pendisplayan neraca dibantu dengan sensor accelerometer mma 7361
Post on 05-Aug-2015
600 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
PERANCANGAN DAN IMPLEMENTASI ALAT
PEMBACA SKALA NERACA SECARA DIGITAL
DENGAN SENSOR ACCELEROMETER MMA 7361
YANG DITAMPILKAN PADA DISPLAY 2×16
PROJEK AKHIR
Oleh :
Samsudin / 03309316
Arief Wahyu Hidayat / 03309331
PROGRAM STUDI D3 METROLOGI DAN INSTRUMENTASI
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG
2012
PERANCANGAN DAN IMPLEMENTASI ALAT
PEMBACA SKALA NERACA SECARA DIGITAL
DENGAN SENSOR ACCELEROMETER MMA 7361
YANG DITAMPILKAN PADA DISPLAY 2×16
PROJEK AKHIR
Diajukan untuk memenuhi syarat kelulusan tahap pendidikan D-3 pada
Program Studi Metrologi dan Instrumentasi
Fakultas Teknologi Industri-Institut Teknologi Bandung
Oleh :
Samsudin / 03309316
Arief Wahyu Hidayat / 03309331
Pembimbing :
Dr.Ir. Nugraha ,M.Eng.
Ayu Gareta R.,S.T
PROGRAM STUDI D3 METROLOGI DAN INSTRUMENTASI
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG
2012
LEMBAR PENGESAHAN
Laporan Projek Akhir MI-32011
Program Studi D3 Metrologi dan Instrumentasi
Institut Teknologi Bandung
Judul Projek Akhir
PERANCANGAN DAN IMPLEMENTASI ALAT PEMBACA
SKALA NERACA SECARA DIGITAL DENGAN SENSOR
ACCELEROMETER MMA 7361 YANG DITAMPILKAN PADA
DISPLAY 2×16
Mahasiswa :
1. Samsudin / 03309316
2. Arief Wahyu H / 03309331
Telah diperiksa dan disetujui pada tanggal ….Juli 2012
Pembimbing I Pembimbing II
i
ABSTRAK
Sampai saat ini, kalibrasi anak timbangan menggunakan neraca di Indonesia masih
dilakukan secara manual dimana pembacaan skala simpangan neraca masih
menggunakan metode konvensional yaitu menggunkan mata. Hal ini dapat
menyebabkan adanya kesalahan paralaks. Oleh karena itu, ingin dibuat suatu alat
yang dapat melakukan pembacaan skala neraca secara otomatis dengan menggunakan
sensor accelerometer MMA 7361. Hal ini bertujuan untuk mempermudah dan
mempercepat proses peneraan maupun pengalibrasian yang menggunakan neraca.
Terdapat dua metode untuk proses kalibrasi anak timbangan menggunakan neraca,
yaitu Metode Borda dan Metode Gauss yang sama-sama menggunakan skala
simpangan untuk mencari nilai kesalahannya. Telah dibuat suatu alat pembaca skala
simpangan pada neraca dengan menggunakan sensor accelerometer MMA 7361 yang
diintegrasikan dengan mikrokontroler Arduino dan LCD 2x16. Hasil pengujian alat
pembaca skala simpangan neraca dengan dua metode yang ada menghasilkan
kesalahan 0.000804 g (Borda) dan -0.000053 g (Gauss) sedangkan pengujian manual
menghasilkan kesalahan sebesar 0.020663 g (Borda) dan -0.005437 g (Gauss) dengan
BKD (Batas Kesalahan yang Diijinkan) 0.05 g.
Kata kunci
Neraca, Accelerometer, Titik Kesetimbangan, Kesalahan.
ii
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan bagi kehadirat Allah SWT karena atas segala
rahmat-Nya penulis pada akhirnya dapat menyelesaikan projek akhir yang berjudul
“Perancangan Dan Implementasi Alat Pembaca Skala Neraca Secara Digital
Dengan Sensor Accelerometer MMA 7361 Yang Ditampilkan Pada Display 2×16”.
Dalam menyelesaikan projek akhir ini, penulis telah banyak mendapatkan
bantuan dan masukan dari orang yang mengetahui tentang masalah neraca diBalai
Diklat Metrologi, serta petunjuk dari berbagai pihak baik secara langsung maupun
tidak langsung. Untuk itu dalam kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima
kasih yang sebesar-besarnya kepada :
1. Dr.Ir.Nugraha, M.Engselaku pembimbing I;
2. Ayu Garetha,ST.selaku pembimbing II;
3. Bpk. Rifyan Nasution Widyaswara Balai Diklat Metrologi yang membantu
dalam pengujian alat ukur projek akhir ini;
4. Dr. Suprijanto, S.T., M.T selaku dosen Projek Akhir I;
5. Bpk. Dedy Kurniadi, Dr.Eng.selaku dosen Projek Akhir II yang selalu
memantau dalam pengerjaaan projek akhir;
6. Teman-teman D3 Metrologi dan Instrumentasi yang membantu dalam
berdiskusi mengenai projek akhir dan saran yang dapat diterima sebagi
masukan dari projek akhir yang dirancang.
7. Orang tua dan keluarga yang telah memberikan dukungan bagi penulis
8. Semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu per satu atas semua bantuan
yang diberikan kepada penulis selama projek akhir dan proses penyusunan
laporan ini.
Penulis berharap laporan ini dapat bermanfaat bagi rekan-rekan mahasiswa
terutama dari D3 Metrologi dan Instrumentasi serta pihak-pihak yang berperan dalam
iii
Projek Akhir. Penulis menyadari dalam penulisan laporan ini masih terdapat
kekurangan oleh karena itu saran dan kritik untuk kemajuan sangat penulis harapkan.
Bandung, 16 April 2012
Penulis
iv
DAFTAR ISI Hal.
