## PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ALAT UKUR UNTUK PEMETAAN KONTUR POKET DALAM DENGAN MENGGUNAKAN SENSOR ULTRASONIK

## DESIGN AND MANUFACTURE OF MEASURING INSTRUMENTS FOR INSIDE POCKET CONTOUR MAPPING USING ULTRASONIC SENSORS
1 Evan Aditya*, 2 Oktavianus Ardhian Nugroho.
1 Program Studi Teknologi Rekayasa Elektronika, Politeknik Industri ATMI
2 Program Studi Mesin Industri, Politeknik Industri ATMI
1 evanditya@gmail.com , 2 ardhianatmi@gmail.com

## I. P ENDAHULUAN
Pesatnya perkembangan dalam dunia teknik membuat manusia  menjadi  lebih  mudah  dalam  melakukan  sesuatu, salah satunya dampak positifnya yaitu menjadi  lebih cepat dan  efisien.  Salah  satu  perkembangan  teknik  yang  sudah menjadi  topik  hangat  sejak  tahun  1970  yaitu  revolusi industri  3.0  [1].  Perkembangan  ini  berupa  mulainya penggunaan elektronika yang dikendalikan dengan komputer [1]. Walaupun di era sekarang mulai berkembang
revolusi  industri  selanjutnya,  masih  banyak  proses  manual yang dilakukan yang seharusnya dan sebaiknya digantikan oleh elektronika dan komputer. Kesadaran peralihan proses teknologi  ini perlu lebih dikembangan agar mempermudah berbagai  proses,  salah  satunya  adalah  proses  pengukuran dan perencanaan.
Menurut  CW  Darmawan  mengukur  adalah  suatu perbandingan sebuah kuantitas yang tidak diketahui nilainya dengan  suatu  nilai  standar  (dalam  satuan  tertentu)  [2].

## I N F O  A R T I K E L
Diterima: 25 November 2022 Direvisi:  12 Januari 2023 Disetujui: 14 Juni 2023
Kata Kunci: Pengukuran, Kontur Dalam, Sensor Ultrasonik, Pemetaan, Matlab
Keywords: Measurement, Inside Contour, Ultrasonic Sensor, Mapping, Matlab

## A B S T R A K
Pada  era  sekarang ini,  alat ukur  yang  digunakan dalam  proses  permesinan  masih  banyak menggunakan prinsip mekanik dan ada beberapa yang dikombinasikan dengan komponen elektrik. Kebanyakan alat ukur yang ada sekarang hanya bersifat linear dan masih sedikit yang dapat mengukur bentuk kontur. Salah satu alat yang dapat digunakan untuk mengukur kontur  adalah  CMM,  tetapi  harga  alat  ini  sangat  mahal.  Kebutuhan  alat  untuk  proses pengukuran  kontur  ini  sangat  dibutuhkan  dalam  dunia  industri  karena  beberapa  part  di industri  memiliki  bentuk  kontur  yang  beragam  dan  sulit  jika  diukur  tanpa  menggunakan mesin CMM. Oleh karena itu tujuan dari penelitian ini adalah membuat sebuah alat ukur untuk  pemetaan  kontur  dengan  menggunakan  sensor  elektronik.  Pembuatan  dan perancangan  alat  ukur  dimulai  dari  merancang  elektrik  dan  perangkat  keras,  kemudian dilanjutkan dengan pemrograman mikrokontroler dan Matlab. Alat ukur ini kemudian diuji kemampuan  akurasi  pengukuran  jarak  secara  linear,  akurasi  per  sudut,  dan  keakuratan bentuk  kontur.  Hasil penelitian  menunjukkan  hasil  ukuran  memiliki deviasi  maksimal 10 milimeter  dengan  jarak  maksimal  500  milimeter.  Sudut  0°  merupakan  sudut  pembacaan terburuk  dengan  deviasi  8.67  milimeter,  sedangkan sudut 90° dan 180°  merupakan sudut pembacaan  terbaik  dengan  deviasi  1  milimeter.  Bentuk  kotak  dan  persegi  panjang  dapat direpresentasikan  dengan  cukup  baik,  sedangkan  bentuk  segitiga  kurang  dapat direpresentasikan dengan baik disebabkan oleh sudutnya yang jauh dari tegak lurus terhadap sensor.
* Corresponding author : ardhianatmi@gmail.com

