PERANCANGAN DAN IMPLEMENTASI ALAT UKUR DAYA OPTIK BERBASIS MIKROKONTROLER AVR AT MEGA 8535 DENGAN TAMPILAN DI KOMPUTER

(Design and Implementation Of Optical Power Meter Base on ATMEGA 8535 with Display on Computer)

Rudi Sianipar1, A. Hambali2, Sarwoko3

Fakultas Teknik Elektro dan Komunikasi – Institut Teknologi Telkom

ABSTRAK

Power meter optik merupakan suatu alat ukur yang digunakan untuk mengukur besar nilai daya sinyal optik pada suatu sistem komunikasi serat optik. Power meter optik yang dirancang pada tugas akhir ini terdiri dari 5 blok yaitu blok penerima daya sinyal optik, blok sistem minimum mikrokontroler AVR ATMega 8535, blok serial to Universal Serial Bus (USB) converter, personal computer (PC) dan blok catu daya. Sumber optik yang digunakan yaitu programmable light source type AQ-4304 dengan panjang gelombang 600-1600 nm. Sinyal optik yang memiliki besar daya dan panjang gelombang yang berbeda akan ditrasmisikan dengan menggunakan serat optik ke blok penerima. Blok penerima sinyal optik terdiri dari rangkain photodetector dan rangkaian penguat. Photodetector berfungsi untuk mengubah sinyal optik yang diterima menjadi sinyal listrik. Sinyal listrik yang telah melemah akan dikuatkan oleh rangkaian penguat untuk mendapatkan keluaran berupa tegangan yang maksimal. Tegangan keluaran tersebut akan dihubungkan ke blok sistem minimum mikrokontroler ATMega8535. Pada blok ini level tegangan yang masuk diubah menjadi data ADC dengan pemrograman Bahasa C. Data ADC akan dikirimkan ke personal komputer (PC) melalui serial to universal serial bus converter. Komputer akan menyimpan data ADC dan akan menampilkan nilai daya optik di monitor komputer.

Power meter optik yang akan dirancang dan diimplementasikan pada tugas akhir ini diharapkan memiliki tingkat keakurasian ≤ 5%. Data hasil pengukuran sinyal optik yang akan disimpan dan ditampilkan oleh komputer berupa besar nilai daya sinyal optik (dBm) dan Panjang gelombang sinyal optik (nm).

Kata Kunci : Photodetector, Mikrokontroler AVR ATMega8535, Analog to Digital Converter (ADC), Serial to USB Converter, dan Pesonal Computer (PC).

ABSTRACT

Optical power meter is a measuring tool used to measure the value of the optical signal power in a fiber-optic communication systems. This measure using a fiber optic as the transmission medium of optical signals from an optical source at the time of the measurement process. Optical power meter designed in this thesis consists of 5 blocks: the block receiving the optical signal power, the minimum system block AT Mega 8535 AVR microcontroller, serial to Universal Serial Bus (USB) converter, personal computer (PC) and the power supply block. Optical source used is a programmable light source type AQ-4304 with wavelength 600-1600 nm. Optical signals have different power and different wavelengths will be transmitted with fiber optics to block the receiver. Block consists of an optical signal receiver string of photo detector and amplifier circuits. Photo detector serves to convert the received optical signals into electrical signals. Electrical signal which has been weakened would be strengthened by the amplifier circuit to obtain the maximum output voltage form. The output voltage will be connected to the microcontroller ATMEGA8535 minimum system block. In this block the incoming voltage level is converted into the ADC data with programming language C. ADC data will be sent to a personal computer (PC) via a universal serial bus to serial converter. The computer will store the ADC data and will display the value of optical power on the computer monitor.

Optical power meter that will be designed and implemented in this thesis have accuracy and linearity ≤ 5%. Optical signal measurement result data will be stored and displayed by the computer in the form of the optical signal power (dBm) and optical signal wavelength (nm).

Keywords: Photo detector, ATMEGA8535 AVR Microcontroller, Analog to Digital Converter(ADC), Serial to USB Converter, and Personal Computer (PC).

