3069F SKRIPSI. Oleh MOHAMAD KURNADI

PERANCANGAN SISTEM AKUISISI DATA GELOMBANG SEISMIK BERBASIS MIKROKONTROLER H8/3069F

SKRIPSI

Oleh MOHAMAD KURNADI 0305020608

DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS INDONESIA 2009

Perancangan sistem..., Mohamad Kurnadi, FMIPA UI, 2009

PERANCANGAN SISTEM AKUISISI DATA GELOMBANG SEISMIK BERBASIS MIKROKONTROLER H8/3069F

SKRIPSI Diajukan Untuk Melengkapi Persyaratan Memperoleh Gelar Sarjana

Oleh MOHAMAD KURNADI 0305020608

DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS INDONESIA 2009


HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS

Skripsi ini adalah hasil karya saya sendiri, dan semua sumber baik yang dikutip maupun dirujuk telah saya nyatakan dengan benar.

Nama

: MOHAMAD KURNADI

NPM

: 0305020608

Tanda Tangan

:

Tanggal

: 30 November 2009

ii

Universitas Indonesia


HALAMAN PENGESAHAN

Skripsi ini diajukan oleh : Nama : MOHAMAD KURNADI NPM : 0305020608 Program Studi : INSTRUMENTASI ELEKTRONIKA Judul Skripsi : PERANCANGAN SISTEM AKUISISI DATA GELOMBANG SEISMIK BERBASIS MIKROKONTROLER H8/3069F

Skripsi ini telah diperiksa dan disetujui oleh

Dr. Eng. Supriyanto, M.Sc Pembimbing

Dr. Santoso Soekirno Penguji I

Dr. B.E.F Da Silva, M.Sc Penguji II

Dr. Santoso Soekirno Ketua Departemen Fisika

iii



KATA PENGANTAR

Puji syukur hanya kepada Allah SWT yang selalu memberikan anugerah terindah-Nya kepada penulis dan telah menuntun penulis menuangkan tiap untaian kata sehingga skripsi ini dapat selesai dengan baik. Penulisan skripsi ini dilakukan dalam rangka memenuhi salah satu syarat untuk mencapai gelar Sarjana Sains Departemen Fisika pada Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Indonesia. Penulis menyadari bahwa selesainya skripsi ini tidak terlepas dari bantuan, bimbingan, dorongan dan doa dari banyak pihak, sejak masa perkuliahan hingga selesainya penyusunan skripsi ini. Untuk itu, ucapan terimakasih penulis haturkan kepada kepada: 1. Orang tua dan keluarga, yang selalu memberikan dukungan, motivasi, dan doa sejak awal dimulainya pendidikan hingga selesainya skripsi ini. Ibu yang selalu menda’akanku dan selalu mendukungku setiap saat, Bapak yang sangat mengharapkan kesuksesanku, mba Kus yang selalu sabar dan tegar (salut buat mba dah), dan kaka dan adikku yang lain. 2. Dr. Eng. Supriyanto, M.Sc selaku dosen pembimbing yang telah membimbing penulis dalam segala hal, baik dalam ilmu pengetahuan, nasehat, dorongan, semangat serta segala fasilitas yang telah diberikan dalam menyelesaikan tugas akhir ini. 3. Kak Muchtar dan Mas Sukarno, yang telah bersedia meluangkan waktu untuk diskusi dan bimbingan sehingga skripsi ini dapat selesai dengan baik. 4. Para penghuni CISCO Fisika UI, Bpk Dwi Seno, Bpk Arief, Bpk Gindo, Kak Azis, Kak Alfa, Kak Tio, penghuni Cisco (Rizki), dkk yang telah bersedia berdiskusi dan memfasilitasi tempat penelitian, tempat santai, dan tempat bermalam yang insya Allah aman dan nyaman. 5. Teman-teman seperjuangan tugas akhir: Tiwi, Nurma, Idha, Dian, Nendar, Surya, Rahma, Banshu, Syahrul, dkk. 6. Teman-teman fisika 2005, yang telah memberikan banyak dukungan baik moral maupun materil. Especially Fandi, Imam, Dedi, Surya, Tiwi, Nurma

iv



yang udah bantuin ngambil data, Trims bangget yah...semoga Allah membalas dengan pahala yang berlipat ganda. Thank’s for all friends, semoga Allah SWT membalas semuanya dengan yang lebih baik. Semua kisah kita akan selalu menjadi lembaran terindah yang tak akan terlupa. 7. Teman-teman fisika 2005, 2006, 2007, dan 2008 yang telah banyak membantu selama proses pembuatan tugas akhir ini. Terima kasih juga buat Lia06 and the geng yang udah mau jadi korektor draft, makasih y. 8. Seluruh dosen dan karyawan departemen Fisika atas segala ilmu dan bantuan teknis yang penulis peroleh selama menjadi mahasiswa Fisika UI. 9. Terima kasih untuk semua pribadi yang secara sadar ataupun tidak, telah menjadi ‘guru’ dalam kehidupan penulis.

Semoga skripsi ini dapat berguna bagi orang-orang yang mengkajinya, serta dapat dikembangkan dan disempurnakan agar lebih bermanfaat untuk kepentingan orang banyak. Depok, 30 November 2009

Penulis

v



HALAMAN PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI TUGAS AKHIR UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS Sebagai sivitas akademik Universitas Indonesia, saya yang bertanda tangan di bawah ini: Nama

: Mohamad Kurnadi

NPM

: 0305020608

Program Studi

: Instrumentasi Elektronika S1 Reguler

Departemen

: Fisika

Fakultas

: Matematika dan Ilmu pengetahuan Alam

Jenis karya

: Skripsi

demi pengembangan ilmu pengetahuan, menyetujui untuk memberikan kepada Universitas Indonesia Hak Bebas Royalti Noneksklusif (Non-exclusive RoyaltyFree Right) atas karya ilmiah saya yang berjudul : PERANCANGAN SISTEM AKUISISI DATA GELOMBANG SEISMIK BERBASIS MIKROKONTROLER H8/3069F beserta perangkat yang ada (jika diperlukan). Dengan Hak Bebas Royalti Noneksklusif ini Universitas Indonesia berhak menyimpan, mengalihmedia /formatkan, mengelola dalam bentuk pangkalan data (Database), merawat, dan mempublikasikan tugas akhir saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis/pencipta dan sebagai pemilik Hak Cipta. Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya. Dibuat di

: Depok

Pada tanggal

: 30 November 2009

Yang menyatakan

( Mohamad Kurnadi )

vi



Nama Npm Judul

: Mohamad Kurnadi : 0305020608 : Perancangan Sistem Akuisisi Data Gelombang Seismik Berbasis Mikrokontroler H8/3069F

ABSTRAK Metode akuisisi data gelombang seismik dimulai dari pengambilan, pengumpulan, dan pemrosesan data getaran yang muncul di permukaan bumi akibat adanya penjalaran gelombang elastik di bawah permukaan bumi. Metode ini berguna untuk mendapatkan citra bawah permukaan bumi. Dengan pencitraan tersebut, akan didapatkan informasi mengenai batas litologi batuan, dugaan lokasi keberadaan fluida, maupun sumber daya alam lainnya. Pencitraan tersebut didasari oleh sifat penjalaran dan pemantulan gelombang yang dipengaruhi, parameter fisika batuan seperti densitas, porositas, dan kecepatan gelombang pada medium batuan. Sistem akuisisi ini menggunakan mikrokontroler 16 bit H8/3069F dengan ADC (Analog to Digital Converter) internal 10 bit. ADC internal mikrokontroler 16-bit H8/3069F memiliki delapan kanal input sehingga cocok diaplikasikan pada sistem akuisisi data multikanal. GUI (Graphical User Interface) yang berfungsi untuk mengoperasikan sistem dirancang berbasis Python 2.5 yang merupakan program open-source dan multi platform. Sistem ini dilengkapi dengan MySQL sebagai sistem penyimpanan data. Data yang diperoleh merupakan amplitudo gelombang seismik yang diterima sensor geophone pada interval waktu tertentu. Rancangan sistem ini diharapkan menjadi alternatif sistem akuisisi data gelombang seismik yang relatif murah. Kata kunci: Akuisisi, seismik, pencitraan, mikrokontroler, ADC, multikanal, GUI, Python 2.5, database.

vii



Name Department Title of essay

: Mohamad Kurnadi : Physics : Designing Seismic Waves Data Acquisition System Based on Microcontroller H8/3069F

ABSTRACT Method of seismic wave data acquisition starts from making, collecting, and processing of vibration data that appears in the earth's surface due to elastic waves spread beneath the surface of the earth. This method is useful for obtaining the image of the earth's surface. With such imaging, the information about the limits of rock litologi, suspected location of the fluid, or other natural resources will obtained. Imaging is based on the nature of the spreading and reflection waves that influenced rock physics parameters such as density, porosity, and the wave velocity in the medium of rock. This acquisition system using 16-bit microcontroller H8/3069F with ADC (Analog to Digital Converter) 10-bit internally. Internal ADC 16-bit microcontroller H8/3069F has eight input channels so that the match was applied to the multichannel data acquisition system. GUI (Graphical User Interface) which serves to operate the system is designed based on Python 2.5 which open source and multi platform. This system is equipped with MySQL as a data storage system. Data obtained is an amplitude of seismic waves received by geophone sensors at intervals. The design of this system is expected to be an alternative system of seismic wave data acquisition is relatively inexpensive. Keywords: Acquisition, seismic, imaging, microcontroller, ADC, multichannel, GUI, Python 2.5, database.

viii



DAFTAR ISI Halaman HALAMAN JUDUL ............................................................................................... i HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS.................................................... ii LEMBAR 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 Batasan Masalah ................................................................................2 1.3 Tujuan dan Manfaat Penelitian ..........................................................2 1.4 Metodologi Penelitian ........................................................................3 1.5 Sistematika Penulisan ........................................................................4 BAB 2 LANDASAN TEORI ...............................................................................6 2.1 Gelombang ........................................................................................6 2.2 Gelombang Seismik ...........................................................................6 2.2.1 Jenis-Jenis Gelombang seismik ................................................8 2.2.2 Prinsip Perambatan Gelombang Seismik ...............................10 2.3 Geophone .........................................................................................13 2.3.1 Prinsip Kerja Geophone .........................................................14 2.3.2 Solusi Homogen .....................................................................16 2.3.3 Solusi Khusus .........................................................................18 2.3.4 Solusi Umum ..........................................................................18 2.3.5 Sensitivitas Geophone ............................................................21 2.4 Penguat Instrumentasi .....................................................................22 2.5 Rangkaian Filter ..............................................................................23 2.6 Rangkaian Clamper .........................................................................25 2.7 Analog to Digital Converter (ADC) ................................................26 2.8 Komunikasi Serial ...........................................................................29 2.8.1 Max-232 .................................................................................33 2.9 Mikrokontroler H8/3069F ...............................................................34 2.10 Python ............................................................................................40 2.11 DataBase MySQL .........................................................................39 BAB 3 PERANCANGAN ALAT.......................................................................42 3.1 Perangkat Keras ..............................................................................42 3.1.1 Rangkaian Penguat Instrumentasi .........................................43 3.1.2 Rangkaian Low Pass Filter ...................................................44 3.1.3 Rangkaian Clamper ...............................................................47 3.1.4 Pengkonversi Analog ke Digital Internal Mikrokontroler H8/3069F ..............................................................................47

ix



3.2 Perangkat Lunak .............................................................................51 3.2.1 Pemrograman ADC Internal Mikrokontroler H8/3069F .......51 3.2.2 Pemrograman Tampilan GUI (Graphical User Interface) Python ...................................................................................53 3.2.3 Penyimpanan Data .................................................................54 BAB 4 ANALISA HASIL PENELITIAN .........................................................56 4.1 Perangkat Keras ...............................................................................56 4.1.1 Uji keluaran geophone............................................................56 4.1.2 Uji Rangkaian Penguat Instrumentasi ....................................57 4.1.3 Uji Rangkaian Low Pass Filter ..............................................59 4.1.4 Uji Linearitas Rangkaian ADC (Analog to Digital Converter) Internal Mikrokontroler H8/3069F ........................................62 4.1.5 Uji Sistem Akuisisi Data Gelombang Seismik.......................65 4.2 Perangkat Lunak ..............................................................................65 4.2.1 Pemrograman ADC Internal Mikrokontroler H8/3069F Mode Scan ........................................................................................65 4.2.2 Pemrograman GUI Python Sistem Akuisisi Data Gelombang . Seismik ...................................................................................67 4.3 Hasil Data Lapangan ......................................................................68 BAB 5 PENUTUP .............................................................................................72 5.1 Kesimpulan .....................................................................................72 5.2 Saran ...............................................................................................72 DAFTAR ACUAN ............................................................................................... 73

x



DAFTAR TABEL Tabel 2.1. Daftar fungsi Pin DB-25 dan DB-9 ......................................................31 Tabel 2.2. Standar port address .............................................................................32 Tabel 3.1. Konfigurasi register ADC internal mikrokontroler H8/3069F ............48 Tabel 3.2. Konfigurasi pin ADC internal mikrokontoler H8/3069F ......................49 Tabel 3.3 Posisi DIP Switch mode writing ............................................................53 Tabel 3.4 Posisi DIP switch mode reading ............................................................53 Table 4.1 Data penguatan rangkaian penguat instrumentasi..................................56 Tabel 4.2 Nilai input dan output pada filter setiap variasi kenaikan frekuensi 5 Hz ...............................................................................................................58 Tabel 4.3 Tegangan input dan output pada ADC internal mikrokontroler H8/3069F ...............................................................................................61

xi



DAFTAR GAMBAR Gambar 1.1

Skematik perancangan sistem ..........................................................3

Gambar 1.2

Alur tahap penelitian ........................................................................4

Gambar 2.1

Sinyal seismik akibat pemampatan dan peregangan partikel medium oleh sumber usikan ............................................................7

Gambar 2.2

Gelombang primer ...........................................................................8

Gambar 2.3

Gelombang sekunder........................................................................9

Gambar 2.4

Gelombang Rayleigh ......................................................................10

Gambar 2.5

Gelombang Love ............................................................................10

Gambar 2.6

Hukum Snellius ..............................................................................12

Gambar 2.7

Perambatan gelombang seismik pada lapisan bumi .......................12

Gambar 2.8

Geophone .......................................................................................14

Gambar 2.9

Model sensor geophone dengan satu derajat kebebasan (a) Model geophone; (b) Massa lilitan yang bergerak bebas ..........................15

