jurnaltarudisnpr
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
1
PERANCANGAN DAN IMPLEMENTASI ALAT UKUR DAYA OPTIK BERBASIS
MIKROKONTROLER AVR AT MEGA 8535 DENGAN TAMPILAN DI KOMPUTER
(Design and Implementation Of Optical Power Meter Base on ATMEGA 8535 with Display on Computer)
Rudi Sianipar1, A. Hambali
2, Sarwoko
3
Fakultas Teknik Elektro dan Komunikasi – Institut Teknologi Telkom
ABSTRAK
Power meter optik merupakan suatu alat ukur yang digunakan untuk mengukur besar nilai daya sinyal
optik pada suatu sistem komunikasi serat optik. Power meter optik yang dirancang pada tugas akhir ini terdiri
dari 5 blok yaitu blok penerima daya sinyal optik, blok sistem minimum mikrokontroler AVR ATMega 8535,
blok serial to Universal Serial Bus (USB) converter, personal computer (PC) dan blok catu daya. Sumber optik
yang digunakan yaitu programmable light source type AQ-4304 dengan panjang gelombang 600-1600 nm.
Sinyal optik yang memiliki besar daya dan panjang gelombang yang berbeda akan ditrasmisikan dengan
menggunakan serat optik ke blok penerima. Blok penerima sinyal optik terdiri dari rangkain photodetector dan
rangkaian penguat. Photodetector berfungsi untuk mengubah sinyal optik yang diterima menjadi sinyal listrik.
Sinyal listrik yang telah melemah akan dikuatkan oleh rangkaian penguat untuk mendapatkan keluaran berupa
tegangan yang maksimal. Tegangan keluaran tersebut akan dihubungkan ke blok sistem minimum mikrokontroler
ATMega8535. Pada blok ini level tegangan yang masuk diubah menjadi data ADC dengan pemrograman Bahasa
C. Data ADC akan dikirimkan ke personal komputer (PC) melalui serial to universal serial bus converter.
Komputer akan menyimpan data ADC dan akan menampilkan nilai daya optik di monitor komputer.
Power meter optik yang akan dirancang dan diimplementasikan pada tugas akhir ini diharapkan
memiliki tingkat keakurasian ≤ 5%. Data hasil pengukuran sinyal optik yang akan disimpan dan ditampilkan
oleh komputer berupa besar nilai daya sinyal optik (dBm) dan Panjang gelombang sinyal optik (nm).
Kata Kunci : Photodetector, Mikrokontroler AVR ATMega8535, Analog to Digital Converter (ADC),
Serial to USB Converter, dan Pesonal Computer (PC).
ABSTRACT
Optical power meter is a measuring tool used to measure the value of the optical signal power in a fiber-
optic communication systems. This measure using a fiber optic as the transmission medium of optical signals
from an optical source at the time of the measurement process. Optical power meter designed in this thesis
consists of 5 blocks: the block receiving the optical signal power, the minimum system block AT Mega 8535
AVR microcontroller, serial to Universal Serial Bus (USB) converter, personal computer (PC) and the power
supply block. Optical source used is a programmable light source type AQ-4304 with wavelength 600-1600 nm.
Optical signals have different power and different wavelengths will be transmitted with fiber optics to block the
receiver. Block consists of an optical signal receiver string of photo detector and amplifier circuits. Photo detector
serves to convert the received optical signals into electrical signals. Electrical signal which has been weakened
would be strengthened by the amplifier circuit to obtain the maximum output voltage form. The output voltage
will be connected to the microcontroller ATMEGA8535 minimum system block. In this block the incoming
voltage level is converted into the ADC data with programming language C. ADC data will be sent to a personal
computer (PC) via a universal serial bus to serial converter. The computer will store the ADC data and will
display the value of optical power on the computer monitor.
Optical power meter that will be designed and implemented in this thesis have accuracy and linearity ≤
5%. Optical signal measurement result data will be stored and displayed by the computer in the form of the
optical signal power (dBm) and optical signal wavelength (nm).
Keywords: Photo detector, ATMEGA8535 AVR Microcontroller, Analog to Digital Converter(ADC), Serial to
USB Converter, and Personal Computer (PC).
2
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Masalah
Pengukuran daya sinyal optik memiliki peranan
yang sangat penting pada proses perancangan sistem
jaringan komunikasi optik. Oleh karena itu,
pengukuran daya sinyal optik sangat diperlukan dalam
proses pemantauan dan pengendalian suatu sistem
jaringan komunikasi optik.
Alat ukur ini dipergunakan untuk mengukur daya
sinyal optik pada saat praktikum sistem komunikasi
serat optik. Sinyal optik yang merambat pada serat
optik mengalami perubahan daya sinyal yang
diakibatkan oleh adanya redaman (loss). Sumber
redaman dapat berasal dari komponen-komponen
transmitter/receiver, serat optik, cahaya luar yang
masuk, dan lain sebagainya. Redaman tersebut dapat
mengakibatkan daya yang dikirimkan dari transmitter
ke receiver akan mengalami degradasi sinyal
(penurunan daya). Penurunan daya tersebut dapat
diketahui dengan cara mengukur daya sinyal optik
yang diterima dengan menggunakan power meter
optik.