1

2

BAB IPENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang MasalahPengukuran daya sinyal optik memiliki peranan

yang sangat penting pada proses perancangan sistem jaringan komunikasi optik. Oleh karena itu, pengukuran daya sinyal optik sangat diperlukan dalam proses pemantauan dan pengendalian suatu sistem jaringan komunikasi optik.

Alat ukur ini dipergunakan untuk mengukur daya sinyal optik pada saat praktikum sistem komunikasi serat optik. Sinyal optik yang merambat pada serat optik mengalami perubahan daya sinyal yang diakibatkan oleh adanya redaman (loss). Sumber redaman dapat berasal dari komponen-komponen transmitter/receiver, serat optik, cahaya luar yang masuk, dan lain sebagainya. Redaman tersebut dapat mengakibatkan daya yang dikirimkan dari transmitter ke receiver akan mengalami degradasi sinyal (penurunan daya). Penurunan daya tersebut dapat diketahui dengan cara mengukur daya sinyal optik yang diterima dengan menggunakan power meter optik.

Alat ukur daya sinyal optik atau power meter optik digital yang dimiliki oleh laboratorium sistem komunikasi serat optik berjumlah dua buah sehingga tidak ada power meter optik cadangan untuk menggantikan power meter optik apabila tejadi kerusakan karena kedua alat dipergunakan yang. Oleh karena itu, pada tugas akhir ini telah dibuat suatu power meter optik yang ekonomis sebagai alat ukur cadangan atau tambahan agar proses praktikum di laboratorium sistem komunikasi serat optik dapat berjalan dengan baik dan lancar.

1.2 Tujuan Penelitian1. Menghasilkan alat ukur daya sinyal optik yang

dapat diimplementasikan dan memiliki tingkat performansi, ketelitian dan keakuratan yang baik.

2. Menghasilkan power meter optik yang memiliki harga pembuatan perangkat yang lebih murah dengan memanfaatkan perangkat-perangkat yang telah ada di laboratorium.

1.3 Rumusan MasalahMasalah yang dirumuskan pada perancangan dan

implementasi dari tugas akhir ini yaitu :1. Bagaimana cara mengubah sinyal optik

menjadi sinyal elektrik.2. Bagaimana cara menguatkan tegangan

listrik dari keluaran photodetector untuk mendapatkan level tegangan yang maksimal agar mendapatkan level data ADC yang maksimal.

3. Bagaimana cara kerja mikrokontroller dalam memperoses dan megirim data digital hasil pengukuran ke komputer.

4. Bagaimana cara menampilakan data yang dikirim oleh mikrokontroller ke komputer.

5. Bagaimana melihat performansi, tingkat ketelitian dan keakuratan power meter optik dalam mengukur daya sinyal optik.

1.4 Batasan MasalahBatasan-batasan masalah dalam perancangan

dan implementasi pada tugas akhir ini yaitu sebagai berikut :1. Transmiter optic atau sumber optik yang

digunakan adalah programmable light source.2. Fotodetektor optik yang digunakan jenis Si

photodiode S1337 Series 5.8 mm sebagai sensor cahaya.

3. Mikrokontroller yang digunakan adalah AVR ATMega 8535 dengan bahasa pemrograman C.

4. Perangkat antarmuka atau interface yang digunakan adalah komputer atau Liquid Crystal Display (LCD) sebagai tampilan data hasil pengukuran.

5. Saluran transmisi serat optik yang digunakan adalah singlemode step indeks dengan panjang 2 meter.

6. Connector yang digunakan adalah FC connector.7. Sinyal optik yang diukur memiliki panjang

gelombang 600-1000 nm.8. Sumber cahaya yang dipancarkan oleh

programmable light source yang terukur oleh power meter optik (AQ2150) adalah 42 nW sampai 98 nW.

