## PEMBUATAN ALAT UKUR KECEPATAN PUTAR GEAR MENGGUNAKAN
SENSOR PROXIMITY INDUKTIF DAN MIKROKONTROLER ARDUINO UNO
Elfi Susilawati 1 Yulkifli 2 Zulhendri Kamus 3
1) Mahasiswa Jurusan Fisika FMIPA UNP
2) Staf Pengajar Jurusan Fisika FMIPA Universitas Negeri Padang Email. elfisusilawati2@gmail.com

## ABSTRACT
The  development  of  science  and  technology  (Science  and  Technology)  always  improved.  Science  and technology  proven  to  provide  convenience  and  benefits  for  humans  as  in  the  field  of  Physics,  for  example measurement  of  the  Rotational  speed.  Rotational  speed  can  be  measured  in  two  ways:  manually  and automatically. Automatic sensor-assisted system used to detect and monitor the speed of play. Sensors for this system is inductive proximity sensors npn LJ12A3-4-Z / BX type. The use of these sensors has not been widely used in general, so the design and realization of the system is done looking at technical data, specifications and sensor characteristics. The objective of the research is to know the performance specification and the design of the  gear  speed  measuring  instrument.  This  research  is  engineering  research.  Data  collection  is  done  directly and  indirectly.  Direct  measurements  are  made  by  comparing  the  measurements  and  theoretical  outcomes. Indirect  measurements  determine  the  precision  and  accuracy  of  the  speed.  The  data  obtained  through measurement are statistically and graphically. Based on data analysis put forward two important sections. First, the  measurement  system  performance  specification  using  proximity  sensor  and  arduino  microcontroller  UNO consist of DC motor there are 12 gear, near DC motor there is proximity sensor with 4 mm distance to gear, and box  circuit.  Design  specifications  of  measuring  instruments  in  the  form  of  device  sensitivity  8,015;  Relative accuracy 0.97; 97% accuracy and 0.99 system accuracy.
Keywords : Speed Measuring Instrument, Automatic, Manual, Inductive Proximity Sensor

## PENDAHULUAN
Perkembangan  ilmu  pengetahuan  dan  teknologi (IPTEK) saat ini selalu mengalami peningkatan yang begitu pesat, sejalan dengan kebutuhan manusia yang selalu  meningkat.  Para  ahli  terus  melakukan penelitian  untuk  melahirkan  produk  teknologi  guna memenuhi  kebutuhan  manusia. Hasil IPTEk tersebut telah  terbukti  banyak  memberikan  kemudahan  dan keuntungan  bagi  manusia.  Salah  satu  cabang  ilmu yang banyak memberikan konstribusi dalam perkembangan IPTEK adalah fisika.
Fisika  telah  memberikan  dasar  yang  kuat  pada kemajuan  teknologi.  Kemajuan  teknologi  erat hubungannya dan kemajuan fisika. Salah satu bidang kajian  fisika  yang  tidak  kalah  pesat  perkemban gannya  saat  ini  cukup  membantu  manusia  dalam bidang  ilmu  pengetahuan.  Salah  satu  peranan  yang penting adalah percobaan fisika.
Pada umumnya untuk mengetahui besar kecepatan  mesin  yaitu  dengan  cara  manual.  Cara manual  yang  digunakan  untuk  mengetahui  besar kecepatan  putar  yaitu  dengan  kalkulasi  matematis. Cara  manual  ini  kurang  akurat  dan  efisien  serta menguras  energi  dan  otak.  Teknologi    pada  zaman modern  sudah  berkembang  pesat  untuk  memilih sistem  otomatis.  Sistem  otomatis  sangat  membantu dalam semua proses sistem mesin.
1. Alat Ukur Alat  ukur  dapat  dibedakan  atas  dua  jenis,  yaitu alat  ukur  analog  dan  alat  ukur  digital.  Alat  ukur analog merupakan alat ukur yang hasil
pengukurannya  ditunjukkan  oleh  jarum  pada  skala meter.  Alat  ukur  digital  menggunakan  jumlah  digit tertentu untuk menampilkan hasil pengukuran. 2. Kecepatan Putar Turbin Kecepatan  putar  benda  kerja  diatur  oleh mekanisme  gerak  utama,  yang  terletak  didalam turbin.  Didalam  turbin  terdapat  tuas-tuas  penyetel kecepatan  putar  benda  kerja,  sedangkan  putaran turbin  tergantung  dari  diameter  bahan  dan  bentuk turbin  yang  digunakan.  Kecepatan  putar  turbin tergantung  tergantung  bentuk  putaran  dan  diameter turbin serta shaft turbin.