Gambar 2.10 Bentuk-bentuk solusi homogen ......................................................17 Gambar 2.11 Bentuk solusi umum.......................................................................19 Gambar 2.12 Fungsi respon frekuensi .................................................................20 Gambar 2.13 Sensor geophone dengan analisis rangkaian .................................21 Gambar 2.14 Rangkaian penguat instrumentasi ..................................................23 Gambar 2.15 Respon low pass filter ....................................................................24 Gambar 2.16 Respon high pass filter ...................................................................24 Gambar 2.17 Respon band pass filter .................................................................25 Gambar 2.18 Respon band reject filter ................................................................25 Gambar 2.19 Rangkaian clamper;(a) positive clamper; (b) negative clamper ....26 Gambar 2.20 Rangkaian dasar integrating converter ..........................................27 Gambar 2.21 Rangkaian dasar SAR ADC ...........................................................28 Gambar 2.22

Rangkaian flash ADC 3-bit ...........................................................29

Gambar 2.23 Urutan Letak Pin Female RS232 DB-9..........................................31 Gambar 2.24 Urutan Letak Pin Male RS232 DB9 ..............................................31 Gambar 2.25 Konfigurasi pin MAX232 ..............................................................33 Gambar 2.26 Diagram Logika MAX232 .............................................................33

xii



Gambar 2.27 Rangkaian Sederhana MAX232.....................................................34 Gambar 2.28 Perkembangan Mikrokontroler H8 ................................................34 Gambar 2.29 Daftar

perkembangan

mikrokontroler

yang

menggunakan

mikroprocessor H8/300H ...............................................................35 Gambar 2.30 Fitur-fitur dari mikrokontroler H8/3069F ......................................36 Gambar 2.31 Peta memori mode single-chip ......................................................39 Gambar 3.1

Blok diagram sistem akuisisi data seismik ....................................43

Gambar 3.2

Konfigurasi pin IC TL084..............................................................43

Gambar 3.3

Perancangan rangkaian penguat instrumentasi ..............................44

Gambar 3.4

Skematik rangkaian low pass filter orde II ....................................45

Gambar 3.5

Blok diagram ADC internal mikrokontroler H8/3069F .................48

Gambar 3.6

Read only register 16 bit ................................................................49

Gambar 3.7

A/D Control/Status Register (ADCSR)..........................................51

Gambar 3.8

A/D control register (ADCR) ........................................................51

Gambar 3.9

Alur operasi ADC mode scan ........................................................52

Gambar 3.10 Langkah-langkah saat melakukan writing program ADC internal mikrokontroler H8/3069F ..............................................................53 Gambar 3.11 Flowchart tampilan GUI Python ....................................................54 Gambar 3.12 Database MySQL ..........................................................................55 Gambar 4.1

Gelombang keluaran geophone ......................................................56

Gambar 4.2

Grafik penguatan rangkaian penguat instrumentasi .......................58

Gambar 4.3

Input dan output rangkaian penguatan instrumentasi.....................59

Gambar 4.4

Grafik respon frekuensi low pass filter ..........................................61

Gambar 4.5

Respon input dan output low pass filter terhadap kenaikan frekuensi ........................................................................................61

Gambar 4.6

(a) Respon output desimal terhadap tegangan input (b) Respon tegangan konversi terhadap tegangan input ADC internal mikrokontroler H8/3069F ..............................................................64

Gambar 4.7

Pengujian sistem terhadap sinyal diatas frekuensi cutoff ...............65

Gambar 4.8

Flowchart pemrograman adc internal mikrokontoler H8/3069F mode scan ......................................................................................66

Gambar 4.9

Hasil konversi ADC pada hyperterminal .......................................67

xiii



Gambar 4.10 GUI sistem akuisisi data gelombang seismik ................................68 Gambar 4.11 Uji sistem terhadap sumber getaran buatan dengan jarak 10 cm ...68 Gambar 4.12 Uji sistem terhadap sumber getaran buatan dengan jarak 1 m .......69 Gambar 4.13 Konfigurasi sumber getaran dengan geophone ..............................70 Gambar 4.14 Gelombang keluaran konfigurasi mid line split spread point ........70 Gambar 4.15

Gelombang keluaran konfigurasi off-end reverse shot point ........70

xiv



BAB I PENDAHULUAN

1.1

Latar Belakang Masalah Mikrokontroler 16 bit H8/3069F telah diaplikasikan pada pengontrolan

putaran lengan robot (Wicaksono, 2007), pengontrolan temperatur di dalam ruang inkubator bayi (Putra, 2008), dan pada rancangan osiloskop digital (Alfa JK, 2008). Akan tetapi, semua aplikasi tersebut belum menggunakan sensor yang mengeluarkan fluktuasi tegangan yang tinggi sebagaimana keluaran sensor geophone. Geophone adalah sensor yang berfungsi mengubah getaran mekanik menjadi sinyal listrik yang terjadi karena gerak relatif antara koil dengan magnet di dalamnya (Telford, 1976). Sensor ini digunakan pada proses akuisisi gelombang seismik di daerah yang diduga mengandung hidrokarbon seperti minyak dan gas bumi. Sistem akusisi gelombang seismik yang dijual di pasaran harganya relatif mahal karena masih impor dari luar negeri. Hal ini menjadi kendala tersendiri bagi perguruan tinggi dalam pengadaan sarana untuk praktikum geofisika. Untuk mengatasi kendala tersebut, pada penelitian ini saya akan membuat rancangan sistem akuisisi gelombang seismik multikanal dengan menggunakan delapan buah sensor geophone. Sistem akuisisi data dapat didefinisikan sebagai suatu sistem yang berfungsi untuk mengambil, mengumpulkan, dan menyiapkan data hingga memprosesnya untuk menghasilkan data yang dikehendaki (Hasan, 1999). Salah satu sistem akuisisi data tersebut adalah sistem akuisisi data gelombang seismik dengan input multikanal. Gelombang seismik adalah gelombang mekanis yang muncul akibat adanya getaran pada permukaan bumi (Lowrie, 2007). Sistem akuisisi ini menggunakan metode seismik yang memanfaatkan penjalaran gelombang akustik atau elastik di bawah permukaan bumi untuk mendapatkan informasi mengenai litologi dan fluida bawah permukaan bumi sehingga kita dapat menentukan keberadaan air ataupun sumber daya mineral lainnya (Kirsch, 2006).

15 Universitas Indonesia Perancangan sistem..., Mohamad Kurnadi, FMIPA UI, 2009

16

Sistem akuisisi data gelombang seismik dengan input multikanal ini menggunakan mikrokontroler 16-bit H8/3069F yang di dalamnya terdapat microprocessor H8/300h. Penggunaan mikrokontroler keluarga H8 dimaksudkan untuk mempermudah migrasi pembelajaran dari mikrokontroler 8-bit ke 16-bit. Disamping itu mikrokontroler H8/3069F juga memiliki pheriperal dan fitur yang lebih banyak serta konsumsi power yang lebih rendah sehingga menjadikannya lebih baik (Renesas, 2009). Pengontrolan mikrokontroler H8/3069F

ini

menggunakan bahasa C dan dengan kompiler motorola yang membuat file format ”.mot”. Selain itu, sistem akuisisi data ini juga menggunakan GUI (Graphic User Interface) berbasis Python yang open-source dan multiplatform sehingga menjadikan

sistem

ini

murah

dan

dapat

dijalankan

pada

beberapa

platform/operating system komputer. Dalam penyimpanan data, sistem ini menggunakan database MySQL. Dengan memanfaatkan alat ini maka kebutuhan akan peralatan sistem akuisisi data seismik dapat diperoleh dengan biaya yang lebih murah dan menjamin ketepatan data yang dihasilkan. 1.2

Batasan Masalah Pada perancangan sistem akuisisi data ini hanya dibatasi pada delapan

input. Pada perancangan perangkat keras digunakan penguat instrumentasi, low pass filter, rangkaian dc clamper, pengkonversi tegangan analog ke digital (Analog to Digital Converter) internal mikrokontroler H8/3069F, serta mikrokontroler H8/3069F sebagai pusat kontrol dan pengolahan data. Sedangkan pada perangkat lunaknya digunakan GUI (Graphic User Interface) yang menggunakan bahasa pemrograman Python sebagai media komunikasi antara pengguna dengan sistem dan database MySQL sebagai penyimpan data. 1.3

Tujuan dan Manfaat Penelitian 1. Mempelajari dan memahami akuisisi data dengan mikrokontroler H8/3069F. 2. Merancang sistem akuisisi data gelombang seismik dengan menggunakan Mikrokontroler H8/3069F dan GUI berbasis Python.

Universitas Indonesia Perancangan sistem..., Mohamad Kurnadi, FMIPA UI, 2009

17

1.4

Metodologi Penelitian Metode penelitian yang dilakukan terdiri dari beberapa tahap antara lain: a. Studi Peralatan Studi peralatan digunakan penulis untuk mempelajari karakteristik dan spesifikasi alat yang akan digunakan, sehingga penulis mendapatkan pembelajaran yang tepat tentang alat yang akan dipakai. b. Studi Literatur Studi literatur dilakukan untuk memperoleh informasi, landasan teori, dan pustaka yang berkaitan dengan masalah ini diperoleh dari literatur, penjelasan yang diberikan dosen pembimbing, rekan-rekan mahasiswa, internet, dan buku-buku yang berhubungan dengan tugas akhir penulis. c. Penelitian Laboratorium Penelitian laboratorium dilakukan untuk merakit, membuat alat, dan menganalisis alat yang telah dibuat. d. Pengambilan Data Data yang diambil adalah data seismoelektrik yang terdapat di lapangan. Berikut ini merupakan skematik perancangan sistem akusisi data

gelombang seismik: Ge ophone (8

ADC

Peng kondisi Sinyal

(Analog Digital C

) 10 bi

Mikro kontroler

Data base MySQL Displ

PC (Personal

ay Gambar 1.1 Skematik perancangan sistem


18

Addapun alur tahapan paada perancaangan sistem m akuisisi data gelom mbang seismik inni adalah: Studi teentang geopphone

Sttudi dan perrancangan pengkondisi p i sinyal

Pemroograman AD DC internal mikrokontrroler H H8/3069F

Pemrogramaan akuisisi data P d 8 kanall mikrokoontroler H8/3069F

P Perancangan n GUI berbaasis Python

Pengaambilan dataa dan peng gujian softw ware

Pembah hasan dan annalisis G Gambar 1.2 Alur tahap penelitian

1.5

Sisstematika Penulisan P Sisstematika penulisan skkripsi terdirii dari lima bab b yang seecara garis besar

dapat diurraikan sebaggai berikut: 1. Bab 1 Penndahuluan Baab ini mem muat tentang g latar belakkang dari peenelitian, tu ujuan, metode yaang digunakkan, dan jug ga pembatassan masalahh pada peneelitian yang dilakkukan. 2. Bab 2 Lanndasan Teori Baab ini memuat seccara garis besar teoori dasar yang berhubunngan dengann penelitian..

Unive ersitas Indo onesia Perancangan sistem..., Mohamad Kurnadi, FMIPA UI, 2009

19

3. Bab 3 Perancangan Alat Bab ini memuat penggunaan perangkat keras dan perangkat lunak yang mendukung aplikasi Python pada sistem akuisisi data gelombang seismik. 4. Bab 4 Analisis Hasil Penelitian Bab ini berisi penjelasan mengenai hasil penelitian dan juga analisis dari sistem akuisisi data gelombang seismik yang telah dibuat. 5. Bab 5 Penutup Bab ini berisi kesimpulan hasil analisis dan saran yang mendukung penelitian agar memberikan hasil yang lebih baik untuk pengembangannya


BAB 2 LANDASAN TEORI

2.1 Gelombang Dalam kehidupan sehari-hari kita tidaklah bisa terlepas dari keberadaan gelombang. Terdapat dua tipe utama gelombang, yaitu gelombang mekanik dan gelombang elektromagnetik. Gelombang mekanik adalah gelombang yang memerlukan medium dalam perambatannya, contohnya gelombang suara, gelombang air, gelombang tali, dan sebagainya. Pada masing-masing contoh tersebut, medium gelombang akan mengalami gangguan sehingga gerak gelombang dapat dipandang sebagai perpindahan energi dan momentum dari satu titik di dalam ruang ke titik lain tanpa perpindahan materi. Sedangkan gelombang gelombang elektromagnetik adalah gelombang yang tidak memerlukan medium dalam perambatannya. Beberapa contoh dari gelombang elektromagnetik adalah gelombang cahaya, gelombang radio, gelombang sinyal televisi, dan gelombang sinar-x. Konsep gelombang bersifat abstrak. Sebagai contoh ketika kita melihat gelombang air, yang kita lihat adalah aliran pada permukaan air. Tanpa adanya air maka tidak terjadi gelombang air. Seperti halnya pada gelombang tali dan gelombang udara, keduanya tidak akan terjadi tanpa adanya tali dan molekul udara. Jadi, gelombang mekanik dapat dikatakan sebagai perambatan gangguan dalam medium rambatnya (Halliday, 1966). 2.2 Gelombang Seismik Gelombang seismik adalah gelombang mekanik yang muncul akibat adanya getaran pada permukaan bumi. Perambatan gelombang seismik adalah perambatan gangguan pada medium elastik sehingga gelombang seismik disebut juga gelombang elastik karena osilasi partikel-partikel medium terjadi akibat interaksi antara gaya gangguan melawan gaya-gaya elastik. Interaksi ini dapat menimbulkan gelombang longitudinal, gelombang transversal, dan kombinasi antara keduanya (Lowrie, 2007).

6 Universitas Indonesia Perancangan sistem..., Mohamad Kurnadi, FMIPA UI, 2009

7

Pada dasarnya gelombang seismik juga merupakan suatu bentuk perambatan energi yang dalam perambatannya mengalami suatu gangguan. Gelombang ini merupakan gelombang suara yang merambat dalam medium elastik. Pada proses ini energinya dapat berubah bentuk menjadi energi gerak dan dapat dipantulkan ke tempat semula.