ABSTRAK ................................................................................................................i
KATA PENGANTAR ............................................................................................ ii
DAFTAR ISI .......................................................................................................... iv
DAFTAR GAMBAR .............................................................................................. vi
DAFTAR TABEL .................................................................................................vii
BAB I PENDAHULUAN ................................................................................... 1
1.1. Latar Belakang ................................................................................... 1
1.2. Permasalahan Projek Akhir ................................................................ 2
1.3. Tujuan Projek Akhir ........................................................................... 2
1.4. Ruang Lingkup................................................................................... 3
1.5. Metodologi ......................................................................................... 3
1.6. Sistematika Penulisan ......................................................................... 4
BAB II KONSEP PROJEK AKHIR ................................................................... 5
2.1. Teori Dasar......................................................................................... 5
2.2. Massa Konvensional ........................................................................... 7
2.3. Metode Borda ..................................................................................... 7
2.4. Metode Gauss ..................................................................................... 9
2.5. Penentuan BKD ( Batas Kesalahan yang Diijinkan ) ......................... 11
2.6. Daftar Peralatan ................................................................................ 12
BAB III PERACANGAN DAN PENGUJIAN PROJEK AKHIR ..................... 14
3.1. Pendahuluan ..................................................................................... 14
3.2. Desain Perangkat Keras .................................................................... 14
3.3. Desain Perangkat Lunak ................................................................... 15
3.4. Tampilan Luar Projek Akhir ............................................................. 17
3.5. Penentuan Posisi Sensor dan Setting Nol Neraca .............................. 18
3.6. Hubungan Antara Sudut dan Simpangan .......................................... 19
v
3.7. Penentuan Nilai Skala ...................................................................... 20
3.8. Pengujian Anak Timbangan dengan Metode Borda dan Gauss ......... 20
3.9. Analisis ............................................................................................ 21
BAB IV KESIMPULAN ..................................................................................... 23
4.1. Kesimpulan ...................................................................................... 23
4.2. Saran ................................................................................................ 23
DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................ 24
LAMPIRAN A DATA PENGUJIAN ALAT UKUR PROJEK AKHIR ............. 25
A.1.Data Pengujian Simpangan Pada Skala Neraca ................................. 25
A.1.1. Metode Borda ........................................................................ 25
A.1.2. Metode Gauss ........................................................................ 28
A.2. Data Pengujian dengan Meenggunakan Sensor ................................ 30
A.2.1. Metode Borda ........................................................................ 31
A.2.2. Metode Gauss ........................................................................ 33
LAMPIRAN B PROGRAM PROJEK AKHIR ................................................... 36
vi
DAFTAR GAMBAR
Hal.
Gambar 1.1. Neraca 1
Gambar 1.2. Accelerometer MMA 7361 2
Gambar 2.1. Simpangan Pada Neraca 6
Gambar 2.2. Simpangan Pengujian MetodeBorda 8
Gambar 2.3. Simpangan Pengujian MetodeGauss 10
Gambar 3.1. Diagram Blok Projek Akhir 14
Gambar 3.2. Diagram Wire Projek Akhir 15
Gambar 3.3. Diagram Alir Program Projek Akhir 16
Gambar 3.4. Tampilan Luar Projek Akhir 17
Gambar 3.5. Peletakan Sensor Pada Neraca 18
Gambar 3.6. Pengatur Beban Pada Neraca 19
vii
DAFTAR TABEL Hal.
Tabel 2.1. Cerapan Pengujian MetodeBorda 9
Tabel 2.2. Cerapan Pengujian MetodeGauss 11
Tabel 2.3. Kelas Timbangan 11
Tabel 2.4. BKD 12
Tabel 3.1. Hubungan Antara Simpangan Dengan Sudut 19
Tabel 3.2. Tabel Nilai Pengujian Nilai Skala Menggunakan Simpangan 20
Tabel 3.3. Tabel Nilai Pengujian Nilai Skala Menggunakan Sensor 20
Tabel 3.4.a. Massa Konvensional 21
Tabel 3.4.b. Massa Konvensional (Lanjutan) 21
Tabel A.1. MetodeBorda Simpangan Dengan AT 5g 25
Tabel A.2. MetodeBorda Simpangan Dengan AT 20g 26
Tabel A.3. MetodeBorda Simpangan Dengan AT 50g 26
Tabel A.4. MetodeBorda Simpangan Dengan AT 100g 27
Tabel A.5. MetodeBorda Simpangan Dengan AT 200g 27
Tabel A.6. MetodeGauss Simpangan Dengan AT 5g 28
Tabel A.7. MetodeGauss Simpangan Dengan AT 20g 28
Tabel A.8. MetodeGauss Simpangan Dengan AT 50g 29
Tabel A.9. MetodeGauss Simpangan Dengan AT 100g 29
Tabel A.10. MetodeGauss Simpangan Dengan AT 200g 30
Tabel A.11. MetodeBorda Sensor Dengan AT 5g 30
Tabel A.12. MetodeBorda Sensor Dengan AT 20g 31
Tabel A.13. MetodeBorda Sensor Dengan AT 50g 32
Tabel A.14. MetodeBorda Sensor Dengan AT 100g 32
Tabel A.15. MetodeBorda Sensor Dengan AT 200g 33
Tabel A.16. MetodeGauss Sensor Dengan AT 5g 33
Tabel A.17. MetodeGauss Sensor Dengan AT 20g 34
viii
Tabel A.18. MetodeGauss Sensor Dengan AT 50g 34
Tabel A.19. MetodeGauss Sensor Dengan AT 100g 35
Tabel A.20. MetodeGauss Sensor Dengan AT 200g 35
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Di zaman modern seperti sekarang ini pengukuran tidak dapat dilepaskan dari
kehidupan sehari-hari. Pengukuran berperan penting untuk melindungi konsumen dan
memastikan barang-barang yang beredar dalam dunia perdagangan sesuai dengan
standarnya. Oleh karena itu, untuk menghasilkan barang-barang yang sesuai dengan
standarnya diperlukan alat ukur yang juga memenuhi standar. Alat ukur, takar,
timbang, dan perlengkapannya (UTTP) merupakan peralatan yang banyak digunakan
dalam dunia perdagangan. Namun, ada satu hal yang perlu diperhatikan dari UTTP
ini yaitu nilai kebenarannya yang bisa berubah. Oleh karena itu, perlu dilakukan
pengujian secara berkala pada alat UTTP. Hal ini bertujuan untuk mendapatkan alat
UTTP dengan standar akurasi yang tepat[1]
. Proses pengujian ini disebut kalibrasi atau
juga proses tera maupun tera ulang. Contoh dari salah satu alat UTTP adalah neraca.
