Modul 1

[menuju akhir]

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Pendahuluan

Percobaan

Percobaan

a. Prosedur

b. Handware

c. Rangkaian Simulasi dan Prinsip Kerja

d. Flowchart dan Listing Program

e. Video Simulasi

f. Download File

Alat deteksi kebisingan motor diesel

Pendahuluan [KEMBALI]

Kebisingan merupakan masalah umum yang sering dihadapi di berbagai lingkungan, baik perkotaan maupun pedesaan. Hal ini dapat berasal dari berbagai sumber seperti lalu lintas, industri, konstruksi, dan aktivitas manusia lainnya. Dampak kebisingan bisa merugikan kesehatan fisik dan mental, mengganggu tidur, meningkatkan stres, serta memengaruhi konsentrasi dan produktivitas.Membuat aplikasi untuk mengantisipasi masalah kebisingan dapat menjadi langkah proaktif. Aplikasi ini dapat memiliki beberapa fitur yang membantu pengguna untuk mengelola atau mengurangi dampak kebisingan.

TUJUAN [KEMBALI]

Memenuhi tugas Mikrroprosesor dan Mikrokontroler
Menjelaskan prinsip kerja Sensor jarak dan Sensor suara
Mensimulasikan rangkaian Sensor jarak dan Sensor suara

ALAT DAN BAHAN [KEMBALI]

1. Alat

1. Power Supply

2. Voltmeter DC

2. Bahan

1. Arduino

Spesifikasi :

2. Sensor Ultrasonic

Spesifikasi :

3. Sound Sensor

Spesifikasi :

3. LCD

Spesifikasi :

4. LED

Spesifikasi :

Superior weather resistance
5mm Round Standard Directivity
UV Resistant Eproxy
Forward Current (IF): 30mA
Forward Voltage (VF): 1.8V to 2.4V
Reverse Voltage: 5V
Operating Temperature: -30℃ to +85℃
Storage Temperature: -40℃ to +100℃
Luminous Intensity: 20mcd

5. Ground

Ground Berfungsi sebagai untuk meniadakan beda potensial dengan mengalirkan arus sisa dari kebocoran tegangan atau arus pada rangkaian

6. Potensiometer

Spesifikasi :

Type: Rotary a.k.a Radio POT
Available in different resistance values like 500Ω, 1K, 2K, 5K, 10K, 22K, 47K, 50K, 100K, 220K, 470K, 500K, 1 M.
Power Rating: 0.3W
Maximum Input Voltage: 200Vdc
Rotational Life: 2000K cycles

7. Switch

Spesifikasi :

8. Jumper

9. CD4009

Spesifikasi :

DASAR TEORI [KEMBALI]

1. Arduino

Kontruksi

Arduino adalah platform perangkat keras (hardware) yang dirancang untuk memudahkan pengembangan dan prototyping proyek-proyek elektronik. Ini terdiri dari papan sirkuit cetak berukuran kecil yang dilengkapi dengan mikrokontroler dan sejumlah pin input/output yang dapat digunakan untuk menghubungkan sensor, aktuator, dan komponen elektronik lainnya.

Mikrokontroler pada papan Arduino adalah otak utama yang mengontrol berbagai komponen yang terhubung dengannya. Papan Arduino biasanya dilengkapi dengan berbagai macam varian mikrokontroler dari berbagai produsen, seperti ATmega yang diproduksi oleh Microchip Technology. Meskipun demikian, Arduino lebih sering dikaitkan dengan platform open-source yang dikelola oleh Arduino.cc.

Arduino memiliki beberapa komponen utama yang membentuk papan sirkuit mikrokontroler. Berikut adalah penjelasan tentang komponen-komponen utama Arduino:

Mikrokontroler: Ini adalah otak utama dari Arduino yang melakukan semua operasi pengolahan data dan kontrol. Arduino menggunakan mikrokontroler sebagai pusat kendali, yang berfungsi untuk membaca input, menjalankan kode program, dan mengontrol output. Beberapa varian Arduino menggunakan mikrokontroler dari berbagai produsen, seperti ATmega yang diproduksi oleh Microchip Technology.
Pin I/O: Arduino memiliki sejumlah pin input/output (I/O) yang digunakan untuk menghubungkan sensor, aktuator, dan komponen lainnya. Pin ini bisa berfungsi sebagai input untuk membaca data dari sensor atau output untuk mengontrol aktuator. Ada pin digital dan pin analog. Pin digital dapat berupa input atau output dengan nilai logika 0 (LOW) atau 1 (HIGH), sementara pin analog digunakan untuk membaca nilai analog seperti sensor suhu atau cahaya.
Papan Sirkuit: Papan Arduino adalah substrat fisik tempat semua komponen terhubung. Papan ini biasanya terbuat dari bahan tahan lama dan dilengkapi dengan jalur tembaga yang menghubungkan komponen-komponen elektronik.
Konektor USB: Banyak varian Arduino dilengkapi dengan konektor USB. Ini memungkinkan Anda untuk menghubungkan papan Arduino ke komputer, sehingga Anda dapat mengunggah kode program ke mikrokontroler dan berkomunikasi dengan papan melalui koneksi serial.
Catu Daya: Arduino memerlukan catu daya untuk beroperasi. Ini bisa berasal dari komputer melalui kabel USB atau dari sumber daya eksternal seperti baterai atau adaptor listrik. Beberapa papan Arduino memiliki regulator tegangan yang memungkinkan papan menerima berbagai tingkat tegangan masukan.
Konektor Listrik: Arduino umumnya memiliki pin header atau konektor yang memungkinkan Anda untuk menghubungkan kabel atau kawat ke pin I/O. Ini memudahkan Anda dalam menghubungkan sensor, aktuator, dan komponen lainnya ke papan Arduino.
Kristal Osilator: Kristal osilator digunakan untuk menghasilkan sinyal osilasi yang diperlukan oleh mikrokontroler untuk menjalankan perhitungan waktu dan operasi lainnya.
Tombol Reset: Tombol reset memungkinkan Anda untuk mengulang proses booting papan Arduino atau menghentikan eksekusi program yang sedang berjalan.
Indikator LED: Beberapa varian Arduino memiliki indikator LED yang terhubung ke pin tertentu. LED ini dapat diatur dalam kode program untuk memberi tahu status atau kondisi papan, seperti aktif atau dalam mode tidur.

Semua komponen ini bekerja bersama-sama untuk menciptakan platform Arduino yang kuat dan serbaguna untuk mengembangkan berbagai proyek elektronik dan pemrograman.

2. Sensor Ultrasonic

Sensor ultrasonik adalah perangkat elektronik yang menggunakangelombang ultrasonik untuk mendeteksi atau mengukur jarak antara sensor dan objek di sekitarnya.Sensor ultrasonik menghasilkan gelombang suara frekuensi tinggi (ultrasonik) dan mengukur waktu yang dibutuhkan gelombang tersebut untuk memantul kembali setelah bertemu dengan objek.Berdasarkan waktu tempuh ini, sensor dapat menghitung jarak antara sensor dan objek.Biasanya beroperasi pada frekuensi ultrasonik, di luar kisaran pendengaran manusia (di atas 20 kHz hingga beberapa megahertz).Pengukuran jarak bergantung pada kecepatan suara dalam medium transmisi (seperti udara). Kecepatan suara biasanya diasumsikan tetap untuk perhitungan.Resolusi sensor dapat ditingkatkan dengan mengurangi lebar pulsa gelombang atau meningkatkan frekuensi operasional. pin yang terdapat pada sensor ultrasonic sensor yaitu

1. VCC (Voltage Common Collector):

Merupakan pin untuk memberikan tegangan pasokan (supply voltage) ke sensor.

2. GND (Ground): Merupakan pin tanah atau ground yang terhubung ke terminal ground pada sumber tegangan dan mikrokontroler.
3. Echo/Trig (Echo pada beberapa sensor):
Pada mode Trig: Inisiasi sinyal untuk memulai pengiriman gelombang ultrasonik. Pada mode Echo:Menghasilkan pulsa yang durasinya sebanding dengan waktu yang dibutuhkan gelombang untuk kembali setelah bertemu dengan objek.
Prinsip kerja :
Prinsip kerja sensor ultrasonik didasarkan pada penggunaan gelombang ultrasonik, yaitu gelombang suara dengan frekuensi di atas rentang pendengaran manusia (biasanya di atas 20 kHz). Sensor ini biasanya terdiri dari pengirim dan penerima ultrasonik. Pengirim menghasilkan gelombang ultrasonik yang dikirimkan ke objek atau permukaan tertentu. Gelombang ini kemudian dipantulkan kembali ke sensor oleh objek tersebut. Penerima sensor mendeteksi gelombang yang dipantulkan dan mengukur waktu tempuhnya. Dengan memperhitungkan kecepatan suara dalam udara, sensor dapat menghitung jarak dari sensor ke objek. Prinsip ini sering digunakan dalam aplikasi pengukuran jarak, navigasi, dan deteksi objek, seperti pada sistem parkir otomatis atau perangkat anti-tabrakan pada robotika.
timing diagram
gambar grafik

