pengukur tinggi badan dengan detektor ultrasonik

PROSIDING 20 11©
Arsitektur
Elektro
Geologi
Mesin
HASIL PENELITIAN FAKULTAS TEKNIK
Perkapalan
Sipil
PENGUKUR TINGGI BADAN DENGAN DETEKTOR ULTRASONIK
A. Ejah Umraeni Salam & Cristophorus Yohannes
Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin
Jl. Perintis Kemerdekaan Km. 10 Tamalanrea - Makassar, 90245
Telp./Fax: (0411) 588111
e-mail: [email protected]
Abstrak
Perkembangan instrumentasi elektronika mengalami perkembangan seiring dengan
banyaknya penemuan sensor-sensor. Tugas akhir ini membahas tentang pembuatan alat
untuk mengukur tinggi badan dengan memanfaatkan sensor ultrasonik. Sensor ultrasonik ini
mengirimkan pulsa ultrasonik yang apabila mengenai suatu objek maka pulsa tersebut akan
memantul dan diterima kembali oleh receiver sensor tersebut. Pulsa yang memantul inilah
yang dipakai sebagai indikator jarak kepala orang dengan sensor, yang kemudian jarak
tersebut akan dikurangi dengan jarak antara sensor dan lantai, maka diperoleh tinggi
badan orang tersebut. Output dari sensor ultrasonik ini kemudian akan diolah dengan
menggunakan mikrokontroller ATmega8535 kemudian diolah menjadi data dan data
tersebut dapat dibaca dengan menggunakan alat display berupa LCD. Pengukur tinggi
badan ini menggunakan pemrograman bahasa C yang berfungsi untuk mengolah dan
menata sistem kerja rangkaian mikrokontroller ATmega8535 dan rangkaian sensor
ultrasonik agar bekerja sesuai dengan yang diharapkan. Akhir dari pembuatan alat ini
adalah dengan melakukan analisa pengujian terhadap alat untuk mengetahui akurasi
pengukurannya. Hasil analisa tersebut menghasilkan kesimpulan tentang kelebihan dan
kekurangan alat ini untuk selanjutnya dapat dikoreksi dan dikembangkan lebih lanjut.
Kata kunci: sensor ultrasonic, ATmega 8535, Display LCD
PENDAHULUAN
Alat ukur tinggi badan yang sering digunakan saat ini yaitu alat ukur tinggi badan konvensional. Alat ukur
konvensional ini berupa pita meteran dan segitiga siku. Penggunaan alat ukur ini sangat sederhana yaitu dengan
memasang pita meteran pada dinding yang tegak lurus dengan lantai kemudian pembacaan pengukuran
dilakukan dengan menggunakan segitiga siku.
Selain alat ukur tinggi badan konvensional, terdapat pula pengukur tinggi badan digital. Alat ukur dengan
penampil digital memberikan banyak kemudahan seperti pembacaan yang lebih teliti dan mudah dibaca.
Pengolahan data juga lebih mudah dilakukan secara digital, walaupun ada beberapa aspek yang memang tidak
bisa mengabaikan suatu alat ukur analog.
Alat ukur tinggi badan dengan penampil digital ini dirancang dengan menggunakan sistem kendali yang dapat
mengolah data yang dimasukkan pada sistem kontrolernya menjadi data keluaran yang mudah dibaca, dimana
data masukan diperoleh dari sensor ultrasonic
METODA PENELITIAN
Penelitian ini bertujuan untuk mendisain dan membuat alat ukur tinggi badan dengan tahap tahap sebagai
beikut:
Garis Besar Perancangan
Perancangan Pengukur Tinggi Badan dengan Detektor Ultrasonik adalah sebagai berikut:
Volume 5 : Desember 2011
Group Teknik Elektro
TE1 - 1
ISBN : 978-979-127255-0-6
Pengukur Tinggi Badan dengan…
Arsitektur
Elektro
Geologi
Mesin
A. Ejah Umraeni Salam & Cristophorus Y.
Perkapalan
Sipil
Gambar 1. Rancang Bangun Pengukur Tinggi Badan dengan Detektor Ultrasonik
Pendeskripsian cara kerja alat ukur ini dapat dilihat pada Gambar 2.
