pengaruh suhu terhadap pengukuran jarak sensor ultrasonik

8/15/2019 Pengaruh Suhu terhadap Pengukuran Jarak Sensor Ultrasonik

http://slidepdf.com/reader/full/pengaruh-suhu-terhadap-pengukuran-jarak-sensor-ultrasonik 1/34

Research-Based Learning

PENGARUH SUHU TERHADAP TINGKAT AKURASI

SENSOR ULTRASONIK PING))) PARALLAX

Disusun untuk memenuhi Tugas Mata Kuliah Sistem Instrumentasi Fisika

Dosen Pengampu: Dr. Hendro

Oleh:

Fairusy Fitria Haryani / 20215008

Restu Lestari / 20215009

Yulianto Agung Rezeki / 20215010

MAGISTER FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG

2016



i

DAFTAR ISI

Halaman

DAFTAR ISI .......................................................................................................................... i

DAFTAR GAMBAR ............................................................................................................. ii

DAFTAR TABEL ................................................................................................................. iii

DAFTAR LAMPIRAN ......................................................................................................... iv

BAB 1 PENDAHULUAN ..................................................................................................... 1

1.1. Latar Belakang ...................................................................................................... 1

1.2. Rumusan Masalah ................................................................................................. 2

1.3. Tujuan .................................................................................................................. 2

1.4. Batasan Masalah .................................................................................................. 2

BAB II TINJAUAN PUSTAKA .......................................................................................... 3

2.1. Sensor Ultrasonic Ping))) Parallax........................................................................ 3

2.2. Sensor Suhu LM35 .............................................................................................. 6

2.3. Arduino Uno ATmega328 ................................................................................... 7

2.4. Oven Listrik Kirin 9 L ......................................................................................... 9

BAB III METODOLOGI ..................................................................................................... 11

3.1. Perancangan Sistem Pengukuran Jarak ................................................................ 11

3.2. Perancangan Sistem Interface Pengukuran Jarak ............................................... 12

3.3. Diagram Alir Kerja Pengukuran Jarak ................................................................. 12

BAB IV HASIL DAN DISKUSI .......................................................................................... 14

4.1. Rancang Bangun Sistem Pengukuran Jarak ......................................................... 14

4.2 Tampilan Sistem Pengukuran Jarak ...................................................................... 15

4.3 Pengujian ............................................................................................................... 16

BAB V PENUTUP ................................................................................................................. 20

5.1 Kesimpulan ........................................................................................................... 20

5.2 Saran ..................................................................................................................... 20

DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................................ 21

LAMPIRAN ........................................................................................................................... 22



ii

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1 Sensor Ultrasonik PING))) Parallax .................................................................. 3

Gambar 2.2 Prinsip kerja sensor ultrasonik ........................................................................... 4

Gambar 2.3 Rangkaian Pemancar Gelombang Ultrasonik .................................................... 5

Gambar 2.4 Rangkaian Penerima Gelombang Ultrasonik .................................................... 6

Gambar 2.5 Sensor Suhu LM35 ............................................................................................ 6

Gambar 2.6 Arduino Uno ATMega328 ................................................................................ 7

Gambar 2.7 Oven Listrik Kirin 9 L ....................................................................................... 10

Gambar 3.1 Skema Perancangan Sistem Pengukuran Jarak ................................................. 11

Gambar 3.2 Diagram Blok Perancangan Sistem Pengukuran Jarak ..................................... 12

Gambar 3.3 Diagram Blok Sistem Interface Pengukuran Jarak pada LabView ................... 12

Gambar 3.4 Diagram Alir Kerja Pengukuran Jarak .............................................................. 13

Gambar 4.1 Sistem Pengukuran jarak dengan Sensor Ultrasonik ......................................... 14

Gambar 4.2 Tampilan Sistem Pengukuran Jarak .................................................................. 15

Gamabr 4.3 Grafik Perbandingan Hasil Pengukuran ............................................................ 18



iii

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 4.1 Komponen Utama Pengukuran Jarak ..................................................................... 14

Tabel 4.2 Hasil Pengukuran Jarak dengan Perubahan Suhu tanpa Faktor Koreksi ............... 17

Tabel 4.3 Hasil Pengukuran Jarak dengan Perubahan Suhu dengan Faktor Koreksi ............ 17



iv

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman

Lampiran 1 Solusi Analitik ................................................................................................... 22

Lampiran 2 Datasheet Sensor LM35 ..................................................................................... 23

Lampiran 3 Datasheet Sensor PING))) Parallax ................................................................... 25

Lampiran 4 Script Arduino ................................................................................................... 27



1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Sensor ultrasonik merupakan salah satu tipe sensor yang sering digunakan,

khususnya dalam aplikasi pengukuran jarak. Berbagai alat yang menggunakan

dasar pengukuran jarak diantaranya sistem pengukuran kecepatan, kedalaman,

ketinggian, hingga sistem kompleks seperti teknologi keamanan mobil. Tidak

hanya itu, beberapa alat pengukuran dengan menggunakan jenis sensor ini sering

kali digabungkan dengan sensor lainnya sehingga mampu menghasilkan berbagai

jenis teknologi lainnya.

