pendisplayan neraca dibantu dengan sensor accelerometer MMA 7361

PERANCANGAN DAN IMPLEMENTASI ALAT

PEMBACA SKALA NERACA SECARA DIGITAL

DENGAN SENSOR ACCELEROMETER MMA 7361

YANG DITAMPILKAN PADA DISPLAY 2×16

PROJEK AKHIR

Oleh :

Samsudin / 03309316

Arief Wahyu Hidayat / 03309331

PROGRAM STUDI D3 METROLOGI DAN INSTRUMENTASI

FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI

INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG

2012

PERANCANGAN DAN IMPLEMENTASI ALAT

PEMBACA SKALA NERACA SECARA DIGITAL

DENGAN SENSOR ACCELEROMETER MMA 7361

YANG DITAMPILKAN PADA DISPLAY 2×16

PROJEK AKHIR

Diajukan untuk memenuhi syarat kelulusan tahap pendidikan D-3 pada

Program Studi Metrologi dan Instrumentasi

Fakultas Teknologi Industri-Institut Teknologi Bandung

Oleh :

Samsudin / 03309316

Arief Wahyu Hidayat / 03309331

Pembimbing :

Dr.Ir. Nugraha ,M.Eng.

Ayu Gareta R.,S.T

PROGRAM STUDI D3 METROLOGI DAN INSTRUMENTASI

FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI

INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG

2012

LEMBAR PENGESAHAN

Laporan Projek Akhir MI-32011

Program Studi D3 Metrologi dan Instrumentasi

Institut Teknologi Bandung

Judul Projek Akhir

PERANCANGAN DAN IMPLEMENTASI ALAT PEMBACA

SKALA NERACA SECARA DIGITAL DENGAN SENSOR

ACCELEROMETER MMA 7361 YANG DITAMPILKAN PADA

DISPLAY 2×16

Mahasiswa :

1. Samsudin / 03309316

2. Arief Wahyu H / 03309331

Telah diperiksa dan disetujui pada tanggal ….Juli 2012

Pembimbing I Pembimbing II

i

ABSTRAK

Sampai saat ini, kalibrasi anak timbangan menggunakan neraca di Indonesia masih

dilakukan secara manual dimana pembacaan skala simpangan neraca masih

menggunakan metode konvensional yaitu menggunkan mata. Hal ini dapat

menyebabkan adanya kesalahan paralaks. Oleh karena itu, ingin dibuat suatu alat

yang dapat melakukan pembacaan skala neraca secara otomatis dengan menggunakan

sensor accelerometer MMA 7361. Hal ini bertujuan untuk mempermudah dan

mempercepat proses peneraan maupun pengalibrasian yang menggunakan neraca.

Terdapat dua metode untuk proses kalibrasi anak timbangan menggunakan neraca,

yaitu Metode Borda dan Metode Gauss yang sama-sama menggunakan skala

simpangan untuk mencari nilai kesalahannya. Telah dibuat suatu alat pembaca skala

simpangan pada neraca dengan menggunakan sensor accelerometer MMA 7361 yang

diintegrasikan dengan mikrokontroler Arduino dan LCD 2x16. Hasil pengujian alat

pembaca skala simpangan neraca dengan dua metode yang ada menghasilkan

kesalahan 0.000804 g (Borda) dan -0.000053 g (Gauss) sedangkan pengujian manual

menghasilkan kesalahan sebesar 0.020663 g (Borda) dan -0.005437 g (Gauss) dengan

BKD (Batas Kesalahan yang Diijinkan) 0.05 g.

Kata kunci

Neraca, Accelerometer, Titik Kesetimbangan, Kesalahan.

ii

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan bagi kehadirat Allah SWT karena atas segala

rahmat-Nya penulis pada akhirnya dapat menyelesaikan projek akhir yang berjudul

“Perancangan Dan Implementasi Alat Pembaca Skala Neraca Secara Digital

Dengan Sensor Accelerometer MMA 7361 Yang Ditampilkan Pada Display 2×16”.

Dalam menyelesaikan projek akhir ini, penulis telah banyak mendapatkan

bantuan dan masukan dari orang yang mengetahui tentang masalah neraca diBalai

Diklat Metrologi, serta petunjuk dari berbagai pihak baik secara langsung maupun

tidak langsung. Untuk itu dalam kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima

kasih yang sebesar-besarnya kepada :

1. Dr.Ir.Nugraha, M.Engselaku pembimbing I;

2. Ayu Garetha,ST.selaku pembimbing II;

3. Bpk. Rifyan Nasution Widyaswara Balai Diklat Metrologi yang membantu

dalam pengujian alat ukur projek akhir ini;

4. Dr. Suprijanto, S.T., M.T selaku dosen Projek Akhir I;

5. Bpk. Dedy Kurniadi, Dr.Eng.selaku dosen Projek Akhir II yang selalu

memantau dalam pengerjaaan projek akhir;

6. Teman-teman D3 Metrologi dan Instrumentasi yang membantu dalam

berdiskusi mengenai projek akhir dan saran yang dapat diterima sebagi

masukan dari projek akhir yang dirancang.

7. Orang tua dan keluarga yang telah memberikan dukungan bagi penulis

8. Semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu per satu atas semua bantuan

yang diberikan kepada penulis selama projek akhir dan proses penyusunan

laporan ini.

Penulis berharap laporan ini dapat bermanfaat bagi rekan-rekan mahasiswa

terutama dari D3 Metrologi dan Instrumentasi serta pihak-pihak yang berperan dalam

iii

Projek Akhir. Penulis menyadari dalam penulisan laporan ini masih terdapat

kekurangan oleh karena itu saran dan kritik untuk kemajuan sangat penulis harapkan.

