## PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ALAT PENGUKUR GETARAN MEKANIS MENGGUNAKAN PIEZZO ELECTRIC SENSOR BERBASIS

## ARDUINO MIKROKONTROLLER

## TARMUJI
PT. DINAMIKA ELEKTRIK MANDIRI Rukan Graha Mas, Blok B No. 26 Jl. Perjuangan Kebon Jeruk, Jakarta Barat 11530 tarmuji@de-mandiri.com

## ABSTRAKSI
Perkembangan  teknologi  diindonesia  berkembang  sangat  pesat,  baik  teknologi  dalam  bidang transportasi,  pertanian,  komunikasi,  industri,  dll.  Dalam  bidang  industri  hampir  semua  proses produksi dilakukan dengan menggunakan mesin. Dengan adanya alat pendukung tersebut akan mempermudah dan mempercepat proses produksi. Namun dalam kenyataanya mesin-mesin yang digunakan dalam proses produksi tersebut tidak mampu digunakan secara terus-menerus. Mesin merupakan  serangkaian  komponen  yang  saling  berkaitan  satu  dengan  yang  lainya.  Jika  satu komponen  mengalami  kerusakan  atau  keausan,  tidak  menutup  kemungkinan  untuk  komponen mesin  lainya  menerima  dampak  negative  dari  mesin  yang  mengalami  kerusakan.  Pengecekan mesin juga harus dilakukan secara berkala untuk menjaga performa mesin agar proses produksi tetap berjalan. Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui besarnya getaran yang dihasilkan dari kinerja mesin.
Pada penelitian ini menggunakan Arduino Mega 2560 sebagai pengontrol utama. Sensor piezzo electric sebagai inputan pembaca getaran. Lcd 16x2 sebagai layar penampil. Dua buah tombol yang masing-masing digunakan sebagai tombol play dan pause. Baterai lippo 12 volt digunakan sebagai catu daya utama. Pengguna dapat menggunakan alat ukur ini dengan cara meletakkan sensor pada mesin atau alat lain yang akan dilakukan pengukuran, maka hasil pengukuran akan langsung ditampilkan pada LCD display.
Hasil penelitian ini didapatkan prosentase selisih rata-rata pengukuran frekuensi dan amplitudo terhadap  oscilloscope  dengan  empat  metode  pengukuran.  Pengukuran  pertama  dengan  tanpa penghalang didapatkan selisih rata-rta 0,644 % untuk frekuensi dan 0,786 % untuk amplitudo. Pengukuran  kedua  dengan  menggunakan  busa  sebagai  penghalang  didapatkan  0,004  %  untuk frekuensi  dan  1,416  %  untuk  amplitudo.  Pengukuran  ketiga  dengan  menggunakan  kardus sebagai  penghalang  didapatkan  1,930  %  untuk  frekuensi  dan  1,202  %  untuk  amplitude. pengukuran keempat dengan menggunakan kain sebagai penghalang didapatkan 1,796 % untuk frekuensi dan 3,418 % untuk amplitudo.
Kata Kunci :  Arduino, piezzo electric, pengukur getaran
1. PENDAHULUAN
Perkembangan teknologi diindonesia berkembang  sangat  pesat,  baik  teknologi dalam bidang transportasi, pertanian, komunikasi,    industri.  Dalam  bidang  industri,
hampir  semua  proses  produksi  dilakukan dengan alat –  alat  pendukung  untuk menunjang  hasil  produksi.  Adanya  alat pendukung  tersebut,  akan  mempermudan  dan memercepat  proses  produksi.  Namun  dalam
kenyataannya,  mesin  –  mesin  yang  digunakan dalam  proses  produksi  tersebut  tidak  mampu digunakan  secara  terus  menerus.  Pengecekan mesin  juga  harus  dilakukan  secara  berkala untuk  menjaga  performa  mesin  agar  proses produksi tetap berjalan.
Kurang pedulinya  terhadap kondisi mesin yang  digunakan  akan  menimbulkan  dampak negatif  bagi  industri  tersebut,  karena  dapat mengurangi  proses  produksi  didalamnya. Salah satu kesalahan dalam penggunaan mesin yang  dapat  berakibat  buruk  adalah  sering terjadinnya  suara  atau  getaran  abnormal  yang terjadi  pada  mesin.  Getaran  pada  mesin  yang masih  normal  berbeda  dengan  mesin  yang tidak  normal.  Getaran  yang  sangat  cepat  pada mesin  sehingga  mesin  mengalami  kehausan. Kehausan  mesin  ini  seringkali  terjadi  dalam jangka  waktu  yang  cepat,  padahal  perbaikan mesin  selalu  mengganti spare  part lama dengan spare part baru.
