UNIVERSITAS INDONESIA SISTEM PENGUKUR MODULUS...
Transcript of UNIVERSITAS INDONESIA SISTEM PENGUKUR MODULUS...
UNIVERSITAS INDONESIA
SISTEM PENGUKUR MODULUS YOUNG BERBASIS MIKROKONTROLER
SKRIPSI
RADITYO ADI PRABOWO
0706262653
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
PROGRAM STUDI FISIKA
DEPOK
JUNI 2012
Sistem pengukur..., Radityo Adi Prabowo, FMIPA UI, 2012
UNIVERSITAS INDONESIA
SISTEM PENGUKUR
Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar s
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS INDONESIA
SISTEM PENGUKUR MODULUS YOUNG BERBASIS MIKROKONTROLER
SKRIPSI
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar sarjana
RADITYO ADI PRABOWO
0706262653
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
PROGRAM STUDI FISIKA
DEPOK
JUNI 2012
BERBASIS
arjana sains
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
Sistem pengukur..., Radityo Adi Prabowo, FMIPA UI, 2012
Sistem pengukur..., Radityo Adi Prabowo, FMIPA UI, 2012
Sistem pengukur..., Radityo Adi Prabowo, FMIPA UI, 2012
iv
KATA PENGANTAR
Bismillahi rahman nir rahiim, puji syukur kepada Allah SWT karena
dengan rahmat-Nya segala kenikmatan dan anugerah di dunia ini terjadi dan tak
lupa shalawat serta salam untuk Rasulullah Nabi Muhammad SAW. Karena
dengan nikmat dan anugerah-Nya, penulis dapat menyelesaikan skripsi ini dengan
baik.
Penulisan skripsi ini dilakukan dalam rangka memenuhi salah satu syarat
untuk mencapai gelar Sarjana Sains Jurusan Fisika pada Fakultas Matematika dan
Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Indonesia.
Penulis menyadari bahwa skripsi ini tidak mungkin selesai tanpa dukungan ,
bimbingan, dorongan, inspirasi dan doa dari banyak pihak. Tanpa mereka
sangatlah sulit skripsi ini dapat diselesaikan. Untuk itu penulis ingin
menyampaikan ucapan terima kasih yang setulus-tulusnya dan sebesar-besarnya
kepada :
Dr. Prawito sebagai pembimbing skripsi, terima kasih atas bimbingan,
inspirasinya dan arahannya selama perencanaan, pelaksanaan,
penulisan, sidang hingga revisi tugas akhir / skripsi ini.
Dr. Santoso Soekirno sebagai penguji I dan Dr. Sastra Kusuma Wijaya
sebagai penguji II yang telah meluangkan waktu untuk berdiskusi dan
memberi arahan kepada penulis.
Pak Parno yang telah membatu membuat alat tugas akhir/skripsi dan
selalu memberi masukan.
Mama dan Papa tercinta yang tidak pernah bosan memberi dorongan
semangat dan ”omelan” sehingga akhirnya tugas akhir/skripsi ini dapat
selesai. Juga tidak lupa adik-adikku, Mita dan Anto yang selalu
membantuku.
My lovely Eryana Purnarini yang selalu ada buatku dan selalu memberi
inspirasi dan semangat terus sedari 30 Januari 2006. I love you babe.
Sistem pengukur..., Radityo Adi Prabowo, FMIPA UI, 2012
v
Dosen-dosen Fisika UI yang telah memberi ilmu selama 5 tahun ini.
Teman-teman Fisika UI yang telah bersama bahu-membahu selama 5
tahun ini melewati segala rintangan.
Sahabat peminatan Instrument Elektronika 2007, Ady, Vani, Ferdi,
Wahid, Deki, Singkop, Arif, Jumari, Husni, Rhusda, Yulia dan Imas.
Rino, Chandra dan kak Aziz yang telah berjuang bersama di CCNA.
Anak-anak WS yang selalu bisa buat tertawa, sahabat peminatan
Instrument Elektronika 2007, bung Ichwan, bung Imam, bung hendro,
jeng Nitta, jeng Ully, bung Yussuf, bung Aji, bung rifqo.
Teman-teman main futsal selama 5 tahun ini Awen, Riki, Willem,
Gangga, JB, Bowo, Rangga, Igan, Torkis dan teman-teman yang nama
tidak disebutkan karena terlalu banyak.
My bro from ”HARAJUYUBRADOKA”, Bram, Justin, Yuda, Cendo,
Hafid dan Jaka yang selalu memberi inspirasi, semangat dan
pengalaman-pengalaman hidup yang luar biasa.
The Beatles, Queen, Red Hot Chilli Paper, AC/DC, Chuck Berry,
Randy Newman, Louis Armstrong, Olivia Ong, Rod Stewart, Black
Eyed Peas, Depapepe, Avicii, LMFAO, Abdul & The Coffea Theory,
Gn’R, Endah N Rhesa, John Mayer. Thanks for inspiring and boosting
me with beautiful and wonderful song.
Seluruh pihak yang telah membantu pembuatan skripsi ini. Merci...
Penulis sadar bahwa skripsi ini masih mempunyai banyak kekurangan,
semoga kedepannya skripsi ini dapat dikembangkan dan berguna bagi orang
banyak.
Depok, 19 Juni 2012
Penulis
Sistem pengukur..., Radityo Adi Prabowo, FMIPA UI, 2012
Sistem pengukur..., Radityo Adi Prabowo, FMIPA UI, 2012
vii
ABSTRAK
Nama : Radityo Adi Prabowo Program Studi : S1 Fisika Instrumentasi Elektronika Judul : SISTEM PENGUKUR MODULUS YOUNG BERBASIS
MIKROKONTROLER
Modulus Young atau konstanta elastis adalah salah satu tolak ukur
keelatisitasan suatu material. Oleh sebab itu sangat penting untuk mengetahui nilai modulus Young suatu material sebelum material tersebut digunakan dalam kehidupan sehari-hari. Untuk mempermudah mendapatkan nilai modulus Young suatu material, dibuatlah alat/sistem pengukur modulus Young berbasis mikrokontroler. Dengan menggunakan sensor gaya untuk mendeteksi gaya dan potensiometer untuk mendeteksi perubahan panjang, maka didapatkan nilai modulus Young. Mikrokontroler berfungsi mengatur dan memantau sensor gaya dan potensiometer. Selain itu mikrokontroler digunakan untuk sebagai alat hitung data yang nantinya akan menghasilkan nilai modulus Young secara otomatis.
Kata kunci: potensiometer, sensor gaya, elastisitas, mikrokontroler, linier, stress, strain, modulus Young
Sistem pengukur..., Radityo Adi Prabowo, FMIPA UI, 2012
viii
ABSTRACT
Name : Radityo Adi Prabowo Program Study : Bachelor Degree of Physics Topic : MICROCONTROLLER BASED MEASUREMENT SYSTEM
FOR YOUNG MODULUS
Young’s modulus or elastic modulus is one of material elasticity benchmark. Therefore, it is really important to know the value of Young modulus before the material used in daily basis. To get the value of young’s modulus easier, the author made Young’s modulus measurement equipment/system based on microcontroller. By using force sensor to detect the force and potentiometer to detect the change of length, the value of young’s modulus can be known. Microcontroller is used for regulated and monitoring force sensor and potentiometer. Moreover, microcontroller is used as function as calculating data which will lead to produce Young’s modulus value automatically.
Keywords: potentiometer, force sensor, elasticity, microcontroller, linear, stress, strain,Young’s modulus
Sistem pengukur..., Radityo Adi Prabowo, FMIPA UI, 2012
ix
DAFTAR ISI
Halaman
HALAMAN JUDUL ................................................................................................i
HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS ................................................... ii
HALAMAN PENGESAHAN ............................................................................... iii
KATA PENGANTAR ...........................................................................................iv
LEMBAR PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH ..............................vi
ABSTRAK ............................................................................................................ vii
ABSTRACT ........................................................................................................... viii
DAFTAR ISI ...........................................................................................................ix
DAFTAR TABEL .................................................................................................xi
DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... xii
BAB 1 PENDAHULUAN ................................................................................... 1
1.1 Latar Belakang Masalah ......................................................................... 1
1.2 Pembatasan Masalah .............................................................................. 2
1.3 Tujuan Penelitian .................................................................................... 2
1.4 Metodologi Penelitian ............................................................................ 2
1.5 Sistematika Penulisan ............................................................................. 4
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA .......................................................................... 5
2.1 Mechanical Properties ........................................................................... 5
2.2 Hukum Hooke ....................................................................................... 7
2.3 Modulus Young ..................................................................................... 8
2.3.1 Stress (Tegangan) ....................................................................... 9
2.3.2 Strain (Regangan) ...................................................................... 9
2.3.3 Elastisitas .................................................................................. 10
2.3.4 Teknik Pengukuran Modulus Young ....................................... 11
2.4 Mikrokontroler ATMega 8535 ............................................................ 13
2.4.1 Arsitektur AVR ......................................................................... 17
2.4.2 Analog Digital Converter .......................................................... 18
Sistem pengukur..., Radityo Adi Prabowo, FMIPA UI, 2012
x
2.5 BasCom (Basic Complier) .................................................................. 19
2.6 Sensor Gaya ......................................................................................... 24
2.7 Potensiometer ...................................................................................... 27
2.8 LCD ..................................................................................................... 28
2.9 Motor DC ............................................................................................ 29
2.10 AD620 ............................................................................................... 29
2.11 Pengukuran Koefisien ....................................................................... 32
BAB 3 METODE PENELITIAN........................................................................ 35
3.1 Sistem Kerja Mekanik ......................................................................... 36
3.2 Sistem Kerja Elektrik .......................................................................... 38
3.3 Perangkat Lunak ................................................................................... 39
3.4 Pengambilan Data ............................................................................... 41
3.4.1 Perubahan Panjang ..................................................................... 41
3.4.2 Gaya ........................................................................................... 43
BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN .............................................................. 45
4.1 Kalibrasi ............................................................................................... 45
4.1.1 Kalibrasi Potensiometer ............................................................ 45
4.1.2 Kalibrasi Sensor Gaya ............................................................... 47
4.2 Konstanta Modulus Young .................................................................. 50
BAB 5 PENUTUP ............................................................................................. 62
5.1 Kesimpulan .......................................................................................... 62
5.2 Saran .................................................................................................... 63
DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 64
LAMPIRAN A ...................................................................................................... 66
LAMPIRAN B ....................................................................................................... 71
Sistem pengukur..., Radityo Adi Prabowo, FMIPA UI, 2012
xi
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1 Data Kalibrasi Sensor Gaya .................................................................. 48
Tabel 4.2 Nilai Gaya dan Perubahan Panjang Logam Tembaga Campuran Beserta
Hystrysis-nya ......................................................................................... 51
Tabel 4.3 Nilai Gaya dan Perubahan Panjang Polimer BG65
Beserta Hystrysis-nya ........................................................................... 54
Tabel 4.4 Nilai Gaya dan Perubahan Panjang Polimer BG65 Titanium Beserta
Hystrysis-nya ........................................................................................ 57
Sistem pengukur..., Radityo Adi Prabowo, FMIPA UI, 2012
xii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Grafik Batas Kekuatan Suatu Material Sebelum Mengalami
Kepatahan .................................................................................................... 5
Gambar 2.2. Kurva Toughness...................................................................................... 6
Gambar 2.3. Kurva Kekuatan dan Ketahanan .............................................................. 7
Gambar 2.4. Hukum Hooke ......................................................................................... 8
Gambar 2.5. Modulus Young ....................................................................................... 8
Gambar 2.6. Stress ...................................................................................................... 9
Gambar 2.7. Strain ...................................................................................................... 10
Gambar 2.8. Kurva Strain Vs Stress ........................................................................... 10
Gambar 2.9. Eksperimen Modulus Young Menggunakan Laser ................................ 12
Gambar 2.10. Eksperimen Modulus Young Menggunakan Metode Kelenturan ........ 13
Gambar 2.11. Penampang Pin-Pin pada ATMega 8535 ............................................. 14
Gambar 2.12. ATMega 8535 & Minsys ..................................................................... 16
Gambar 2.13. Blok diagram mikrokontroler AVR ..................................................... 17
Gambar 2.14. Sensor Gaya FSS 1500 NGT ................................................................. 25
Gambar 2.15. Rangkaian di Dalam Densor Gaya FSS 1500 NGT ............................. 26
Gambar 2.16. Konstruksi Sederhana Wirewound Potentiometer ............................... 27
Gambar 2.17. Voltage Divider .................................................................................... 28
Gambar 2.18. LCD Display ........................................................................................ 29
Gambar 2.19. Motor DC EMG30 .............................................................................. 29
Gambar 2.20. ADC620 ............................................................................................... 30
Gambar 2.21. Skema AD620 ...................................................................................... 31
Gambar 2.22. Instrumentasi Amplifier ....................................................................... 31
Gambar 2.23. Blok Diagram Sederhana AD620 ......................................................... 32
Gambar 3.1. Blok Diagram Keseluruhan Alat ............................................................ 35
Gambar 3.2. Alat Eksperimen Modulus Young ......................................................... 36
Gambar 3.3. Posisi Sensor Gaya Pada Alat Eksperimen ............................................ 37
Gambar 3.4. Posisi Potensiometer Pada Alat Eksperimen .......................................... 37
Gambar 3.5. Penampang Sensor Gaya ........................................................................ 38
Gambar 3.6. Rangkaian Elektronika Alat Pengukur Modulus Young ........................ 39
Sistem pengukur..., Radityo Adi Prabowo, FMIPA UI, 2012
xiii
Gambar 3.7. Flowchart program ................................................................................. 40
Gambar 3.8. Ilustrasi Perputaran Shaft Potensiometer Dan Penggulung .................... 41
Gambar 3.9. Pengambilan Data ∆L ............................................................................. 42
Gambar 3.10. Rangkaian Pengambilan Data ∆L ........................................................ 43
Gambar 3.11. Pengambilan Data Gaya ....................................................................... 43
Gambar 3.12. Rangkaian Pengambilan Data Gaya ..................................................... 44
Gambar 4.1. Posisi Potensiometer Pada Alat Eksperimen ........................................... 45
Gambar 4.2. Grafik Kalibrasi Potensiometer ............................................................... 46
Gambar 4.3. Grafik Fungsi Transfer Potensiometer .................................................... 47
Gambar 4.4. Grafik Kalibrasi Sensor Gaya ................................................................ 49
Gambar 4.5. Grafik Gaya Fungsi Transfer Sensor Gaya ............................................ 49
Gambar 4.6. Posisi Sensor Gaya Pada Alat Eksperimen ............................................. 50
Gambar 4.7. Grafik Gaya Vs Perubahan Panjang Logam Tembaga Campuran ......... 52
Gambar 4.8. Stress Vs Strain Logam Tembaga Campuran ........................................ 52
Gambar 4.9. Grafik Perbandingan Data yang Diperoleh dan Hysterysis pada
Logam Tembaga Campuran .................................................................... 53
Gambar 4.10. Grafik Gaya Vs Perubahan Panjang Polimer BG65 ............................ 55
Gambar 4.11. Stress Vs Strain Polimer BG65 ............................................................ 55
Gambar 4.12. Grafik Perbandingan Data yang Diperoleh dan Hysterysis pada
Polimer BG65 ....................................................................................... 56
Gambar 4.13. Grafik Gaya Vs Perubahan Panjang Polimer BG65 Titanium ............ 58
Gambar 4.14. Stress Vs Strain Polimer BG65 Titanium ............................................ 58
Gambar 4.15. Grafik Perbandingan Data yang Diperoleh dan Hysterysis pada
Polimer BG65 Titanium ....................................................................... 59
Sistem pengukur..., Radityo Adi Prabowo, FMIPA UI, 2012
1 Universitas Indonesia
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Elastisitas merupakan salah satu karateristik penting pada suatu material.