Prinsip dasar dari sensor ini adalah mengeluarkan sederet pulsa yang

mengenai objek dan selanjutnya akan dipantulkan dan diterima oleh transduser

sensor (Susanto, dkk, 2007: 19). Karena gelombang elektromagnetik yang

dipantulkan merambat dalam medium, sehingga pulsa yang dihasilkan ditentukan

oleh kecepatan rambat bunyi di medium, hasil pantulan oleh objek dan posisi sudut

objek yang diukur. Jika medium rambatnya adalah udara, besarnya kecepatan

rambat bunyi sangat ditentukan oleh kondisi udara di lingkungan.

Pada umumnya kecepatan rambat bunyi di udara pada suhu dan tekanan

standar adalah 344 m/s (Wikipedia, 2016). Namun, untuk banyak kasus yang

melibatkan perubahan suhu pada ruang tertutup akan menyebabkan perubahan pada

kecepatan rambat bunyi di udara. Perubahan kecepatan rambat bunyi diprediksi

akan menyebabkan gangguan pada laju aliran gelombang elektromagnetik yang

merambat dan secara langsung akan berpengaruh terhadap hasil pengukuran.

Rentang suhu udara untuk sensor ultrasonik jenis PING))) Parallax, yaitu 0-

700 C. Sedangkan untuk tipe Generic HC SR04 yaitu 0-600C. Pada batasan suhu

tersebut akan dilakukan pengukuran jarak oleh sensor ultrasonik dan dikembangkan

sistem pengukuran yang memungkinkan perubahan suhu lingkungan dengan

bantuan sensor suhu yang selanjutnya data ditampilkan dan disimpan dalam

komputer.



2

Dalam penelitian ini, sensor Ultrasonik yang digunakan yaitu sensor PING)))

Parallax dan variabel yang difokuskan yaitu variasi suhu. Sistem unit pemrosesan

data menggunakan Arduino Uno ATMega328 sedangkan sistem interface pada

komputer digunakan LabView. Diharapkan dengan adanya sistem yang

dikembangkan mampu melakukan pengukuran jarak dengan tingkat akurasi dan

presisi yang cukup baik.

1.2 Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang di atas, maka permasalahan yang akan

diselesaikan dalam penelitian adalah sebagai berikut:

a. Apakah terdapat pengaruh suhu terhadap pengukuran jarak sensor ultrasonic

PING)))?

b.

Bagaimana merancang simulasi untuk koreksi pengaruh suhu dalam

pengukuran jarak?

1.3 Tujuan

Tujuan dari penelitian ini adalah:

a. Mengetahui adanya pengaruh suhu terhadap pengukuran jarak sensor

ultrasonic PING)))

b. Merancang simulasi untuk koreksi pengaruh suhu dalam pengukuran jarak.

1.4 Batasan Masalah

Adapun batasan masalah dalam penelitian ini adalah sebaagai berikut:

a. Sensor jarak yang digunakan adalah sensor ultrasonik PING))) Parallax.

b. Suhu maksimum pengukuran adalah 600C.

c. Pengukur suhu yang digunakan adalah sensor suhu LM35.

d.

Unit pemrosesan sistem yang digunakan adalah Arduino Uno ATMega328.

e. Sistem interface dibuat dengan menggunakan perangkat lunak LabVIEW.

f. Variasi pengukuran yaitu suhu dan jarak.



3

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Sensor Ultrasonik PING))) Parallax

Sensor Ultrasonik PING))) Parallax adalah sensor yang menggunakan

gelombang ultrasonik untuk mengukur jarak. Sensor Sensor Ultrasonik PING)))

Parallax ini dapat memberikan pengukuran yang tepat pada rentang jarak 2 cm

sampai 3 meter. Sensor ini sangat mudah dihubungkan dengan mikrokontroler.

Cara kerja sensor ini yaitu dengan cara mengirimkan sinyal pada rentang frekuensi

tertentu yang akan menumbuk benda (yang diukur jaraknya) kemudian dipantulkan

dan ditangkap kembali oleh Sensor Ultrasonik PING))) Parallax, seperti tampak

pada Gambar 2.1. Perhitungan jarak yang diukur dengan menggunakan sensor ini

yaitu :

= ×

2=

×

2 ... (1)

Gambar 2.1 Sensor Ultrasonik PING))) Parallax

Sensor ultrasonik terdiri dari dari dua unit, yaitu unit pemancar dan unit

penerima. Struktur unit pemancar dan penerima sangatlah sederhana, sebuah kristal

piezoelectric dihubungkan dengan mekanik jangkar dan hanya dihubungkan dengan

diafragma penggetar (Delta Agus, 2008:11). Sensor ultrasonik PING))) Parallax

mendeteksi jarak objek dengan pengaturan mikro kontroler. Dengan pengaturan ini

sensor memancarkan gelombang ultrasonik pendek dengan panjang 40 kHz.

Gelombang ini merambat melalui udara. Ketika menumbuk sebuah benda,

gelombang kemudian dipantulkan kembali pada sensor. Sensor ultrasonik PING)))

Parallax menghasilkan sinyal keluaran untuk sistem komputer yang akan berakhir



4

ketika gema terdeteksi. Lebar dari sinyal yang dihasilkan sesuai dengan jarak ke

target. Prinsip kerja dari sensor ultrasonik dapat dilihat pada Gambar 2.2.