Neraca merupakan timbangan yang terdiri dari sebatang tuas yang dapat berotasi
pada sumbu yang dipasang ditengah-tengahnya. Pada umumnya neraca dipakai untuk
penimbangan massa kecil namun cukup akurat[2]
.
Gambar 1.1. Neraca
Teori neraca pada umumnya merupakan dasar untuk pengembangan timbangan-
timbangan yang lain, terutama yang prinsip kerjanya berdasarkan sifat-sifat tuas.
Sampai sekarang pembacaan skala neraca masih dilakukan secara manual dengan
resolusi yang besar, sehingga tingkat ketelitiannya kecil. Hal ini yang mendorong
2
kami untuk merancang alat yang dapat menampilkan pembacaan neraca secara digital
sehingga dapat memperbaiki ketelitian pembacaan neraca. Tampilan akan
menggunakan LCD 2x16 dengan pengukuran simpangan dilakukan oleh sensor.
Peletakan sensor serta LCD 2x16 perlu diperhatikan agar tidak mengganggu proses
pengukuran.
Gambar 1.2. Accelerometer MMA 7361
Penggunaan peralatan ini diharapkan dapat mempermudah dan mempercepat
proses peneraan semua alat UTTP yang menggunakan neraca, serta menaikan tingkat
ketelitian pengukuran.
1.2 Permasalahan Projek Akhir
Permasalahan pada projek akhir ini adalah bagaimana mengganti pembacaan
manual dengan tampilan digital menggunakan LCD 2×16 dan sensor accelerometer
MMA 7361. Permasalahan meliputi disain perangkat keras dan perangkat lunak serta
peletakan sensor.
1.3. Tujuan Projek Akhir
Tujuan projek akhir ini adalah
1. Membuat tampilan digital pada LCD 2×16 untuk membaca simpangan
neraca menggunakan sensor accelerometer MMA 7361.
2. Membandingkan ketelitian pengukuran secara digital dengan manual
menggunakan metode Borda dan Gauss.
3
1.4. Ruang Lingkup
Untuk mencapai tujuan dari projek akhir ini ada beberapa batasan masalah
dalam pengerjaan projek akhir yaitu:
1. Neraca yang digunakan merupakan timbangan kelas II yang mempunyai
kapasitas maksimum menimbang 1 kg.
2. Anak timbangan yang digunakan adalah anak timbangan kelas F1, F2, dan
M1 dengan massa nominal 5 g, 20 g, 50 g, 100 g, dan 200 g.
3. Metode yang digunakan untuk membandingkan pembacaan digital dan
manual adalah metode Borda dan Gauss.
4. Accelerometer yang digunakan adalah tipe MMA 7361.
5. Hasil pengujian ditampilkan secara digital menggunakan LCD 2×16.
1.5.Metodologi
Metodologi yang diterapkan dalam projek ini meliputi beberapa tahap:
1. Studi literatur mengenai cara kalibrasi anak timbangan menggunakan metode
Borda dan Gauss.
2. Kalibrasi untuk mencari hubungan antara keluaran accelerometer dengan
skala simpangan neraca.
3. Pembuatan program untuk mengkonversi keluaran accelerometer menjadi
skala simpangan neraca.
4. Disain rangkaian elektronik untuk menampilkan keluaran accelerometer
MMA 7361 secara digital pada LCD 2×16.
5. Percobaan pengukuran menggunakan alat hasil projek akhir.
6. Analisis hasil percobaan untuk menentukan karakteristik alat ukur projek
akhir.
4
1.6. Sistematika Penulisan
Laporan projek akhir ini ditulis dengan susunan sebagai berikut:
1. Bab I
Bab ini berisi tentang latar belakang projek akhir, tujuan projek akhir,
pemasalahan projek akhir, ruang lingkup pengerjaan projek akhir, metedologi
pengerjaan dan sistematika penulisan.
2. Bab II
Bab ini menjelaskan tentang dasar teori, komponen dan spesifikasi komponen
yang digunakan pada projek akhir, dll.
3. Bab III
Bab ini menjelaskan mengenai hasil pengujian, analisis data, dan kalibrsai alat
dengan metode Borda dan metode Gauss.
4. Bab IV
Bab ini membahas mengenai kesimpulan dan saran.
5
BAB II
KONSEP PROJEK AKHIR
2.1 .Teori Dasar
Neraca adalah timbangan yang terdiri dari sebatang tuas yang dapat berotasi
pada sumbu yang dipasang ditengah-tengahnya. Pada umumnya neraca dipakai
untuk penimbangan kapasitas kecil tetapi cukup akurat (lihat Gambar 1.1.
Neraca)[3]
. Teori neraca umumnya merupakan dasar untuk pengembangan
timbangan-timbangan yang lain, terutama yang prinsip kerjanya berdasarkan sifat-
sifat tuas.
Dalam penggunaannya, setiap neraca atau timbangan harus memenuhi
persyaratan sifat-sifat metrologisnya, yaitu kebenaran, kepekaan, dan ketetapan.
Kebenaran adalah kemampuan untuk mendapatkan penunjukan yang sama dengan
nilai sesungguhnya dari yang akan diukur dengan maksud setiap timbangan harus
benar menunjukan massa dari suatu benda yang ditimbang dengan timbangan atau
neraca.
Kepekaan adalah sifat yang menunjukan kemampuan beraksi dari suatu
timbangan atau neraca ketika ditambahkan massa yang kecil secara terus menerus.