Kelenturan suatu material tergantung dari keelastisitasan dari material tersebut.
Elastis sendiri mengandung makna "mudah kembali ke bentuk semula" (Kamus
Bahasa Indonesia Online) [1].
Ukuran keelastisitasan suatu material dapat dideskripsikan dengan suatu
konstanta, yaitu modulus elastisitas atau yang lebih dikenal dengan nama modulus
Young. Nilai konstanta modulus Young sangat penting pada pemilihan suatu
material yang akan digunakan pada suatu proyek. Sebagai contoh, pemilihan
material yang digunakan untuk jembatan harus mempertimbangkan nilai modulus
Young material yang digunakan. Sebab jembatan selalu diterpa angin dan
beresonansi, sehingga material yang digunakan harus mempunyai keelastisitasan
agar jembatan tersebut tidak patah.
Thomas Young (lahir 13 Juni 1773, Milverton, Somerset, Inggris—
meninggal 10 May 1829, London), adalah seorang dokter dan fisikawan, beliau
adalah orang yang pertama kali mengemukakan konstanta Young [2]. Pada tahun
1807 Thomas Young mengemukakan modulus Young dan diberi simbol " E ".
Modulus Young adalah perbandingan antara stress (tekanan) dan strain
(perbandingan antara perubahan panjang dan panjang semula suatu material).
Sebelumnya Robert Hooke (1635-1708) telah menemukan hubungan antara
perubahan panjang dengan gaya yang diberikan pada sebuah benda. Hubungan
tersebut biasa disebut Hooke law (hukum Hooke). Modulus Young dan hukum
Hooke mempunyai hubungan yang tak terpisahkan. Keduanya saling melengkapi
pada kisaran-kisaran tertentu. Fenomena tersebut akan dijelaskan pada bab-bab
selanjutnya.
Pada zaman sekarang teknologi lebih maju sehingga percobaan fisika
menjadi lebih mudah dan lebih cepat. Pengolahan data menjadi lebih cepat dan
dilakukan otomatis. Salah satu teknologi yang dapat melakukan hal tersebut
Sistem pengukur..., Radityo Adi Prabowo, FMIPA UI, 2012
2
Universitas Indonesia
adalah mikrokontroler. Dengan adanya teknologi tersebut, penulis ingin membuat
suatu instrument aplikatif yang dapat menghitung konstanta modulus Young suatu
material. Instrument tersebut akan menghitung nilai konstanta secara otomatis dan
cepat dengan cara mendapatkan nilai stress dan strain material tersebut.
1.2. Pembatasan Masalah
Penelitian ini difokuskan untuk mengembangkan suatu instrument yang
dapat menghitung nilai modulus Young suatu material. Modulus Young
didapatkan dengan cara mengumpulkan data-data besaran fisika yang diperlukan.
Data-data tersebut diambil oleh sensor-sensor yang dipasang intrument tersebut.
Lalu data-data tersebut akan diolah oleh mikrokontroler dan ditampilkan pada
display
1.3. Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan untuk menghitung nilai modulus Young suatu
material dengan berbasiskan mikrokontroler. Hasil yang didapatkan akan
dibandingkan dengan nilai referensi.
1.4. Metodologi Penelitian
Pada penelitian ini, mikrokontroler bertugas sebagai pengolah data dan
pengatur komponen-komponen elektrik lainnya. Data yang diambil adalah gaya
(F) yang diberikan pada suatu material dan perubahan panjang material (∆l)
tersebut. Panjang mula-mula (l) dan luas penampang (A) adalah konstan.
Pengambilan data dilakukan dengan cara menarik atau merenggangkan
material (tensile) sehingga ada perubahan panjang dari material tersebut (∆l).
Material direnggangkan dengan cara menarik material tersebut menggunakan
motor DC yang dikontrol oleh mikrokontroler. Perubahan panjang material (∆l)
diamati dengan cara memasang potensiometer pada roda gigi motor DC, sehingga
perputaran roda gigi pada motor DC akan memutar potensiometer.
Gaya (F) yang diterima oleh material diamati menggunakan sensor gaya
FSS-1500-NGT. Sensor gaya tersebut dihubungkan dengan mikrokontroler,
Sistem pengukur..., Radityo Adi Prabowo, FMIPA UI, 2012
3
Universitas Indonesia
sehingga data yang diambil dapat langsung diolah. Rentang sensor gaya tersebut
adalah 0 - 14,7 Newton.
Berikut alur penelitian :
1. Studi literatur
Pada tahapan ini, penulis mengumpulkan dan mempelajari hal-hal yang
berhubungan dengan skripsi. Baik dari buku, artikel, makalah maupun internet.
2. Studi alat dan komponen digunakan
Yaitu mempelajari alat-alat dan komponen yang akan digunakan pada
pembuatan skripsi.
3. Perancangan alat dan program
Merancang alat dan program pengukur modulus Young berbasis
mikrokontroler.
4. Pembuatan alat dan program
Setelah merancang alat dan program, pada tahap ini adalah merealisasikan
apa yang sudah dirancang.
5. Pengujian sistem
Setelah alat dan program jadi, dilakukan pengujian dengan cara mengecek
komponen-komponen yang digunakan.
6. Pengambilan data
Pada tahap ini dilakukan pengambilan data sesuai perencanaan.
7. Pembahasan dan analisis
Setelah data yang dibutuhkan terkumpul, dilakukan pembahasan dan
analisis data-data tersebut.
Sistem pengukur..., Radityo Adi Prabowo, FMIPA UI, 2012
4
Universitas Indonesia
1.5. Sistematika Penulisan
Sistematika penulisan skripsi terdiri atas lima bab yang secara garis besar
dapat diuraikan sebagai berikut:
1. Bab 1 Pendahuluan
Bab ini memuat tentang latar belakang dari penelitian, tujuan, metode yang
digunakan, dan juga pembatasan masalah pada penelitian yang dilakukan.
2. Bab 2 Tinjauan Pustaka
Bab ini memuat secara garis besar teori dasar yang berhubungan dengan
penelitian.
3. Bab 3 Metode Penelitian
Bab ini memuat penggunaan perangkat keras dan perangkat lunak yang
digunakan untuk mengukur modulus Young dengan menggunakan mikrokontroler
ATMega 8535 dan BasCom sebagai compilier.
4. Bab 4 Analisis Hasil Penelitian
Bab ini berisi penjelasan mengenai hasil penelitian pengukuran modulus
Young menggunakan ATMega 8535 dan juga analisis dari data yang didapat
5. Bab 5 Penutup
Bab ini berisi kesimpulan atas hasil analisis dan saran yang mendukung
penelitian agar memberikan hasil yang lebih baik lagi untuk pengembangannya,
baik software maupun hardware.
Sistem pengukur..., Radityo Adi Prabowo, FMIPA UI, 2012
5 Universitas Indonesia
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
Setiap penelitian selalu didahului dengan landasan teori. Landasan teori
tersebut mencakup pengetahuan dasar alat yang digunakan, software yang
digunakan dan ilmu yang digunakan dalam penelitian ini.
2.1. Mechanical Properties
Setiap material mempunyai Mechanical Properties, Berikut ini akan
dijelaskan satu persatu :
a) Strength (Kekuatan)
Kekuatan merupakan kemampuan dari suatu material untuk menahan beban
tanpa mengalami kepatahan.
b) Stiffness
Stiffness merupakan sifat kaku dari suatu material. Sifat kekakuan
merupakan sesuatu yang tidak dapat dipisahkan dari suatu material. Banyak
material yang kaku memiliki kepadatan yang rendah untuk menahan deformasi
dari gravitasi dan vibrasi.
Gambar 2.1. Grafik batas kekuatan suatu material sebelum mengalami kepatahan
Sistem pengukur..., Radityo Adi Prabowo, FMIPA UI, 2012
6
Universitas Indonesia
c) Elasticity
Elastisitas adalah kemampuan material untuk menyerap tekanan dan
memantulkannya ke arah lain serta mampu kembali ke bentuk semula setelah
menerima tekanan tersebut.
d) Plasticity
Plastis merupakan suatu keadaan dimana benda mengalami pertambahan
panjang tetapi benda tersebut tidak bisa kembali ke bentuk semula.
e) Ductility
Merupakan kemampuan benda untuk dibentuk tanpa mengalami kepatahan
atau deformasi lainnya.
f) Toughness
Merupakan sifat benda yang tidak akan patah atau retak ketika mengalami
hentakan secara tiba – tiba. Ketahanan (toughness) dari sebuah material berada di
bawah kurva tegangan dan regangan. Pada bagian tegangan (stress), menunjukkan
keseimbangan dengan kekuatan tekan sedangkan pada bagian regangan (strain)
menunjukkan keseimbangan dengan perpanjangannya.
Ketahanan merupakan ukuran dari energi yang dapat diterima oleh suatu
benda sebelum mengalami kepatahan.Berikut ini adalah kurva Toughness :
Material yang kuat belum tentu tahan untuk direntangkan. Secara lebih jelas
perbedaan antara kekuatan dan ketahanan ditunjukkan dengan kurva berikut ini:
Gambar 2.2. Kurva Toughness
Sistem pengukur..., Radityo Adi Prabowo, FMIPA UI, 2012
7
Universitas Indonesia
g) Creep (melar)
Beberapa bagian dari suatu material dapat berdeformasi secara kontinu dan
perlahan-lahan dalam kurun waktu yang lama apabila dibebani secara tetap.
Deformasi semacam ini, yang tergantung terhadap waktu, dinamakan melar
(creep). Melar terjadi juga pada temperatur rendah, tetapi yang sangat mencolok
pada temperatur dekat titik cair material tersebut.
h) Hardness
Kekerasan ( hardness ) merupakan kemampuan dari suatu bahan/ material
terhadap gaya tekan/ goresan/ pengikisan [3].
2.2. Hukum Hooke
Jika sebuah gaya eksternal diberikan pada benda, seperti pegas atau batang
logam seperti gambar 2.4 , maka panjang benda akan berubah. Jika besar
perpanjangan (∆L) lebih kecil dibandingkan dengan panjang benda, maka ∆L
sebanding gaya yang diberikan pada benda. Perbandingan ini dapat dituliskan
dalam persamaan :
(2.1)
Pada persamaan tersebut, F menyatakan gaya pemulihan pada pegas, ∆L
adalah perubahan panjang dan k adalah konstanta pegas [4]. Persamaan tersebut
terkadang disebut hukum Hooke, dari Robert Hooke (1635 - 1703) yang pertama
Gambar 2.3. Kurva kekuatan dan ketahanan
Sistem pengukur..., Radityo Adi Prabowo, FMIPA UI, 2012
8
Universitas Indonesia
kali menemukannya. Hukum Hooke berlaku untuk hampir semua materi padat
dari besi sampai tulang, tetapi hanya sampai suatu batas tertentu.
2.3. Modulus Young
Kebanyakan benda adalah elastis sampai ke suatu nilai gaya tertentu. Hal ini
dinamakan batas elastis. Apabila gaya yang diberikan pada benda lebih kecil dari
batas elastisnya, maka benda tersebut akan terdeformasi sementara dan akan
kembali ke bentuk semula jika gaya tersebut dihilangkan. Tetapi apabila gaya
yang diberikan melampaui batas elastis, benda tersebut tak akan kembali ke
bentuk semula, melainkan secara permanen berubah bentuk.
Modulus Young adalah perbandingan antara tegangan (stress) dan regangan
(strain) [5]. Modulus Young sering juga disebut sebagai modulus elastisitas atau
modulus perenggangan. Rumus Modulus Young (E) dapat dituliskan :
Gambar 2.4. Hukum Hooke
Gambar 2.5. Modulus Young
Sistem pengukur..., Radityo Adi Prabowo, FMIPA UI, 2012
9
Universitas Indonesia
2.3.1 Stress (Tegangan)
Tegangan merupakan gaya per unit luas dari material yang menerima gaya
tersebut.
A
Force=σ (2.2)
Unit dari tegangan adalah sama dengan tekanan yang dialami oleh suatu
material. Kita dapat menggunakan Pascal (Pa) sebagai unit dari tegangan. Dalam
literatur polimer, tegangan sering kali ditampilkan dalam satuan Psi (pounds per
square inch), 1 Mpa = 145 Psi atau dalam satuan Giga Pascal (Gpa).
2.3.2 Strain (Regangan)
Regangan adalah merupakan ukuran perubahan panjang dari suatu material.
Kerenggangan biasanya ditampilkan dengan dua cara
• Elongation
1−=oL
Lε (2.3)
• extension ratio
oL
L=α (2.4)
Gambar 2.6. Stress
Sistem pengukur..., Radityo Adi Prabowo, FMIPA UI, 2012
10
Universitas Indonesia
2.3.3 Elastisitas
Hubungan antara tegangan (stress) dan regangan (strain) menyatakan
keelastisitasan bahan tersebut. Material yang kaku, seperti besi, memiliki modulus
young yang besar. Jadi dapat disimpulkan, semakin besar nilai Modulus Young,
maka semakin tidak elastis material tersebut. Berikut ini adalah contoh kurva yang
menunjukkan modulus Young :
Kurva 0B adalah daerah elastik. Pada daerah ini material akan kembali pada
bentuk semula apabila gaya (F) dilepaskan. Pada bagian 0A stress sebanding
dengan strain, titik A adalah batas proporsional perbandingan stress dan strain.
Gambar 2.8. Kurva Strain Vs Stress
Gambar 2.7. Strain
Sistem pengukur..., Radityo Adi Prabowo, FMIPA UI, 2012
11
Universitas Indonesia
Pada kurva 0A, hukum Hooke masih berlaku. Setelah melewati titik A, hukum
Hooke sudah tidak berlaku.
Dari titik A sampai B, stress dan strain tidak sebanding lagi, tetapi apabila
beban diambil, maka material akan kembali ke bentuk semula. Titik A sampai B
masih bersifat elastik dan titik B adalah batas elastik.
Setelah melewati titik B, material akan memasuki daerah plastik. Pada
daerah ini apabila gaya (F) dihilangkan setelah melewati titik B, misalkan di titik
C, maka material akan terdeformasi permanen. Hal ini menyebabkan perubahan
panjang permanen pada material yang diuji. Apabila gaya (F) ditambah terus,
maka material yang diuji akan patah atau putus pada titik D [6].