Gambar 2.2 Prinsip Kerja Sensor Ultrasonik

Secara lebih jelas, prinsip kerja sensor ultrasonik, dapat dijelaskan sebagai

berikut:

a. Sinyal dipancarkan oleh pemancar ultrasonik. berfrekuensi diatas 20kHz.

Sinyal tersebut di bangkitkan oleh rangkaian pemancar ultrasonik.

b. Sinyal yang dipancarkan tersebut kemudian akan merambat sebagai sinyal /

gelombang bunyi dengan kecepatan bunyi (v) yang berkisar 340 m/s. Sinyal

tersebut kemudian akan dipantulkan dan akan diterima kembali oleh bagian

penerima Ultrasonik.

c. Setelah sinyal tersebut sampai di penerima ultrasonik, kemudian sinyal tersebut

akan diproses untuk menghitung jaraknya. Jarak dihitung berdasarkan rumus:

S= v/∆t ... (2)

d.

karena jarak yang ditempuh merupakan setengah dari waktu tempuh

gelombang maka menjadi:

S=340. ∆t/2 ... (3)

dimana S adalah jarak antara sensor ultrasonik dengan bidang pantul, dan ∆t

adalah selisih waktu antara pemancaran gelombang ultrasonik sampai diterima

kembali oleh bagian penerima ultrasonik.

Adapun spesifikasi dari Sensor Ultrasonik PING))) Parallax adalah sebagai

berikut (Parallax, 2016).

a. Tegangan : 5 volt

b. Arus : 30mA

c.

Frekuensi : 40 kHz.



5

d. Jarak maksimum : 3 m

e. Jarak minimum : 2 cm

f. Sudut pengukuran : 15o

g. Beroperasi pada temperature : 0 - 70oC

h. Ukuran : 22 mm x 46 mm x 16 mm

i.

Berat : 9 gram

Sensor ultrasonik PING))) Parallax dapat mendeteksi permukaan air. Namun,

tidak dapat digunakan untuk pengukuran diluar ruangan atau penggunaan terus-

menerus di lingkungan yang basah. Temperatur udara atau suhu memiliki pengaruh

pada kecepatan suara di udara yang dapat diukur oleh sensor ini, dengan

perhitungan kecepatan sebagai berikut.

2737,415 c ... (4)

Sensor ultrasonik memiliki tiga macam bagian utama yang berfungsi vital

dalam melakukan penyensoran. Ketiga bagian tersebut dijelaskan pada rincian

berikut.

a. Piezoelektrik

Peralatan piezoelektrik secara langsung mengubah energi listrik menjadi energi

mekanik. Tegangan input yang digunakan menyebabkan bagian keramik

meregang dan memancarkan gelombang ultrasonik. Karena kelebihannya

inilah maka tranduser piezoelektrik lebih sesuai digunakan untuk sensor

ultrasonik.

b. Transmitter

Gambar 2.3 Rangkaian Pemancar Gelombang Ultrasonik



6

Pemancar Ultrasonik ini berupa rangkaian yang memancarkan sinyal

sinusoidal berfrekuensi di atas 20 KHz. Pemancar ini menggunakan sebuah

transducer transmitter ultrasonik.

c. Receiver

Penerima Ultrasonik ini akan menerima sinyal ultrasonik yang dipancarkan

oleh pemancar ultrasonik dengan karakteristik frekuensi yang sesuai. Sinyal

yang diterima tersebut akan melalui proses filterisasi frekuensi dengan

menggunakan rangkaian band pass filter (penyaring pelewat pita), dengan nilai

frekuensi yang dilewatkan telah ditentukan (Aditya Prabhandita, 2012).

Gambar 2.4 Rangkaian Penerima Gelombang Ultrasonik

2.2 Sensor Suhu LM35

Sensor suhu LM35 adalah sensor yang dibuat dengan menggunakan bahan

yang sensitif terhadap perubahan suhu. Tampilan sensor LM35 yang digunakan

seperti pada Gambar 2.3.

Gambar 2.5 Sensor Suhu LM35

Perubahan suhu mengakibatkan perubahan hambatan. Dengan mnggunakan

prinsip pembagi tegangan, maka perubahan suhu tersebut akan sebanding dengan

perubahan tegangan keluaran. (Hendro, 2014). Sensor suhu LM35 mempunyai

spesifikasi sebagai berikut.

a. Memiliki sensitivitas suhu, dengan faktor skala yang linier antara tegangan dan

suhu yaitu 10 mVolt/ºC, sehingga dapat dikalibrasi langsung dalam celcius.



7

b. Memiliki ketepatan atau akurasi kalibrasi yaitu 0,5 ºC pada suhu 25 ºC.

c. Pengukuran suhu dapat diakukan antara -55 ºC sampai +150 ºC.

d. Bekerja pada tegangan 4 volt sampai 30 volt.

e. Memiliki arus rendah yaitu kurang dari 60 µA.

f. Memiliki pemanasan sendiri yang rendah (low-heating ) yaitu kurang dari 0,1

ºC pada udara diam.

g. Memiliki impedansi keluaran yang rendah yaitu 0,1 W untuk beban 1 mA.

h. Memiliki ketidaklinieran hanya sekitar ± ¼ ºC.

