Abstak
In this research design speed and time counter AT89S52 microcontroller based on Microcontrollerfree fall motion. These devices are made based on the Basic Applications programming language compiler (BASCOM) 8051, the purpose of the program is to process the data speed and the time when performing motion objects in free fall. If the speed and time the object has been detected by the sensor (photodiode) then the data will be forwarded and processed at AT89S52 microcontroller which in turn produces an output speed and time of appearance of objects that are needed when performing a free fall motion on the LCD. After making this detector is completed, researchers conducted the testing requirements of the general characterization of the sensors on the tool, namely testing linearity, sensitivity, precision (accuracy) and accuracy (accuracy). Based on the results of experiments performed was found that this tool is that form linear equation Y = 0.35 x + 0.026 and R2 = 0.9902, Score 0.35 states the slope of the linear line that no other state sensitivity, and this tool sensor has a relative uncertainty 0.0043%, so it can be concluded that the accuracy of the sensor photodiode on these tools is high, as well as the accuracy of the sensor based on test results had an average of 96.986%, this indicates that the tool is also memiilki k etepatan the very high anyway.
Key words:
Microcontroller, speed detection
equipment and time, free fall motion
BAB I
PENDAHULUAN
1.1.
Latar
Belakang
Dalam proses pembelajaran ilmu fisika, kita mengenal adanya istilah
pengukuran, yang mana setiap pengukuran memerlukan suatu alat ukur. Alat ukur
adalah instrumen untuk mengetahui harga suatu besaran atau suatu variabel.
Dalam suatu praktikum, biasanya sering terjadi permasalahan mengenai alat ukur
yang digunakan tersebut karena tidak berfungsi sebagaimana seharusnya, sehingga
terganggu tingkat akurasi dan ketelitiannya seperti pada pengukuran panjang,
massa, waktu, dan lain sebagainya.
Adapun
arti pentingnya alat ukur fisika dalam suatu praktikum di laboratorium adalah
sebagai berikut (Mulyani, 2005) :
a. dapat membangkitkan dan memelihara
daya tarik, sikap, kepuasan, keterbukaan dan rasa ingin tahu.
b. dapat mengembangkan berpikir kritis
dan kemampuan memecahkan masalah.
c. dapat meningkatkan berpikir ilmiah
dan metode ilmiah.
d. dapat mengembangkan pemahaman konsep
dan kemampuan intelektual.
e. dapat mengembangkan kemampuan
berpraktikum.
Di samping itu saat ini alat ukur yang semakin standar semakin menjadi
kebutuhan, seiring perkembangan masyarakat yang semakin modern. Laboratorium
fisika di perguruan tinggi dituntut untuk menjawab tantangan tersebut dengan
menciptakan dan mendatangkan alat-alat ukur fisika yang lebih akurat dan
teliti, fleksibel atau mudah dalam mengoperasikannya. Jika kita melihat pada
kondisi laboratorium FKIP fisika Universitas Sriwijaya maka kita dapat
menemukan beberapa alat praktikum yang sudah mempunyai kesalahan kalibrasi
seperti jangka sorong, mikrometer sekrup, stopwatch, dan neraca pegas.
Kesalahan kalibrasi ini dapat mengakibatkan data-data yang dihasilkan akan
kurang valid dan kurang akurat. Selain itu juga terdapat beberapa alat yang tidak
dimanfaatkan lagi atau sudah dalam kondisi rusak contohnya adalah pesawat
atwood pada praktikum gerak jatuh bebas.
Pesawat
atwood adalah suatu sistem makanika yang terdiri dari dua massa yang
dihubungkan dengan satu tali melalui katrol (Setiabudidaya, 2009:I II-2). Pada
alat ini secara keseluruhan sudah baik dan bagus, karena dari alat ini dapat
menghasilkan waktu benda yang sedang bergerak jatuh bebas dengan bantuan
stopwatch kemudian data waktu ini dianalisis untuk mencari kecepatan benda saat
melakukan gerak jatuh bebas, akan tetapi pada saat menggunakan stopwatch
terkadang menyebabkan human error
(kesalahan praktikan) yang cukup besar karena kekurang tepatan praktikan dalam
menekan stopwatch ketika benda telah sampai pada kedudukan akhirnya. Sehingga
dapat menyebabkan kurang teliti dan kurang akurat dalam pengumpulan data.
Maka
dari itu diperlukanlah suatu alat alternatif yang dapat digunakan dalam
menghitung kecepatan dan waktu pada gerak jatuh bebas yang dapat menghasilkan
data yang lebih teliti dan lebih akurat, misalnya dengan menempatkan suatu
sensor pendeteksi kecepatan dan waktu pada alat tersebut yang menggunakan
sistem digital. Alat tersebut adalah alat pendeteksi kecepatan dan waktu
menggunakan mikrokontroler AT89S52 dengan menggunakan sensor cahaya infra red
dan fotodioda, fungsi alat ini adalah
menghasilkan kecepatan dan waktu saat benda melakukan gerak jatuh bebas.
