PENGUKUR KESEIMBANGAN POSISI BENDA

Pengukur Keseimbangan Posisi Benda

Ndaru Ratyanto1,  Roza Tita Oktafiana2, Dr. Samuel Beta, Ing-Tech.,M.T.3

E-mail : ratyanto@gmail.com1, rozatita.ok@gmail.com2, sambetak2@gmail.com3

Program Studi Teknik Elektronika Jurusan Teknik Elektro

Politeknik Negeri Semarang

Jln. Prof. H. Sudarto, S.H., Tembalang, Semarang, Jawa Tengah, Indonesia. 50275.

Telp. (024)7473417, Website :www.polines.ac.id, email : sekretariat@polines.ac.id

Intisari ─ Untuk mempermudah dalam mengukur dan menentukan keseimbangan posisi benda, maka dalam proyek ini dibuatlah aplikasi ARM (Advanced RISC Machine) menggunakan masukan berupa sensor gyro ADXL335 yang berfungsi untuk menentukan orientasi gerak dengan prinsip ketetapan momentum sudut dan luaran LED sebagai indikator posisi benda serta LCD untuk menampilkan sudut dari posisi benda, sedangkan ARM sebagai kontroler dan pemroses sinyal.

Kata Kunci : ARM, sensor gyro ADXL335

I.          PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Salah satu hal terpenting dalam pengendalian sistem navigasi adalah dalam hal penentuan posisi dan orientasi. Akan tetapi untuk melakukan pengukuran secara manual akan membutuhkan waktu yang cukup lama dan hasil pengukuran belum tentu presisi. Oleh karena itu dibutuhkan suatu instrumen yang dapat mendeteksi keadaan dan keberadaan suatu benda. Dalam dunia elektro-mekanik ada beberapa alat sensor gerak yang dapat digunakan, salah satunya adalah gyroscope.

Secara sederhana gyroscope adalah sensor yang berfungsi sebagai sensor sudut/gerak rotasi. Dari pengertian lain gyroscope berfungsi untuk menentukan gerakan sesuai dengan gravitasi yang dilakukan oleh pengguna. Gyroscope ini memiliki peranan yang sangat penting dalam hal mempertahankan keseimbangan suatu benda yang dapat menentukan kemiringan pada sumbu x,y, dan z. Oleh karena itu penulis mencoba membuat sebuah sistem pengukur keseimbangan posisi benda dengan maskan berupa sensor gyro ADXL335 dan dilengkapi dengan LED indikator serta LCD untuk menampilkan tegangan keluaran dan sudut kemiringan benda.

1.2 Perumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang di atas akan ditentukan beberapa rumusan masalah yaitu :

1. Bagaimana cara mendapatkan data sudut kemiringan posisi benda agar dapat dipantau oleh pengguna ?

2. Bagaimana cara mendapatkan titik keseimbangan posisi benda ?

3. Bagaimana cara kerja sensor gyro dalam menentukan kemiringan posisi benda ?

1.3 Tujuan

Adapun tujuan dari pembuatan alat ini yaitu:

1. Mempermudah untuk menentukan titik keseimbangan posisi benda

2. Mempermudah dalam memperoleh data kemiringan posisi benda

3. Mengaplikasikan ARM sebagai kontroler dan pemroses sinyal

II.          TINJAUAN PUSTAKA

Untuk mengetahui berbagai komponen dan peralatan yang dibutuhkan, maka disusunlah tinjauan pustaka sebagai acuan dalam merancang dan membuat aplikasi menggunakan mikrokontroler ARM NUC120 ini.

1. ARM NUC120

ARM adalah prosesor dengan arsitektur set instruksi 32-¬bit RISC (Reduced Instruction Set Computer) yang dikembangkan oleh ARM Holdings. ARM merupakan singkatan dari Advanced RISC Machine. ARM NUC120 merupakan sebuah modul mikronkontroler 32-bit berbasis ARM CortexM0.  ARM NUC120 BOARD dilengkapi dengan program bootloader sehingga tidak membutuhkan divais programmer terpisah. NUC120 dapat beroperasi dengan kecepatan CPU sampai 48MHz. Telah dilengkapi dengan Full Speed USB 2.0 Device Controller yang sangat fleksibel dan dapat dikonfigurasi untuk berbagai aplikasi berbasis USB.