2.3 Arduino Uno ATmega328

Arduino Uno adalah papan mikrokontroler yang didasarkan pada ATmega328

(datasheet). Arduino Uno memiliki 14 digital pin input/output (6 diantaranya dapat

digunakan sebagai output PWM ), 6 input analog, sebuah osilator kristal 16 MHz,

koneksi USB, sebuah power jack , sebuah ICSP header, dan tombol reset. Arduino

Uno berisi semua yang diperlukan untuk mendukung mikrokontroler, mudah

menghubungkannya ke komputer dengan kabel USB atau mensuplainya dengan

sebuah adaptor AC ke DC atau baterai untuk memulainya. (Hendro, 2014).

Arduino Uno berbeda dari semua papan mikrokontroler sebelumnya yaitu

tidak menggunakan chip driver FTDI USB-to-serial. Sebaliknya, fitur Atmega8U2

diprogram sebagai konverter USB-to-serial. Kata "Uno" diambil dari bahasa Italia

yang mempunyai arti satu yang berarti menandai peluncuran Arduino 1.0. Uno dan

versi 1.0 akan menjadi versi referensi untuk Arduino selanjutnya.

Gambar 2.6 Arduino Uno ATMega328

Adapun spesifikasi arduino uno adalah sebagai berikut.

a. Mikrokontroler : ATmega328

b.

Tegangan Operasi : 5 V

c.

Tegangan masukkan (yang dianjurkan) : 7-12 V



8

d. Batas tegangan masukkan : 6-20 V

e. Jumlah pin I/O Digital: 14 (6 diantaranya memberikan output PWM )

f. Jumlah pin Input Analog: 6

g. Arus DC tiap pin I/O : 40 mA

h. Arus DC untuk pin 3.3V : 50 mA

i.

Memory Flash: 32 KB yang 0,5 KB digunakan oleh bootloader

j. SRAM : 2 KB

k. EEPROM : 1 KB

l. Clock Speed : 16 MHz

Arduino Uno dapat didukung melalui koneksi USB atau dengan catu daya

eksternal. Sumber daya dipilih secara otomatis. Daya ksternal (non-USB) dapat

berasal baik dari adaptor AC ke DC atau baterai.

Arduino Uno dapat beroperasi pada masukan eksternal dari 6 sampai 20 volt.

Jika disuplai kurang dari 7 volt Arduino Uno akan menjadi tidak stabil. Jika

menggunakan lebih dari 12V, pengatur tegangan bisa panas dan merusak papan

Arduino Uno. Tegangan masukan yang disarankan adalah 7 sampai 12 volt.

Arduino Uno ATmega328 memiliki kapasitas memori sebesar 32 KB untuk

menyimpan kode (dengan 0,5 KB digunakan untuk bootloader ). Selain itu juga

memiliki 2 KB dari SRAM dan 1 KB EEPROM (yang dapat dibaca dan ditulis

dengan EEPROM library).

Masing-masing dari 14 pin digital pada Uno dapat digunakan sebagai input

atau output, menggunakan fungsi pinMode(), digitalWrite(), dan digitalRead(). Pin

ini beroperasi pada tegangan 5 volt. Setiap pin dapat memberikan atau menerima

maksimum 40 mA dan memiliki resistor pull-up internal yang (terputus secara

default ) dari 20-50 KOhms.

Arduino Uno memiliki sejumlah fasilitas untuk berkomunikasi dengan

komputer, Arduino lain, atau mikrokontroler lainnya. Arduino Uno ATmega328

menyediakan UART TTL (5V) komunikasi serial, yang tersedia pada pin digital 0

(RX) dan 1 (TX). Sebuah ATmega8U2 pada saluran komunikasi muncul sebagai

virtual com port untuk perangkat lunak pada komputer. 8U2 firmware



9

menggunakan USB standar driver COM, dan tidak ada driver eksternal yang

dibutuhkan. Namun, pada Windows, file *.inf diperlukan.

Perangkat lunak Arduino termasuk serial monitor memungkinkan data

tekstual sederhana dikirim ke dan dari papan Arduino. LED RX dan TX di papan

akan berkedip ketika data sedang dikirimkan melalui USB ke serial chip dan

koneksi USB ke komputer (tapi tidak untuk komunikasi serial pada pin 0 dan 1).

Arduino Uno juga dirancang dengan cara yang memungkinkan untuk diatur ulang

oleh perangkat lunak yang berjalan pada komputer yang terhubung.

Arduino Uno memiliki polyfuse reset yang melindungi port USB komputer

Anda dari arus pendek dan kelebihan arus. Meskipun kebanyakan komputer

memberikan perlindungan internal mereka sendiri, sekering memberikan lapisan

tambahan perlindungan. Jika lebih dari 500 mA yang disuplai ke port USB,

sekering otomatis akan memutus sambungan sampai arus pendek atau kelebihan

arus tidak ada.

Ukuran Arduino Uno memiliki panjang maksimum dan lebar PCB yaitu 2,7

dan 2,1 inci masing-masing, dengan konektor USB dan power jack diperbesar

melebih dimensi sebelumnya. Tiga lubang sekrup memungkinkan papan terpasang

ke permukaan atau kotak.

2.4 Oven Listrik Kirin 9 L

Pada percobaan ini dibutuhkan alat bantuan yaitu oven listrik. Oven listrik

yang digunakan pada percobaan ini adalah oven listrik dengan merek Kirin

berkapasitas 9 liter. Oven yang biasa digunakan untuk memasak atau memanaskan

makanan ini difungsikan sebagai chamber (ruang tertutup) untuk melakukan

pengukuran suhu.