9. Aplikasi interface pada komputer dibangun dengan bahasa pemrograman Visual Basic.

BAB IIDASAR TEORI

2.1 Konfigurasi Sistem Komunikasi Serat Optik

Gambar 2.1 Konfigurasi Sederhana Sistem Komunikasi Serat Optik

Sistem Komunikasi Serat Optik Sederhana Terdiri Dari:

1. Transmitter berupa Laser Diode (LD) dan Light Emitting Diode (LED)

2. Media transmisi yaitu serat optik (Singlemode dan Multimode).

3. Receiver yang biasanya berupa detektor PIN (Positive Intrinsic Negative) dan APD (Avalanche Photodiode).

2.1.2.1 Serat Optik SinglemodeSerat optik singlemode yang terlihat pada Gambar

2.3 merupakan jenis serat khusus step index dengan ukuran diameter inti 5 sampai 10 µm dam perbedaan indeks bias relatif antara inti dan cladding kecil. Jenis serat singlemode lebih banyak digunakan untuk

1

komunikasi jarak jauh dan mampu menyalurkan data dengan kapasitas besar dan bit rate yang tinggi.

Gambar 2.3 Step Index Singlemode

2.2.1 PhotodetectorPhotodetector optik merupakan perangkat pada

jaringan sistem komunikasi serat optik yang berfungsi mengubah sinyal optik menjadi sinyal elektrik.

sebuah photodetector harus memenuhi syarat seperti berikut:1. Sensitivitas tinggi dalam daerah panjang

gelombang komunikasi2. Noise rendah3. Respon cepat atau bandwidth cukup untuk

menangani laju data yang diperlukan4. Tidak peka terhadap variasi suhu

Karakterisrik PIN dan APD pada Tabel 2.2:Tabel 2.2 Karakteristik PIN dan APD

Karakteristik PIN APDResponsivitas, μA/ μW

80 70

Spektral respon, nm

1150 – 1600

1150 –

1600Dark current, nA 2 5Kapasitansi, pF 1,5 4Risetime, ns 0,5

max0,5

2.3 Akurasi atau KetelitianAkurasi merupakan beda atau kedekatan

antara nilai yang terbaca dari alat ukur dengan nilai yang sebenarnya. Secara umum akurasi dari sebuah alat ukur ditentukan dengan cara kalibrasi pada kondisi operasi tertentu dan dapat diekspresikan dalam bentuk plus-minus atau presentasi dalam skala tertentu atau pada titik pengukuran yang spesifik.Nilai akurasi dari suatu sistem dapat diperoleh dari persamaan sebagai berikut:

(2.8)

Keterangan : A = Akurasi Totala1, a2, a3,… = batas akurasi

individual2.5 Presisi atau Ketepatan

Presisi adalah istilah untuk menggambarkan tingkat kebebasan alat ukur dari kesalahan acak. Jika pengukuran individual dilakukan berulang-

ulang, maka sebaran hasil pembacaan akan berubah-ubah disekitar nilai rata-ratanya.

Secara matematis, presisi dapat dinyatakan sebagai berikut:

(2.9) Keterangan : Xn = nilai pengukuran ke-n

= nilai rata-ratanya n pengukuran

BAB III

PERANCANGAN DAN REALISASI

3.1 Gambaran Umum Sistem

Gambar 3.1 Blok Sistem Power Meter Optik

Gambar 3.2 Diagram Alir Blok Sistem

Fungsi dari masing-masing blok pada blok diagram rangkaian diatas adalah sebagai berikut:

a. Rangkaian Sumber Tegangan (Catu Daya)Rangkaian sumber tegangan berfungsi untuk menyuplai tegangan 5V DC.

b. Transmitter Optik (Programmable Light Source)Programmable light source berfungsi sebagai sumber cahaya yang dapat dikendalikan atau diatur nilai panjang gelombang dan resolusi cahaya yang memancar dan merambat pada serat optik.

c. Serat optikSerat optik berfungsi sebagai media transmisi dari transmitter ke receiver optik.

d. FotodetektorFotodetektor pada sistem ini menggunakan photodiode. Photodiode berfungsi sebagai

2

transducer yang mengubah energi optik ke dalam bentuk energi listrik.

e. Rangkaian Konversi Arus ke Tegangan (Front End)Rangkaian front-End berfungsi untuk mengonversi arus listrik menjadi tegangan listrik.

f. Rangkaian PenguatRangkaian Penguat berfungsi untuk meningkatkan atau menguatkan tegangan listrik yang dihasilkan oleh rangkaian front-end yang kecil agar mendapatkan level tegangan dan nilai data ADC yang maksimal.