Bandung, 16 April 2012

Penulis

iv

DAFTAR ISI Hal.

ABSTRAK ................................................................................................................i

KATA PENGANTAR ............................................................................................ ii

DAFTAR ISI .......................................................................................................... iv

DAFTAR GAMBAR .............................................................................................. vi

DAFTAR TABEL .................................................................................................vii

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

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

1.2. Permasalahan Projek Akhir ................................................................ 2

1.3. Tujuan Projek Akhir ........................................................................... 2

1.4. Ruang Lingkup................................................................................... 3

1.5. Metodologi ......................................................................................... 3

1.6. Sistematika Penulisan ......................................................................... 4

BAB II KONSEP PROJEK AKHIR ................................................................... 5

2.1. Teori Dasar......................................................................................... 5

2.2. Massa Konvensional ........................................................................... 7

2.3. Metode Borda ..................................................................................... 7

2.4. Metode Gauss ..................................................................................... 9

2.5. Penentuan BKD ( Batas Kesalahan yang Diijinkan ) ......................... 11

2.6. Daftar Peralatan ................................................................................ 12

BAB III PERACANGAN DAN PENGUJIAN PROJEK AKHIR ..................... 14

3.1. Pendahuluan ..................................................................................... 14

3.2. Desain Perangkat Keras .................................................................... 14

3.3. Desain Perangkat Lunak ................................................................... 15

3.4. Tampilan Luar Projek Akhir ............................................................. 17

3.5. Penentuan Posisi Sensor dan Setting Nol Neraca .............................. 18

3.6. Hubungan Antara Sudut dan Simpangan .......................................... 19

v

3.7. Penentuan Nilai Skala ...................................................................... 20

3.8. Pengujian Anak Timbangan dengan Metode Borda dan Gauss ......... 20

3.9. Analisis ............................................................................................ 21

BAB IV KESIMPULAN ..................................................................................... 23

4.1. Kesimpulan ...................................................................................... 23

4.2. Saran ................................................................................................ 23

DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................ 24

LAMPIRAN A DATA PENGUJIAN ALAT UKUR PROJEK AKHIR ............. 25

A.1.Data Pengujian Simpangan Pada Skala Neraca ................................. 25

A.1.1. Metode Borda ........................................................................ 25

A.1.2. Metode Gauss ........................................................................ 28

A.2. Data Pengujian dengan Meenggunakan Sensor ................................ 30

A.2.1. Metode Borda ........................................................................ 31

A.2.2. Metode Gauss ........................................................................ 33

LAMPIRAN B PROGRAM PROJEK AKHIR ................................................... 36

vi

DAFTAR GAMBAR

Hal.

Gambar 1.1. Neraca 1

Gambar 1.2. Accelerometer MMA 7361 2

Gambar 2.1. Simpangan Pada Neraca 6

Gambar 2.2. Simpangan Pengujian MetodeBorda 8

Gambar 2.3. Simpangan Pengujian MetodeGauss 10

Gambar 3.1. Diagram Blok Projek Akhir 14

Gambar 3.2. Diagram Wire Projek Akhir 15

Gambar 3.3. Diagram Alir Program Projek Akhir 16

Gambar 3.4. Tampilan Luar Projek Akhir 17

Gambar 3.5. Peletakan Sensor Pada Neraca 18

Gambar 3.6. Pengatur Beban Pada Neraca 19

vii

DAFTAR TABEL Hal.

Tabel 2.1. Cerapan Pengujian MetodeBorda 9

Tabel 2.2. Cerapan Pengujian MetodeGauss 11

Tabel 2.3. Kelas Timbangan 11

Tabel 2.4. BKD 12

Tabel 3.1. Hubungan Antara Simpangan Dengan Sudut 19

Tabel 3.2. Tabel Nilai Pengujian Nilai Skala Menggunakan Simpangan 20

Tabel 3.3. Tabel Nilai Pengujian Nilai Skala Menggunakan Sensor 20

Tabel 3.4.a. Massa Konvensional 21

Tabel 3.4.b. Massa Konvensional (Lanjutan) 21

Tabel A.1. MetodeBorda Simpangan Dengan AT 5g 25





Tabel A.6. MetodeGauss Simpangan Dengan AT 5g 28





Tabel A.11. MetodeBorda Sensor Dengan AT 5g 30





Tabel A.16. MetodeGauss Sensor Dengan AT 5g 33


viii




1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Di zaman modern seperti sekarang ini pengukuran tidak dapat dilepaskan dari

kehidupan sehari-hari. Pengukuran berperan penting untuk melindungi konsumen dan

memastikan barang-barang yang beredar dalam dunia perdagangan sesuai dengan

standarnya. Oleh karena itu, untuk menghasilkan barang-barang yang sesuai dengan

standarnya diperlukan alat ukur yang juga memenuhi standar. Alat ukur, takar,

timbang, dan perlengkapannya (UTTP) merupakan peralatan yang banyak digunakan

dalam dunia perdagangan. Namun, ada satu hal yang perlu diperhatikan dari UTTP

ini yaitu nilai kebenarannya yang bisa berubah. Oleh karena itu, perlu dilakukan

pengujian secara berkala pada alat UTTP. Hal ini bertujuan untuk mendapatkan alat

UTTP dengan standar akurasi yang tepat[1]

. Proses pengujian ini disebut kalibrasi atau

juga proses tera maupun tera ulang. Contoh dari salah satu alat UTTP adalah neraca.

Neraca merupakan timbangan yang terdiri dari sebatang tuas yang dapat berotasi

pada sumbu yang dipasang ditengah-tengahnya. Pada umumnya neraca dipakai untuk

penimbangan massa kecil namun cukup akurat[2]

.

