LAPORAN PROYEK

Diajukan untuk memenuhi tugas mata kuliah Komponen Sistem Kontrol

SENSOR ACCELEROMETER

Disusun oleh:

Leonardus Eric Febryanto / 0822029Agus Santoso / 0822045

Yansen / 0822052

JURUSAN TEKNIK ELEKTROFAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS KRISTEN MARANATHABANDUNG

2011

I. Definisi Accelerometer

Accelerometer adalah sebuah tranduser yang berfungsi untuk mengukur

percepatan, mendeteksi dan mengukur getaran, ataupun untuk mengukur

percepatan akibat gravitasi bumi. Accelerometer juga dapat digunakan untuk

mengukur getaran yang terjadi pada kendaraan, bangunan, mesin, dan juga bisa

digunakan untuk mengukur getaran yang terjadi di dalam bumi, getaran mesin, jarak

yang dinamis, dan kecepatan dengan ataupun tanpa pengaruh gravitasi bumi.

Prinsip kerja dari tranduser ini berdasarkan hukum fisika bahwa apabila suatu

konduktor digerakkan melalui suatu medan magnet, atau jika suatu medan magnet

digerakkan melalui suatu konduktor, maka akan timbul suatu tegangan induksi pada

konduktor tersebut. Accelerometer yang diletakan di permukaan bumi dapat

mendeteksi percepatan 1g (ukuran gravitasi bumi) pada titik vertikalnya, untuk

percepatan yang dikarenakan oleh pergerakan horizontal maka accelerometer akan

mengukur percepatannya secara langsung ketika bergerak secara horizontal. Hal ini

sesuai dengan tipe dan jenis sensor accelerometer yang digunakan karena setiap

jenis sensor berbeda-beda sesuai dengan spesifikasi yang dikeluarkan oleh

perusahaan pembuatnya. Saat ini hampir semua sensor/tranduser accelerometer

sudah dalam bentuk digital (bukan dengan sistem mekanik) sehingga cara kerjanya

hanya bedasarkan temperatur yang diolah secara digital dalam satu chip.

Berikut ini adalah gambaran bagaimana proses accelerometer analog (dengan sistem

mekanik maupun digital) bekerja;

– Accelerometer digital yang bekerja berdasarakan temperatur

– Accelerometer analog yang bekerja berdasarakan sistem mekanik

Tipe Accelerometer

Capacitive: lempengan metal pada sensor memproduksi sejumlah

kapasitansi, perubahan kapasitansi akan mempengaruhi percepatan.

Piezoelectric: kristal piezoelectric yang terdapat pada accelerometer jenis ini

mengeluarkan tegangan yang selanjutnya dikonversi menjadi percepatan.

Piezoresistive: lempengan yang secara resistan akan berubah sesuai dengan

perubahan percepatan.

Hall effect: percepatan yang dirubah menjadi sinyal elektrik dengan cara

mengukur setiap perubahan pergerakan yang terjadi pada daerah yang terinduksi

magnet.

Magnetoresistive: Perubahan percepatan diketahui berdasarkan resistivitas

material karena adanya daerah yang terinduksi magnet.

Heat Transfer: percepatan dapat diketahui dari lokasi sebuah benda yang

dipanaskan dan diukur ketika terjadi percepatan dengan sensor temperatur.

II. DE-ACCM3D Buffered ±3g Tri-axis Accelerometer

Pada percobaan ini, accelerometer yang digunakan adalah DE-ACCM3D

Buffered ±3g Tri-axis Accelerometer. DE-ACCM3D Buffered ±3g Tri-axis

Accelerometer memiliki penyangga operasional amplifier yang terpadu sehingga

memungkinkan terjadinya hubungan secara langsung antara dirinya dengan input-

input analog pada mikrokontroller dan juga dapat diimplementasikan pada sistem

dengan beban yang besar. Adapun fitur-fitur dari DE-ACCM3D Buffered ±3g Tri-axis

Accelerometer, antara lain sebagai berikut

Triple axis ±3g sense range

(”g” merujuk pada percepatan dengan ukuran gravitasi bumi yang bernilai 32.2 ft/sec2, 386 in/sec2, atau 9.8 m/sec2 . Pada accelerometer pengukuran output pada 0 g bernilai setengah dari tegangan suplai, -3g pada tegangan 0V dan +3g pada tegangan Vcc. Range nilai ±3g adalah −30m/s2 sampai 30 m/s2).