g. Sismin Mikrokontroler ATMega 8535

Sistem minimum ATMega 8535 berfungsi sebagai alat pengubah sinyal analog ke sinyal digital (ADC), memproses data digital menjadi data hasil pengukuran daya optik dan mengirim data hasil pengukuran.

h. Liquid Crystal Display (LCD)LCD berfungsi untuk menampilkan data hasil pengukuran pada sistem minimum AVR ATmega 8535.

i. Komunikasi Serial RS232Komunikasi serial berbasis RS232 berfungsi sebagai protocol komunikasi yang digunakan antara mikrokontroler dengan komputer dalam proses pemindahan data dari mikro ke komputer. Rangakain ini berfungsi sebagai interface pada sismin mikrokontroler (DB9) ke komputer (USB) sehingga terjadi komunikasi serial antara mikrokontroler dengan PC.

j. PC (Personal Komputer)

PC berfungsi untuk menampilkan dan buffer level daya terima fotodetektor dalam satuan nanoWatt (nW).

3.2 Perancangan Perangkat Keras (Hardware)

3.2.1 Fotodetektor

Tabel 3.1 Karakteristik Photodiode jenis Si 1337 Series

Karakteristik Keterangan

Peak Sensitivity Wavelength λp (nm)

960 nm

Spectral response range λ (nm)

340-1100 nm

Operating Temperature -20 – 60 °C

Effective Active Area 33 mm2

Reverse Voltage VR max (V)

5 Volts

3.2.2 Rangkaian Konversi Arus ke Tegangan (Front End)

Gambar 3.3 Rangkaian Front End (konversi arus ke tegangan)

3.2.3 Rangkaian Penguat

Rangkaian penguat yang digunakan dapat terlihat pada gambar 3.4 sebagai berikut :

Gambar 3.4 Rangkaian Penguat

Rangkaian ini berfungsi memberikan keluaran tegangan yang tergantung tegangan masukan yang diterima dari rangkaian konversi arus ke tegangan (Front End). Adapun penguatan yang dihasilkan dari rangkaian ini dapat diketahui melalui persamaan 3.1 sebagai berikut :

A = 1 + ( R4 / R3 ) (3.1)Penguatan = 1 + ( 1 000 000 / 10 000 )

= 1 + 100= 101 kali

Penguatan 101 kali digunakan karena perubahan tegangan yang dihasilkan oleh fotodetektor bernilai sangat kecil (milivolt) sehingga tidak mempengaruhi perubahan pada level tegangan ADC (0 - 5 Volt). Penguatan tersebut mengubah tegangan keluaran receiver dari 53,7 – 74,3 mV menjadi 2,92 sampai 3,04 Volt.

3

3.2.4 Sistem Minimum Mikrokontroler AVR ATMega8535Rangkaian mikrokontroler merupakan pusat

pengendalian dari bagian input dan keluaran serta pengolahan data. Pada sistem ini digunakan mikrokontroler jenis AVR ATMega8535 yang memiliki spesifikasi sebagai berikut :a. XTAL (11,0592 Mhz), yang berfungsi sebagai

pembangkit clock.b. C (22pF), pada pin XTAL 1 dan XTAL2.c. C (100nF) dan R (100Ω) pada pin reset.d. Kapasitor Elco (4,7 uF).e. VR (5K) pada pengotrol kontras LCD.f. Push button sebagai tombol reset.g. Port A.0 digunakan sebagai input dari sensor

fotodetektor karena merupakan salah satu pin ADC.

h. Port C digunakan sebagai pin output ke LCD.i. Port D digunakan sebagai pin output untuk

komunikasi serial (RS232) ke komputer.Skema rangkaian sistem minimum

mikrokontroler dapat dilihat pada gambar 3.5 berikut :

Gambar 3.5 Rangkaian Sismin Mikrokontroler AVR ATMega853

3.2.5 LCD

Gambar 3.6 Skema Rangkaian LCD

LCD ini menggunakan 4 bit jalur data. Jalur datanya menggunakan pin C.4 hingga pin C.7 dari AVR ATMega 8535. Sedangkan untuk mengontrol LCD, digunakan pin C.1 dan pin C.3 dari AVR ATMega 8535. Kaki PC.0 untuk mengontrol kaki RS dari LCD dan kaki PC.2 untuk mengontrol kaki EN dari LCD.