Alat ukur daya sinyal optik atau power meter
optik digital yang dimiliki oleh laboratorium sistem
komunikasi serat optik berjumlah dua buah sehingga
tidak ada power meter optik cadangan untuk
menggantikan power meter optik apabila tejadi
kerusakan karena kedua alat dipergunakan yang. Oleh
karena itu, pada tugas akhir ini telah dibuat suatu
power meter optik yang ekonomis sebagai alat ukur
cadangan atau tambahan agar proses praktikum di
laboratorium sistem komunikasi serat optik dapat
berjalan dengan baik dan lancar.
1.2 Tujuan Penelitian
1. Menghasilkan alat ukur daya sinyal optik yang
dapat diimplementasikan dan memiliki tingkat
performansi, ketelitian dan keakuratan yang baik.
2. Menghasilkan power meter optik yang memiliki
harga pembuatan perangkat yang lebih murah
dengan memanfaatkan perangkat-perangkat yang
telah ada di laboratorium.
1.3 Rumusan Masalah
Masalah yang dirumuskan pada perancangan dan
implementasi dari tugas akhir ini yaitu :
1. Bagaimana cara mengubah sinyal optik menjadi
sinyal elektrik.
2. Bagaimana cara menguatkan tegangan listrik dari
keluaran photodetector untuk mendapatkan level
tegangan yang maksimal agar mendapatkan level
data ADC yang maksimal.
3. Bagaimana cara kerja mikrokontroller dalam
memperoses dan megirim data digital hasil
pengukuran ke komputer.
4. Bagaimana cara menampilakan data yang dikirim
oleh mikrokontroller ke komputer.
5. Bagaimana melihat performansi, tingkat ketelitian
dan keakuratan power meter optik dalam
mengukur daya sinyal optik.
1.4 Batasan Masalah
Batasan-batasan masalah dalam perancangan
dan implementasi pada tugas akhir ini yaitu sebagai
berikut :
1. Transmiter optic atau sumber optik yang
digunakan adalah programmable light source.
2. Fotodetektor optik yang digunakan jenis Si
photodiode S1337 Series 5.8 mm sebagai sensor
cahaya.
3. Mikrokontroller yang digunakan adalah AVR
ATMega 8535 dengan bahasa pemrograman C.
4. Perangkat antarmuka atau interface yang
digunakan adalah komputer atau Liquid Crystal
Display (LCD) sebagai tampilan data hasil
pengukuran.
5. Saluran transmisi serat optik yang digunakan
adalah singlemode step indeks dengan panjang 2
meter.
6. Connector yang digunakan adalah FC connector.
7. Sinyal optik yang diukur memiliki panjang
gelombang 600-1000 nm.
8. Sumber cahaya yang dipancarkan oleh
programmable light source yang terukur oleh
power meter optik (AQ2150) adalah 42 nW
sampai 98 nW.
9. Aplikasi interface pada komputer dibangun
dengan bahasa pemrograman Visual Basic.
BAB II
DASAR TEORI
2.1 Konfigurasi Sistem Komunikasi Serat Optik
Gambar 2.1 Konfigurasi Sederhana Sistem
Komunikasi Serat Optik
Sistem Komunikasi Serat Optik Sederhana Terdiri
Dari:
1. Transmitter berupa Laser Diode (LD) dan Light
Emitting Diode (LED)
2. Media transmisi yaitu serat optik (Singlemode
dan Multimode).
2
3. Receiver yang biasanya berupa detektor PIN
(Positive Intrinsic Negative) dan APD
(Avalanche Photodiode).
2.1.2.1 Serat Optik Singlemode
Serat optik singlemode yang terlihat pada Gambar
2.3 merupakan jenis serat khusus step index dengan
ukuran diameter inti 5 sampai 10 µm dam perbedaan
indeks bias relatif antara inti dan cladding kecil.
Jenis serat singlemode lebih banyak digunakan untuk
komunikasi jarak jauh dan mampu menyalurkan data
dengan kapasitas besar dan bit rate yang tinggi.