Gambar 2.7 Oven Listrik Kirin 9 L



10

Dengan bantuan oven listrik ini mempermudah proses kenaikan suhu udara

pada ruangan. Oven listrik ini terbuat dari bahan stainless steel. Membutuhkan daya

300-600 Watt untuk mengoperasikannya. Pada oven ini terdapat lampu indikator

dan tombol pengatur waktu.



11

BAB III

METODOLOGI

3.1 Perancangan Sistem Pengukuran Jarak

Perancangan sistem pengukuran jarak dalam penelitian ini dimulai dengan

membuat skematik rangkaian terlebih dahulu. Gambar 3.1 menunjukkan skematik

rangkaian yang digunakan untuk merancang pengukuran jarak.

Gambar 3.1 Skematik Perancangan Sistem Pengukuran Jarak.

Sensor LM35 berperan sebagai input suhu pada sensor ultrasonik yang

diproses oleh Arduino. Perubahan suhu yang terjadi diakibatkan oleh adanya oven

listrik yang sudah dilengkapi kontrol suhu. Karena pengukuran yang dilakukan

dalam ruang tertutup diharapkan suhu oleh lingkungan tidak terpengaruhi oleh

sistem diluar lingkungan.

Hasil keluaran dari sensor LM35 merupakan masukan untuk sensor ultrasonik

yang diproses oleh Arduino untuk selanjutnya didapatkan keluaran digital. Dalam

sistem pemrosesan oleh Arduino diperlukan solusi analitik supaya didapatkan

hubungan output sensor LM35 sebagai input pada sensor ultrasonik, seperti pada

Lampiran 1.

Selanjutnya supaya hasil keluaran digital dapat diproses dengan mudah dan

efisien, diperlukan perangkat lunak yang berperan dalam menampilkan hasil

pembacaan oleh Arduino. Pada penelitian ini, digunakan perangkat lunak

LabVIEW untuk membaca keluaran Arduino dan menampilkannya dalam sistem

interface yang dibuat. Script Arduino sistem pengukuran jarak dapat dilihat pada

Arduino +5V

Arduino GND

Arduino A0 Arduino Pin 7

PING)))

Parralax

LM35



12

Lampiran 4. Secara keseluruhan, digram blok perancangan pengukuran jarak

seperti Gambar 3.2.

Gambar 3.2. Diagram Blok Perancangan Sistem Pengukuran Jarak.

3.2 Perancangan Sistem I nterf ace Pengukuran Jarak

Hasil keluaran Arduino ditampilkan melalui sistem interface yang dirancang

menggunakan perangkat lunak LabVIEW. Selain bentuk tampilan tabel yang

memuat hasil pengukuran jarak dan suhu tiap waktunya, hasil keluaran pada

LabVIEW juga menampilkan grafik hubungan perubahan suhu yang

mengakibatkan besarnya pengukuran jarak juga berubah. Dengan demikian akan

memudahkan pembacaan perubahan suhu dan jarak tiap waktunya. Diagram blok

program menggunakan LabVIEW ditampilkan pada Gambar 3.3.

Gambar 3.3. Diagram Blok Sistem Interface Pengukuran Jarak pada Labview.

3.3 Diagram Alir Kerja Pengukuran Jarak

Diagram alir merupakan landasan algoritma penulis dalam membuat tahapan

kerja program sistem perancangan pengukuran jarak. Sinyal analog yang masuk ke

ArduinoLabVIEWLM35 PING)))

Unit MasukanUnit Pemroses UnitKeluaran

USB ADC



13

Arduino selanjutnya diubah menjadi sinyal digital. Input dari sensor ultrasonik

yaitu hasil pengukuran suhu oleh sensor LM35 yang dikonversikan oleh Arduino.

Diagram alir dari pengukuran jarak yang dibuat, seperti pada Gambar 3.4.

Gambar 3.4 Diagram alir kerja pengukuran jarak

Mulai

Hitung

duration Hitung Suhu

Konversi Ke

Pengukuran

Tampilkan

Labview

Selesai



14

BAB IV

HASIL DAN DISKUSI

4.1 Rancang Bangun Sistem Pengukuran Jarak

Sistem pengukuran jarak yang dirancang dan dibangun merupakan sistem

pengukuran jarak yang dilakukan dalam sistem suhu yang tidak konstan. Hal ini

dilakukan karena salah satu prinsip dasar pengukuran jarak dengan sensor

ultrasonik adalah gelombang yang merambat dalam medium udara, sehingga

perubahan suhu pada medium menyebabkan besarnya kecepatan bunyi di udara

juga berubah. Oleh karena itu besarnya jarak yang diukur perlu disesuaikan dengan

perubahan suhu lingkungan. Tabel 4.1 menampilkan daftar komponen utama yang

digunakan pada pembuatan pengukuran jarak dalam penelitian ini.

Tabel 4.1 Komponen Utama Pengukuran Jarak

No Nama Fungsi

1 PING))) PARALLAX Sensor Ultrasonik

2 Arduino Uno ATMega328 Unit Pemroses

3 LM35 Sensor Suhu

Adapun gambar lengkap sistem pengukuran jarak ditampilkan pada Gambar 1.

