BAB II

31

BAB IVANALISIS DAN PERANCANGAN SISTEM

Perancangan sensor getar detektor gempa ini dibagi dalam dua tahap, yaitu perancangan perangkat keras (hardware) dan perancangan piranti lunak (software). Secara garis besar sensor getar detektor gempa ini akan menggunakan sebuah transduser piezoelektrik yang lazim digunakan sebagai sensor regangan. Secara umum pengoperasian dari sistem ini digambarkan pada Gambar 4.1

LED(3 buah)BuzzerRelayUnit Pengolah(AVR ATmega16)Transduser PiezoelektrikOutputInputGambar 4.1 Diagram sistemPiezoelektrik transduser akan menangkap getaran dan memberikan sinyal analog kepada ADC pada mikrokontroler, yang kemudian memproses sinyal-sinyal masukan ini sebagai pemicu aksi pada LED, buzzer, dan relay sebagai sistem output penentu 3 keadaan; aman, tidak aman dan berbahaya.4.1 Perancangan Hardware

Gambar 4.2 Skema rangkaian sistem sensor getarDalam perancangan perangkat keras dari sistem ini digunakan sebuah transduser piezoelektrik yang akan mendeteksi getaran menjadi sinyal-sinyal listrik, yang kemudian disearahkan menjadi sinyal-sinyal digital, sehingga dibutuhkan rangkaian atau sistem ADC (Analog/Digital Converter). Untuk menentukan batas nilai-nilai keadaaan dan kendali sistem output dibutuhkan sebuah unit pengolah dalam hal ini mikrokontroler. Skema rangkaian sistem digambarkan pada Gambar 4.2.4.1.1 TransduserTransduser piezoelektrik yang digunakanan adalah DFR00052 Analog Piezo Disk Vibration Sensor buatan DFRobot. Dikatakan transduser ini dapat difungsikan sebagai sensor getar karena tanggap terhadap perubahan regangan dengan menghasilkan perubahan tegangan output terukur yang sebanding dengan kuat getaran.

Gambar 4.3 Diagram DFRobot Vibration SensorDengan spesifikasi: Sumber tegangan: 5V Antarmuka: AnalogOutput transduser berfungsi sebagai input analog untuk ADC pada mikrokontroler. Diagram transduser ini digambarkan pada Gambar 4.3.4.1.2 Unit PengolahDalam perakitan sistem sensor getar sederhana pada umumnya dapat dilakukan tanpa menggunakan mikrokontroler. Penulis memilih untuk menggunakan mikrokontroler sebagai pengendali sistem dengan pertimbangan: mendeteksi getaran gempa sedikit lebih kompleks dibandingkan getaran yang berupa tumbukan atau benturan. Mempermudah pengembangan aplikasi sistem dalam penelitian berikutnya.Mikrokontroler yang digunakan adalah ATmega16L, rangkaian sistem minimal mikrokontroler ATmega16L terdiri dari mikrokontroler ATmega16L, rangkaian clock menggunakan kristal 16 MHz, rangkaian minimum ATmega16L dapat dilihat pada Gambar 4.4.

Gambar 4.4 Rangkaian minimum Atmega16LPort A akan difungsikan sebagai input ADC, dimana input analog berasal dari transduser piezoelektrik. Input analog transduser dihubungkan dengan PA0/ADC0 (pin ke-40) pada mikrokontroler, Port B dan Port C tidak digunakan. Port D akan difungsikan sebagai output dengan rincian sebagai berikut: PD0 dihubungkan pada output receiver R1OUT pada IC MAX 232 PD1 dihubungkan pada input driver T1IN pada IC MAX 232 PD2 dihubungkan pada LED-merah PD3 dihubungkan pada LED-jingga PD4 dihubungkan pada LED-hijau PD6 dihubungkan pada buzzer PD7 dihubungkan pada rangkaian penunjang relay4.1.3 Antarmuka SerialPada saat pengujian, sistem dihubungkan secara serial terhadap komputer, untuk menampilkan nilai yang terbaca oleh ADC. Untuk itu dibutuhkan sebuah rangkaian antarmuka serial, untuk menghubungkan mikrokontroler dengan komputer.Antarmuka serial pada sistem ini menggunakan IC MAX232 sebagai pengubah level tegangan. IC MAX232 mempunyai 2 receiver yang berfungsi sebagai pengubah level tegangan dari level RS-232 ke level Transistor Transistor Logic (TTL) dan mempunyai 2 driver yang berfungsi mengubah level tegangan dari level TTL ke level RS-232. Pasangan driver/receiver ini digunakan untuk TX dan RX, sedangkan pasangan yang lainnya digunakan untuk CTS dan RTS.