Gambar 2.1 Sinyal seismik akibat pemampatan dan peregangan partikel medium oleh sumber usikan

Sumber gelombang seismik pada mulanya berasal dari gempa bumi alam yang dapat berupa gempa vulkanik maupun gempa tektonik. Akan tetapi dalam seismik eksplorasi sumber gelombang yang digunakan adalah gelombang seismik buatan. Ada beberapa macam sumber gelombang seismik buatan, seperti: dinamit, benda jatuh, air gun, water gun, vaporchoc, sparker, maupun vibroseis. Sumber

gelombang

seismik

buatan

tersebut

pada

hakekatnya

membangkitkan gangguan sesaat dan lokal yang disebut sebagai gradien tegangan (stress). Gradien tegangan mengakibatkan terganggunya keseimbangan gaya-gaya di dalam medium sehingga terjadi pergeseran titik materi yang menyebabkan deformasi yang menjalar dari suatu titik ke titik lain. Deformasi ini dapat berupa pemampatan dan perenggangan partikel-partikel medium yang menyebabkan osilasi densitas maupun rotasi partikel-partikel medium. Apabila medium bersifat elastik sempurna maka setelah mengalami deformasi sesaat tadi medium kembali ke keadaan semula. Penyelidikan atau eksplorasi seismik merupakan aktivitas pencarian sumber daya alam dan mineral yang ada di bawah permukaan bumi dengan


8

bantuan gelombang seismik. Hasil rekaman yang diperoleh dari survei ini disebut dengan penampang seismik. Didalam eksplorasi seismik, dikenal dua macam metode, yaitu : 1. Metode seismik pantul, dan 2. Metode seismik bias. 2.2.1 Jenis-jenis Gelombang Seismik Ekplorasi seismik didasarkan pada penjalaran dan pemantulan gelombang elastik didalam bumi. Kecepatan penjalaran dan amplitudo (kekuatan sinyal) gelombang tersebut bergantung pada jenis dan densitas batuan didalamnya (Kirsch, 2006). Secara garis besar gelombang seismik dibagi menjadi 3 jenis, yaitu: 1. Menurut cara bergetarnya Menurut cara bergetarnya gelombang seismik dibagi menjadi dua macam yaitu: a. Gelombang Primer (longitudinal wave) Merupakan gelombang longitudinal yang arah gerakannya sejajar dengan arah perambatan gelombang. Peristiwa peregangan yang terjadi bergantian selama partikel-partikel padat yang berdekatan saling mendekat dan menjauh selama setengah gelombang yang arah rambatnya sejajar dengan getaran partikel.

Gambar 2.2 Gelombang primer

Disebut gelombang primer karena datang paling awal dibanding gelombanggelombang yang lain. Kecepatan merambat gelombang ini sekitar 6-7 km/detik di sela-sela batuan.

b. Gelombang Sekunder (transversal wave)


9

Merupakan gelombang transversal yang arah gerakannya tegak lurus dengan arah perambatan gelombang. Arah perambatan gelombang bergerak tegak lurus dengan arah getaran partikelnya. Gelombang ini disebut gelombang sekunder karena datangnya setelah gelombang primer. Gelombang seismik ini merambat di sela-sela batuan dengan kecepatan sekitar 3,5 km/detik (Halliday, 1966).

Gambar 2.3 Gelombang sekunder

Kedua jenis gelombang diatas sering juga disebut gelombang tubuh (body wave). 2. Menurut tempat menjalarnya Berdasarkan tempat menjalarnya, gelombang seismik dapat dibedakan menjadi dua bagian, yaitu gelombang tubuh (body wave) dan gelombang permukaan (surface wave) yaitu gelombang yang menjalar pada permukaan medium. Beberapa tipe gelombang permukaan yaitu: a. Gelombang Rayleigh Gelombang ini hanya menjalar sepanjang permukaan bebas pada medium elastik padat. Partikelnya selalu bergerak dalam bidang datar vertikal yang berbentuk elips dan berlawanan arah dengan bidang rambatnya. Amplitudonya bergerak turun secara eksponensial terhadap kedalaman di bawah permukaan. Gelombang ini menimbulkan efek gerakan tanah yang sirkular, hasilnya tanah bergerak naik turun seperti ombak di laut.


10

Gambar 2.4 Gelombang Rayleigh

b. Gelombang Love Gerakan gelombangnya tegak lurus terhadap arah rambatnya dan bergerak dalam bidang mendatar. Karena gerak partikelnya selalu horizontal maka gelombang love jarang terekam dalam eksplorasi seismik, sebab geophone hanya merekam gelombang vertikal saja. Gelombang ini menimbulkan efek gerakan tanah yang horizontal dan tidak menghasilkan perpindahan vertikal (Lowrie, 2007).

Gambar 2.5 Gelombang Love

2.2.2 Prinsip Perambatan Gelombang Seismik Gelombang

seismik

merupakan

gelombang

yang

perambatannya

memerlukan medium. Oleh karena gelombang seismik berasal dari bumi maka medium rambatnya dapat berupa batuan, tanah, air, atau mineral yang terkandung didalam bumi. Akuisisi dengan metode seismik meliputi perekaman gelombang atau getaran yang dihasilkan oleh sumber getaran buatan baik dengan ledakan maupun sumber

energi

lainnya.

Pelemahan

perambatan

energi

menghasilkan

gaung/pantulan (echos) pada batas antara lapisan batuan. Gelombang gaung atau


11

pantul yang kembali ke permukaan akan membawa informasi seperti cepat rambat gelombang seismik yang menginterpretasikan gambaran bawah permukaan pada daerah penelitian (Gadallah, 2009). Prinsip perambatan gelombang seismik didasarkan pada beberapa teori, yaitu: a. Asas Hyugens Setiap titik pada muka gelombang dapat dianggap sebagai

sumber

gelombang baru. Garis-garis yang tegak lurus pada muka gelombang disebut dengan gelombang maju dan arahnya sama dengan arah rambat gelombang. Pada medium homogen yang isotropik muka gelombang tersebut akan disebar ke segala arah berbentuk spheris. b. Teori Malus Interval waktu antara titik-titik yang berkorespodensi dari dua muka gelombang adalah sama untuk setiap pasangan titik yang berkorespodensi. c. Prinsip Fermat Menyatakan bahwa waktu yang diperlukan oleh gelombang untuk menempuh jarak dari suatu titik ke titik yang lain akan mengambil lintasan dengan waktu tempuh yang minimum. d. Hukum Snellius Bila seberkas gelombang menumbuk bidang batas antara dua medium yang berbeda, maka gelombang tersebut akan mengikuti hukum Snellius. Hukum Snellius menyatakan bahwa: 1. Sudut datang sama dengan sudut pantul 2. Sudut refleksi dan sudut datang mengikuti hubungan:

sin i V1

=

sin r V2

(2.1)

dengan: i : besar sudut antara sinar datang dengan garis normal pada medium ke-1. r : besar sudut antara sinar bias dengan garis normal pada medium ke-2. v1,v2 : cepat rambat gelombang pada medium ke-1 dan medium ke-2.


12

Gambar 2.6 Hukum Snellius

Untuk sudut kritis Ic pada saat sudut bias r = 90º, maka didapat: V SinI c = 1 V2

(2.2)

e. Prinsip balik cahaya Berdasarkan hukum Snellius untuk refleksi dan refraksi, jika suatu berkas gelombang dipantulkan maka arah lintasannya akan kembali melewati lintasan semula. f. Difraksi Setiap titik pada muka gelombang dapat dianggap sebagai sumber gelombang-gelombang kecil yang menyebar maju dengan laju yang sama dengan laju gelombang itu sendiri. Saat gelombang seismik menumbuk permukaan yang tidak teratur, maka dapat dikatakan permukaan tersebut bekerja sebagai titik sumber untuk gelombang pantul dalam semua arah sesuai dengan prinsip Huygens.

Gambar 2.7 Perambatan gelombang seismik pada lapisan bumi


13

Pada gambar 2.7 terlihat bahwa berbagai macam penjalaran gelombang seismik dari sebuah sumber ledakan S menuju ke 3 buah perekam geophone G1,G2, dan G3. 1. Gelombang langsung : SG1,SG2,SG3. 2. Gelombang pantul : SAG1 pada bidang batas lapisan 1 dan 2, AEC pada bidang batas lapisan 2 dan 3. 3. Gelombang bias : SBDG3. 2.3 Geophone Geophone merupakan sebuah alat yang sangat penting dalam ekplorasi seismik. Alat ini berfungsi untuk mendeteksi dan merekam gelombang seismik yang ada pada permukaan tanah. Layaknya sebuah sensor yang mengubah besaran fisika menjadi besaran fisika lainnya khususnya besaran listrik, geophone akan mengkonversi pergerakan tanah menjadi tegangan. Geophone banyak digunakan pada banyak aplikasi seperti untuk gempa bumi, eksplorasi minyak, pertambangan dan sumber daya alam lainnya. Geophone umumnya digunakan di atas permukaan tanah. Alat ini bekerja dengan prinsip induksi elektromagnetik. Pada umumnya geophone terdiri atas dua buah komponen utama yaitu kumparan dan magnet permanen. Salah satu dari komponen tersebut diletakkan menyatu dengan permukaan bumi sedemikian rupa sehingga akan mengikuti getaran bumi bila ada gelombang seismik yang menjalar di permukaan. Sedangkan komponen lainnya tergantung pada pegas dan dianggap tidak bergerak ketika ada gelombang seismik yang datang. Ketika permukaan tanah bergerak vertikal, magnet akan bergerak relatif terhadap koil atau kumparan. Gerakan relatif antara komponen yang diam dan bergerak akibat dari gerakan vertikal bumi akan menimbulkan tegangan induksi diantara terminal koil. Tegangan yang dihasilkan oleh geophone sebanding dengan:

Kuatnya medan magnet yang dihasilkan oleh magnet permanen, Jumlah lilitan kawat, Diameter kumparan, dan Kecepatan gerak kumparan terhadap magnet.


14

Gambar 2.8 Geophone

Tegangan induksi yang terjadi pada geophone ternyata mampu membawa informasi mengenai keadaan lapisan tanah pada permukaan bumi. Kumparan geophone dan pegas merupakan sebuah sistem osilator dengan frekuensi alami antara 4-15 Hz untuk refleksi dan 1-10 Hz untuk refraksi. Kumparan akan terus berosilasi setelah tidak ada getaran, maka diperlukan sebuah gerakan untuk meredamnya. Hal ini didapatkan pada bagian lilitan kawat di sebuah logam (Telford, 1976).

2.3.1 Prinsip Kerja Geophone Secara umum gaya-gaya yang bekerja pada lilitan kawat geophone antara lain: 1. Gaya berat, m

d 2z dt2

d 2z dt 2

dengan ketentuan, m adalah massa lilitan dan

adalah percepatan getaran lilitan kawat terhadap magnet dan z

adalah jarak pergeseran vertikal lilitan relatif terhadap magnet. 2. Gaya pegas dari gerakan lilitan yang berosilasi secara vertikal, F1 = −kz dengan ketentuan k adalah konstanta pegas.


15

3. Gaya redaman mekanik yang dialami lilitan saat bergetar, dz F2 = − D dt dengan D adalah konstanta redaman mekanik.

4. Gaya listrik yang diakibatkan oleh induksi magnet, F = Bli dengan B 3 adalah induksi magnet, l adalah panjang lilitan kawat dan i adalah arus induksi. Sebuah model pada gambar 2.9 akan memperlihatkan secara sederhana pengaruh dari gaya-gaya yang telah disebutkan diatas.

Gambar 2.9 Model sensor geophone dengan satu derajat kebebasan (a) Model geophone; (b) Massa lilitan yang bergerak bebas

Persamaan gerak lilitan kawat geophone dengan satu derajat kebebasan dapat diturunkan dari hukum Newton II yaitu:

m

d2y

⎛ dy dx ⎞ C + ⎜ − ⎟ + k ( y − x) = 0 ⎝ dt dt ⎠ dt 2

(2.3)

dengan: m = massa lilitan kawat C = konstanta redaman mekanik dan listrik k = konstanta pegas Asumsi yang digunakan untuk model itu adalah y > x dan

dy dx . Jika > dt dt

pergeseran relatif antara lilitan kawat dan magnet dalam arah vertikal (z) memenuhi persamaan z = y –x, maka persamaan 2.3 menjadi:


16

d 2z

dz d 2x m 2 + C + kz = −m 2 dt dt dt

(2.4)

Jika getaran tanah dianggap sinusoidal maka:

x = X oe

jωt

dx j ωt = jω X o e dt

d 2x jωt = −ω 2 X o e dt 2

Maka akan diperoleh :

m

d 2z

dz jωt C + + kz = −mω 2 X o e 2 dt dt

(2.5)

Persamaan 2.5 dapat ditulis dalam bentuk lain yaitu:

d 2z dt

2

+ 2β

dengan ketentuan:

dz jωt + ω 2z = ω2 X oe n dt

β=

C 2m

ω

n

(2.6)

2 = k

m

Persamaan 2.6 berbentuk persamaan diffrensial orde dua. Ada dua macam solusi yaitu solusi homogen (complementary solution), Ζ c (t ) dan solusi khusus (particulary solution), Ζ p (t ) . Bentuk solusi umumnya ditulis sebagai:

Ζ(t ) = Ζ c (t ) + Ζ p (t )

(2.7)

2.3.2 Solusi Homogen Solusi homogen diperoleh dengan membuat ruas kanan persamaan 2.6 menjadi bernilai nol. d 2z dz + 2β + ω 2z = 0 n 2 dt dt

(2.8)

Maka solusi homogen berbentuk


17

Ζ c (t ) = e − β t A1e

⎛ ⎞ 2 ⎜ β − ω 2t ⎟ n ⎠ ⎝

+ A2e

⎛ ⎞ 2 ⎜ − β − ω 2t ⎟ n ⎠ ⎝

(2.9)

Solusi homogen tersebut dapat dianalisis lebih lanjut sehingga diperoleh 3 macam solusi homogen yaitu:

ω

a) Underdamp: 2

n

2

; Ζ c (t ) = Ae − β t Cos (ω1t − δ )

(2.10a)

; Ζ c (t ) = ( A + Bt )e − β t

(2.10b)

ω t −ω t 2 ] ; Ζ c (t ) = e − β t [ A e 2 + A e 1 2

(2.10c)

> β2

2

dengan ω1 = ω n − β 2 b) Critical damped:

ω

n

2

c) Overdamped: ω 2 < β 2 n 2

dengan ω 2 = β 2 − ω n

= β2

2

Gambar 2.10 Bentuk-bentuk solusi homogen

Ketiga solusi tersebut menunjukkan bahwa pada t yang cukup besar, semua solusi homogen mendekati nol secara eksponensial. Pada kondisi Underdamp, amplitudo semakin melemah secara eksponensial. Rasio antara dua amplitudo pada kondisi ini adalah:


18

Ae

− βt Ae βτ =e − β (t + τ )

(2.11)

dimana τ adalah rentang waktu antara kedua amplitudo tersebut. Persamaan ini dipakai untuk menentukan konstanta redaman (β) suatu geophone. 2.3.3 Solusi Khusus Solusi khusus untuk persamaan 2.6 diperoleh sebagai berikut:

Ζ p (t ) =

r2X

o 1

e

j (ωt − δ )

(2.12)

2 ⎤ 2 ⎡ 2 2 ⎢⎛⎜1 − r ⎞⎟ + (2dr ) ⎥ ⎠ ⎥⎦ ⎢⎣⎝

Dengan δ = tan −1 redaman d =

ω 2dr adalah beda fase, rasio frekuensi r = dan faktor 2 ωn 1− r

β . Harga d selalu lebih kecil dari 1. ωn

Solusi khusus yang dinyatakan pada persamaan 2.12 tidak pernah mendekati nol ketika t membesar, melainkan tetap berosilasi dengan frekuensi (ω) yaitu frekuensi sumber getar. Hal ini sangat bertolak belakang dengan solusi homogen seperti yang telah dijelaskan sebelumnya.