Ketetapan adalah sifat yang menyatakan kemampuan timbangan atau neraca untuk
menunjukan harga yang sama atau stabil apabila dimuati berulang-ulang dengan
muatan yang sama atau dalam kondisi yang sama.
Pengujian AT (Anak Timbangan) menggunakan neraca dan metode Borda serta
Gauss dilakukan dengan cara membandingkan massa standar dan massa yang diuji
dengan melihat simpangan pada neraca. Berikut ini merupakan persamaan yang
biasa digunakan untuk mencari massa uji menggunakan metode Borda dan Gauss[3]
.
𝑇 =2𝑎1+3𝑎2+2𝑎3+3𝑎4+2𝑎5
12 (2.1)
𝑢 =∆𝐺
| 𝑇2−𝑇1 | (2.2)
𝑀𝑚 =Ms + T u (2.3)
6
Gambar 2.1. Simpangan Pada Neraca
Dengan,
T = simpangan dari jarum penunjukan neraca (rata-rata)
a1-a5 = nilai simpangan yang dihasilkan dari Gambar 2.1
u = nilai skala
∆𝐺 = imbuh
T1 = simpangan rata-rata tanpa imbuh
T2 = simpangan rata-rata dengan imbuh
Mm = massa yang diuji
Ms = massa standar
Gambar 2.1. menjelaskan mengenai cara untuk mengambil data simpangan dari
neraca. Persamaan 2.1 digunakan untuk mencari simpangan rata-rata dan nilai skala
dari neraca yang menunjukan massa dari tiap skala pada neraca. Nilai ∆𝐺 atau imbuh
pada pencarian nilai skala neraca bernilai 0.01% dari kapasitas maksimum neraca.
Jika kapasitas maksimum neraca adalah 1 kg maka nilai imbuh adalah 0.1 g. Nilai
massa uji dapat diketahui menggunakan persamaan 2.3. Nilai massa standar pada
persamaan 2.3 merupakan massa yang telah diketahui nilai massanya. Massa uji yang
didapatkan merupakan massa konvensional.
7
2.2 Massa Konvensional
Setiap beban anak timbangan baik AT standar dan AT uji mempunyai massa
konvensional masing-masing nominal, massa konvensioanal adalah nilai atau harga
dari anak timbangan sebenaranya sesuai dengan sertifikasi yang dikeluarkan oleh
KAN (Komite Akreditasi Nasioanal). Definisi massa konvensional secara lengkap
dapat ditemukan pada OIML D28 edisi 2004. Secara singkat, definisi massa
konvensional yang diterjemahkan dari buku Morris dan K. Fen dapat diartikan
sebagai berikut: Massa konvensional sebuah benda adalah massa sebenarnya dari
anak timbangan yang memiliki massa jenis 8000 kg/m3 dengan temperatur 20
0C
yang membuat setimbang pada massa jenis udara 1.2 kg/m3[4]
. Untuk mendapatkan
massa konvensional digunakan dua metode yaitu metode Borda dan metode Gauss.
2.3 Metode Borda
Metode Borda biasa juga disebut sebagai metode substitusi. Selain digunakan
pada neraca metode Borda juga digunakan pada timbangan elektronik. Metode ini
digunakan untuk memperkecil kesalahan dan pengaruh perbedaan lengan pada
neraca. Pada pengujian metode Borda pada piring muatan sebelah kanan neraca
ditempatkan sebuah tara. Tara adalah suatu anak timbanganyang tidak mudah
berubah massanya. Massa tara sesuai dengan massa uji[4]
. Posisi tara tetap berada
pada piring muatan sebelah kanan sedangkan piring sebelah kiri diletakkan massa uji
dan standar secara bergantian seperti diperlihatkan pada Tabel 2.1.Gambar 2.2.
menampilkan pengujian anak timbangan menggunakan metode Borda.
8
Gambar 2.2.Simpangan Pengujian Metode Borda
Langkah –langkah pengujian metode Borda diantaranya:
a. Catat massa konvensional anak timbangan (AT) standar pada cerapan
pengujian.
b. Cari nilai skala pada muatan uji.
c. Beri muatan tara pada piring sebelah kanan neraca.
d. Beri muatan standar pada piring kiri dan lakukan pembacaan timbangan.
e. Turunkan muatan standar dari piring kiri neraca.
f. Beri muatan AT uji pada piring kiri dan lakukan pembacaan timbangan.
g. Ulangi langkah sesuai langkah f.
h. Ulangi langkah sesuai langkah d.
i. Tentukan selisih penimbangan antara AT standard dengan AT uji.
j. Tentukan massa konvensial AT uji dan kesalahanya.
k. Bandingkan dengan BKD (Batas Kesalahan yang Diijinkan) sesuai dengan
massa konvensionalnya.
9
Tabel 2.1.Cerapan Pengujian MetodeBorda
2.4 Metode Gauss
Metode Gauss merupakan sebuah metode yang digunakan untuk memperkecil
pengaruh dari adanya perbedaan panjang lengan neraca. Pengujian dengan
menggunakan metode Gauss hanya menggunakan massa standar dan massa uji saja[4]
.
Pengujian dengan metode Gauss dilakukan dengan menukarkan posisi anak
timbangan standar dan anak timbangan uji seperti yang tertera pada Tabel 2.2.
Gambar 2.3. menampilkan ilustrasi proses penimbangan menggunakan metode
Gauss.
10
Gambar 2.3.Simpangan Pengujian Metode Gauss
Langkah-langkah pengujian metode Gauss :
a. Catat massa konvensional anak timbangan (AT) standar pada cerapan
pengujian.
b. Cari nilai skala neraca pada muatan uji.
c. Beri muatan AT standar pada piring sebelah kiri dan muatan uji pada
sebelah kanan, dan lakukan pembacaan timbangan.
d. Beri muatan uji standar pada piring sebelah kiri dan AT standar pada
piring sebelah kanan, dan lakukan pembacaan dari timbangan.
e. Ulangi langkah d.
f. Ulangi langkah c.
g. Tentukan selisih penimbangan antara AT standar dengan AT uji.
h. Tentukan massa konvensional AT uji dan kesalahannya.
i. Bandingkan dengan BKD (Batas Kesalahan yang Diijinkan) sesuai
dengan massa nominalnya.