Gambar 1.1. Neraca

Teori neraca pada umumnya merupakan dasar untuk pengembangan timbangan-

timbangan yang lain, terutama yang prinsip kerjanya berdasarkan sifat-sifat tuas.

Sampai sekarang pembacaan skala neraca masih dilakukan secara manual dengan

resolusi yang besar, sehingga tingkat ketelitiannya kecil. Hal ini yang mendorong

2

kami untuk merancang alat yang dapat menampilkan pembacaan neraca secara digital

sehingga dapat memperbaiki ketelitian pembacaan neraca. Tampilan akan

menggunakan LCD 2x16 dengan pengukuran simpangan dilakukan oleh sensor.

Peletakan sensor serta LCD 2x16 perlu diperhatikan agar tidak mengganggu proses

pengukuran.

Gambar 1.2. Accelerometer MMA 7361

Penggunaan peralatan ini diharapkan dapat mempermudah dan mempercepat

proses peneraan semua alat UTTP yang menggunakan neraca, serta menaikan tingkat

ketelitian pengukuran.

1.2 Permasalahan Projek Akhir

Permasalahan pada projek akhir ini adalah bagaimana mengganti pembacaan

manual dengan tampilan digital menggunakan LCD 2×16 dan sensor accelerometer

MMA 7361. Permasalahan meliputi disain perangkat keras dan perangkat lunak serta

peletakan sensor.

1.3. Tujuan Projek Akhir

Tujuan projek akhir ini adalah

1. Membuat tampilan digital pada LCD 2×16 untuk membaca simpangan

neraca menggunakan sensor accelerometer MMA 7361.

2. Membandingkan ketelitian pengukuran secara digital dengan manual

menggunakan metode Borda dan Gauss.

3

1.4. Ruang Lingkup

Untuk mencapai tujuan dari projek akhir ini ada beberapa batasan masalah

dalam pengerjaan projek akhir yaitu:

1. Neraca yang digunakan merupakan timbangan kelas II yang mempunyai

kapasitas maksimum menimbang 1 kg.

2. Anak timbangan yang digunakan adalah anak timbangan kelas F1, F2, dan

M1 dengan massa nominal 5 g, 20 g, 50 g, 100 g, dan 200 g.

3. Metode yang digunakan untuk membandingkan pembacaan digital dan

manual adalah metode Borda dan Gauss.

4. Accelerometer yang digunakan adalah tipe MMA 7361.

5. Hasil pengujian ditampilkan secara digital menggunakan LCD 2×16.

1.5.Metodologi

Metodologi yang diterapkan dalam projek ini meliputi beberapa tahap:

1. Studi literatur mengenai cara kalibrasi anak timbangan menggunakan metode

Borda dan Gauss.

2. Kalibrasi untuk mencari hubungan antara keluaran accelerometer dengan

skala simpangan neraca.

3. Pembuatan program untuk mengkonversi keluaran accelerometer menjadi

skala simpangan neraca.

4. Disain rangkaian elektronik untuk menampilkan keluaran accelerometer

MMA 7361 secara digital pada LCD 2×16.

5. Percobaan pengukuran menggunakan alat hasil projek akhir.

6. Analisis hasil percobaan untuk menentukan karakteristik alat ukur projek

akhir.

4

1.6. Sistematika Penulisan

Laporan projek akhir ini ditulis dengan susunan sebagai berikut:

1. Bab I

Bab ini berisi tentang latar belakang projek akhir, tujuan projek akhir,

pemasalahan projek akhir, ruang lingkup pengerjaan projek akhir, metedologi

pengerjaan dan sistematika penulisan.

2. Bab II

Bab ini menjelaskan tentang dasar teori, komponen dan spesifikasi komponen

yang digunakan pada projek akhir, dll.

3. Bab III

Bab ini menjelaskan mengenai hasil pengujian, analisis data, dan kalibrsai alat

dengan metode Borda dan metode Gauss.

4. Bab IV

Bab ini membahas mengenai kesimpulan dan saran.

5

BAB II

KONSEP PROJEK AKHIR

2.1 .Teori Dasar

Neraca adalah timbangan yang terdiri dari sebatang tuas yang dapat berotasi

pada sumbu yang dipasang ditengah-tengahnya. Pada umumnya neraca dipakai

untuk penimbangan kapasitas kecil tetapi cukup akurat (lihat Gambar 1.1.

Neraca)[3]

. Teori neraca umumnya merupakan dasar untuk pengembangan

timbangan-timbangan yang lain, terutama yang prinsip kerjanya berdasarkan sifat-

sifat tuas.

Dalam penggunaannya, setiap neraca atau timbangan harus memenuhi

persyaratan sifat-sifat metrologisnya, yaitu kebenaran, kepekaan, dan ketetapan.

Kebenaran adalah kemampuan untuk mendapatkan penunjukan yang sama dengan

nilai sesungguhnya dari yang akan diukur dengan maksud setiap timbangan harus

benar menunjukan massa dari suatu benda yang ditimbang dengan timbangan atau

neraca.

Kepekaan adalah sifat yang menunjukan kemampuan beraksi dari suatu

timbangan atau neraca ketika ditambahkan massa yang kecil secara terus menerus.

Ketetapan adalah sifat yang menyatakan kemampuan timbangan atau neraca untuk

menunjukan harga yang sama atau stabil apabila dimuati berulang-ulang dengan

muatan yang sama atau dalam kondisi yang sama.

Pengujian AT (Anak Timbangan) menggunakan neraca dan metode Borda serta

Gauss dilakukan dengan cara membandingkan massa standar dan massa yang diuji

dengan melihat simpangan pada neraca. Berikut ini merupakan persamaan yang

biasa digunakan untuk mencari massa uji menggunakan metode Borda dan Gauss[3]

.