3. Sensor Proximity
Dalam  penelitian  ini  menggunakan  sensor proximity induktif dimana sensor ini berfungsi untuk mengukur  kecepatan  tanpa  melakukan  kontak langsung dengan benda.
Sensor  induktif  menggunakan coil (induktor) untuk  menghasilkan  medan  magnet  frekuensi  tinggi seperti  ditunjukkan  pada  Gambar  1.  Jika  ada  benda logam  di  dekat  medan  magnet  yang  berubah,  arus akan mengalir dalam objek.
Cara  kerja  dari  sensor proximity induktif  adalah ketika  turbin  dan gear berputar  yang  akan menghasilkan pulsa magnetis (induksi) dan kecepatan.  Pulsa  magnetis  yang  timbul  saat  medan magnetis  terjadi  akan  menghasilkan  tegangan. Kecepatan  dan  tegangan  yang  dihasilkan  oleh perputaran  turbin  dan gear akan  di  transmisikan  ke PLC  namun  pada  penelitian  ini  digunakan  arduino UNO.  Bentuk  fisik  dan  blog  diagram  dari  sensor proximity dapat dilihat pada Gambar 2.
Gambar  2.  Bentuk  fisik  dan  blok  diagram  sensor proximity
Sensor proximity induktif  digunakan  untuk memberikan informasi kecepatan input (turbin) poros ke  arduino.  Sinyal  kecepatan shaft  input digunakan dalam  hubungannya  dengan output sinyal  kecepatan poros akan  menentukan rentang gear dan slip waktu untuk  diproses  dalam  arduino.  Umumnya  sensor proximity memiliki  3  kabel.  Sensor  dengan  3  kabel terdiri  atas  2  kabel  sebagai  sumber  yaitu  positive ( Brown )  dan  negative  ( Blue )  dan  1  kabel  signal ( Black ).

## METODE PENELITIAN
Berdasarkan  masalah  yang  dikemukakan  pada penelitian  ini,  maka  penelitian  ini  termasuk  dalam penelitian rekayasa. Penelitian rekayasa adalah suatu kegiatan  merancang  ( design )  yang  tidak  rutin, sehingga  didalamnya  terdapat  kontribusi  baru  baik dalam bentuk, proses maupun produk.
1. Rancangan Sistem Elektronika
Pembuatan  alat  ukur  kecepatan  putar gear dibangun  oleh  beberapa  rangkaian  dan  komponen elektronika.  Mulai  dari  pemberian  catu  daya  dari PLN  pada  arduino  dan  sensor proximity induktif sampai  ada  tampilan  pada  display  LCD  yang ditunjukkan pada Gambar 3.
Gambar 3. Blok Diagram Alat Ukur Kecepatan Putar
Terlihat  pada  Gambar  3  terdapat  catu  daya yang berfungsi  sebagai sumber untuk  menghidupkan arduino,  Sensor proximity induktif dan LCD. Sensor proximity induktif  berfungsi  untuk  mendeteksi kecepatan  yang  akan  dikirim  ke  arduino.  Arduino akan  menerima  input  dari  sensor proximity induktif.
Hasil kecepatan  arduino  akan  diproses  dan ditampilkan LCD.
a. Rancangan Mekanik  Alat Ukur Kecepatan Putar Gear
b. Adapun  desain  mekanik  yang  dirancang  khusus untuk pembuatan alat ukur kecepatan putar gear yaitu:
Gambar 4. Desain Mekanik Alat Ukur Kecepatan Putar Gear Gambar  4  merupakan  desain  dari  set  alat  alat  ukur kecepatan  putar gear. Alat  ini  dilengkapi  dengan sensor,  motor  DC  dan  sistem  alat  ukur  kecepatan gear (box sistem). Sensor berfungsi untuk mendeteksi  kecepatan  putar  dari  motor  DC. Box arduino berfungsi untuk menampilkan hasil kecepatan pada LCD.
c. Rancangan Perangkat Lunak
Rancangan  perangkat  lunak  dari  pembuatan  alat alat  ukur  kecepatan  putar gear ini  ditunjukkan  pada Gambar 5.