Gambar 2. Cara kerja Pengukur Tinggi Badan Dengan Detektor Ultrasonik
Deskripsi kerja dari pengukur tinggi badan dengan detektor ultrasonik dapat dijelaskan sebagai berikut, sensor
ultrasonik akan dipasang tegak lurus di dinding dengan jarak dari lantai ke sensor PING))) adalah 220 cm, jarak
tersebut ditentukan dengan pertimbangan batas kemampuan sensor PING))) yang optimal mengukur antara 2
cm s.d. 300 cm dan agar lebih mudah pada saat pemasangan. Variabel distance menyatakan jarak antara sensor
PING))) dan kepala. Dengan mengetahui jarak antara kepala dengan sensor PING))) kemudian jarak ini
diperkurangkan dengan jarak sensor PING))) dengan lantai, maka dapat diketahui tinggi badan orang yang
berdiri di bawah sensor PING))).
Perancangan sistem di atas membutuhkan alat dan bahan sebagai berikut:
 Rangkaian mikrokontroler ATmega8535
 Sensor Ultrasonik
 Adaptor 12 V, 1 mA
Prinsip Kerja
Prinsip kerja dari Pengukur Tinggi Badan dengan Detektor Ultrasonik adalah sebagai berikut, objek dalam hal
ini orang yang akan diukur tinggi badannya, berdiri di bawah sensor PING))) yang dipasang pada ketinggian
220 cm dari lantai. Setelah itu, untuk mengukur tinggi badan maka sensor PING))) dan rangkaian
mikrokontroler diaktifkan. Setelah aktif, mikrokontroler menghasilkan sinyal high selama 5 µs (tout) ke pin
mikrokontroler yang terhubung dengan sensor PING))), kemudian di-low-kan kembali selama 750 µs (tholdoff),
lalu PING))) akan membuat logika sinyal pulsa kembali high, kemudian men-transmite sinyal ultrasoniknya.
Pada saat PING))) membuat logika high, maka saat itu counter mulai pencacahannya, dan menunggu sampai
sinyal ultrasonik dipantulkan oleh objek. Pada saat sinyal yang dipantulkan telah diterima oleh unit penerima
sensor PING))) maka, logika di-low-kan kembali oleh PING))), dan counter berhenti mencacah. Untuk lebih
jelasnya, prinsip kerja PING))) dapat dilihat pada Gambar 3.
Hasil cacahan counter merupakan besaran waktu dengan satuan µs. Untuk mengubahnya menjadi besaran jarak
maka digunakan rumus hubungan jarak, kecepatan, dan waktu.
s = jarak (cm)
v = kecepatan suara di udara (34442.4 cm/s)
t = waktu (s)
Data waktu yang diterima oleh mikrokontroler adalah waktu tempuh mengirim dan menerima sensor ultrasonik,
maka kita perlu membagi dua nilai t yang diperoleh dari PING))), sehingga perhitungan jarak menjadi seperti
berikut ini:
ISBN : 978-979-127255-0-6
Group Teknik Elektro
TE1 - 2
Volume 5 : Desember 2011
PROSIDING 20 11©
Arsitektur
distance
vsuara
counter
Elektro
Geologi
Mesin
HASIL PENELITIAN FAKULTAS TEKNIK
Perkapalan
Sipil
= jarak objek dengan PING)))
= kecepatan suara di udara (34442.4 cm/s)
= waktu dalam satuan µs
Start
PortB.0 = 1
1
Delay 5µs
counter ++
PortB.0 = 0
PortB.0=0
Delay 750 µs
counter end
Menunggu logika
PING))) = 1
End
PortB.0 = 1
1
Gambar 3. Flowchart prinsip kerja PING))) Ultrasonik
Pembuatan Piranti Masukan
Piranti masukan yang digunakan untuk mendeteksi jarak objek adalah sensor PING))) Ultrasonik. Sensor ini
dipasang pada sebuah dudukan yang terbuat dari fiber. Dudukan ini nantinya akan ditempel di dinding dengan
jarak 220 cm tegak lurus dari lantai.