𝑇 =2𝑎1+3𝑎2+2𝑎3+3𝑎4+2𝑎5

12 (2.1)

𝑢 =∆𝐺

| 𝑇2−𝑇1 | (2.2)

𝑀𝑚 =Ms + T u (2.3)

6

Gambar 2.1. Simpangan Pada Neraca

Dengan,

T = simpangan dari jarum penunjukan neraca (rata-rata)

a1-a5 = nilai simpangan yang dihasilkan dari Gambar 2.1

u = nilai skala

∆𝐺 = imbuh

T1 = simpangan rata-rata tanpa imbuh

T2 = simpangan rata-rata dengan imbuh

Mm = massa yang diuji

Ms = massa standar

Gambar 2.1. menjelaskan mengenai cara untuk mengambil data simpangan dari

neraca. Persamaan 2.1 digunakan untuk mencari simpangan rata-rata dan nilai skala

dari neraca yang menunjukan massa dari tiap skala pada neraca. Nilai ∆𝐺 atau imbuh

pada pencarian nilai skala neraca bernilai 0.01% dari kapasitas maksimum neraca.

Jika kapasitas maksimum neraca adalah 1 kg maka nilai imbuh adalah 0.1 g. Nilai

massa uji dapat diketahui menggunakan persamaan 2.3. Nilai massa standar pada

persamaan 2.3 merupakan massa yang telah diketahui nilai massanya. Massa uji yang

didapatkan merupakan massa konvensional.

7

2.2 Massa Konvensional

Setiap beban anak timbangan baik AT standar dan AT uji mempunyai massa

konvensional masing-masing nominal, massa konvensioanal adalah nilai atau harga

dari anak timbangan sebenaranya sesuai dengan sertifikasi yang dikeluarkan oleh

KAN (Komite Akreditasi Nasioanal). Definisi massa konvensional secara lengkap

dapat ditemukan pada OIML D28 edisi 2004. Secara singkat, definisi massa

konvensional yang diterjemahkan dari buku Morris dan K. Fen dapat diartikan

sebagai berikut: Massa konvensional sebuah benda adalah massa sebenarnya dari

anak timbangan yang memiliki massa jenis 8000 kg/m3 dengan temperatur 20

0C

yang membuat setimbang pada massa jenis udara 1.2 kg/m3[4]

. Untuk mendapatkan

massa konvensional digunakan dua metode yaitu metode Borda dan metode Gauss.

2.3 Metode Borda

Metode Borda biasa juga disebut sebagai metode substitusi. Selain digunakan

pada neraca metode Borda juga digunakan pada timbangan elektronik. Metode ini

digunakan untuk memperkecil kesalahan dan pengaruh perbedaan lengan pada

neraca. Pada pengujian metode Borda pada piring muatan sebelah kanan neraca

ditempatkan sebuah tara. Tara adalah suatu anak timbanganyang tidak mudah

berubah massanya. Massa tara sesuai dengan massa uji[4]

. Posisi tara tetap berada

pada piring muatan sebelah kanan sedangkan piring sebelah kiri diletakkan massa uji

dan standar secara bergantian seperti diperlihatkan pada Tabel 2.1.Gambar 2.2.

menampilkan pengujian anak timbangan menggunakan metode Borda.

8

Gambar 2.2.Simpangan Pengujian Metode Borda

Langkah –langkah pengujian metode Borda diantaranya:

a. Catat massa konvensional anak timbangan (AT) standar pada cerapan

pengujian.

b. Cari nilai skala pada muatan uji.

c. Beri muatan tara pada piring sebelah kanan neraca.

d. Beri muatan standar pada piring kiri dan lakukan pembacaan timbangan.

e. Turunkan muatan standar dari piring kiri neraca.

f. Beri muatan AT uji pada piring kiri dan lakukan pembacaan timbangan.

g. Ulangi langkah sesuai langkah f.

h. Ulangi langkah sesuai langkah d.

i. Tentukan selisih penimbangan antara AT standard dengan AT uji.

j. Tentukan massa konvensial AT uji dan kesalahanya.

k. Bandingkan dengan BKD (Batas Kesalahan yang Diijinkan) sesuai dengan

massa konvensionalnya.

9

Tabel 2.1.Cerapan Pengujian MetodeBorda

2.4 Metode Gauss

Metode Gauss merupakan sebuah metode yang digunakan untuk memperkecil

pengaruh dari adanya perbedaan panjang lengan neraca. Pengujian dengan

menggunakan metode Gauss hanya menggunakan massa standar dan massa uji saja[4]

.

Pengujian dengan metode Gauss dilakukan dengan menukarkan posisi anak

timbangan standar dan anak timbangan uji seperti yang tertera pada Tabel 2.2.

Gambar 2.3. menampilkan ilustrasi proses penimbangan menggunakan metode

Gauss.

10

Gambar 2.3.Simpangan Pengujian Metode Gauss

Langkah-langkah pengujian metode Gauss :

a. Catat massa konvensional anak timbangan (AT) standar pada cerapan

pengujian.

b. Cari nilai skala neraca pada muatan uji.

c. Beri muatan AT standar pada piring sebelah kiri dan muatan uji pada

sebelah kanan, dan lakukan pembacaan timbangan.

d. Beri muatan uji standar pada piring sebelah kiri dan AT standar pada

piring sebelah kanan, dan lakukan pembacaan dari timbangan.

e. Ulangi langkah d.

f. Ulangi langkah c.

g. Tentukan selisih penimbangan antara AT standar dengan AT uji.

h. Tentukan massa konvensional AT uji dan kesalahannya.

i. Bandingkan dengan BKD (Batas Kesalahan yang Diijinkan) sesuai

dengan massa nominalnya.