Gambar 5. Rancangan Perangkat Lunak
Gambar  5  merupakan flowchart atau  rancangan program  yang  akan  mengatur  sistem  alat  alat  ukur kecepatan  putar gear . Pada  saat  motor  berputar sensor  akan  aktif  dan  mengirim  sinyal  atau  pulsa  ke arduino  untuk  diproses.  V sp merupakan  rumus  untuk mengolah pulsa dari sensor.
2. Prosedur Penelitian
Prosedur  pengukuran  yaitu  dengan  membandingkan dengan  nilai  yang  terbaca  oleh  sistem  dan  teori Adapun langkah-langkah dalam menentukan ketepatan hasil pengukuran ini adalah:
a. Penentuan Sensitifitas Pengukuran
1). Menyiapkan sistem pengkalibrasian dan mengecek  komponen-komponen  pem  bangun sistem  apakah  berfungsi  dengan  baik  dan semestinya,
2). Menyiapkan  dan  menghubungkan  motor  DC dengan sumber,
Gambar 6. Motor DC dihubungkan dengan Sumber tegangan
3). Mengaktifkan  dan  menset  sistem  alat  alat  ukur kecepatan putar gear ,
Gambar 7. Sistem Pengukuran dan Sensor Proximity
induktif
4). Mengukur  kecepatan  putaran  yaitu  mengunakan sensor proximity induktif.  Dimana  sensor proximity induktif  diletakan  dengan  jarak  ke gear sekitar 4 mm.
Gambar 8. Posisi Sensor Proximity dengan Gear
5). Mencatat  nilai  kecepatan  yang  ditam  pilkan  di LCD
6). Menentukan  persentase  kesalahan  pengukuran oleh sistem,
7). Melakukan  pengukuran  yang  sama  untuk kecepatan  motor  yang  sama  sebanyak  10 perulangan.
b. Penentuan Ketepatan Pengukuran
1). Menyiapkan  sistem  pengukuran  dan  mengecek komponen-komponen pembangun sistem apakah berfungsi dengan baik dan semestinya.
2). Menghubungkan  motor  DC  dengan  sumber seperti Gambar 6.
3). Mengaktifkan  dan  menset  sistem  alat  ukur kecepatan putar gear, sensor seperti Gambar 7.
4). Meletakkan  sensor proximity induktif  dekat motor DC dengan jarak 4 mm dari gear.
5). Memvariasikan  sumber  tegangan  mulai  4-6  volt sebanyak 5 variasi.
6). Mencatat  nilai  kecepatan  yang  ditampilkan  di
LCD. 7). Menentukan  persentase  kesalahan  pengukuran oleh sistem.
c. Penentuan Ketelitian Pengukuran
1). Menyiapkan  dan  menghubungkan  motor  DC dengan sumber.
2). Mengaktifkan  dan  menset  sistem  alat  ukur kecepatan putar gear.
3). Mencatat  hasil  pengukuran  kecepatan  yang terukur oleh sensor proximity induktif (V sp ) pada setiap perulangan.
4). Menentukan  standar  deviasi,  kesalahan  mutlak, dan  kesalahan  relative  serta  melaporkan  hasil pengukuran.

## HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN
1. Spesifikasi  Performansi  Alat  Ukur  Kecepatan Putar Gear
Spesifikasi  performansi  sistem  ini  meliputi fungsi-fungsi  dari  setiap  bagian  sistem  alat  ukur kecepatan  putar gear .  Penentuan  akurasi  dari  sensor dapat dilihat dari perbandingan secara sistem dengan teori.  Dimana  pada  saat  sensor  akan  mendeteksi kecepatan  putar  maka  tachometer  akan  juga mendeteksi.  Sensor  akan  mendeteksi  sampai gear yang terbaca 12. Penentuan akurasi ini akan di proses melalui  mikrokontroler  arduino  UNO.  Desain  ini dirancang  sedemikian  rupa  supaya  mempermudah untuk  memahami  fungsi  setiap  pembangun  sistem. Bagian-bagian  desain  tersebut  yitu  berupa  sensor, penggerak, box , dan rangkaian. Untuk mempermudah pemahaman  dari  bentuk  setiap  bagian-bagian  utuh sistem dapat dilihat pada Gambar 6.