Gambar 4.5 Skema rangkaian MAX232T1In dan R1Out dihubungkan pada mikrokontroler, T1Out dihubungkan dengan DB9 pin ke-3 RS-232, R1IN dihubungkan dengan DB9 pin ke-2 RS-232, C1+ dan C1- harus dihubungkan dengan kapasitor minimal 16V demikian juga C2+ dan C2-. Skema rangkaian MAX232 dapat dilihat pada Gambar 4.5.4.1.4 Sistem OutputSebagai output digunakan buzzer, relay, dan 3 buah LED, untuk mengoperasikan relay dibutuhkan rangkaian relay driver seperti pada Gambar 4.6.

Gambar 4.6 Skema rangkaian relay driverSistem keluaran (output) dari sensor getaran gempa ini berupa 3 keadaan yang digambarkan sebagai berikut; aman: LED-hijau menyala tidak aman: LED-jingga menyala berbahaya: LED-merah, buzzer dan relay menyala.

4.2 Perancangan SoftwareProgram akan dirancang sesuai dengan kebutuhan sistem, yaitu membaca input, mengkategorikan keadaan sesuai nilai input terhadap parameter, dan menampilkan output sesuai keaadaan yang berlangsung. Diagram alir program ini digambarkan pada Gambar 4.7. Sistem sensor pendeteksi gempa ini akan mengkategorikan keadaan ke dalam 3 kategori keadaan; aman, tidak aman, dan berbahaya.

MulaiInisialisasiI/OPreset = AmanA. Identifikasi GetaranB. Identifikasi AncamanC. Hitung AncamanD. Identifikasi BahayaGambar 4.7 Diagram alir programInput dari program ini adalah nilai ADC hasil dari konversi sinyal analog transduser piezoelektrik. Pembacaan ADC akan dilakukan 5 kali berurutan, dan dicari rata-rata dari 5 bacaan tersebut. Nilai rata-rata dari 5 bacaan berurut ini yang akan menentukan apakah terjadi getaran atau tidak. Tiga getaran berurut pertama yang terbaca akan memulai aksi penghitungan ancaman.Apabila dalam 50 kali siklus pembacaan getaran terdapat minimal 20 kali ancaman maka sinyal bahaya akan mulai dihitung. Yang perlu diingat adalah setiap siklus pembacaan getaran terjadi dalam skala mikrodetik. Setiap 50 kali siklus pembacaan getaran maka jumlah siklus pembacaan dan ancaman akan di reset (diberikan nilai = 0). Setelah 4 kali pembacaan sinyal bahaya maka sistem akan mengkategorikan keadaan yang sedang berlangsung dan memberikan aksi pada sistem output.4.2.1 Identifikasi Getaran

Jumlahkan nilai ADCTidakYaB. Identifikasi AncamanBaca nilaiADC daripiezoelektrik Siklus bacaADC 5?Siklus baca ADC+ 1Jumlahnilai ADC = 0MulaiHitung rata-rata nilai ADCSiklusbaca ADC = 0Gambar 4.8 Diagram alir proses Identifikasi GetaranDiagram alir pada Gambar 4.8 menggambarkan proses Indentifikasi Getaran dimulai dengan member nilai 0 untuk variabel jumlah (J), kemudian dilakukan pembacaan ADC 5 kali berturut-turut dengan increment loop. Sampai pembacaan ke-5 nilai ADC dijumlahkan sebagai J, seteleh lima kali pembacaan akan dihitung rata-rata nilai ADC (R).4.2.2 Identifikasi AncamanDalam keadaan transduser piezoelektrik stabil atau diam rata-rata nilai 5 kali pembacaan ADC berturut (R) akan bernilai dalam rentang 0 sampai 2. Proses Identifikasi Ancaman merupakan evaluasi nilai R dari proses sebelumnya, apakah dapat dikategorikan sebagai getaran atau tidak, R yang dihitung sebagai getaran adalah yang bernilai > 2.

YaYaTidakTidakRata-rata nilai ADC 2?Jumlah getaran berurut + 1C. Hitung AncamanJumlah getaran berurut = 0Jumlahgetaran berurut 3?Ancaman terbaca + 1MulaiGambar 4.9 Diagram alir proses Identifikasi AncamanPada proses ini getaran berurut akan dihitung sebagai sebuah ancaman, penghitungan ancaman dimulai dari 3 getaran berurut pertama, namun bila nilai R yang terbaca bernilai 2 maka jumlah getaran berurut akan diberi nilai = 0 (reset). Proses ini digambarkan oleh diagram alir pada Gambar 4.9, baik terdapat ancaman atau tidak, proses akan dilanjutkan ke Hitung Ancaman.4.2.3 Hitung AncamanProses Hitung Ancaman ditandai dengan increment loop baca getaran. Pada proses ini penghitungan siklus baca getaran dimulai, demikian pula penghitungan jumlah ancaman yang terbaca. Diagram alir proses Hitung Ancaman digambarkan pada Gambar 4.10.