11

Tabel 2.2.Cerapan Pengujian MetodeGauss

2.5 Penentuan BKD ( Batas Kesalahan yang Diijinkan )

Setiap alat UTTP pasti mempunyai nilai kesalahan. Oleh karena itu itu, perlu

adanya aturan yang mengatur tentang nilai kesalahan tersebut. Dalam kemetrologian

dikenal sebuah istilah BKD ( Batas Kesalahan yang Diijinkan ) yang mengatur

tentang nilai kesalahan dari semua alat UTTP berdasarkan tiap kelas timbangan.

Berikut merupakan tabel kelas timbangan.

Tabel 2.3.Kelas Timbangan

12

Tabel 2.3. digunakan untuk mencari kelas timbangan dengan menggunakan

persamaan:

𝑛 =𝑘𝑎𝑝𝑎𝑠𝑖𝑡𝑎𝑠 𝑚𝑎𝑘𝑠𝑖𝑚𝑢𝑚

𝑒 (𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑣𝑎𝑙 𝑠𝑘𝑎𝑙𝑎 ) (2.4)

Dalam projek akhir ini neraca yang digunakan merupakan neraca dengan

kapasitas maksimum 1 kg ( 1000 g) dengan nilai interval skala 0.01. Dengan

menggunakan persamaan 3.2 didapatkan n = 100000. Mengacu pada Tabel 3.2.

didapat bahwa neraca yang digunakan merupakan timbangan kelas II dengan nilai

minimum menimbang 50e = 5g karena e = 0.1 g. Setelah diketahui kelas timbangan

langkah selanjutnya adalah mencari nilai BKD.

Tabel 2.4. BKD

Berdasarkan Tabel 2.4. didapatkan bahwa nilai BKD dari pengujian AT 0 g ≤ m≤

500 g adalah ± 0,5e = 50 mg sedangkan untuk pengujian AT 500 g < m≤ 2000 g

adalah ± 1,0e = 100 mg.

2.6. Daftar Peralatan

Komponen-komponen yang digunakan dalam projek akhir ini antara lain,

a. Sensor accelerometer MMA 7361 yang mengukur percepatan dan akan

dikonversi dengan menggunakan program arduino menjadi sudut kemiringan.

Untuk menghasilkan simpangan data sudut akan diubah menggunakan

microsoft excel.

13

b. LCD (Liquid Cristal Display) 2×16 berfungsi untuk menampilkan data hasil

pengukuran dari projek akhir.

c. Mikrokontroler arduino UNO R2 10 bytes berfungsi untuk mengolah data

sehingga dapat ditampilkan.

d. Potensiometer 5kΩ untuk mengatur kecerahan dari layar LCD 2×16.

e. Micro pushbutton digunakan untuk mengatur led pada layar LCD 2×16.

14

BAB III

PERACANGAN DAN PENGUJIAN PROJEK AKHIR

3.1 Pendahuluan

Accelerometer adalah sebuah sensor sekaligus tranduser yang berfungsi untuk

mengukur percepatan, mendeteksi dan mengukur getaran, ataupun untuk mengukur

percepatan akibat gravitasi bumi. Prinsip kerja dari tranduser ini berdasarkan hukum

fisika bahwa apabila suatu konduktor digerakkan melalui suatu medan magnet, atau

jika suatu medan magnet digerakkan melalui suatu konduktor, maka akan timbul

suatu tegangan induksi pada konduktor tersebut. Accelerometer yang diletakan di

permukaan bumi dapat mendeteksi percepatan 1g (ukuran gravitasi bumi) pada titik

vertikalnya[5]

.

Percepatan yang terbaca pada accelerometer memiliki hubungan dengan sudut

kemiringan accelerometer. Jika accelerometer diletakkan di lengan timbangan maka

accelerometer dapat mendeteksi kemiringan lengan timbangan yang dapat dikonversi

kedalam skala simpangan yang biasa dibaca secara manual.

3.2. Desain Perangkat Keras

Gambar 3.1. Diagram Blok Projek Akhir

Gambar 3.1. memperlihatkan diagram blok dari rancangan perangkat keras yang

dibuat pada projek akhir ini. Sensor accelerometer MMA 7361 diletakkan pada posisi

tengah-tengah lengan neraca untuk mengatur kemiringan lengan neraca. Keluaran

analog accelerometer kemudian dihubungkan ke pin input analog mikrokontroler

Sensor 3 axis

Accelerometer

MMA 7361 pada

neraca

Arduino UNO

(mikrokontroler)

LCD 2x16

15

Arduino UNO untuk diubah menjadi sinyal digital oleh ADC 8 bit yang ada pada

Arduino UNO. Data digital diolah oleh Arduino untuk selanjutnya dikirimkan ke pin

digital Arduino UNO yang tersambung dengan modul LCD 2x16 untuk ditampilkan.

Diagram pengkabelan detilnya ditampilkan pada Gambar 3.2. berikut.

Gambar 3.2. Diagram Wire Projek Akhir[2]

LCD 2x16 diberi catu daya 5 V lewat pin 5V pada Arduino. Kekontrasan LCD 2x16

dikontrol melalui harga tahanan potensiometer yang dihubungkan dengan LCD 2x16.

LCD 2x16 dihubungkan ke pin keluaran digital Arduino. Keluaran analog sumbu x

dari accelerometer MMA 7361 dihubungkan ke masukan analog Arduino yang

kemudian akan dikonversi oleh ADC menjadi sinyal digital.

3.3 Desain Perangkat Lunak

Perangkat lunak yang dijalankan pada program mikrokontroler Arduino

dimaksudkan untuk melakukan komunikasi data antara Arduino dengan sensor

accelerometer dan LCD 2x16, mengubah data analog accelerometer menjadi data

16

sudut kemiringan lengan neraca yang ditampilkan pada LCD 2x16. Diagram alir dari

program adalah sebagai berikut.