Gambar 4.1. Sistem Pengukuran Jarak dengan Sensor Ultrasonik .

Gambar 4.1 menampilkan Rangkaian sistem pengukuran jarak yang telah

dibuat. Oven listrik dengan ukuran 9L dilengkapi dengan pengatur suhu. Sensor

suhu diletakkan didalam sistem (oven) dengan posisi yang berdekatan dengan

sensor ultrasonik untuk memperkecil faktor kesalahan dalam pengukuran suhu.

Sensor SuhuPen atur Suhu

Arduin

Hasil

Ob ek/bend



15

Proses pengukuran jarak dan suhu sistem dilakukan selama 10 menit untuk

mencapai suhu maksimum dari range suhu yang diatur pada oven, yaitu 55-570C.

Setelah 10 menit, maka akan terdengar bunyi klik dari oven yang menandakan

bahwa pengukuran selesai dan suhu sistem akan berangsur turun. Selama proses

tersebut dilakukan pencatatan suhu dan jarak selama 10 detik dan ditampilkan

grafik kenaikan suhu dan hasil pengukuran tiap waktunya serta grafik hubungan

antara kenaikan suhu dan pengukuran jarak.

4.2 Tampilan Sistem Pengukuran Jarak

Pada penelitian ini, sistem pengukuran jarak divariasikan dengan perubahan

suhu. Sehingga, hasil pembacaan jarak sudah merupakan fungsi suhu. Suhu

merupakan salah stau faktor yang mempengaruhi pembacaan skala jarak, karena

suhu berperan dalam menentukan cepat/lambatnya waktu pemancaran dan

pemantulan gelombang.

Pada umumnya sistem pengukuran jarak dirangkai tanpa mempertimbangkan

perubahan suhu. Sistem pengukuran jarak yang dirangkai menampilkan perubahan

suhu tiap waktunya dan bagaimana pengaruhnya terhadap jarak dalam bentuk

grafik sehingga akan memudahkan pembacaan. Pencatatan pengukuran sudah

tersimpan otomatis dalam bentuk .exc sehingga memudahkan untuk membuat dan

menyimpan dalam grafik, karena grafik yang dibaca saat pengukuran tidak dapat

disimpan. Gambar 4.2 menampilkan sistem pengukuran jarak yang telah dibuat

menggunakan LabVIEW.

Gambar 4.2 Tampilan Sistem Pengukuran Jarak.



16

4.3 Pengujian

Pengujian dilakukan dengan tiga kali percobaan yang pertama pengujan tanpa

menyalakan oven listrik (suhu tetap), kedua menvariasikan nilai suhu pada oven

listrik namun tanpa memasukkan faktor koreksi suhu dan percobaan ketiga dengan

memasukkan faktor koreksi suhu pada pengaturan arduino uno. Selanjutnya

program dijalankan dan ditampilkan pada Labview. Berikut data hasil pengukuran

yang didapatkan dari pengujian.

a. Data pengukuruan panjang pada suhu tetap

Pada percobaan pertama Sensor Ultrasonic Ping))) Parallax ditempatkan pada

oven listrik dan benda ditempatkan pada jarak 16,8 cm dari sensor. Namun,

oven listrik tidak dihidupkan (suhu tetap). Sensor mengukur jarak benda pada

suhu tetap yaitu 28,32oC. Dari percobaan ini didapatkan 129 data, dengan

rentang pengukuran jarak antara 16,68 cm sampai 16,86 cm. Data

hasilpengukuranjarak ini kemudian dihitung rata-ratanya dan didapatkan hasil

rata-rata pengukuran jarak sebesar 16,71535 cm. Data ini menyimpang sebesar

0,503 % dari jarak seharusnya yaitu 16,8 cm.

b.

Data pengukuruan panjang dengan perubahan suhu tanpa koreksi

Pada percobaan kedua Sensor Ultasonic Ping))) Parallax dan benda

ditempatkan seperti pada percobaan pertama. Oven listrik kemudian

dinyalakan dan suhu naik secara perlahan-lahan. Pada percobaan ini data

pengukuran diambil dengan perubahan suhu, namun tanpa memasukkan faktor

koreksi pada pengaturan di sofware arduino uno. Dari pengukuran dengan

rentang suhu 29,3oC sampai 58,59oC didapatkan data sebanyak 266. Namun,

pada pembahasan ini penulis hanya mengambil sampel pada rentang suhu yang

sama. Hal ini dimaksudkan untuk mengetahui perbedaan hasil pengukuran

pada percobaan pengukuran jarak tanpa faktor koreksi dibandingkan dengan

pengukuran jarak dengan memasukan faktor koreksi pada pengaturan arduino

uno. Berikut data hasil pengukuran pada percobaan kedua.



17

Tabel 4.2. Hasil Pengukuran Jarak dengan Perubahan Suhu tanpa Faktor

Koreksi

c. Data pengukuruan panjang dengan perubahan suhu tanpa koreksi

d. Dengan prosedur yang sama dengan percobaan kedua, pada percobaan ketiga

ini data pengukuran diambil dengan memvariasikan suhu dan memasukkan

faktor koreksi pada pengaturan disofware arduinouno. Dari pengukuran dengan

rentang suhu 30,27oC sampai 55,56oC didapatkan data sebanyak 190. Berikut

data hasil pengukuran pada percobaan ketiga.