Gambar 2.3 Step Index Singlemode
2.2.1 Photodetector
Photodetector optik merupakan perangkat pada jaringan sistem komunikasi serat optik yang berfungsi mengubah sinyal optik menjadi sinyal elektrik.
sebuah photodetector harus memenuhi syarat seperti berikut: 1. Sensitivitas tinggi dalam daerah panjang
gelombang komunikasi 2. Noise rendah 3. Respon cepat atau bandwidth cukup untuk
menangani laju data yang diperlukan 4. Tidak peka terhadap variasi suhu
Karakterisrik PIN dan APD pada Tabel 2.2: Tabel 2.2 Karakteristik PIN dan APD
Karakteristik PIN APD
Responsivitas, μA/ μW
80 70
Spektral respon, nm
1150 – 1600
1150 –
1600
Dark current, nA 2 5
Kapasitansi, pF 1,5 4
Risetime, ns 0,5 max
0,5
2.3 Akurasi atau Ketelitian
Akurasi merupakan beda atau kedekatan antara nilai yang terbaca dari alat ukur dengan nilai yang sebenarnya. Secara umum akurasi dari sebuah alat ukur ditentukan dengan cara kalibrasi pada kondisi operasi tertentu dan dapat diekspresikan dalam bentuk plus-minus atau presentasi dalam skala tertentu atau pada titik pengukuran yang spesifik. Nilai akurasi dari suatu sistem dapat diperoleh dari persamaan sebagai berikut:
(2.8) Keterangan : A = Akurasi Total a1, a2, a3,… = batas akurasi individual 2.5 Presisi atau Ketepatan
Presisi adalah istilah untuk menggambarkan
tingkat kebebasan alat ukur dari kesalahan acak.
Jika pengukuran individual dilakukan berulang-
ulang, maka sebaran hasil pembacaan akan
berubah-ubah disekitar nilai rata-ratanya.
Secara matematis, presisi dapat
dinyatakan sebagai berikut:
(2.9)
Keterangan : Xn = nilai pengukuran ke-n
= nilai rata-ratanya n
pengukuran
BAB III
PERANCANGAN DAN REALISASI
3.1 Gambaran Umum Sistem
Gambar 3.1 Blok Sistem Power Meter Optik
Transmitter
Optik
Catu Daya
Receiver Optik
Konversi arus
listrik ke
tegangan
Fotodetektor PenguatMikrokontroller
ATMega 8535PC
Serat Optik
LCD
Gambar 3.2 Diagram Alir Blok Sistem
Fungsi dari masing-masing blok pada blok
diagram rangkaian diatas adalah sebagai berikut:
a. Rangkaian Sumber Tegangan (Catu Daya)
Rangkaian sumber tegangan berfungsi untuk
menyuplai tegangan 5V DC.
b. Transmitter Optik (Programmable Light Source)
Programmable light source berfungsi sebagai
sumber cahaya yang dapat dikendalikan atau
diatur nilai panjang gelombang dan resolusi
3
cahaya yang memancar dan merambat pada serat
optik.
c. Serat optik
Serat optik berfungsi sebagai media transmisi dari
transmitter ke receiver optik.
d. Fotodetektor
Fotodetektor pada sistem ini menggunakan
photodiode. Photodiode berfungsi sebagai
transducer yang mengubah energi optik ke dalam
bentuk energi listrik.
e. Rangkaian Konversi Arus ke Tegangan (Front
End)
Rangkaian front-End berfungsi untuk
mengonversi arus listrik menjadi tegangan listrik.
f. Rangkaian Penguat
Rangkaian Penguat berfungsi untuk meningkatkan
atau menguatkan tegangan listrik yang dihasilkan
oleh rangkaian front-end yang kecil agar
mendapatkan level tegangan dan nilai data ADC
yang maksimal.
g. Sismin Mikrokontroler ATMega 8535
Sistem minimum ATMega 8535 berfungsi sebagai
alat pengubah sinyal analog ke sinyal digital
(ADC), memproses data digital menjadi data hasil
pengukuran daya optik dan mengirim data hasil
pengukuran.
h. Liquid Crystal Display (LCD)
LCD berfungsi untuk menampilkan data hasil
pengukuran pada sistem minimum AVR ATmega
8535.
i. Komunikasi Serial RS232
Komunikasi serial berbasis RS232 berfungsi
sebagai protocol komunikasi yang digunakan
antara mikrokontroler dengan komputer dalam
proses pemindahan data dari mikro ke komputer.
Rangakain ini berfungsi sebagai interface pada
sismin mikrokontroler (DB9) ke komputer (USB)
sehingga terjadi komunikasi serial antara
mikrokontroler dengan PC.
j. PC (Personal Komputer)
PC berfungsi untuk menampilkan dan buffer level
daya terima fotodetektor dalam satuan nanoWatt
(nW).
