + 0.0967 R 2 = 0.9996 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 Jarak Benda (cm) Gambar 3.3. Tampilan program untuk mengukur jarak III.5. Pengujian Alat Sebagai Alat Ukur Ketebalan Jarak Terukur(cm) 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 Perbandingan Jarak Benda y = 0.968x + 0.2862 R 2 = 0.998 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Jarak Benda(cm) Gambar 3.4. Grafik perbandingan jarak benda 1 10 cm Gambar 3.5. Grafik perbandingan jarak benda 10 20 cm Berdasar Gambar 3.3.. dan 3.4. di atas, grafik perbandingan jarak pada pengujian terlihat pada jarak 1 cm sampai dengan 20 cm. Pengambilan jarak tiap 1 cm pada uji coba sensor, dikarenakan pada jarak kurang dari 1 cm masih terjadi fluktuasi nilai walaupun pada saat posisi alat ukur tidak berubah. Pada Gambar 4.12, dan 4.13., tingkat linieritas mendekati 1 yaitu sebesar 0,998 dan 0,9996, hal tersebut menunjukkan jarak yang terukur oleh komputer hampir sama dengan jarak sebenarnya. Prosentase kesalahan dari pengujjian ini ditentukan dengan cara mencari simpangan antara jarak terbaca pada komputer dengan jarak sensor terhadap objek pantul yang diukur dengan mistar. Nilai kesalahan relatif pada penelitian ini sebesar 0,089 % dengan resolusi pengukuran sebesar 1 cm. III.6. Pengujian Alat Sebagai Alat Ukur Ketinggian Air Sama halnya dengan alat ukur ketebalan benda, alat ukur ketinggian air mampu mengetahui perubahan ketinggian permukaan air dari rentang 0 hingga 20 cm. Hal ini dikarenakan perumusan pada program alat ukur yang dibuat mengacu pada karakterisasi sensor yang digunakan. Adapun sensor ini memiliki tegangan keluaran pada jarak 30 cm hingga 80 cm yang cenderung tidak linier, sehingga kurva 4
tidak bisa dipakai untuk perumusan alat ukur. Gambar 3.6. Grafik ketinggian air IV.Kesimpulan dan Saran IV.1. Kesimpulan Dari hasil penelitian yang telah dilakukan dapat diambil kesimpulan sebagai berikut : 1. Alat ukur jarak dapat dibuat dengan dukungan dari PC dan menggunakan hardware sensor inframerah GP2D12 sebagai sensor jarak, ADC 0804, Minimum System Ver 3.3 berbasis AT89S51 dan melalui antarmuka serial port. Hasil pengukuran dapat diperlihatkan pada monitor komputer dengan menggunakan bantuan software Borland Delphi 7 berupa tabel data jarak yang berekstensi *.xls. 2. Alat ukur jarak yang telah dibuat mempunyai jangkauan pembacaan jarak antara 1 cm sampai dengan 20 cm dengan tingkat kesalahan relatif 0,089%. 3. Alat ukur ketinggian air mempunyai kesalahan maksimum 0,024% dalam pembacaan waktu penurunan untuk ketinggian 15 cm. 4. Alat ukur ketinggian air mempunyai kesalahan maksimum 0,124% dalam pembacaan waktu penurunan untuk ketinggian 10 cm. IV.2. Saran Pada pengembangan lebih lanjut dari penelitian ini, dapat disarankan beberapa hal : 1. Pengembangan pengantarmukaan melalui jalur yang lain pada komputer pribadi, misalnya melalui USB port. 2. Penggunaan jenis sensor jarak berbasis inframerah dengan tipe lain seperti GP2D120 untuk jarak antara 3,75 cm sampai 30 cm, GP2D05 untuk jarak antara 0 cm sampai 80 cm dan GP2Y0A02YK untuk jarak antara 0 cm sampai 150 cm sehingga didapat variasi jarak yang diinginkan. Daftar Pustaka Micromega, 2005, Measuring Distance with The Sharp GP2D12 and GP2D120 Distance Sensors, um- FPU Application Note 4, diakses 1 Juni 2008, http://www.micromegacorp.com/d ownloads/documentation/an004- GP2D12.pdf Sutadi, D., 2003, I/O Bus & Motherboard, Andi, Yogyakarta. 5