3. Sound Sensor

Sensor suara, atau yang sering disebut sebagai sound sensor, adalah perangkat elektronik yang dirancang untuk mendeteksi dan merespons gelombang suara dalam lingkungan. Sensor suara bekerja berdasarkan perubahan tekanan suara di sekitarnya.Gelombang suara menciptakan variasi tekanan udara, dan sensor ini merespons perubahan tersebut.Output dari sensor suara biasanya berupa sinyal listrik yang dapat diukur, dan tingkat sinyal ini dapat mencerminkan tingkat intensitas suara di sekitarnya.pin yang terdapat pada sensor Sound sensor yaitu

1. VCC (Voltage Common Collector):

Merupakan pin untuk memberikan tegangan pasokan (supply voltage) ke sensor.

2. GND (Ground): Merupakan pin tanah atau ground yang terhubung ke terminal ground pada sumber tegangan dan mikrokontroler.
Prinsip kerja :
Prinsip kerja sound sensor, atau sensor suara, bergantung pada kemampuannya mendeteksi gelombang suara dalam lingkungan sekitarnya. Umumnya dilengkapi dengan mikrofon atau elemen piezoelektrik, sensor ini merespons perubahan dalam tekanan udara yang dihasilkan oleh gelombang suara. Ketika gelombang suara mencapai sensor, elemen sensor mengubah energi akustik menjadi sinyal listrik. Sinyal listrik yang dihasilkan kemudian dapat diukur atau diolah untuk mencerminkan intensitas suara atau karakteristik suara tertentu. Prinsip ini memungkinkan sound sensor digunakan dalam berbagai aplikasi, termasuk sistem pengawasan kebisingan, pengenalan suara, atau dalam perangkat yang merespons pada stimulus audio tertentu.
grafik sound sensor

3. LCD

LCD (Liquid Crystal Display) adalah jenis tampilan visual yang menggunakan kristal cair untuk menghasilkan gambar. LCD bekerja berdasarkan sifat optis dari kristal cair yang dapat dikendalikan untuk memblokir atau mengizinkan cahaya melalui mereka.Layar LCD terdiri dari sel-sel piksel yang dapat mengubah orientasi kristal cairnya untuk mengatur jumlah cahaya yang melewati setiap piksel.Banyak LCD memerlukan sumber cahaya belakang (backlight) untuk membuat gambar terlihat. Backlight dapat menggunakan lampu fluoresen atau lampu LED. Prinsip kerja

Prinsip kerja Liquid Crystal Display (LCD) melibatkan penggunaan lapisan kristal cair yang dapat diatur untuk mengendalikan transmitansi cahaya. LCD terdiri dari dua substrat kaca yang menyandwich lapisan kristal cair di antara mereka. Setiap substrat dilapisi dengan elektroda transparan, dan lapisan kristal cair memiliki kemampuan untuk mengubah orientasi molekulnya secara responsif terhadap medan listrik yang diaplikasikan. Ketika tegangan diterapkan pada elektroda, molekul kristal cair mengalami perubahan orientasi, mengubah sifat optik dan transmitansi cahaya melalui lapisan tersebut. Dengan mengatur orientasi molekul pada setiap piksel menggunakan rangkaian elektroda yang terorganisir secara teratur, LCD mampu menampilkan gambar atau teks dengan mengontrol jumlah cahaya yang melewati setiap piksel.

4. CD4009

CD4009 adalah sebuah IC (Integrated Circuit) yang merupakan bagian dari keluarga IC logika CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor). IC ini dikenal sebagai hex inverter/buffer yang berarti memiliki enam sirkuit inverter independen dalam satu paket IC. Setiap inverter pada CD4009 dapat berfungsi sebagai penguat buffer atau inverter.