2.3.4 Solusi Umum Solusi umum diperoleh dengan menggabungkan kedua solusi tersebut seperti dinyatakan pada persamaan (2.7). Gambar 2.10 memperlihatkan bentuk kurva osilasi umum pada kondisi underdamp untuk β dan ω yang berbeda. Terlihat bahwa untuk ω < ω1, kurva mengalami distorsi sinusoidal sedangkan ω>ω1kurva mengalami efek modulasi.


19

Perlu juga ditegaskan disini bahwa jika konstanta redaman (β) kecil maka harga ω1 mendekati frekuensi alamiah ωn dan kurva solusi umumnya berbentuk sinus yang hampir sempurna.

Gambar 2.11 Bentuk solusi umum

Solusi homogen dikenal dengan respon transient sedangkan solusi khusus dikenal dengan respon steady state. Persamaan 2.12 dapat ditulis dalam bentuk: Ζ p (t ) = Η (r )X 0 e

dengan

Η (r ) =

jω t

r2 2 ⎡⎛ 2 ⎢⎜1 − r ⎞⎟ ⎠ ⎢⎣⎝

1 ⎤2 + (2dr )2 ⎥ ⎥⎦

(2.13)

e

jδ

(2.14)

Η (r ) disebut juga fungsi respon frekuensi dan lebih sering ditulis dalam bentuk Η (ω ) . Bentuk kurva fungsi Η (ω ) untuk variasi harga rasio frekuensi (r) adalah:


20

Gambar 2.12 Fungsi respon frekuensi

Gambar 2.12 menunjukan bahwa setiap sensor geophone harus memiliki frekuensi alamiah yang cukup rendah. Kondisi resonansi pada saat ω = ωn akan mengakibatkan Η (ω ) melonjak cukup besar. Hal ini sama sekali tidak menguntungkan bagi siapa yang ingin mengukur frekuensi getaran tanah. Oleh karena itu sebelum melakukan pengukuran getaran bumi hendaknya frekuensi alamiah geophone harus sudah diketahui dan frekuensi yang

akan dideteksi

geophone harus berada di sebelah kanan r =1, sesuai dengan gambar 2.12. Hal yang mendukung pernyataan ini dapat dilihat dari persamaan 2.12. Jika r >>1 dan

δ → π maka persamaan tersebut menjadi:

Ζ p (t ) =

r2X

( )

o 1

e

j (ωt − π )

= − X 0e

jωt

= − x(t )

(2.15)

⎡ 2 2⎤ 2 ⎢−r ⎥ ⎣ ⎦ Tanda negatif pada x(t) menunjukkan arah gerak yang berlawanan antara Ζ p (t ) dan x(t). Kondisi ini juga berlaku untuk respon magnitude kecepatan Ζ p (t ) .


21

d Ζ p (t ) d (t )

r 2 jω X

=

o 1

e

j (ωt − δ )

(2.16)

2 ⎡⎛ 2⎤ 2 2 ⎢⎜1 − r ⎞⎟ + (2rd ) ⎥ ⎠ ⎢⎣⎝ ⎥⎦

Untuk r >>1 dan δ → π ,maka

d Ζ p (t ) d (t )

= − jωX 0 e

jωt

=

dx(t ) d (t )

(2.17)

Jadi dapat ditarik kesimpulan bahwa kecepatan z(t) sama dengan kecepatan x(t). 2.3.5 Sensitivitas Geophone Seperti yang telah dibahas sebelumnya bahwa kecepatan getaran dari lilitan kawat terhadap magnet akan menimbulkan tegangan induksi. Disini terjadi transfer energi mekanik menjadi energi listrik. Dalam perumusannya ditulis sebagai berikut:

ε = Bl

dz dt

(2.18)

Gambar 2.13 Sensor geophone dengan analisis rangkaian

Dengan menggunakan analisis secara rangkaian elektronika dengan menambah resistor peredam (Rd) maka tegangan keluaran menjadi :


22

⎛ Rd ⎞ ⎟ε ⎝ Rd + Rc ⎠

ε =⎜ 0

(2.19)

Dengan Rc adalah nilai hambatan yang terkandung pada lilitan. Tegangan yang dihasilkan per satuan kecepatan disebut sensitivitas intrinsik efektif dari geophone yang dilambangkan dengan G. Maka diperoleh sensitivitas intrinsik efektif yaitu:

G =

ε

ε0

⎛ dt Rd ⎞ =⎜ ⎟ε ⎛ dz ⎞ ⎝ dz Rd + Rc ⎠ ⎜ ⎟ ⎝ dt ⎠

(2.20)

Dalam bentuk yang lebih lengkap dapat dilihat hubungan antara tegangan induksi dengan kecepatan getaran tanah dapat ditulis kembali sebagai :

⎛ Rd ⎞ dz ⎟ Bl ⎝ Rd + Rc ⎠ dt

ε =⎜ 0

(2.21)

2.4 Penguat Instrumentasi (Instrumentation Amplifier) Dalam perancangan suatu sistem pengukuran ataupun akuisisi data terkadang diperlukan suatu rangkaian penguat yang berfungsi menguatkan sinyalsinyal rendah seperti sinyal tubuh ataupun sinyal seismik. Salah satu rangkaian penguat yang dapat digunakan adalah penguat instrumentasi (instrumentation amplifier) atau yang disebut juga penguat transduser atau penguat beda. Penguat instrumentasi adalah rangkaian op-amp yang digunakan untuk memperkuat sinyal dari transduser, umumnya sinyalnya sangat rendah didalam sinyal common yang tinggi. Oleh karena itu, penguat instrumentasi harus memiliki penguat yang besar, offset yang rendah, dan CMMR yang tinggi. Pada dasarnya, penguat instrumentasi terdiri dari tiga buah penguat operasional (operational amplifier). Dua buah op-amp pertama sebagai buffer sedangkan op-amp ketiga sebagai penguat beda (differensial amplifier) seperti ditunjukkan pada gambar 2.14 dibawah (Wijaya, 2007).


23

Penguat intrumentasi memiliki semua sifat dari op-amp, yaitu: 1. 2. 3. 4. 5.

Penguatan besar Impedansi input tinggi Impedansi output rendah Tegangan offset rendah CMRR (Common Mode Rejection Ratio) tinggi

Gambar 2.14 Rangkaian penguat instrumentasi

2.5 Rangkaian Filter Rangkaian filter adalah suatu rangkaian yang digunakan untuk melewatkan gelombang frekuensi yang kita harapkan. Berdasarkan penggunaan komponennya, filter dapat dibedakan menjadi dua macam, yaitu filter aktif dan pasif. Dikatakan filter aktif karena selain menggunakan resistor dan kapasitor, filter ini juga menggunakan komponen aktif yaitu op-amp (operational amplifier). Filter ini juga dapat menghasilkan penguatan terhadap sinyal inputnya (Faulkenberry, 1982). Besarnya nilai tanggapan biasa dinyatakan dalam volt ataupun dalan dB dengan bentuk respon yang berbeda pada setiap jenis filter. Besar nilai respon dapat diperoleh dari perhitungan fungsi:

(2.22)


24

Dengan : Hs

: fungsi transfer

Vout : tegang keluaran Vin : tegangan masukan Setiap filter mempunyai frekuensi cutoff yaitu frequensi ketika penguatan atau amplitudonya melemah sebesar 0,707 atau 3dB. Berdasarkan frekuensi yang dilewatkannya, filter dibedakan menjadi 4 macam, yaitu : 1. Low pass filter Adalah jenis filter yang melewatkan frekuensi rendah serta meredam frekuensi tinggi, dengan bentuk respon seperti tampak pada gambar,

Gambar 2.15 Respon low pass filter

2. High pass filter Merupakan filter yang melewatkan frekuensi tinggi dan meredam frekuensi rendah.

Gambar 2.16 Respon high pass filter

3. Band Pass Filter Filter yang melewatkan suatu rentang frekuensi tertentu. Dalam perancangannya diperhitungkan nilai Q (faktor mutu), yaitu hubungan antara frekuensi tengah yang dilewatkan dengan frekuensi ketika penguatan atau amplitudo melemah sebesar 3 dB.


25

(2.23) Dimana: Q = faktor mutu f0 = frekuensi tengah f1 = frekuensi 3 dB bawah f2 = frekuensi 3 dB atas

Gambar 2.17 Respon band pass filter

4. Band Reject filter Filter yang menolah suatu rentang frekuensi tertentu. Sama seperti bandpass filter, band reject juga memperhitungkan faktor mutu.

Gambar 2.18 Respon band reject filter

2.6 Rangkaian Clamper Salah satu pengkondisi sinyal yang menggunakan dioda adalah rangkaian dc clamper. Rangkaian ini bekerja dengan menambahkan tegangan dc ke sinyal masukan. Sebagai contoh, apabila sinyal input berayun antara -10 V sampai 10 V maka dc clamper positif akan menghasilkan output yang idealnya sebesar 0 sampai +20 V sedangkan pada dc clamper negatif akan sebesar 0 sampai -20 V (Malvino, 1993).


26

C1 1

V1

3

10mF

12 Vrms V 60 Hz H 0°

D1 1N1202C

R1 1kΩ

0

(a) C1 1 1

V1

3

10 0mF

12 Vrm ms 60 Hz z 0°

D1 1 1N N1202C

R1 1kΩ

0

(b) G Gambar 2.19 Rangkaian R claamper;(a) possitive clamper;; (b) negative clamper

2.7 Analogg to Digitall Converterr (ADC) Paada umumnyya besaran di alam adaalah besarann analog yaang memilik ki ciri bahwa perrubahan nillai dari besaran tersebu ut bersifat smooth, seddangkan beesaran digital nilaainya berjennjang yaitu ada satu nillai perubahaan terendah. Suuatu sinyal analog a jika diolah d deng gan pengolaah analog haasilnya jugaa akan analog, seedangkan siinyal digitall jika diolah h oleh penggolah digitaal maka hassilnya juga akan digital. Pem mrosesan seecara digitall seringkali diperlukan karena mem miliki keuntungaan dibandinggkan dengaan pemrosessan secara analog, a dianttaranya adaalah :

L Lebih keball terhadap noise, n

L Lebih mudaah diproses,

L Lebih mudaah diperbaikki, dan

L Lebih muraah

Contoh seederhana daari gejala digital adalaah berjalan menaiki tanngga, sedan ngkan gejala anaalog adalah berjalan b padda undakan.


27

Rangkaian ADC (Analog to Digital Converter) merupakan rangkaian yang berfungsi untuk mengubah sinyal atau besaran analog menjadi sinyal digital atau yang lebih dikenal dengan bilangan biner. Umumnya, bilangan biner tersebut kemudian dikelompokkan lagi kedalam bit. Sebagai contoh resolusi sebuah ADC 8 bit, maka ADC tersebut dapat mengkodekan nilai input sebanyak 28 = 256 level sinyal input analog yang berbeda. Terdapat beberapa metode untuk mengkonversi sinyal analog menjadi digital, diantaranya adalah : 1. Integrating Converter ADC pada tipe ini menggunakan komparator digital, counter, dan DAC (Digital to Analog Converter). Nilai input dibandingkan dengan output dari DAC, jika kedua nilai tersebut belum sama maka sinyal clock tetap bekerja, sebaliknya jika sudah sama/lebih maka proses perhitungan dihentikan. Rangkaian dari ADC tipe ini ditunjukkan pada gambar 2.20. Komparator yang dapat digunakan adalah LM339, sedangkan counter-nya adalah 7493, dan DAC-nya adalah rangkaian R-2R. Pada contoh gambar rangkaian gambar 2.20, tegangan acuan yang digunakan adalah 5 volt, namun jika dikehendaki tegangan lainnya diperlukan buffer open collector diantara counter dengan rangkaian DAC. 12 VCC

J1 VCC Key = Space

5V U3 0 1kΩ

1

U2A 7400N

2 CLOCK

1314 1 2 3

3

INA INB R01 R02

QA QB QC QD

12 9 8 11

2R 6

7 7493N

2R

4 5

2R 2R

R

9 10 11

R

R

2R 0

Gambar 2.20 Rangkaian dasar integrating converter

Rangkaian ADC ini termasuk lambat dan cara mempercepatnya misalnya menggunakan dual slope integrating ADC atau menggunakan SAR ADC. 2. Succesive Approximation Register Analog to Digital Converter (SAR ADC)


28

ADC ini juga menggunakan komparator digital tetapi bekerja dengan teknik yang berbeda dengan metode integrating. Teknik perbandingannya adalah pertama-tama sinyal input akan dibandingkan dengan sinyal digital jika MSB (Most Signifikan Bit) diset (logika 1). Apabila inputnya lebih kecil, MSB=0 dan geser bit pembanding ke kanan dan lakukan pembandingan lagi. Sebaliknya, jika sinyal input lebih besar maka MSB tetap berharga 1 dan set nilai bit sebelah kanannya menjadi 1, demikian seterusnya hingga hasil konversi sesuai.

Gambar 2.21 Rangkaian dasar SAR ADC

3. Flash ADC Pada ADC jenis ini, sinyal input analog langsung dibandingkan dengan beberapa komparator digital. Hasil pembandingannya kemudian dikodekan menjadi format digital. ADC jenis ini merupakan ADC tercepat. Kelemahan ADC ini adalah perlu banyak sekali komparator, untuk N bit perlu 2N-1, sehingga biaya produksinya lebih tinggi dibandingkan metode lainnya (Wijaya, 2007).


29

Gambar 2.22 Rangkaian flash ADC 3-bit

2.8 Komunikasi Serial Komunikasi serial ialah salah satu komunikasi antar perangkat keras dimana pengiriman data dilakukan per bit sehingga lebih lambat dibandingkan komunikasi

paralel.