11
Tabel 2.2.Cerapan Pengujian MetodeGauss
2.5 Penentuan BKD ( Batas Kesalahan yang Diijinkan )
Setiap alat UTTP pasti mempunyai nilai kesalahan. Oleh karena itu itu, perlu
adanya aturan yang mengatur tentang nilai kesalahan tersebut. Dalam kemetrologian
dikenal sebuah istilah BKD ( Batas Kesalahan yang Diijinkan ) yang mengatur
tentang nilai kesalahan dari semua alat UTTP berdasarkan tiap kelas timbangan.
Berikut merupakan tabel kelas timbangan.
Tabel 2.3.Kelas Timbangan
12
Tabel 2.3. digunakan untuk mencari kelas timbangan dengan menggunakan
persamaan:
𝑛 =𝑘𝑎𝑝𝑎𝑠𝑖𝑡𝑎𝑠 𝑚𝑎𝑘𝑠𝑖𝑚𝑢𝑚
𝑒 (𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑣𝑎𝑙 𝑠𝑘𝑎𝑙𝑎 ) (2.4)
Dalam projek akhir ini neraca yang digunakan merupakan neraca dengan
kapasitas maksimum 1 kg ( 1000 g) dengan nilai interval skala 0.01. Dengan
menggunakan persamaan 3.2 didapatkan n = 100000. Mengacu pada Tabel 3.2.
didapat bahwa neraca yang digunakan merupakan timbangan kelas II dengan nilai
minimum menimbang 50e = 5g karena e = 0.1 g. Setelah diketahui kelas timbangan
langkah selanjutnya adalah mencari nilai BKD.
Tabel 2.4. BKD
Berdasarkan Tabel 2.4. didapatkan bahwa nilai BKD dari pengujian AT 0 g ≤ m≤
500 g adalah ± 0,5e = 50 mg sedangkan untuk pengujian AT 500 g < m≤ 2000 g
adalah ± 1,0e = 100 mg.
2.6. Daftar Peralatan
Komponen-komponen yang digunakan dalam projek akhir ini antara lain,
a. Sensor accelerometer MMA 7361 yang mengukur percepatan dan akan
dikonversi dengan menggunakan program arduino menjadi sudut kemiringan.
Untuk menghasilkan simpangan data sudut akan diubah menggunakan
microsoft excel.
13
b. LCD (Liquid Cristal Display) 2×16 berfungsi untuk menampilkan data hasil
pengukuran dari projek akhir.
c. Mikrokontroler arduino UNO R2 10 bytes berfungsi untuk mengolah data
sehingga dapat ditampilkan.
d. Potensiometer 5kΩ untuk mengatur kecerahan dari layar LCD 2×16.
e. Micro pushbutton digunakan untuk mengatur led pada layar LCD 2×16.
14
BAB III
PERACANGAN DAN PENGUJIAN PROJEK AKHIR
3.1 Pendahuluan
Accelerometer adalah sebuah sensor sekaligus tranduser yang berfungsi untuk
mengukur percepatan, mendeteksi dan mengukur getaran, ataupun untuk mengukur
percepatan akibat gravitasi bumi. Prinsip kerja dari tranduser ini berdasarkan hukum
fisika bahwa apabila suatu konduktor digerakkan melalui suatu medan magnet, atau
jika suatu medan magnet digerakkan melalui suatu konduktor, maka akan timbul
suatu tegangan induksi pada konduktor tersebut. Accelerometer yang diletakan di
permukaan bumi dapat mendeteksi percepatan 1g (ukuran gravitasi bumi) pada titik
vertikalnya[5]
.
Percepatan yang terbaca pada accelerometer memiliki hubungan dengan sudut
kemiringan accelerometer. Jika accelerometer diletakkan di lengan timbangan maka
accelerometer dapat mendeteksi kemiringan lengan timbangan yang dapat dikonversi
kedalam skala simpangan yang biasa dibaca secara manual.
3.2. Desain Perangkat Keras
Gambar 3.1. Diagram Blok Projek Akhir
Gambar 3.1. memperlihatkan diagram blok dari rancangan perangkat keras yang
dibuat pada projek akhir ini. Sensor accelerometer MMA 7361 diletakkan pada posisi
tengah-tengah lengan neraca untuk mengatur kemiringan lengan neraca. Keluaran
analog accelerometer kemudian dihubungkan ke pin input analog mikrokontroler
Sensor 3 axis
Accelerometer
MMA 7361 pada
neraca
Arduino UNO
(mikrokontroler)
LCD 2x16
15
Arduino UNO untuk diubah menjadi sinyal digital oleh ADC 8 bit yang ada pada
Arduino UNO. Data digital diolah oleh Arduino untuk selanjutnya dikirimkan ke pin
digital Arduino UNO yang tersambung dengan modul LCD 2x16 untuk ditampilkan.
Diagram pengkabelan detilnya ditampilkan pada Gambar 3.2. berikut.
Gambar 3.2. Diagram Wire Projek Akhir[2]
LCD 2x16 diberi catu daya 5 V lewat pin 5V pada Arduino. Kekontrasan LCD 2x16
dikontrol melalui harga tahanan potensiometer yang dihubungkan dengan LCD 2x16.
LCD 2x16 dihubungkan ke pin keluaran digital Arduino. Keluaran analog sumbu x
dari accelerometer MMA 7361 dihubungkan ke masukan analog Arduino yang
kemudian akan dikonversi oleh ADC menjadi sinyal digital.
3.3 Desain Perangkat Lunak
Perangkat lunak yang dijalankan pada program mikrokontroler Arduino
dimaksudkan untuk melakukan komunikasi data antara Arduino dengan sensor
accelerometer dan LCD 2x16, mengubah data analog accelerometer menjadi data
16
sudut kemiringan lengan neraca yang ditampilkan pada LCD 2x16. Diagram alir dari
program adalah sebagai berikut.
