Desain dan Implementasi Alat Penghitung Kecepatan dan Waktu Menggunakan ‎Mikrokontroler Pada gerak Jatuh Bebas

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 (v_o=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 = V_o.t+½a.t² .................................................(2.1)

Vt²=V_o²+2as.. ..................................................(2.2)

Vt=V_o+at.......................................................(2.3)

karena pada gerak jatuh bebas v_o = 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 1^oC 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

http://www.allproducts.com/manufacture1/everlight/p18.html.  2 September 2009

http://indonetwork.or.id/all/Kebutuhan_Industri/Sensor/45.html, 12 Januari 2010

http://www.google.co.id/webhp?hl=id#hl=id&source=hp&q=syarat+ketelitian+(presisi)+sensor&btnG=Telusuri+dengan+Google&meta=&aq=f&oq=syarat+ketelitian+(presisi)+sensor&fp=68546b5a6aca8eda, diakses tanggal 15 Januari 2010

http://www.docstoc.com/docs/13243484/speed-sensor, diakses tanggal 5 September      2009

http://asro.wordpress.com/2009/07/28/penggunaan-fungsi-regresi-excell-untuk-pemodelan-inferential/, diakses tanggal 25 Januari 2010