## A B S T R A C T
In  this's  era,  the  measuring  instruments  used  in  the  machining  process  still  use  a  lot  of mechanical  principles  and  there  are  only  a  few  that  are  combined  with  electrical components. Most of the measuring instruments that exist now are only linear and there are still  few that  can  measure the shape  of  the  contour.  One  of  the tools  that  can  be  used to measure contours is CMM, but the price of this tool is very expensive. The need for tools for this contour measurement process is very much needed in the industrial world, because some parts in the industry have various contour shapes and are difficult if measured without using a CMM machine. Therefore, the purpose of this study is to make a measuring instrument for contour  mapping  using  electronic  sensors.  The  manufacture  and  design  of  measuring instruments  starts  from  designing  electricity  and  hardware,  then  continues  with microcontroller  programming  and  Matlab.  This  measuring  instrument  is  then  tested  for linear distance measurement accuracy, accuracy per angle, and accuracy of contour shapes. The results showed that the size results had a maximum deviation of 10 millimeters with a maximum  distance  of  500  millimeters.  The  0°  angle  is  the  worst  reading  angle  with  a deviation of 8.67 millimeters, while the 90° and 180° angles are the best reading angles with a deviation of 1 millimeter. Square and rectangular shapes can be represented quite well, while  triangular  shapes  are  less  well  represented  due  to  their  angles  being  far  from perpendicular to the sensor.
Dalam  bidang  permesinan,  sebagian  besar  pengukuran dilakukan  untuk  mengetahui  kuantitas  dimensi  dengan standar unit salah satunya adalah meter. Pengukuran suatu dimensi  benda  yang  diproses  oleh  mesin  sebagian  besar menggunakan  jangka  sorong,  mikrometer  sekrup,  dan sebagainya  dengan  satuan  unit  salah  satunya  adalah milimeter.  Alat-alat  tersebut  pun  memiliki  beberapa kelemahan tersendiri tergantung dalam penggunaannya dan harganya  pun  cukup  mahal.  Berbagai  alat  tersebut  juga bergantung  pada  prinsip  mekanikal,  walaupun  di  jaman sekarang ini alat-alat tersebut sudah dikombinasikan dengan komponen  elektrik  menjadi  alat  ukur  semi  digital. Kelemahan  lain  dari  alat-alat  tersebut  yaitu  pengukuran yang  sangat  terbatas  secara  linear.  Hasil  dari  pengukuran alat-alat ukur tersebut adalah satu angka bersatuan (misalkan milimeter)  dan  tidak  bisa  mengukur  secara  berkelanjutan secara  otomatis.  Pengukuran  secara  berkelanjutan  dapat dilakukan  secara  manual  dengan  cara  mengukur  satu  per satu  titik  secara  diskrit.  Hal  ini  tentu  membuat  proses pengukuran suatu kontur memakan waktu cukup lama.
Mesin  CMM (Coordinate  Measuring  Machine) merupakan  suatu  alat  pengukur  multifungsi  berkecepatan tinggi yang menghasilkan akurasi dan efisiensi pengukuran yang  tinggi  [3].  Mesin  ini  menjawab  permasalahan sebelumnya  untuk  mengukur  kontur  secara  berkelanjutan secara presisi. CMM mengukur suatu dimensi benda dengan cara menyentuhkan probe ke beberapa titik (minimum dua titik) pada benda yang diukur [3]. Walaupun mesin ini dapat melakukan hal tersebut secara otomatis dan presisi, ukuran dari mesin ini sangat besar dengan harga yang sangat tinggi.
Berbagai  alat  ukur  yang  disebutkan  sebelumnya merupakan  alat  pengukuran  yang  membutuhkan  kontak secara  langsung.  Permasalahan  akan  muncul  jika  benda yang  akan  diukur  tidak  dapat  disentuh  atau  mendapatkan kontak  secara  langsung,  misalkan  benda  yang  memiliki tekstur  mudah  hancur  ataupun  benda  yang  memiliki  suhu ekstrim.  Metode  pengukuran  lain  yang  dapat  digunakan adalah metode tanpa kontak. Metode ini menjadi solusi dari permasalah  sebelumnya,  tetapi  untuk  mencapai  hal  ini dibutuhkan  sensor  khusus.  Beberapa  sensor  yang  dapat digunakan  adalah  sensor  cahaya,  sensor  suara,  sensor kamera, dan sebagainya.
Pengukuran  yang  hanya  bisa  dilakukan  secara  linear dan  diskrit  serta  besar  dan  mahalnya  mesin  CMM  hanya salah  dua  dari  berbagai  masalah  pengukuran  yang  ada. Untuk  mengukur  kontur pocket ataupun  kontur  dalam  dari suatu benda cukup sulit dilakukan secara berkelanjutan jika menggunakan  jangka  sorong  ataupun  mikrometer  sekrup. Jika  harus  mengukur  menggunakan  mesin  CMM  pun harganya  sangat  mahal  [4].  Hal  ini  menjadi  tambahan permasalahan  yang  ada.  Terlepas  dari  proses  pengukuran pun  muncul  permasalahan  baru,  yaitu  menampilkan  dan mepresentasikan  data  yang  ada.  Jika  dilakukan  proses pengukuran manual, untuk menampilkan data kontur suatu benda  sangat  sulit,  butuh  adanya  proses  penggambaran ulang dari data yang sudah dikumpulkan. Hasil dari gambar kontur pun keakuratannya tergantung dari berapa banyaknya titik yang diukur serta kemampuan orang yang menggambar dari  data  tersebut.  Dalam  penelitian  ini,  penulis  berusaha menjawab  permasalahan-permasalahan  tersebut  dengan
merancang  dan  membuat  alat  pemetaan  kontur  dalam dengan sensor ultrasonik.
Beberapa penelitian sebelumnya  sudah menggunakan sensor  tanpa  kontak  ultrasonik  untuk  mengukur  suatu dimensi  berupa  jarak  benda  ke  sensor.  Arsada  B. menggunakan  sensor  ultrasonik  yang  dipasangkan  pada robot  kontes  agar  dapat  mendeteksi  jarak  robot  terhadap dinding  [5].  Penelitian  lain  oleh  Satya  T.  et  al., menggunakan sensor ultrasonik untuk mengukur ketinggian permukaan  air  pada  tandon  air  kandang  ternak  ayam  [6]. Dari  kedua  penelitian  tersebut  memiliki  hal  kemiripan berupa  mengukur  jarak  tetapi  hanya  secara  linear  dan hasilnya hanya berupa suatu angka bersatuan.
Dalam  penelitian  ini,  sensor  ultrasonik  digunakan untuk  mengukur  secara  otomatis  dan  berkelanjutan  hingga dapat mempresentasikan hasil berupa gambar kontur dalam. Walaupun  secara  prinsip  sensor  ultrasonik  hanya  dapat mengukur  jarak  secara  linear,  dengan  dikombinasikan dengan suatu aktuator akan menjadi suatu sistem pengukur otomatis  berkelanjutan.  Data  dari  sensor  tersebut  akan diolah oleh mikrokontroler dan diteruskan ke komputer  agar dapat  diproses  lanjutan.  Hasil  akhir  dari  pengukuran  ini berupa  suatu  kumpulan  data  pengukuran  dan  hasil  gambar kontur dalam.