Beberapa

contoh

komunikasi

serial

adalah

mengkomunikasikan antara handphone dengan mikrokontroler, handphone dengan personal computer (PC), printer dengan PC, dll. Pada PC , komunikasi serial RS232 dapat dilakukan melalui port serial (com port). Komunikasi data serial dapat dilakukan dengan mempresentasikan data dalam bentuk level “1” atau “0”. Interface yang menggunakan port serial lebih sulit dilakukan apabila dibandingkan dengan menggunakan port paralel. Pada umumnya setiap peralatan yang dihubungkan dengan menggunakan port serial harus mengubah kembali transmisi serial menjadi bentuk data paralel sebelum digunakan. Hal ini dapat dilakukan dengan menggunakan UART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter). Namun, ada beberapa kelebihan menggunakan komunikasi serial sehingga cukup sering digunakan, yaitu: 1. Kabel yang digunakan untuk komunikasi dapat lebih panjang. Port serial mengirimkan level “1” sebagai –3 s/d –25 volt dan level “0” sebagai +3 s/d +25 volt, sedangkan port paralel mengirimkan level “0” sebagai 0 volt


30

dan level “1” sebagai 5 volt. Oleh karena itu, port serial memiliki swing maksimum 50 volts, sedangkan port paralel memiliki swing maksimum 5 volt. Hal ini menyebabkan kehilangan tegangan yang disebabkan oleh panjang kabel memiliki pengaruh yang lebih kecil pada komunikasi serial. 2. Kabel yang digunakan lebih sedikit. Komunikasi serial memiliki null modem sehingga hanya memerlukan 3 kabel, sedangkan pada komunikasi paralel memerlukan minimal 8 buah kabel data. 3. Pada peralatan yang menggunakan sinar infra merah sebagai media komunikasi, penggunaan komunikasi data paralel tidak memungkinkan, karena sangat sulit membedakan sinar yang datang dari 8-bit. 4. Komunikasi serial mengurangi jumlah pin yang dibutuhkan pada mikrokontroler. Pada komunikasi serial hanya menggunakan dua buah pin yaitu Transmit Data (TxD) dan Receive Data (RxD). Peralatan yang menggunakan komunikasi serial dapat berupa DCE ( Data Communication Equipment ) atau DTE ( Data Terminal Eqiupment ). DCE seperti modem, plotter, printer, dll. Sedangkan DTE seperti PC dan terminal. Spesifikasi elektrik port serial dinyatakan pada EIA (Electronic Industry Association). Standar ini menetapkan persyaratan antara lain : 1. Logika 0 atau “Space” berupa tegangan +3 dan +25 volt 2. Logika 1 atau “Mark” berupa tegangan antara –3 dan –25 volt 3. Daerah antara –3 dan +3 volt tidak terdefinisi 4. Tegangan rangkaian terbuka (open circuit voltage) terhadap ground tidak melebihi 25 volt. 5. Arus pada hubungan singkat (short circuit current) tidak melabihi 500mA. Konektor yang digunakan pada komunikasi serial data dengan menggunakan serial port dapat berupa konektor DB-25 atau DB-9. Pada penulisan ini konektor yang digunakan adalah DB-9. Konfigurasi fungsi pin pada konektor DB-25 dan DB-9 adalah sebaai berikut:


31

Tabel 2.1 Daftar Fungsi Pin DB-25 dan DB-9 Pin DB25

Pin DB-9

8

1

3

Tanda

Fungsi

DCD (Data Carrier Detect)

Jika modem mendeteksi carrier dari modem lain maka DCD aktif

2

RXD (Receive Data)

Serial data input

2

3

TXD (Transmit Data)

Serial data output

20

4

7

5

GND (Ground)

Signal ground

6

6

DSR (Data Set Ready)

Memberitahu UART bahwa modem siap

4

7

5

8

CTS (Clear To Send)

Menandakan modem siap bertukar data

22

9

RI (Ring Indicator)

Aktif bila ada sinyal masuk

DTR (Data Terminal Ready)

RTS (Request To Send)

Memberitahu bahwa UART siap

Menandakan UART siap bertukar data

Gambar 2.23 Urutan Letak Pin Female RS232 DB-9

Gambar 2.24 Urutan Letak Pin Male RS232 DB9

Jika kecepatan pengiriman dan penerimaan data antara DTE dan DCE tidak sama maka akan terjadi luapan (overflow) pada buffer penerima data. Untuk menghindari hal ini maka diperlukan flow control. Flow control dapat dilakukan dengan dua cara, yaitu dengan hardware atau dengan software. Secara software alur kendali biasanya dinyatakan sebagai Xon dan Xoff. Xon biasanya dinyatakan dengan karakter ASCII 17 sedangkan Xoff dinyatakan dengan karakter ASCII 19. Ketika buffer pada modem telah penuh, modem


32

mengirimkan karakter Xoff sebagai tanda agar komputer menunda pengiriman data. Ketika buffer mempunyai ruang untuk menerima data, maka modem kemudian mengirimkan karakter Xon dan komputer dapat mengirim data kembali. Keuntungan flow control dengan software tidak memerlukan tambahan kabel karena pengiriman karakter Xon dan Xoff dilakukan melalui jalur TXD dan RXD. Akan tetapi, hal ini dapat memperlambat proses komunikasi karena setiap karakter membutuhkan 10-bit. Flow control secara hardware dikenal sebagai RTS atau CTS flow control. Cara menggunakan dua buah kabel pada kabel serial menggantikan pengiriman tambahan karakter pada jalur data sehingga hal ini tidak memperlambat proses komunikasi data. Ketika komputer akan mengirim data maka komputer akan mengaktifkan jalur RTS. Jika modem mempunyai ruang untuk menerima data tersebut maka modem akan membalas dengan mengaktifkan jalur CTS dan kemudian komputer mulai mengirimkan data. Jika modem tidak mempunyai ruang untuk menerima data maka CTS tidak akan dikirimkan. Komunikasi serial RS232 pada PC dilakukan melalui port serial com port. Alamat com port pada PC dapat dilihat pada tabel 2.2. Tabel 2.2 Standard Port Addresses Name

address

IRQ

COM 1

3F8

4

COM 2

2F8

3

COM 3

3E8

4

COM 4

2E8

3

Komunikasi serial RS232 merupakan komunikasi asynchronous sehingga sinyal clock tidak dikirim bersamaan dengan data. Setiap data disinkronisasikan dengan menggunakan start bit dan clock internal pada setiap bit. Port RS232 pada komputer harus memenuhi standar RS232. Agar level tegangan sesuai dengan tegangan TTL atau CMOS diperlukan RS232 level konverter. IC yang banyak digunakan untuk ini adalah MAX-232.


33

2.8.1 Max-232 Max-232 merupakan chip tunggal yang bekerja pada tegangan 5 volt. Tegangan keluaran dari chip ini digunakan sebagai pembangkit sinyal dari RS232. Pada kenyataannya, tidak ada aturan dalam penempatan max-232. Kebanyakan orang menempatkannya pada sebuah connector seperti pada DB-25, tetapi ada juga yang menempatkannya pada peralatan lain karena tempat atau ruang yang tidak cukup pada connector DB-25 dan DB-9. Konfigurasi Pin MAX232 :

Gambar 2.25 Konfigurasi pin MAX232

Gambar 2.26 Diagram Logika MAX232

Rangkaian Sederhana MAX232 :


34

Gambar 2.27 Rangkaian Sederhana MAX232

2.9 Mikrokontroler H8/3069F Seri H8/300H adalah single-chip mikrokomputer berformat tinggi yang mempunyai sebuah central processing unit (CPU) 16-bit sebagai processor-nya. Gambar 2.28 menunjukkan daftar produk dari keluarga H8.

Gambar 2.28 Perkembangan Mikrokontroler H8.

Gambar 2.28 menunjukkan bagaimana seri H8 berkembang. Seri-seri H8 dibagi menjadi dua grup. Pertama adalah seri H8/500 yang menggunakan CPU 16-bit.


35

Kedua adalah seri H8/300 yang menggunakan CPU 8-bit. Produk dari seri ini umumnya digunakan sebagai single-chip mikrokomputer. Seri H8/300H yang merupakan pengembangan dari H8/300 menggunakan CPU 16-bit dan memungkinkan koneksi memori sampai sebesar 16 Mbyte. Produk dari seri ini tidak hanya digunakan sebagai single-chip mikrokomputer, tetapi juga dapat digunakan sebagai multi-chip mikrokomputer yang memungkinkan pemberian memori eksternal. Seri H8S/2000 dikembangkan dengan menambah instruksi dari seri H8/300H. H8S/2000 lebih stabil dan memungkinkan operasi berkecepatan tinggi sampai 33 MHz. Pada daftar H8 juga terdapat seri H8/300L yang merupakan versi low power consumption dari seri H8/300. Pada daftar H8 juga terdapat seri H8/300H tiny yang merupakan versi compact dari seri H8/300H. Mikrokontroler seri H8/300H umumnya digunakan sebagai sarana edukasi di perguruan tinggi.

Gambar 2.29 Daftar perkembangan mikrokontroler yang menggunakan mikroprocessor H8/300H

Gambar 2.29 menunjukkan perkembangan dari seri H8/300H dan bidang aplikasi serta fitur-fiturnya. Produk pertama dari seri H8/300H adalah H8/3003. H8/3003 tidak bisa digunakan sebagai single-chip mikrokomputer karena tidak punya ROM didalamnya. H8/3042 mempunyai ROM dan bisa digunakan sebagai


36

single-chip mikrokomputer. H8/3069F adalah versi pengembangan dari pendahulunya. H8/3069F telah memiliki memori yang diperbesar untuk meningkatkan kecepatannya. FZTAT mengindikasikan bahwa flash memori telah terintegrasi di dalamnya. Tipe flash memori ini adalah EEPROM yang berarti dapat dihapus secara elektrik dan diprogram kembali. Register-register seperti pada telepon selular atau alat-alat lainnya telah tertulis di flash memori. Flash memori adalah ROM maka data dapat disimpan tidak akan hilang walaupun powernya telah mati. Berdasarkan sifatnya yang dapat diprogram maka ROM dapat dimasukkan data. Pada pengembangannya terdapat berbagai macam produk lainnya yang fungsi, kapasitas memori, harga, dan kecepatan operasinya beragam. Mikrokontroler H8/3069F adalah salah satu mikrokontroler yang menggunakan processor H8/300H. H8/3069F mempunyai sebuah internal writable flash memory yang menggunakan single power supply (5V). Perbedaannya dengan keluarga mikrokontroler H8 yang memakai microprocessor H8/300H lainnya adalah kapasitas ROM dan RAM-nya serta fitur lainnya. Gambar 2.30 menunjukkan fitur-fitur pada mikrokontroler H8/3069F.

Gambar 2.30 Fitur-fitur dari mikrokontroler H8/3069F

Fitur-fitur dari CPU - 16-bit CPU yang berperan sebagai general-purpose register Dilengkapi dengan 16-bit x 16 general-purpose register. Dan tersedia juga dalam 8-bit x 8 + 16-bit x 16 atau 32-bit x 8. - CPU berkecepatan tinggi


37

Frekuensi operasi maksimum dari H8/3069F adalah 25MHz. Fungsi penambahan dan pengurangan dapat dieksekusi dalam 80 ns dan perkalian dan pembagian dieksekusi dalam 560 ns. Operasi CPU berbasis pada sinyal clock, semakin tinggi frekuensi sinyal clock-nya maka semakin cepat operasinya. Waktu dari pulsa sinyal clock 25MHz adalah 0.04 microsecond (40 ns), yang disebut “1 state”. Penambahan dan pengurangan diselesaikan dalam “2 state” sedangkan pengalian dan pembagian diselesaikan dalam “14 state”. - Dilengkapi dengan ruang address maksimum sebesar 16M byte.

Berfungsi sebagai single-chip dan multi-chip mikrokomputer Mikrokontroler ini dapat berfungsi sebagai single-chip mikrokomputer karena internal ROM, RAM, dan fungsi I/O pada CPU. Mikrokontroler ini juga dapat difungsikan sebagai multi-chip mikrokomputer saat terjadi penambahan memori.

Internal ROM Mikrokontroler ini mempunyai flash memory 512 Kbyte yang dapat di write dengan sebuah power supply (5V).

Internal RAM Mikrokontroler ini mempunyai 16K byte internal RAM.

I/O port: 11 I/O port I/O port dapat digunakan sebagai input status on/off atau sinyal dari berbagai sensor. Saat I/O port digunakan sebagai output, mikrokontroler dapat diatur untuk mengontrol kedipan lampu atau mengontrol switch on/off dari motor dan heater.

Internal SCI (Serial Communication Interface) x 3 kanal Ketiga kanal SCI mempunyai fungsi yang sama. Mode dari SCI ini adalah sinkron dan asinkron. SCI mikrokontroler ini juga mempunyai komunikasi multiprocessor dengan dua buah atau lebih processor. SCI juga dapat dihubungkan dengan smart card interface dengan mengubah setting pada register CPU.

Internal timer 16-bit x 3 kanal dan timer 8-bit x 4 kanal


38

Kanal 0 dan 1 pada 16-bit timer mempunyai fungsi yang sama, sedangkan kanal 2 mempunyai register sendiri pada CPU. 8-bit timer dibagi menjadi dua grup dengan masing-masing dua kanal. Grup 0 terdiri dari kanal 0 dan 1 dan grup 1 terdiri dari channel 2 dan 3.

Internal TPC (Timing Pattern Controller) H8/3069F mempunyai TPC yang menyediakan

output

pulsa

berbasis timer 16-bit. Pulsa output dari TPC dibagi menjadi grup 4-bit (grup 3 sampai grup 0) yang dapat beroperasi secara serempak dan independent.

Internal Watch Dog Timer (WDT) WDT dapat dioperasikan untuk mengawasi jalannya program, atau hanya sebagai

interval

timer.

Ketika

WDT

digunakan,

WDT

akan

membangkitkan sinyal reset pada chip H8/3069F bila sistem crash.

Internal A/D converter dengan resolusi 10-bit × 8 kanal Mikrokontoler H8/3069F memiliki 8 kanal analog input dibagi menjadi dua grup yaitu grup 0 dan grup 1. AVCC dan AVSS adalah power supply sirkuit analog pada A/D converter, dan VREF adalah tegangan referensi.

Internal 8-bit D/A converter × 2 kanal Resolusi dari D/A converter ini adalah 8-bit. Tegangan output-nya berkisar antara 0V sampai VREF. Pengaturan D/A converter ini diatur pada sebuah register di CPU.

Internal DMA controller × 4 kanal Digunakan untuk transfer data

berkecepatan

tinggi.

DMAC

memungkinkan transfer data lebih cepat dari penggunaan CPU. DMAC umumnya digunakan dengan sebuah timer dan fungsi komunikasi lainnya. H8/3069F dapat digunakan sebagai single-chip mikrokomputer. Pada kondisi ini, hanya internal memori yang dapat digunakan. Gambar 2.31 menunjukkan peta memori pada mode single-chip. Pada mode ini alamat memori diekspresikan dengan notasi 5 digit heksadesimal.


39

Gambar 2.31 Peta memorri mode singlle-chip

2.10

Pyython Pyython meruppakan bahaasa pemrog graman yanng bersifat object-orieented.

