## SAINTEKBU Jurnal Sains dan Teknologi           Vol.2 No. 1 Desember  2009

## PEMBUATAN KOMPAS 16 ARAH BERBASIS MEDAN MAGNIT BUMI
DESIGNING AND MANUFACTURING OF 16 DIRECTIONS COMPASS BASED ON EARTH MAGNETICS FIELD
Anis Wardatuz Zahro, Fitria Tri Hastuti, Nur Adi S, Okkie P
Politeknik Elektronika Negeri Surabaya
Kampus ITS, Keputih-Sukolilo, Surabaya
E-mail : wardatuz@myquran.com , azizah_fi@yahoo.com

## ABSTRAK
Sistem  navigasi  darat  yang  mengandalkan  satelit-satelit  komunikasi  tentunya akan  sangat  mahal.  Maka  dibuatlah  suatu  kompas  yang  mengandalkan  sensor  magnet bumi untuk merespons setiap perubahan arah sehingga biaya yang dibutuhkan jauh lebih murah.  Sensor  yang  peka  terhadap  medan  magnet  bumi  ini,  akan  mampu  mendeteksi setiap perubahan arah pada sudut-sudut tertentu. Sinyal keluaran dari rangkaian sensor akan diproses secara digital melalui rangkaian transmisi data agar dapat diintegrasikan dengan  software  pemetaan  pada  komputer.  Sedangkan  untuk  menghasilkan  kompas elektronik,  maka  sinyal  keluaran  dari  rangkaian  sensor  magnit  bumi  akan  diolah  dalam sebuah  rangkaian  LED  monitor  dengan  memakai  komparator  dan  dekoder.  Untuk selanjutnya menggerakkan LED sesuai dengan arah sesaat.
Kata kunci : Sensor magnit bumi, Konversi data, LED monitor.

## ABSTRACT
A land navigation system which depends on communication satellites has a high cost in its operation. So a compass based on earth magnetic sensor is built up to response direction  in every  changes  for the  lowest cost. A sensor’s sensitivity  on  earth magnetic field could  detect direction  in every   changes at certain angles. An output signal from a sensor will be processed in digital system by using data transmission circuit for  the map integrating at computer’s software. An electronic compass without display at computer’s monitor  is  designed in  a  LED  monitor  circuit.  In  LED  monitor  circuit,  the  output  signal from a sensor will be processed by using comparators and decoders circuits.
Key word : the earth magnetic sensor, data Convertion, LED’s monitor

## 1. PENDAHULUAN
Kompas  yang  ada  dipasaran  adalah  kompas    penunjuk  arah  dengan  penunjukannya menggunakan jarum yang berarti sinyal dihasilkan berupa sinyal analog.
Kompas 16 arah berbasis medan magnit bumi ini mempunyai kelebihan pada keluaran sistemnya,  yaitu  sinyal  digital  yang  tentunya  akan  lebih  mudah  diintegrasikan  dengan informasi lain.
Sensor  yang  digunakan  adalah  sensor  medan  magnit  yang  peka  terhadap  medan magnit  bumi  didaerah  equator  yang  besarnya  adalah  0.3  Gauss.  Sensor  ini  berjumlah  3 buah yang  diletakkan dengan sudut 120  satu sama lainnya.
Kompas ini dapat menunjukkan  sebanyak 16 arah dengan kenaikan sudut 22.5  .