Setelah melewati titik B, material akan mengalami perubahan strain yang
sangat besar dengan perubahan stress yang kecil. Bahkan beberapa material
mengalami penambahan strain tanpa perubahan stress. Hal ini disebut plastic
flow.
Apabila kurva dari titik B sampai D cukup besar, material tersebut bersifat
tangguh, tetapi jika sangat pendek material tersebut rapuh. Titik D atau fracture
point berada pada nilai stress yang lebih rendah. Hal ini disebabkan adanya
deformasi luas penampang (akan mengecil dibandingkan sebelumnya) material
pada saat nilai strain sangat besar. Sehingga nilai stress (F/A) menjadi lebih kecil.
2.3.4 Teknik Pengukuran Modulus Young
Banyak jenis teknik yang digunakan dalam pengukuran modulus Young.
Berikut ini akan dijelaskan beberapa teknik yang umum digunakan dalam
pengukuran modulus Young :
1. Pengukuran menggunakan laser
Laser digunakan untuk mengukur nilai ∆L dengan cara menembakkan ke
sebuah optical lever seperti pada gambar 2.9. Pada dasarnya optical lever tersebut
adalah sebuah cermin yang memiliki tuas pada bagian bawahnya dan pada bagian
atasnya diikatkan pada material yang akan diuji (Cu wire). Idealnya pada saat
material yang diuji diberikan sebuah beban, maka posisi tuas pada optical lever
akan berubah sehingga arah pantulan laser akan berubah juga.
Sistem pengukur..., Radityo Adi Prabowo, FMIPA UI, 2012
12
Universitas Indonesia
Dengan perhitungan matematis didapatkan hubungan antara ketinggian
pantulan laser dan nilai ∆L material yang diuji. Pantulan Laser akan terefleksi
pada dinding yang telah diberikan skala (untuk mengukur ketinggian). Sudut
pantul cermin sangatlah penting dalam percobaan ini sehingga diperlukan sebuah
kalibrasi. Mikrometer pada gambar 2.9 digunakan untuk mengkalibrasi dengan
cara menggerakkan moveable wall. Apabila moveable wall bergerak maka
material yang diuji juga bergerak sehingga mempengaruhi sudut optical lever.
2. Pengukuran menggunakan kelenturan
Salah satu ujung batang dipasang tetap pada suatu tumpuan dengan cara
menjepitnya, sedangkan ujung yang lain dibiarkan bebas. Jika pada ujung yang
bebas diletakkan beban, maka batang tersebut akan melentur [7]. Bila jarak lentur
δ, akibat beban sebesar P maka akan didapat persamaan:
δ = (PL3) / 3Y Ig (2.5)
dimana
Ig = (1/12) bd3 (2.6)
δ = jarak lentur
P = beban yang diberikan
L = panjang batang antara 2 tumpuan
Y = modulus Young batang
Ig = momen kelembaman geometris
Gambar 2.9. Eksperimen Modulus Young Menggunakan Laser
Sistem pengukur..., Radityo Adi Prabowo, FMIPA UI, 2012
13
Universitas Indonesia
b = lebar batang
d = tebal batang
2.4. Mikrokontroler ATMega 8535
Pada dasarnya komputer dibagi menjadi tiga komponen utama, yaitu : CPU
(central processing unit), sistem I/O dan memori (data dan program). Pengolahan
informasi dan aliran informasi dilakukan oleh CPU. Sering terjadi salah
pengertian di masyarakat umum tentang CPU. Pada komputer seperti PC, yang
dimaksud CPU sebenarnya adalah processor, bukannya kumpulan komponen
yang dimasukkan dalam satu cassing.
Microprocessor adalah sebuah processor atau CPU yang berisi kumpulan
transistor-transistor yang berada dalam sebuah chip. Transistor-transistor tersebut
ukurannya berorde mikrometer dan jarak antara satu transistor dengan transistor
lain sekitar puluhan nanometer. Sebelum teknologi microprocessor dikembangkan
sebuah processor atau CPU besarnya dapat berpuluh-puluh meter.
Apabila microprocessor tersebut digabungkan dengan RAM untuk
menyimpan variabel, EPROM untuk menyimpan program dan beberapa sistem
I/O untuk berinteraksi dengan dunia luar, maka kita mendapatkan suatu sistem
yang dapat disebut microcomputer. Seluruh sistem tersebut apabila disatukan
dalam satu chip silikon, maka dapat disebut microcontroler [8].
Pada tahun 1996 Alf-Egil Bogen dan Vegard Wollan dari Norwegian
Institute of Technology mengembangkan arsitektur mikrokontroler dan dinamai
Gambar 2.10. Eksperimen Modulus Young Menggunakan Metode Kelenturan
Sistem pengukur..., Radityo Adi Prabowo, FMIPA UI, 2012
14
Universitas Indonesia
AVR (Alf and Vegard RISC). Selanjutnya AVR menjadi salah satu famili
mikrokontroler buatan ATMEL. AVR dibagi menjadi beberapa varian yaitu
AT90Sxx, ATMega, AT86RFxx dan ATTiny. Perbedaan varian tersebut ada pada
kapasitas memori dan beberapa fitur.
Teknologi RISC digunakan pada mikrokontroler AVR sehingga set
intruksinya menjadi lebih sederhana, baik dari segi ukuran maupun kompleksitas
mode pengalamatannya. Untuk mempermudah pemrograman, para programer
menciptakan bahasa tingkat tinggi, sehingga tidak perlu menggunakan bahasa
Assembly atau bahasa mesin. Salah satu bahasa tingkat tinggi adalah BasCom.
Peneliti menggunakan BasCom dalam penelitian ini dan akan dijelaskan di sub
bab selanjutnya.
Konfigurasi pin ATMega 8535 :
VCC = pin masukan catu daya
GND = pin ground
Port A (PA0 – PA7) Merupakan 8-bit directional port I/O. Setiap pinnya
dapat menyediakan internal pull-up resistor (dapat diatur per bit). Output
buffer Port A dapat memberi arus 20 mA dan dapat mengendalikan display
LED secara langsung. Data Direction Register port A (DDRA) harus
Gambar 2.11. Penampang pin-pin pada ATMega 8535
Sistem pengukur..., Radityo Adi Prabowo, FMIPA UI, 2012
15
Universitas Indonesia
disetting terlebih dahulu sebelum Port A digunakan. Bit-bit DDRA diisi 0
jika ingin memfungsikan pin-pin port A yang bersesuaian sebagai input,
atau diisi 1 jika sebagai output. Selain itu, kedelapan pin port A juga
digunakan untuk masukan sinyal analog bagi A/D converter.
Port B (PB0 – PB7) Merupakan 8-bit directional port I/O. Setiap pinnya
dapat menyediakan internal pull-up resistor (dapat diatur per bit). Output
buffer Port B dapat memberi arus 20 mA dan dapat mengendalikan display
LED secara langsung. Data Direction Register port B (DDRB) harus
disetting terlebih dahulu sebelum Port B digunakan. Bit-bit DDRB diisi 0
jika ingin memfungsikan pin-pin port B yang bersesuaian sebagai input,
atau diisi 1 jika sebagai output. Selain itu, pin port B juga digunakan untuk
Timer/Counter 0 dan 1.
Port C (PC0 – PC7) Merupakan 8-bit directional port I/O. Setiap pinnya
dapat menyediakan internal pull-up resistor (dapat diatur per bit). Output
buffer Port C dapat memberi arus 20 mA dan dapat mengendalikan display
LED secara langsung. Data Direction Register port C (DDRC) harus
disetting terlebih dahulu sebelum Port C digunakan. Bit-bit DDRC diisi 0
jika ingin memfungsikan pin-pin port C yang bersesuaian sebagai input,
atau diisi 1 jika sebagai output. Selain itu, dua pin port C (PC6 dan PC7)
juga memiliki fungsi alternatif sebagai oscillator untuk Timer/Counter 2.
Port D (PD0 – PD7) Merupakan 8-bit directional port I/O. Setiap pinnya
dapat menyediakan internal pull-up resistor (dapat diatur per bit). Output
buffer Port D dapat memberi arus 20 mA dan dapat mengendalikan display
LED secara langsung. Data Direction Register port D (DDRD) harus
disetting terlebih dahulu sebelum Port D digunakan. Bit-bit DDRD diisi 0
jika ingin memfungsikan pin-pin port D yang bersesuaian sebagai input,
atau diisi 1 jika sebagai output.
RESET = pin untuk me-reset mikrokontroler
Sistem pengukur..., Radityo Adi Prabowo, FMIPA UI, 2012
16
Universitas Indonesia
XTAL1 & XTAL2 = pin untuk clock eksternal
AVCC = pin input tegangan ADC
AREF = pin input tegangan referensi ADC
Secara garis besar, arsitektur mikrokontroler ATMEGA8535 terdiri dari :
32 saluran I/O (Port A, Port B, Port C, dan Port D)
10 bit 8 Channel ADC (Analog to Digital Converter)
4 channel PWM
6 Sleep Modes : Idle, ADC Noise Reduction, Power-save, Power-down,
Standby and Extended Standby
3 buah timer/counter
Analog comparator
Watchdog timer dengan osilator internal
512 byte SRAM
Gambar 2.12. ATMega 8535 & Minsys
Sistem pengukur..., Radityo Adi Prabowo, FMIPA UI, 2012
17
Universitas Indonesia
512 byte EEPROM
8 kb Flash memory dengan kemampuan Read While Write
Unit interupsi (internal & eksternal)
Port antarmuka SPI8535 “memory map”
Port USART untuk komunikasi serial dengan kecepatan maksimal 2,5Mbps
4.5 sampai 5.5V operation, 0 sampai 16MHz [9]
2.4.1. Arsitektur AVR
Mikrokontroler AVR sudah menggunakan konsep arsitektur Harvard yang
memisahkan memori dan bus untuk data dan program, serta sudah menerapkan
single level pipelining. Selain itu mikrokontroler AVR juga
mengimplementasikan RISC (Reduced Instruction Set Computing) sehingga
eksekusi instruksi dapat berlangsung sangat cepat dan efisien.
ALU ( Arithmetic Logic Unit) adalah processor yang bertugas
mengeksekusi kode program yang ditunjuk program counter.
Program Memory adalah memori flash PEROM yang bertugas menyimpan
program (software) yang dibuat dalam bentuk kode-kode program (berisi
alamat memori beserta kode program dalam ruangan memori alamat
tersebut) yang telah di-compile.
Gambar 2.13. Blok diagram mikrokontroler AVR
Sistem pengukur..., Radityo Adi Prabowo, FMIPA UI, 2012
18
Universitas Indonesia
Program Counter (PC) adalah komponen yang bertugas menunjukan ke
ALU alamat program memori yang harus diterjemahkan kode programnya
dan dieksekusi. Sifat dari PC adalah liniear artinya PC menghitung naik satu
bilangan yang bergantung alamat awalnya.
32 General Purpose Working Register (GPR) adalah register file atau
register kerja (R0 - R31) yang mempunyai ruangan 8-bit. Tugas GPR adalah
tempat ALU mengeksekusi kode-kode program, setiap instruksi dalam ALU
melibatkan GPR. GPR terbagi menjadi dua, yaitu kelompok atas (R0 - R15)
dan kelompok bawah (R16 - R31). Dimana kelompok bawah tidak bisa
digunakan untuk mengakses data secara langsung (imidiet) data konstan
seperti instruksi assembly LDI, dan hanya bisa digunakan antar-register,
SRAM, atau register I/O. Sedangkan kelompok atas sama dengan kelompok
bawah hanya punya kelebihan dapat mengakses data secara langsung
(imidiet) data konstan.
Static Random Access Memory (SRAM) adalah RAM yang bertugas
menyimpan data sementara, sama seperti RAM pada umumnya mempunyai
alamat dan ruangan data.
Internal Peripheral adalah peralatan/modul internal yang ada dalam
mikrokontroler seperti saluran I/O, interupsi eskternal, timer/counter,
UASRT, EEPROM dan lain-lain [10].
2.4.2. Analog Digital Converter
ATmega8535 menyediakan fasilitas ADC dengan resolusi 10 bit. ADC ini
dihubungkan dengan 8 channel Analog Multiplexer yang memungkinkan
terbentuk 8 input tegangan single- ended yang masuk melalui pin pada PortA.
Analog Digital Converter memiliki pin supply tegangan analog yang
terpisah yaitu AVCC. Besarnya tegangan AVCC adalah ±0.3V dari VCC.
Tegangan referensi ADC dapat dipilih menggunakan tegangan referensi internal
maupun eksternal. Jika menggunakan tegangan referensi internal, bisa dipilih on-
Sistem pengukur..., Radityo Adi Prabowo, FMIPA UI, 2012
19
Universitas Indonesia
chip internal reference voltage yaitu sebesar 2.56V atau sebesar AVCC. Jika
menggunakan tegangan referensi eksternal, dapat dihubungkan melalui pin AREF.
Analog Digital Converter mengkonversi tegangan input analog menjadi
data digital 8 bit atau 10 bit. Data digital tersebut akan disimpan didalam ADC
Data Register yaitu ADCH dan ADCL. Sekali ADCL dibaca, maka akses ke data
register tidak bisa dilakukan. Dan ketika ADCH dibaca, maka akses ke data
register kembali enable [11].
2.5. BasCom (Basic Compiler)
Basic Compilier atau BasCom adalah salah satu compiler yang digunakan
pada mikrokontroler jenis AVR. Keuntungan menggunakan BasCom
dibandingkan compiler lainnya seperti C, Assembly atau compiler lainnya adalah
lebih sederhana dan penulisan programnya berurutan. Hal ini memudahkan dalam
pemrograman karena algoritmanya dapat ditulis berurutan sehingga mudah
dipahami.
Dalam penelitian ini BasCom digunakan untuk memprogram
mikrokontroler. Isi dari program itu adalah untuk mengontrol motor DC,
pembacaan sensor gaya, potensiometer, ADC dan lain sebagainya. Berikut ini
karateristik BASCOM :
BASIC terstuktur dilengkapi dengan label-label.
Pemrograman terstuktur dengan dukungan perintah-perintah: IF-THEN-
ELSE-END IF, DO-LOOP, WHILE-WEND, SELECT- CASE.
Kode mesin yang cepat dibandingkan dengan kode yang diterjemahkan.
Nama variabel dan label bisa sepanjang 32 karakter.
Menyediakan tipe-tipe variabel Bit, Byte, Integer, Word, Long, Single,
DOUBLE dan String.
Mendukung tipe DOUBLE. tidak dijumpai di AVR compiler lainnya -
BASCOM gives you the advantage to crunch huge numbers with the
DOUBLE(8 byte Floating Point)
Large set of Trig Floating point functions.
Fungsi-fungsi perhitungan tanggal dan waktu.
Sistem pengukur..., Radityo Adi Prabowo, FMIPA UI, 2012
20
Universitas Indonesia
Program yang terkompilasi bekerja untuk semua mikrokontroler AVR yang
memiliki memori internal.
