3. METODOLOGI PENELITIAN

3. METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Waktu dan Lokasi Penelitian Penelitian dilaksanakan pada bulan Juni 2011 sampai dengan Maret 2012. Kegiatan penelitian terdiri dari dua bagian, yaitu pembuatan alat dan uji coba alat. Pembuatan alat dilakukan di Laboratorium Workshop Akustik dan Instrumentasi Kelautan, Fakultas Perikanan dan Ilmu Kelautan, Institut Pertanian Bogor, sedangkan uji coba alat dilakukan di Laboratorium Flume tank, Fakultas Perikanan dan Ilmu Kelautan, Institut Pertanian Bogor. 3.2 Alat dan Bahan Alat dan bahan yang digunakan dalam pembuatan prototype ACM mencakup perangkat keras dan perangkat lunak. Alat yang digunakan dalam penelitian ini sesuai dengan Tabel 2. Tabel 2. Daftar Alat Yang digunakan No Alat Fungsi 1 Seperangkat Komputer Merancang perangkat keras dan lunak serta sebagai media pengolah data 2 AVR Studio Membuat fimeware dan mengunduh ke mikrokontroler 3 Digital Multi Meter Mengukur hambatan, voltase dan hubungan antar komponen 4 Solder listrik Menyolder komponen 5 Gerinda Listrik Memotong pcb, akrilik, dan bahan lainnya 6 Bor Listrik Melubangi permukaan casin 7 Pistol lem panas Melengketkan komponen dan casing 8 USBer Pro Menghubungkan komunikasi serial 9 Downloader Memasukan data pada mikrokontroller 10 Google sketchup 7 pro Membuat rancangan bentuk 11 Perangkat pendukung lainnya 13

14 Informasi lengkap mengenai bahan-bahan yang digunakan dalam pembuatan ACM dapat dilihat pada Tabel 3. Tabel 3. Daftar bahan yang digunakan No Bahan Tipe/Nilai Jumlah 1 Modul mikrokontroler ATmega 32 1 buah 3 Tranduser SRF02 (frekuensi 40KHz) 4 buah 5 Akrilik 50 x 50 cm 1 lembar 6 Pipa PVC Diameter 4 inch 1 buah 7 Sambungan pipa 4 inch-5 inch 1 buah 8 Dop pipa 4 inch 1 buah 9 Lem PVC 1 buah 10 Black housing (1x5) 4 buah 11 Black housing (1x1) 20 buah 12 ISP header (2x10) 1 buah 13 Konektor 6 lubang 1 buah 14 Kabel ISP 1 meter 15 Saklar 1 buah 16 Kabel Serial 1 buah 17 Catu daya 12 volt 1 buah 18 Baterai 9 volt 1 buah 3.3 Rancangan Umum Instrumen yang dirancang adalah suatu sistem pengambilan jarak yang disesuaikan dengan pergerakan partikel kecepatan arus air. Sistem ini terdiri dari beberapa unit fungsional yang secara keseluruhan terpadu dalam satu mikrokontroler (AVR ATMEGA 32). Pengukuran kecepatan arus menggunakan empat buah sensor ultrasonik yang akan mendeteksi gelombang pantulan suara pergerakan partikel air. Pantulan pergerakan air ini dikonversi dari jarak serta waktu pulsa sinyal yang terkirim/diterima oleh sensor. Sensor yang digunakan adalah sensor ultrasonik SRF02. SRF02 adalah sensor ultrasonik yang hanya memiliki satu transduser yang dapat digunakan dalam mengirim maupun menerima gelombang suara. Modul

15 sensor SRF02 hanya membutuhkan tegangan sebesar 5 Volt dengan arus 25 ma. Jarak yang dapat ditempuh antara 12 250 cm dengan frekuensi sebesar 40 KHz. Bentuk gelombang yang dikeluarkan berbentuk single beam sesuai dengan datasheet pada Lampiran 6. SRF02 mengubah suara menjadi jarak melalui 2 mode komunikasi, yaitu mode serial UART dan mode serial I2C (Robot-electronics, 2011). Berikut adalah tampilan sistem pengolahan dan distribusi data dan tegangan yang akan dibuat (Gambar 7.) SENSOR TRANSDUSER SRF 02 P O R T A P O R T B P O R T C P O R T D M I K R O K O N T R O L L E R A T M E G A 3 2 BATERAI 9V Gambar 7. Desain sistem pengolahan dan distribusi catu daya dan data 3.4 Desain Kerja Perancangan instrumen ini dipadukan dalam tiga proses perancangan yaitu perancangan konstruksi mekanik, konstruksi elektronik dan desain perangkat lunak.. Tahapan terakhir adalah integrasi dari ketiga proses perancangan tersebut. Tahapan proses perancangan instrumen ini dapat disusun sebagaimana ditunjukkan pada diagram alir (Gambar 8.).