Gambar 9. Foto Alat Ukur Kecepatan Putar Gear
2. Spesifikasi Desain
a. Penentuan Sensitivitas Sistem
Sensitivitas  dari  sistem  ditentukan  dengan membandingkan  data  hasil  pengukuran  pada  tiap variasi sumber tegangan. Tujuan menentukan tingkat sensitivitas  disini  yaitu  untuk  melihat  seberapa
sensitif  sistem  terhadap  perubahan  sumber  tegangan dalam pengukuran. Hasil dari pengukuran sensitivitas sistem dapat dilihat pada Tabel 2.
Tabel 2. Sensitivitas Pengukuran Sistem
No V s (Volt) V Sp (RPM) 1 4,6 35,26 2 4,7 35,19 3 4,8 37,99 4 4,9 38,11 5 5,0 38,23 6 5,1 40,01 7 5,2 39,78 8 5,3 41,14 9 5,4 41,45
Pada  Tabel  2  terlihat  sumber  tegangan  4,7  (Volt) dengan 4,8 (Volt) perubahan nilai kecepatan yaitu 2,8 RPM.  Grafik  yang  menunjukkan  sensitivitas  sistem dapat dilihat pada Gambar 10 .
Gambar 10. Grafik Sensitivitas Sistem Pengukuran
Dari  grafik  terlihat  tingkat  sensitif  sistem  terhadap pengukuran  terjadi  pada  4,7-4,8  Volt.  Sensitivitas dari  dari  sistem  yaitu  sebesar  8,015  untuk  nilai kecepatan sistem terhadap sumber tegangan.
b. Penentuan Ketepatan Sistem
Ketepatan  pengkalibrasian  sistem  ditentukan dengan  membandingkan  data  hasil  pengukuran kecepatan  teori.  Perbandingan  hasil  pengukuran  ini dilakukan  variasi  sumber  tegangan  4-6  Volt.  Variasi sumber  tegangan  akan  berpegaruh  terhadap  besar kecepatan  pada  motor  DC.  Semakin  besar  sumber tegangan  maka  semakin  basar  jumlah  kecepatan  per menit yang dihasilkan.
Grafik  perbandingan  antara  sumber  tegangan terhadap kecepatan sistem  dan kecepatan teori dapat dilihat pada Gambar 11.
Gambar 11. Grafik Hubungan antara Nilai Kecepatan terhadap Sumber Tegangan dan Perubahan Waktu
Hubungan  antara  nilai  kecepatan  terhadap sumber  tegangan  pada  sistem  dan  alat  ukur  standar pada  Gambar  8  membuktikan  bahwa  nilai  ketepatan sistem  dan  alat  ukur  standar  yang  didapat  saling mendekati dengan ketepatan 97,25%.
c. Penentuan Ketelitian Sistem
Pengukuran  kecepatan  dilakukan  sebanyak  10 kali  perulangan  dengan  ketentuan  sumber  tegangan divariasikan.  Dimana  V sp adalah  kecepatan  keluaran yang  terukur  dari  sistem  dan  V T adalah  kecepatan berdasarkan  teoritis.    Dari  pengukuran  terlihat  nilai kecepatan  bervariasi.  Perbedaan  variasi  dari  nilai kecepatan  tidak  terlalu  jauh  dan  dibandingkan terhadap  nilai  alat  ukur  standar.  Ketelitian  dari pengukuran dapat dilihat pada Tabel 1.
Tabel 1. Ketelitian pengukuran Kecepatan
No t (s) Vs (volt) Vsp (RPM) Vt (RPM) 1 19.71 4.00 29.74 30.62 2 16.76 4.50 35.78 35.98 3 15.14 5.00 38.56 39.84 4 13.76 5.50 42.31 43.84 5 12.51 6.00 46.38 48.24
Ketelitian  pengukuran  kecepatan  pada  Tabel  1 didapatkan  dari  rata-rata  sepuluh  perulangan  dengan sumber tegangan divariasikan sebanyak 5 kali. Besar ketelitian  pengukuran  dapat  diketahui  dalam  bentuk grafik. Grafik ketelitian pengukuran terhadap sumber tegangan dapat dilihat pada Gambar 12.
Gambar 12. Grafik Ketelitian Pengukuran
Pada Gambar 12 terlihat perbandingan antara sumber tegangan  dengan  kecepatan  sebanding.  Dengan kemiringan  grafik  sebesar  7,962  untuk  nilai kecepatan sistem terhadap sumber tegangan. Melalui pendekatan garis diperoleh koefisien determinasi dari grafik  dapatkan  nilai  ketelitian  0,99;  artinya  99  % kecepatan dipengaruhi oleh sumber tegangan.

