Pengukuran Accelerometer ADXL105 Untuk Aplikasi Alarm Pencuri

PENGUKURAN ACCELEROMETER ADXL105
UNTUK APLIKASI ALARM PENCURI
Hany Ferdinando
Jurusan Teknik Elektro Universitas Kristen Petra, email: [email protected]
Abstrak
Alarm mobil merupakan suatu alat yang ditambahkan pada mobil untuk melindungi mobil dari berbagai
macam tindakan pencurian. Pada saat terjadi sesuatu dengan mobil itu, alarm akan memberitahu pemilik
dengan mengeluarkan bunyi yang cukup keras. Tetapi jika ada barang-barang lain seperti raket tennis,
beamer, LCD projector, laptop, dll., belum tersedia system alarm yang universal. Paper ini akan
membahas penggunaan accelerometer ADXL105 yang akan dipergunakan sebagai bagian utama dalam
system alarm pencuri ini. Sensor ini bekerja dengan memberikan tegangan yang sebanding dengan
percepatan yang dialaminya. Pengukuran dilakukan dengan bantuan LabView. Dari hasil pengujian
yang dilakukan, sensor ini dapat dipergunakan sebagai salah satu alternativ sensor yang dipergunakan
dalam system alarm pencuri
Kata kunci: accelerometer, ADXL105, theft alarm
Abstract
Car alarm is an additional accessory to protect a car from theft. When there is something happened with
that car, the alarm system will start such a beeper loudly. Unfortunately, other things such as tennis
racket, beamer, LCD projector, laptop, etc have no alarm protection system. This paper discusses the
accelerometer ADXL105 that can be used as the main part of the theft alarm. This sensor gives voltage
output proportional to the experienced acceleration. The measurement was carried out with LabView.
From the experiments, this sensor can be used as one of alternatives sensors for theft alarm.
Keywords: accelerometer, ADXL105, theft alarm
1. Pendahuluan
Mobil sebagai sebuah barang yang berharga sudah dilengkapi dengan berbagai
system pengaman. Sistem pengaman ini akan memberitahu pemiliknya jika terjadi
sesuatu pada mobil yang tersebut. Tetapi untuk barang lain seperti raket tennis, LCD
projector, laptop, belum ada system pengaman elektronik yang tersedia. Kemudian
timbul pemikiran untuk membangun system pengaman untuk barang-barang seperti di
atas dengan menggunakan sensor accelerometer. Namun timbul pertanyaan, apakah
sensor ini dapat dipergunakan untuk system pengaman yang diinginkan. Untuk itu
diperlukan semacam studi pengukuran dan analisa hasil pengukuran sinyal dari
accelerometer, yang dapat memberikan semacam rekomendasi pada aplikasi sensor ini.
Ide penggunaan accelerometer ini didasari dengan pemikiran bahwa tidak
mungkin seorang pencuri membawa lari barang curiannya dengan kecepatan konstan.
Sehingga barang yang dicuri akan mengalami perubahan kecepatan yang terdeteksi oleh
sensor.
2. Accelerometer Sensor
Sensor ini akan mengubah besaran fisis (percepatan) menjadi besaran listrik
yang kemudian dapat dipergunakan dalam rangkaian elektronik. Besaran listrik yang
dihasilkan sebanding dengan percepatan yang dialaminya.
Secara fisika, sebuah massa yang tergantung pada sebuah pegas akan menarik
pegas tersebut sesuai dengan percepatan yang dialaminya [1]. Prinsip ini yang
dipergunakan sebagai dasar pembuatan accelerometer. Secara elektronik, biasanya
accelerometer ini dibangun menggunakan teknoogi MEMS (Microelectromechanical
System).
3. ADXL105
Single axis accelerometer ini dibuat oleh Analog Devices, Inc [2]. dengan
kemampuan maksimal 5G (gravitation) dan resolusi 2mG. Sensor ini dapat beroperasi
dengan supply sampai 2,7 volt. Didalamnya juga terdapat sebuah OpAmp dan sensor
suhu yang dapat dipergunakan untuk keperluan kalibrasi.
4. LabView
LabView yang merupakan produk dari National Instruments, Inc [3]. merupakan
salah
satu
software
instrumentasi
yang
menarik
untuk
dipergunakan.