16 MULAI PERSIAPAN PERUMUSAN PERANCANGAN MEMENUHI PERANCANGAN MEKANIK ELEKTRONIK DAN SOFTWARE PERANCANGAN MODEL MEKANIK PERANCANGAN MODEL ELEKTRONIK PERANCANGAN MODEL SOFTWARE MEMENUHI YA SELESAI Gambar 8. Diagram alir perancangan Instrumen ACM 3.5 Pembuatan Desain Dalam perancangan konstruksi mekanis dimulai dengan pembuatan rancangan bentuk mempergunakan software desain Google sketchup 7 pro (Gambar 9), pembuatan desain pada proses awal perancangan alat bertujuan untuk memudahkan dalam proses pembuatan konstruksi mekanik, rangkaian elektronik dan tata letak komponen yang terkait.

17 Gambar 9. Tampilan Google Sketch Up 7 3.6 Rancang Bangun Perangkat Keras 3.6.1 Pembuatan Mekanik Pembuatan mekanik alat mengadopsi bentuk ADCP dengan menggunakan empat sensor dengan sudut KEMIRINGAN yang serupa yaitu 10 o (Gambar 10), serta digunakannya beberapa material yang saling mendukung. Tata letak sensor mengikuti ADCP yang telah ada (Gambar 10). Dalam hal ini material yang digunakan seperti akrilik, pipa pvc 4 inci, dop pipa 4 inci serta sambungan pipa pvc. Gambar 10. Tata ruang sensor ACM (Sumber: USGS, 2006)

18 3.6.2 Pembuatan Rangkaian Elektronik Berikut adalah bagian kerja rangkaian elektronik yang digunakan: 1) Pembuatan skematik rangkaian, merupakan proses penyusunan rencana penggabungan komponen sambungan berupa gambar. 2) Pensolderan, dilakukan untuk menempelkan komponen pada sirkuit ataupun pada penyambungan antar komponen serta antar kabel. Bagian rangkaian elektronik yang dibuat ini mempergunakan mikrokontroler ATMEGA 32 sebagai pusat processing data dan tegangan. Gambar disusun sesuai dengan jalur komunikasi yang telah dibuat pada rancangan umum. Penggunaan sensor dalam hal ini SRF02 yang digunakan sesuai Gambar 5. SRF02 adalah modul sensor jarak yang memiliki 2 mode komunikasi yaitu mode serial UART dan mode serial I2C. Informasi tentang bagaimana prinsip kerja SRF02 secara detail dapat dilihat pada data sheet (SRF02, Mode Serial UART, Mode Serial I2C ). Deskripsi pin untuk mode SRF02 adalah sebagai berikut : 1. VCC, pin ini dihubungkan ke sumber tegangan 5 Volt. 2. RX, pin ini digunakan untuk jalur penerimaan data. 3. TX, pin ini digunakan untuk jalur pengiriman data. 4. Mode, pin ini digunakan untuk menentukan mode yang sesuai 5. Ground, pin ini dihubungkan ke ground.

19 Gambar 11. Konfigurasi sensor SRF02 (sumber : Robot-elektronik 2006) Agar bekerja pada mode serial UART maka pin Mode harus diberi logika low atau dihubungkan ke ground. Modul SRF02 hanya akan melakukan proses pengukuran jarak jika telah diberikan perintah terlebih dahulu. Dengan mengirimkan data serial yang berisi alamat sensor kemudian diikuti dengan data 84 (bentuk desimal) atau 0x54 (bentuk heksa) sebagai perintah maka SRF02 akan mulai melakukan proses pengukuran jarak dan setelah selesai dengan segera akan mengirimkan data 2 byte sebagai data hasil pengukurannya. Data 2 byte hasil pengukuran ini akan dikirimkan byte atasnya (upper byte) terlebih dahulu kemudian diikuti byte rendahnya (lower byte). Jika data perintahnya 84 (bentuk desimal) atau 0x54 (bentuk heksa) maka hasil pengukurannya akan memiliki satuan centimeter. Jika dikehendaki satuan inci atau μs maka dapat dirubah data perintahnya dengan 83 (bentuk desimal) atau 85 (bentuk desimal). Sesuai dengan spesifikasi yang diberikan oleh produsen modul SRF02 ini, mode serial UART ini hanya dapat bekerja pada kecepatan transmisi (baud rate) 9600 bps dan dengan format data 1-byte start, 8-byte data, 2-byte stop, dan tidak ada paritas sesuai dengan tabel perintah ini.