 

Gambar 1. ARM NUC120

Spesifikasi :

a. Berbasis NUC120RD2BN dengan Flash memory APROM sebesar 64 Kbyte, 8 Kbyte SRAM, 4 Kbyte Data Flash.

b. Memiliki kemampuan IAP (In Applicaton Programming) dan ISP (In System Programming) melalui bootloader software pada LDROM.

c. Tersedia jalur SWD (Serial Wire Debug) yang dapat digunakan untuk debugging sertaprogramming.

d. Dapat diprogram langsung melalui jalur USB.

e. Mendukung Peripheral DMA mode.

f. Memiliki 8 channel ADC dengan resolusi 12 bit.

g. Memiliki 4 buah timer 32 bit.

h. Memiliki fungsi Watchdog dan RTC.

i. Dilengkapi dengan 4 buah hardware PWM dengan resolusi 16 bit.

j. Memiliki masing-masing 2 kanal jalur komunikasi UART, SPI, dan I2C.

k. Memiliki 1 channel I2C.

l. Tersedia antarmuka USB dan UART RS-485.

m. Terdapat sensor suhu built-in dengan range -40 - 125°C  dengan resolusi 1°C. Sensor ini memiliki gain -1.76mV/°C dan offset 720 mV pada suhu 0°C.

n. Memiliki hingga 45 jalur GPIO yang masing-masing dapat dikonfigurasi pull-up/ pull-down resistor, repeater mode, input inverter, dan open-drain mode.

o. Terdapat 22 MHz internal osilator.

p. Frekuensi osilator eksternal sebesar 12 MHz dan fitur PLL sampai dengan 48 MHz.

q. Frekuensi osilator eksternal sebesar 32.768 KHz yang dapat digunakan untuk fungsi RTC dan Low Power Mode.

r. Tersedia rangkaian reset manual.

s. Bekerja pada tegangan 3,3 – 5,5 V.

t. Dilengkapi dengan regulator 3,3 V dan 5 V dengan arus maksimum 800 mA

u. Tersedia pilihan catu daya input : catu daya eksternal 6,5 – 12 VDC (via regulator), catu daya eksternal 3,3 – 5,5 VDC (tanpa melalui regulator), atau menggunakan sumber catu daya dari jalur USB.

2. Sensor Gyro ADXL335

Perubahan kecepatan yang mampu di deteksi oleh sensor percepatan salah satunya adalah percepatan gravitasi bumi. Dalam kondisi diam, setiap benda secara normal akan memperoleh gaya tarik bumi. Nilai percepatan yang dialami benda tersebut adalah senilai dengan percepatan gravitasi. Sensor ADXL335 mampu mengukur percepatan dengan range sebesar ±3g. Sensor ADXL335 mempunyai keluaran analog berupa tegangan. Secara matematis, dapat diformulakan sebagai berikut.

Vout = (a x µ) V0g...............................(1)

dengan Vout = keluaran sensor (V), 

a = percepatanaktual (g), 

µ = sensitivitas sensor (V/g), 

V0g = tegangan ZeroG (V)

Percepatan gravitasi yang dideteksi oleh sensor percepatan ini bisa dimanfaatkan sebagai informasi sudut orientasi benda. Sistem kerja sensor ini bisa dimisalkan seperti pada gambar berikut.

Gambar 2. Respon keluaran vs orientasi gravitasi

Sensor ADXL335 beroperasi pada tegangan 1,8V sampai 3,6 V dengan tegangan tipikal 3,3 V. Sensitivitas dari sensor ini adalah antara 270 mV/g sampai 330 mV/g dengan tipikal 300 mV/g pada kondisi tegangan masukan 3 V.

 Gambar 3. Blok diagram fungsional ADXL335

Adapun skematik rangkaian dari sensor ADXL335 ditunjukkan seperti pada Gambar 4.

Gambar 4. Skematik rangkaian ADXL335

Sensor percepatan ADXL335 memiliki 16 pin seperti terlihat pada gambar 5.