Bahasa Pyython dibuaat pada tahuun 1980-an yang namaanya diambiil dari salah h satu tayangan televisi di Inggris yaitu y Montyy Python’s Flying Ciircus. Mesk kipun Python tiddak terlalu terkenal t dibbandingkan dengan bahhasa pemroograman lainnya, Python daapat diandaalkan untuk membuat software applikasi di bbidang sains dan teknik denngan efisienn dan elegann. Pyython memiiliki kelebihhan lain yaang sangat penting diibanding bahasa pemrogram man yang teerdahulu, diiantaranya adalah: a a. Pyython meruppakan open--source softw ware, yang artinya ia ddapat dipero oleh seccara gratis dan d bahkan Python sud dah otomatiss ter-install di Linux. b. Pyython tersediia pada sem mua operatin ng systems (OS) ( terkennal seperti Linux, L Unnix, Window ws, dan MaccOS. Suatu script Pythhon yang dittulis pada OS O terrtentu, dapatt dijalankann di OS lain tanpa ada modifikasi m ssedikitpun. c. Pyython lebih mudah m dipeelajari sekaliigus lebih mudah m "dibaaca" dibbandingkan dengan bahhasa pemrog graman lainnnya. d. Pyython dan prrogram eksttensinya mu udah di-instaall. Pyython berdirri di atas landasan l po ondasi Javaa dan C++.. Hal-hal seeperti classes, methods, m inhheritance, yang y sering diimplemeentasikan paada bahasa yang bersifat object-orien o nted, juga dapat diiimplementasikan di P Python. Py ython merupakann salah satuu bahasa pemprogram p man tingkat tinggi. Sinntaks inti Py ython


40

dan strukturnya merupakan kode yang mudah dibaca dengan library yang luas dan dapat disesuaikan penggunaannya (Norton, 2005) 2.11

Database MySQL Pada penelitian ini digunakan basis data MySQL. MySQL adalah sebuah

perangkat lunak sistem manajemen basis data Structured Query Language (SQL) atau Database Management System (DBMS) yang multithread, multi-user, dengan sekitar 6 juta instalasi di seluruh dunia. MySQL menggunakan lisensi GNU General Public License (GPL) sehingga menjadikan MySQL sebagai perangkat lunak gratis. Akan tetapi, mereka juga menjual di bawah lisensi komersial untuk kasus-kasus dimana penggunaannya tidak cocok dengan penggunaan GPL (MySQL, 2009). Sebagai database server, MySQL dapat dikatakan lebih unggul dibandingkan database server lainnya dalam query data. Hal ini terbukti untuk query yang dilakukan oleh single user, kecepatan query MySQL bisa sepuluh kali lebih cepat dari PostgreSQL dan lima kali lebih cepat dibandingkan Interbase. Selain itu MySQL juga memiliki beberapa keistimewaan, antara lain : • Portability, yaitu MySQL dapat berjalan stabil pada berbagai sistem operasi seperti Windows, Linux, FreeBSD, Mac Os X Server, Solaris, Amiga, dan masih banyak lagi. • Multiuser, yaitu MySQL dapat digunakan oleh beberapa pengguna atau user dalam waktu yang bersamaan tanpa mengalami masalah atau konflik. • Performance tuning, yaitu MySQL memiliki kecepatan yang menakjubkan dalam menangani query sederhana, dengan kata lain dapat memproses lebih banyak SQL per satuan waktu. • Security, yaitu MySQL memiliki beberapa lapisan sekuritas seperti level subnetmask, nama host, dan izin akses user dengan sistem perizinan yang mendetail serta password terenkripsi. • Scalability dan limits, yaitu MySQL mampu menangani database dalam skala besar, dengan jumlah records lebih dari 50 juta dan 60 ribu tabel serta 5 milyar baris. Selain itu batas indeks yang dapat ditampung mencapai 32 indeks pada tiap tabelnya. Pada beberapa bahasa pemrograman terdapat API yang memungkinkan aplikasi-aplikasi komputer ditulis dalam berbagai bahasa pemrograman untuk


41

dapat mengakses database MySQL antara lain bahasa pemrograman C, C++, C#, bahasa

pemrograman

Eiffel,

bahasa

pemrograman

Smalltalk,

bahasa

pemrograman Java, bahasa pemrograman Lisp, Perl, PHP, bahasa pemrograman Python, Ruby, REALbasic dan Tcl. Sebuah antarmuka ODBC memanggil MyODBC yang memungkinkan setiap bahasa pemrograman yang mendukung ODBC untuk berkomunikasi dengan basis data MySQL. Kebanyakan kode sumber MySQL dalam ANSI C.


BAB 3 PERANCANGAN ALAT

3.1 Perangkat Keras Pada kegiatan eksplorasi hidrokarbon maupun sumber daya alam lain yang terkandung di bawah permukaan bumi gelombang seismik yang digunakan adalah gelombang seismik buatan. Sumber gelombang seismik buatan tersebut dapat berasal dari ledakan dinamit, vibroseis, benda jatuh, ataupun sumber getaran lainnya seperti pukulan palu ke tanah yang diterapkan pada penelitian ini. Metode yang digunakan pada eksplorasi seismik ini pada dasarnya adalah memanfaatkan gelombang pantul (refleksi) ataupun gelombang bias (refraksi) yang berasal dari sumber getaran dan ditangkap oleh receiver (geophone) di permukaan bumi (Purwanto, 2007). Sinyal atau gelombang seismik yang ditangkap oleh geophone adalah sinyal yang relatif lemah dibandingkan dengan sumber sinyal yang dikirimkan. Oleh karena itu, diperlukan suatu pengkondisi sinyal yang dapat memperkuat sinyal tersebut agar dapat dibaca dan diolah oleh blok pengkondisi sinyal selanjutnya. Pada perancangan sistem akuisisi data gelombang seismik ini digunakan penguat instrumentasi sebagai blok sistem yang akan memperkuat sinyal seismik yang diterima geophone. Penguat instrumentasi merupakan penguat yang memiliki penguatan besar yang dapat diatur secara akurat, impedansi masukan dan CMRR (Common Mode Rejection Ratio) tinggi, tegangan offset rendah, dan lain sebagainya (Wijaya, 2007). Selanjutnya sinyal tersebut akan disaring oleh filter aktif sehingga diperoleh sinyal seismik yang kita inginkan. Sinyal ini kemudian akan dikonversi oleh ADC internal mikrokontroler H8/3069F yang memiliki rentang batas pembacaan tegangan 0-5V dc sehingga diperlukan rangkaian clamper guna mengkondisikan sinyal yang ditangkap geophone. Hasil konversi ini kemudian disimpan pada memori dan ditampilkan pada GUI Python.

42



43

PENGKONDISI SINYAL Pengu

f

at instrumentasi

c

ADC mikrokontroler H8/3069F

Ta mpilan GUI

D Gambar 3.1 Blok diagram sistem akuisisi data seismik

3.1.1

Rangkaian Penguat Instrumentasi Rangkaian penguat instrumentasi pada penelitian ini dirancang dengan

menggunakan tiga buah operational amplifier yang terdapat pada IC (Integrated Circuit) TL084 buatan STMicroelectronics. TL084 ini adalah IC yang berisi empat buah op-amp J-FET. Beberapa karakteristik op-amp pada IC TL084 (STMicroelectronics, 1999), yaitu:

Common mode yang lebar (hingga Vcc),

Input bias dan arus offset rendah,

Adanya proteksi hubungan singkat,

Impedansi input tinggi,

Kompensasi frekuensi internal,

Slew rate yang tinggi.

Gambar 3.2 Konfigurasi pin IC TL084


44

Penguat instrumentasi ini terdiri dari tiga buah op-amp. Dua buah op-amp pertama sebagai buffer, sedangkan op-amp ketiga sebagai penguat differensial seperti ditunjukkan pada gambar 2.14. U1 Vin

R3_1 OPAMP_3T_BASIC

R1

1

R4_1

5

100kΩ

0

100kΩ

4

U4

R2_1 100kΩ

500Ω 15% Key=A 2

R2_2 100kΩ

Vout 3

R3_2 6

OPAMP_3T_BASIC 7

100kΩ R4_2

U2

100kΩ 0 OPAMP_3T_BASIC

Gambar 3.3 Perancangan rangkaian penguat instrumentasi

Besarnya penguatan yang digunakan pada perancangan sistem akuisisi data ini adalah sebesar 500 kali, sehingga berdasarkan persamaan penguatan pada penguat instrumentasi, spesifikasi nilai hambatan yang diperlukan adalah sebagai berikut :

A=

R R + 2R2 Vout = 4( 1 ) V+ − V− R3 R1

(3.1)

Dengan mengatur R2 = R3 = R4 = 10 KΩ, maka : A=

R4 R1 + 2 R2 ( ) R3 R1

500 =

10kΩ R1 + 2(10kΩ) ( ) 10kΩ R1

R1 = 40.08Ω

3.1.2

Rangkaian Low Pass Filter Rangkaian filter ini berfungsi untuk ”menyelamatkan” frekuensi

gelombang seismik yang diinginkani dan ”membuang” yang tidak dihendaki. Hal ini dikarenakan frekuensi gelombang seismik adalah frekuensi dengan batas tertentu.


45

Gam mbar 3.4 Skem matik rangkaiian low pass filter fi orde II

s Paada penelitiaan ini diguunakan jeniss filter yanng dapat meelewatkan sinyal dengan frrekuensi renndah dan membuang m sinyal berrfrekuensi ttinggi atau yang sering dissebut low pass filterr. Respon filter yangg digunakaan adalah filter Butterworrth orde II dengan pennguatan satu u. Filter Buutterworth aadalah filter yang memiliki

respon

keluaran

yang

dataar

(Faulkeenberry,

11982).

Ad dapun

perhitungaannya sebaggai berikut: Fungsi traansfer pada rangkaian r loow pass filtter adalah: (3.2) (3.3) (3.4) (3.5) Sehingga arus total paada V1 adalah: (3.6) (3.7) Dengan mengkalikan m n persamaann 3.7 dengan n R1, maka didapatkan: d


46

(3.8) Dengan mensubtitusikan V1, maka: 1 1

1

(3.9) (3.10)

1

(3.11) (3.12)

Dengan membagi kedua ruas persaan diatas dengan

, maka: (3.13)

sehingga didapatkan: (3.14) (3.15) Dengan mengatur R1 = R2 = R, maka nilai Q,

, serta C1 dan C2 adalah: (3.16) (3.17)

4

(3.18)

atau (3.19) Dan 1

2

(3.20)

Pada perancangan filter ini diinginkan frekuensi cutoff sebesar 150Hz sehingga berdasarkan persamaan diatas diperlukan nilai resistansi R1 = R2 sebesar 1.5 kΩ dan C1 = 1µF dan C2 = 0.5µF.


47

3.1.3

Rangkaian Clamper Rangkaian clamper adalah rangkaian aplikasi dioda yang bekerja dengan

menambahkan tegangan dc ke sinyal masukan. Penggunaan rangkaian clamper pada penelitian ini sangat penting sebagai pengkondisi sinyal sebelum melewati ADC (Analog to Digital Converter) internal mikrokontroler H8/3069F. Hal ini dikarenakan ADC internal mikrokontroler H8/3069F adalah ADC 10-bit dengan rentang masukan 0-5V dc. Rangkaian clamper yang digunakan pada penelitian ini menggunakan kapasitor elektrolit 10µF dan dioda 4001. 3.1.4

Pengkonversi Analog ke Digital Internal Mikrokontroler H8/3069F Sebelum diproses oleh sebuah processor (mikrokontroler), pada umumnya

masukan sinyal analog yang telah melewati suatu pengkondisi sinyal dikonversi terlebih dahulu menjadi data digital. Konversi ini dilakukan oleh ADC (Analog to Digital Converter). Jadi, ADC adalah suatu rangkaian yang berfungsi mengubah sinyal analog menjadi sinyal digital. Pada penelitian ini digunakan ADC internal mikrokontroler H8/3069F. ADC ini adalah ADC 10 bit yang menggunakan metode successiveapproximations. Mikrokontroler H8/3069F menyediakan delapan (8) buah kanal input konversi sehingga menjadikan ADC ini sangat tepat diaplikasikan untuk sistem akuisisi data dengan banyak input. Beberapa fitur ADC internal mikrokontroler H8/3069F adalah :

Resolusi 10-bit,

Memiliki 8 kanal input,

Waktu konversi yang cepat (maksimum 3.5 μs per kanal),

Memiliki 2 mode konversi, yaitu : Mode single (mengkonversi satu kanal) dan mode scan (mengkonversi banyak kanal sekaligus),

Batasan konversi tegangan input analog dapat ditentukan berdasarkan tegangan referensi pada pin Vref,

Memiliki empat data register 16 bit,


48

Terdapat fungsi sample and hold,

Memiliki 3 sumber pemicu dimulainya konversi, yaitu dengan software, pemicu eksternal, dan timer 8 bit,

A/D end interrupt (ADI).

Gambar 3.5 Blok diagram ADC internal mikrokontroler H8/3069F

ADC internal mikrokontroler H8/3069F memiliki empat buah data register yaitu ADDRA sampai ADDRD yang masing-masing merupakan 16-bit read only register yang menyimpan hasil konversi. Setiap konversi akan menghasilkan data 10-bit yang kemudian akan disimpan ke dalam data register bergantung kanal yang dipilih.


49

Table 3.1 Konfigurasi register ADC internal mikrokontroler H8/3069F Address

Name

Simbol

R/W

Initial value

H’FFFE0

A/D data register A H

ADDRAH

R

H'00

H’FFFE1

A/D data register A L

ADDRAL

R

H'00

H’FFFE2

A/D data register B H

ADDRBH

R

H'00

H’FFFE3

A/D data register B L

ADDRBL

R

H'00

H’FFFE4

A/D data register C H

ADDRCH

R

H'00

H’FFFE5

A/D data register C L

ADDRCL

R

H'00

H’FFFE6

A/D data register D H

ADDRDH

R

H'00

H’FFFE7

A/D data register D L

ADDRDL

R

H'00

H’FFFE8

A/D control/status register

ADCSR

R/(W)*

H'00

H’FFFE9

A/D control register

ADCR

R/W

H‘7E

Gambar 3.6 Read only register 16 bit

ADC H8/3069F menyediakan delapan pin kanal input yang dibagi menjadi dua grup, yaitu:

Grup 0: terdiri dari AN0-AN3, dan

Grup 1: terdiri dari AN4-AN7.