2. METODE PENELITIAN
Proses penelitian dan perancangan dilakukan  melalui  berbagai  tahap  secara sistematis,  agar  diperoleh  data  dan  informasi yang  akurat.  Mulai  dari  pengumpulan  data, perancangan,  pembuatan  alat,  pengujian, hingga analisis hasil sistem.
Rancangan  alat  terdiri  dari  empat  bagian utama.  Bagian  pertama  yaitu input (masukan) terdiri  atas  sensor  dan  tombol. Bagian  kedua yaitu control, system control menggunakan arduino  Mega  2560  untuk  memproses  semua perintah  yang  diberikan. Bagian  ketiga  yaitu output, keluaran  pada  system  ini  adalah  LCD Display yang  digunakan  untuk  menampilkan parameter  hasi  pengukuran.  Bagian  keempat yaitu  catu  daya,  menggunakan  baterai Lippo 12v digunakan sebagai sumber tegangan pada semua  komponen.. Gambar  1  menunjukkan blok diagram perancangan alat.
Gambar 1 Blok Diagram Perancangan Alat
Proses  perancangan  alat  terdiri  atas  dua bagian,  yaitu  perangkat  keras  dan  perangkat lunak.
2.1 Mekanik Alat
Proses  pembuatan  alat  dimulai  dengan pembuatan boks dengan menggunakan akrilik. Membuat  desain  dan  mencetak PCB sebagai papan  peletakan  komponen  yang  digunakan sebagai system control.
2.2 Arduino Mega 2560
Arduino  mega  2560  merupakan  pengendali yang  bersifat open- source,  dirancang  untuk mempermudah  penggunan. Board arduino Mega  2560  memiliki  74  pin,  pin  A0-A15 sebagai input/output untuk ADC, pin digital 0- 53  sebagai input/output digital,  Bentuk  fisik board  Arduino  Mega  2560  ditunjukkan  pada Gambar  2.  Board  Arduino  Mega  2560  dalam penelitian ini digunakan  sebagai  system  untuk memproses sinyal masukan..
Gambar 2 Bentuk Fisik Arduino Mega 2560 2.2 LCD Display 16x2
LCD (Liquid  Crystal  Display) merupakan suatu  jenis  media  tampil  yang  menggunakan kristal cair sebagai penampil utama. Lcd sudah digunakan  diberbagai  bidang  misalnya  alat- alat  elektronik  seperti  kalkulator,  televisi, komputer,  dan  lain-lain.  Lcd display ini memiliki jumlah karakter 2x16, terdiri dari 16
karakter  2  baris.  Lcd  ini  memiliki  192 karakter.
Pada penelitian ini  LCD display  digunakan sebagai  display  untuk  menampilkan  hasil pengukuran yaitu frekuensi dan amplitudo.
LCD  16x2  terdapat  16  buah  pin  dan  yang digunakan  sebanyak  10  pin  yaitu  VSS,  VDD, VEE,  D4,  D5,  D6,  D7,  RS,  RW,  dan  E. Penghubung antara LCD ke arduino
menggunakan soket dengan konfigurasi
RS=pin  12,  RW=pin  gnd,  E=  pin  11,  D4=pin
5, D5=pin 4, D6=pin 3, D7=pin 2. Skema rangkaian LCD Display dituntujukan pada gambar 3.
Gambar 3 Skema Rangkaian LCD Display 2.3 Tombol Tekan ( Push Botton) Pada penelitian ini menggunakan dua buah tombol  yang  difungsikan  sebagai  inputan. Tombol  warna  merah  digunakan  untuk pause , ketika  tombol  ditekan  maka  data  terakhir pengukuran  akan  langsung  ditampilkan  pada LCD Display dan ditahan. Tombol warna hijau digunakan  untuk play ,  ketika  tombol  ditekan maka data  yang tertahan setelah tombol  pause ditekan  maka  akan  melanjutkan  pembacaan sensor.