3.2.6 Perancangan Komunikasi Serial

Dalam sistem ini sistem minimum ATMega 8535 berkomunikasi dengan komputer menggunakan komunikasi serial dengan standar komunikasi RS 232. Untuk merubah data keluaran mikrokontrler yang memiliki standar TTL ke standar RS 232 diperlukan IC MAX 232.

Gambar 3.7 Konfigurasi IC MAX 232

3.2.7 Rangkaian Catu Daya

Rangkaian catu daya ini terdiri dari:

a. Kapasitor dan Resistor.b. LM 7805 berfungsi untuk mengubah tegangan DC

masukan yang nilainya lebih dari 5 volt menjadi 5 volt DC.

c. Switch untuk tombol on/off.d. LED sebagai indikator.

Dalam hal ini digunakan 1 buah rangkaian catu daya dengan tegangan 5 volt digunakan untuk mencatu rangkaian receiver optik dan rangkaian mikrokontroler. Rangkaian catu daya dapat dilihat pada gambar 3.8 sebagai berikut :

Gambar 3.8 Rangkaian Catu Daya

3.2.8 Perancangan Perangkat Lunak (Software)3.2.8.1 Pemrograman Mikrokontroler AVR 8535

Program utama dari ADC dan USART menggunakan Mikrokontroler AVR 8535 ini antara lain sebagai berikut:

1. Inisialisasi port-port yang digunakan untuk ADC, konfigurasi mode yang digunakan untuk ADC dan USART, Konfigurasi port keluaran.

2. Ambil data analog dari port A.0

4

3. Mulai konversi data analog yang masuk dari port A.0

4. Selesai konversi 5. Tampilkan konversi ADC ke LCD melalui

port C6. Kirim keluaran ADC ke register sbuf USART7. Konversi port komunikasi serial menjadi USB8. Keluarkan hasil konversi melalui port D.1

atau kaki Tx. 9. Kembali ke langkah nomor 2

Berikut ini adalah diagram alir untuk program mikrokontroler dari sistem ini.

Gambar 3.9 Flowchart program ADC dan USART

3.2.8.2 Program Analog to Digital Converter

ADC (Analog to Digital Converter) adalal sebuah interface yang dapat mengubah tegangan analog menjadi pulsa digital. Pada IC mikrokontroler

AVR ATMega8535, ADC yang kita gunakan sudah ada pada port A. Pada ADC 10 bit, rentang output yang dihasilkan adalah 2 pangkat 10 = 1024.

Dalam pembuatan alat ini digunakan Vref (tegangan referensi) sama dengan Vcc sebesar 5 Volt dengan resolusi ADC 10 bit, sehingga perhitungan ketelitian seperti dibawah ini :

Ketelitian = Vref / Jumlah bit

= 5 / 1024

= 0,0048828 Volt ≈ 0,004883 Volt

= 4,883 mV

Dengan mendapatkan nilai ketelitian, maka akan dapat diketahui berapa volt tegangan yang di ukur.

Tegangan = data ADC * ketelitian

Misalkan setelah konversi data maksimal yang didapat adalah 709, maka tegangan yang diukur adalah :

Tegangan = data ADC * ketelitian

= 709 * 0.004883

= 3,4620 volt

= 3462 mV

Setelah konversi selesai, proses selanjutnya adalah penentuan rumus program pengukuran daya sinyal optik pada dengan mencari hubungan regresi linier antara nilai data ADC (variabel x) dan nilai daya pengukuran sinyal optik dengan power meter referensi (nW).

Penentuan Rumus Program

Rumus program adalah rumus yang digunakan untuk menampilkan daya yang diukur oleh power meter optik. Cara penentuannya adalah dengan membuat grafik regresi linier antara data ADC dan data daya power meter referensi rata-rata. Kemudian dari grafik tersebut menghasilkan rumus yang dimasukkan ke program mikrokontroler AVR

5

Gambar 3.10 Grafik Data ADC terhadap Daya Power Meter Referensi

Grafik diatas menjelaskan bahwa perbandingan nilai hasil pengukuran antara data ADC dengan daya (nW) pada power meter referensi adalah cenderung linier. Rumus yang didapat dimasukkan ke program mikrokontroler AVR ATMega8535. Rumus tersebut berfungsi sebagai rumus untuk menampilkan daya yang terukur di LCD dan komputer.