50

Tabel 3.2 Konfigurasi pin ADC internal mikrokontoler H8/3069F Pin

Simbol

I/O

Fungsi

Power suplai

AVcc

Input

Power suplai analog

Analog ground

Avss

Input

Analog ground

Tegangan referensi

Vref

Input

Tegangan referensi

Input analog 0

AN0

Input

Input analog grup 0

Input analog 1

AN1

Input

Input analog 2

AN2

Input

Input analog 3

AN3

Input

Input analog 4

AN4

Input

Input analog 5

AN5

Input

Input analog 6

AN6

Input

Input analog 7

AN7

Input

Eksternal trigger

ADGRT

Input

Input analog grup 1

Pemicu eksternal konversi

Dalam fungsi kontrol ADC, mikrokontroler H8/3069F memiliki dua buah register, yaitu ADCR (Analog to Digital Control Register) dan ADCSR (Analog to Digital Control/Status Register). ADCSR adalah register readable/writable 8bit yang berfungsi untuk memilih mode dan mengontrol konversi sedangkan ADCR adalah register readable/writable 8-bit yang berfungsi untuk mengaktifkan eksternal trigger atau membandingkan konversi dengan timer 8-bit.


51

Gambar 3.7 A/D Control/Status Register (ADCSR)

Gambar 3.8 A/D control register (ADCR)

3.2 Perangkat Lunak Perangkat lunak terdiri dari pemrograman ADC mikrokontroler H8/3069F dengan bahasa C dan GUI (Graphical User Interface) berbasis bahasa pemrograman Python serta pemrograman database MySQL. Pemrograman ADC internal mikrokontroler H8/3069F yang dirancang adalah mode scan yang dapat mengkonversi delapan kanal input sekaligus, sesuai dengan jumlah sensor yang digunakan. Setelah dikonversi, data tersebut akan dikirim ke PC melalui koneksi serial dan ditampilkan pada GUI serta disimpan dalam database MySQL.

3.2.1 Pemrograman ADC Internal Mikrokontroler H8/3069F ADC H8/3069F adalah ADC yang menggunakan prinsip successive approximations dengan resolusi 10-bit. ADC ini memiliki dua mode operasi, yaitu


52

single mode dan scan mode. Scan mode sangat berguna untuk memonitoring input analog dalam satu grup atau banyak kanal seperti pada penelitian ini. Pada algaritma pemrograman ADC internal mikrokontroler H8/3069F mode scan, pertama-tama kita harus memberikan logika 1 pada bit ADCSR SCAN, kemudian pilih grup kanal input dan memberikan logika 1 pada ADST baik secara software maupun pemicu eksternal. Konversi analog ke digital akan dimulai dari kanal input pertama pada grup 0 (AN0 ketika kanal CH2 = 0, AN4 ketika CH2 = 1). Konversi ini akan dilanjutkan pada kanal selanjutnya yang dipilih hingga bit ADST bernilai 0. Data hasil konversi ini kemudian akan disimpan dalam data register sesuai dengan kanalnya.

Gambar 3.9 Alur operasi ADC mode scan

Pemrograman ADC ini menggunakan bahasa pemrograman C yang kemudian di-compile menjadi file “.mot” dengan program WinAVR. Komunikasi dan pemrograman mikrokontroler H8/3069F dilakukan secara serial. Untuk memasukkan sebuah program ke dalam mikrokontroler H8/3069F, pertama-tama kita harus mengkoneksikan serial mikrokontroler dengan PC. Setelah itu, kita dapat memprogramnya dengan mencari file “.mot” yang sudah kita buat sebelumnya pada command prompt. Kemudian ketikkan h8write.exe -3069f –f20 (file.mot) com9.


53

Sebelum melakukan writing ke modul mikrokontroler H8/3069F, aturlah posisi DIP switch ke mode-3 seperti pada Tabel 3.1 sebagai berikut: Tabel 3.3 Posisi DIP Switch mode writing

ON OFF

Pin 1 O

Pin 2 O

Pin 3

Pin 4 O

O

Gambar 3.10 Langkah-langkah saat melakukan writing program ADC internal mikrokontroler H8/3069F

Setelah melakukan writing ubahlah posisi DIP switch untuk melakukan reading seperti yang ditunjukan pada Tabel 3.4 Tabel 3.4 Posisi DIP switch mode reading

ON OFF

Pin 1 O

Pin 2 O

Pin 3 O

Pin 4 O

3.2.2 Pemrograman Tampilan GUI (Graphical User Interface) Python Perangkat lunak pada GUI sistem akuisisi data gelombang seismik ini menggunakan bahasa pemrograman Python yang dikategorikan sebagai bahasa tingkat tinggi. Library Python yang digunakan untuk membuat tampilan GUI pada penelitian ini adalah wxPython sedangkan library yang digunakan untuk


54

membaca atau menulis data pada database MySQL-Python. Diagram alur dari pembuatan GUI ditunjukan pada gambar 3.10.

S

Ambil data serial Konversi data serial menjadi tegangan

Data

Si mpan

T ampil

Gambar 3.11 Flowchart tampilan GUI Python

3.2.3 Penyimpanan Data Database yang digunakan untuk menampung data dari delapan buah sensor geophone adalah MySQL. Data tersebut berupa besarnya nilai amplitudo gelombang seismik dan waktu pengambilannya. Hasil yang sudah diterima kemudian ditampung pada database dan dapat langsung ditampilkan pada GUI secara real time. Database yang dibuat nantinya dapat menyimpan data tanggal dan waktu pengambilan data serta data amplitudo delapan kanal input. Data ini kemudian dapat di simpan di dalam memori komputer, baik komputer yang langsung dihubungkan dengan sistem akuisisi (komputer lokal) maupun komputer server yang memiliki jaringan dengan komputer lokal. Perancangan database MySQL dibuat terdiri dari delapan kolom yang masing-masing adalah nomor data (id), tanggal (date), waktu (time), data1, data2,


55

data3, data4, data5, data6, data7, dan data8. Skrip perancangan database ini adalah sebagai berikut: CREATE TABLE tbl_data (id int(11) auto_increment, tanggal date, waktu time, data1 varchar (10), data2 varchar (10), data3 varchar (10), data4 varchar (10), data5 varchar (10), data6varchar (10), data7 varchar (10), data8 varchar (10), primary key (id));

Gambar 3.12 Database MySQL


BAB 4 ANALISIS HASIL PENELITIAN

4.1 Perangkat Keras Sistem akuisisi data gelombang seismik ini terdiri dari blok penguat, filter, rangkaian clamper, dan ADC internal mikrokontroler H8/3069F yang seluruhnya merupakan perangkat keras sistem. Dalam proses perancangannya, pertama dilakukan

pengujian

terhadap

masing-masing

blok

untuk

mendapatkan

karakteristik dan menguji fungsi blok tersebut. Pengujian tersebut meliputi: 1. Uji keluaran geophone. 2. Uji rangkaian penguat instrumentasi. 3. Uji daerah frekuensi kerja dari blok-blok rangkaian yang mengolah sinyal analog. 4. Uji linearitas dari rangkaian ADC (Analog to Digital Converter) internal mikrokontroler H8/3069F. 5. Uji sistem akuisisi data gelombang seismik. 4.1.1 Uji Keluaran Geophone Pengujian keluaran geophone dilakukan untuk memastikan bahwa geophone berfungsi dengan baik. Pengujian ini dilakukan pada delapan buah geophone yang akan digunakan sebagai sensor atau receiver pada sistem akuisisi data gelombang seismik yang akan dibuat.

Gambar 4.1 Gelombang keluaran geophone

56



57

Pengujian dilakukan dengan menghubungkan geophone dengan osiloskop dan kemudian menggetarkannya. Hasilnya, gelombang keluaran geophone merupakan gelombang teredam seperti terlihat pada gambar 4.1. Gelombang keluaran geophone juga menunjukkan bahwa tingginya amplitudo gelombang bergantung pada besarnya getaran yang diterima sedangkan frekuensi yang ditangkap bergantung pada frekuensi sumber getarannya dimana pada gambar 4.1 menunjukkan frekuensi minimumnya adalah sebesar 20Hz.

4.1.2 Uji Rangkaian Penguat Instrumentasi Sistem akuisisi data seismik ini terdiri dari rangkaian penguat yang berfungsi untuk menguatkan sinyal seismik. Rangkaian penguat yang digunakan adalah penguat instrumentasi dengan penguatan 500x (A = 500). Pengambilan data dilakukan dengan perancangan dan pengaturan terhadap setiap komponen rangkaian seperti pada perancangan alat. Dengan cara memvariasikan besar nilai input yang diberikan dalam rentang 2-32 mVpp kemudian melihat keluarannya pada osiloskop. Table 4.1 Data penguatan rangkaian penguat instrumentasi

No. Vin (mVpp) Vout (mVpp) Penguatan 1

2

1000

500.00

2

4

2000

500.00

3

6

2800

466.67

4

8

3800

475.00

5

10

4800

480.00

6

12

5600

466.67

7

14

6800

485.71

8

16

8000

500.00

9

18

9000

500.00

10

20

10000

500.00

11

22

12000

545.45

12

24

13000

541.67

13

26

14000

538.46


58

14

28

15000

535.71

15

30

16000

533.33

16

32

17500

546.88

A rata-rata

507.22

Voutput (mVpp)

Grafik input vs output penguatan instrumentasi 20000 18000 16000 14000 12000 10000 8000 6000 4000 2000 0

y = 527.6x

0

5

10

15

20

25

30

35

V input (mVpp)

Gambar 4.2 Grafik penguatan rangkaian penguat instrumentasi

Data pengujian menunjukkan bahwa penguatan yang didapatkan adalah sebesar 507.22. Penguatan ini sedikit tidak sesuai dengan penguatan yang diinginkan, yaitu sebesar 500x. Hal ini dapat disebabkan oleh nilai toleransi resistor yang digunakan dan penggunaan variabel resistor yang digunakan. Pada pengujian, peneliti menggunakan resistor dengan toleransi 5% dan potensiometer dengan hambatan maksimum 1 kΩ yang sensitivitasnya kurang baik. Oleh karena itu, pada perancangan sistem sesungguhnya akan digunakan resistor dengan nilai toleransi 1% dan multitune 500 Ω sehingga pada perancangannya, penguatan yang tepat akan mudah didapatkan.


59

Gambar 4.3 Input dan output rangkaian penguatan instrumentasi

Pada perancangannya, penguat instrumentasi memiliki tegangan offset input yang muncul pada keluarannya. Tegangan offset input adalah tegangan yang muncul ketika kedua inputnya tidak memiliki beda tegangan (Vin1 = Vin2). Masing-masing IC op-amp memiliki tegangan offset input yang berbeda-beda sehingga pemilihan IC op-amp yang memiliki kualitas dan tegangan offset input yang rendah sangat diperlukan. 4.1.3 Uji rangkaian low pass filter Pengambilan data pada rangkaian low pass filter dilakukan dengan memvariasikan kenaikan frekuensi 5 Hz dengan frekuensi akhir 300 Hz. Data yang diukur adalah tegangan masukan dan tegangan keluarannya. Tabel 4.2 Nilai Input dan output pada filter setiap variasi kenaikan frekuensi 5 Hz.

No. fin(Hz) 1 5 2 10 3 15 4 20 5 25 6 30 7 35 8 40 9 45 10 50 11 55 12 60 13 65 14 70 15 75

A 0.903947 1.052632 1.084211 1.089474 1.071053 1.073684 1.078947 1.068421 1.068421 1.068421 1.068421 1.071053 1.071053 1.071053 1.071053

Vin(mV) Vout(mV) 380 343.5 380 400 380 412 380 414 380 407 380 408 380 410 380 406 380 406 380 406 380 406 380 407 380 407 380 407 380 407


60

16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58

80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130 135 140 145 150 155 160 165 170 175 180 185 190 195 200 205 210 215 220 225 230 235 240 245 250 255 260 265 270 275 280 285 290

1.057895 1.057895 1.057895 1.042105 1.036842 1.015789 1 0.981579 0.960526 0.952632 0.942105 0.897368 0.9 0.894737 0.889474 0.852632 0.836842 0.8 0.763158 0.752632 0.726316 0.663158 0.657895 0.636842 0.615789 0.584211 0.573684 0.552632 0.510526 0.505263 0.478947 0.463158 0.447368 0.431579 0.410526 0.394737 0.368421 0.363158 0.347368 0.334211 0.321053 0.313158 0.297368

380 380 380 380 380 380 380 380 380 380 380 380 380 380 380 380 380 380 380 380 380 380 380 380 380 380 380 380 380 380 380 380 380 380 380 380 380 380 380 380 380 380 380

402 402 402 396 394 386 380 373 365 362 358 341 342 340 338 324 318 304 290 286 276 252 250 242 234 222 218 210 194 192 182 176 170 164 156 150 140 138 132 127 122 119 113


61

59 60

295 0.281579 300 0.244737

380 380

107 93

penguatan

Grafik respon filter terhadap frekuensi rangkaian low pass filter Butterworth 1.2 1.1 1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0

Frekuens

0

50

100

150

200

250

300

350

frekuensi (Hz)

Gambar 4.4 Grafik respon frekuensi low pass filter

Gambar 4.5 Respon input dan output low pass filter terhadap kenaikan frekuensi

Berdasarkan data pengujian, dapat kita lihat bahwa penguatan filter low pass akan semakin menurun seiring kenaikan frekuensi input. Hal ini menunjukkan bahwa sinyal dengan frekuensi tinggi akan diblok, sedangkan sinyal dengan frekuensi rendah sampai frekuensi cut off akan dilewatkan. Perancangan filter ini sesuai dengan karakteristik sinyal seismik yang berada di sekitar frekuensi 0-150 Hz. Pada perancangan rangkaian filter, frekuensi cut off yang


62

diharapkan adalah 150 Hz, yaitu dengan konfigurasi nilai R1 = R2 = 1.5 kΩ dan nilai C1 dan C2 sebesar 1µF dan 0.5µF. Akan tetapi, bila dilihat grafik respon filter gambar 4.3, frekuensi cut off yang dihasilkan adalah sekitar 170 Hz. Hal ini dikarenakan besarnya nilai C2 pada perancangan sesungguhnya adalah bukan sebesar 0.5 µF melainkan sebesar 0.47 µF. Hal ini karena nilai kapasitansi kapasitor 0.5 µF sulit ditemukan dipasaran sehingga peneliti menggantinya dengan nilai 0.47 µF. Pada filter aktif yang menggunakan komponen aktif (op-amp), pada keluarannya akan terjadi penguatan. Inilah salah satu yang membedakan antara filter aktif dan filter pasif. Besarnya penguatan pada perancangan filter inilah adalah satu kali dan hasil perancangannya menunjukkan bahwa penguatan (A) dominannya adalah sebesar 1.07. Dengan besar penguatan sebesar ini nantinya kita akan mendapatkan bahwa besarnya frekuensi cutoff adalah sebesar 0.707A. A saat frekuensi cutoff = 0.707 x 1.07 = 0.76. Dengan menarik garis tegak lurus penguatan ke frekuensi atau melihat data frekuensi yang didapatkan saat penguatan 0.76, maka didapatkan besar frekuensi cutoff sebesar 170 Hz .