3.2 Perancangan Perangkat Keras (Hardware)
3.2.1 Fotodetektor
Tabel 3.1 Karakteristik Photodiode jenis Si 1337
Series
Karakteristik Keterangan
Peak Sensitivity
Wavelength λp (nm)
960 nm
Spectral response range λ
(nm)
340-1100 nm
Operating Temperature -20 – 60 °C
Effective Active Area 33 mm2
Reverse Voltage VR max
(V)
5 Volts
3.2.2 Rangkaian Konversi Arus ke Tegangan
(Front End)
Gambar 3.3 Rangkaian Front End (konversi arus ke
tegangan)
3.2.3 Rangkaian Penguat
Rangkaian penguat yang digunakan dapat terlihat pada
gambar 3.4 sebagai berikut :
Gambar 3.4 Rangkaian Penguat
Rangkaian ini berfungsi memberikan keluaran
tegangan yang tergantung tegangan masukan yang
diterima dari rangkaian konversi arus ke tegangan
(Front End). Adapun penguatan yang dihasilkan dari
rangkaian ini dapat diketahui melalui persamaan 3.1
sebagai berikut :
A = 1 + ( R4 / R3 ) (3.1)
Penguatan = 1 + ( 1 000 000 / 10 000 )
= 1 + 100
4
= 101 kali
Penguatan 101 kali digunakan karena
perubahan tegangan yang dihasilkan oleh fotodetektor
bernilai sangat kecil (milivolt) sehingga tidak
mempengaruhi perubahan pada level tegangan ADC (0
- 5 Volt). Penguatan tersebut mengubah tegangan
keluaran receiver dari 53,7 – 74,3 mV menjadi 2,92
sampai 3,04 Volt.
3.2.4 Sistem Minimum Mikrokontroler AVR
ATMega8535
Rangkaian mikrokontroler merupakan pusat
pengendalian dari bagian input dan keluaran serta
pengolahan data. Pada sistem ini digunakan
mikrokontroler jenis AVR ATMega8535 yang
memiliki spesifikasi sebagai berikut :
a. XTAL (11,0592 Mhz), yang berfungsi sebagai
pembangkit clock.
b. C (22pF), pada pin XTAL 1 dan XTAL2.
c. C (100nF) dan R (100Ω) pada pin reset.
d. Kapasitor Elco (4,7 uF).
e. VR (5K) pada pengotrol kontras LCD.
f. Push button sebagai tombol reset.
g. Port A.0 digunakan sebagai input dari sensor
fotodetektor karena merupakan salah satu pin
ADC.
h. Port C digunakan sebagai pin output ke LCD.
i. Port D digunakan sebagai pin output untuk
komunikasi serial (RS232) ke komputer.
Skema rangkaian sistem minimum
mikrokontroler dapat dilihat pada gambar 3.5 berikut :
Gambar 3.5 Rangkaian Sismin Mikrokontroler AVR
ATMega853
3.2.5 LCD
Gambar 3.6 Skema Rangkaian LCD
LCD ini menggunakan 4 bit jalur data. Jalur
datanya menggunakan pin C.4 hingga pin C.7 dari
AVR ATMega 8535. Sedangkan untuk mengontrol
LCD, digunakan pin C.1 dan pin C.3 dari AVR
ATMega 8535. Kaki PC.0 untuk mengontrol kaki RS
dari LCD dan kaki PC.2 untuk mengontrol kaki EN
dari LCD.
3.2.6 Perancangan Komunikasi Serial
Dalam sistem ini sistem minimum ATMega
8535 berkomunikasi dengan komputer menggunakan
komunikasi serial dengan standar komunikasi RS 232.
Untuk merubah data keluaran mikrokontrler yang
memiliki standar TTL ke standar RS 232 diperlukan IC
MAX 232.
Gambar 3.7 Konfigurasi IC MAX 232
3.2.7 Rangkaian Catu Daya
Rangkaian catu daya ini terdiri dari:
a. Kapasitor dan Resistor.
b. LM 7805 berfungsi untuk mengubah tegangan DC
masukan yang nilainya lebih dari 5 volt menjadi 5
volt DC.
c. Switch untuk tombol on/off.
d. LED sebagai indikator.
Dalam hal ini digunakan 1 buah rangkaian
catu daya dengan tegangan 5 volt digunakan untuk
mencatu rangkaian receiver optik dan rangkaian
mikrokontroler. Rangkaian catu daya dapat dilihat
pada gambar 3.8 sebagai berikut :
Gambar 3.8 Rangkaian Catu Daya
3.2.8 Perancangan Perangkat Lunak (Software)
3.2.8.1 Pemrograman Mikrokontroler AVR 8535
5
Program utama dari ADC dan USART
menggunakan Mikrokontroler AVR 8535 ini antara
lain sebagai berikut:
1. Inisialisasi port-port yang digunakan untuk
ADC, konfigurasi mode yang digunakan
untuk ADC dan USART, Konfigurasi port
keluaran.
2. Ambil data analog dari port A.0
3. Mulai konversi data analog yang masuk dari
port A.0
4. Selesai konversi
5. Tampilkan konversi ADC ke LCD melalui
port C
6. Kirim keluaran ADC ke register sbuf USART
7. Konversi port komunikasi serial menjadi USB
8. Keluarkan hasil konversi melalui port D.1
atau kaki Tx.
9. Kembali ke langkah nomor 2
Berikut ini adalah diagram alir untuk program
mikrokontroler dari sistem ini.
START
ADC INITIALIZATION
USART INITIALIZATION
CHECK PORT A.0
THERE ARE DATA ?