## II. M ETODE P ENELITIAN
Pada  Gambar  1 di  bawah merupakan  diagram  alir perancangan  alat  pemetaan  kontur  dalam  dengan  sensor ultrasonik.  Pertama  menentukan  latar  belakang  dan permasalahan  sebagai  perancangan  awal  penelitan.  Kedua, mencari  literatur  dan  studi  lapangan  sebagai  referensi penelitian. Selanjutnya, merancang hardware , elektrik, dan program  Arduino  sebagai software .  Hal  tersebut  dapat dilakukan  secara  bersamaan  maupun  bergantian  karena berkaitan  satu  sama  lain.  Setelah  desain  dari hardware , elektrik,  dan  program  mikrokontroler  sudah  selesai, dilanjutkan dengan mengaplikasikan desain tersebut secara langsung,  membuat hardware ,  merangkai  komponen elektrik,  dan  membuat  program  mikrokontroler.  Dalam tahap ini, masing-masing bagian dibuat secara terisolir dan purwarupa  tanpa  terkoneksi  satu  sama  lain.  Dilanjutkan dengan  memprogram  pembuat  gambar  kontur  dalam menggunakan aplikasi Matlab. Data yang digunakan dalam tahap  ini  berupa  data dummy agar  bisa  diuji  coba  secara terisolir  dari  bagian  lain.  Setelah  semua  bagian  sudah berjalan sesuai, tahap selanjutnya adalah merangkai menjadi satu  sistem,  bagian hardware yang  sebagian  besar digunakan  sebagai  penumpu  alat  dipasangkan  dengan bagian  elektrik.  Program  diunggah  ke  mikrokontroler  dan dicoba  dihubungkan  dengan  komputer  sebagai  pemroses data  dan  penghasil  gambar  menggunakan  aplikasi  Matlab. Setelah  semua  terpasang,  dilakukan  uji  coba  sistem keseluruhan,  jika  ada  permasalahan  dapat  dilakukan perbaikan atau troubleshooting . Jika sistem sudah berjalan dengan  lancar  dan  baik,  tahap  selanjutnya  adalah  uji performa  dari  alat    pemetaan  kontur  dalam  dengan  sensor ultrasonik. Hasil dari uji coba tersebut kemudian dicatat dan diolah sebagai bahan diskusi. Tahap akhir dari penelitian ini berupa  kesimpulan  dari  berbagai  proses  sebelumnya  yang sudah dijalankan.
Gambar 1 Diagram alir perancangan alat pemetaan kontur dalam dengan sensor ultrasonic

## A. Proses Perancangan hardware
Tahap  pertama  pada  penelitian  ini  adalah  pencangan hardware. Dalam  penelitian  perancangan  hardware berfokus  pada  pembuatan  dudukan  sensor  ultrasonik  ke motor stepper. Beberapa komponen yang digunakan antara lain, untuk sensor ultrasonik menggunakan HC-SR04, untuk motor  stepper  yang  digunakan  adalah  stepper  NEMA  17. Kedua komponen tersebut, membutuhkan sebuah rancangan dudukan  yang  disesuaikan  dengan  ukuran  komponen tersebut.
Dimensi  utama  yang  sudah  diperoleh  kenudian dirancang dirancang menggunakan software 3D Solidwork.
Gambar 2 Perancangan hardware dudukan sensor ke motor stepper.
Dalam proses ini potensi kendala berupa berkurangnya akurasi  deteksi  kontur  saat  pengoperasian  dapat  diperbaiki dengan  membuat  orientasi  vertikal.  Diketahui  pada  saat pengujian bahwa proses pengirim dan penerima gelombang
ultrasonik  menjadi  semakin  lebar.  Jika  menggunakan orientasi horisontal. Orientasi sensor ini membuat besar area gelombang saat mengukur kontur menjadi tidak sesuai. Hal ini  diperbaiki  dengan  membuat  orientasi  sensor  ultrasonik secara vertikal sehingga diharapkan dapat memperkecil area gelombang saat pengukuran. Hasil desain dapat dilihat pada Gambar  2.  Setelah  hasil  dari  desain  3D  didapatkan kemudian  dilanjutkan  dengan  pembuatan  dudukan  secara langsung.  Bahan  yang  digunakan  sebagai  dudukan  adalah Raku  tool  [7]  yang  dibentuk  melalui  proses  permesinan CNC.