Kaki-kaki dari sensor PING))) dihubungkan ke papan rangkaian mikrokontroler dengan kabel sepanjang ± 175
cm. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada Gambar 4.
Gambar 4. Pemasangan PING))) dan dudukannya
Pembuatan Rangkaian Mikrokontroler
Rangkaian Mikrokontroller bertugas mengendalikan sistem pengukuran. Sistem kontroller yang
membangkitkan sinyal input agar sensor PING))) aktif kemudian menerima data dari PING))), mengolah
datanya, kemudian menampilkan hasil olahan data ke alat display.
Volume 5 : Desember 2011
Group Teknik Elektro
TE1 - 3
ISBN : 978-979-127255-0-6
Pengukur Tinggi Badan dengan…
Arsitektur
Elektro
Geologi
Mesin
A. Ejah Umraeni Salam & Cristophorus Y.
Perkapalan
Sipil
Gambar 5. Skema Rangkaian Mikrokontroler
Kaki SIG pada sensor PING))) dihubungkan ke Port B.0. Untuk pemasangan LCD digunakan Port A. Selain
rangkaian PING))) dan LCD, pada rangkaian juga diberikan rangkaian reset dan clock. Untuk clock, digunakan
cyrstal 11.0592 MHz. Sebagai power supply rangkaian, digunakan adaptor 12 volt dengan arus 1200 mA.
AN7805 digunakan sebagai regulator tegangan, regulator dipasangkan pada rangkaian sensor PING))),
rangkaian LCD, dan rangkaian ATmega8535.
Pembuatan Piranti Keluaran
LCD 2x16 HD44780U produksi HITACHI, digunakan sebagai alat display yang akan menampilkan hasil
olahan data mikrokontroler. Alat display ini dipasang diluar box rangkaian mikrokontroler. Gambar III.7
memperlihatkan pemasangan LCD pada box rangkaian.
Gambar 6. Alat Display LCD sebagai output
Pembuatan Program Pengendali
Untuk bahasa pemrograman yang digunakan untuk membuat program pengendali, Penulis menggunakan bahasa
pemrograman C sebab bahasa pemrograman C memiliki struktur pemrograman yang lebih teratur daripada
bahasa C sehingga dapat mendeteksi kesalahan program lebih cepat. Selain itu, sebaris kode program dalam
bahasa C sama dengan beberapa kode atau baris pada bahasa Assembly. Dengan menggunakan bahasa C proses
perhitungan aritmatika lebih mudah dibandingkan dengan menggunakan bahasa Assembly.
Setelah program dalam bahasa C ditulis dan dilakukan kompilasi tidak terdapat kesalahan (error) maka proses
download dapat dilakukan.
HASIL DAN BAHASAN
Dalam bab ini akan dibahas tentang pengujian berdasarkan perencanaan dari sistem yang dibuat. Pengujian ini
dilaksanakan untuk mengetahui kehandalan dari sistem dan untuk mengetahui apakah sudah sesuai dengan
perencanaan atau belum. Pengujian pertama dilakukan untuk menguji keakuratan sensor PING))). Pengujian
kedua dilakukan untuk menguji kinerja seluruh sistem yang telah direncanakan.