20 Tabel 4. Prosedur perintah dalam SRF02 Perintah Desimal Heksa Aksi desimal 80 0x50 Mode pengukuran sebenarnya hasil dalam inci 81 0x51 Mode pengukuran sebenarnya hasil dalam centimeter 82 0x52 Mode pengukuran sebenarnya hasil dalam mikrosekon 86 0x56 Mode pengukuran tiruan hasil dalam inci 87 0x57 Mode pengukuran tiruan hasil dalam centimeter 88 0x58 Mode pengukuran tiruan hasil dalam mikrosekon 92 0x5C 96 0x60 Transmisikan 8 siklus suara dengan frekuensi 40Khz- tidak ada pengukuran jarak Anda dapat mengulang sesuai kebutuhan- sama seperti awal menyalakan. Kita dapat mengabaikan perintah ini 160 0xA0 Perintah pertama untuk mengubah alamat I2C 165 0xA5 Perintah ketiga untuk mengubah alamat I2C 170 0xAA Perintah kedua untuk mengubah alamat I2C Sumber : Robot-elektronics, 2006 3.7 Rancang bangun perangkat lunak Perangkat lunak akan berkaitan dengan kinerja dari perangkat keras. Perangkat lunak pada sistem mikrokontroler disebut juga firmware. Bahasa pemograman yang digunakan ialah bahasa C. Compiler yang digunakan adalah Code Vision AVR C Compiler 2.05.0. Tampilan Code Vision AVR C Compiler 2.05.0 dapat dilihat pada Gambar 12.

21 Gambar 12. Tampilan Code Vision AVR C Compiler 20.5 Firmware yang telah dibuat diunduh menggunakan Atmel AVRProg (AVR 910) dan kabel data K-125R USB AVR Programmer (Gambar 13). Pembuatan program mikrokontroler ini dilakukan dengan menulis kode program sesuai dengan kebutuhan yang digunakan. Setelah tidak ada kesalahan pada penyusunan program, maka kode tersebut dikompilasi (mengubah kode program dalam format *.hex) agar dapat diunduh pada mikrokontroler. Gambar 13. Satu set Kabel Data seri K-125R

22 3.7.1 Diagram alir program Diagram alir dibuat untuk mempermudah perancangan dan pembuatan program, termasuk dalam pencarian kesalahan pada pemograman. Diagram ini juga membantu mempermudah orang dalam memahami alur kerja dari program yang sedang dirancang. Berikut adalah diagram alir yang digunakan dalam penelitian yang terbagi menjadi 2 bagian yaitu regresi alamat I2C sensor ultrasonik serta rancangan program perekaman sensor pada mikrokontroler ATmega 32. Bagian pertama ini adalah rancangan program yang diunduh pada mikrokontroler ATmega 32 dengan fungsi menginisialisasi alamat sensor yang digunakan (Gambar 14). Proses ini dilakukan agar keluaran sensor dapat diketahui serta dipisahkan dari keempat sensor yang digunakan. Bagian kedua ditampilkan pada Gambar 15 merupakan diagram alir rancangan program yang diunduh pada mikrokontroler ATmega 32, bagian ini merupakan proses penggabungan sistem kerja sensor yang digunakan. Nilai yang dikeluarkan sensor berdasarkan hasil dari proses registrasi pada bagian awal pemograman.

23 Mulai Inisialisasi Mikrokontroller Deklarasi Fungsi Konfigurasi mikrokontroller Deklarasi Variabel Inisialisasi Variabel Satu sensor meggunakan 1 alamat Deklarasi Alamat Registrasi SRF 02 Siap Tidak Auto tune tidak sesuai Ya Auto tune sesuai Selesai Gambar 14. Rancangan Program Registrasi Modul SRF02

24 Mulai Inisialisasi Mikrokontroller Deklarasi Fungsi Konfigurasi mikrokontroller Deklarasi Variabel Inisialisasi sensor sensor sensor sensor sensor Format data Kirim data lewat serial Selesai Gambar 15. Rancangan Program yang diunduh pada mikrokontroler ATmega 32