START CONVERTING
FINISH CONVERT ?
SHOW TO PORT C (LCD)
SENT TO PC VIA RS232
DATA HAVE BEEN
RECEIVE ?
DISPLAY DATA IN PC
END
Y
N
N
N
Y
Y
Gambar 3.9 Flowchart program ADC dan USART
3.2.8.2 Program Analog to Digital Converter
ADC (Analog to Digital Converter) adalal
sebuah interface yang dapat mengubah tegangan
analog menjadi pulsa digital. Pada IC mikrokontroler
AVR ATMega8535, ADC yang kita gunakan sudah
ada pada port A. Pada ADC 10 bit, rentang output
yang dihasilkan adalah 2 pangkat 10 = 1024.
Dalam pembuatan alat ini digunakan Vref
(tegangan referensi) sama dengan Vcc sebesar 5 Volt
dengan resolusi ADC 10 bit, sehingga perhitungan
ketelitian seperti dibawah ini :
Ketelitian = Vref / Jumlah bit
= 5 / 1024
= 0,0048828 Volt ≈ 0,004883
Volt
6
= 4,883 mV
Dengan mendapatkan nilai ketelitian, maka
akan dapat diketahui berapa volt tegangan yang di
ukur.
Tegangan = data ADC * ketelitian
Misalkan setelah konversi data maksimal
yang didapat adalah 709, maka tegangan yang diukur
adalah :
Tegangan = data ADC * ketelitian
= 709 * 0.004883
= 3,4620 volt
= 3462 mV
Setelah konversi selesai, proses selanjutnya
adalah penentuan rumus program pengukuran daya
sinyal optik pada dengan mencari hubungan regresi
linier antara nilai data ADC (variabel x) dan nilai daya
pengukuran sinyal optik dengan power meter referensi
(nW).
Penentuan Rumus Program
Rumus program adalah rumus yang digunakan
untuk menampilkan daya yang diukur oleh power
meter optik. Cara penentuannya adalah dengan
membuat grafik regresi linier antara data ADC dan
data daya power meter referensi rata-rata. Kemudian
dari grafik tersebut menghasilkan rumus yang
dimasukkan ke program mikrokontroler AVR
Gambar 3.10 Grafik Data ADC terhadap Daya Power
Meter Referensi
Grafik diatas menjelaskan bahwa perbandingan
nilai hasil pengukuran antara data ADC dengan daya
(nW) pada power meter referensi adalah cenderung
linier. Rumus yang didapat dimasukkan ke program
mikrokontroler AVR ATMega8535. Rumus tersebut
berfungsi sebagai rumus untuk menampilkan daya
yang terukur di LCD dan komputer.
Flowchart Program
Flowchart dari program pengukuran daya
optik dapat dilihat pada gambar (gambar 3.9 dan
gambar 3.10) sebagai berikut :
START
ADC INITIALIZATION
LCD INITIALIZATION
USART INITIALIZATION
Check PORT A.0
There are data ?
Start Converting
Finish Convert ?
Display (LCD)
POWER METER OPTIK
Daya = Y nW
Sent “Y” to PC via
RS232
There are “Y” ?
DISPLAY (PC)
Daya Sinyal Optik : Y
nW
END
Check Data ADC
adc=read_adc(0)
y=(1.452*adc)-928.9
Daya Sinyal Optik = Y
Y
N
Y
Y
N
N
Gambar 3.11 Flowchart Program Power Meter
Optik
3.3.1.2 Program Serial Komunikasi
Subrutin yang digunakan untuk mengaktifkan UASRT
Transmitter pada :
7
“// initialization USART
void usart_init(unsigned int baudr)
//set baud rate
UBRRH=((unsigned char) (baudr>>8)) & (0x7f);
UBRRL=(unsigned char) (baudr);
UCSRA=0x00;
//aktifkan tx
UCSRB=(1<<TXEN);
//set frame format: 8 bit, 2 stop bit
UCSRC=(1<<USBS) | (3<<UCSZ0) | (1<<USEL);
”.
Berikut ini adalah subrutinyang digunakan untuk
mengirimkan sebuah data:
lcd_init(16); // LCD Module Initialization
delay_ms(100);
usart_init(ubrr_val);
delay_ms(100);
while (1)
// Place your code here
adc=read_adc(0);
y=(1.452*adc)-928.9;
if (y>=40 && y<=115)
lcd_clear(); // fungsi untuk menghapus
tampilan LCD
lcd_putsf("POWERMETER OPTIK");
adc=read_adc(0); // baca ADC di port A.0
lcd_gotoxy(0,1);
lcd_putsf("DAYA :");
lcd_gotoxy(7,1); //
lcd_gotoxy(kolom,
baris) fungsi untuk
mensetting posisi
karakter pertama.
sprintf(lcd,"%2.3f",y);
lcd_puts(lcd);
lcd_gotoxy(14,1);
lcd_putsf("nW"); //fungsi untuk menampilkan
“nW”
printf("%2.3f \r\n",y);
delay_ms(1000);
3.3.2 Perancangan Pemrograman Interface pada
PC
Buka Start --> All Programs --> Accessories -->
Communications --> HyperTerminal.