Pengujian Sensor Ultrasonik
Pengujian sensor ultrasonik dilakukan dengan tujuan mengetahui jarak terjauh yang dapat dideteksi oleh sensor
PING))) dengan akurat. Pengujian dilakukan dengan benda padat yang permukaannya datar dijadikan sebagai
ISBN : 978-979-127255-0-6
Group Teknik Elektro
TE1 - 4
Volume 5 : Desember 2011
PROSIDING 20 11©
Arsitektur
Elektro
Geologi
Mesin
HASIL PENELITIAN FAKULTAS TEKNIK
Perkapalan
Sipil
objek. Data yang diperoleh dari PING))) kemudian dibandingkan dengan hasil pengukuran manual
menggunakan penggaris 50 cm. Hasil pengujiannya dapat dilihat pada tabel berikut ini.
Tabel 1. Hasil Pengujian Sensor PING)))
Jarak
Jarak dari
No.
Sebenarnya
PING))) (cm)
(cm)
1
3
3
2
4
4
3
5
5
4
6
7
5
8
10
6
9
12
7
12
15
8
18
24
9
21
25
10
24
30
Dari data hasil pengujian PING))) dapat diketahui bahwa dengan mengandalkan kecepatan rambat udara
sebagai pengali counter ternyata membuat pengukuran menjadi tidak tepat. Setelah diteliti lebih lanjut, ternyata
secara fisika, kecepatan rambat di udara juga bergantung pada suhu disekitarnya [6]. Hal ini membuat
ketidakpastian pengukuran pada sensor PING))). Maka dibuat suatu perbandingan antara counter dan jarak yang
ditunjukkannya. Perbandingan diperoleh dengan cara mengambil beberapa sampel kemudian diuji keakuratan
penghitungannya, begitu seterusnya sampai didapatkan perbandingan yang menghasilkan penghitungan yang
akurat. Ditentukan range pengukuran 3 cm sampai 300 cm (jarak maksimum pendeteksian PING)))). Jika benda
ditempatkan di depan PING))) dengan jarak 3 cm maka counter menunjukkan nilai 182 µs . Untuk jarak terjauh
dalam hal ini 300 cm (dibuat agar PING))) tidak dihalangi objek) counter menunjukkan nilai 16650 µs.
Range counter : 16650 – 182 = 16468
Range jarak : 300 – 3 = 297
Perbandingan = 16468 : 297 = 55.34 : 1
Perbandingan di atas diartikan tiap kenaikan 1 cm maka counter juga akan naik 55.34 µs. Dengan perbandingan
ini kemudian digunakan rumus seperti berikut
distance =counter / 55.34
Setelah diuji kembali, ternyata datanya tidak jauh berbeda dengan sebelum perbandingan digunakan. Untuk
mengatasi hal ini, diambil sampel berikutnya dengan meletakkan benda di depan PING))) sejauh 45 cm dan 50
cm. Untuk 45 cm counter menunjukkan nilai 2272 µs dan untuk 50 cm counter menunjukkan nilai 2478 µs.
Maka diperoleh perbandingan sebagai berikut
Range counter : 2272 – 182 = 2090
Range jarak : 45 – 3 = 42
Perbandingan = 2090 : 42 = 49.76
Range counter : 2478 – 182 = 2296
Range jarak : 50 – 3 = 47
Perbandingan = 2296 : 47 = 48.85
Dengan melihat sampel di atas maka dicoba perbandingan 49 : 1 ke dalam rumus :
Setelah dilakukan pengujian kembali diperoleh hasil seperti pada Tabel 2
Volume 5 : Desember 2011
Group Teknik Elektro
TE1 - 5
ISBN : 978-979-127255-0-6
Pengukur Tinggi Badan dengan…
Arsitektur
Elektro
Geologi
Tabel 2. Hasil Pengujian PING)) dengan memakai perbandingan
Jarak
Jarak dari
Jarak dari
No.
Sebenarnya
No.