Sensitivitas hingga 360mV/g

Lebar pita (BW) 500Hz

Tegangan operasi 3.5V s/d 15V (dengan regulator)

Tegangan operasi 2.0V s/d 3.6V (tanpa regulator)

3.3V regulator dapat memacu mikrokontroller eksternal

Proteksi tegangan reverse

Output short terjaga

Faktor pembentuk Standard DIP-16

Power supply decoupling terpadu

Menarik 0.9mA

Dapat menjalankan beban 500Ω secara akurat

Bandwidth dari sebuah sensor biasanya diukur dalam satuan Hertz dan

mengindikasi batas terdekat frekuensi respon dari suatu sensor., atau pada umunya

mengambil nilai yang masih dapat dibaca. Manusia tidak mampu menciptakan

sebuah pergerakan tubuh dibawah 10-12 Hz. Karena hal tersebut, bandwidth 40-60

Hz cukup untuk membaca kemiringan atau gerakan manusia. Untuk pengukuran

getaran atau pembacaan yang akurat dari pengaruh gaya, bandwidth seharusnya

dalam skala ratusan Hertz. sebagai tambahan, pada beberapa mikrokontroler yang

sudah lama, bandwidth dari sebuah accelerometer dapat berada jauh di luar

Nyquist frequency dari A/D converters pada MCU. Jadi, pada pembacaan bandwidth

yang lebih tinggi, sinyal digital dapat dimisalkan. Hal ini dapat diperbaiki dengan

menggunakan sebuah passive low-pass filter yang sederhana sebelum dicuplik.

Atau, yang lebih mudahnya lagi dengan memilih mikrokontroler yang lebih bagus.

Ketika kita membeli sebuah accelerometer, kita pasti menyadari adanya nilai

seperti ‘2g’ atau ‘3g’ pada accelerometer tersebut. Nilai tersebut merupakan nilai

maksimum gaya g yang dapat dilaporkan dari sendor tersebut. Akselerasi objek pada

gravitasi bumi dengan 1g, atau bernilai 9.81 m/s2. Sebagai contoh, ketika robot kita

bergerak 1g ke atas, maka sendor kita akan mendeteksi 2g. pada aplikasi robot

secara umum, rating 2g sudah cukup baik. Sehingga, semakin kecil nilai rating g

tersebut, semakin sensitive sensor tersebut dalam mendeteksi perubahan gerakan.

Kita akan selalu memiliki semakin mudah diatur sebuah sensor maka semakin rendah

nilai rating g nya. Tetapi, semakin sensitive sebuah sensor, maka akan semakin

mudah dipengaruhi oleh interferensi getaran dari luar.

Selain fitur – fitur, DE-ACCM3D Buffered ±3g Tri-axis Accelerometer juga

memiliki beberapa aplikasi, yaitu

Dapat mengukur gerakan pada kemiringan tertentu

Memposisikan perangat

Shock sensing

Vehicle acceleration logging

Gambar 1. DE-ACCM3D Buffered ±3g Tri-axis Accelerometer

Gambar 2, DE-ACCM3D Buffered ±3g Tri-axis Accelerometer dari berbagai arah axis

dengan tegangan suply 6 V

Tegangan pada DE-ACCM3D sesuai dengan akselerasi yang terjadi pada arah

X, Y dan Z. Output yang diperoleh bersifat rasiometris, sehingga sensitivitas (dalam

mV/g) output bergantung pada tegangan yang diberikan.

Pada Gambar 2 dapat dilihat bahwa nilai tegangan output X, Y dan Z berubah

pada setiap arah. Tegangan output akan berubah sesuai dengan arah axisnya. Pada

tegangan output Z misalnya, saat DE-ACCM3D diarahkan ke atas (pada axis Z) maka

tegangan output yang diperoleh adalah 1.99 V sedangkan saat diarahkan ke bawah

(diputar sejauh 180o) tegangan outputnya sebesar 1.33 V, dan nilai tegangan output

X dan Y adalah sama yaitu 1.66 V. Jadi, dapat disimpulkan bahwa selisih dari nilai

tegangan output X, Y dan Z saat diputar sejauh 180o adalah 0.66 V dengan tegangan

input 6 V.

III. Penjelasan Percobaan

Seperti yang telah diuraikan pada poin 2 diatas, bahwa tegangan output pada

DE -ACCM3D Buffered ±3g Tri-axis Accelerometer pada masing-masing axis berkisar

antara 1.33 V pada 0o dan 1.99 V pada 180o. Kenaikan tegangan output setiap 1 o -

nya adalah 3.6 mV, nilai tersebut dapat diperoleh dengan perhitungan sebagai

berikut :

X = (1,99 – 1,33)/180 = 0,66 / 180 = 3,67mV

Kenaikan tegangan yang sangat kecil ini sukar untuk dideteksi oleh multimeter,

terlebih bila diaplikasikan pada suatu input ADC dalam mikrokontroller , oleh sebab

itu dirancanglah suatu differential amplifier yang dapat mendeteksi selisih tegangan

antara tegangan output dengan tegangan referensi (yaitu tegangan pada saat 0o =

1.33 V) Untuk mendapatkan tegangan 1.33 V tersebut dibuatlah rangkaian pembagi

tegangan dengan masukan tegangan dari regulator bypass sensor accelerometer

seperti pada gambar berikut.