Pernyataan-pernyataannya kompatibel dengan Microsoft’s VB/QB.
Perintah-perintah khusus untuk tampilan-LCD, I2C chips dan 1WIRE chips,
PC keyboad, matrix keyboad, RC5 reception, software UAR, SPI, LCD
grafik, pengiriman kode IR RC5, RC6 atau Sony.
TCP/IP with W3100A chip.
Mendukung variabel lokal, fungsi buatan pengguna, pustaka.
Emulator terminal dengan pilihan download yang terintegrasi.
Simulator terintegrasi untuk pengujian.
Pemrogram ISP terintegrasi (application note AVR910.ASM).
Pemrogram STK200 dan STK300 yang terintegrasi. Juga mendukung The
low cost Sample Electronics programmer. Banyak pemrogram lain yang
didukung melalui antarmuka universal.
Editor dengan beda warna pada pernyataan-pernyataan khusus
PDF datasheet viewer.
Context sensitive help.
Setiap bahasa pemrograman mempunyai aturan dan standard masing-
masing. Berikut ini aturan dan format dalam menulis program di BASCOM :
$regfile = “header”
"inisialisasi
"deklarasi variabel
"deklarasi konstanta
Do
"pernyataan-pernyataan
Sistem pengukur..., Radityo Adi Prabowo, FMIPA UI, 2012
21
Universitas Indonesia
Loop
End
“$regfile =” merupakan pengarah preprosesor yang mengarahkan untuk
menyisipkan file lain, biasanya berupa file berisi deklarasi register dari
mikrokonroller Atmega. Hal lain yang penting dalam pemrograman adalah tipe
data. Tipe data merupakan bagian program yang paling penting karena sangat
berpengaruh pada program. Pemilihan tipe data yang tepat maka operasi data
menjadi lebih efisien dan efektif.
Byte = 0 – 255
Integer = -32.768 – 32.767
Word = 0 – 65535
Long = -2147483648 – 2147483647
Single = 1.5 x 10^–45 – 3.4 x 10^38
Double = 5.0 x 10^–324 to 1.7 x 10^308
String = Deretan Karakter
Variabel adalah suatu pengenal (identifier) yang digunakan untuk mewakili
suatu nilai tertentu di dalam proses program yang dapat diubah-ubah sesuai
dengan kebutuhan. Nama suatu variabel bebas sesuai yang diinginkan berupa
gabungan huruf dan angka dan karakter pertama harus berupa huruf. Maksimum
berisi 32 karakter dan tidak boleh mengandung spasi dan karakter spesial berikut
Sistem pengukur..., Radityo Adi Prabowo, FMIPA UI, 2012
22
Universitas Indonesia
ini : $, ?, %, #, !, &, *, (, ), -, +, = dan lain sebagainya kecuali underscore ( _ ).
Hal lain yang terdapat dalam pemrograman adalah:
a) Deklarasi Variabel
Bentuk umum pendeklarasian suatu variable adalah Dim nama_variabel AS
tipe_data
Contoh : Dim x As Integer 'deklarasi x bertipe integer
b) Deklarasi Konstanta
Dalam Bahasa Basic konstanta di deklarasikan langsung.
Contohnya : S = “Hello world” 'Assign string
c) Deklarasi Fungsi
Fungsi merupakan bagian yang terpisah dari program dan dapat dipanggil di
manapun di dalam program. Fungsi dalam Bahasa Basic ada yang sudah
disediakan sebagai fungsi pustaka seperti print, input data dan untuk
menggunakannya tidak perlu dideklarasikan.
d) Deklarasi buatan
Fungsi yang perlu dideklarasikan terlebih dahulu adalah fungsi yang dibuat
oleh programmer. Bentuk umum deklarasi sebuah fungsi adalah :
Sub Test ( byval variabel As type)
Contohnya : Sub Pwm (byval Kiri As Integer , Byval Kanan As Integer)
e) Operator Penugasan
Operator Penugasan (Assignment operator) dalam Bahasa Basic berupa “=”.
f) Operator Aritmatika
* : untuk perkalian
/ : untuk pembagian
Sistem pengukur..., Radityo Adi Prabowo, FMIPA UI, 2012
23
Universitas Indonesia
+ : untuk pertambahan
- : untuk pengurangan
% : untuk sisa pembagian (modulus)
g) Operator Hubungan (Perbandingan)
Operator hubungan digunakan untuk membandingkan hubungan dua buah
operand atau sebuah nilai / variable, misalnya :
= ‟Equality X = Y
< ‟Less than X < Y
> ‟Greater than X > Y
<= ‟Less than or equal to X <= Y
>= ‟Greater than or equal to X >= Y
h) Operator Logika
Operator logika digunakan untuk membandingkan logika hasil dari
operator-operator hubungan. Operator logika ada empat macam, yaitu :
NOT "Logical complement"
AND "Conjunction"
OR "Disjunction"
XOR "Exclusive or"
i) Operator Bitwise
Operator bitwise digunakan untuk memanipulasi bit dari data yang ada di
memori. Operator bitwise dalam Bahasa Basic :
Shift A, Left, 2 : Pergeseran bit ke kiri
Shift A, Right, 2 : Pergeseran bit ke kanan
Rotate A, Left, 2 : Putar bit ke kiri
Rotate A, right, 2 : Putar bit ke kanan
Sistem pengukur..., Radityo Adi Prabowo, FMIPA UI, 2012
24
Universitas Indonesia
j) Pernyataan Kondisional (IF-THEN – END IF)
Pernyataan ini digunakan untuk melakukan pengambilan keputusan
terhadap dua buah bahkan lebih kemungkinan untuk melakukan suatu blok
pernyataan atau tidak. Konstruksi penulisan pernyatan IF-THEN-ELSE-END IF
pada bahasa BASIC ialah sebagai berikut:
IF pernyataan kondisi 1 THEN
blok pernyataan 1 yang dikerjakan bila kondisi 1 terpenuhi
IF pernyataan kondisi 2 THEN
blok pernyataan 2 yang dikerjakan bila kondisi 2 terpenuhi
IF pernyataan kondisi 3 THEN
blok pernyataan 3 yang dikerjakan bila kondisi 3 terpenuhi
Setiap penggunaan pernyataan IF-THEN harus diakhiri dengan perintah
END IF sebagai akhir dari pernyatan kondisional [12].
2.6. Sensor Gaya
Sensor gaya digunakan untuk menghitung nilai F. Nilai tersebut nantinya
akan diolah oleh mikrokontroler untuk mendapatkan nilai modulus.
Sensor gaya yang peneliti gunakan adalah FSS-SMT Series low profile
sensor dengan kode FSS1500NGT, produksi Honeywell. Sensor tersebut dapat
menerima tegangan supply antara 3 Volt samapai 6 Volt, dengan tegangan supply
typical 5 Volt. Gaya (F) yang dapat diterima antara 0 - 14,7 Newton atau setara
dengan beban 0 - 1,5 Kg. Temperatur yang dapat ditoleransi adalah antara -40o
Celcius sampai 85o Celcius.
Sistem pengukur..., Radityo Adi Prabowo, FMIPA UI, 2012
25
Universitas Indonesia
Sensor gaya bekerja berdasarkan prinsip perubahan resistansi. Pada sensor
gaya terdapat silicon-implanted piezoresistor yang digunakan sebagai resistansi.
Piezoresistor adalah suatu material yang apabila ditarik, ditekan atau dirubah
bentuknya, maka nilai resistansinya akan berubah. Jadi nilai resistansi silicon-
implanted piezoresistor tersebut akan berubah apabila ditekan atau ditarik oleh
sebuah gaya.
Piezoresistivity pertama kali ditemukan oleh Lord Kelvin 1856. Resistansi
pada piezoresistor akan berubah apabila mengalami strain. Nilai resistansi
piezorstor bergantung pada bulk resistivity (ρ),dan dimensi dari piezoresistor
tersebut yaitu : panjang (l) dan luas penampang (A).
(2.7)
Metal atau logam yang mempunyai sifat piezoresistivity disebut strain-
gauge sedangkan piezoresistor sendiri sebenarnya adalah semikoduktor.
Perubahan resistansi terhadap strain pada piezoresistor adalah linear, sesuai
dengan rumus :
(2.8)
G adalah konstanta proposional dan disebut gauge factor, ∆R adalah
perubahan resistansi piezoresistor, R adalah resistansi mula-mula piezoresistor ,
adalah strain dari piezoresistor
Sensor gaya menerima gaya melalui bola stainless steel (gambar 2.14).
Apabila sensor gaya diberi sebuah gaya, maka bola stainless steel tersebut akan
Gambar 2.14. Sensor gaya FSS 1500 NGT
Sistem pengukur..., Radityo Adi Prabowo, FMIPA UI, 2012
26
Universitas Indonesia
secara langsung mempengaruhi silicon-implanted piezoresistor, dengan kata lain
bola stainless steel tersebut akan mendeformasi silicon-implanted piezoresistor
sehingga resistansinya akan berubah. Perubahan nilai resistansi pada silicon-
implanted piezoresistor berbanding proposional dengan gaya yang diberikan pada
sensor gaya. Perubahan nilai resistansi ini juga mempengaruhi tegangan output
sensor gaya.
Pin 1 dan 3 (gambar 2.15) adalah supply tegangan positif dan negatif dari
sumber tegangan. Pin 2 dan 4 (gambar 2.15) adalah output dari sensor gaya.
Output dari sensor gaya adalah perbedaan tegangan antara pin 2 dan 4 (Vo =
Vo(+) – Vo(-)). Bedasarkan rangkaian skmatik gambar 2.15, nilai tegangan output
dapat dirumuskan :
(2.9)
Perubahan tegangan output terjadi karena pada saat sensor gaya menerima
sebuah gaya, bola stainless steel akan mendeformasi resistor-resistor yang berada
diantara pin-pin tersebut. Resistor-resistor tersebut adalah silicon-implanted
piezoresistor sehingga apabila terdeformasi, maka resistansinya akan berubah dan
tegangan output sensor gaya juga akan berubah [13].
Gambar 2.15. Rangkaian di Dalam Sensor gaya FSS 1500 NGT
Sistem pengukur..., Radityo Adi Prabowo, FMIPA UI, 2012
27
Universitas Indonesia
2.7. Potensiometer
Potensiometer digunakan untuk menghitung perubahan panjang material
(∆l). Shaft potensiometer ditempelkan pada shaft motor DC, sehingga apabila
motor DC berputar, maka shaft potensiometer ikut berputar. Perputaran shaft
potensiometer ini menunjukan perubahan panjang material (∆l).
Wirewound potensiometer adalah potensiometer yang di dalamnya berisi
lilitan kawat yang dibuat melingkar sesuai dengan jejak kaki penggeser. Selain
wirewound ada beberapa beberapa tipe lain, seperti Solid track, dan String
Potentiometer.
Potensiometer yang digunakan adalah multiturn wirewound, produksi
VISHAY. Potensiometer ini mempunyai hambatan maksimal sebesar 10 kΩ dan
berputar sebanyak sepuluh putaran . Perubahan nilai resistansi terhadap
perputaran shaft adalah linear. Toleransi Potensiometer ini adalah ± 5% dan
kelinearannya adalah ± 0,25%[14].
3549 - 10-Turn P recision
Potentiometer
Jumlah dari lilitan kawat pada konstruksi di atas merupakan faktor penentu
besaran maksimal hambatan pada potensimeter. Faktor yang mempengaruhi
lainnya adalah jenis kawat yang dipergunakan dan panjang lintasan geser yang
dibuat. Perubahan hambatan dapat diatur sesuai dengan pergerakan dari poros
pemutar yang juga berfungsi sebagai kaki tengah potensiometer. Potensiometer
menggunakan prinsip pembagi tegangan, dimana resistansi dari kaki 1 sampai
kaki 2 dianggap R1 dan resistansi dari kaki 2 sampai kaki 3 dianggap R2.
Gambar 2.16. Konstruksi Sederhana Wirewound Potentiometer
Sistem pengukur..., Radityo Adi Prabowo, FMIPA UI, 2012
28
Universitas Indonesia
Potensiometer dapat digunakan sebagai sensor posisi dengan memanfaatkan
prinsip pembagi tegangan. Perubahan voltase keluaran pada potensiometer
menggambarkan perubahan posisi. Nilai voltase keluaran dari potensiometer
dapat dituliskan menjadi :
(2.10)
Hasil perbandingan antara tahanan dengan pergerakan dapat bersifat linear,
logaritmik dan anti-logaritmik. Tergantung dari jenis potensiometernya, namun
biasanya setiap produsen potensiometer memiliki formula tertentu yang
membedakan sifat dan karakter tiap produk-produknya.
2.8. LCD
LCD display yang digunakan untuk menampilkan hasil pengukuran adalah
DI-Smart LCD 16x2 Board, produksi Depok Instrument. Koneksi pengendalian
yang digunakan adalah 4 bit data interface. Jumlah karakter yang dapat
ditampilkan adalah 32 karakter dalam 16 kolom x 2 baris [15].
Gambar 2.17. Voltage Divider
Sistem pengukur..., Radityo Adi Prabowo, FMIPA UI, 2012
29
Universitas Indonesia
2.9. Motor DC
Motor DC yang digunakan adalah EMG30. Motor DC tersebut dilengkapi
dengan 30:1 reduction gearbox dan encoders. Tegangan supply rata-rata yang
dibutuhkan adalah 12 V [16]. Dengan tegangan sebesar 12 V, EMG30 dapat
menghasilkan:
Torsi rata-rata sebesar 1.5kg/cm
Kecepatan rata-rata sebesar 170rpm
Arus rata-rata sebesar 530mA
Stall Current sebesar 2.5A
Rata-ata output sebesar 4.22W
2.10. AD620
Tegangan keluaran dari sensor gaya dan potensiometer bernilai sangat kecil,
sehingga sangat sulit untuk menentukan nilai Modulus Young berdasarkan data
yang didapat dari kedua sensor tersebut. Oleh karena itu diperlukan sebuah
penguat tegangan untuk menguatkan kedua output sensor tersebut.
Gambar 2.18. LCD Display
Gambar 2.19. Motor DC EMG30
Sistem pengukur..., Radityo Adi Prabowo, FMIPA UI, 2012
30
Universitas Indonesia
Penguat tegangan yang digunakan adalah Low Cost, Low Power
Instrumentation Amplifier AD620 produksi ANALOG DEVICES. Kareteristik
penguat tegangan tersbut adalah :
Gain Set with One External Resistor (Gain Range 1 to 1000)
Wide Power Supply Range (62.3 V to 618 V)
Higher Performance than Three Op Amp IA Designs
Available in 8-Lead DIP and SOIC Packaging
Low Power, 1.3 mA max Supply Current
EXCELLENT DC PERFORMANCE (“B GRADE”)
50 mV max, Input Offset Voltage
0.6 mV/8C max, Input Offset Drift
1.0 nA max, Input Bias Current
100 dB min Common-Mode Rejection Ratio (G = 10)
LOW NOISE
9 nV/ √Hz, @ 1 kHz, Input Voltage Noise
0.28 mV p-p Noise (0.1 Hz to 10 Hz)
EXCELLENT AC SPECIFICATIONS
120 kHz Bandwidth (G = 100)
15 ms Settling Time to 0.01%
Gambar 2.20. ADC620
Sistem pengukur..., Radityo Adi Prabowo, FMIPA UI, 2012
31
Universitas Indonesia
Penguat tegangan AD620 adalah sebuah Instrumentasi amplifier.