PING))) (cm)
PING))) (cm)
(cm)
3
3
18
1
11
4
4
20
2
12
5
5
21
3
13
6
6
24
4
14
7
7
25
5
15
8
8
30
6
16
9
9
32
7
17
10
10
41
8
18
12
12
45
9
19
15
15
50
10
20
Mesin
A. Ejah Umraeni Salam & Cristophorus Y.
Perkapalan
Sipil
Jarak
Sebenarnya
(cm)
18
20
21
24
25
30
32
41
45
50
Dari data pengujian yang ke-2 ini, dapat dilihat bahwa perbandingan persentase kesalahan pengukuran PING)))
dan jarak sebenarnya adalah 0 %. Dengan keakuratan seperti ini, maka sensor ultrasonik PING))) dapat
digunakan sebagai pendeteksi jarak.
Pengujian Pengukuran Tinggi Badan
Tujuan pengujian ini adalah untuk mengetahui kinerja sensor PING))), mikrokontroler, dan LCD, sebagai suatu
sistem stabil dan handal untuk mengukur tinggi badan manusia. Pengujian dilakukan dengan permukaan objek
pendeteksian sensor berupa bidang datar dan tidak datar. Untuk bidang tidak datar, sensor akan dihadapkan
dengan bagian atas kepala orang yang akan diukur tinggi badannya, sedangkan untuk bidang datar, akan
diletakkan penggaris lebar dengan ketebalan ± 2 mm di atas kepala orang yang akan diukur tinggi
badannya.0020
Tabel 3. Hasil Pengujian Pengukur Tinggi Badan
Pengukuran dengan sensor PING)))
Data
Manual(cm)
Permukaan
Permukaan Objek
ke-n
Objek Datar
Tidak Datar
1
157
157
157
2
170
170
170
3
87
87
87
4
166
166
166
5
163
163
162
6
165
165
165
7
162
162
162
8
154
154
151
9
159.5
160
159
10
159
158
156
11
157
157
155
12
171
171
169
13
154
154
151
14
158
157
158
15
156
156
156
16
157
157
157
17
151
150
150
18
175
174
175
19
163.9
163
163
20
147
147
146
Dari datas terrsebut diatas maka dapat diketahui terdapat beberapa data pengukuran sensor PING))) yang sama
persis dengan pengukuran meteran dan ada juga yang nilainya bergeser beberapa centimeter dari pengukuran
dengan meteran.
ISBN : 978-979-127255-0-6
Group Teknik Elektro
TE1 - 6
Volume 5 : Desember 2011
PROSIDING 20 11©
Arsitektur
Elektro
Geologi
Mesin
HASIL PENELITIAN FAKULTAS TEKNIK
Perkapalan
Sipil
Analisa Pengukuran dengan Permukaan Datar
Untuk pergeseran 0.1 – 0.9 cm pada pengukuran permukaan datar disebabkan karena pembacaan alat ukur tidak
memakai tipe data float (bilangan desimal) melainkan memakai tipe data integer (bilangan bulat), sehingga
tinggi yang nilainya bukan bilangan bulat akan dibulatkan oleh mikrokontroler, dengan kata lain satuan terkecil
dari pengukur tinggi badan dengan sensor ultrasonik ini adalah 1 cm.
Nilai counter juga mempengaruhi pembulatan, seperti telah dipaparkan sebelumnya bahwa perhitungan yang
digunakan untuk mengukur tinggi badan adalah perbandingan nilai counter dan skala 1 cm (49 : 1), jadi jika
nilai counter lebih cenderung ke skala berikutnya maka program akan menampilkan skala berikutnya dan jika
sebaliknya maka program akan menampilkan skala sebelumnya.
Untuk pergeseran 1 cm pada pengukuran permukaan datar disebabkan karena pada saat melakukan pengujian,
posisi bidang datar yang dipasang di dinding tidak tegak lurus terhadap dinding dan sensor, sehingga
pembacaan sensor kurang akurat.