Berdasarkan latar belakang inilah penulis
tertarik untuk melakukan penelitian dengan judul ” Desain dan Implementasi
Alat Penghitung Kecepatan dan waktu Berbasis Mikrokontroler AT89S52 Pada Gerak Jatuh Bebas ”.
1.2. Rumusan
Masalah
Berdasarkan
uraian diatas, yang diangkat menjadi permasalahan dalam penelitian ini adalah
bagaimana karakteristik alat pendeteksi kecepatan menggunakan mikrokontroler
AT89S52 ini yang ditinjau dari segi Linieritas,
Presisi (ketelitian), Sensitifitas,
dan Accuracy (ketepatan) alat ?
1.3. Tujuan
Penelitian
1.
Untuk mendesain alat penghitung kecepatan dan waktu
berbasis mikrokotroler AT89S52 pada gerak jatuh bebas.
2. Untuk mengetahui karakteristik dari alat penghitung
kecepatan dan waktu menggunakan mikrokontroler yang ditinjau dari segi linieritas, sensitivitas, accuracy
(ketepatan) dan presisi (ketelitian)
alat.
1.4. Manfaat
Penelitian
1. Sekolah/lembaga pendidikan, sebagai masukan untuk
dapat dijadikan sebagai sumbangan pemikiran dalam proses pembelajaran.
2. Pendidik, sebagai alternatif alat peraga untuk
menjelaskan konsep gerak jatuh bebas.
3. Peneliti, sebagai masukan dan tambahan pengalaman
ilmu terutama tentang alat ukur.
BAB II
LANDASAN
TEORI
2.1. Gerak Jatuh Bebas
Benda yang
dilepas dari suatu ketinggian tertentu akan selalu jatuh menuju ke pusat bumi.
Apabila benda tidak mempunyai kecepatan awal (vo=0) dan tidak ada
gaya gesek udara (diabaikan) serta tidak ada gaya luar yang bekerja pada benda,
maka setiap benda yang jatuh dari ketinggian yang sama akan menempuh waktu yang
sama untuk sampai di permukaan bumi, meskipun massa masing-masing benda ini
berbeda. Apabila ketinggian awal tempat jatuhnya benda tidak berbeda jauh maka
benda akan mengalami percepatan yang tetap (a = konstan) selama jatuh.
Percepatan itu tidak lain adalah percepatan gravitasi bumi yang dilambangkan
dengan notasi ‘g’. Gerak seperti ini disebut gerak jatuh bebas.
Menurut Kanginan (2006:72) gerak jatuh bebas juga
merupakan gerak lurus berubah beraturan, sehingga persamaan-persamaan yang
berlaku pada gerak lurus berubah beraturan juga sama pada gerak jatuh bebas.
Persamaan tersebut antara lain :
s = Vo.t+½a.t2 .................................................(2.1)
Vt2=Vo2+2as.. ..................................................(2.2)
Vt=Vo+at.......................................................(2.3)
karena pada gerak jatuh
bebas vo = 0 dan a = g, maka persamaan (2.3) menjadi :
Vt=gt..........................................................(2.4)
dari persamaan (2.4) dapat
diintegralkan terhadap waktu untuk menghitung jarak tempuh maka :
s= 
g t²
....................................................(2.5)
2.2.
Persyaratan Umum Suatu Sensor
Sensor (transducer) adalah suatu alat pendeteksi untuk mengubah besaran
fisik menjadi sinyal elektris. Menurut Sharon (1982) dalam memilih peralatan
sensor (transducer) yang tepat dan
sesuai dengan sistem yang akan disensor maka perlu diperhatikan persyaratan
umum sensor berikut ini
2.2.1. Uji Linieritas (Linearity)
Linieritas
adalah hubungan antara output dan input yang dapat diwujudkan dalam
persamaan garis lurus. Persamaan
garis lurus (regresi linier) dapat ditulis Y = a + bx, Koefisien-koefisien
regresi a dan b untuk regresi linier, dapat dicari secara langsung melalui
program microsoft excel dan dapat juga dihitung dengan rumus
:
a= 
..............................................(2.8)
b = 
................................................(2.9)
2.2.2. Uji Sensitivitas (Sensitivity)
Menurut Sharon (1982) Sensitivitas
sering juga dinyatakan dengan bilangan yang menunjukan perubahan keluaran
dibandingkan unit perubahan masukan.
Secara matematis dapat dirumuskan sebagai berikut :
S =
............................................................................................(2.10)
Sensitivitas yang tinggi sangat
diinginkan karena jika perubahan output yang besar terjadi saat dikenai input
yang kecil, maka pengukuran akan semakin mudah dilakukan. Misalnya, jika
sensitivitas sensor temperatur sebesar 5mV/oC berarti setiap
perubahan input 1oC akan muncul output sebesar 5 mV.
2.2.3. Uji Ketelitian (Presisi)
Ketelitian adalah tingkat kesamaan
nilai pada sekelompok pengukuran atau sejumlah nilai dimana pengukuran
dilakukan secara berulang-ulang dengan instrumen yang sama. Ketelitian suatu
sensor bisa dihitung dengan menggunakan ketidakpastian relatif. Semakin kecil
ketidakpastian relatif pengukuran maka
makin tinggi ketelitian pengukuran tersebut.