Instrumentasi amplifier adalah sebuah differential amplifier yang kedua inputnya
berasal dari buffer. Penggunaan instrumentasi amplifier sangat berguna dalam
pengukuran dan pengujian suatu instrumen. Keuntungan menggunakan
instrumentasi amplifier adalah :
Tegangan offset DC sangat rendah
Low drift
Low noise
Open Loop-Gain sangat tinggi
CMRR sangat tinggi
Impedansi input sangat tinggi
Gambar 2.21. Skema AD620
Gambar 2.22. Instrumentasi Amplifier
Sistem pengukur..., Radityo Adi Prabowo, FMIPA UI, 2012
32
Universitas Indonesia
Salah satu kelebihan IC AD620 adalah pengaturan gain (penguatan). IC
AD620 hanya membutuhkan sebuah resistor untuk mengatur penguatan sebab IC
AD620 mempunyai pembanding resistor internal dengan nilai 49,4 kΩ. Berikut
rumus untuk menghitung gain yang diinginkan :
(2.11)
RG merupakan nilai resistor yang dapat diatur dengan cara dipasangkan
pada kaki no 1 dan 8 pada IC AD620 [17].
2.11. Pengukuran Koefisien
Data-data yang didapatkan dari sensor lalu diolah didalam mikrokontroler.
Penghitungan disusun dengan bahasa pemrograman BASCOM yang nantinya
akan menerima input dari sensor-sensor yang ada. Input awal yang didapat adalah
perubahan panjang objek:
(2.12)
Gambar 2.23. Blok Diagram Sederhana AD620
Sistem pengukur..., Radityo Adi Prabowo, FMIPA UI, 2012
33
Universitas Indonesia
Dengan ∆L adalah besar perubahan panjang, adalah panjang akhir dari
pengukuran dan adalah panjang awal pengukuran. Nilai selanjutnya adalah gaya
(F) yang diberikan pada objek. Dari persamaan diatas konstanta Young dapat
dicari dengan metoda least square dengan persamaannya seperti berikut :
(2.13)
Pada persamaan diatas ∆L merupakan perubahan panjang dinyatakan
sebagai sumbu Y dan gaya (F) dinyatakan sebagai sumbu X, maka kita akan
mencari harga dari a dan b:
(2.14)
(2.15)
Dan untuk mencari simpangan :
(2.16)
Untuk melihat kelinearan maka dicari rasio (r) sebagai berikut :
(2.17)
Koefisien konstanta Young (E ) diperoleh dari :
Sistem pengukur..., Radityo Adi Prabowo, FMIPA UI, 2012
34
Universitas Indonesia
(2.18)
jadi
(2.19)
(2.17)
Maka nilai dari Konstanta Young linearnya adalah :
(2.18)
Kesalahan literaturnya dapat dicari sebagai berikut :
(2.19)
Dan kesalahan relatif adalah sebagai berikut :
(2.20)
Sistem pengukur..., Radityo Adi Prabowo, FMIPA UI, 2012
35 Universitas Indonesia
BAB 3
METODE PENELITIAN
Pada bab ini membahas tentang blok diagram, hardware, software dan cara
kerja sistem alat pengukur modulus Young berbasis mikrokontroler secara
menyeluruh. Pada prinsipnya alat ini mengukur konstanta atau modulus Young
suatu material dengan cara mengukur dua besaran, yaitu gaya (F) dan perubahan
panjang (∆L).
Blok diagram alat secara menyeluruh ditampilkan pada gambar 3.1. Ketika
sistem dinyalakan, maka mikrokontroler akan memerintahkan agar motor DC
berputar melalui driver motor. Perputaran motor DC ini menyebabkan sensor
gaya dan potensiometer menerima input, sehingga pada ouput sensor gaya dan
potensiometer akan ada perubahan tegangan. Selanjutnya nilai tegangan tersebut
Gambar 3.1. Blok Diagram Keseluruhan Alat
Sensor Gaya
Potensiometer
Pengondisi Sinyal
Mikrokontroler
Motor DC
Driver Motor
LCD / Laptop
Menarik Material
Menggulung Material
Sistem pengukur..., Radityo Adi Prabowo, FMIPA UI, 2012
36
Universitas Indonesia
dimasukkan ke pengondisi sinyal agar dapat dibaca dan diolah oleh
mikrokontroler sebagai sebuah data. Selanjutnya mikrokontroler akan
memerintahkan motor DC berhenti berputar setelah data didapat. Proses ini
dilakukan berulang-ulang sebanyak data yang diinginkan. Setelah data yang
diinginkan terkumpul dan telah diolah oleh mikrokontroler, data-data tersebut
ditampilkan pada LCD atau laptop.
3.1. Sistem Kerja Mekanik
Objek atau material yang ingin diukur, diikatkan pada pengait dan
penggulung seperti pada gambar 3.2. Pada keadaan awal ini nilai output sensor
gaya ataupun potensiometer adalah mendekati nol volt. Plat B pada alat
eksperimen diposisikan menempel pada sensor gaya.
Gambar 3.2. Alat Eksperimen Modulus Young
Sistem pengukur..., Radityo Adi Prabowo, FMIPA UI, 2012
37
Universitas Indonesia
Setelah seluruh perangkat eksperimen siap dan alat eksperimen dinyalakan,
motor DC akan memutar penggulung sehingga menarik menarik material yang
diuji. Material yang diuji akan menarik plat B, sehingga plat B akan menekan
sensor gaya. Gaya yang diberikan oleh motor DC kepada material yang diuji akan
terdeskripsi pada gaya yang diberikan oleh plat B kepada sensor gaya. Dengan
menggunakan cara ini kita dapat mengetahui nilai gaya yang diberikan oleh motor
DC untuk menarik material yang diuji.
Gambar 3.3. Posisi Sensor Gaya Pada Alat Eksperimen
Gambar 3.4. Posisi Potensiometer Pada Alat Eksperimen
Sistem pengukur..., Radityo Adi Prabowo, FMIPA UI, 2012
38
Universitas Indonesia
Potensiometer akan ikut berputar apabila motor DC berputar. Dikarenakan
posisi awal dari plat B adalah menempel pada sensor gaya, maka pada saat motor
DC menarik material yang diuji, yang terjadi adalah material yang diuji akan
meregang. Nilai regangan (∆L) material yang diuji akan terdeskripsi pada
perputaran potensiometer.
3.2. Sistem Kerja Elektrik
Nilai dari output sensor gaya dan potensiometer bernilai sangat kecil,
sehingga perlu dikuatkan oleh pengondisi sinyal. Pengondisi sinyal yang
digunakan adalah Instrumantation Amplifier AD620. Setelah nilai tegangan
output kedua sensor tersebut dikuatkankan , selanjutnya akan diolah oleh
mikrokontroler untuk mendapatkan konstanta Young. Untuk memudahkan
pengolahan data, kedua nilai output sensor tersebut diubah menjadi bentuk digital
dengan menggunakan Analog Digital Converter (ADC) yang terdapat di dalam
mikrokontroler.
Gambar 3.5. Penampang Sensor Gaya
Sistem pengukur..., Radityo Adi Prabowo, FMIPA UI, 2012
39
Universitas Indonesia
Selain sebagai pengolah data, mikrokontroler juga sebagai pengontrol motor
DC. Motor DC akan berputar selama X detik dan berhenti selama Y detik. Dalam
satu siklus (berputar selama X detik dan berhenti selama Y detik), mikrokontroler
mengkoleksi satu buah data dari sensor gaya dan potensiometer. Mikrokontroler
akan terus melakukan siklus tersebut sampai mendapatkan jumlah N data yang
diinginkan. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada flowchart di sub-bab
selanjutnya.
3.3. Perangkat Lunak
Perangkat lunak atau software yang digunakan adalah BasCom AVR.
Perangkat lunak ini digunakan untuk memprogram mikrokontroler. Keuntungan
menggunakan BasCom dibandingkan compiler lainnya seperti C, Assembly atau
compiler lainnya adalah lebih sederhana dan penulisan programnya berurutan. Hal
ini memudahkan dalam pemrograman karena algoritmanya dapat ditulis berurutan
sehingga mudah dipahami. Berikut ini Flowchart program yang digunakan
Gambar 3.6. Rangkaian Elektronika Alat Pengukur Modulus Young
Sistem pengukur..., Radityo Adi Prabowo, FMIPA UI, 2012
40
Universitas Indonesia
OFF
ON
No
Yes
ON OFF
Gambar 3.7. Flowchart program
Start
End
Menghitung dengan rumusan Modulus Young
Membaca ADC Potensiometer
Membaca ADC Sensor Gaya
Menampilkan Nilai Modulus Young
Motor DC On
Motor DC Off
Mencatat Nilai ADC Potensiometer
Mencatat Nilai ADC Sensor Gaya
N == 10
Inisialisasi Variabel
Switch???
Switch???
Cek ADC
Sistem pengukur..., Radityo Adi Prabowo, FMIPA UI, 2012
41
Universitas Indonesia
3.4. Pengambilan Data
Data yang diperoleh dari sensor adalah gaya (F) dan perubahan panjang
(∆L). Sebagaimana diketahui, untuk memperoleh nilai modulus Young diperlukan
juga data panjang material mula-mula (L) dan luas penampang (A). Data L dan A
diperoleh dengan cara mengukur manual material yang diuji. Hasil pengukuran
tersebut akan dimasukkan ke dalam program sebagai nilai yang konstan.
Diperlukan kalibrasi pada sensor untuk medapatkan nilai F dan ∆L. berikut
akan dijelaskan bagaimana cara mendapatkan data-data tersebut.
3.4.1. Perubahan Panjang
Potensiometer yang digunakan bernilai 10k Ω. Kalibrasi potensiometer
dilakukan dengan cara melihat perubahan output potensiometer dengan perputaran
shaft sebesar 1o.
Perubahan shaft 1o potensiometer mengakibatkan perubahan output sebesar
±1mV (dengan input 5 volt). Pada alat eksperimen modulus Young, potensiometer
ditempelkan pada sebuah penggulung (gambar 3.4) dan penggulung tersebut juga
ditempelkan pada motor DC. Jadi apabila motor DC berputar 1o, maka
penggulung dan potensiometer juga akan berputar 1o.
Gambar 3.8. Ilustrasi Perputaran Shaft Potensiometer Dan
Penggulung
Sistem pengukur..., Radityo Adi Prabowo, FMIPA UI, 2012
42
Universitas Indonesia
Penggulung pada alat eksperimen mempunyai diameter 10.1 mm. Sehingga
apabila penggulung berputar 1o, maka penggulung akan merenggangkan material
yang diuji sebesar 0,09 mm.
Analog Digital Converter (ADC) pada mikrokontroler mengenali input nilai
voltase terkecil sebesar 2,5 mV dengan tegangan referensi internal, yaitu sebesar
2,56 Volt. Input ADC dibawah 2,5 mV akan dianggap nol (0) oleh
mikrokontroler. Jadi untuk mendapatkan nilai ADC sebesar satu (1), maka voltase
input yang diperlukan minimal sebesar 2,5 mV.
Dikarenakan voltase input minimal sebesar 2,5 mV untuk menghasilkan
nilai satu (1) ADC, maka untuk nilai ADC selanjutnya diperlukan nilai kelipatan
2,5 mV. Dengan kata lain nilai ADC baru akan berubah apabila menerima input
dengan kelipatan 2,5 mV.
Berdasarkan penjelasan di atas, apabila potensiometer berputar 1o, maka
ADC pada mikrokontroler akan menganggap nol (0). Sehingga diperlukan
penguatan minimal 2,5 kali lipat agar perubahan 1o pada potensiometer dapat
terbaca pada ADC.
Gambar 3.9. Pengambilan Data ∆L
Sistem pengukur..., Radityo Adi Prabowo, FMIPA UI, 2012
43
Universitas Indonesia
Setelah hasil kalibrasi didapat, maka dapat dibuat sebuah fungsi transfer
dengan sumbu X sebagai ADC dan Y nilai ∆L. Selanjutnya fungsi transfer ini
dimasukkan ke dalam program, sehingga program dapat menghitung nilai ∆L
pada eksperimen ini.
3.4.2. Gaya
Kalibrasi sensor gaya dilakukan dengan cara memberikan beban kepada
sensor gaya. Nilai beban yang diberikan divariasikan dari 100 gram sampai 1500
gram dengan perubahan per 100 gram.
Beban tersebut diikatkan pada plat B dan digantung bebas seperti gambar
3.11, dengan cara ini plat B akan mendapatkan mendapatkan gaya setara dengan
massa beban dikali gravitasi bumi.
Gambar 3.11. Pengambilan Data Gaya
Gambar 3.10. Rangkaian Pengambilan Data ∆L
Sistem pengukur..., Radityo Adi Prabowo, FMIPA UI, 2012
44
Universitas Indonesia
Berdasarkan data sheet, sensor gaya yang digunakan akan bekerja secara
optimal pada range 0 - 14,7 N. Tetapi tetap dapat bekerja apabila melebihi range
tersebut. Sama halnya seperti potensiometer, setelah data kalibrasi didapatkan,
maka dapat dibuat sebuah fungsi transfer. Fungsi tranfer yang dibuat mempunyai
sumbu X sebagai ADC dan Y sebagai gaya (F). Fungsi transfer ini dimasukkan ke
dalam program agar program dapat menghitung F yang dihasilkan pada
eksperimen ini.
Gambar 3.12. Rangkaian Pengambilan Data Gaya
Sistem pengukur..., Radityo Adi Prabowo, FMIPA UI, 2012
45 Universitas Indonesia
BAB 4
HASIL DAN PEMBAHASAN
Pada bab ini akan membahas hasil percobaan dan menganalisis hasil
percobaan. Hasil percobaan meliputi kalibrasi sensor dan nilai modulus Young
yang didapatkan.
4.1. Kalibrasi
Sebelum melakukan pengukuran untuk mendapatkan konstanta Young,
diperlukan pengkalibrasian terhadap sensor-sensor yang digunakan. Hal ini
dilakukan agar data yang didapatkan mempunyai ketelitian dan ketepatan
semaksimal mungkin.
Sensor - sensor yang dikalibrasikan adalah sensor gaya dan potensiometer.
Proses kalibrasi sensor gaya dan potensiometer akan dijabarkan di bawah ini.
4.1.1. Kalibrasi Potensiometer
Kalibrasi potensiometer dilakukan agar dapat memvalidasi nilai output
potensiometer. Pengkalibrasian potensiometer dilakukan dengan cara memutar
shaft potensiometer per derajat. Output dari potensiometer dikuatkan dengan
AD620. Selanjutnya dihubungkan ke ADC pada mikrokontroler. Pada saat
pengkalibrasian shaft potensiometer diputar per derajat dari 0o sampai 180o.