4.1.4 Uji linearitas dari rangkaian ADC (Analog to Digital Converter) internal mikrokontroler H8/3069F Mikrokontroler H8/3069F memiliki ADC internal 10 bit 8 kanal. ADC ini memiliki jangkauan masukan dari 0 sampai 5 Volt. Pada aplikasi sistem akuisisi data multikanal, ADC mode scan adalah metode yang sangat efektif sehingga penggunaan ADC internal mikrokontroler H8/3069F adalah tepat karena kemampuannya. Pengujian ADC internal mikrokontroler H8/3069F dilakukan dengan memberikan variasi input pada satu kanal yang kemudian melihat hasil konversinya pada hyperterminal PC. Tabel 4.3 Tegangan input dan output pada ADC internal mikrokontroler H8/3069F

No 1 2 3 4

input (mV) 0 100 200 300

output desimal tegangan 0.2 0.977517 21.4 104.5943 41.2 201.3685 62.6 305.9629


63

5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47

400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 2100 2200 2300 2400 2500 2600 2700 2800 2900 3000 3100 3200 3300 3400 3500 3600 3700 3800 3900 4000 4100 4200 4300 4400 4500 4600

101.8 104.5 123.1 143.2 163.1 183 203 224.2 244.4 266.5 286.7 306.7 326.8 347.1 368 389.2 409.5 428.8 450.1 468.9 486.6 511.4 534 555.1 576.4 597.5 617.4 634.7 656.3 673.4 699.2 672.2 738.3 776.3 798 818.5 837.9 866.8 896 912 928 944 958.4

497.5562 510.7527 601.6618 699.9022 797.1652 894.4282 992.1799 1095.797 1194.526 1302.542 1401.271 1499.022 1597.263 1696.481 1798.631 1902.248 2001.466 2095.797 2199.902 2291.789 2378.299 2499.511 2609.971 2713.099 2817.204 2920.332 3017.595 3102.151 3207.722 3291.3 3417.4 3285.435 3608.504 3794.233 3900.293 4000.489 4095.308 4236.559 4379.277 4457.478 4535.679 4613.881 4684.262


64

48 49 50 51

4700 4800 4900 5000

971.7 4749.267 992 4848.485 1013.4 4953.079 1023 5000

Grafik output desimal terhadap tegangan input 1200 1000 y = 0.208x ‐ 3.880

desimal

800 600 400 200 0 ‐200 0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

tegangan (mV) (a)

tegangan konversi (mV)

Grafik tegangan konversi terhadap tegangan input 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 ‐1000 0

y = 1.017x ‐ 18.96

1000

2000

3000

4000

5000

6000

tegangan input (mV) (b)

Gambar 4.6 (a) Respon output desimal terhadap tegangan input (b) Respon tegangan konversi terhadap tegangan input ADC internal mikrokontroler H8/3069F

ADC internal mikrokontroler H8/3069F memiliki resolusi 10 bit. Hal ini menunjukkan bahwa ADC tersebut dapat menghasilkan output 10 kode digital (10 bit = 1023), yang berarti ADC ini memiliki sensitivitas 5/1023 ≈ 0.005 V. Pada pengambilan data konversi, terlihat bahwa ketika kita memasukkan input tegangan maka tampilan pada hyperterminal PC adalah bilangan digital yang merupakan hasil konversi ke bilangan desimal. Apabila bilangan desimal


65

tersebut kita ingin dikonversi ke dalam bilangan yang menyatakan tegangan maka kita harus melakukan perhitungan sebagai berikut : Tegangan hasil konversi

output desimal x5 Volt 1023

Grafik respon output ADC internal mikrokontroler H8/3069 diatas menunjukkan bahwa output yang dihasilkan cukup linear dengan input yang diberikan. Data ADC ini memiliki kesalahan literatur sebesar 19.56 %. Kesalahan literatur ini diperoleh dengan membandingkan input yang diberikan dengan output hasil konversi. Kesalahan ini sangat mungkin disebabkan oleh sumber tegangan input yang tidak stabil. Hal ini peneliti ketahui oleh peneliti ketika membaca tegangan input dengan voltmeter yang hasilnya menunjukkan pembacaan tegangan yang berubah-ubah. 4.1.5 Uji Sistem Akuisisi Data Gelombang Seismik Pengujian sistem dilakukan dengan melihat melihat gelombang keluaran dari input yang diberikan. Pengujian sistem ini terdiri dari pengujian filter dan pengujian terhadap terhadap sumber getaran yang sama tetapi dengan jarak yang berbeda. Pengujian filter dilakukan dengan memberikan input dengan variasi frekuensi. Hal ini dilakukan untuk menguji apakah sistem dapat melewatkan sinyal dengan frekuensi dibawah frekuensi cutoff dan melemahkan sinyal diatas frekuensi cutoff.

Gambar 4.7 Pengujian sistem terhadap sinyal diatas frekuensi cutoff

4.2 Perangkat Lunak 4.2.1 Pemrograman ADC Internal Mikrokontoler H8/3069F Mode Scan Pemrograman ADC internal mikrokontroler H8/3069F yang digunakan pada sistem akuisisi data gelombang seismik ini adalah mode scan yang dapat


66

mengkonvversi delappan kanal input sek kaligus. Baahasa pem mrograman yang digunakann adalah baahasa C yanng di-compiile menjadii file “.mot”. Pemrogrraman ADC modde scan terseebut diprogram sesuai dengan flow wchart dibaawah.

Gambbar 4.8 Flowchhart pemrograaman adc interrnal mikrokonntoler H8/30699F mode scan n


67

Gambar 4.9 Hasil konversi ADC pada hyperterminal

4.2.2 Pemrograman GUI Python Sistem Akuisisi Data Gelombang Seismik GUI (Graphical User Interface) pada sistem akuisisi data gelombang seismik ini berbasis bahasa pemrograman Python. GUI ini digunakan untuk memudahkan user dalam pengambilan data gelombang seismik kemudian menyimpannya pada database. Fitur yang terdapat pada GUI ini adalah delapan buah tombol kanal input yang merupakan fungsi untuk menentukan koneksi GUI dengan kanal input yang dipilih. Selain itu, pada fitur ini juga kita dapat melihat secara real time gelombang masukan yang ditangkap. Data yang ditangkap ini kemudian disimpan ke dalam database MySQL secara otomatis. Data tersebut adalah berupa amplitudo masukan kanal yang kita pilih beserta waktu gelombang.


68

Gambar 4.10 GUI sistem akuisisi data gelombang seismik

4.3 Hasil Data Lapangan Sebelum pengambilan data gelombang seismik di lapangan, terlebih dahulu dilakukan pengujian sistem akuisisi data gelombang seismik di laboratorium. Pengujian terhadap sistem ini dilakukan dengan memberikan sumber getaran buatan yang sama namun dengan jarak yang berbeda, yaitu dengan jarak 10cm dan 1m.

Gambar 4.11 Uji sistem terhadap sumber getaran buatan dengan jarak 10 cm


69

Gambar 4.12 Uji sistem terhadap sumber getaran buatan dengan jarak 1 m

Data grafik di atas menunjukkan bahwa saat sumber getaran berjarak 10 cm, gelombang yang muncul adalah sekitar 5 ms sedangkan saat sumber berjarak 1 m gelombang muncul sekitar 40 ms. Berdasarkan data yang didapatkan tersebut, terlihat bahwa semakin jauh sumber getarannya maka waktu yang ditempuh gelombang untuk tiba atau ditangkap oleh geophone akan semakin lama. Hal ini menunjukkan bahwa antara jarak dengan waktu memiliki hubungan berbanding terbalik. 1 Dimana s adalah jarak sumber getaran dengan geophone dan t adalah waktu tiba gelombang. Setelah pengujian di laboratorium, kemudian dilakukan pengambilan data di lapangan yang dilakukan dengan menggunakan sumber getaran buatan yang berasal dari lempeng besi yang digetarkan dengan palu. Sumber getaran ini kemudian akan ditangkap oleh delapan geophone yang disusun secara sejajar dengan jarak 2 meter. Konfigurasi geophone dengan sumber getaran yang digunakan adalah mid line split spread point dan off-end reverse shot point.


70

Off-end reveerse

Gambbar 4.13 Konfiigurasi sumbeer getaran denggan geophonee

Paada konfiguurasi mid linne split sprread point, sumber geetaran terlettak di tengah deelapan geop ophone yanng berjarak k masing-m masing dua meter diaantara geophone ke-4 dan ke-5. Gellombang yang y dihasiilkan pada konfigurassi ini ditunjukkaan pada gam mbar 4.9.

Gambaar 4.14 Gelom mbang keluaran n mid line spllit spread poinnt

Paada konfiguurasi selanjuutnya yaitu u off-end reverse r shoot point, su umber getaran diiletakkan pada p ujung delapan geeophone yaang diisusunn secara seejajar. Jarak antaar sumber geetaran dengan geophon ne terdekat adalah a 8 meeter.

Gambarr 4.15 Gelombbang keluaran n off-end reverrse shot point


71

Data yang didapatkan diatas menunjukkan adanya perbedaan amplitudo dan waktu tiba gelombang. Hal ini disebabkan oleh jarak antara sumber getaran dengan geophone berbeda. Akan tetapi, terdapat faktor lain yang menyebabkan cepat/lamanya gelombang ditangkap geophone diantaranya adalah densitas batuan yang dilewati oleh gelombang seismik. Gelombang seismik yang melewati batuan dengan densitas tinggi akan semakin cepat dibandingkan gelombang yang melewati batuan dengan densitas yang lebih rendah. Berdasarkan prinsip tersebut dan prinsip geofisika lainnya maka kita dapat menganalisa dan mendapatkan gambaran mengenai bawah permukaan tanah.


BAB 5 PENUTUP

5.1 KESIMPULAN

Sistem akuisisi data dengan mikrokontroler H8/3069F merupakan sistem yang berfungsi untuk mengambil, mengumpulkan, dan menyiapkan data dengan mikrokontroler H8/3069F.

Perancangan sistem akuisisi data dengan mikrokontroler H8/3069F dapat dilakukan dengan memanfaatkan ADC internal mikrokontroler H8/3069F yang memiliki resolusi 10 bit dan delapan kanal input sehingga dapat digunakan pada perancangan sistem akuisisi data multikanal.

Perancangan

sistem

akuisisi

data

gelombang

seismik

dengan

mikrokontroler H8/3069F terdiri dari rangkaian penguat, filter, dan clamper positif yang berfungsi sebagai pengkondisi sinyal ADC internal mikrokontroler H8/3069F. Hasil perekaman seismik ini kemudian disimpan ke dalam database MySQL dan ditampilkan pada GUI berbasis Phyton.

Telah dirancang sistem akuisisi data gelombang seismik yang relatif murah yang hanya memerlukan dana sekitar Rp.1000.000.

5.2 SARAN Penelitian lebih lanjut untuk yang dalam usaha pengembangan dan menambah kualitas penelitian ini dapat dilakukan dengan :

Pemilihan penguat yang memiliki nilai tegangan offset input lebih rendah.

Penambahan smoothing filter pada keluaran ADC guna menghasilkan gelombang keluaran yang bagus.

Penerapan software pemantauan pada OS yang open source seperti Linux, dan sebagainya.

72



DAFTAR ACUAN

___________,

2004,

Filter

Design,

diakses

dari

http://www.daycounter.com/Filters pada tanggal 27 Oktober 2009. ___________,2009, Overview of the MySQL Database Management System diakses

dari

http://dev.mysql.com/doc/refman/5.0/en/what-is-mysql.html

pada tanggal 4 Oktober 2009. Alfa JK, MAS., et.al., 2008, Osiloskop Digital Dua Kanal Menggunakan Mikrokontroller 16 Bit H8/3069F, Seminar Nasional Sains dan Teknologi (SATEK) II, Lampung. Asrar, Allan, 2008, Sistem Akuisisi Data Enam Channel Menggunakan Mikrokontroler H8/3069F, Departemen Fisika FMIPA UI, Depok. Faulkenberry, Luces M., 1982, An introduction to Operational Amplifier 2nd edition. John Wiley and sons, Canada. Gadallah, M. and Fisher R, 2009, Exploration Geophysics: An Introduction. : Springer, pp 5, German. Halliday, David and Robert Resnick, 1966, Physics Combined Edition, John Willey & Sons, Inc, New York. Hasan, Abu. 1999. Sistem Akuisisi Data. Institut Teknologi Bandung, Bandung. http://www.renesas.com/fmwk.jsp?cnt=h8_family_landing.jsp&fp=/product s/mpumcu/h8_family/ pada tanggal 15 September 2009 pukul 15.27 WIB. Kirsch, R, 2006, Groundwater Geophysics. Springer, Berlin. Lowrie, W, 2007, Fundamental of Geophysics. Cambride Univeristy Press, New York. Malvino, 1993. Electronic Principle. McGraw- Hill Book Company, New York. Norton Peter., et.al., 2005. Beginning Python. Wiley Publishing, Inc, Indiana. Purwanto, 2007, Karakterisasi

Reservoar Karbonat Dengan Menggunakan

Analisis Avo dan Metode Lambda Mu Rho, Jurusan Fisika FMIPA UGM, Yogyakarta. Putra, Muchtar Suhari., et.al., 2008, Sistem kontrol inkubator melalui jaringan LAN menggunakan mikrokontroller H8/3069F 16-bit, Annual Meeting on

73



74

Testing and Quality, Puspitek LIPI Serpong. Renesas Technology Corp, 2009, H8 Family Overview, diakses dari Telford, W.M., et.al, 1999, Applied Geophysics. Cambridge University Press ,Cambridge. Tim H8, 2007, Modul Praktikum Renesas H8/3069F, Departemen Fisika FMIPA UI, Depok. Wicaksono, Britantyo., et.al., 2007, Sistem kontrol lengan robot menggunakan mikrokontroler 16-bit H8/3069F, Annual Meeting on Testing and Quality, Puspitek LIPI Serpong. Wijaya, Sastra Kusuma, 2007, Materi Kuliah Elektronika I, Departemen Fisika, FMIPA UI, Depok. Wijaya, Sastra Kusuma, 2007, Materi Kuliah Elektronika III – ADC dan DAC. Departemen Fisika FMIPA UI, Depok.


3069F SKRIPSI. Oleh MOHAMAD KURNADI

Recommend Documents