2.2.4. Uji Ketepatan (Accuracy)
Menurut Arry (2009) Ketepatan dari
suatu alat adalah kedekatan pengukuran masing-masing yang didistribusikan
terhadap harga rata ratanya. Maksudnya merupakan ukuran kesamaan terhadap angka
yang diukur sendiri dengan alat yang sama. Istilah ketepatan (accuracy)ini digunakan untuk menentukan
error keseluruhan maksimum yang diharapkan dari suatu alat dalam pengukuran. Accuracy
biasanya diekspresikan dalam inaccuracy. Dari pengertian
diatas maka ketepatan sensor infra red dan fotodioda pada alat pendeteksi
kecepatan ini dalam menanggapi stimulus yang diberikan dapat dihitung
menggunakan persamaan berikut ini :
P %
= 
..................................................................................(2.11)
Dengan P % adalah persentase
simpangan antara harga besaran yang diukur dengan nilai yang sebenarrnya atau
persentase kesalahan, Xm adalah nilai hasil pengukuran, dan Xt merupakan harga
yang sebenarnya sesuai dengan alat standar digunakan. Sedangkan ketepatan pengkuran dari
alat pendeteksi ini adalah 100 % - P %.
2.4.
Mikrokontroler
Menurut Budiharto (2004:133)
Mikrokontroler ialah sebuah chip yang berfungsi sebagai pengontrol rangkaian
elektronik dan dapat menyimpan program didalamnya. Ada perbedaan penting antara
mikroprosesor dan mikrokontroler. Mikroprosesor merupakan CPU (Central
Prosesing Unit) tanpa memori dan I/O pendukung sebuah komputer. Sedangkan
Mikrokontroler umumnya terdiri dari CPU, memori, I/O tertentu dan unit
pendukung seperti Analog – to – Digital Converter (ADC) yang sudah terintegrasi
didalamnya. Kelebihan utama mikrokontroler ialah tersedianya RAM dan peralatan
I/O pendukung sehingga ukuran board mikrokontroler menjadi sangat ringkas.
2.4.1.
Kontruksi Mikrokontroler AT89S51/52
Alasan Peneliti memilih
mikrokontroler AT89S52 adalah karena mikrokontroler ini mempunyai kemampuan
serial downloading atau lebih dikenal dengan istilah In System
Programming (ISP) sehingga mikrokontroler langsung dapat diprogram pada
rangkaiannya tanpa harus mencabut IC untuk diprogram, programmer ISP
dapat dibuat menggunakan beberapa resistor via paralel port komputer sehingga
bagi mereka yang belum memiliki programmer dapat tetap bereskperimen
menggunakan mikrokontroler ini dengan biaya yang relatif murah
Gambar
2.2.konfigurasi pin AT89S52 (khairurrijal, 2005 : 4)
BAB III
METODE
PENELITIAN
3.1 Tempat dan Waktu Penelitian
Tempat
penelitian ini dilakukan di Laboratorium Fisika FKIP UNSRI, dan Laboratorium
MIPA Fisika UNSRI. Waktu penelitian ini dilakukan dari 3 Juni 2008 sampai
dengan 2 September 2009.
3.2. Metode Penelitian
Metode yang digunakan peneliti adalah Development
Research (Riset Pengembangan). Metode Development Research adalah metode
penelitian yang digunakan untuk menghasilkan produk tertentu, dan menguji
keefektifan produk tersebut.
3.3. Tahapan Penelitian
Penelitian dilakukan mengikuti tahapan-tahapan pada
Development Researrch (riset pengembangan), yaitu sebagai berikut :
Gambar 3.1. langkah-langkah penggunaan metode Research
and Development (Sugiyono, 2008:409)
3.5. Teknik
Pengumpulan Data
Data
yang dikumpulkan adalah data-data uji coba alat peraga sensor pendeteksi
kecepatan menggunakan mikrokontroler AT89S52 yang berupa berupa data digital
yaitu kecepatan dan waktu benda.
3.6. Teknik
Analisa Data
Teknik
analisa data dalam uji coba alat
pendeteksi kecepatan menggunakan mikrokontroler AT89S52 untuk praktikum fisika
gerak jatuh bebas ini meliputi study analisis linierity, sensitifity, presisi
(ketelitian) dan accuracy (ketepatan) dari alat/sensor, yang mana
keseluruhannya ini merupakan persyaratan/standarisasi alat yang menggunakan
sensor (Sharon, 1982). Adapun
langkah-langkah dalam pengujian ini adalah sebagai berikut :
1. Pengujian
Linieritas (Linierity) :
1.Yakinkan semua peralatan telah terhubung dengan
benar
2.Menyalakan (turn
on) alat pendeteksi kecepatan dengan menghubungkan rangkaian power suplai
ke listrik AC 220V
3. Mengukur jarak antar sensor 1 dan sensor 2
menggunakan mistar setinggi 12 cm
4. Menjatuhkan peluru tepat diatas sensor 1 dan
melewati sensor 2
5. Mencatat waktu yang ditampilkan oleh LCD pada alat
pendeteksi.