Gambar 5. Konfigurasi pin ADXL335

Sebelum digunakan sensor harus dikalibrasi terlebih dahulu. Accelerometer ADXL335  terdiri dari 3 sumbu yaitu sumbu X, sumbu Y dan sumbu Z. Dimana setiap sumbu atau axis tersebut saling tegak lurus. Dalam pemakaian sensor percepatan, kalibrasi harus selalu dilakukan untuk mendapatkan parameter-parameter penentu perubahan kecepatan. Nilai parameter uji kalibrasi ini sangat menetukan nilai perubahan kecepatan. Pengujian sensor ADXL335 dilakukakan untuk mengetahui respon alami keluaran sensor, pengujian tegangan ZeroG atau tegangan keluaran axis saat perubahan kecepatannya sama dengan 0g, serta pengujian sensitivitas sensor yang merupakan nilai gain dari perubahan tegangan terhadap perubahan kecepatan.

3. LCD 16x4

LCD (Liquid Crystal Dispaly adalah suatu jenis media tampil yang menggunakan kristal cair sebagai penampil utama. LCD sudah digunakan diberbagai bidang misalnya alat-alat elektronik seperti televisi, kalkulator, ataupun layar komputer. LCD yang digunakan dengan jumlah karakter 2x16, LCD berfungsi sebagai penampil yang nantinya akan digunakan untuk menampilkan status kerja alat.

 Gambar 6 LCD display 16 x 2 character

Tabel 1 konfigurasi pin LCD

Fitur LCD 16 x 2 :

1. Terdiri dari 16 karakter dan 2 baris

2. Mempunyai 192 karakter tersimpan

3. Terdapat karakter generator terprogram

4. Dapat dialamati dengan mode 4-bit dan 8-bit

5. Dilengkapi dengan back light

4. WATERPASS

Waterpass adalah alat yang digunakan untuk mengukur atau menentukan sebuah benda atau garis dalam posisi rata baik pengukuran secara vertikal maupun horizontal. Waterpass ini dilengkapi dengan kaca dan gelembung kecil di dalamnya. Untuk mengecek apakah sudah terpasang dengan benar, perhatikan gelembung di dalam kaca berbentuk bulat. Jika gelembung tepat berada di tengah, itu artinya waterpass telah terpasang dengan benar. Pada waterpass, terdapat lensa untuk melihat sasaran bidik.

 

Gambar 7 waterpass

Pemakaian waterpass dilakukan dengan sederhana, caranya dengan menempatkan permukaan alat ke bidang permukaan yang di cek. Untuk mengecek kedataran maka dapat diperhatikan gelembung cairan pada alat pengukur yang ada bagian tengah alat waterpass. Sedangkan untuk mengecek ketegakan maka bisa dilihat gelembung pada bagian ujung waterpass. Guna memastikan apakah bidang benar benar rata maka gelembung harus tepat berada ditengah alat yang ada. Tingkat ketelitian waterpass ialah 1.5 mm.

 III.     PERANCANGAN ALAT

3.1 Perangkat Keras dan Rangkaian Elektronika

Adapun komponen yang digunakan adalah :

1. ARM NUC120

2. Sensor gyro ADXL335

3. LCD 16x2

4. LED

5. Waterpass

3.2 Blok Diagram Hubungan Komponen Utama

Berikut ini adalah diagram blok menggunakan masukan senso gyro ADXL 335 dengan keluaran LED dan LCD.

Gambar 8. Diagram Blok

3.3 Diagram Alir

                                            \

 Gambar 9. Diagram alir

3.4 Schematic Rangkaian

 

Gambar 10. Schematic rangkaian

3.5 Pengawatan

Gambar 11. Pengawatan dalam

Gambar 11. Pengawatan luar

IV.    PENGUJIAN ALAT

4.1 Cara Kerja Alat

Sensor gyro ADXL335 yang berfungsi sebagai masukan akan membaca titik kemiringan benda yang kemudian diproses oleh ARM  untuk menampilkan sudut kemiringan benda pada LCD.  Data yang diperoleh berupa tegangan keluaran dan besarnya sudut kemiringan pada sumbu x dan y. Setelah kita mendapatkan data kemiringan posisi benda, selanjutnya kita memutar ulir pada kotak secara manual untuk mendapatkan titik keseimbangan benda yaitu sumbu x = 0o, dan sumbu y = 0o. Selain itu, kotak juga dilengkapi dengan LED indikator pada setiap sudutnya sehingga apabila posisi benda belum seimbang LED akan menyala sesuai dengan posisi sudut yang dibaca sensor. Sedangkan ketika benda sudah mencapai titik setimbang maka semua LED akan menyala.