Gambar 4.1. Posisi Potensiometer Pada Alat Eksperimen
Sistem pengukur..., Radityo Adi Prabowo, FMIPA UI, 2012
46
Universitas Indonesia
Dikarenakan penggulung (gambar 4.1) berdiameter 10,1 mm dan shaft
potensiometer ditempelkan pada penggulung. Sehingga apabila shaft
potensiometer berputar 1o, maka penggulung akan berputar sebesar 0,09 mm.
Data perubahan nilai keluaran desimal ADC terhadap perputaran shaft per derajat
dapat dilihat pada lampiran A.
Seperti digambarkan pada grafik di gambar 4.2, perubahan nilai keluaran
desimal ADC terhadap ∆L bersifat linear. Kelinearan dari data yang didapatkan
hampir sempurna, meskipun masih terdapat beberapa kesalahan kecil seperti
kesalahan dalam membaca angka pada busur derajat yang dikarenakan posisi
pembaca terhadap busur (parallax) dan kesalahan pada saat memutar shaft
potensiometer (memutar terlalu banyak atau terlalu sedikit untuk perputaran per
derajat). Secara umum kesalahan-kesalahan tersebut tidak mempengaruhi data
yang didapatkan.
Setelah grafik tersebut didapat, maka dicarilah nilai fungsi transfer yang
mengubah nilai satuan di
gital ADC menjadi perubahan panjang (mm). Hal tersebut mengharuskan
nilai X dan Y pada grafik ditukar, sehingga mendapatkan fungsi transfer yang
akan dipakai pada pemrograman.
Gambar 4.2. Grafik Kalibrasi Potensiometer
Sistem pengukur..., Radityo Adi Prabowo, FMIPA UI, 2012
47
Universitas Indonesia
Selanjutnya nilai transfer yang didapatkan dari grafik gambar 4.3
dimasukkan ke dalam program.
4.2.1. Kalibrasi Sensor Gaya
Tujuan mengkalibrasi sensor gaya agar dapat menvalidasikan nilai
pengukuran dari sensor gaya. Cara pengambilan data kalibrasi sensor gaya adalah
dengan memberikan beban kepada sensor gaya. Beban yang diberikan kepada
sensor gaya divariasikan dari 100 gram sampai 1500 gram dengan perubahan per
100 gram. Nilai output dari sensor gaya dikuatkan oleh AD620 lalu dimasukkan
ke ADC pada mikrokontroler.
Gambar 4.3. Grafik Fungsi Transfer Potensiometer
Sistem pengukur..., Radityo Adi Prabowo, FMIPA UI, 2012
48
Universitas Indonesia
Pada tabel 4.1 dapat dilihat perubahan gaya terhadap nilai satua nilai
keluaran desimal ADC n digital ADC. Data pada tabel 4.1 membuktikan bahwa
sensor gaya dapat bekerja dengan baik dalam range 0 N sampai 14,7 N.
Perubahan nilai keluaran desimal ADC juga sebanding dengan perubahan gaya.
Massa (gram) F (N) Nilai Keluaran Desimal ADC
0 0 0
100 0.98 45
200 1.96 100
300 2.94 162
400 3.92 217
500 4.90 288
600 5.88 351
700 6.86 418
800 7.84 474
900 8.82 541
1000 9.80 608
1100 10.78 665
1200 11.76 721
1300 12.74 785
1400 13.72 831
1500 14.70 889
Tabel 4.1 Data Kalibrasi Sensor Gaya
Sistem pengukur..., Radityo Adi Prabowo, FMIPA UI, 2012
49
Universitas Indonesia
Seperti digambarkan pada grafik di gambar 4.4, perubahan nilai keluaran
desimal ADC terhadap gaya bersifat mendekati linear.
Setelah grafik tersebut didapat, maka dicarilah nilai fungsi transfer yang
mengubah nilai keluaran desimal ADC menjadi gaya (Newton). Hal tersebut
mengharuskan nilai X dan Y pada grafik ditukar, sehingga mendapatkan fungsi
transfer yang akan dipakai pada pemrograman.
Nilai transfer yang didapatkan dari grafik gambar 4.5 dimasukkan ke dalam
program. Data yang didapatkan tidak sepenuhnya linier disebabkan beberapa hal.
Gambar 4.4. Grafik Kalibrasi Sensor Gaya
Gambar 4.5. Grafik Fungsi Transfer Sensor Gaya
Sistem pengukur..., Radityo Adi Prabowo, FMIPA UI, 2012
50
Universitas Indonesia
Pertama, friksi pada pada rel. Friksi antara rel dan plat B dapat
menyebabkan nilai yang terbaca pada sensor gaya berubah. Hal ini dapat diatasi
dengan memlih bahan plat B dan rel yang mempunyai friksi yang rendah. Bahan
Plat B dan rel adalah besi sehingga friksi antara keduanya kecil. Untuk
memastikan nilai friksi sekecil mungkin, ditambahkan pelumas pada rel.
Kedua, Posisi plat B tidak tegak lurus sempurna terhadap sensor gaya. Hal
ini menyebabkan nilai yang terbaca pada sensor gaya berubah. Untuk mengatasi
hal ini posisi plat B dikondisikan sebelum percobaan dimulai.
4.2. Konstanta Modulus Young
Konstanta modulus Young didapatkan dengan cara mengolah data dengan
metode least square. Data dari potensiometer berupa perubahan panjang material
∆L dijadikan sebagai X dalam least square. Sedangkan data dari sensor gaya
dijadikan Y dalam least square. Masing-masing sensor mengambil data sebanyak
sepuluh (10) kali.
Pada eksperimen ini digunakan tiga buah material berbentuk string untuk
menguji alat, yaitu :
1. Logam tembaga campuran
2. Polimer BG65
3. Polimer BG65 Titanium
Berikut akan dijelaskan hasil modulus Young dari masing-masing material
tersebut.
Gambar 4.6. Posisi Sensor Gaya Pada Alat Eksperimen
Sistem pengukur..., Radityo Adi Prabowo, FMIPA UI, 2012
51
Universitas Indonesia
1. Logam Tembaga campuran
Material ini berdiameter 0,16 mm. Pada eksperimen ini panjang mula-mula
material tersebut adalah 1,30 meter. Nilai referensi modulus Young yang
didapatkan dari eksperimen lain adalah 2,04 Giga Pascal (GPa).
Data ke - N F (Newton) ∆L (mm) F hysterisis(Newton) ∆L hysterisis (mm)
0 0.00 0.00 0.00 0.00
1 1.06 1.08 0.00 0.00
2 1.73 1.87 0.00 0.00
3 1.97 2.65 0.00 0.00
4 2.34 3.51 0.00 0.70
5 2.77 4.30 0.00 1.72
6 2.82 5.05 0.00 2.78
7 3.13 5.82 0.00 4.78
8 3.22 6.59 0.53 5.85
9 3.48 7.47 2.23 6.99
10 3.59 8.35 3.59 8.35
Tabel 4.2 adalah nilai gaya dan perubahan panjang yang didapatkan oleh
sensor gaya dan potensiometer beserta hysterysis-nya. Dapat dilihat bahwa
perubahan nilai gaya juga diikuti oleh perubahan panjang material. Hal ini sesuai
dengan hukum Hooke yang menyatakan nilai gaya (F) berbanding lurus dengan
perubahan panjang (∆L).
Tabel 4.2 Nilai Gaya dan Perubahan Panjang Logam Tembaga Campuran Beserta Hystrysis-nya
Sistem pengukur..., Radityo Adi Prabowo, FMIPA UI, 2012
52
Universitas Indonesia
Gambar 4.7 menunjukan bahwa hubungan gaya (F) dan perubahan panjang
(∆L) cukup mendekati linear. Hal ini sesuai dengan teori yang sudah dijelaskan
sebelumnya.
Nilai modulus Young adalah perbandingan nilai stress dan strain. Kedua
nilai tersebut bisa didapatkan dari data gaya (F) dan perubahan panjang (∆L).
Gambar 4.7. Grafik Gaya Vs Perubahan Panjang Tembaga Campuran
Gambar 4.8. Stress Vs Strain Tembaga Campuran
Sistem pengukur..., Radityo Adi Prabowo, FMIPA UI, 2012
53
Universitas Indonesia
Grafik perbandingan strain dan stress cukup mendekati linear. Hal ini
berarti perbandingan strain dan stress masih berada dalam daerah elastik dan
masih dalam batas proposional.
Penghitungan nilai modulus Young material logam tembaga campuran
menggunakan metode least square dan nilai yang diperoleh :
E = ( 22,55 ± 1,86 ) GPa
Kesalahan relatif yang didapatkan adalah 8,24 %. Sedangkan kesalahan
literatur mencapai 1533,79 %. Hal ini dikarenakan material yang diuji bukan
tembaga murni, melainkan campuran. Sehingga sulit menentukan nilai modulus
Young material tersebut.
Setelah data eksperimen didapatkan, motor DC akan berputar berlawanan
arah dari putaran semula. Hal ini dilakukan untuk mendapatakan nilai hysterysis
dari alat pengukur modulus Young berbasis mikrokontroler. Nilai hysterysis ini
disajikan dalam bentuk grafik dan dibandingkan dengan grafik data eksperimen.
Grafik hysterysis yang didapatkan sangat tidak baik. Hal ini disebabkan
alat pengukur modulus Young berbasis mikrokonntroler tidak di desain untuk
memiliki hysterysis yang baik. Selain itu material yang diuji juga mempengaruhi
Gambar 4.9. Grafik Perbandingan Data yang Diperoleh dan Hysterysis pada Logam Tembaga Campuran
Sistem pengukur..., Radityo Adi Prabowo, FMIPA UI, 2012
54
Universitas Indonesia
grafik hysterysis tersebut. Logam tembaga campuran mempunyai nilai modulus
Young yang cukup besar sehingga keelastisitasannya tidak begitu baik.
2. Polimer BG65
Material ini berdiameter 0,71 mm. Pada eksperimen ini panjang mula-mula
material tersebut adalah 1,30 meter. Sesuai dengan literatur yang didapatkan dari
eksperimen lain, nilai modulus Young material ini adalah 1.38 Giga Pascal (GPa).
Data ke - N F (Newton) ∆L (mm) F hysterisis(Newton) ∆L hysterisis (mm)
0 0.00 0.00 0.00 0.00
1 0.50 1.00 0.00 0.00
2 1.08 1.91 0.00 0.18
3 1.64 2.75 0.00 0.33
4 2.31 3.60 0.00 0.45
5 2.70 4.44 0.00 1.55
6 2.92 5.23 0.47 2.87
7 3.05 6.03 1.24 4.23
8 3.51 6.68 2.04 5.53
9 3.67 7.51 3.16 7.00
10 3.89 8.31 3.89 8.31
Tabel 4.3 adalah nilai gaya dan perubahan panjang yang didapatkan oleh
sensor gaya dan potensiometer beserta hysterysis-nya. Dapat dilihat bahwa
perubahan nilai gaya juga diikuti oleh perubahan panjang material. Hal ini sesuai
dengan hukum Hooke yang menyatakan nilai gaya (F) berbanding lurus dengan
perubahan panjang (∆L).
Tabel 4.3 Nilai Gaya dan Perubahan Panjang Polimer BG65 Beserta Hystrysis-nya
Sistem pengukur..., Radityo Adi Prabowo, FMIPA UI, 2012
55
Universitas Indonesia
Gambar 4.10 menunjukan bahwa hubungan gaya (F) dan perubahan panjang
(∆L) cukup mendekati linear. Hal ini sesuai dengan teori.
Nilai modulus Young adalah perbandingan nilai stress dan strain. Kedua
nilai tersebut bisa didapatkan dari data gaya (F) dan perubahan panjang (∆L).
Gambar 4.10. Grafik Gaya Vs Perubahan Panjang Polimer BG65
Gambar 4.11. Stress Vs Strain Polimer BG65
Sistem pengukur..., Radityo Adi Prabowo, FMIPA UI, 2012
56
Universitas Indonesia
Grafik perbandingan strain dan stress cukup mendekati linear. Hal ini
berarti perbandingan strain dan stress masih berada dalam daerah elastik dan
masih dalam batas proposional.
Penghitungan nilai modulus Young material polimer BG65 menggunakan
metode least square dan nilai yang diperoleh
E = ( 1,56 ± 0,11 ) GPa
Kesalahan relatif yang didapatkan adalah 7,04 %. Sedangkan kesalahan literature mencapai 13,14 %.
Setelah data eksperimen didapatkan, motor DC akan berputar berlawanan
arah dari putaran semula. Hal ini dilakukan untuk mendapatakan nilai hysterysis
dari alat pengukur modulus Young berbasis mikrokontroler. Nilai hysterysis ini
disajikan dalam bentuk grafik dan dibandingkan dengan grafik data eksperimen.
Grafik hysterysis yang didapatkan tidak begitu baik. Hal ini disebabkan alat
pengukur modulus Young berbasis mikrokonntroler tidak di desain untuk
memiliki hysterysis yang baik. Walaupun begitu grafik hysterysis yang didapatkan
masih lebih baik dibandingkan grafik hysterysis logam tembaga campuran. Hal ini
Gambar 4.12. Grafik Perbandingan Data yang Diperoleh dan Hysterysis pada Polimer BG65
Sistem pengukur..., Radityo Adi Prabowo, FMIPA UI, 2012
57
Universitas Indonesia
disebabkan polimer BG65 mempunyai nilai modulus Young yang lebih rendah
dibandingkan logam tembaga campuran, sehingga dapat dikatakan polimer BG65
lebih elastis dibandingkan logam tembaga campuran. Hal ini menyebabkan grafik
hysterysis polimer BG65 lebih baik dari logam tembaga campuran.
3. Polimer BG65 Titanium
Material ini berdiameter 0,70 mm. Pada eksperimen ini panjang mula-mula
material tersebut adalah 1,30 meter. Sesuai dengan literatur yang didapatkan dari
eksperimen lain, nilai modulus Young material ini adalah 2,79 Giga Pascal (GPa).
Data ke - N F (Newton) ∆L (mm) F hysterisis(Newton) ∆L hysterisis (mm)
0 0.00 0.00 0.00 0.00
1 0.92 1.13 0.00 0.00
2 1.62 2.07 0.00 0.00
3 2.18 3.08 0.00 0.00
4 2.89 3.96 0.00 0.00
5 3.38 4.84 0.33 1.19
6 3.94 5.67 0.81 2.44
7 4.36 6.46 1.62 3.69
8 4.93 7.35 2.89 5.32
9 5.11 8.07 4.04 6.79
10 5.61 8.82 5.61 8.82
Tabel 4.4 adalah nilai gaya dan perubahan panjang yang didapatkan oleh
sensor gaya dan potensiometer beserta hysterysis-nya. Dapat dilihat bahwa
perubahan nilai gaya juga diikuti oleh perubahan panjang material. Hal ini sesuai
dengan hukum Hooke yang menyatakan nilai gaya (F) berbanding lurus dengan
perubahan panjang (∆L).