Gambar 3.3. Diagram Alir Program
Konversi data dimaksudkan untuk mengubah data analog accelerometer menjadi
sudut kemiringan lengan neraca. Konversi keluaran tegangan analog accelerometer
menjadi sudut kemiringan dilakukan dengan menggunakan persamaan sebagai
berikut.
Selesai
YA
Mulai
Inisialisasi
Program
Read
Accelerometer
Konversi Data
Closing
Program
TIDAK
Tampilkan ke
LCD
TIDAK
17
Acc_Xg = mVperUnit × (Acc_X - offset) / mvPerG (3.1)
𝑋𝑑𝑒𝑔 = 𝑎𝑠𝑖𝑛(𝐴𝑐𝑐_𝑋𝑔) × (180/𝑃𝐼) (3.2)
Dengan,
Acc_Xg = Keluaran sensor accelerometer,
mVperUnit = 3.3 V/1024 (V),
Acc_X = Nilai yang dihasilkan oleh sensor accelerometer MMA 7361 (bit),
Offset = Titik nol pada nilai bit (512 bit).
mvPerG = Sensitivitas sensor ( 800 mV/g),
Xdeg = Sudut yang dihasilkan (o),
Detil program dapat dilihat pada Lampiran B.
3.4 Tampilan Luar Projek Akhir
Tampilan luar dari alat projek akhir yang telah ditunjukan pada Gambar 3.4.
Gambar 3.4. Tampilan Luar Alat Projek Akhir
Bentuk kotak pada Gambar 3.4. merupakan merupakan bagian yang berfungsi
untuk menampilkan dan mengolah data yang dihasilkan oleh accelerometer MMA
7361. Sensor accelerometer MMA 7361 ditempelkan pada lengan neraca lalu
dihubungkan ke kotak tersebut dengan menggunakan kabel lentur. Data pengukuran
dari accelerometer ditampilkan pada LCD yang ada pada kotak tersebut.
18
3.5. Penentuan Posisi Sensor dan Setting Nol Neraca
Neraca merupakan timbangan yang mudah terpengaruh oleh keadaan sekitarnya.
Beberapa hal yang dapat mempengaruhi neraca antara lain getaran, aliran udara dari
air conditioner, dan lain-lain. Hal ini membuktikan bahwa neraca adalah timbangan
yang membutuhkan perhatian ekstra saat digunakan untuk melakukan pengujian. Hal
tersebut dilakukan agar menghasilkan hasil pengukuran yang benar. Karena itu, pada
projek akhir ini pengaturan posisi dari sensor sangat menentukan. Pengaturan posisi
ini bertujuan untuk memperkecil pengaruh keberadaan sensor terhadap hasil
pengukuran.
Setelah dilakukan beberapa percobaan untuk menempatkan sensor pada lengan
neraca didapatkan bahwa ketika sensor ditempatkan pada lengan neraca yang ada
jarum penunjuk simpangan neraca, pengaruh dari sensor dapat diminimalkan.
Gambar 3.5. menampilkan foto dari penempatan sensor pada lengan neraca.
Gambar 3.5.Peletakan Sensor Pada Neraca
Keberadaan sensor akan mempengaruhi keseimbangan lengan neraca sehingga
harus dilakukan setting nol. Setting nol dilakukan agar penunjukan jarum penunjuk
pada neraca menunjukan nol saat akan melakukan pengujian. Setting nol ini
dilakukan dengan cara mengatur beban pada lengan neraca. Gambar 3.6. merupakan
foto beban yang terletak pada lengan neraca.
19
Gambar 3.6. Pengatur Beban Pada Neraca
Beban tersebut diatur sampai jarum penunjuk pada neraca menunjukan nol.
3.6. Hubungan Antara Sudut dan Simpangan
Pada projek akhir ini sudut yang terdeteksi merupakan sudut yang dihasilkan
oleh simpangan dari jarum penunujuk pada neraca. Diibaratkan bahwa nilai nol pada
skala neraca adalah sama dengan 0o. Untuk membuktikan hal tersebut perlu dilakukan
pengujian untuk untuk mengetahui hubungan antara skala simpangan pada neraca
dengan sudut yang dihasilkan. Tabel 3.1. menampilkan hasil pengujian hubungan
antara sudut dengan skala simpangan pada neraca.
Tabel 3.1.Tabel Hubungan Antara Simpangan Dengan Sudut
nilai negatif nilai positif
simpangan sudut (derajat) simpangan sudut (derajat)
-10 4.205 0 0.000
-9 3.505 1 -0.355
-8 3.155 2 -0.705
-7 2.805 3 -1.055
-6 2.105 4 -1.405
-5 1.755 5 -1.755
-4 1.405 6 -2.105
-3 1.055 7 -2.805
-2 0.705 8 -3.155
-1 0.355 9 -3.505
0 0.000 10 -4.205
20
3.7. Penentuan Nilai Skala
Nilai skala (u) menunjukan massa yang terkandung pada tiap skala neraca. Nilai
skala dihitung dari hasil pengujian dengan menggunakan persamaan 2.2. Dua tabel
berikut ini ( Tabel 3.2. dan Tabel 3.3.) menampilkan data pengujian untuk mencari
nilai skala (u) melalui pembacaan sudut yang diukur sensor dan skala simpangan
pada neraca.