6. Mengulangi langkah 4-5 samapai 10 kali percobaan
dengan ketinggian berbeda yaitu 15cm, 18cm, 21cm, 24 cm, 27cm, 30 cm, 33 cm, 36
cm, dan 39 cm
7. masukkan data-data tst kedalam tabel hasil
pengukuran.
8. Menggambar grafik berdasarkan dat-data pada tabel
tst
2.
Pengujian Sensitivitas (Sensitifity)
1.
Perhatikan gambar grafik yang dibentuk pada
langka ke-8 uji linieritas diatas, apakah grafik yang dibentuk berupa garis
lurus atau tidak
2. Menentukan persamaan garis lurus (linieritas) yang
dibentuk pada gambar grafik diatas
3. Menentukan besar nilai sensitifitas alat pendeteksi
yang menggunakan mikrokontroler
3.
Pengujian Ketelitian (Presisi)
1.
Mengatur Alat Pendeteksi Kecepatan menggunakan
mikrokontroler pada ketinggian 21 cm
2.
Menjatuhkan peluru tepat diatas sensor 1 dan
melewati sensor 2
3.
Mencatat waktu yang ditampilkan oleh LCD pada alat
pendeteksi.
4.
Mengulangi langkah 2 dan 3 sampai 10 kali percobaan
5.
masukkan data-data tst kedalam tabel hasil
pengukuran.
6.
Mencari nilai ketidakpastian relatiifnya.
4.
Pengujian Ketepatan (Accuracy)
1.
Mengukur jarak antar sensor 1 dan sensor 2
menggunakan mistar setinggi 15 Cm
2.
Menjatuhkan peluru tepat diatas sensor 1 dan
melewati sensor 2
3.
Mencatat waktu yang ditampilkan oleh LCD pada alat
pendeteksi.
4.
Ulangi langkah 1-3 samapai 10 kali percobaan lalu
cari persentase ketepatan sensor dengan menggunakan persamaan :
P % = dan Ketepatan Sensor = 100 % - P %
Dengan P % adalah persentase
kesalahan, Xm adalah nilai hasil pengukuran, dan Xt merupakan harga yang
sebenarnya sesuai dengan alat standar digunakan. Sedangkan ketepatan pengkuran
dari alat pendeteksi ini adalah 100 % - P %.
5.
Ulangi langkah 1-4 dengan ketinggian berbeda yaitu
18cm, 21cm, 24 cm, dan 27cm
6.
Masukkan data-data tst kedalam tabel hasil
pengukuran.
7.
Mencari nilai rata-rata ketepatan sensornya
BAB IV
HASIL
DAN PEMBAHASAN
4.1. Desain Penelitian
Desain penelitian merupakan bagian dari keseluruhan
metode penelitian yang berupa rancangan bentuk atau model suatu riset
(penelitian). Secara umum desain dalam penelitian ini dapat digambarkan dalam bagan
berikut ini :
Gambar 4.1. Bagan Desain
Penelitian
Pada tahap Persiapan (alat dan
bahan)
Pada tahap ini peneliti
menyiapkan alat dan bahan, yaitu sebagai berikut :
1.
Alat – Alat yang dibutuhkan :
v
Power
Suplay/catu daya
v
Port Paralel DB 25
v
Multimeter
v
Solder
v
Penyedot timah
v
Timah
2.
Bahan – bahan yang diperlukan :
v Mikrokontroler AT89S52 sebagai Central
Processing Unit (CPU)
v Rangkaian Sensor yang meliputi :
Ø LED 2 buah
Ø Resistor 470 ohm 2 buah
Ø Resistor 10Kohm 2 buah
Ø Resistor 220ohm 2 buah
|
Ø Potensiometer 10Kohm 1 buah
Ø sensor Fotodioda 2 buah
Ø infra red 2 buah
Ø LM 324
1 buah
|
v
Program BASCOM–8051, Program ini dapat ditulis
dalam teks editor BASCOM yang dapat dieksekusi dan ditampilkan dalam simulator
v
Light
Crystal Diode (LCD), yaitu sebagai out put/ penampil data waktu kecepatan.
Setelah mempersiapkan alat
dan bahan, selanjutnya disiapkan perencanaan dan perangkaian sistem perangkat
keras yaitu perencanaan rangkaian sensor
.
Tahap
Perencanan Perangkat Keras (membuat rangkaian sensor) :
Skema rangkaian mekanik sensor
pada alat ini terdapat pada lampiran 7 halaman 59.
Cara
Merangkai Alat Rangkaian Sensor :
1.
Merancang rangkaian sensor (yang terdiri dari Infra
red dan fotodioda, resistor, potensiometer, dll) pada papan PCB sesuai dengan
Skema Rangkaiannya (skema nya ada pada
Lampiran 7 halaman 59).
2.
Merangkai bahan-bahan tersebut dan solder dengan
kawat timah agar semua bahan merekat pada papan PCB
3.