Gambar 3.3. Diagram Alir Program

Konversi data dimaksudkan untuk mengubah data analog accelerometer menjadi

sudut kemiringan lengan neraca. Konversi keluaran tegangan analog accelerometer

menjadi sudut kemiringan dilakukan dengan menggunakan persamaan sebagai

berikut.

Selesai

YA

Mulai

Inisialisasi

Program

Read

Accelerometer

Konversi Data

Closing

Program

TIDAK

Tampilkan ke

LCD

TIDAK

17

Acc_Xg = mVperUnit × (Acc_X - offset) / mvPerG (3.1)

𝑋𝑑𝑒𝑔 = 𝑎𝑠𝑖𝑛(𝐴𝑐𝑐_𝑋𝑔) × (180/𝑃𝐼) (3.2)

Dengan,

Acc_Xg = Keluaran sensor accelerometer,

mVperUnit = 3.3 V/1024 (V),

Acc_X = Nilai yang dihasilkan oleh sensor accelerometer MMA 7361 (bit),

Offset = Titik nol pada nilai bit (512 bit).

mvPerG = Sensitivitas sensor ( 800 mV/g),

Xdeg = Sudut yang dihasilkan (o),

Detil program dapat dilihat pada Lampiran B.

3.4 Tampilan Luar Projek Akhir

Tampilan luar dari alat projek akhir yang telah ditunjukan pada Gambar 3.4.

Gambar 3.4. Tampilan Luar Alat Projek Akhir

Bentuk kotak pada Gambar 3.4. merupakan merupakan bagian yang berfungsi

untuk menampilkan dan mengolah data yang dihasilkan oleh accelerometer MMA

7361. Sensor accelerometer MMA 7361 ditempelkan pada lengan neraca lalu

dihubungkan ke kotak tersebut dengan menggunakan kabel lentur. Data pengukuran

dari accelerometer ditampilkan pada LCD yang ada pada kotak tersebut.

18

3.5. Penentuan Posisi Sensor dan Setting Nol Neraca

Neraca merupakan timbangan yang mudah terpengaruh oleh keadaan sekitarnya.

Beberapa hal yang dapat mempengaruhi neraca antara lain getaran, aliran udara dari

air conditioner, dan lain-lain. Hal ini membuktikan bahwa neraca adalah timbangan

yang membutuhkan perhatian ekstra saat digunakan untuk melakukan pengujian. Hal

tersebut dilakukan agar menghasilkan hasil pengukuran yang benar. Karena itu, pada

projek akhir ini pengaturan posisi dari sensor sangat menentukan. Pengaturan posisi

ini bertujuan untuk memperkecil pengaruh keberadaan sensor terhadap hasil

pengukuran.

Setelah dilakukan beberapa percobaan untuk menempatkan sensor pada lengan

neraca didapatkan bahwa ketika sensor ditempatkan pada lengan neraca yang ada

jarum penunjuk simpangan neraca, pengaruh dari sensor dapat diminimalkan.

Gambar 3.5. menampilkan foto dari penempatan sensor pada lengan neraca.

Gambar 3.5.Peletakan Sensor Pada Neraca

Keberadaan sensor akan mempengaruhi keseimbangan lengan neraca sehingga

harus dilakukan setting nol. Setting nol dilakukan agar penunjukan jarum penunjuk

pada neraca menunjukan nol saat akan melakukan pengujian. Setting nol ini

dilakukan dengan cara mengatur beban pada lengan neraca. Gambar 3.6. merupakan

foto beban yang terletak pada lengan neraca.

19

Gambar 3.6. Pengatur Beban Pada Neraca

Beban tersebut diatur sampai jarum penunjuk pada neraca menunjukan nol.

3.6. Hubungan Antara Sudut dan Simpangan

Pada projek akhir ini sudut yang terdeteksi merupakan sudut yang dihasilkan

oleh simpangan dari jarum penunujuk pada neraca. Diibaratkan bahwa nilai nol pada

skala neraca adalah sama dengan 0o. Untuk membuktikan hal tersebut perlu dilakukan

pengujian untuk untuk mengetahui hubungan antara skala simpangan pada neraca

dengan sudut yang dihasilkan. Tabel 3.1. menampilkan hasil pengujian hubungan

antara sudut dengan skala simpangan pada neraca.

Tabel 3.1.Tabel Hubungan Antara Simpangan Dengan Sudut

nilai negatif nilai positif

simpangan sudut (derajat) simpangan sudut (derajat)

-10 4.205 0 0.000

-9 3.505 1 -0.355

-8 3.155 2 -0.705

-7 2.805 3 -1.055

-6 2.105 4 -1.405

-5 1.755 5 -1.755

-4 1.405 6 -2.105

-3 1.055 7 -2.805

-2 0.705 8 -3.155

-1 0.355 9 -3.505

0 0.000 10 -4.205

20

3.7. Penentuan Nilai Skala

Nilai skala (u) menunjukan massa yang terkandung pada tiap skala neraca. Nilai

skala dihitung dari hasil pengujian dengan menggunakan persamaan 2.2. Dua tabel

berikut ini ( Tabel 3.2. dan Tabel 3.3.) menampilkan data pengujian untuk mencari

nilai skala (u) melalui pembacaan sudut yang diukur sensor dan skala simpangan

pada neraca.