TidakTidakYaYaA. Identifikasi GetaranD. Identifikasi BahayaMulaiSiklus baca getaran 50?Ancaman terbaca 20?Siklus baca getaran + 1Siklus baca getaran = 0Ancaman terbaca = 0Sinyal bahaya+ 1Gambar 4.10 Diagram alir proses Hitung AncamanApabila siklus jumlah baca getaran sudah bernilai 50 dan terbaca 20 kali atau lebih, hal ini akan dianggap sebagai sinyal bahaya. Apabila siklus baca getaran belum mencapai 50 kali pembacaan getaran, maka proses Indentifikasi Getaran akan kembali dilakukan. Setiap siklus baca getaran sudah mencapai 50, maka jumlah siklus baca getaran dan jumlah ancaman akan diberi nilai 0 (reset). Sinyal bahaya akan diproses pada proses berikutnya.4.2.4 Indentifikasi BahayaPada proses ini akan dilakukan penghitungan sinyal bahaya yang terbaca yang akan digunakan sebagai parameter keadaan untuk aksi pada sistem output.

TidakYaA. Identifikasi GetaranAction 2(tidak aman)Action 1(aman)Action 3(berbahaya)Indeks = 2Indeks = 1Indeks = 3Tunggu 1 detikMulaiIndeks = 1 ?Indeks = 2 ?Siklus baca bahaya 4?Siklus baca bahaya + 1Siklus baca bahaya = 0Sinyal bahaya 1 ?Sinyal bahaya 2 ?Sinyal bahaya= 0YaYaYaYaTidakTidakTidakTidakYaSinyal bahaya> 2 ?TidakGambar 4.11 Diagram alir proses Identifikasi BahayaKeadaan yang sedang terjadi ditentukan berdasarkan jumlah sinyal bahaya yang terbaca dalam 4 kali pembacaan. Siklus baca bahaya adalah increment loop terakhir pada program ini. Apabila siklus baca bahaya sudah dilakukan sebanyak 4 kali maka dilakukan penentuan keadaan, jika belum maka proses Identifikasi Getaran akan dilakukan kembali. Diagram alir proses Identifikasi Bahaya digambarkan pada Gambar 4.11.Penentuan keadaan berdasarkan sinyal bahaya yang terbaca dalam 4 kali pembacaan adalah sebagai berikut: Aman: sinyal bahaya 1 Tidak Aman: sinyal bahaya 2 Berbahaya: sinyal bahaya > 2Indeks adalah identitas keadaan yang baru saja terjadi. Berikut ini nilai indeks dari setiap keaadaan: keadaan aman = 1 keadaan tidak aman = 2 keadaan berbahaya = 3Variabel tambahan ini akan mempengaruhi pengambilan keputusan penentuan keadaan berikutnya, pengaruh variabel indeks dalam menenukan keadaan: Sinyal bahaya 2, indeks = 2, keadaan : berbahaya Sinyal bahaya > 2, indeks = 1, keadaan : tidak amanDua keadaan tidak aman berurutan akan dianggap sebagai keadaan berbahaya, sedangkan keadaan berbahaya yang terjadi setelah keadaan aman tidak akan dianggap sebagai keadaan berbahaya, tetapi sebagai keadaan tidak aman.Setelah keadaan ditentukan, aksi pada sistem output akan dilakukan, kemudian diberikan waktu tunggu 1 detik.4.2.5 Prosedur ActionUntuk melakukan aksi pada sistem output digunakan sebuah prosedur bertingkat yang akan melakukan aksi-aksi sesuai tingkatan aksi yang dipanggil pada proses Identifikasi Bahaya. Setelah aksi pada output diberikan seperti pada diagram alir pada Gambar 4.12, diberikan waktu tunggu 10 ms sebelum prosedur ini diakhiri.

MulaiSelesaiTidakTidakTidakYaYaYaTunggu 0,1 detikStep_action= 1 ?Step_action= 2 ?Step_action= 3 ?LED_green : onLED_green : offLED_green : offLED_orange : offLED_orange : onLED_orange : offLED_red : offLED_red : offLED_red : onbuzzer : offbuzzer : offbuzzer : onrelay : offrelay : offrelay : onGambar 4.12 Diagram alir prosedur Action4.3 4.1.1 4.1.2 4.1.3

22