## B. Perancangan Elektrik
Sebagai  penggerak  utama,  motor  stepper  NEMA  17 digunakan  dalam  penelitian  ini.  Motor  stepper  ini  dipilih karena  harganya  paling  terjangkau  dan  sering  digunakan, contohnya dalam pembuatan CNC berskala kecil [8]. Motor stepper  ini  membutuhkan  pengendali,  maka  IC  L298 digunakan  sebagai  driver.  Komponen  pengukur  utama dalam  penelitian  ini  menggunakan  sensor  ultrasonik  HC- SR04.  Sensor  ini  dipilih  karena  sudah  sangat  banyak digunakan  di  penelitian-penelitan  sebelumnya,  salah satunya  penelitan  oleh  Satya  T  et  al.  untuk  monitoring ketinggian  [6].  HC-SR04  pun  dipilih  karena  dinilai  bagus, murah, serta proses pengukurannya cukup sederhana [9].
Sebagai otak utama alat penelitian ini, mikrokontroler Arduino Uno dipilih karena pemrogramannya cukup mudah serta harganya yang terjangkau [10]. Pada era sekarang ini, mikrokontroler Arduino Uno juga sedang banyak digunakan [11].  Komponen  terakhir  yang  cukup  penting  adalah perangkat  lunak  aplikasi  Matlab  sebagai  pemroses  sinyal jarak  menjadi  gambar  pemetaan  kontur  dalam.  Semua komponen  tersebut  terkoneksi  satu  sama  lain  dan  secara keseluruhan dapat dilihat di Gambar 3.
Gambar 3 Perancangan hardware kedua berupa dudukan sensor ke motor stepper.
Spesifikasi  Komponen  Elektrik  yang  akan  di  rangkai dapat  dilihat  pada  Tabel  I.  Pada  sistem  alat  ini,  tegangan listrik  yang  dibutuhkan  ada  dua  jenis  yaitu  5V  dan  12V. Sebagian besar komponen menggunakan 5V yaitu IC driver L298,  sensor  ultrasonik  HC-SR04,  dan  mikrokontroler Arduino  Uno.  Untuk  tegangan  Arduino  Uno,  bisa didapatkan langsung dengan menghubungkan ke komputer menggunakan  kabel  USB  [12].  Sedangkan  untuk  motor stepper  NEMA  17  membutuhkan  tegangan  sebesar  12V. Pemilihan  motor  tersebut  membuat  arus  yang  muncul menjadi  cukup  besar,  maka  dari  itu  pemilihan  IC  driver L298 dibutuhkan.
T ABEL I S PESIFIKASI KOMPONEN ELEKTRIK No Nama Komponen Tipe Komponen Besar Tegangan 1 Mikrokontroler Arduino Uno 5V 2 IC Driver
L298 5V 3 Sensor Ultrasonik
HC-SR04 5V 4 Motor Stepper NEMA 17 12V
Cara kerja dari alat ini berpusat pada sensor ultrasonik HC-SR04.  Sensor  ini  akan  mengukur  jarak  antara  sensor dengan  permukaan  benda  yang  ada  pada  jarak  deteksi. Prinsip  pengukuran  jarak  ini  memanfaat  gelombang  suara ultrasonik, gelombang suara yang memiliki frekuensi di atas 20 kHz, diluar jangkauan pendengaran manusia [13].
Cara kerja dari sensor ini menggunakan dua komponen berbeda,  yaitu  pemancar  gelombang  suara  dan  penerima gelombang  suara.  Untuk  pemancar,  dikendalikan  oleh  pin trigger atau  pemicu  pada  sensor  HC-SR04.  Komponen penerima  di  sensor  ultrasonik  HC-SR04  berhubungan dengan  pin echo dan  dikoneksikan  dengan  salah  satu  pin input di mikrokontroler Arduino.
Agar  alat  dapat  bekerja  secara  otomatis  dan berkelanjutan, maka digunakanlah motor stepper NEMA 17. Untuk  mengendalikan  motor  stepper,  IC  driver  L298 digunakan  sebagai  jembatannya. Hasil sinyal kendali yang sudah  diproses  oleh  IC  L298  diteruskan  dan  dikeluarkan berupa 4 output yang langsung dikoneksikan dengan motor stepper NEMA 17.
Satu  buah  tombol  berkonfigurasi  SPST  ( Single  Pole Single  Throw )  [14]  dibutuhkan  sebagai  tombol  mulai  dari alat ini.  Tombol ini bertujuan sebagai  pengendali alat agar bisa  memulai  proses  pemetaan  kontur  sesuai  harapan operator. Gambar 4 menjelaskan tentang rancangan elektrik yang digunakan dalam penelitian secara detail.
Gambar 4 Perancangan rangkaian elektrik alat pemetaan kontur dalam dengan sensor ultrasonic
Untuk  mendapatkan  hasil  berupa  gambar  pemetaan, maka  dibutuhkan  aplikasi  Matlab  sebagai  pemroses lanjutan. Aplikasi Matlab [15] bekerja dalam sistem operasi Windows.  Koneksi  komunikasi  serial  digunakan  dalam penelitian  ini,  tujuannya  agar  data  dari  mikrokontroler Arduino dapat dikirimkan ke komputer.
Koneksi  serial  dalam  mikrokontroler  Arduino  Uno menggunakan  dua  pin,  pertama  pin  TX  sebagai  pemancar atau transmitter bersamaan dengan pin 1 Arduino, kedua pin
RX sebagai penerima atau receiver bersamaan dengan pin 0 Arduino.  Koneksi  serial  mikrokontroler  Arduino  ke komputer sudah sangat  dipermudah oleh pembuat Arduino [16]  ,  untuk  menghubungkannya  hanya  memerlukan  satu kabel USB tipe A yang terhubung ke komputer dan USB tipe mikro-B 5 pin.

## C. Perancangan Program (Software)
Perancangan  program  dapat  dibagi  menjadi  dua, program untuk mikrokontroler Arduino dan program untuk pemrosesan data di Matlab. Pemrograman pada mikrokontroler  Arduino  memiliki  fungsi  mengukur  jarak dengan  sensor  ultrasonik  HC-SR04,  menggerakkan  motor stepper  per  langkah  hingga  satu  putaran  penuh,  dan mengirimkan  data  jarak  hasil  pengukuran  ke  komputer melalui koneksi serial.
Pada  pemrograman  Matlab,  fungsinya  adalah  untuk menangkap data jarak dari mikrokontroler Arduino melalui koneksi serial dan memproses data tersebut untuk membuat peta  gambar  kontur  dalam  dengan  warna.  Diagram  alir keseluruhan program dapat dilihat di Gambar 5.