Tabel 4.4 Nilai Gaya dan Perubahan Panjang Polimer BG65 Titanium Beserta Hystrysis-nya
Sistem pengukur..., Radityo Adi Prabowo, FMIPA UI, 2012
58
Universitas Indonesia
Gambar 4.13 menunjukan bahwa hubungan gaya (F) dan perubahan panjang
(∆L) cukup mendekati linear. Hal ini sesuai dengan teori.
Nilai modulus Young adalah perbandingan nilai stress dan strain. Kedua
nilai tersebut bisa didapatkan dari data gaya (F) dan perubahan panjang (∆L).
Grafik perbandingan strain dan stress cukup mendekati linear. Hal ini
berarti perbandingan strain dan stress masih berada dalam daerah elastik dan
masih dalam batas proposional.
Gambar 4.13. Grafik Gaya Vs Perubahan Panjang Polimer BG65 Titanium
Gambar 4.14. Stress Vs Strain Polimer BG65 Titanium
Sistem pengukur..., Radityo Adi Prabowo, FMIPA UI, 2012
59
Universitas Indonesia
Penghitungan nilai modulus Young material polimer BG65 Titanium
menggunakan metode least square dan nilai yang diperoleh
E = ( 2,00 ± 0,05) GPa
Kesalahan relatif yang didapatkan adalah 2,48 %. Sedangkan kesalahan literature mencapai 45,20 %.
Setelah data eksperimen didapatkan, motor DC akan berputar berlawanan
arah dari putaran semula. Hal ini dilakukan untuk mendapatakan nilai hysterysis
dari alat pengukur modulus Young berbasis mikrokontroler. Nilai hysterysis ini
disajikan dalam bentuk grafik dan dibandingkan dengan grafik data eksperimen.
Grafik hysterysis yang didapatkan lumayan baik. walaupun alat pengukur
modulus Young berbasis mikrokonntroler tidak di desain untuk memiliki
hysterysis yang baik. Material yang diuji juga mempengaruhi grafik hysterysis
tersebut.
Nilai modulus Young yang didapatkan dari tiga material tersebut banyak
yang tidak sesuai dengan referensi. Hal ini dimungkinkan beberapa faktor, yaitu:
Gambar 4.15. Grafik Perbandingan Data yang Diperoleh dan Hysterysis pada Polimer BG65 Titanium
Sistem pengukur..., Radityo Adi Prabowo, FMIPA UI, 2012
60
Universitas Indonesia
Pertama, kalibrasi sensor-sensor yang kurang akurat. Hal ini menyebabkan
fungsi transfer yang didapatkan menjadi tidak akurat dan presisi, sehingga
menimbulkan banyak error.
Kedua, Komponen-komponen pada alat eksperimen mungkin sudah tidak
dalam kondisi terbaik. Sehingga pada saat pengambilan data terjadi kesalahan
pada instrument.
Ketiga, pengait pada plat A mempengaruhi hasil perhitungan modulus
Young. Pada saat motor DC menarik material yang diuji, sangat mungkin pengait
pada plat A mengalami deformasi. Deformasi pada pengait di plat A ini akan
mempengaruhi nilai ∆L pada perhitungan.
Keempat, shaft pada potensiometer terkadang mengalami slag. Pada saat
shaft berputar terkadang nilai resistansi potensiometer tidak megalami perubahan,
hal ini disebut slag. Slag adalah kesalahan mekanis pada potensiometer. Hal ini
bias disebabkan karena potensiometer terlalu sering dipakai. Kesalahan ini juga
mempengaruhi nilai ∆L pada perhitungan.
Kelima, pada saat dilakukan eksperimen, material yang diuji mungkin sudah
melewati batas elsatisnya. Hal ini akan menyebabkan nilai ∆L dan nilai gaya (F)
yang didapatkan pada eksperimen ini tidak proposional dan linear sehingga
mempengaruhi nilai modulus Young yang didapatkan.
Keenam, cara mengaitkan material yang diuji ke pengait juga
mempengaruhi data yang didapatkan, terutama nilai data gaya (F). Apabila
material yang diuji tidak dikaitkan atau diikat pada pengait dengan benar, maka
gaya yang terbaca pada sensor gaya tidak akan terbaca secara sempurna.
Diantara ketiga eksperimen material tersebut, dapat disimpulkan bahwa
material BG65 Titanium mempunyai nilai grafik hysterysis yang paling baik. Hal
ini tidak sesuai dengan teori, seharusnya polimer BG65 lah yang seharusnya
mempunyai grafik hysterysis yang paling baik dikarenakan polimer BG65 lah
yang mempunyai nilai modulus Young yang paling kecil. Grafik hysterysis yang
tidak sesuai dengan teori ini disebabkan beberapa hal:
Pertama, Material yang diuji sudah melewati batas elsatisnya, sehingga pada
saat pengambilan data hysterysis, material yang diuji tersebut tidak akan kembali
ke bentuk semula.
Sistem pengukur..., Radityo Adi Prabowo, FMIPA UI, 2012
61
Universitas Indonesia
Kedua, motor DC yang digunakan untuk menarik material tidak mempunyai
presisi yang baik pada setiap putarannya. Setiap putaran dari motor DC akan
memutar potensiometer dengan jarak putar yang berbeda-beda. Hal ini akan
menyebabkan jarak putar motor DC pada saat pengambilan data modulus Young
dan jarak putar pada saat pengambilan data hysterysis, akan berbeda.
Ketiga, friksi pada rel menyebabkan plat B tidak bergerak menjauhi sensor
gaya sebagaimana semestinya pada saat pengambilan data hysterysis. Pada
dasarnya alat pengukur modulus Young berbasis mikrokontroler ini tidak
dirancangkan untuk mendapatkan nilai hysterysis yang baik.
Sistem pengukur..., Radityo Adi Prabowo, FMIPA UI, 2012
62 Universitas Indonesia
BAB 5
PENUTUP
5.1. Kesimpulan
Kesimpulan yang bisa diambil dari penelitian ini adalah :
1. Sistem pengukur modulus Young berbasis mikrokontroler dapat berfungsi
dan dapat mengukur nilai modulus Young suatu material. Data-data nilai
gaya (F) didapatkan melalui sensor gaya dan data-data nilai perubahan
panjang (∆L) didapatkan melalui potensiometer. Data-data tersebut
nantinya diolah untuk mendapatkan nilai modulus Young.
2. Nilai modulus Young yang didapat adalah sebagai berikut :
Logam tembaga campuran E = ( 22,55 ± 1,86 ) GPa , Kesalahan
relatif yang didapatkan adalah 8,24 %. Sedangkan kesalahan literatur
mencapai 1533,79 %.
Polimer BG65 E = ( 1,56 ± 0,11 ) GPa, kesalahan relatif yang
didapatkan adalah 7,04 %. Sedangkan kesalahan literatur mencapai
13,14 %.
Polimer BG65 Titanium E = ( 2,00 ± 0,05) GPa, Kesalahan relatif
yang didapatkan adalah 2,48 %. Sedangkan kesalahan literatur
mencapai 45,20 %.
3. Sensor-sensor yang digunakan sudah berjalan dengan baik. Hal ini dapat
dibuktikan dengan membandingkan hasil kalibrasi sensor dan datasheet
sensor.
Sistem pengukur..., Radityo Adi Prabowo, FMIPA UI, 2012
63
Universitas Indonesia
5.2. Saran
1. Sebaiknya pada saat pengambilan data ADC, sumber tegangan motor DC
dan mikrokontroler dibedakan. Hal ini dilakukan agar tegangan supply
ADC tidak drop pada saat motor DC berputar.
2. Kalibrasi sensor gaya dan potensiometer sebaiknya dilakukan berkali-kali
agar data yang dihasilkan presisi dan akurat.
3. Sebaiknya material yang diuji memiliki spesifikasi yang jelas. Hal ini agar
mudah dalam menentukan referensi.
4. Nilai referensi ADC sebaiknya lebih rendah dari supply tegangan AD620.
Hal ini dimaksudkan agar tegangan output dari AD620 dapat mencapai
nilai maksimal ADC.
5. Pengait pada plat A sebaiknya menggunakan material yang kaku dan tidak
elastis, namun ringan. Hal ini dimaksudkan agar tidak mempengaruhi hasil
percobaan.
Sistem pengukur..., Radityo Adi Prabowo, FMIPA UI, 2012
64 Universitas Indonesia
DAFTAR ACUAN
[1] http://kamusbahasaindonesia.org/elastis, diunduh tanggal 29 September 2011,
pukul 10:00
[2] http://www.britannica.com/EBchecked/topic/653983/Thomas-Young, diunduh
tanggal 29 September 2011, pukul 10:30
[3] http://www.roymech.co.uk/Useful_Tables/Matter/Mech_prop.html, diunduh
tanggal 5 Desember 21:00
[4] Giancoli, D. Physics : Principle with application, fifth edition, volume 1.
Penerbit Erlangga. Jakarta, Indonesia. 2001
[5] Paul.A, Tipler, Gene Mosca. Physics for scientist and engineer, sixth edition,
volume 1. Worth Publisher. New York, United State of America. 2008
[6] http://www.tutorvista.com/content/physics/physics-iii/solids-and-
fluids/elasticity-modulus.php# , diunduh 5 Januari 11:00
[7] Unit Pelaksana Pendidikan Ilmu Pengetahuan Dasar Universitas Indonesia.
Praktikum fisika dasar Universitas Indonesia. Jakarta: UI Press. 2007
[8] Gadre. Dhananjay V. Programing and Customizing the AVR Microcontroller.
McGraw-Hill Book Company. Berkshire, England. 2001
[9] Atmega8535. Atmel AVR 8-bit Microcontroller Product Datasheet. Atmel®
[10] Winoto, Ardi. Mikrokotroler AVR ATMEGA8/32/16/8535 dan
pemrogramannya dengan bahasa C pada WinAVR. Informatika Bandung.
Bandung, Indonesia. Juli 2008
Sistem pengukur..., Radityo Adi Prabowo, FMIPA UI, 2012
65
Universitas Indonesia
[11] Soebhakti, Hendawan. Analog-to-Digital Converter Atmega8535 pdf.
Created on 19/11/2008 19:17:00
[12] Kuhnel, Claus. Bascom programming of microcontrollers with ease.
Universal Publishers. USA. 2001
[13] FSS-SMT Series : Low Profile Force Sensor. Honeywell Product. Datasheet
[14] Vishay Spectrol : Multiturn Wirewound. Vishay Production. Datasheet
[15] LCD display. Depok Instrument Product. Datasheet
[16] http://www.robot-electronics.co.uk/htm/emg30.htm diunduh tanggal 15
September 2011, pukul 11:00
[17] AD620 : Low Cost Low Power Instrumentation Amplifier. Analog Device
Product Datasheet.
Sistem pengukur..., Radityo Adi Prabowo, FMIPA UI, 2012
66 Universitas Indonesia
LAMPIRAN A
Data perubahan ADC terhadapat perputaran shaft potensiometer.