Flowchart Program

Flowchart dari program pengukuran daya optik dapat dilihat pada gambar (gambar 3.9 dan gambar 3.10) sebagai berikut :

Gambar 3.11 Flowchart Program Power Meter Optik

3.3.1.2 Program Serial KomunikasiSubrutin yang digunakan untuk mengaktifkan UASRT Transmitter pada :

“// initialization USART

void usart_init(unsigned int baudr)

//set baud rate

UBRRH=((unsigned char) (baudr>>8)) & (0x7f);

UBRRL=(unsigned char) (baudr);

6

UCSRA=0x00;

//aktifkan tx

UCSRB=(1<<TXEN);

//set frame format: 8 bit, 2 stop bit

UCSRC=(1<<USBS) | (3<<UCSZ0) | (1<<USEL);

”.

Berikut ini adalah subrutinyang digunakan untuk mengirimkan sebuah data:

lcd_init(16); // LCD Module Initialization

delay_ms(100);

usart_init(ubrr_val);

delay_ms(100);

while (1)

// Place your code here

adc=read_adc(0);

y=(1.452*adc)-928.9;

if (y>=40 && y<=115)

lcd_clear(); // fungsi untuk menghapus tampilan LCD

lcd_putsf("POWERMETER OPTIK");

adc=read_adc(0); // baca ADC di port A.0

lcd_gotoxy(0,1);

lcd_putsf("DAYA :");

lcd_gotoxy(7,1); // lcd_gotoxy(kolom,baris) fungsi untuk mensetting posisi karakter pertama.

sprintf(lcd,"%2.3f",y);

lcd_puts(lcd);

lcd_gotoxy(14,1);

lcd_putsf("nW"); //fungsi untuk menampilkan

“nW”

printf("%2.3f \r\n",y);

delay_ms(1000);

3.3.2 Perancangan Pemrograman Interface pada PCBuka Start --> All Programs --> Accessories --> Communications --> HyperTerminal.

Gambar 3.13 Pengujian komunikasi serial pada Hyperterminal

Gambar 3.14 Tampilan form utama Visual Basic

7

Gambar 3.15 Tampilan pembuatan aplikasi interface pada PC

Gambar 3.16 Interface power meter optic pada komputer

BAB IVPENGUJIAN DAN ANALISA HASIL

IMPLEMENTASI SISTEM

Pengujian yang dilakukan meliputi:

1. Pengujian perangkat keras (hardware)2. Pengujian perangkat lunak (software)3. Pengujian fungsionalitas sistem power

meter optik.

4.1 Pengujian Perangkat Keras (Hardware)

4.1.1 Pengukuran Sinyal Keluaran Fotodetektor

Pengukuran ini dilakukan dengan menghubungkan output dan ground dari rangkaian sensor ke osiloskop.

Gambar 4.1 Sinyal keluaran sensor yang tidak diberi cahaya

Amplitudo sinyal berkisar antara 53.7 mV yang masih tercampur dengan noise.

Gambar 4.2 Sinyal keluaran sensor yang diberi cahaya dengan λ = 600

Amplitudo sinyal berkisar antara 54.3 mV yang masih tercampur dengan noise.

Gambar 4.3 Sinyal keluaran sensor yang diberi cahaya dengan λ = 1000 nm

Amplitudo sinyal berkisar antara 74.3 mV yang masih tercampur dengan noise. Dari data hasil pengukuran terlihat bahwa amplitudo sinyal keluaran fotodetektor berkisar antara 53.7 – 74.3 mV

4.1.2 Pengukuran Keluaran Penguat Sinyal

Pengukuran besarnya penguatan dilakukan dengan menghubungkan rangkaian receiver dengan oscilloscope. Pengamatan dilakukan dengan mengamati keluaran penguat. Gambar juga terlihat bentuk sinyal sama, karena penguat non- inverting tidak membalik sinyal keluaran.