## 2. KONFIGURASI SISTEM
Sensor  magnit  bumi  akan  memberikan  informasi  arah  setiap  saat  dan  putaran  roda akan  memberikan  triger  yang  akan  dikirim  lewat  DB-25  terminal  ke  unit  penghitung  (
portable  PC  ).  Selanjutnya  jumlah  pulsa  triger,  informasi  arah  dari  sensor  arah  akan diproses oleh PC dengan suatu pemrograman.
Hasil pemrosesan akan ditampilkan sebagai sebuah titik yang akan ditampilkan diatas peta  yang  sudah  digelar  dilayar  PC.  Informasi  yang  berupa  posisi  awal  dan    sudut  arah awal  harus  dimasukkan  terlebih  dahulu,  kemudian  dengan  bergeraknya  roda,  triger dibangkitkan dan kemudian titik dilayar akan bergerak juga.
Kompas  dapat  pula  menjadi  suatu  kompas  elektronik.  Kompas  elektronik  tidak membutuhkan  tampilan  dari  layar  monitor  komputer.  Sedangkan  untuk  menjadi tampilannya  digunakan  led  monitor  yang  dipasang  secara  melingkar.  Rangkaian  sensor magnet bumi dan rangkaian led monitor akan menjadi blok dari kompas elektronik. Pada kompas  elektronik  ini  tidak  memerlukan  input  triger  roda,  sebab  pada  rangkaian  led monitor  tidak  menampilkan  pengaruh  kecepatan  ,  yang  ditampilkan  hanya  berupa  arah dengan sudut – sudut tertentu.
Dibawah ini adalah blok diagram dari sistem kompas medan magnit bumi.
Gambar 1 . Blok diagram sistem Berikut ini adalah keterangan dari masing- masing blok diagram.
1. Sensor magnit bumi.
Sensor  ini  berupa  toroida  yang  diberikan  lilitan  sebanyak  N  lilitan.  Sensor  ini merupakan sensor arus kecil yang berupa trafo arus. Trafo ini mempunyai inti dengan permeabilitas  yang  sangat  tinggi.  Karena  itu  perubahan  sedikit  saja  pada  arus kumparan primer, gejalanya akan dapat dirasakan oleh kumparan sekunder. Rangkaian sensor  ini  berfungsi  untuk  mendeteksi  medan  magnit  bumi.  Bahan  yang  digunakan sebagai  inti  lilitan  primer  harus  mempunyai  r  >>  4000  agar  mampu  mendeteksi medan  magnit  bumi  yang  besarnya  untuk  daerah  equatorial adalah  0.3  Gauss. Untuk mengurangi kesalahan pada penunjukan maka kompas yang diletakkan didalam mobil harus berada didaerah yang bebas dari medan magnit buatan.
2. LED Monitor
Monitor  terdiri  dari  16  buah  LED  yang  dipasang  melintang  dengan  jarak  masing- masing LED 22.5  . LED monitor ini digunakan sebagai output kompas secara manual. Output  rangkaian  sensor  magnet  bumi  akan  diproses  oleh  rangkaian  led  monitor. Dengan memakai komparator fasa 3 posisi dan dekoder yang untuk selanjutnya
menggerakkan LED sesuai dengan arah sesaat. 3 buah Sinyal masukan dari rangkaian LED  monitor  akan  dibandingkan  dengan  menggunakan  komparator.  Output  dari komparator diproses lagi melalui rangkaian logic XNOR dan XOR. Hasil proses logic ini digunakan untuk memilih IC dekoder pada sudut - sudut tertentu.
3. Sistem Konversi Data
Rangkaian  ini  digunakan  untuk  keperluan  interfacing  antara  sensor  medan  magnit dengan  software  di  komputer  dan  akan  menjadi  penterjemah  dari  informasi  triger kecepatan roda dan sudut tertentu dengan software di komputer. Output sensor medan magnit  yang  berupa  sinyal  analog  dikonversikan  menjadi  sinyal–sinyal  digital. Komponen  yang  digunakan  untuk  proses  konversi  adalah  A/D-D/A  12  bit  yang merupakan  system  konversi  data  yang  memiliki  tingkat  presisi  yang  tinggi  untuk PC/XT,  PC/AT  atau  komputer  kompetibel.  Sedangkan  untuk  keperluan menghubungkan  output  pada  rangkaian  sensor  dengan  komputer  digunakan  DB-25 interfacing. Sehingga output DB-25 langsung diumpankan ke A/D-D/A.
3. Optocoupler