Prinsip kerja:

CD4009 adalah jenis IC (integrated circuit) yang beroperasi sebagai inverter (pemutar balik) heksa-buffer atau hex inverter. IC ini memiliki enam gerbang inverter yang dapat digunakan untuk mengubah sinyal masukan logika digital yang berada pada tingkat tegangan tinggi menjadi keluaran dengan tingkat tegangan rendah dan sebaliknya. Prinsip kerja CD4009 melibatkan enam buah inverter, setiap inverter menerima sinyal masukan dan mengeluarkan sinyal keluaran yang merupakan hasil dari pemutarbalikan atau inverting sinyal tersebut. CD4009 biasanya digunakan dalam berbagai aplikasi elektronika digital untuk mengubah polaritas sinyal atau memperbaiki tingkat tegangan, dan sering kali diimplementasikan dalam desain rangkaian untuk keperluan pemrosesan sinyal digital.

5. LED

LED merupakan singkatan dari Light Emitting Diode, merupakan salah satu perangkat semikonduktor yang mengeluarkan cahaya ketika arus listrik melewatinya, dan digunakan sebagai indikator keluaran (output). Tegangan LED menurut warna yang dihasilkan:

Infra merah : 1,6 V. Merah : 1,8 V – 2,1 V. Oranye : 2,2 V. Kuning : 2,4 V. Hijau : 2,6 V. Biru : 3,0 V – 3,5 V. Putih : 3,0 – 3,6 V. Ultraviolet : 3,5 V.

PERCOBAAN [KEMBALI]

a) Prosedur

Download library yang diperlukan pada bagian download dalam blog.
Buka proteus yang sudah diinstal untuk membuat rangkaian.
Tambahkan komponen seperti Arduino, sensor, dan perangkat lainnya lalu susun menjadi rangkaian.
Buka Arduino IDE yang sudah diinstal.
Di Arduino IDE, pergi ke menu "File" > "Preferences".Pastikan opsi
"Show verbose during compile" dicentang untuk mendapatkan informasi detail saat kompilasi.
Salin kode program Arduino pada blog kemudian tempelkan program tadi ke Arduino IDE.
Kompilasikan kode dengan menekan tombol "Verify" di Arduino IDE.
Cari dan salin path file HEX yang dihasilkan selama proses kompilasi.
Kembali ke Proteus dan pilih Arduino yang telah Anda tambahkan di rangkaian.
Buka opsi "Program File" dan tempelkan path HEX yang telah Anda salin dari Arduino IDE.
Jalankan simulasi di Proteus.

b) Diagram blok

c) Rangkaian Simulasi dan Prinsip kerja

Rangkaian saat mati

Rangkaian Saat hidup

Rangkaian ini bekerja dengan mendeteksi tingkat kebisingan dan jarak mesin disel dari subek pengukuran, dengan INPUT sensor ultrasonik bekerja sebagai pengukur jarak antara subjek dengan motor disel dan sensor suara mendeteksi tingkat kebisingan suara dari mesin diesel. Peraturan Menteri Lingkungan Hidup Nomor 56 Tahun 2019 tentang Ambang Batas Kebisingan Kendaraan Bermotor Tipe Baru batas maksimal kebisingan motor atau mesin disel adalah 85dB, yang mana sama dengan batas yang telah diatur pada rangkaian diatas, LED bertindak sebagai indikator tingkat kebisingan dimana terdapat 3 tingkat yaitu HIJAU Sedikit berisik, KUNING Berisik dan MERAH sangat berisik.
Untuk sensor suara nilai tengangan analog dapat dikonversi menjadi intensitas suara dengan persamaan :20 * log10(voltage/0.001) + 10*log10(soundSensorSensitivity)
dimana sensitivitas sensor mengacu pada sensitivitas microphone detection yaitu 30mV/Pa, selanjutnya untuk mencari jarak pada sensor ultrasonik kita bisa konversi durasi kembali suara ultrasonik yang memantul dikalikan dengan kecepatan suara yaitu 343m/s dan dibagi 2 karena gelombang ultrasonik memiliki direksi rambat bolak balik
distance = duration*speedOfSound/2
selanjutnya nilai ditampilkan di LCD 20x4 dengan 4bit INPUT sebagai display OUTPUT