Tabel 3.2.Tabel Nilai Pengujian Nilai Skala Menggunakan Sensor
Muatan (g)
Imbuh (ΔG) Simpangan Kesetimbangan Nilai
200.0
dalam gram a1 a2 a3 a4 a5 (T)
Skala (g)
Tanpa imbuh 4.0 -4.0 1.5 -2.0 0.5 -0.5625
0.0696 Dengan imbuh -5.0 5.0 -2.0 3.0 0.0 0.8750
T2-T1 1.4375
Tabel 3.3.Tabel Nilai Pengujian Nilai Skala Menggunakan Sensor
Muatan (g)
Imbuh (ΔG) Simpangan Kesetimbangan Nilai
200
dalam gram a1 a2 a3 a4 a5 (T)
Skala (g)
Tanpa imbuh -4.524 -3.633 -0.905 -2.715 -0.090 -2.389
0.0314 Dengan imbuh -4.524 -3.260 -0.905 -2.715 0.000 0.7198
T2-T1 3.1817
Dari kedua tabel tersebut terlihat adanya perbedaan antara nilai skala saat pengujian
menggunakan sensor dan saat pengujian menggunakan skala simpangan. Hasil nilai
skala yang didapatkan adalah 0.0696 g pada pembacaan menggunakan simpangan
dan 0.0314 g pada pembacaan menggunakan sensor.
3.5 Pengujian Anak Timbangan dengan Metode Borda dan Gauss
Pengujian dilakukan untuk mengukur massa konvensional AT ( Anak
Timbangan) dengan massa 5 g, 20 g, 50 g, 100g, dan 200 g pada neraca dilakukan
21
dengan menggunakan metode Borda dan Gauss. Data detail pengujian dapat dilihat
pada Lampiran A. Dari kedua metode tersebut didapatkan hasil sebagai berikut.
Tabel 3.4.a. Massa Konvensional
massa
konvensional
sertifikat (g)
massa konvensioanal simpangan massa konvensioanal sudut
Borda (g) Gauss (g) Borda (g) Gauss (g)
5.000015 4.990228 5.003278 4.994085 5.000015
19.999972 20.009760 20.003778 19.999613 19.999920
50.000040 49.979378 50.005478 49.999236 50.000093
100.000080 100.000080 99.997361 99.996000 99.995834
200.000310 200.001178 199.953004 199.996628 199.983277
Tabel 3.4.b. Massa Konvensional (Lanjutan)
massa
konvensional
sertifikat (g)
selisih (simpangan) selisih (sudut)
Borda (g) Gauss (g) Borda (g) Gauss (g)
5.000015 0.009787 -0.003262 0.005930 0.000000
19.999972 -0.009788 -0.003806 0.000359 0.000052
50.000040 0.020663 -0.005437 0.000804 -0.000053
100.000080 0.000000 0.002719 0.004080 0.004246
200.000310 -0.000868 0.047306 0.003682 0.017033
3.6 Analisis
Berdasarkan hasil dari pengujian yang telah ditampilkan pada Tabel 3.4 a dan b
didapatkan bahwa massa konvensional yang diukur menggunakan sensor hasilnya
lebih baik daripada menggunakan simpangan. Hal ini dikarenakan pada pengujian
menggunakan simpangan dimungkinkan adanya kesalahan pada saat melihat skala
(kesalahan paralaks) sedangkan pada pengujian menggunakan sensor angka yang
pasti sudah dapat dilihat pada LCD 2x16.
Meskipun hasil yang didapatkan oleh sensor lebih baik dari hasil simpangan
namun nilai kesalahan (selisih) dari kedua pengujian tersebut masih masuk didalam
BKD. Seperti yang telah dijelaskan pada sub bab 2.5 bahwa nilai BKD saat
pengujian AT 0 g ≤ m≤ 500 g adalah ± 0,5e = 50 mg sedangkan untuk pengujian AT
22
500 g < m≤ 2000 g adalah ± 1,0e = 100 mg. Pengujian dilakukan menggunakan
massa 5 g, 20 g, 50 g, 100 g, dan 200 g sehingga BKD dari pengujian tersebut adalah
50 mg.
23
BAB IV
KESIMPULAN
4.1 Kesimpulan
Dari pengujian yang telah dilakukan diapatkan kesimpulan yaitu
1. Telah dibuat alat untuk menampilkan sudut simpangan neraca secra
digital dengan menggunakan accelerometer MMA 7361 sebagai sensor
untuk mendeteksi kemiringan.
2. Dari hasil pengujian didapatkan bahwa massa konvensional yang
dihasilkan pada pengujian dengan menggunakan sensor hasilnya lebih
baik dari hasil pengujian menggunakan simpangan yang biasa digunakan
dalam pengujian AT. Misal pada pengujian AT 50 g selisih pada saat
pengujian menggunakan simpangan 0.020663 g (Borda) dan -0.005437 g
(Gauss) sedangkan saat menggunakan sensor didapatkan hasil 0.000804g
(Borda) dan -0.000053 (Gauss) dengan BKD 50 mg.
4.2 Saran
Program dapat dikembangkan agar dapat langsung menghitung massa beban.
24
DAFTAR PUSTAKA
[1] Arifin, Djainul., Tepat Mengukur dan akurat Menimbang. Bamdumg : Idea
Spektrum Lintas Media, 2007.
[2] Diagram wire LCD 2x16 dan potensiometer kearduino, Maret 2012,
http://google/gambar/diagramwire
[3] Nasution, Rifyan S., Bahan Ajar Peneraan Massa Anak Timbangan.pdf,
Bandung: Balai Diklat Metrologi, 2012.
[4] Purnama, Adi Candra., Modul Praktikum Mengenai Neraca, “ Pengukuran
Ukuran Massa”, Bandung : Balai Diklat Metrologi, 2010.
[5] Sutanto, and Budhy., Seiko Instrument M1632 LCD Module, Surabaya, 2000.
ST Microelectronics, “Data sheet of LIS3L06AL Accelerometer”.
[6] MMA7361L, “Data sheet accelerometer MMA7361.pdf”, April 2012
25
LAMPIRAN A
DATA PENGUJIAN ALAT UKUR PROJEK AKHIR
A.1. Data Pengujian Simpangan Pada Skala Neraca
Lampiran ini menampilkan data pengujian dengan melihat simpangan pada
skala neraca. Data tersebut dipisahkan kedalam dua macam metode pengukuran yaitu
metode Borda dan metode Gauss menggunakan anak timbangan 5g, 20g, 50g, 100g,
dan 200g.