Konfigurasi
rangkaian tombol menggunakan  mode active  low, jadi  tombol dikatakan  aktif  jika  dihubungkan  dengan ground(-), dan  tombol  dikatakan  tidk  aktif ketika  tersambung  ke  vcc  (+)  5  volt.  Skema rangkaian ditunjukkan pada gambar 4.
Gambar 4 Skema Rangkaian Tombol Pemilih 2.4 Piezzo Electric Sensor
Pada  penelitian  ini  menggunakan  piezzo electric  sensor  sebagai  sensor  utama  yang dipakai  untuk  membaca  getaran  pada  objek yang  dilakukan  pengukuran.  Efek  piezzo electric  sensor  bekerja  jika  tekanan  yang digunakan  untuk  Kristal  yang  terpolarisasi menimbulkan  bentuk  mekanik  yang  berbeda dalam beban elektrik. Skema rangkaian piezzo electric ditunjukkan pada gambar 5.
Gambar 5 Skema Piezzo Electric Sensor
2.5  Catu Daya
Catu  daya  adalah  suatu  rangkaian  yang digunakan  sebagai  sumber  uatam  dalam sebuah  rangkaian  elektronik.  Pada  penelitian ini menggunakan baterai Lippo 4 cell s12 volt sebagai sumber tegangan utama. Baterai Lippo ditunjukkan pada Gambar 6.
Gambar 6 Baterai Lippo 12 volt 2.6 Perangkat Lunak Arduino
Perangkat  lunak  Arduino  yang  akan digunakan  adalah driver dan  IDE.  IDE Arduino  adalah  perangkat  lunak  yang  sangat canggih  ditulis  dengan  menggunakan  Java. IDE  Arduino  terdiri  atas  bagian-bagian sebagai berikut.
1. Editor program,  sebuah  jendela  yang memungkinkan  pengguna  menulis    dan mengedit program dalam bahasa proses.
2. Compiler ,  sebuah  modul  yang  mengubah kode program (bahasa proses) menjadi kode biner. Bagaimanapun sebuahmikrokontroler tidak  akan  bisa  memahami  bahasa  proses, yang  bisa  dipahami  oleh  mikrokontroler adalah kode biner. Itulah sebabnya compiler
diperlukan dalam hal ini.
3. Uploader ,  sebuah  modul  yang  memuat kode  biner  komputer  ke  dalam  memori  di dalam papan Arduino.
Sebuah  kode  program  Arduino  umumnya disebut  dengan  istilah sketch .  Kata  “ sketch ” digunakan  secara  bergantian  dengan  “kode program”, karena keduanya memiliki arti yang sama.
2.7 Diagram Alir Sistem
Proses  kerja  alat  ini  adalah  Keterangan gambar  diagram  alir  pada  gambar  3.16  dapat dijelaskan  saat  sakal  power  dinyalakan  atau on, maka  timer  pada  arduino  akan  aktif. Kemudian  arduino  akan  membaca  nilai  ADC dari  sensor,  ketika  sensor  belum  mendeteksi getaran,  maka  arduino  akan  terus  membaca nilai  ADC  dari  sensor.  Ketika  sensor mendeteksi  getaran  maka  arduino  akan menghitung  jumlah  ADC  0  (  nol  )  yang terbaca  dari  sensor  yang  mendeteksi  sebuah getaran  secara  terus  menerus.    Ketika  ADC
yang  terbaca  tidak  lebih  dari  0  (  nol  ),  maka arduino akan terus menghitung jumlah 0 ( nol ) dari  nilai  ADC  yang  terbaca.  Ketika  ADC lebih  dari  0  (  nol  )  maka  arduino  akan menghitung angka desimal  sampai ketemu 0 ( nol ) lagi untuk mencari nilai tertinggi. Setelah arduino  membaca  nilai  ADC  tertinggi,  maka akan  dikalkulasikan  dalam  rumus  untuk menentukan nilai frekuensi dan amplitude dari getaran  yang  terbaca  oleh  sensor.  Kemudian hasil  kalkulasi  rumus  frekuensi  dan  amplitude akan ditampilkan pada  LCD display. Diagram alir  sistem  penelitian  ini  dapat  dilihat  pada Gambar 7.