Menguji rangkaian sensor tersebut apakah telah
berhasil atau tidak yaitu dengan menghubungkan sensor tst pada tegangan 5V
Membuat Program di komputer
1. Studi literatur Program BASCOM
8051
2. Pembuatan flowchart program dan perangkat lunak
Perencanaan
Perangkat Lunak (Pemrograman) :
Perencanaan perangkat lunak yaitu
perencanaan program Mikrokontroler yang menggunakan bahasa pemrograman Basic
Compiler (BASCOM) 8051. Dalam pembuatan
program ini diperlukan satu buah unit komputer dan CPU. Setelah program
telah berhasil dibuat maka program tersebut ditransfer kemikrokontroler AT89S52
melalui port printer CPU menggunakan kabel port paralel DB 25 atau kabel downloader.
Hasil pemrograman ini dapat dilihat pada lampiran 9 halaman 61.
Pengisian
Program ke Mikrokontroler AT89S52
Pengisian
program ke mikrokontroler dilakukan menggunakan kabel transfer DB 25 dan
komputer serta CPU.
Setelah langkah-langkah diatas
telah semua dilakukan maka digabungkan keseluruhannnya menjadi satu.rangkaian,
skema rangkaian secara keseluruhan terdapat pada lampiran 8 halaman 60,
sehingga produk hasil penelitian ini telah selesai dibuat.
4.2. Hasil
Penelitian
Pembuatan alat penghitung kecepatan dan
waktu menggunakan mikrokontroler AT89S52
pada gerak jatuh bebas telah berhasil dibuat dan berjalan sesuai dengan
yang diinginkan. Setelah itu peneliti melakukan pengujian linieritas (linierity), sensitifitas (sensitivity), presisi
(ketelitian), dan accuracy
(ketepatan) sensor fotodioda dan infra red.
4.1.1. Pengujian Linieritas (linierity)
Linieritas adalah hubungan antara output dan input yang dapat diwujudkan dalam persamaan garis lurus. Pengujian
linieritas dilakukan dengan cara memvariasikan jarak kedua sensor (ketinggian
benda) baik pada alat sensor fotodioda maupun pada alat Millisecond Timer.
Jarak kedua sensor itu peneliti ukur dengan menggunakan mistar. Kemudian
Peneliti mengambil data waktu dengan melakukan pengukuran sebanyak 10 kali
percobaan, setiap percobaan dilakuakan secara bersamaan antara alat yang dibuat
dengan milli second timer lalu digambar grafik linieritasnya. Data waktu tst
terdapat pada lampiran 4 halaman 57 sedangkan grafik linieritasnya adalah
sebagai berikut :
Gambar 4.2.
Grafik Linierity Sensor Fotodioda
Gambar 4.3.
Grafik Linierty pada Milli Second
Timer
4.1.2.
Pengujian Sensitivitas (Sensitifity)
Sensitivitas adalah perubahan pada output insrtumen untuk setiap perubahan input terkecil,
Dalam hal ini, biasanya dapat diketahui secara tepat bagaimana perubahan
keluaran dibandingkan dengan masukannya dari sebuah grafik, maka dengan menggunakan pendekatan linier dan grafik 4.1, serta 4.2 diatas
didapatkan hubungan waktu (t) sebagai keluaran dengan ketinggian benda sebagai
masukan dalam bentuk persamaan linier yaitu sebagai berikut :
1. Pada sensor
fotodioda : Y
= 0,35x + 0,026 R2 = 0,9902
2. Pada
milisecondtimer : Y
= 0.34444x + 0.029067 R2 = 0,9892
persamaan dan grafik
diatas menunjukkan bahwa waktu yang dihasilkan oleh sensor berbanding lurus
dengan ketinggian. Angka 0,35m/s pada sensor merupakan kemiringan dari garis
linier yang tidak lain menyatakan sensitifitas dari sensor fotodioda dan infra
red, yang juga dapat diperoleh dari perhitungan :
S
= 
= 
= 0,349
4.1.3. Pengujian Presisi/ Ketelitian
Sensor
Ketelitian
suatu sensor bisa di hitung dengan menggunakan ketidakpastian relatif pada
pengukuran berulang. Semakin kecil ketidakpastian relatif maka makin tinggi
ketelitian suatu pengukuran. Sampel pengukuran waktu pada alat pendetaksi ini
dilakukan pada ketinggian 0,21 m sebanyak 10 kali percobaan.
Tabel 4.1. Data waktu yang dihasilkan sensor pada ketinggian 0,21 m
No
|
Waktu (t)
|
t2
|
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
|
0,098 s
0,098 s
0,095 s
0,098 s
0,096 s
0,097 s
0,095 s
0,096 s
0,097 s
0,096 s
|
9,604 x 10-3
9,604 x 10-3
9,025 x 10-3
9,604 x 10-3
9,216 x 10-3
9,409 x 10-3
9,025 x 10-3
9,216 x 10-3
9,409 x 10-3
9,216 x 10-3
|
|
∑t = 0,966
|
∑ t2 =
0,0933 s
|
= 
= 
= 0,0966 s
∆t 
= 0,0004163 s
Dari hasil perhitungan diperoleh t = ( ± ∆t ) second atau t = (0,0966 ± 0,0004163) second,
Sedangkan ketidakpastian relatif dapat dihitung dengan menggunakan
ketidakpastian relatif pada pengukuran berulang :
KTP = 
X 100%
= 
X 100%
= 0,0043 %
4.1.4.