Gambar 4.4 Sinyal keluaran penguat yang terhubung dengan sensor yang tidak menerima cahaya

Amplitudo sinyal berkisar antara 2, 92 V yang masih tercampur dengan noise. Dari data hasil pengukuran terlihat bahwa sinyal keluaran sensor sebesar 53,7 mV

8

dan dikuatkan sebesar 55 kali oleh op-amp menjadi 2.92 V.

Gambar 4.5 Sinyal keluaran penguat yang terhubung dengan sensor yang menerima cahaya dengan λ = 600

nm

Amplitudo sinyal berkisar antara 2.93 V yang masih tercampur dengan noise dan penguatan sebesar 54 kali.

Gambar 4.6 Sinyal keluaran penguat yang terhubung dengan sensor yang menerima cahaya λ = 1000 nm

(3,04 V)

Amplitudo sinyal berkisar antara 3.04 V yang masih tercampur dengan noise dan penguatan sebesar 41 kali.

4.1.3 Pengujian Kinerja Receiver

Rangkaian reveiver optik ini diuji dengan cara memberikan catuan sebesar 5 Volt dan cahaya yang merambat pada serat optik dari transmitter optik ke fotodetektor yang akan menghasilkan arus elektrik. Kemudian arus elektrik tersebut dikonversi menjadi tegangan tegangan listrik oleh IC LM324N. Karena tegangan keluarannya masih kecil maka tegangan tersebut dikuatkan kembali oleh IC LM324N.

Pengujian kinerja receiver juga dilakukan dengan cara melihat tegangan keluaran rangkaian receiver yang diukur menggunakan multimeter digital. Data hasil pengukuran adalah untuk menentukan ketidakpastian hasil pengujian yang nantinya

digunakan untuk menentukan sistem yang dirancang dapat bekerja dengan baik atau tidak.

Dari data hasil pengukuran tegangan keluaran receiver dapat diketahui bahwa tegangan keluaran mínimum adalah 2,93 Volt dan maksimum 3.115 Volt. Semakin besar nilai panjang gelombang cahaya yang merambat pada serat optik dan diterima oleh rangkaian receiver, maka tegangan keluaran yang dihasilkan oleh rangkaian receiver akan semakin tinggi nilainnya.

4.1.4 Pengujian Sismin ATMega 8535

Pengukuran Mikrokontroler AVR 8535 antara lain pengukuran keluaran ADC melalui Port C dan D yang diset secara program sebagai port keluaran. Selain itu dilakukan pengukuran keluaran serial di pin TX mikrokontroler AVR 8535.

Pengukuran keluaran ADC dan tegangan TTL

Gambar 4.7 Hasil konversi ADC

Gambar 4.8 Data serial keluaran dari mikrokontroler (TTL)

4.1.5 Pengujian Catuan

Pada pengukuran dapat diketahui bahwa pin VCC pada mikrokontroler mendapat catuan sebesar 4,91 Volt, tegangan ini sudah cukup untuk memberikan catuan pada seluruh komponen yang terpasang pada sistem minimum ATMega 8535. Sedangkan catuan pada rangkaian receiver memiliki catuan eksternal yang berbeda sebesar 5,2 Volt. Pengukuran catuan dilakukan pada beberapa titik, yaitu keluaran regulator 7805, pin VCC ATmega8535, pin VCC LCD, dan Pin

9

VCC Max 232. Setelah dilakukan proses pengukuran, diperoleh hasil sebagai berikut :

4.2 Pengujian Keluaran Perangkat Lunak (Software)

4.2.1 Pengujian ADC Internal Mikrokontroler AVR Atmega 8535

Keluaran tegangan receiver yang dapat mengakomodasi besar daya antara 42 s/d 97 nW mempunyai nilai tegangan maksimum 3,1V disertai dengan tegangan referensi dari mikrokontroler ATmega8535 adalah 4.91V. Dari data tersebut diperoleh perhitungan sederhana nilai hasil konversi ADC dilakukan dengan persamaan berikut:

(3.1)

Dari Hasil pengujian ADC internal dan nilai daya optik dapat terlihat bahwa semakin tinggi nilai tegangan output reveiver dan nilai ADC maka daya yang dihasilkan juga akan semakin tinggi nilainya. Dari table 4.1 dapat diketahui range daya pengukuran, nilai level ADC dan besar nilai daya sinyal optik yaitu 42 sampai 97 nW dengan masukan ADC 2,935 volt sampai 3, 115 volt maka untuk tegangan diluar range dari sensor tersebut tidak dapat dimonitor. Data hasil pengukuran keluaran rangakaian receiver dan nilai ADC terdapat dalam lampiran.