Analisa Pengukuran dengan Permukaan Tidak Datar
Meskipun keakuratan pengukuran dengan bidang datar lebih banyak daripada bidang tidak datar, namun dari
data selisih yang diperoleh, pengukuran akurat dengan selisih nol lebih banyak daripada pengukuran yang
memiliki selisih. Setelah diamati, rata-rata tinggi badan yang bergeser adalah tinggi badan koresponden yang
kepalanya tidak datar bersandar penuh pada dinding tempat pengukuran, hal ini disebabkan oleh beberapa hal
seperti, koresponden perempuan yang mengikat rambutnya ke belakang, koresponden yang bergerak pada saat
pengukuran, dan perbedaan bentuk kepala serta ketebalan rambut koresponden. Sehingga pada saat melakukan
pembacaan, harus menunggu beberapa saat untuk mendapatkan nilai pembacaan yang tetap.
Gambar di bawah ini merupakan grafik perbandingan persentase kesalahan antara pengukuran dengan
permukaan objek rata dan pengukuran dengan permukaan objek tidak rata.
% Kesalahan
Data Ke-n
Gambar 7. Grafik perbandingan tiap pengukuran
Dari hasil kedua pengambilan data tersebut secara manual dan digital, didapatkan perbedaan pengukuran tinggi
badan. Ini disebabkan oleh banyak faktor yang terjadi pada saat proses pengambilan data itu sendiri:
1. Kesalahan manusia membaca meteran pada saat pengujian alat.
2. Bagian atas kepala orang yang diukur tinggi badannya memiliki permukaan yang tidak datar sehingga
mempengaruhi keakuratan pengukuran.
SIMPULAN


Pengukur tinggi badan dengan detektor ultrasonik dapat bekerja dengan optimal dan dapat digunakan untuk
mengukur tinggi badan.
Untuk mendapatkan pengukuran tinggi badan yang tepat, maka pada saat pengukuran, objek dialasi dengan
permukaan datar yang tipis, misalnya penggaris.
Volume 5 : Desember 2011
Group Teknik Elektro
TE1 - 7
ISBN : 978-979-127255-0-6
Pengukur Tinggi Badan dengan…
Arsitektur
Elektro
Geologi
Mesin
A. Ejah Umraeni Salam & Cristophorus Y.
Perkapalan
Sipil
SARAN


Penambahan rangkaian khusus agar data yang diperoleh dapat langsung diolah pada database komputer.
Pembuatan rancangan mekanik untuk pengukur tinggi badan dengan detektor ultrasonik.
DAFTAR PUSTAKA
Asita, St. Aisyah dan Hasmini. 2009. Sistem Akuisisi Data Towing Tank Berbasis PC. Makassar : Jurusan
Elektro Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin.
Bejo, Agus. 2008. C dan AVR Rahasia Kemudahan Bahasa C dalam Mikrokontroler ATmega8535.
Yogyakarta: Graham Ilmu.
Heryanto, Ary dan Wisnu Adi. 2008. Pemrograman Bahasa C untuk Mikrokontroler ATmega8535. Yogyakarta:
Andi Offset.
Rachmad Z., Dwi. 2007. Rancang Bangun Alat Bantu Bagi Tuna Netra. Surabaya: Jurusan Telekomunikasi
Politeknik Elektronika Negeri Surabaya Institut Teknologi Sepuluh Nopember.
Winoto, Ardi. 2008. Mikrokontroler AVR ATmega8/16/32/8535 dan Pemrogramannya dengan Bahasa C pada
WinAVR. Bandung: Informatika.
http://agfi.staff.ugm.ac.id/blog/index.php/2009/01/pemrograman-mikrokontroler-dalam-bahasa-tingkat-tinggi
http://digitallaboratory.wordpress.com/2010/01/22/sensor-ultrasonic-srf04
http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/HBASE/sound/souspe.html
http://www.parallax.com/dl/docs/prod/acc/28015-PINGv1.3.pdf
www.atmel.com/atmel/acrobat/doc2502.pdf
ISBN : 978-979-127255-0-6
Group Teknik Elektro
TE1 - 8
Volume 5 : Desember 2011