ketepatan (Accuracy) sensor infra red
dan fotodioda
Ketepatan merupakan tingkat
kesesuaian antara dekatnya suatu hasil pengukuran terhadap harga yang
sebenarnya. Dari pengertian ini maka ketepatan sensor infra red dan fotodioda
pada alat pendeteksi kecepatan ini dalam menanggapi stimulus yang diberikan
dapat dihitung dengan menggunakan persamaan :
P % =
Dengan P % adalah persentase simpangan antara harga
besaran yang diukur dengan nilai yang sebenarrnya atau persentase kesalahan, Xm
adalah nilai hasil pengukuran, dan Xt merupakan harga yang sebenarnya sesuai
dengan alat standar digunakan. Sedangkan ketepatan pengkuran dari alat
pendeteksi ini adalah 100 % - P %.
Tabel
4.2 data pengukuran waktu pada sensor dan infra red
1.Percobaan
pertama
No
|
Ketinggian
|
Waktu pada sensor (Xm)
|
Waktu pada Milli second Timer(Xt)
|
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
|
0,15m
|
0,078s
|
0,081s
|
0,079s
|
0,082s
|
0,077s
|
0,083s
|
0,078s
|
0,082s
|
0,076s
|
0,081s
|
0,075s
|
0,083s
|
0,079s
|
0,082s
|
0,078s
|
0,083s
|
0,077s
|
0,081s
|
0,079s
|
0,080s
|
|
|
 = 0,0778s
|
 =0,0818s
|
P % =
= 
=
4,88 %
Ketepatan sensor = 100 % - P % = 100 % - 4,88 % = 95,12 %
2. Percobaan
kedua
No
|
ketinggian
|
Waktu pada sensor (Xm)
|
Waktu pada Milli second Timer(Xt)
|
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
|
0,18m
|
0,085s
|
0,087s
|
0,083s
|
0,086s
|
0,084s
|
0,088s
|
0,085s
|
0,089s
|
0,084s
|
0,088s
|
0,083s
|
0,087s
|
0,085s
|
0,089s
|
0,084s
|
0,087s
|
0,083s
|
0,086s
|
0,085s
|
0,088s
|
|
|
= 0,0841s
|
=0,0875s
|
P % =
= 
=
3,88 %
Ketepatan sensor = 100 % - P % = 100 % - 3,88 % = 96,11 %
3. Percobaan
ketiga
No
|
ketinggian
|
Waktu pada sensor (Xm)
|
Waktu pada Milli second Timer(Xt)
|
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
|
0,21m
|
0,095s
|
0,097s
|
0,093s
|
0,098s
|
0,096s
|
0,098s
|
0,095s
|
0,096s
|
0,094s
|
0,098s
|
0,096s
|
0,097s
|
0,096s
|
0,098s
|
0,095s
|
0,097s
|
0,094s
|
0,098s
|
0,096s
|
0,098s
|
|
|
= 0,095s
|
=0,0975s
|
P % =
= 
=
2,56 %
Ketepatan sensor = 100 % - P % = 100 % - 3,4 % = 97,44 %
3.
Percobaan
keempat
No
|
ketinggian
|
Waktu pada sensor (Xm)
|
Waktu pada Milli second Timer(Xt)
|
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
|
0,24m
|
0,108s
|
0,106s
|
0,107s
|
0,109s
|
0,107s
|
0,108s
|
0,108s
|
0,109s
|
0,106s
|
0,110s
|
0,105s
|
0,108s
|
0,107s
|
0,107s
|
0,108s
|
0,108s
|
0,106s
|
0,109s
|
0,107s
|
0,110s
|
|
|
= 0,1069s
|
=0,1084s
|
P % =
= 
=
1,38 %
Ketepatan sensor = 100 % - P % = 100 % - 2,04 % = 98,61 %
4.
Percobaan
kelima
No
|
ketinggian
|
Waktu pada sensor (Xm)
|
Waktu pada Milli second Timer(Xt)
|
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
|
0,27m
|
0,118s
|
0,121s
|
0,115s
|
0,117s
|
0,117s
|
0,121s
|
0,118s
|
0,119s
|
0,116s
|
0,120s
|
0,115s
|
0,118s
|
0,116s
|
0,117s
|
0,118s
|
0,121s
|
0,116s
|
0,119s
|
0,117s
|
0,121s
|
|
|
= 0,1166s
|
=0,1194s
|
P % =
= 
= 2,34 %
Ketepatan sensor = 100 % - P % = 100 % - 1,81 % = 97,65 %
Rata-rata
ketepatan sensor = 
= 
= 96,986 %
4.2.