LabView
mengembangkan konsep virtual laboratorium sehingga semuanya dapat dilakukan pada
komputer. Semua peralatan standar untuk sebuah laboratorium seperti oscilloscope, volt
meter, frekuensi spectrum, dll sudah tersedia di dalamnya.
LabView harus dipergunakan dengan card khusus sesuai kebutuhan. Biasanya di
dalam card itu terdapat ADC, DAC, filter, dll. Pengguna tinggal memasukkan sinyal ke
card ini dan langsung dapat menggunakannya.
LabView dapat dipakai untuk melihat plot sinyal yang dimasukkan dalam card
tadi atau juga melakukan berbagai macam percobaan untuk penguatan sinyal (jika
sinyalnya kecil sekali), filtering (jika terdapat noise dalam sinyal), dll. Pengguna bahkan
dapat melakukan semacam programming untuk simulasi system. Bahasa pemrograman
yang dipergunakan adalah bahasa pemrograman grafik yang mudah dipergunakan.
5. Pengukuran
Tujuan pengukuran ini adalah menganalisa apakah ADXL105 ini dapat
dipergunakan sebagai sensor dalam system pengaman seperti disebutkan di atas. Sistem
pengaman harus dapat membedakan apakah barang itu dicuri atau pergerakan barang
secara tidak sengaja (misalnya saat meja tempat barang itu dipukul seseorang). Output
sensor pada saat dibawa berjalan lambat dan cepat juga akan diukur.
Pengukuran dilakukan dengan menggunakan bantuan LabView lewat sebuah
Data
Acquisition Card. Gambar 1 menunjukkan rangkaian yang dipakai untuk
melakukan pengukuran ini.
Gambar 1. Rangkaian pengukuran [4]
Gambar 2. Program dalam LabView.
LPF dibagian power supply dipergunakan untuk menghilangkan noise dari
supply sedang DC blocking capacitor 0,1µF dipakai untuk membuang sinyal DC pada
outputnya. Output ADXL105 ini dimasukkan ke ADC yang terdapat pada PC card
LabView. Untuk dapat melihat sinyal yang terbaca, perlu dibuat program kecil yang
akan menampilkan bentuk sinyal di layar monitor dan menyimpannya dalam bentuk
spreadsheet. Gambar 2 menunjukkan program kecil yang dimaksud.
Dalam percobaan ini, sinyal tidak dikuatkan lagi, karena diinginkan hasil secara
langsung tanpa penguatan. ADC yang dipergunakan adalah 12-bit, dengan range –5 dan
5V. Sinyal dibaca dengan frekuensi sampling 1kHz.
Pengukuran juga dilakukan untuk mendeteksi jika ada seorang yang memukul
meja tempat sensor itu berada atau berbicara dengan volume suara yang keras di dekat
sensor tersebut. Untuk itu sensor diarahkan pada arah sumbu z dan dilihat sensitivitas
terhadap sumbu yang lain.
6. Analisa dan Diskusi
Mula-mula sensitivitas pada 3 arah seperti yang tercantum pada [2] dicobakan.
Hasil yang didapatkan adalah sensitivitas terbesar dicapai jika sensor diarahkan pada
sumbu yang sejajar dengan arah housing sensornya. Gambar 3 menunjukkan hasil
pengukuran ini, ketika seorang memukul meja tempat sensor ini berada.
Percobaan yang lain adalah dengan membawa sensor ini berjalan perlahanlahan. Gambar 4 menunjukkan hasil pengukuran tersebut.
Jika meja tempat sensor ini dipukul (tidak terlalu keras), maka sensor akan
beraksi. Reaksi sensor tersebut cukup besar karena mencapai tegangan 0.2 volt yang
dapat terdeteksi oleh ADC 8 bit (0-5V). Hal yang serupa juga terlihat jika sensor itu
diambil dan dibawa berjalan lambat. Memang terjadi suatu spike tegangan yang cukup
besar untuk dideteksi, tetapi level tegangan berikutnya tidak jauh berbeda dengan
percobaan sebelumnya. Perbedaannya terletak pada durasi sinyal yang didapatkan.
Untuk pemukulan meja, durasi sinyalnya pendek sekali.