A.1.1. Metode Borda
Tabel A.1.Metode Borda Simpangan dengan AT 5g
26
Tabel A.2. Metode Borda Simpangan dengan AT 20g
Tabel A.3. Metode Borda Simpangan dengan AT 50g
27
Tabel A.4. Metode Borda Simpangan dengan AT 100g
Tabel A.5. Metode Borda Simpangan dengan AT 200g
28
A.1.2. Metode Gauss
Tabel A.6. Metode Gauss Simpangan dengan AT 5g
Tabel A.7. Metode Gauss Simpangan dengan AT 20g
29
Tabel A.8. Metode Gauss Simpangan dengan AT 50g
Tabel A.9. Metode Gauss Simpangan dengan AT 100g
30
Tabel A.10. Metode Gauss Simpangan dengan AT 200g
A.2. Data Pengujian dengan Meenggunakan Sensor
Bagian ini menampilkan data sudut yang diukur menggunakan sensor
accelerometer MMA 7361. Data sudut yang terbaca diubah menjadi data simpangan
menggunakan microsoft excel. Pengujian ini menggunakan massa anak timbangan
dengan 5g, 20g, 50g, 100g, dan 200g.
31
A.2.1. Metode Borda
Tabel A.11. Metode Borda Sensor dengan AT 5g
Tabel A.12. Metode Borda Sensor dengan AT 20g
32
Tabel A.13. Metode Borda Sensor dengan AT 50g
Tabel A.14. Metode Borda Sensor dengan AT 100g
33
Tabel A.15. Metode Borda Sensor dengan AT 200g
A.2.2. Metode Gauss
Tabel A.16. Metode Gauss Sensor dengan AT 5g
34
Tabel A.17. Metode Gauss Sensor dengan AT 10g
Tabel A.18. Metode Gauss Sensor dengan AT 50g
35
Tabel A.19. Metode Gauss Sensor dengan AT 100g
Tabel A.20. Metode Gauss Sensor dengan AT 200g
36
LAMPIRAN B
PROGRAM PROJEK AKHIR
#include "WProgram.h"
#include <LiquidCrystal.h>
#define X_PIN 1
#define Y_PIN 2
#define Z_PIN 3
#define GSEL_PIN 14
#define ZERO_G_PIN 9
#define SLEEP_PIN 4
#define AREF_V 5000 //3280
#define LOW_RANGE 800
#define HIGH_RANGE 206
#define SAMPLES 13
int xSmoothArray [SAMPLES];
int ySmoothArray [SAMPLES];
int zSmoothArray [SAMPLES];
int xOffset, yOffset, zOffset;
int Acc_X, Acc_Y, Acc_Z;
float Acc_Xg, Acc_Yg, Acc_Zg;
float Xdeg, Zdeg, Ydeg;
float mVperUnit;
float mvPerG;
float zeroTo60;
boolean lowRange = true;
LiquidCrystal lcd(12, 11, 5, 4, 3, 2);
void setup()
37
Serial.begin(9600);
pinMode(ZERO_G_PIN,INPUT);
pinMode(GSEL_PIN,INPUT);
mVperUnit = AREF_V / 1024.0;
Serial.println("pengukuran dimulai!");
CalAccel();
lcd.begin(16,2);
delay (500);
void loop()
lowRange = true;
if (lowRange)mvPerG = LOW_RANGE;
else mvPerG = HIGH_RANGE;
Read_Accel();
Disp_Vals();
LCD_print();
delay(500);
void Read_Accel()
for (int i=0; i< SAMPLES +2; i++)
Acc_X = analogRead(X_PIN) - xOffset;
Acc_X = digitalSmooth(Acc_X,xSmoothArray,false);
delay(5);
if (Acc_X >= 512) Acc_Xg = mVperUnit * (Acc_X - 512) / mvPerG;
else Acc_Xg = ((512 - Acc_X) * (mVperUnit) / mvPerG) * -1;
if (Acc_Xg >= -1.0 && Acc_Xg <= 1.0) Xdeg = asin(Acc_Xg) * (180.0/PI);
else Xdeg = 0;
zeroTo60 = 26.8224 / (Acc_Xg * 9.81);
void Disp_Vals()
Serial.print("Degrees ");
38
Serial.print("\tX:");
Serial.print(Xdeg,DEC);
Serial.println("");
if (zeroTo60 > 1 && zeroTo60 < 50)
// Serial.print("Sec 0-60: ");
// Serial.println(zeroTo60,DEC);
int digitalSmooth(int rawIn, int *sensSmoothArray, bool Reset)
int j, k, temp, top, bottom;
long total;
static int i;
static int sorted[SAMPLES];
boolean done;
if (Reset)
for (j=0; j<SAMPLES; j++)
sensSmoothArray[j] = 0;
sorted[j] = 0;
i = 0;
return 0;
i = (i + 1) % SAMPLES;
sensSmoothArray[i] = rawIn;
for (j=0; j<SAMPLES; j++)
sorted[j] = sensSmoothArray[j];
done = 0;
while(done != 1)
done = 1;
for (j = 0; j < (SAMPLES - 1); j++)
39
if (sorted[j] > sorted[j + 1])
temp = sorted[j + 1];
sorted [j+1] = sorted[j] ;
sorted [j] = temp;
done = 0;
bottom = max(((SAMPLES * 15) / 100), 1);
top = min((((SAMPLES * 85) / 100) + 1 ), (SAMPLES - 1));
k = 0;
total = 0;
for ( j = bottom; j< top; j++)
total += sorted[j];
k++;
return total / k;
void CalAccel()
xOffset=0;
yOffset=0;
zOffset=0;
for (int i=1; i <= 30; i++)
xOffset += analogRead(X_PIN);
yOffset += analogRead(Y_PIN);
zOffset += analogRead(Z_PIN);
delay(5);
xOffset /=30;
xOffset -= 512;
yOffset /=30;
yOffset -= 512;
zOffset /=30;
40
zOffset -= 512;
void LCD_print()
lcd.setCursor(0,0);
lcd.print("X:");
lcd.print(Xdeg);
top related