Perputaran (derajat) Perubahan panjang (mm) Nilai Satuan ADC
0 0.00 0
1 0.09 5
2 0.18 10
3 0.27 15
4 0.36 20
5 0.45 25
6 0.54 30
7 0.63 35
8 0.72 40
9 0.81 45
10 0.90 49
11 0.99 54
12 1.08 58
13 1.17 63
14 1.26 68
15 1.35 72
16 1.44 77
17 1.53 82
18 1.62 87
19 1.71 92
20 1.80 98
21 1.89 104
22 1.98 109
23 2.07 115
24 2.16 120
25 2.25 125
26 2.34 131
27 2.43 136
28 2.52 141
29 2.61 147
30 2.70 154
31 2.79 159
32 2.88 165
33 2.97 170
Sistem pengukur..., Radityo Adi Prabowo, FMIPA UI, 2012
67
Universitas Indonesia
34 3.06 176
35 3.15 182
36 3.24 188
37 3.33 193
38 3.42 199
39 3.51 204
40 3.60 210
41 3.69 215
42 3.78 221
43 3.87 226
44 3.96 232
45 4.05 238
46 4.14 244
47 4.23 249
48 4.32 255
49 4.41 260
50 4.50 266
51 4.59 272
52 4.68 277
53 4.77 283
54 4.86 288
55 4.95 294
56 5.04 300
57 5.13 305
58 5.22 310
59 5.31 316
60 5.40 322
61 5.49 327
62 5.58 333
63 5.67 338
64 5.76 343
65 5.85 351
66 5.94 356
67 6.03 362
68 6.12 368
69 6.21 373
70 6.30 380
71 6.39 385
72 6.48 391
73 6.57 396
Sistem pengukur..., Radityo Adi Prabowo, FMIPA UI, 2012
68
Universitas Indonesia
74 6.66 402
75 6.75 407
76 6.84 412
77 6.93 418
78 7.02 423
79 7.11 428
80 7.20 434
81 7.29 439
82 7.38 445
83 7.47 450
84 7.56 456
85 7.65 461
86 7.74 467
87 7.83 472
88 7.92 478
89 8.01 484
90 8.10 489
91 8.19 495
92 8.28 500
93 8.37 506
94 8.46 512
95 8.55 518
96 8.64 524
97 8.73 529
98 8.82 535
99 8.91 541
100 9.00 546
101 9.09 552
102 9.18 557
103 9.27 563
104 9.36 569
105 9.45 574
106 9.54 579
107 9.63 585
108 9.72 591
109 9.81 596
110 9.90 601
111 9.99 607
112 10.08 613
113 10.17 618
Sistem pengukur..., Radityo Adi Prabowo, FMIPA UI, 2012
69
Universitas Indonesia
114 10.26 624
115 10.35 630
116 10.44 636
117 10.53 641
118 10.62 646
119 10.71 652
120 10.80 657
121 10.89 662
122 10.98 667
123 11.07 673
124 11.16 678
125 11.25 685
126 11.34 690
127 11.43 696
128 11.52 702
129 11.61 707
130 11.70 712
131 11.79 718
132 11.88 724
133 11.97 729
134 12.06 735
135 12.15 741
136 12.24 747
137 12.33 752
138 12.42 758
139 12.51 763
140 12.60 768
141 12.69 774
142 12.78 780
143 12.87 785
144 12.96 791
145 13.05 797
146 13.14 803
147 13.23 809
148 13.32 815
149 13.41 821
150 13.50 827
151 13.59 833
152 13.68 838
153 13.77 844
Sistem pengukur..., Radityo Adi Prabowo, FMIPA UI, 2012
70
Universitas Indonesia
154 13.86 850
155 13.95 855
156 14.04 861
157 14.13 866
158 14.22 872
159 14.31 878
160 14.40 883
161 14.49 889
162 14.58 895
163 14.67 901
164 14.76 907
165 14.85 912
166 14.94 917
167 15.03 923
168 15.12 929
169 15.21 934
170 15.30 940
171 15.39 946
172 15.48 951
173 15.57 957
174 15.66 963
175 15.75 969
176 15.84 975
177 15.93 981
178 16.02 986
179 16.11 992
180 16.20 997
Sistem pengukur..., Radityo Adi Prabowo, FMIPA UI, 2012
71 Universitas Indonesia
LAMPIRAN B Program yang digunakan. $regfile = "m8535.dat" $crystal = 8000000 $lib "lcd4busy.Lbx" $baud = 9600 $hwstack = 32 $swstack = 8 $framesize = 24 '----------------------------------------Deklarasi--------------------------------------- Config Adc = Single , Prescaler = Auto , Reference = Internal Start Adc Dim Sensor_gaya As Word ', Volt1 As Single Dim Potentiometer As Word ', Volt2 As Single Dim Sensor_gaya_start As Word Dim Potentiometer_start As Word Dim Delta_l(10) As Single Dim F(10) As Single 'array 10 element, masing untuk sensor Dim Delta_l_hysterisis(10) As Single Dim F_hysterisis(10) As Single 'array 10 element, masing untuk sensor (hysterisis) Dim Dl As Single Dim Ft As Single Dim Pengulangan As Byte Dim N As Byte Dim M As Byte Dim Luas_penampang As Single , L As Single Dim Sigma_x As Single Dim Sigma_y As Single Dim Xy As Single Dim Sigma_xy As Single Dim X2 As Single Dim Sigma_x2 As Single Dim Y2 As Single Dim Sigma_y2 As Single Dim A1 As Single , A2 As Single , A3 As Single , A4 As Single , A5 As Single , A6 As Single , A As Single Dim B1 As Single , B2 As Single , B3 As Single , B As Single Dim Sy1 As Single , Sy2 As Single , Sy3 As Single , Sy4 As Single , Sy5 As Single , Sy6 As Single , Sy7 As Single , Sy8 As Single , Sy9 As Single , Sy10 As Single , Sy11 As Single , Sy12 As Single , Sy13 As Single Dim Sy_kuadrat As Single , Sy As Single Dim Sb1 As Single , Sb2 As Single , Sb3 As Single , Sb4 As Single , Sb5 As Single , Sb As Single Dim R1 As Single , R2 As Single , R3 As Single , R4 As Single , R5 As Single , R6 As Single , R7 As Single , R8 As Single , R As Single Dim E As Single , Delta_e As Single Dim E_text As String * 6 Dim Delta_e_text As String * 6 Config Portd = Output 'motor dalam kondisi off Config Portc = Input 'saklar on/off Config Lcd = 16 * 2 'untuk LCD Const _lcdport = Portb Const _lcdddr = Ddrb Const _lcdin = Pinb Const _lcd_e = 2
Sistem pengukur..., Radityo Adi Prabowo, FMIPA UI, 2012
72
Universitas Indonesia
Const _lcd_rw = 1 Const _lcd_rs = 0 Cursor Off '------------------------------------------------------Program---------------------------------------------------------- Do Cls Lcd "Radityo Adi Prabowo" Lowerline Lcd "0706262653" Print "Radityo Adi Prabowo (0706262653)" Waitms 5000 Cls Do 'untuk mengecek posisi awal sembari menunggu switch menjadi on Cls Potentiometer_start = Getadc(1) If Potentiometer_start >= 1 Then Potentiometer_start = Potentiometer_start - 1 ' karena pada posisi 0 mm pada potentiometer, nilai ADC adalah 1 Else Potentiometer_start = Potentiometer_start End If Sensor_gaya_start = Getadc(6) Lcd "ADC dL =" ; Potentiometer_start Lowerline Lcd "ADC F = " ; Sensor_gaya_start Print "ADC dL =" ; Potentiometer_start Print "ADC F = " ; Sensor_gaya_start Waitms 500 Loop Until Pinc.0 = 0 'program baru berlanjut apabila switch on , 0 berarti high, 'setting kaki saklar = on ke vcc/ off ke gnd Cls Lcd "Please Wait" Lowerline Lcd "On Process" Luas_penampang = 0.39 'masih dalam mm kudrat (diseusaikan dengan material yang ingin diuji) L = 1.3 'dalam meter N = 10 'Jumlah pengulangan atau banyaknya data Sigma_x = 0 Sigma_y = 0 Sigma_xy = 0 Sigma_x2 = 0 Sigma_y2 = 0 '-------------------------------Pengambilan Data-------------------------------------------------' For Pengulangan = 1 To N Portd.5 = 1 'Spesifik port, enable motor B Portd.2 = 1 'Motor B untuk positif Portd.3 = 0 'Motor B negatif Waitms 10 Portd.5 = 0 'matikan motor Waitms 1000
Sistem pengukur..., Radityo Adi Prabowo, FMIPA UI, 2012
73
Universitas Indonesia
Potentiometer = Getadc(1) Potentiometer = Potentiometer - Potentiometer_start Dl = Potentiometer * 0.016 'fungsi transfer potensiometer (hasil dalam satuan milimeter) Dl = Dl + 0.187 Delta_l(pengulangan) = Dl / 1000 'simpan di array . dibagai 1000 agar menjadi satuan meter Sensor_gaya = Getadc(6) Sensor_gaya = Sensor_gaya - Sensor_gaya_start Ft = Sensor_gaya * 0.016 'fungsi transfer sensor gaya Ft = Ft + 0.231 F(pengulangan) = Ft 'simpan di array Sigma_x = Sigma_x + F(pengulangan) 'untuk mencari sigma x Sigma_y = Sigma_y + Delta_l(pengulangan) 'untuk mencari sigma y Xy = F(pengulangan) * Delta_l(pengulangan) 'untuk mencari XY sementara Sigma_xy = Sigma_xy + Xy 'untuk mencari sigma xy X2 = F(pengulangan) * F(pengulangan) 'untuk mencari X kudrat sementara Sigma_x2 = Sigma_x2 + X2 'untuk mencari sigma X kuadrat Y2 = Delta_l(pengulangan) * Delta_l(pengulangan) 'untuk mencari Y kuadrat sementara Sigma_y2 = Sigma_y2 + Y2 'untuk mencari sigma Y kuadrat Waitms 1000 Next Portd = 0 'motor off Waitms 3000 '-------------------------------Pengambilan Data Hysterisis-------------------------------------------------' M = N - 1 For Pengulangan = 1 To M Portd.5 = 1 'Spesifik port, enable motor B Portd.2 = 0 'Motor B untuk positif (reverse) Portd.3 = 1 'Motor B negatif (reverse) Waitms 10 Portd.5 = 0 'matikan motor Waitms 1000 Potentiometer = Getadc(1) Potentiometer = Potentiometer - Potentiometer_start Dl = Potentiometer * 0.016 'fungsi transfer potensiometer (hasil dalam satuan milimeter) Dl = Dl + 0.187 If Potentiometer > 1023 Then Dl = 0 Else Dl = Dl End If Delta_l_hysterisis(pengulangan) = Dl / 1000 'simpan di array . dibagai 1000 agar menjadi satuan meter Sensor_gaya = Getadc(6) Sensor_gaya = Sensor_gaya - Sensor_gaya_start Ft = Sensor_gaya * 0.016 'fungsi transfer sensor gaya Ft = Ft + 0.231 If Sensor_gaya > 1023 Then
Sistem pengukur..., Radityo Adi Prabowo, FMIPA UI, 2012
74
Universitas Indonesia
Ft = 0 Else Ft = Ft End If F_hysterisis(pengulangan) = Ft 'simpan di array Waitms 1000 Next Portd = 0 'motor off '--------------------------------------------Least Square------------------------------------------------------' A1 = Sigma_x2 * Sigma_y 'untuk mencari nilai a (least square) A2 = Sigma_x * Sigma_xy A3 = N * Sigma_x2 A4 = Sigma_x * Sigma_x A5 = A1 - A2 A6 = A3 - A4 A = A5 / A6 B1 = N * Sigma_xy 'untuk mencari nilai b (least square) B2 = Sigma_x * Sigma_y B3 = B1 - B2 B = B3 / A6 Sy1 = N - 2 'untuk mencari Sy kudrat Sy2 = 1 / Sy1 ' Sy3 = Sigma_y * Sigma_y Sy4 = Sigma_x2 * Sy3 ' Sy5 = 2 * Sigma_x Sy6 = Sigma_xy * Sigma_y Sy7 = Sy5 * Sy6 ' Sy8 = Sigma_xy * Sigma_xy Sy9 = N * Sy8 ' Sy10 = Sy4 - Sy7 ' Sy11 = Sy10 + Sy9 ' Sy12 = Sy11 / A6 Sy13 = Sigma_y2 - Sy12 Sy_kuadrat = Sy2 * Sy13 Sy = Sqr(sy_kuadrat) 'untuk mencari Sy Sb1 = N * Sigma_x2 'untuk mencari Sb Sb2 = Sigma_x * Sigma_x Sb3 = Sb1 - Sb2 Sb4 = N / Sb3 Sb5 = Sqr(sb4) Sb = Sy * Sb5 R1 = N * Sigma_xy 'Untuk mencari koefisien korelasi kelinearan R2 = Sigma_x * Sigma_y R3 = R1 - R2 If A6 < 0 Then R4 = A6 * -1 Else R4 = A6 End If R5 = N * Sigma_y2 R6 = R5 - Sy3 If R6 < 0 Then R6 = R6 * -1 Else R6 = R6 End If
Sistem pengukur..., Radityo Adi Prabowo, FMIPA UI, 2012
75
Universitas Indonesia
R7 = R4 * R6 R8 = Sqr(r7) R = R3 / R8 E = Luas_penampang * B 'Mencari nilai modulus Young E = L / E E = E / 1000 'untuk mendapatkan giga pascal (GPA) Delta_e = L / Luas_penampang 'mencari nilai delta E Delta_e = Delta_e * Sb Delta_e = Delta_e / B Delta_e = Delta_e / B Delta_e = Delta_e / 1000 '------------------------------------Menampilkan Data------------------------------------' Delta_l(1) = Delta_l(1) * 1000 'kembali dijadikan mili meter agar mudah ditampilkan Delta_l(2) = Delta_l(2) * 1000 Delta_l(3) = Delta_l(3) * 1000 Delta_l(4) = Delta_l(4) * 1000 Delta_l(5) = Delta_l(5) * 1000 Delta_l(6) = Delta_l(6) * 1000 Delta_l(7) = Delta_l(7) * 1000 Delta_l(8) = Delta_l(8) * 1000 Delta_l(9) = Delta_l(9) * 1000 Delta_l(10) = Delta_l(10) * 1000 Delta_l_hysterisis(1) = Delta_l_hysterisis(1) * 1000 'kembali dijadikan mili meter agar mudah ditampilkan Delta_l_hysterisis(2) = Delta_l_hysterisis(2) * 1000 Delta_l_hysterisis(3) = Delta_l_hysterisis(3) * 1000 Delta_l_hysterisis(4) = Delta_l_hysterisis(4) * 1000 Delta_l_hysterisis(5) = Delta_l_hysterisis(5) * 1000 Delta_l_hysterisis(6) = Delta_l_hysterisis(6) * 1000 Delta_l_hysterisis(7) = Delta_l_hysterisis(7) * 1000 Delta_l_hysterisis(8) = Delta_l_hysterisis(8) * 1000 Delta_l_hysterisis(9) = Delta_l_hysterisis(9) * 1000 Do Cls Print "dL(1) =" ; Delta_l(1) ; "mm" Print "F(1) = " ; F(1) ; "N" Waitms 1000 Print "dL(2) =" ; Delta_l(2) ; "mm" Print "F(2) = " ; F(2) ; "N" Waitms 1000 Print "dL(3) =" ; Delta_l(3) ; "mm" Print "F(3) = " ; F(3) ; "N" Waitms 1000 Print "dL(4) =" ; Delta_l(4) ; "mm" Print "F(4) = " ; F(4) ; "N" Waitms 1000 Print "dL(5) =" ; Delta_l(5) ; "mm" Print "F(5) = " ; F(5) ; "N" Waitms 1000 Print "dL(6) =" ; Delta_l(6) ; "mm" Print "F(6) = " ; F(6) ; "N" Waitms 1000 Print "dL(7) =" ; Delta_l(7) ; "mm" Print "F(7) = " ; F(7) ; "N" Waitms 1000
Sistem pengukur..., Radityo Adi Prabowo, FMIPA UI, 2012
76
Universitas Indonesia
Print "dL(8) =" ; Delta_l(8) ; "mm" Print "F(8) = " ; F(8) ; "N" Waitms 1000 Print "dL(9) =" ; Delta_l(9) ; "mm" Print "F(9) = " ; F(9) ; "N" Waitms 1000 Print "dL(10) =" ; Delta_l(10) ; "mm" Print "F(10) = " ; F(10) ; "N" Waitms 1000 Print "dL_H(1) =" ; Delta_l(10) ; "mm" Print "F_H(1) = " ; F(10) ; "N" Waitms 1000 Print "dL_H(2) =" ; Delta_l_hysterisis(1) ; "mm" Print "F_H(2) = " ; F_hysterisis(1) ; "N" Waitms 1000 Print "dL_H(3) =" ; Delta_l_hysterisis(2) ; "mm" Print "F_H(3) = " ; F_hysterisis(2) ; "N" Waitms 1000 Print "dL_H(4) =" ; Delta_l_hysterisis(3) ; "mm" Print "F_H(4) = " ; F_hysterisis(3) ; "N" Waitms 1000 Print "dL_H(5) =" ; Delta_l_hysterisis(4) ; "mm" Print "F_H(5) = " ; F_hysterisis(4) ; "N" Waitms 1000 Print "dL_H(6) =" ; Delta_l_hysterisis(5) ; "mm" Print "F_H(6) = " ; F_hysterisis(5) ; "N" Waitms 1000 Print "dL_H(7) =" ; Delta_l_hysterisis(6) ; "mm" Print "F_H(7) = " ; F_hysterisis(6) ; "N" Print "dL_H(8) =" ; Delta_l_hysterisis(7) ; "mm" Print "F_H(8) = " ; F_hysterisis(7) ; "N" Waitms 1000 Print "dL_H(9) =" ; Delta_l_hysterisis(8) ; "mm" Print "F_H(9) = " ; F_hysterisis(8) ; "N" Waitms 1000 Print "dL_H(10) =" ; Delta_l_hysterisis(9) ; "mm" Print "F_H(10) = " ; F_hysterisis(9) ; "N" Waitms 1000 Print "a = " ; A Print "b =" ; B Print "Sy =" ; Sy Print "Sb =" ; Sb Print "R =" ; R E_text = Fusing(e , "###.##") Delta_e_text = Fusing(delta_e , "###.##") Print "E =" ; E_text ; "GPA" Lcd "E =" ; E_text ; "GPA"
Sistem pengukur..., Radityo Adi Prabowo, FMIPA UI, 2012
77
Universitas Indonesia
Lowerline Lcd "delta_E =" ; Delta_e_text Print "delta_E =" ; Delta_e_text Waitms 5000 Cls Loop Until Pinc.0 = 1 '1 berarti low Loop
Sistem pengukur..., Radityo Adi Prabowo, FMIPA UI, 2012