Tabel 4.3 Hasil Pengukuran Jarak dengan Perubahan Suhu dengan FaktorKoreksi

Dari ketiga data tersebut dapat dianalisis bahwa pengukuran jarak dengan

perubahan suhu yang dimasukkan faktor koreksi memiliki nilai kesalahan (error )

yang lebih kecil dibandingkan dengan data pengukuran jarak dengan perubahan

Suhu (oC) Jarak (cm)Rata-rata

Jarak (cm)Error (%)

30,76 16,64

16,47 1,4530,76 16,59

30,76 16,19

40,53 16,02

15,62 6,5740,53 15,45

40,53 15,55

40,53 15,45

50,78 15,6715,90 4,9150,78 16,12

Suhu (oC) Jarak (cm)Rata-rata

Jarak (cm)Error (%)

30,76 16,68

16,79 0,4230,76 16,68

30,76 16,66

30,76 17,12

40,53 16,20

16,20 3,10

40,53 16,20

40,53 16,1940,53 16,20

50,78 16,65

16,83 0,7150,78 16,67

50,78 17,18



18

suhu tanpa faktor koreksi. Data perbandingan ketiga percobaan diatas dapat dilihat

pada Gambar 4.3.

Gambar 4.3 Grafik Perbandingan Hasil Pengukuran

Murata (2010: 2) menyebutkan bahwa hasil pengukuran dengan sensor

ultrasonik dipengaruhi oleh empat faktor berikut:

a. Panjang gelombang dan radiasi

Kecepatan gelombang bunyi di udara pada suhu 200C sekitar 344 m/s yang

cukup tergolong lambat. Pada kecepatan yang demikian, panjang gelombang

yang dipancarkan pendek, yang berarti bahwa resolusi jarak dan arahnya lebih

tinggi. Karena resolusi yang lebih tinggi, memungkinkan untuk mendapatkan

tingkat akurasi yang cukup besar. Dimensi permukaan alat ultrasonic dapat

dengan mudah menghasilkan penyinaran yang akurat.

b.

Refleksi

Untuk mendeteksi kehadiran suatu objek, gelombang ultrasonic direfleksikan

pada objek. Karena sifat material bahan berbeda beda tingkat pantulan

gelombang ultrasoniknya, sehingga faktor refleksi yang dihasilkan akan

mengakibatkan besarnya jumlah pulsa yang diterima oleh sensor berbeda pula.

c. Suhu

Suhu pada sistem berakibat pada cepat/lambatnya gelombang bunyi merambat

di udara. Hal ini secara singkat dapat dijelaskan bahwa ketika suhu meningkat

Suhu (oC)

Jarak

(cm)Keterangan :

Suhu Tetap

Suhu Berubah

Tanpa koreksi

Suhu Berubah

dengan koreksi



19

besarnya energi kinetik gas di udara pun meningkat. Dengan demikian

mengakibatkan besarnya kecepatan yang merambat pada medium juga

meningkat.

d. Atenuasi

Salah satu faktor yang juga mempengaruhi besarnya pengukuran jarak adalah

gangguan. Besarnya gangguan yang berjalan teratenuasi sebanding dengan

jarak. Hal ini diakibatkan oleh hilangnya difusi pada permukaan sferis akibat

fenomena difrasksi dan absorbsi.



20

BAB V

PENUTUP

5.1 Kesimpulan

Melalui hasil yang didapat, penelitian ini dapat disimpulkan bahwa :

a.

Hasil pengukuran dengan sensor ultrasonik tidak tepat sama dengan nilai

pengukuran sebenaranya yaitu lebih kecil dengan selisih 0,08465 cm dan nilai

penyimpangan (error) sebesar 0,503 %.

b. Hasil pembacaan pengukuran jarak dengan perubahan suhu yang dimasukkan

faktor koreksi memiliki nilai kesalahan (error) yang lebih kecil dibandingkan

dengan hasil data pengukuran jarak dengan perubahan suhu tanpa faktor

koreksi

c. Pengaruh faktor koreksi suhu akan mengakibatkan hasil pembacaan

pengukuran yang lebih akurat.

d. Pengaruh suhu pada sensor ultrasonik menentukan arah baru dalam penelitian

terkait analitik dan skema aplikasi pengukuran jarak.

5.2

Saran

Dari hasil perancangan dan pembuatan sistem pengukuran jarak dengan

variasi suhu yang telah dilakukan dapat diberikan saran bahwa sistem ini dapat

diaplikasikan ke dalam suatu sistem yang lebih kompleks, sehingga akan

didapatkan suatu sistem yang optimal yang mampu mengukur jarak dengan variasi

suhu. Pada penelitian selanjutnya, disarankan untuk melakukan looping supaya

tingkat akurasi terhadap nilai sebenarnya didapatkan lebih baik. Namun demikian

dengan adanya looping atau array yang dijalankan dalam program akan

mengakibatkan hasil pembacaan membutuhkan waktu yang lama.



21

DAFTAR PUSTAKA

Arduino Uno, Datasheet Arduino Uno, [Internet]

http://digital.csic.es/bitstream/10261/127788/7/D-c-

%20Arduino%20uno.pdf . Diakses pada 14 Mei 2016

Halliday, D , Resnick, R., Walker,J., 1997, Fundamentals Of Physics, John Wiley

and Sons, Kanada

Hendro. 2014. Diktat Kuliah Sistem Instrumentasi Analisis. Bandung: Institut

Teknologi Bandung.