## SAINTEKBU Jurnal Sains dan Teknologi           Vol.2 No. 1 Desember  2009
Optocoupler adalah sensor yang digunakan untuk mendeteksi banyaknya putaran roda. Banyaknya putaran roda dianggap sebagai banyaknya frekuensi yang kemudian akan diubah dalam bentuk tegangan. Sensor ini diletakkan pada roda bagian belakang agar dapat bergerak mengikuti putaran roda.
4. PC Note Dalam PC Note terdapat suatu program yang dapat memproses output dari rangkaian transmisi data. Hasil dari proses ini akan ditampilkan berupa titik pada posisi tertentu pada layar monitor.

## 3.  HASIL PENGUKURAN DAN ANALISA
Tujuan dari pengujian / pengukuran ini adalah untuk mengetahui output dari masing – masing  blok  rangkaian,  sehingga  diperoleh  data  dari  sistem  yang  dibuat  dan  mengetahui apakah cara kerja sistem tersebut sesuai dengan yang diharapkan.
3.1. Rangkaian sensor magnit bumi
Toroida yang digunakan sebagai sensor mempunyai spesifikasi sebagai berikut :
 Jumlah lilitan primer ( N ) = 27 lilitan
 tebal toroida  ( t  ) = 4.7 mm  jejari luar ( b ) = 6.35 mm  jejari dalam  ( a ) = 3.6 mm
 indukstansi   ( L )
= 3.69 mH   o = 4  .10-7 H/m maka : a b ot N L r ln 2 2    
Sehingga  r = 9149.64
Dari pengukuran diatas maka toroida jenis ini dapat dipakai sebagai sensor magnit bumi. Karena  r >> 4000.
Pada kumparan primer diberikan tegangan sebesar +10V dan  -10V. Sehingga output dari sensor  (  pada  kumparan  sekunder  )  terbangkit  tegangan  paling  besar  400  mVp-p.  Pada rangkaian sensor magnit bumi ini, pembangkitan pulsa menggunakan multivibrator astabil dengan menggunakan IC 555 sebagai komponennya. Output dari IC 555 akan diumpankan ke MAXIM 232. MAXIM 232 akan dapat membangkitkan sinyal DC dengan level +10 V dan  –10  V.  Output  dari  rangkaian  ini  berupa  level  DC,  yang  mempunyai  level  terendah sebesar 0.5V dan tertinggi sebesar 4V.
Gambar output IC 555 yang diumpankan ke IC MAX 232:
Gambar 2. Output IC 555
Dari gambar diatas maka frekuensi yang dihasilkan : Frekuensi = 1/T = 1/0.7 mS = 1.428 kHz
Adapun Gambar dari output MAX 232 ( lilitan primer ) adalah :
Gambar 3. Output MAX 232 lilitan Primer
Pada  bagian  penguat  digunakan  Op–Amp  LM359  dan  HA17324.  Signal  harmonisa  yang didapat  diperkuat  oleh  amplifier  tingkat  awal  LM359  yang  outputnya  tetap  dalam tegangan AC.
Output  .  level  dari  masing-masing  sumbu    X,  Y,  Z  diatur  dengan  variable  resistor  yang terdapat  pada  bagian  penguat  LM  359.  Untuk  setting  awal  penguatan  dari  setiap  sumbu diatur supaya maksimal. Setelah itu untuk mengoreksi tegangan yang jatuh dipergunakan Op-Amp  HA17324  yang  outputnya  berupa  level  tegangan  DC.  Dengan    menggerakkan sensor  magnit  bumi  maka  output  level  tegangan  DC  juga  berubah-ubah.  Level  tegangan yang dihasilkan berkisar 0.5 – 7 V.
Gambar output lilitan sekunder ( masukan Amplifier ):
Vp-p = 3.5 x 10 x 10mV = 0.35V Gambar output dari penguat LM 359:
Gambar 5. Output penguat LM 359
Vp-p = 3.4 x 10 x 50 mV = 1.7 V Sehingga penguatannya menjadi : Av = 1.7/0.35 = 4.85 kali
Berikut  ini  tabel  dari  tegangan  –  sudut  yang  didapatkan  dari  hasil  pengukuran  pada rangkaian ini :
Tabel 1. Level Tegangan Output Rangk. Sensor magnit bumi.
Sudut ( ° ) Level Tegangan ( Volt ) X Y Z 0 5 0 1 22.5 6 0 1 45 6 1 1 67.5 5 3 1 90 5 5 1 112.5 2 6 1 135 1 6 1 157.5 0 7 1 180 0 7 0 202.5 0 6 2 225 0 5 4 247.5 0 5 5 270 0 4 5 292.5 2 1 5 315 3 0 4 337.5 5 0 4
3.2. Sistem Konversi data
Pada  blok  transmisi  data  digunakan  komponen  AD/DA  card  yang  di  jalankan dengan menggunakan program C builder. Output dari rangkaian sensor magnit bumi dapat langsung
dibaca levelnya karena sinyalnya sudah berupa sinyal DC.  Output dari rangkaian sensor yaitu
sensor  X,  Y  dan  Z  akan  masuk  secara  paralel  yang  kemudian  diproses  bersama  dalam progam C builder dalam PC. Bila tidak ada sinyal yang  masuk pada AD/DA card, maka pada  komputer  akan  tampil  harga  10  dengan  binernya  4950.  Level  10  ini  merupakan tegangan ambang maximal bagi AD/DA card.