25 3.7.2 Pemrograman mikrokontroler Setelah firmware terbentuk, maka siap diprogram kedalam mikrokontroler ATmega 32. Pemrograman ini juga biasa disebut Flashing yang dilakukan untuk memproses program adalah Code Vision AVR C Compiler 20.5. Pemrograman dilakukan dengan menggunakan kabel Data seri K-125R Programmer. 3.8 Penyatuan seluruh perangkat Penyatuan atau integrasi seluruh bagian perangkat dilakukan setelah proses perancangan perangkat keras dan perangkat lunak yang telah selesai dibuat. Penyatuan seluruh perangkat memerlukan perencanaan yang baik dalam menempatkan bagian atau komponen yang ada. Penempatan ini harus sesuai dengan fungsi dan sistem yang terencana terutama penempatan perangkat keras. Penempatan ini seperti pada pengaturan tata letak kabel, tipe konektor, dan logika alat. Perencanaan disesuaikan dengan skema rangkaian secara keseluruhan guna mengoptimalkan kinerja alat. 3.9 Pengujian kinerja Acoustic Current Meter (ACM) Pengujian kinerja dilakukan pada saat proses perakitan dan penyatuan maupun setelah proses perakitan dan penyatuan komponen telah selesai. Pengujian dilakukan untuk menilai dan membandingkan sejauh mana tingkat keberhasilan dalam proses pembuatan alat. Beberapa pengujian yang dilakukan dalam pembuatan alat ini antara lain: 1) Pengujian kinerja sensor SRF02 2) Pengujian integrasi sensor SRF02

26 3) Pengujian pengambilan data ACM 3.9.1 Pengujian kinerja sensor SRF02 Pengujian sensor dilakukan setelah perancangan perangkat lunak diselesaikan. Pengujian ini membandingkan antara pola sebaran suara (lebar beam) pada data sheet (Lampiran 6) dengan hasil pengukuran (output sensor). Hal ini dilakukan sebagai control awal dalam penentuan titik acuan awal penempatan sensor pada alat. berikut skema pengujian kinerja sensor (Gambar 16.) Sensor 90 cm Objek Permukaan lantai Gambar 16. Skema pengujian kinerja sensor 3.9.2 Pengujian integrasi sensor SRF02 Pengujian integrasi sensor dilakukan setelah proses penyatuan sensor telah selesai baik perangkat lunak maupun perangkat keras. Proses ini dilakukan dengan memeriksa nilai masukan dari setiap sensor berdasarkan keluaran nilai

27 jarak yang didapatkan pada hyperterminal. Sensor akan mendapatkan perlakuan dengan mendekatkan objek pada setiap sensor. Sensor dinyatakan berfungsi jika terjadi perubahan nilai yang sesuai dengan ekspektasi. Hal ini dilakukan sekaligus untuk memastikan posisi peletakan sensor telah sesuai. 3.9.3 Pengujian pengambilan data ACM Pengujian data ACM dilakukan setelah ACM memiliki keluaran nilai yang sesuai. Pengujian ini dilakukan dengan memberikan perlakuan perbedaan arus searah pada objek yang diamati dengan membandingkan nilai pengukuran secara manual. Perbedaan arus ini menggunakan level kecepatan yang bertambah pada Flume Tank. Kecepatan arus ini menggunakan perbandingan kecepatan seperti pola pada gigi sepeda. Pengukuran secara manual dilakukan dengan menggunakan bola yang dihanyutkan dan dihitung kecepatannya dengan perbandingan jarak dan waktu yang diterima. Poin yang diamati diantaranya 1. Pengamatan nilai awal objek sama untuk keseluruhan sensor 2. Perubahan nilai sebanding dengan nilai kecepatan 3. Data dapat diamati dan diterima oleh hyperterminal. Langkah kerja yang dilakukan dalam proses pengujian instrumen Acoustic Current Meter (ACM01) dapat dilihat pada Gambar 17.

28 Seting eksperimen pada media Flume Tank, dengan display pada laptop. Proses selanjutnya adalah pengukuran jarak awal ACM01 dengan permukaan air pada Flume Tank dilanjutkan dengan mengukur kecepatan arus sesuai dengan variasi level kecepatan dari Flume Tank Pengambilan serta penyimpanan data hasil pengukuran ACM01 sebelum diolah pada proses selanjutnya Gambar 17. Proses pengukuran arus menggunakan ACM01 pada Flume Tank