Gambar 3.13 Pengujian komunikasi serial pada
Hyperterminal
Gambar 3.14 Tampilan form utama Visual Basic
8
Gambar 3.15 Tampilan pembuatan aplikasi interface
pada PC
Gambar 3.16 Interface power meter optic pada
komputer
BAB IV
PENGUJIAN DAN ANALISA HASIL
IMPLEMENTASI SISTEM
Pengujian yang dilakukan meliputi:
1. Pengujian perangkat keras (hardware)
2. Pengujian perangkat lunak (software)
3. Pengujian fungsionalitas sistem power
meter optik.
4.1 Pengujian Perangkat Keras (Hardware)
4.1.1 Pengukuran Sinyal Keluaran Fotodetektor
Pengukuran ini dilakukan dengan
menghubungkan output dan ground dari rangkaian
sensor ke osiloskop.
Gambar 4.1 Sinyal keluaran sensor yang tidak diberi
cahaya
Amplitudo sinyal berkisar antara 53.7 mV yang masih
tercampur dengan noise.
Gambar 4.2 Sinyal keluaran sensor yang diberi cahaya
dengan λ = 600
Amplitudo sinyal berkisar antara 54.3 mV yang masih
tercampur dengan noise.
Gambar 4.3 Sinyal keluaran sensor yang diberi cahaya
dengan λ = 1000 nm
Amplitudo sinyal berkisar antara 74.3 mV yang masih
tercampur dengan noise. Dari data hasil pengukuran
terlihat bahwa amplitudo sinyal keluaran fotodetektor
berkisar antara 53.7 – 74.3 mV
4.1.2 Pengukuran Keluaran Penguat Sinyal
Pengukuran besarnya penguatan dilakukan
dengan menghubungkan rangkaian receiver dengan
oscilloscope. Pengamatan dilakukan dengan
mengamati keluaran penguat. Gambar juga terlihat
bentuk sinyal sama, karena penguat non- inverting
tidak membalik sinyal keluaran.
9
Gambar 4.4 Sinyal keluaran penguat yang terhubung
dengan sensor yang tidak menerima cahaya
Amplitudo sinyal berkisar antara 2, 92 V yang masih
tercampur dengan noise. Dari data hasil pengukuran
terlihat bahwa sinyal keluaran sensor sebesar 53,7 mV
dan dikuatkan sebesar 55 kali oleh op-amp menjadi
2.92 V.
Gambar 4.5 Sinyal keluaran penguat yang terhubung
dengan sensor yang menerima cahaya dengan λ = 600
nm
Amplitudo sinyal berkisar antara 2.93 V yang masih
tercampur dengan noise dan penguatan sebesar 54 kali.
Gambar 4.6 Sinyal keluaran penguat yang terhubung
dengan sensor yang menerima cahaya λ = 1000 nm
(3,04 V)
Amplitudo sinyal berkisar antara 3.04 V yang masih
tercampur dengan noise dan penguatan sebesar 41 kali.
4.1.3 Pengujian Kinerja Receiver
Rangkaian reveiver optik ini diuji dengan cara
memberikan catuan sebesar 5 Volt dan cahaya yang
merambat pada serat optik dari transmitter optik ke
fotodetektor yang akan menghasilkan arus elektrik.
Kemudian arus elektrik tersebut dikonversi menjadi
tegangan tegangan listrik oleh IC LM324N. Karena
tegangan keluarannya masih kecil maka tegangan
tersebut dikuatkan kembali oleh IC LM324N.
Pengujian kinerja receiver juga dilakukan
dengan cara melihat tegangan keluaran rangkaian
receiver yang diukur menggunakan multimeter digital.
Data hasil pengukuran adalah untuk menentukan
ketidakpastian hasil pengujian yang nantinya
digunakan untuk menentukan sistem yang dirancang
dapat bekerja dengan baik atau tidak.
Dari data hasil pengukuran tegangan keluaran
receiver dapat diketahui bahwa tegangan keluaran
mínimum adalah 2,93 Volt dan maksimum 3.115 Volt.
Semakin besar nilai panjang gelombang cahaya yang
merambat pada serat optik dan diterima oleh rangkaian
receiver, maka tegangan keluaran yang dihasilkan oleh
rangkaian receiver akan semakin tinggi nilainnya.
4.1.4 Pengujian Sismin ATMega 8535
Pengukuran Mikrokontroler AVR 8535 antara
lain pengukuran keluaran ADC melalui Port C dan D
yang diset secara program sebagai port keluaran.
Selain itu dilakukan pengukuran keluaran serial di pin
TX mikrokontroler AVR 8535.