## Gambar 5 Diagram alir keseluruhan program
Pada  pemrograman  mikrokontroler  Arduino,  tahap pertama  yang  dirancang  adalah  tombol  mulai.  Input  dari tombol  mulai  menentukan  berjalannya  suatu  proses,  jika mendapatkan input high atau 1 (sebesar 5V) maka langkah program selanjutnya berjalan. Jika tombol tidak ditekan atau mendapatkan  input low (sebesar  0V),  program  akan menunggu dan berulang-ulang menanyakan kondisi tombol sampai berubah menjadi kondisi high .
Tahap  selanjutnya  setelah  tombol  ditekan,  sensor ultrasonik  HC-SR04  mengukur  jarak  permukaan  benda dengan mengirimkan gelombang ultrasonik [17]. Proses ini dimulai  dengan  memberikan  sinyal  output high ke  pin trigger pada  HC-SR04.  Sensor  HC-SR04  memancarkan gelombang suara ultrasonik dan jika ada permukaan benda dalam  jangkauan  maka  permukaan  tersebut  memantulkan gelombang suara dan gelombang tersebut  akan kembali  ke sensor dan ditangkap oleh penerima gelombang ultrasonik. Sensor  HC-SR04  akan  memberikan  sinyal  balik  ke mikrokontroler melalui pin echo saat menerima gelombang ultrasonik yang dipantulkan oleh permukaan benda.
Waktu  jeda  antara  pengiriman  sinyal  gelombang ultrasonik dan penerimaannya menjadi faktor utama penentu jarak. Semakin singkat waktu sinyal kembali dapat diartikan semakin  dekatjarak  antara  sensor  dan  permukaan  benda. Waktu jeda ini memiliki kata lain time of flight sebagai kata yang  umum  digunakan  secara  internasional,  karena mendefinisikan waktu terbang gelombang suara ultrasonik.
Untuk  mengubah time  of  flight dari  gelombang ultrasonik menjadi jarak antar sensor dan permukaan benda, perlu memperhatikan beberapa faktor, yaitu kecepatan suara pada  udara  dan  konstanta  k  yang  bernilai  0.5  dikarenakan gelombang  tersebut  berjalan  dua  kali.  Perjalanan  pertama adalah  dari  sensor  ke  permukaan  benda,  dan  kedua  adalah dari permukaan benda kembali ke sensor.
Konstanta k yang  berupa  0.5  berfungsi  membagi  2 waktu  yang  digunakan  oleh  gelombang  tersebut.  Untuk kecepatan  gelombang  suara  dalam  Persamaan (1) disimbolkan menjadi V s bernilai 344 m/s dalam suhu 20°C [18].  Dalam  Pers.  1  konstanta k dan  kecepatan  suara V s sudah  diatur  selalu  sama  dengan  mengabaikan  faktor  suhu yang  dapat  berubah. Time  of  flight yang  disimbolkan T f menjadi variabel penentu terakhir untuk menghitung jarak. Setelah  konstanta  tetap k dan V s dimasukkan  dalam Persamaan (1) ,  konstanta  baru  bernilai  5.8139  didapatkan untuk  mempersingkat  perhitungan  dalam  program,  hal  ini dapat  dilihat  di  Persamaan ( 2 ) .  dari  Persamaan ( 2 ) digunakan  dalam  program  Arduino  dan  variabel T f didapatkan  dari  perhitungan  waktu  tunggu  jeda  antara trigger dan echo .
𝐷 = 𝑇 𝑓 ∗ 𝑘 ∗ 𝑉 𝑠 (1)
𝐷 = 𝑇 𝑓 5.8139 (2)
Proses  pengukuran  jarak  oleh  sensor  ultrasonik  HC- SR04  tidak  dilakukan  hanya  sekali,  siklus  proses  tersebut akan dilakukan berkali-kali setiap pergerakan motor stepper NEMA 17. Motor stepper berputar per langkah berdasarkan spesifikasinya masing-masing, pada penelitian ini menggunakan  NEMA  17  yang  dapat  berputar  per  langkah sejauh  1.8° full  step .  Putaran  per  langkah  dalam  motor stepper  memiliki  dua  jenis,  yaitu full  step dan half  step . Untuk  mencapai  ketelitian  yang  lebih  baik  penelitian  ini menggunakan langkah half step pada motor stepper NEMA 17,  hingga  dapat  mencapai  putaran  0.9°  per  langkah. Berdasarkan  hal  tersebut,  proses  pengukuran  jarak  akan terjadi  sebanyak  400  kali  hingga  motor  stepper  berputar 360°.
Untuk  menggerakkan  motor  stepper  NEMA  17  per langkah  dengan  metode half  step ,  keempat  output mikrokontroler Arduino dinyalakan bergantian per langkah, misalkan  output  1  menyala,  kemudian  output  1  dan  2 menyala, dilanjutkan dengan output 2 menyala, lalu output 2 dan 3 menyala sampai siklus penuh. Total siklus ini hingga 8  langkah,  dapat  dilihat  pada  Gambar  6.  Dengan menggunakan perintah switch case , pin output mikrokontroler diatur kondisi menyala dan matinya satu per satu.
Dari  setiap  proses  pengukuran  jarak  akan  langsung dikirimkan  ke  komputer  beserta  data  sudut  yang ditempuh melalui  koneksi  serial  USB  agar  dapat  disimpan  dalam bentuk  matriks.  Dalam  penelitian  ini,  koneksi  serial menggunakan baudrate sebesar  9600.  Kedua  alat  yang dikomunikasikan,  mikrokontroler  Arduino  dan  komputer harus diatur baudrate komunikasi sama, jika tidak maka data yang  akan  dikirimkan  tidak  bisa  diinterpretasikan  secara benar.
Siklus yang dilakukan alat ini adalah mengukur jarak dari sensor dengan gelombang ultrasonik, mengirimkan data jarak  dan  sudut  ditempuh  ke  komputer,  lalu  memutar  satu langkah secara half step motor stepper sejauh 0.9°. Setelah satu siklus selesai, siklus akan diulang secara terus menerus hingga 400 kali untuk  mencapai  satu  putaran penuh motor sejauh 360°.
Gambar 6 Program mikrokontroler arduino pengendalian stepper

## III. H ASIL DAN P EMBAHASAN
Dalam  proses  pemrograman  pada  Matlab,  setiap  data yang  dikirimkan  akan  dimasukkan  ke  dua  array  yang berbeda. Array pertama digunakan khusus untuk
menyimpan  data  jarak,  array  kedua  digunakan  untuk menyimpan data sudut. Dengan adanya kedua data ini, jika jarak dan sudut digabungkan maka akan didapatkan tipe data polar.
Untuk  merepresentasikan  data  ini  menjadi  gambar, perlu  adanya  proses  perubahan  data  menjadi  kartesian. Perubahan  data  dari  polar  menjadi  kartesian  diperlukan karena pembuatan gambar pada Matlab berbasis pixel . Data pixel dalam gambar sangat terkait dengan sistem koordinat kartesian  sehingga  lebih  mudah  membuat  gambar  dari koordinat  kartesian  dibanding  bentuk  koordinat  polar. Perubahan  bentuk  data  koordinat  polar  menjadi  kartesian dapat menggunakan perintah pol2cart dalam Matlab.
Proses selanjutnya sebelum proses penciptaan gambar kontur  dalam,  beberapa  garis  referensi  untuk  membantu pembacaan  perlu  dipersiapkan.  Penggambaran  Matlab dalam penelitian ini memiliki dua garis referensi, yaitu garis lurus  koordinat  kartesian  dan  garis  skala  inkremental berbentuk lingkaran. Garis lurus koordinat kartesian terdiri dari dua bagian, yaitu garis koordinat x dan garis koordinat y.  Garis  skala  inkremental  terdiri  dari  5  lingkaran  yang perubahan  diameternya  tiap  20  sentimeter,  sehingga  dapat dilihat perubahan jarak dari alat tiap 10 sentimeter. Bentuk kontur aktual yang dibuat dapat dilihat pada Gambar 7.