4.2 Hasil Percobaan

Setelah dilakukan simulasi alat bekerja sesuai dengan yang diinginkan. Pada tampilan LCD telah berhasil menampilkan besarnya tegangan keluaran dan besarnya sudut kemiringan pada sumbu X dan sumbu Y. LED indikator juga sudah berfungsi sesuai dengan cara kerja di atas. LED akan menyala jika sudut yang ditampilkan ≥ 5˚, dan ketika benda mencapai titik setimbang semua LED menyala. Berikut kami tampilkan hasil simulasi alat tersebut :

  

Gambar 13. Tampilan simulasi alat

V.  PENUTUP

Berdasarkan hasil perancangan, perakitan, pengujian dan analisa hasil dari alat "pengukur keseimbangan posisi benda", maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut :

1. Cara untuk mendapatkan data sudut kemiringan benda yaitu dengan menambahkan sensor ADXL 335 yang mampu mengukur perubahan percepatan gravitasi benda.

2. Cara mendapatkan titik keseimbangan posisi benda yaitu dengan melakukan kalibrasi pada sensor ADXL 335 sehingga diperoleh parameter yang diinginkan.

3. Dalam menentukan sudut kemiringan posisi benda Sensor Gyro mendeteksi setiap perubahan percepatan gravitasi dari benda untuk kemudian diubah menjadi tegangan.

4. Keluaran sensor ADXL 335 yang digunakan hanya parameter X_out dan Y_out.

5. Indikator untuk X_out dan Y_OUT adalah LED yang terpasang pada box.

Referensi

http://belajarmikrokontroler2015.blogspot.co.id/

http://www.leselektronika.com/2012/06/liguid-crystal-display-lcd-16-x-2.html

http://www.robotics-university.com/2014/02/accelerometer-adxl335.html

https://id.wikipedia.org/wiki/Waterpass

Biodata penulis :

Nama penulis Ndaru Ratyanto. Penulis dilahirkan di Semarang, tanggal 17 Desember 1995. Penulis telah menempuh pendidikan formal di SDN Plamongan Sari 02, SMPN 34 Semarang, dan SMKN 4 Semarang. Tahun 2014 penulis telah menyelesaikan pendidikan SMK. Pada tahun 2014 penulis mengikuti seleksi mahasiswa baru diploma (D3) dan diterima menjadi mahasiswa baru diploma (D3) di kampus Politeknik Negeri Semarang (Polines) dengan Program Studi D3 Teknik Elektronika, Jurusan Teknik Elektro. Penulis terdaftar dengan NIM. 3.32.14.2.13. Apabila ada kritik, saran dan pertanyaan mengenai penelitian ini, bisa melalui via email: ratyanto@gmail.com.

Nama penulis Roza Tita Oktafiana. Penulis dilahirkan di Banyumas, tanggal 5 Oktober 1996. Penulis telah menempuh pendidikan formal di SD Negeri 1 Samudra Kulon, SMP N 1 Gumelar, dan SMA N 5 Purwokerto. Tahun 2014 penulis menyelesaikan pendidikan nya di SMA,  Pada tahun 2014 penulis mengikuti seleksi mahasiswa baru diploma (D3) dan diterima menjadi mahasiswa baru diploma (D3) di kampus Politeknik Negeri Semarang (Polines) dengan Program Studi D3 Teknik Elektronika, Jurusan Teknik Elektro. Penulis terdaftar dengan NIM. 3.32.14.2.18 Apabila ada kritik, saran dan pertanyaan mengenai penelitian ini, bisa melalui via email: rozatita.ok@gmail.com

_________________________________________________________________________________

LAMPIRAN :

1. Download file jurnal (pdf)

2. Download file presentasi (ppt)

3. Download program

4. Download program pdf

5. Download tutorial pendukung CoIDE

6. Download aplikasi CoIDE