## KESIMPULAN
Berdasarkan  hasil  pengujian  dan  analisis terhadap  besaran  yang  terdapat  pada  sistem turbine speed sensor
calibrator
menggunakan
mikrokontroler  arduino  UNO dapat  dikemukan beberapa kesimpulan sebagai berikut :
y = 8.015x - 1.5017… 30 35 40 45 4.4 5.4 6.4 Vsp (R PM ) Vs (Volt) VSp (RPM) Linear (VSp (RPM)) 25 30 35 40 45 50 55 4 4.5 5 5.5 6 6.5 K e ce p atan
(R PM ) Vs (Volt) Vsp (RPM) Vt (RPM) y = 7.962x - 1.256 R² = 0.986 25 30 35 40 45 50 4 4.5 5 5.5 6 6.5 Vs (R PM ) Vs (Volt) Vsp (RPM) Linear (Vsp (RPM))
1. Hasil  spesifikasi  performansi  dari  sistem  alat ukur kecepatan putar gear terdiri dari dua bagian yaitu    motor  DC  dan box. Motor    DC  terdapat 12 gear, dengan diameter 10 cm dan jarak antara gear yaitu  1,2  cm .  Box tempat  diletakkannya rangkaian elektronika pembangun sistem. Rangkaian  pembangun  sistem  ini  terdiri  dari  kit Arduino,  rangkaian  sensor,  dan  rangkaian  catu daya  teregulasi  serta  modul  LCD.  Motor  Dc memanfaatkan sumber dari power supply dengan tegangan  maximum  12  V.  Disamping gear diletakkan  sensor proximity dengan  jarak  4  mm dari gear .  Sensor proximity digunakan  untuk menghidupkan timer dan menghitung kecepatan. Nilai kecepatan ditampilkan pada dispaly LCD 2. Ketepatan  pengukuran  nilai  rata-rata,  persentase kesalahan,  pengukuran  kecepatan  yang  telah dilakukan  mendapatkan  nilai  kecepatan  sistem 46,38 RPM dan teori 48,28 RPM.
3. Ketelitian  pengukuran  nilai  kecepatan  dari percobaan yang dilakukan pada sistem dan teori memiliki kesalahan relatif sebesar 1.01%.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Adriansyah,  Andi  dan  Hidyatama,  Oka.  2013.
“Rancang Bangun Prototipe Elevator Menggunakan  Microcontroller  Arduino  Atmega 328p”. Jurnal  Teknologi  Elektro,  Universitas Mercu Vol.4  No.3  September  2013.  ISSN  : 2086 ‐ 9479.
[2] Ali,  Hanapi,  dkk.  2012.  “Rancang  Bangun Sistem  Pengukuran  Putaran  Sudu  Turbin  Dan Perekam  Data  Berbasis  Mikrokontroler Avr Atmega16 Pada  Turbin  Angin  Di  Pantai  Baru, Ngentak,  Bantul”. Seminar  Nasional  Applied Science  and  Technology  Innovation 2012 (ASTECHNOVA 2012 ) Yogyakarta, 22 November 2012 . ISSN: 2086-0005.
[3] Son  Maria,  Putut  dan  Rendy,  Ahmad.  2017. “Desain  dan  Uji  Kinerja Contactless  Digital
Tachometer Dilengkapi Fitur Keluaran
Tegangan  Analog. Seminar  Nasional  Teknologi Informasi,  Komunikasi  dan  Industri  (SNTIKI)  9 ISSN  (Printed)  :  2579-7271  dan  Fakultas  Sains dan  Teknologi,  UIN  Sultan  Syarif  Kasim  Riau Pekanbaru,  18-19  Mei  2017.  ISSN  (Online)  : 2579-5406.
[4] Yohandri.  2013. Mikrokontroler  dan  Antar Muka . Padang: Universitas Negeri Padang.
[5] Yulkifli.2011. Sensor Fluxgate . Padang. Universitas Negeri Padang
[6] Yulkifli  dan  Wahyudi,  Ismu.2011. Sensor Magnetik  Fluxgate  Sebagai  Alat  Ukur  Muai Panjang .  Padang:  Prosiding  Seminar  Nasional ISBN  978-602-19069-0-3  Universitas  Negeri
Padang
[7] Yulkifli.2013. Sistem Sensor Dan Aplikasinya .UNP: Padang