= Vref

Gambar 3, Rangkaian DE-ACCM3D Buffered ±3g Tri-axis Accelerometer

dengan operasional amplifier untuk axis X

= Vref

Gambar 4, Rangkaian DE-ACCM3D Buffered ±3g Tri-axis Accelerometer

dengan operasional amplifier untuk axis Y

= Vref

Gambar 5, Rangkaian DE-ACCM3D Buffered ±3g Tri-axis Accelerometer

dengan operasional amplifier untuk axis Z

Pada percobaan ini, tegangan output yang diinginkan adalah 0 V saat 0o dan 5

V saat 180o , sehingga dibutuhkan rangkaian penguat differential amplifier, dengan

perhitungan (analisa rangkaian diambil dari gambar 3):

Vo = (V2-V1) * (R2/R1) , dimana (R2/R1) = (R3/R4)

= (SENSOR_OUT – Vref) * (R2/R1)

,dimana Vref = 1,33Volt (Hasil Voltage Divider dari Vsumber 12Volt, dengan percabangan R 1K ohm dan

potensiometer)

= (SENSOR_OUT – 1,33V) * (R2/R1)

Selisih tegangan asli = 1.99 V – 1.33 V = 0.66 V

Selisih tegangan yang diinginkan = 5 V – 0 V = 5 V

Dari hasil tersebut antara tegangan asli dan tegangan yang diinginkan maka

diperlukan penguatan sebesar → (R2 / R1) = (5 / 0,66V)

(R2 / R1) = 7,57575

Misal R1 digunakan 1200 Ω, maka didapat R2 sebesar :

→ (R2 / R1) = 7,57575

(R2 / 1200 Ω) = 7,57575

R2 = 7,57575 * 1200 Ω

R2 = 9090,90 Ω , atau dengan pendekatan ≈ 9000 Ω.

Dikarenakan sulitnya mencari resistansi sebesar 9090,90 Ω; maka range Vo

diubah menjadi 0 Volt – 6 Volt, sehingga didapatkan perhitungan :

(R2 / R1) = (6 / 0,66V)

(1200 Ω / R1) = 9,09090

R1 = 10.909,0909 Ω , atau dengan pendekatan ≈ 10.000 Ω (dengan asumsi lebih baik mengurangkan nilai resistansi karena seringkali dalam percobaan

nilai resistansi pada kabel harus diperhitungkan)

IV. Data Pengamatan

Sumbu-X

SUDUT ( o) TEGANGAN (V)Counter-Clockwise

0 1.3930 1.5760 2.5690 3.6

120 4.8150 5.95180 6.58

Sumbu-Y

SUDUT ( o) TEGANGAN (V)Counter-Clockwise

0 6,6830 5,3160 4.190 3.76

120 2.62150 2.04180 1.71

Axis Arah Rangkaian DE-ACCM3D Buffered ±3g Tri-axis

Sumbu-Z

SUDUT(o) TEGANGAN

(V)

05.7

304.57

603.88

903.39

1202.64

1502.05

1801.32

Accelerometer

Counter- Clockwise

0o 90o 180o

X

Y

Persentase kesalahan dapat dihitung sebagai berikut (data yang digunakan

sebagai contoh perhitungan berikut adalah data tegangan keluaran pada counter

clockwise) :

Selisih tegangan setiap 30o sesuai teori adalah :

(6Volt/(180/30o)) = 1 Volt

Rata-rata selisih tegangan setiap 30o pada sumbu X adalah

(0.18 + 0.99 + 1.04 + 1.2 + 1.15 + 0.63) / 6 = 0.865 V

Rata-rata selisih tegangan setiap 30o pada sumbu Y adalah

(1.37 + 1.21 + 0.34 + 1.14 + 0.58 + 0.33)/6 = 0.828 V

Rata-rata selisih tegangan setiap 30o pada sumbu Z adalah

(1.13 + 0.69 + 0.49 + 0.75 + 0.59 + 0.73)/6 = 0.73 V

Kesalahan ini dapat terjadi karena:

- Setiap resistor memiliki nilai toleransi yang tertentu sehingga memungkinkan

kesalahan dalam perhitungan pada penguatan differential amplifier.

Rumus penguatan differential amplifier diatas adalah rumus pendekatan jika

setiap R2 dan R1 nilainya sama.

- Kurang telitinya dalam pengukuran setiap derajatnya.

- Ketelitian dari voltmeter.

Grafik :

0o 30o 60o 90o 120o 150o 180o

Teori 0 1 2 3 4 5 6

Sumbu X 1,39 1,57 2,56 3,6 4,8 5,95 6,58

Sumbu Y 1,71 2,04 2,62 3,76 4,1 5,31 6,68

Sumbu Z 1,32 2,05 2,64 2,39 3,88 4,57 5,7

V. Kesimpulan

Dari percobaan dapat disimpulkan bahwa sensor accelerometer tipe DE-

ACCM3D Buffered ±3g Tri-axis Accelerometer dapat digunakan dalam mengukur

tegangan pada sudut atau kemiringan suatu benda yang bergerak pada 3 buah axis,

yaitu X, Y dan Z.

VI. Lampiran

Rangkaian differential amplifier menggunakan IC LM 324 untuk menguatkan tegangan output sensor.

Tegangan referensi untuk op-amp sebesar 1,33 Volt

VII. Referensi

Wiryadinata, Romi. 2009. Prinsip kerja sensor accelerometer.

Datasheet sensor DE-ACCM3D Buffered ±3g Tri-axis Accelerometer.