Tabel 3.2.Tabel Nilai Pengujian Nilai Skala Menggunakan Sensor

Muatan (g)

Imbuh (ΔG) Simpangan Kesetimbangan Nilai

200.0

dalam gram a1 a2 a3 a4 a5 (T)

Skala (g)

Tanpa imbuh 4.0 -4.0 1.5 -2.0 0.5 -0.5625

0.0696 Dengan imbuh -5.0 5.0 -2.0 3.0 0.0 0.8750

T2-T1 1.4375

Tabel 3.3.Tabel Nilai Pengujian Nilai Skala Menggunakan Sensor

Muatan (g)

Imbuh (ΔG) Simpangan Kesetimbangan Nilai

200

dalam gram a1 a2 a3 a4 a5 (T)

Skala (g)

Tanpa imbuh -4.524 -3.633 -0.905 -2.715 -0.090 -2.389

0.0314 Dengan imbuh -4.524 -3.260 -0.905 -2.715 0.000 0.7198

T2-T1 3.1817

Dari kedua tabel tersebut terlihat adanya perbedaan antara nilai skala saat pengujian

menggunakan sensor dan saat pengujian menggunakan skala simpangan. Hasil nilai

skala yang didapatkan adalah 0.0696 g pada pembacaan menggunakan simpangan

dan 0.0314 g pada pembacaan menggunakan sensor.

3.5 Pengujian Anak Timbangan dengan Metode Borda dan Gauss

Pengujian dilakukan untuk mengukur massa konvensional AT ( Anak

Timbangan) dengan massa 5 g, 20 g, 50 g, 100g, dan 200 g pada neraca dilakukan

21

dengan menggunakan metode Borda dan Gauss. Data detail pengujian dapat dilihat

pada Lampiran A. Dari kedua metode tersebut didapatkan hasil sebagai berikut.

Tabel 3.4.a. Massa Konvensional

massa

konvensional

sertifikat (g)

massa konvensioanal simpangan massa konvensioanal sudut

Borda (g) Gauss (g) Borda (g) Gauss (g)

5.000015 4.990228 5.003278 4.994085 5.000015

19.999972 20.009760 20.003778 19.999613 19.999920

50.000040 49.979378 50.005478 49.999236 50.000093

100.000080 100.000080 99.997361 99.996000 99.995834

200.000310 200.001178 199.953004 199.996628 199.983277

Tabel 3.4.b. Massa Konvensional (Lanjutan)

massa

konvensional

sertifikat (g)

selisih (simpangan) selisih (sudut)

Borda (g) Gauss (g) Borda (g) Gauss (g)

5.000015 0.009787 -0.003262 0.005930 0.000000

19.999972 -0.009788 -0.003806 0.000359 0.000052

50.000040 0.020663 -0.005437 0.000804 -0.000053

100.000080 0.000000 0.002719 0.004080 0.004246

200.000310 -0.000868 0.047306 0.003682 0.017033

3.6 Analisis

Berdasarkan hasil dari pengujian yang telah ditampilkan pada Tabel 3.4 a dan b

didapatkan bahwa massa konvensional yang diukur menggunakan sensor hasilnya

lebih baik daripada menggunakan simpangan. Hal ini dikarenakan pada pengujian

menggunakan simpangan dimungkinkan adanya kesalahan pada saat melihat skala

(kesalahan paralaks) sedangkan pada pengujian menggunakan sensor angka yang

pasti sudah dapat dilihat pada LCD 2x16.

Meskipun hasil yang didapatkan oleh sensor lebih baik dari hasil simpangan

namun nilai kesalahan (selisih) dari kedua pengujian tersebut masih masuk didalam

BKD. Seperti yang telah dijelaskan pada sub bab 2.5 bahwa nilai BKD saat

pengujian AT 0 g ≤ m≤ 500 g adalah ± 0,5e = 50 mg sedangkan untuk pengujian AT

22

500 g < m≤ 2000 g adalah ± 1,0e = 100 mg. Pengujian dilakukan menggunakan

massa 5 g, 20 g, 50 g, 100 g, dan 200 g sehingga BKD dari pengujian tersebut adalah

50 mg.

23

BAB IV

KESIMPULAN

4.1 Kesimpulan

Dari pengujian yang telah dilakukan diapatkan kesimpulan yaitu

1. Telah dibuat alat untuk menampilkan sudut simpangan neraca secra

digital dengan menggunakan accelerometer MMA 7361 sebagai sensor

untuk mendeteksi kemiringan.

2. Dari hasil pengujian didapatkan bahwa massa konvensional yang

dihasilkan pada pengujian dengan menggunakan sensor hasilnya lebih

baik dari hasil pengujian menggunakan simpangan yang biasa digunakan

dalam pengujian AT. Misal pada pengujian AT 50 g selisih pada saat

pengujian menggunakan simpangan 0.020663 g (Borda) dan -0.005437 g

(Gauss) sedangkan saat menggunakan sensor didapatkan hasil 0.000804g

(Borda) dan -0.000053 (Gauss) dengan BKD 50 mg.

4.2 Saran

Program dapat dikembangkan agar dapat langsung menghitung massa beban.

24

DAFTAR PUSTAKA

[1] Arifin, Djainul., Tepat Mengukur dan akurat Menimbang. Bamdumg : Idea

Spektrum Lintas Media, 2007.

[2] Diagram wire LCD 2x16 dan potensiometer kearduino, Maret 2012,

http://google/gambar/diagramwire

[3] Nasution, Rifyan S., Bahan Ajar Peneraan Massa Anak Timbangan.pdf,

Bandung: Balai Diklat Metrologi, 2012.

[4] Purnama, Adi Candra., Modul Praktikum Mengenai Neraca, “ Pengukuran

Ukuran Massa”, Bandung : Balai Diklat Metrologi, 2010.

[5] Sutanto, and Budhy., Seiko Instrument M1632 LCD Module, Surabaya, 2000.

ST Microelectronics, “Data sheet of LIS3L06AL Accelerometer”.