Pengukuran keluaran ADC dan tegangan TTL
Gambar 4.7 Hasil konversi ADC
10
Gambar 4.8 Data serial keluaran dari mikrokontroler
(TTL)
4.1.5 Pengujian Catuan
Pada pengukuran dapat diketahui bahwa pin
VCC pada mikrokontroler mendapat catuan sebesar
4,91 Volt, tegangan ini sudah cukup untuk
memberikan catuan pada seluruh komponen yang
terpasang pada sistem minimum ATMega 8535.
Sedangkan catuan pada rangkaian receiver memiliki
catuan eksternal yang berbeda sebesar 5,2 Volt.
Pengukuran catuan dilakukan pada beberapa titik,
yaitu keluaran regulator 7805, pin VCC ATmega8535,
pin VCC LCD, dan Pin VCC Max 232. Setelah
dilakukan proses pengukuran, diperoleh hasil sebagai
berikut :
4.2 Pengujian Keluaran Perangkat Lunak
(Software)
4.2.1 Pengujian ADC Internal Mikrokontroler
AVR Atmega 8535
Keluaran tegangan receiver yang dapat
mengakomodasi besar daya antara 42 s/d 97 nW
mempunyai nilai tegangan maksimum 3,1V disertai
dengan tegangan referensi dari mikrokontroler
ATmega8535 adalah 4.91V. Dari data tersebut
diperoleh perhitungan sederhana nilai hasil konversi
ADC dilakukan dengan persamaan berikut:
(3.1)
Dari Hasil pengujian ADC internal dan nilai
daya optik dapat terlihat bahwa semakin tinggi nilai
tegangan output reveiver dan nilai ADC maka daya
yang dihasilkan juga akan semakin tinggi nilainya.
Dari table 4.1 dapat diketahui range daya pengukuran,
nilai level ADC dan besar nilai daya sinyal optik yaitu
42 sampai 97 nW dengan masukan ADC 2,935 volt
sampai 3, 115 volt maka untuk tegangan diluar range
dari sensor tersebut tidak dapat dimonitor. Data hasil
pengukuran keluaran rangakaian receiver dan nilai
ADC terdapat dalam lampiran.
4.2.2 Pengujian Program LCD pada
Mikrokontroler AVR Atmega 8535
Pada bagian pemrograman LCD yang
terpenting adalah proses inisialisasi. Pada awal
program yang pertama kali dilakukan adalah
inisialisasi LCD. Setelah proses inisialisasi, jika ingin
memunculkan karakter “Power Meter Optik” maka
kita harus menuliskan program seperti yang
ditunjukkan pada list program di bawah ini.
Baris pertama program berfungsi untuk
menginisialisasikan bahwa LCD yang digunakan
bertipe 16 x 2 karakter, sedangkan baris kedua
program berfungsi untuk menghapus layar LCD. Pada
baris ketiga program berfungsi untuk menempatkan
awal tampilan karakter, untuk angka ”1” berarti letak
karakter pada kolom kedua, sedangkan angka ”0”
berarti letak karakter pada baris pertama. Baris
keempat program berfungsi untuk menampilkan
tulisan ”Power Meter Optik” pada LCD. Setelah itu
akan muncul pada layar LCD sebagai berikut:
Gambar 4.9 Tampilan LCD Saat Awal
4.2.2 Pengujian Program Komunikasi Serial
Pada pengujian komunikasi serial digunakan
kabel serial, software hyperterminal dan Visual basic
pada PC. Langkah langkah pengujian adalah sebagai
berikut :
1. Pertama mikrokontroler diberi program yang
dapat mengirimkan data melalui komuniksai
serial.
2. Selanjutnya Rangkaian alat ukur daya optik
dihubungkan dengan PC
3. Langkah ketiga adalah mengatur baudrate pada
software hyperterminal dan membuka port
COM5 pada PC.
4. Langkah terakhir adalah mengirimkan data hasil
pengukuran ke PC dan LCD.
Gambar 4.10 Pengujian komunikasi serial
dengan hyperterminal
11
Gambar 4.11 Pengujian pengukuran pada LCD
4.2.3 Pengujian Program Interface pada PC
Pengujian dilakukan dengan cara
menjalankan fungsionalitas dari power meter optik
rancangan. Pada saat pengukuran program interface
pada PC berfungsi untuk menampilkan dan membuffer
data sementara hasil pengukuran.
Gambar 4.12 Program interface power meter optik
pada Komputer
Program interface ini terdiri ini berfungsi untuk
menampilkan dan membuffer nilai hasil pengukuran.
Pada saat proses pengukuran, baudrate yang digunakan
9600 kbps dan COM 5.
4.3 Pengujian Fungsionalitas Sistem Power
Meter Optik
Langkah langkah pengujian alat ukur secara
fungsionalitas adalah sebagai berikut :
1. Setting Panjang gelombang dan resolusi
pada sumber optik (programmable light
source).
2. Hubungkan Programmable light source
ke power meter optik dengan
menggunakan serat optik singlemode.