## 3.3. Rangkaian LED monitor
Tabel kebenaran LED monitor (terlampir).
5. KESIMPULAN DAN SARAN

## 5.1 Kesimpulan
Setelah dilakukan pemahaman teori penunjang serta pengujian dan analisa alat, maka diperoleh  kesimpulan  dan  saran  yang  diharapkan  berguna  bagi  kelanjutan  dalam penyempurnaan alat ini.
Dari hasil pengujian dan analisa diperoleh beberapa kesimpulan sebagai berikut:
 Untuk mendapatkan kemudahan dalam menginterfacekan dengan peralatan lain maka dibuatlah kompas elektronik 16 arah  dengan perubahan setiap sudut sebesar 22.5°.
 Kompas ini terdiri dari 3 buah sensor magnit bumi yang diletakkan dengan jarak sudut sebesar 120°.
 Kompas  ini  dapat  menghasilkan  output  digital  yang  dapat  dengan  mudah diintegrasikan dengan kecepatan putaran roda dan software pemetaan.
 Kompas ini memanfaatkan medan magnit bumi dengan acuan didaerah equator yaitu sebesar 330 mT.
 Sensitivitas Kompas elektronik sangat mudah terpengaruh oleh medan magnit buatan.
5.2 Saran
 Dalam  pengembangan  selanjutnya,  akan  lebih  baik  jika  kompas  dapat  mendeteksi setiap perubahan arah tanpa ada batasan sudut antara.
 Perlu dibuat isolasi untuk mengurangi pengaruh medan magnit dari luar.

## 5. DAFTAR PUSTAKA
1. Robert  F.  Coughlin,  Frederick  F.  riscoil,  Herman  Widodo  S, Penguat Operasional dan Rangkaian Terpadu Linier , 1994.
2. William H. Hayt, The Houw Liong, Elektromagnetika Teknologi , jilid 2, 1990.
3. Tsuneo Furuya, Joko Suprayitno, Budi Aswoyo, Listrik Magnet EEPIS.
4. National Semiconductor Operational Amplifier Databook ,1995.
5. National Semiconductor Data Acquisition Databook, 1995.
6. Data Sheet Book 1
7. http://dac3.pfrr.alaska.edu