[6] MMA7361L, “Data sheet accelerometer MMA7361.pdf”, April 2012

http://google/gambar/diagramwire

25

LAMPIRAN A

DATA PENGUJIAN ALAT UKUR PROJEK AKHIR

A.1. Data Pengujian Simpangan Pada Skala Neraca

Lampiran ini menampilkan data pengujian dengan melihat simpangan pada

skala neraca. Data tersebut dipisahkan kedalam dua macam metode pengukuran yaitu

metode Borda dan metode Gauss menggunakan anak timbangan 5g, 20g, 50g, 100g,

dan 200g.

A.1.1. Metode Borda

Tabel A.1.Metode Borda Simpangan dengan AT 5g

26

Tabel A.2. Metode Borda Simpangan dengan AT 20g


27



28

A.1.2. Metode Gauss

Tabel A.6. Metode Gauss Simpangan dengan AT 5g


29



30


A.2. Data Pengujian dengan Meenggunakan Sensor

Bagian ini menampilkan data sudut yang diukur menggunakan sensor

accelerometer MMA 7361. Data sudut yang terbaca diubah menjadi data simpangan

menggunakan microsoft excel. Pengujian ini menggunakan massa anak timbangan

dengan 5g, 20g, 50g, 100g, dan 200g.

31

A.2.1. Metode Borda

Tabel A.11. Metode Borda Sensor dengan AT 5g


32



33


A.2.2. Metode Gauss

Tabel A.16. Metode Gauss Sensor dengan AT 5g

34



35



36

LAMPIRAN B

PROGRAM PROJEK AKHIR

#include "WProgram.h"

#include <LiquidCrystal.h>

#define X_PIN 1

#define Y_PIN 2

#define Z_PIN 3

#define GSEL_PIN 14

#define ZERO_G_PIN 9

#define SLEEP_PIN 4

#define AREF_V 5000 //3280

#define LOW_RANGE 800

#define HIGH_RANGE 206

#define SAMPLES 13

int xSmoothArray [SAMPLES];

int ySmoothArray [SAMPLES];

int zSmoothArray [SAMPLES];

int xOffset, yOffset, zOffset;

int Acc_X, Acc_Y, Acc_Z;

float Acc_Xg, Acc_Yg, Acc_Zg;

float Xdeg, Zdeg, Ydeg;

float mVperUnit;

float mvPerG;

float zeroTo60;

boolean lowRange = true;

LiquidCrystal lcd(12, 11, 5, 4, 3, 2);

void setup()

37

Serial.begin(9600);

pinMode(ZERO_G_PIN,INPUT);

pinMode(GSEL_PIN,INPUT);

mVperUnit = AREF_V / 1024.0;

Serial.println("pengukuran dimulai!");

CalAccel();

lcd.begin(16,2);

delay (500);

void loop()

lowRange = true;

if (lowRange)mvPerG = LOW_RANGE;

else mvPerG = HIGH_RANGE;

Read_Accel();

Disp_Vals();

LCD_print();

delay(500);

void Read_Accel()

for (int i=0; i< SAMPLES +2; i++)

Acc_X = analogRead(X_PIN) - xOffset;

Acc_X = digitalSmooth(Acc_X,xSmoothArray,false);

delay(5);

if (Acc_X >= 512) Acc_Xg = mVperUnit * (Acc_X - 512) / mvPerG;

else Acc_Xg = ((512 - Acc_X) * (mVperUnit) / mvPerG) * -1;

if (Acc_Xg >= -1.0 && Acc_Xg <= 1.0) Xdeg = asin(Acc_Xg) * (180.0/PI);

else Xdeg = 0;

zeroTo60 = 26.8224 / (Acc_Xg * 9.81);

void Disp_Vals()

Serial.print("Degrees ");

38

Serial.print("\tX:");

Serial.print(Xdeg,DEC);

Serial.println("");

if (zeroTo60 > 1 && zeroTo60 < 50)

// Serial.print("Sec 0-60: ");

// Serial.println(zeroTo60,DEC);

int digitalSmooth(int rawIn, int *sensSmoothArray, bool Reset)

int j, k, temp, top, bottom;

long total;

static int i;

static int sorted[SAMPLES];

boolean done;

if (Reset)

for (j=0; j<SAMPLES; j++)

sensSmoothArray[j] = 0;

sorted[j] = 0;

i = 0;

return 0;

i = (i + 1) % SAMPLES;

sensSmoothArray[i] = rawIn;

for (j=0; j<SAMPLES; j++)

sorted[j] = sensSmoothArray[j];

done = 0;

while(done != 1)

done = 1;

for (j = 0; j < (SAMPLES - 1); j++)

39

if (sorted[j] > sorted[j + 1])

temp = sorted[j + 1];

sorted [j+1] = sorted[j] ;

sorted [j] = temp;

done = 0;

bottom = max(((SAMPLES * 15) / 100), 1);

top = min((((SAMPLES * 85) / 100) + 1 ), (SAMPLES - 1));

k = 0;

total = 0;

for ( j = bottom; j< top; j++)

total += sorted[j];

k++;

return total / k;

void CalAccel()

xOffset=0;

yOffset=0;

zOffset=0;

for (int i=1; i <= 30; i++)

xOffset += analogRead(X_PIN);

yOffset += analogRead(Y_PIN);

zOffset += analogRead(Z_PIN);

delay(5);

xOffset /=30;

xOffset -= 512;

yOffset /=30;

yOffset -= 512;

zOffset /=30;

40

zOffset -= 512;

void LCD_print()

lcd.setCursor(0,0);

lcd.print("X:");

lcd.print(Xdeg);

pendisplayan neraca dibantu dengan sensor accelerometer MMA 7361

Documents

Transcript of pendisplayan neraca dibantu dengan sensor accelerometer MMA 7361