## Gambar 7 Kontur Aktual
Dalam  penggambaran  Matlab,  pewarnaan  pixel  juga digunakan  dengan  mengatur  tiga  variabel  tiap pixel -nya, yaitu  merah,  hijau,  dan  biru.  Tiap  warna  dari pixel ditentukan oleh besarnya nilai dari ketiga variabel tersebut, dengan minimum nilai 0 dan maksimum nilai 1. Pewarnaan tiap pixel ini untuk membantu pembacaan secara visual, jika benda  dekat  dengan  alat  maka  akan  berwarna  merah, semakin  menjauh  maka  benda  akan  berubah  cenderung menjadi  hijau.  Transisi  warna  ini  dapat  dicapai  dengan mengatur  perubahan  nilai  variabel  merah  dan  hijau  di  tiap pixel .
Seluruh  data  yang  sudah  terkumpul  dalam  array  hasil akhirnya akan diproses menjadi suatu  garis dalam gambar. Tiap  perubahan  sudut  0.9°,  satu  garis  akan  digambarkan. Proses  penggambaran  garis  dimulai  dari  titik  jarak  deteksi hingga  maksimum  radius  yang  sudah  ditentukan  dalam penelitian  ini,  berupa  50  sentimeter.  Pada  hasil  akhir gambar, kontur dari suatu benda akan tervisualisasi melalui
Matlab  dan  diharapkan  dapat  merepresentasikan  keadaan fisik.  Hasil  dapat  dilihat  di  Gambar  8.  Perbandingan  dari Gambar 7 beserta ukuran jaraknya dapat dilihat pada gambar tersebut.

## Gambar 8 Kontur hasil visualisasi matlab

## A. Hasil eksperimen jarak linear
Eksperimen  pertama  yang  dilakukan  untuk  menguji akurasi  dari  kemampuan  sensor  ultrasonik.  Berdasarkan penelitian oleh Andayani  M. et al., sensor HC-SR04 dapat bekerja  baik  pada  jarak  14  hingga  250  sentimeter  [19]. Dalam eksperimen, akan dilakukan pengukuran dimulai dari jarak 50 milimeter dengan peningkatan sebesar 50 milimeter higgga  sensor  tidak  dapat  membaca  jarak  lagi.  Hasil  data pada eksperimen ini dapat dilihat pada Tabel II.
T ABEL II
D ATA HASIL EKSPERIMEN JARAK LINEAR
Actual Measurement Actual Measurement 50 48.8 850 830.25 100 103.55 900 885.5 150 153.05 950 928.15 200 201.65 1000 975.9 250 248.65 1050 1020.65 300 297.15 1100 1102.65 350 345 1150 1070.35 400 397.95 1200 1122.2 450 441.4 1250 1168.75 500 492 1300 1216.1 550 534.15 1350 1261.65 600 582.45 1400 1298.9 650 638.65 1450 1403.3 700 685.5 1500 14.3.55 750 738.9 1550 1405.05 800 780.25 1600 1404.65
Untuk  memudahkan  pembacaan  perbandingan,  data hasil eksperimen dapat dikonversi menjadi grafik yang dapat dilihat pada Gambar 9. Eksperimen jarak linear ini berhenti pada pengukuran 1600 milimeter dikarenakan tidak ada nya perubahan  signifikan  pada  hasil  pengukuran.  Perubahan hasil  pengukuran  terjadi  dimulai  dari  pengukuran  awal hingga  1450  milimeter,  setelah  pengukuran  ini  hasil pembacaan  sensor  hanya  berubah  maksimal  2  milimeter walaupun pada aktualnya perubahan mencapai 50 milimeter.
Gambar 9 Grafik perbedaan aktual dan hasil pengukuran pada eksperimen jarak linear
Data  hasil  eksperimen  kemudian  diolah  untuk mendapatkan deviasi dari tiap pengukuran. Hal ini bertujuan untuk  melihat  lebih  akurat  perbandingan  antara  aktual  dan hasil  pengukuran.  Grafik  dari  deviasi  dapat  dilihat  pada Gambar 10. Walaupun perubahan deviasi pada pengukuran di  awal  ada  naik  dan  turun,  tetapi  secara  umum  terjadi kenaikan  dengan  meningkatnya  jarak  benda  dari  alat pengukuran.
Gambar 10 Grafik deviasi perbedaan aktual dan hasil pengukuran pada eksperimen jarak linear