d) Flowchart dan Program

Flowchart

Main Flowchart

Setup Flowchart

Program Aktive Function Flowchart

Listing code

#include <LiquidCrystal.h> // Define the ultrasonic sensor pins const int trigPin = 2; const int echoPin = 3; // Define the sound sensor pins const int analogSoundPin = A0; // Set your sound sensor sensitivity in mV/Pa const float soundSensorSensitivity = 30.0; const int switchPin = 7; // Tetapkan pin tempat switch dihubungkan bool programAktif = false; // Inisialisasi status program // Define LED pins const int greenLedPin = 4; const int yellowLedPin = 5; const int redLedPin = 6; // initialize the library with the numbers of the interface pins LiquidCrystal lcd(13, 12, 11, 10, 9, 8); void setup() { // Set up the LCD's number of columns and rows: lcd.begin(20, 4); // Set up ultrasonic sensor pins pinMode(trigPin, OUTPUT); pinMode(echoPin, INPUT); // Set up sound sensor pins pinMode(analogSoundPin, INPUT); // Set up LED pins pinMode(greenLedPin, OUTPUT); pinMode(yellowLedPin, OUTPUT); pinMode(redLedPin, OUTPUT); // Print a message to the LCD. lcd.setCursor(0, 0); lcd.print("Jarak dan Suara"); pinMode(switchPin, INPUT); // Tetapkan pin switch sebagai input Serial.begin(9600); } void loop() { // Baca status switch int switchState = digitalRead(switchPin); // Periksa apakah switch ON if (switchState == HIGH) { // Ubah status program programAktif = true; // Tampilkan status di Serial Monitor lcd.setCursor(0, 4); lcd.print("Nilai diukur."); // Tunda sejenak untuk menghindari pembacaan berulang yang tidak diinginkan delay(500); } else { // Jika switch OFF, matikan program programAktif = false; // Tampilkan status di Serial Monitor lcd.setCursor(0, 4); lcd.print("Nilai Ditahan."); // Tunda sejenak untuk menghindari pembacaan berulang yang tidak diinginkan delay(500); } if (programAktif) { // Trigger the ultrasonic sensor digitalWrite(trigPin, LOW); delayMicroseconds(2); digitalWrite(trigPin, HIGH); delayMicroseconds(10); digitalWrite(trigPin, LOW); // Read the time taken for the ultrasonic pulse to return long duration = pulseIn(echoPin, HIGH); // Calculate the distance based on the speed of sound (343 meters/second) // and the time it took for the pulse to return float distance = duration * 0.034 / 2; // Read analog and digital values from the sound sensor int analogSoundValue = analogRead(analogSoundPin); float voltage = analogSoundValue * (5.0 / 1023.0); // Convert analog value to voltage // Determine sound level based on voltage float soundLevel = 20 * log10(voltage/0.001) + 10*log10(soundSensorSensitivity); // Display the distance, analog sound level, voltage, and sound level on the LCD lcd.setCursor(0, 1); lcd.print("Jarak: "); // Clear the previous distance value lcd.setCursor(7, 1); lcd.print(distance); lcd.print(" cm"); lcd.setCursor(0, 2); lcd.print("kebisingan:"); // Clear the previous sound level value lcd.setCursor(12, 2); lcd.print(soundLevel); lcd.print(" dB"); // Control LED based on sound level if (soundLevel < 70.0) { digitalWrite(greenLedPin, HIGH); digitalWrite(yellowLedPin, LOW); digitalWrite(redLedPin, LOW); } else if (soundLevel >= 70.0 && soundLevel < 85.0) { digitalWrite(greenLedPin, LOW); digitalWrite(yellowLedPin, HIGH); digitalWrite(redLedPin, LOW); } else { digitalWrite(greenLedPin, LOW); digitalWrite(yellowLedPin, LOW); digitalWrite(redLedPin, HIGH); } delay(1000); // Delay for a second before taking the next reading } }

e) Kondisi

Ketika switch dalam keadaan ON nilai - nilai input sensor diukur.

Ketika switch dalam keadaan OFF nilai terakhir yang diukur akan ditahan / dihold.

VIDEO [KEMBALI]

video simulasi rangkaian