## Gambar 7 Diagram Alir  Sistem

## 3. HASIL PENELITIAN DAN ANALISIS
3.1 Hasil Penelitian.
Pada  penelitian  Tugas  Akhir  ini  dihasilkan sebuah  karya  yaitu  alat  pengukur  getaran mekanis  menggunakan  piezzo  electric  sensor berbasis Arduino mikrokontroller. Bentuk  alat dari  penelitian  dapat  dilihat  pada  gambar  8 Terdapat  beberapa  bagian  yang  ada  pada bagian  atas  alat,  hal  tersebut  ditunjukan  pada gambar 9 hingga gambar 13.
Gambar 8 alat ukur
Gambar 9 Bagian Saklar O n/ Off Gambar 10 Bagian Sensor Gambar 11 Bagian Tombol Setting Gambar 12 Tampilan Layar Saat Tidak Ada
Getaran
Gambar 13 Tampilan Layar Saat Pengukuran.
Penggunaan  sistem controller ini  dapat dilakukan  dengan  langkah-langkah  sebagai berikut: 1. Alat ukur ini dihidupkan dengan menyalakan  saklar  pada  bagian  samping kanan  dari  alat  ukur.  Alat  ini  atif  yang ditandai  dengan  menyalanya  layar  LCD display yang tampak seperti gambar 4.6.
2. Setelah saklar dinyalakan, letakkan sensor pada  bagian  mesin  yang  akan  dilakukan pengukuran,  bagian  sensor  ditunjukkan seperti gambar 4.4.
3. Setelah  sensor  diletakkan,  jika  sensor tidak  mendeteksi  getaran  maka  tampilan LCD  akan  tampak  seperti  gambar  4.6, namun  jika  sensor  mendeteksi  getaran makan tampilan LCD akan tam,pak eperti gambar 4.7.
4. Saat  tombol  warna  merah  ditekan,  maka data  yang  telah  terbaca  yang  ditampilkan pada  LCD  display  akan  berhenti  dan  di tahan.
5. Sasat  tombol  warna  hijau  ditekan,  maka LCD  akan  melanjutkan  data  yang  terbaca aoleh sensor. 6. Lcd display digunakan untuk menampilkan parameter hasil pengukuran. 7. Ketika  sensor  tidak  mendeteksi  getaran selama  2 detik, maka sistem akan mereset secara otomatis.
3.2 Pengujian Sistem dan Analisa Hasil  pengujian  alat  secara  keseluruhan adalah sebagai berikut.
1. Pengujian ADC piezzo electric sensor
Piezzo  electric  sensor  pada  alat  pengukur getaran  ini  digunakan  sebagai  inputan  utama sebagai  pembaca  getaran  pada  mesin.  Sensor tersebut  mempunyai  output/keluaran  berupa nilai  analog.  Disini  penulis  melakukan pengujian  nilai  ADC  pada  piezzo  electric sensor  dengan  memnfaatkan  fitur  serial monitor pada software arduino, hasil pengujian ditunjukkan pada tablel 1:
Tabel 1 Pembacaan ADC sensor
2. Pengujian tombol
Berfungsi  dan  tidaknya  tombol  sangat beepengaruh  dalam  penggunaan  alat  ukur getaran.  Pengujian  tombol  dilakukan  untuk mengetahui  tombol  bisa  berjalan  dengan  baik atau  tidak.  Penggunaan  tombol  dilakukan dengan  menggunakan  tombol  yang  ada    pada alat ukur getaran untuk pause dan play .
Gambar 14 Pengujian Tombol Pause
Gambar 15 Pengujian Tombol Play
Pengujian  tombol  dapat  dilihat  bahwa tombol  dapat  bekerja menurut fungsinya. Saat tombol  merah  ditekan,  tampilan  pada  LCD display  berhenti/ pause dengan  nilai  frekuensi 3,38  Hz  dan  amplitude 0,28  volt.  Saat  tombol hijau  ditekan,  maka  tampilan  LCD  display akan  berubah  sesuai  data  yang  terbaca  dari sensor,  nilai  yang  ditampilkan  setelah  tombol hijau ditekan frekuensi 4,07 Hz dan amplitude 2,22 volt.
3. Pengujian Pengukuran getaran
Pengujian  pengukuran  alat  ini  dilakukan
untuk mengetahui
perbandingan hasil pengukuran dari alat ukur  yang dibuat dengan nilai  pada oscilloscope. Pengujian  dailakukan
dengan  menguji  getaran  pada  motor  induksi dengan  nilai  Rpm  yang  berbeda.  Dari  hasil pengujian  didapatkan  adanya  perbedaan  nilai ukur  antara  alat  ukur  yang  dibuat  dengan oscilloscope, selisih angka dari pengukuran ini dinyatakan dalam persen.