3. Hubungkan alat ukur daya optik ke
komputer dengan menggunakan kabel
serial.
4. Buka program aplikasi interface power
meter optik pada komputer dan jalankan.
5. Setting parameter-parameter pada
komunikasi serial.
6. Gunakan fitur-fitur yang tersedia pada
saat pengukuran, misalnya: fitur Connect
berfungsi untuk menghubungkan antara
hardware dengan sofware sehingga
terjadi komunikasi serial, Disconnect
berfungsi untuk menghentikan proses
pengukuran, Clear berfungsi untuk
membersihkan data hasil pengukuran
sebelumnya dan Exit berfungsi untuk
menutup program.
7. Data hasil pengukuran akan ditampilkan
dan dibuffer sementara waktu
Berikut adalah tampilan program aplikasi
power meter optik dan data hasil
pengukuran.
Gambar 4.13 Tampilan aplikasi interface pada
komputer
Analisis dari hasil pengujian diatas maka
hardware (power meter optik) sudah dapat
berkomunikasi dengan software (power meter optik)
menggunakan komunikasi serial dan dapat
mengirimkan data berdasarkan daya tangkap
fotodetektor terhadap cahaya.
4.4 Tingkat Presisi Power Meter Rancangan
Dalam perhitungan tingkat presisi power
meter rancangan menggunakan data pengukuran daya
power meter referensi dan power meter rancangan.
Kemudian dibandingkan hasil kedua tingkat presisi
tersebut. Data hasil perhitungan tingkat akurasi
terdapat dalam lampiran.
Tingkat Presisi Pengukuran Sumber Optik
12
Dengan persamaan tingkat presisi diatas,
maka dapat diperoleh hasil tingkat presisi
pengukuran daya menggunakan power meter
rancangan rata-rata sebesar ±81.0675633%,
sedangkan jika menggunakan power meter
referensi rata-rata sebesar ±99.05747798%.
4.5 Tingkat Akurasi Power Meter Rancangan
Data perhitungan akurasi diperoleh dari
perbandingan data pengukuran daya antara power
meter rancangan dengan power meter referensi. Data
hasil perhitungan tingkat akurasi terdapat dalam
lampiran.
Tingkat Akurasi
Perhitungan tingkat akurasi power meter
rancangan menggunakan sumber optik terdiri dari
beberapa tahapan sebagai berikut :
Perhitungan batas akurasi individual (a)
a (ke-n) = ±(1+((data rancangan ke-n –
data referensi ke-n)/data referensi ke-
n))*akurasi referensi
Diketahui : Akurasi Power Meter Referensi =
±5%
Misalnya : Perhitungan tingkat akurasi pada
tingkatan ke-1
a1 = ±(1+((43,94-42,28)/42,28))*5%
= ± 0.05196 ≈ 5.196%
Perhitungan akurasi total
Dari persamaan diatas diperoleh akurasi total
sebesar:
A = ± 0.38628 ≈ 38.63%
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 KESIMPULAN
Berdasarkan proses implementasi, pengujian,
dan analisis dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut:
1. Nilai tegangan dan level data ADC yang
dihasilkan oleh rangkain receiver dan
mikrokontroler memiliki range 2.93 – 3.11
V dan 669 – 709 pada sumber cahaya
dengan panjang gelombang 600 – 1000
nm.
2. Daya yang terukur pada power meter
rancangan menggunakan sumber optik
dengan panjang gelombang 600 – 1000
nm adalah rata-rata sebesar 43.822 –
94.338 nW.
3. Tingkat presisi power meter rancangan
pada saat proses pengukuran adalah rata-
rata sebesar ±81.067%, sedangkan jika
menggunakan power meter referensi rata-
rata sebesar ±99.057% pada panjang
gelombang pengukuran 600 – 1000 nm.
4. Tingkat akurasi power meter rancangan
pada saat proses pengukuran adalah rata-
rata sebesar ±38.628%. Oleh karena itu,
tingkat akurasi power meter rancangan
sudah cukup baik jika dibandingkan
dengan tingkat akurasi power meter
referensi rata-rata sebesar ± 5%
5.2 SARAN
Saran yang dapat diajukan untuk penelitian
lebih lanjut mengenai topik ini adalah:
1. Power meter optik yang dirancang dapat
mengukur daya dengan range panjang gelombang
lebih besar. Sehingga pemanfaatan fungsionalitas
photodiode lebih optimal.
2. Power meter optik yang dirancang dapat mengatur
panjang gelombang sesuai jenis sumber optik
yang digunakan.
3. Power meter optik yang dirancang dapat
menggunakan jenis mikrokontroler lain yang
memiliki nilai adc yang lebih tinggi.
4. Power meter optic yang dirancang memiliki fitur
untuk menampilkan, menyimpan dan menganalisis
data hasil pengukuran.
5. Pengkalibrasian perangkat sebaiknya
menggunakan power meter optik standar agar
lebih presisi dan akurasi