Pembahasan
Tujuan dari penelitian ini adalah
membuat suatu alat alternatif agar
dapat digunakan untuk menghitung kecepatan dan waktu benda pada gerak jatuh
bebas yang dapat menghasilkan data yang lebih teliti dan lebih akurat di
bandingkan menggunakan alat yang sebelumnya yaitu pesawat atwood dan
millisecond timer. Produk penelitian ini telah berhasil dibuat akan tetapi
sebelumnya peneliti belum mengetahui apakah alat ini lebih teliti atau tidak
dan lebih baik atau tidak. Dalam hal ini untuk mengetahuinya maka peneliti
melakukan uji coba persyaratan umum yang harus dimilikinya yang meliputi uji
linieritas (Linierity), sensitifitas, presisi (ketelitian) dan accuracy
(ketepatan) alat.
Berdasarkan hasil karakterisasi
pengujian linierity yang dilakukan
dan pada grafik 4.1 dapat dilihat bahwa hubungan antara waktu yang dihasilkan
sebagai keluaran sensor dengan ketinggian benda adalah linier atau berbanding
lurus, yaitu dengan persamaan Y = 0,35x + 0,026 dan R2 = 0,9902.
Angka 0, 35 menyatakan kemiringan dari garis linier yang tidak lain menyatakan
sensitifitas dari sensor yang juga dapat diperoleh dari perhitungan :
S = 
=
= 0,35
Hal ini juga sesuai dengan dasar
teori bahwa setiap kenaikan ketinggian maka akan diikuti juga oleh kenaikan
waktu, artinya antara ketinggian (s) dan waktu berbanding lurus. Secara
analitis dihubungkan sebagai berikut :
s = V0.t + ½.g.t2
= 0.t +
½.g.t2
= ½.g.t2
dimana :
s = Ketinggian benda (m)
g =
Percepatan gravitasi bumi (m/s2)
t = Waktu untuk mencapai tanah (s)
V0 = Kecepatan awal benda (m/s)
Kemudian peneliti
melakukan pengukuran ketelitian sensor, peneliti menggunakan ketidakpastian
relatif pada pengukuran berulang, seperti yang diperlihatkan pada hasil
penelitian diatas. Penelitian ini dilakukan sebanyak 10 kali percobaan pada
ketinggian 21cm. Semakin kecil ketidakpastian relatif, maka semakin tinggi
ketelitian pengukuran yang dilakukan.
Berdasarkan dari hasil perhitungan
diperoleh t = ( ± ∆t ) second atau
t = (0,0966 ± 0,0004163) second, Sedangkan ketidakpastian relatif dapat
dihitung dengan menggunakan pendekatan KTP = X 100%.
Dari hasil perhitungan didapatkan ketidakpastian relatif
waktu yang dihasilkan sebagai keluaran sensor sebesar 0,0043 %, semakin kecil
nilai ketidakpastian relative maka semakin baik mutu hasil pengukuran sehingga
dapat disimpulkan bahwa ketelitian dari sensor fotodioda dan infra red adalah
sangat tinggi.
Selanjutnya
peneliti melakukan pengujian ketepatan (Accuracy)
sensor. Pengujian ini dilakukan sebanyak 50 kali percobaan dengan ketinggian
yang berbeda-beda, yaitu pada ketinggian 15cm dilakukan sebanyak 10 kali
percobaan, ketinggian 18 cm sebanyak 10 kali percobaan, ketinggian 21 cm
sebanyak 10 kali percobaan, ketinggian 24cm sebanyak 10 kali percobaan, dan
ketinggian 27cm sebanyak 10 kali percobaan lalu di cari rata – rata persentase
ketepatannya. Dari hasil perhitungan ketepatan sensor pada percobaan 1,
percobaan 2, percobaan 3, percobaan 4 dan percobaan 5 diperoleh rata-rata
persentase ketepatan sensor fotodioda dan infra red adalah sebesar 96,986%,
sehingga dapat disimpulkan bahwa ketepatan dari sensor ini adalah baik.
Jika
kita bandingkan dengan penelitian terdahulu yaitu alat millisecond timer yang
merupakan alat digital pendeteksi waktu benda pada praktikum gerak jatuh bebas,
yang mana alat ini terdapat dilaboratorium MIPA Universitas Sriwijaya, maka
antara alat ini dengan produk hasil penelitian memiliki kesamaan, yaitu
sama-sama linier dan memiliki sensitivitas yang baik antara output dan
inputnya, hal ini dapat dilihat
berdasarkan grafik 4.1 dan 4.2 diatas, yang dibuktikan dengan hasil persamaan
yang dibentuk berikut ini :
1. Pada sensor fotodioda :
Y = 0,35x + 0,026 R2 = 0,9902
2. Pada milisecondtimer :
Y = 0.34444x + 0.029067 R2 = 0,9892
Angka 0,35 dan 0.34444 menunjukkan sensitivitas alat
keduanya, serta R2 merupakan
koefisien regresinya. Koefisien regresi (R2) adalah koefisien yang menunjukkan
korelasi/hubungan antara variabel output
dan input, dapat kita lihat bersama
nilai R2 > 0.8 yang menunjukkan kedua alat tersebut bagus dan
baik hubungan/ korelasinya antara output dan inputnya.