Murata, 2010, Ultrasonic Sensor: Application Manual ,

National Semiconductor, Datasheet LM35, [Internet]

http://www.ece.usu.edu/ece_store/spec/lm35dt-3p.pdf . Diakses pada 16 Mei

2016

Parallax NC, Datasheet Ping))) Parallax, [Internet]

https://www.parallax.com/sites/default/files/downloads/28015-PING-

Sensor-Product-Guide-v2.0.pdf . Diakses pada 16 Mei 2016.

Wikipedia, Kecepatan Suara, [Internet].

https://id.wikipedia.org/wiki/Kecepatan_suara. Diakses pada 16 Mei 2016

http://digital.csic.es/bitstream/10261/127788/7/D-c-%20Arduino%20uno.pdf



http://www.ece.usu.edu/ece_store/spec/lm35dt-3p.pdf


https://www.parallax.com/sites/default/files/downloads/28015-PING-Sensor-Product-Guide-v2.0.pdf



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










22

Lampiran 1

Solusi Analitik

Persamaan umum kecepatan suara yang diberikan persamaan Newton-Laplace:

s K

c dimana p K s , sehingga

M

T nRc

M

V pc

pc

Untuk di udara K mol J M

R R

air

./93.296028.0

314.8*

Untuk gas ideal, n = 1,

Sehingga

T Rc *

Karena T merupakan suhu mutlak sehingga

2737,415 c

Dimana :

merupakan suhu dalam satuan celcius

R merupakan konstanta gas molar, besarnya 314.8 J/(mol.K)

K s merupakan elsatisitas modulus bulk untuk gas

ρ merupakan densitas

γ merupakan rasio kapasitas panas udara

M merupakan massa molar gas. Untuk udara kering besarnya yaitu 0.028 kg/mol

Besarnya γ dapat dilihat pada Tabel 6.1.

Tabel 6.1 Rasio kapasitas panas Udara kering

Suhu (0C) Γ

0 1.403

20 1.400

100 1.401



23

Lampiran 2

Datasheet Sensor LM35



24



25

Lampiran 3

Datasheet Sensor PING))) Parallax



26



27

Lampiran 4

Script Arduino

/* Ping))) Sensor

This sketch reads a PING))) ultrasonic rangefinder and returns the

distance to the closest object in range. To do this, it sends a pulse

to the sensor to initiate a reading, then listens for a pulse

to return. The length of the returning pulse is proportional to

the distance of the object from the sensor.

The circuit:

* +V connection of the PING))) attached to +5V

* GND connection of the PING))) attached to ground

* SIG connection of the PING))) attached to digital pin 7

http://www.arduino.cc/en/Tutorial/Ping

*/

Tanpa adanya Koreksi Suhu

// this constant won't change. It's the pin number

// of the sensor's output:

const int pingPin = 7;

void setup() {

// initialize serial communication:

Serial.begin(9600);

}

void loop() {

// establish variables for duration of the ping,

// and the distance result in inches and centimeters:

float duration, cm;

// The PING))) is triggered by a HIGH pulse of 2 or more microseconds.

// Give a short LOW pulse beforehand to ensure a clean HIGH pulse:

pinMode(pingPin, OUTPUT);

digitalWrite(pingPin, LOW);

delayMicroseconds(2);



28

digitalWrite(pingPin, HIGH);



// The same pin is used to read the signal from the PING))): a HIGH

// pulse whose duration is the time (in microseconds) from the sending

// of the ping to the reception of its echo off of an object.

pinMode(pingPin, INPUT);

duration = pulseIn(pingPin, HIGH);

// convert the time into a distance

cm = microtocm(duration);

float suhu = analogRead(A0)*500.0/1024;

Serial.print(cm);

Serial.print(" , ");

Serial.println(suhu);

delay(1000);

}

float microtocm(float micro) {

return micro / 29 / 2;

}

Dengan Koreksi Suhu

// this constant won't change. It's the pin number

// of the sensor's output:

const int pingPin = 7;

void setup() {

// initialize serial communication:

Serial.begin(9600);

}

void loop() {

// establish variables for duration of the ping,

// and the distance result in inches and centimeters:

float duration, cm;



29

// The PING))) is triggered by a HIGH pulse of 2 or more microseconds.

// Give a short LOW pulse beforehand to ensure a clean HIGH pulse:

pinMode(pingPin, OUTPUT);



digitalWrite(pingPin, HIGH);



// The same pin is used to read the signal from the PING))): a HIGH

// pulse whose duration is the time (in microseconds) from the sending

// of the ping to the reception of its echo off of an object.

pinMode(pingPin, INPUT);

duration = pulseIn(pingPin, HIGH);

// convert the time into a distance

cm = microtocm(duration);

float suhu = analogRead(A0)*500.0/1024;

Serial.print(cm);

Serial.print(" , ");

Serial.println(suhu);

delay(1000);

}

float microtocm(float micro) {

float kec = sqrt(((analogRead(A0)*500.0/1024)+273)*1.4*8.314/0.028);

return micro / 10000*kec / 2; // variasi suhu

}

pengaruh suhu terhadap pengukuran jarak sensor ultrasonik

Documents