## B. Hasil eksperimen jarak per sudut
Eksperimen  ini  dilakukan  untuk  menguji  kemampuan pengukuran  jarak  di  beberapa  sudut  acuan.  Sudut  yang dipilih  dalam  eksperimen  ini  dimulai  dari  0°  hingga  satu putraran  penuh  dengan  inkremental  45°.  Percobaan  tiap siklus ini dilakukan tiga kali dengan tiga jarak benda yang berbeda,  yaitu  150  milimeter,  200  milimeter,  dan  250 milimeter. Hasil data pada eksperimen ini dapat dilihat pada Tabel III.
T ABEL III D ATA HASIL EKSPERIMEN JARAK PER SUDUT Sudut Pengukuran 150 mm 200 mm 250 mm 0° 153 192 235 45° 152 196 245 90° 150 197 250 135° 150 197 245 180° 150 197 250 225° 157 200 249 270° 150 201 242 315° 151 196 243
Hasil  data  eksperimen  jarak  per  sudut  ini  kemudian diproses  hingga  didapatkan  deviasinya.  Setelah  diproses deviasinya,  deviasi  dari  setiap  sudut  dirata-rata.  Hal  ini bertujuan untuk mencari sudut mana yang akurat dan yang paling tidak akurat. Hasil dari deviasi eksperimen jarak per sudut  dapat  dilihat  di  Tabel  IV.  Berdasarkan  hasil  deviasi, dapat  diketahui  bahwa  sudut  0°  merupakan  sudut  yang paling tidak akurat. Sudut yang paling akurat memiliki rata- rata deviasi sebesar 1 milimeter, yaitu sudut 90° dan sudut 180°.
T ABEL IV
D EVIASI DATA EKSPERIMEN JARAK PER SUDUT Sudut Deviation from actual Average 150 200 250 0° 3 8 15 8.667 45° 2 4 5 3.667 90° 0 3 0 1
135° 0 3 5 2.667 180° 0 3 0 1
225° 7 0 1 2.667 270° 0 1 8 3 315° 1 4 7 4
C. Hasil eksperimen bentuk kontur Eksperimen terakhir yang dilakukan adalah perbandingan  bentuk  kontur  dalam  secara  keseluruhan. Dikarenakan produk hasil akhir dari alat ini berupa gambar kontur, kemampuan alat untuk mendeteksi berbagai bentuk kontur  perlu  diuji.  Pada  eksperimen  ini,  3  bentuk  kontur diuji, yaitu bentuk kotak, persegi panjang, dan segitiga.
Salah satu  contoh  pada hasil experiment  bentuk  kotak Pada Gambar 11, sejumlah benda berbahan kardus dibentuk menjadi  kotak  dengan  dimensi  20x20  sentimeter.  Sesuai hasil,  alat  dapat  menangkap  bentuk  kotak  secara keseluruhan  walaupun  ada  bagian  yang  kurang  tertangkap pada sudut tiap kotak.
Gambar 11 Hasil eksperimen bentuk kontur kotak aktual (kiri) dan proyeksi gambar (kanan)
Pengukuran  jarak  antara  aktual  dan  hasil  proyeksi gambar  juga  menunjukkan  kecocokan  yang  cukup  baik. Hasil  kombinasi  dari  aktual  dan  proyeksi  gambar  pada Gambar  12  bertujuan  untuk  membandingkan  langsung secara visual.
Gambar 12 Hasil eksperimen bentuk kontur kotak kombinasi aktual dan hasil proyeksi gambar
Hasil  eksperimen  kontur  persegi  dan  persegi  panjang diketahui  bahwa  alat  tetap  dapat  mendapatkan  kontur persegi  dan  persegi  panjang  secara  keseluruhan.  Hasil pengukuran  jarak  juga  menunjukkan  hal  yang  sama.  Ada permasalahan  yang  muncul  juga  pada  eksperimen,  yaitu bentuk  kontur  pada  tiap  sudut  tidak  dapat  digambarkan dengan baik oleh alat. Hal ini juga dibuktikan dengan bentuk segitiga.  Pada  saat  pengujian  sudut  lurus  pada  bentuk segituga dapat terbaca dan memiliki hasil pengukuran yang baik,  sebaliknya  pada  ketiga  sudut  segitiga  memiliki  hasil pengukuran  yang  tidak  sesuai.  Hasil  experiment  bentuk segitiga dapat dilihat pada gambar 13.

## Gambar 13 Hasil eksperimen bentuk kontur segitiga aktual (kiri) dan proyeksi gambar (kanan)
Dari  hasil  percobaan  dengan  3  bentuk  kontur  yang sudah  dicoba  pada  eksperimen  dengan  bentuk  kontur persegi, persegi panjang, dan segitiga diketahui bahwa sudut permukaan terhadap pembacaan sensor sangat mempengaruhi  hasil  pengukuran  dengan  alat  yang  sudah dibuat.

## IV. K ESIMPULAN
Pengukuran  linear  pada  eksperimen  ini  membuktikan kemampuan pengukuran kontur maksimal  pada jarak 1450 milimeter.  Pada  kemampuan  pengukuran  maksimal  1450 milimeter, deviasi yang didapat sangat besar, sehingga untuk mendapatkan  hasil  yang  cukup  akurat  dengan  deviasi  30 milimeter  maksimal  pada  jarak  1100  milimeter.  Jika dibutuhkan  keakuratan  yang  lebih  baik  dengan  deviasi maksimal  10  milimeter,  jarak  pengukuran  maksimal  ada pada 500 milimeter. Dengan bertambahnya jarak antara alat dengan  permukaan  benda,  keakurasian  pembacaan  jarak akan berkurang.
Kemampuan  alat  untuk  mengukur  jarak  kontur  per sudut  memiliki  beberapa  variasi.  Maksimal  deviasi pengukuran  adalah  15  milimeter  dan  rata-rata  deviasi keseluruhan  3.335  milimeter.  Sudut  0°  merupakan  sudut pembacaan  yang  paling  tidak  akurat  dengan  deviasi  8.67 milimeter. Di sisi lain, sudut 90° dan 180° merupakan sudut pembacaan yang paling akurat dengan nilai deviasi sebesar 1 milimeter.
Hasil  eksperimen  pada  bentuk  kontur  cukup  akurat pada kontur kotak dan persegi panjang. Kedua bentuk kontur ini  sangat  serupa,  untuk  pengukuran  jarak  juga  memiliki hasil  yang  cukup  baik.  Walaupun  pembacaan  secara keseluruhan cukup baik  pada kedua kontur ini, didapatkan permasalahan  yang  sama  pada  sudut  tiap  bentuknya. Permasalahan  ini  ditunjukkan  lebih  jelas  pada  kontur segitiga. Hasil proyeksi gambar pada bentuk segitiga hanya terbaca sebagian, sesuai  hasil dapat dilihat alat mendeteksi kontur  yang  tegak  lurus  dengan  sudut  pengukuran  sensor. Semakin  besar  perubahan  sudut  dari  sudut  tegak  lurus sensor, pembacaan bentuk kontur semakin tidak akurat. Hal ini  disebabkan  oleh  prinsip  pemantulan  gelombang  suara sensor yang tidak langsung kembali ke sensor setelah kontak dengan  permukaan  kontur  benda.  Jika  sudut  antara  sensor dan  permukaan  tegak  lurus,  gelombang  akan  langsung kembali  dan  memberikan  pembacaan time  of  flight yang akurat.  Semakin  besar  deviasi  sudut  tegak  lurusnya,  maka kecenderungan gelombang suara untuk dipantulkan ke arah lain  dan  tidak  kembali  semakin  besar.  Fenomena  ini  yang menyebabkan  pembacaan  jarak  menjadi  tidak  akurat  atau bahkan dapat tidak terbaca.
DAFTAR RUJUKAN [1] A. Annisa, “Sejarah Revolusi Industri dari 1.0 sampai 4.0,” Artikel Mahasiswa Sistem Telekomunikasi , vol. 1, pp. 2–3, 2021. [2] C. W. Darmawan, “Alat Ukur dan Teknik
Pengukuran,” 2021.
[3] A. D. Wilujeng and R. Hakim, “Rancang Bangun Purwa-Rupa Cmm Tower Fixture Sebagai Dasar Media Pembelajaran Gd&T,” Jurnal Integrasi , vol. 12, no. 1, pp. 88–93, 2020.
[4] B. W. Febriantoko, A. Muklis, and M. Riska, “Reverse Engineering Outer Fender pada Mobil Mini Truk Esemka,” 2012.
[5] B. Arsada, “Aplikasi sensor ultrasonik untuk deteksi posisi jarak pada ruang menggunakan arduino uno,” Jurnal Teknik Elektro , vol. 6, no. 2, 2017.
[6] T. P. Satya, M. R. al Fauzan, and E. M. D. Admoko, “Sensor ultrasonik HCSR04 berbasis arduino due untuk sistem monitoring ketinggian,” JFA (Jurnal Fisika dan Aplikasinya) , vol. 15, no. 2, pp. 36–39, 2019.
[7] D. Sukhorukov, A. Kreshchik, V. Sharshin, and E. Sukhorukova, “Recycling of polymer materials for foundry patterns,” in IOP Conference Series: Materials Science and Engineering , Sep. 2020, vol. 919, no. 6. doi: 10.1088/1757-899X/919/6/062037.
[8] T. F. Prasetyo, H. Sujadi, and R. M. Azizi, “Desain Dan Pengembangan Peralatan Rekayasa Otomatis