Meskipun
produk alat hasil penelitian ini telah berhasil dibuat dan telah memenuhi
persyaratan umum suatu sensor akan tetapi alat ini juga mempunyai kelemahan
yaitu saat menjatuhkan benda terkadang sensornya tidak dapat mendeteksi bahwa
ada benda yang telah melewatinya, yang menyebabkan tidak dapat meghasilkan
keluaran (output) berupa kecepatan
dan waktu benda pada penampil data yaitu LCD. Hal ini disebabkan karena
kekurang tepatan peneliti dalam menempatkan atau menjatuhkan benda pada sensor
pertama atau sensor kedua, jika sensornya belum dapat mendeteksi benda yang
jatuh padanya maka otomatis alat ini belum dapat berfungsi sebagaimnan
mestinya, sehingga dalam menjatuhkan dan memposisikan bendanya harus
benar-benar diperhatikan antara posisi benda dengan sensor guna menjalankan
program di mikrokontroler serta dapat menghasilkan keluaran (output) berupa kepatan dan waktu benda
pada LCD.
Dari
hasil pembahasan diatas maka dapat disimpulkan bahwa produk alat penelitian ini
memenuhi persyaratan umum sensor yaitu memiliki linieritas dan sensitivitas
yang baik, ketelitian serta ketepatan sonsor yang tinggi.
BAB V
KESIMPULAN DAN
SARAN
5.1.
Kesimpulan
1.
Alat pendeteksi kecepatan menggunakan
Mikrokontroler AT89S52 untuk praktikum
fisika gerak jatuh bebas telah berhasil dibuat
2.
Berdasarkan hasil uji coba karakterisasi yang
dilakukan didapatkan bahwa alat ini
adalah linier yang membentuk persamaan Y = 0,35x + 0,026 dan R2 =
0,9902, Angka 0,35 menyatakan kemiringan dari garis linier yang tidak lain
menyatakan sensitifitasnya, dan alat ini memiliki ketidakpastian relatif sensor
0,0043 %, sehingga dapat disimpulkan
bahwa ketelitian dari sensor fotodioda pada alat ini adalah tinggi, serta
berdasarkan hasil tes ketepatan sensor memiliki rata-rata 96,986%, hal ini
mengindikasikan bahwa alat ini juga memiilki ketepatan yang sangat tinggi pula.
5.2.
Saran
Saran yang dapat
penulis berikan untuk pengembangan penelitian ini adalah sebagai berikut :
1.
Dalam penelitian ini peneliti hanya bisa
menampilkan kecepatan dan waktu benda saja sementara ketinggian bendanya tidak
ditampilkan, hal ini dikarenakan peneliti menggunakan LCD berkarakter 2 x 16,
sementara untuk menampilkan keseluruhannya yaitu kecepatan, waktu dan
ketinggian benda diperlukan karakter tulisan yang lebih luas seperti karakter
tulisan 4x16 dan 2x20. Untuk itu dalam penelitian lebih lanjut diharapkan alat
ini tidak hanya menampilkan waktu dan kecepatan saja tetapi juga dapat
menampilkan ketinggian/posisi benda.
2.
Saat menjatuhkan benda terkadang
sensornya tidak dapat mendeteksi bahwa ada benda yang telah melewatinya, yang menyebabkan
tidak dapat meghasilkan keluaran (output)
berupa kecepatan dan waktu benda pada penampil data yaitu LCD. Hal ini
disebabkan karena penempatan bendanya kurang tepat dengan sensornya sehingga
dalam penelitian lebih lanjut agar kiranya desain mekanik penempatan sensornya
disesuaikan dengan tepat antara benda nya dengan sensor agar ketika benda jatuh melewatinya
dengan cepat sensor akan mendeteksi benda tersebut.
Daftar
Pustaka
Kanginan, Marten. 2006. Fisika Untuk SMA. Jakarta : Erlangga
Khairurrijal
dkk. 2005. Diktat
Mikrokontroler MCS-51. Bandung : Laboratorium
Elektronika dan Instrumentasi Departemen Fisika Institut Teknologi
Bandung.
Petruzella, Frank D. 2001. Elektronik Industri. Penerbit Andi Yogyakarta.
Setiabudidaya,
dedi. 2009. Modul Praktikum Fisika dasar
1. Indralaya : Laboratorium Pendidikan Fisika Universitas Sriwijaya
Sudjana. 2002. Metode
Statistika. Bandung : Tarsito bandung
Sugiyono.
2008. Metode Penelitian Pendidikan Pendekatan kuantitatif, Kualitatif dan R & D
Tim Lab. Mikroprosesor.
2007. Pemrograman Mikrokontroler AT8S51
Dengan C/C++ dan Assembler.
Yogyakarta : Andi Offset.
Tim fisika
dasar 1, 2008. Panduan Praktikum Fisika
Dasar 1. Indralaya : Laboratorium Pendidikan Fisika Universitas Sriwijaya
Wahyudin,
Didin. 2007. Belajar Mudah Mikrokontroler AT89S52 Dengan Bahasa BASIC Menggunakan
BASCOM-8051. Yogyakarta : Andi Offset
http//www. Atmel.com/manual/AT89S52, 23 Oktober 2008.
http// www. ElectronicLab.com, 23 Oktober 2008
http/ www. Toko-elektronika.com//tutorial/uc2.html, 25 Oktober
2008