Voltage (V)
duration approx. 66ms
0.6
0.4
0.2
0
-0.2
31.000 31.050 31.100 31.150 31.200 31.250
-0.4
-0.6
-0.8
-1
Series1
time (s)
Gambar 3a. Respon sensor pada saat meja dipukul
duration approx. 122ms
0.6
Voltage (V)
0.4
0.2
0
-0.238.30
Series1
38.35
38.40
38.45
38.50
-0.4
-0.6
time (s)
Gambar 3b. Respon sensor pada saat meja dipukul
Jika sinyal-sinyal pada gambar 3 dan 4 dianalisa pada domain frekuensi,
didapati bahwa karakteristik frekuensi sinyal pada gambar 4 dipengaruhi oleh kecepatan
berjalan atau berlari dari si pembawa sensor. Sedang sinyal-sinyal pada gambar 3 tidak
memiliki
karakteristik
khusus
yang
dapat
dipergunakan
sebab
sinyal-sinyal
itu
dihasilkan secara random, tergantung kuat lemahnya pukulan terhadap meja, dll.
Untuk keperluan instrumentasi system alarm pencuri dengan menggunakan
general purposed microcontroller, sinyal-sinyal pada gambar 3 dapat dianggap sebagai
sebuah bouncing pada system switch. Dalam hal ini berbagai algoritma bouncing secara
software dapat dipergunakan. Untuk system yang lebih kompleks dengan menggunakan
microcontroller yang lebih tinggi lagi, analisa dalam domain frekuensi dapat juga
dipergunakan. Hal ini akan melengkapi algoritma bouncing yang diaplikasikan dalam
system.
Voltage (V)
pick up and walk
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
-0.116.00
-0.2
Series1
17.00
18.00
19.00
20.00
21.00
time (s)
Gambar 4. Respon sensor pada saat dibawa berjalan
Untuk keperluan alarm pencuri ini, ada dua pendekatan yang dapat dilakukan,
yaitu alarm menempel selamanya pada benda yang dilindungi dan alarm diletakkan di
atas benda yang dilindungi. Jika alarm direkatkan pada benda, maka gerakan yang
dialami benda akan dirasakan juga oleh sensor sehingga algoritma bouncing ini akan
dapat dipergunakan untuk membedakan antara false alarm dengan ada pencurian pada
benda tersebut. Sedangkan untuk alarm yang diletakkan di atas benda yang dilindungi,
tidak bisa dengan mudah menggunakan algoritma bouncing untuk membedakan false
alarm dengan pencurian. Sebab jika pencuri memindahkan alarm ke tempat lain atau
membuangnya, system harus dapat mendeteksinya.
7. Kesimpulan
Sensor accelerometer dapat dipergunakan sebagai bagian utama dalam alarm
pencuri karena mendeteksi ada tidaknya percepatan dialami oleh benda yang dilindungi.
Hal ini dapat dilakukan jika alarm itu direkatkan pada benda dan tidak dapat dilepaskan
dengan mudah. Cara lain adalah dengan meletakkan system ini di atas benda yang
dilindungi.
Dari hasil pengukuran sinyal yang telah dilakukan, didapati bahwa sensor ini
memiliki peluang untuk menghasilkan false alarm kalau tidak ditangani dengan baik.
Berbagai algortitma bouncing pada switch dapat dipergunakan untuk mengatasi hal ini.
Penggunaan tools seperti LabView akan sangat membantu proses instrumentasi
berbagai macam system. Karena pengguna tidak dibebani dengan berbagai macam
rangkaian elektronika yang sering kali menjadi kendala dalam pengukuran. Saat ini
sudah tersedia banyak tools yang membantu proses instrumentasi elektronika.
Daftar Pustaka
[1] _______.
Build
an
Accelerometer.
Source:
[http://library.thinkquest.org/2745/data/meter.htm]
[2] Analog Devices, Inc., ADXL105: Single Axis Accelerometer With Analog Input.
[3] National
Instruments.
LabView
–
The
Software
That
Powers
Virtual
Instrumentation. Source: [http://www.ni.com/labview/]
[4] H. Ferdinando, Wouter Spareboom, Hardian Suprapto, Bas Goudrian. Theft Alarm
Ssytem. Measurement and Instrumentation Group. University of Twente. 2003.