## Pada Papan Tulis Menggunakan Arduino Uno R3
Terintegrasi Dengan Android,” INFOTECH journal , vol. 6, no. 2, pp. 57–64, 2020.
[9] V. A. Zhmud, N. O. Kondratiev, K. A. Kuznetsov,
V. G. Trubin, and L. v Dimitrov, “Application of ultrasonic sensor for measuring distances in robotics,” in Journal of Physics: Conference
Series , 2018, vol. 1015, no. 3, p. 032189.
[10] M. Gofur Saleh and I. Subijanto, “PERANCANGAN DAN PEMBUATAN PROTOTYPE KODE PANGAMAN BERBASIS MIKROKONTROLER UNTUK SEPEDA MOTOR,” 2013.
[11] R. Hidayat, R. A. Darajatun, R. Setiawan, and V. P. Fakhriani, “ALAT PENGUKUR KECEPATAN LARI BERBASIS MIKROKONTROLER,”
Barometer , vol. 4, no. 1, pp. 167–173, 2019.
[12] U. Latifa and J. S. Saputro, “Perancangan Robot Arm Gripper Berbasis Arduino Uno Menggunakan Antarmuka Labview,” Barometer , vol. 3, no. 2, pp. 138–141, 2018.
[13] M. Sholihah, U. Ahmad, and I. W. Budiastra, “Aplikasi gelombang ultrasonik untuk meningkatkan rendemen ekstraksi dan efektivitas antioksi dan kulit manggis,” Jurnal keteknikan pertanian , vol. 5, no. 2, 2017.
[14] S. Pengajar Jurusan Teknik Elektro, P. H. Negeri Semarang Jl Soedarto, and S. Tembalang Semarang, “RANCANG BANGUN TIMER TERPROGRAM DENGAN TAMPILAN LAMPU
TIGA WARNA SEBAGAI PEWAKTU PADA KEGIATAN SEMINAR,” 2019.
[15] M. Isnaini and M. Silfia Dewy, “PEMANFAATAN MATLAB SIMULINK SEBAGAI MEDIA PEMBELAJARAN PRAKTIKUM SECARA DARING,” Jurnal TIK dalam Pendidikan , vol. 8, no. Desember, p. p, 2021.
[16] M. Ferdian Putra, A. Harsa Kridalaksana, Z. Arifin, and P. Studi Ilmu Komputer FKTI Universitas Mulawarman Jl Barong Tongkok Kampus Gunung Kelua Kota Samarinda, “RANCANG BANGUN
ALAT PENDETEKSI KEBOCORAN GAS LPG DENGAN SENSOR MQ-6 BERBASIS MIKROKONTROLER MELALUI
SMARTPHONE ANDROID SEBAGAI MEDIA INFORMASI,” Jurnal Informatika Mulawarman , vol. 12, no. 1, p. 1, 2017, [Online]. Available: www.cayenne-mydevices.com.
[17] P. Stevano et al. , “JURNAL EINSTEIN Jurnal Hasil Penelitian Bindang Fisika IMPLEMENTASI SENSOR ULTRASONIK HC-SR04 SEBAGAI SENSOR PARKIR MOBIL BERBASIS ARDUINO,” Dipublikasikan, 2017. [Online]. Available: http://jurnal.unimed.ac.id/2012/index.php/inpafie- issn:2407-747x,p-issn2338-1981
[18] J. Shipman, J. D. Wilson, and C. A. Higgins, An introduction to physical science . Cengage Learning, 2012.
[19] M. Andayani, W. Indrasari, and B. H. Iswanto, “Kalibrasi Sensor Ultrasonik HC-SR04 sebagai Sensor Pendeteksi Jarak pada Prototipe Sistem Peringatan Dini Bencana Banjir,” in PROSIDING SEMINAR NASIONAL FISIKA (E-JOURNAL) , 2016, vol. 5, pp. SNF2016-CIP.