Pengujian  dilakukan  dengan  penempatan sensor dengan motor induksi tanpa penghalang.  Pada  pengujian  ini  dilakukan pengujian  sebanyak  3  kali  pengujian.  Table  2 merupakan  hasil  selisih  rata-rata  dari  tiga  kali pengujian yang dilakukan.
Tabel 2 Pengujian Pengukuran Tanpa Penghalang.
Tabel 3 Pengujian Pengukuran Dengan Busa Sebagai Penghalang.
Tabel 4 Pengujian Pengukuran Dengan Kardus Sebagai Penghalang.
Tabel 5 Pengujian Pengukuran Dengan Kain
Sebagai Penghalang.

## 4. KESIMPULAN
Berdasarkan  hasil  yang  didapatkan  dari penelitian  dan  pembuatan  alat  pengukur getaran  dapat  diambil  beberapa  kesimpulan yaitu :
1. Dari tiga kali pengujian yang dilakukan,  dapat  dilihat  bahwa  rata-rata eror  alat  ukur  yang  dibuat  untuk dibandingkan dengan oscilloscope sebesar 0,644  %  untuk  frekuensi  dan  0,786  % untuk amplitudo.
2. Pengujian  dengan  menggunakan  kain sebagai  penghalang  memiliki  rata-rata eror sebesar 1,796 % untuk  frekuensi  dan amplitudo  3,418  %.  Dikarenakan  semua permukaan  sensor  tidak  menempel  pada kain.
3. Pengujian  dengan  menggunakan  kardus sebagai  penghalang  memiliki  rata-rata eror 1,930 % untuk frekuensi dan 1,202 % untuk  amplitudo.  Dikarenakan  bentuk fisik  motor  induksi  yang  bulat  membuat permukaan kardus tidak semua menempel pada permukan motor induksi, saat  motor bergetar  kardus  yang  digunakan  sebagai penghalang  juga  bergetar.  Jadi  sensor mendapat getaran yang lebih tinggi karena semua  permukaan  sensor  menempel  pada kardus tersebut.
4. Pengujian  dengan  menggunakan  busa sebagai  penghalang  memiliki  rata-rata eror 0,004 % untuk frekuensi dan 1,416 % untuk  amplitudo.  pengukuran  dengan menggunakan  busa  sebagai  penghalang mempunyai  eror  frekuensi  sangat  kecil
dikarenakan busa bersifat meredam getaran pada motor.
5. Dari semua pengujian dapat dilihat bahwa pengukuran  memiliki  selisih  paling  besar pada satt awal pengukuran pada rpm 1200 dan selisih semakin besar pada saat motor berputar diatas 2000 rpm.
6. Sistem  akan  mereset  secara  otomatis ketika  sensor  tidak  mendeteksi  adanya getaran atau ketukan selama 2 detik.
5. DAFTAR PUSTAKA
Djuandi, Ferri. 2011. Pengenalan Arduino .
Evans,  brian  w.  2007.  Arduino  programing notebook
Faizal,  Ahmad.  2012. Belajar  Menggunakan Arduino . Yogyakarta:Graha ilmu
Rahman,  Fatkhur.  2007. Rancang  Bangun Pendeteksi  Level  Getaran  Menggunakan
Sensor GEOFON dengan Penampil Borland Delphi 7.0 Pada Monitor Komputer . Semarang: Tugas Akhir,

## Universitas Diponegoro
Ridho  Widi  Sanjaya,  Muhammad.  2014. Smartbox Pendeteksi Dan Penanggulangan Kebocoran  Tabung  Gas  Lpg  Berbasis Arduino  Mega  2560 .  Surakarta  :  Tugas
Akhir, Universitas Muhammadiyah Surakarta. Santosa, H. 2012. Apa itu Arduino , http://hardi-santosa.blog.ugm.ac.id
/2012/06/23/apa-itu-arduino/,  07  januarai
2015, 11.00 WIB. Udianto,  Ungguh.  2013. Purwarupa  Sistem Pemantauan Getaran Jembatan Menggunakan Sensor Accelerometer .
Yogyakarta:  Tugas  Akhir,  Universitas Gajah Mada