4.2.2 Pengujian Program LCD pada Mikrokontroler AVR Atmega 8535

Pada bagian pemrograman LCD yang terpenting adalah proses inisialisasi. Pada awal program yang pertama kali dilakukan adalah inisialisasi LCD. Setelah proses inisialisasi, jika ingin memunculkan karakter “Power Meter Optik” maka kita harus menuliskan program seperti yang ditunjukkan pada list program di bawah ini.

Baris pertama program berfungsi untuk menginisialisasikan bahwa LCD yang digunakan bertipe 16 x 2 karakter, sedangkan baris kedua program berfungsi untuk menghapus layar LCD. Pada baris ketiga program berfungsi untuk menempatkan awal tampilan karakter, untuk angka ”1” berarti letak karakter pada kolom kedua, sedangkan angka ”0” berarti letak karakter pada baris pertama. Baris keempat program berfungsi untuk menampilkan tulisan ”Power Meter Optik” pada LCD. Setelah itu akan muncul pada layar LCD sebagai berikut:

Gambar 4.9 Tampilan LCD Saat Awal

4.2.2 Pengujian Program Komunikasi Serial

Pada pengujian komunikasi serial digunakan kabel serial, software hyperterminal dan Visual basic pada PC. Langkah langkah pengujian adalah sebagai berikut :

1. Pertama mikrokontroler diberi program yang dapat mengirimkan data melalui komuniksai serial.

2. Selanjutnya Rangkaian alat ukur daya optik dihubungkan dengan PC

3. Langkah ketiga adalah mengatur baudrate pada software hyperterminal dan membuka port COM5 pada PC.

4. Langkah terakhir adalah mengirimkan data hasil pengukuran ke PC dan LCD.

Gambar 4.10 Pengujian komunikasi serial dengan hyperterminal

Gambar 4.11 Pengujian pengukuran pada LCD

4.2.3 Pengujian Program Interface pada PC

Pengujian dilakukan dengan cara menjalankan fungsionalitas dari power meter optik rancangan. Pada saat pengukuran program interface

10

pada PC berfungsi untuk menampilkan dan membuffer data sementara hasil pengukuran.

Gambar 4.12 Program interface power meter optik pada Komputer

Program interface ini terdiri ini berfungsi untuk menampilkan dan membuffer nilai hasil pengukuran. Pada saat proses pengukuran, baudrate yang digunakan 9600 kbps dan COM 5.

4.3 Pengujian Fungsionalitas Sistem Power Meter Optik

Langkah langkah pengujian alat ukur secara fungsionalitas adalah sebagai berikut :

1. Setting Panjang gelombang dan resolusi pada sumber optik (programmable light source).

2. Hubungkan Programmable light source ke power meter optik dengan menggunakan serat optik singlemode.

3. Hubungkan alat ukur daya optik ke komputer dengan menggunakan kabel serial.

4. Buka program aplikasi interface power meter optik pada komputer dan jalankan.

5. Setting parameter-parameter pada komunikasi serial.

6. Gunakan fitur-fitur yang tersedia pada saat pengukuran, misalnya: fitur Connect berfungsi untuk menghubungkan antara hardware dengan sofware sehingga terjadi komunikasi serial, Disconnect berfungsi untuk menghentikan proses pengukuran, Clear berfungsi untuk membersihkan data hasil pengukuran sebelumnya dan Exit berfungsi untuk menutup program.

7. Data hasil pengukuran akan ditampilkan dan dibuffer sementara waktu

Berikut adalah tampilan program aplikasi power meter optik dan data hasil pengukuran.

Gambar 4.13 Tampilan aplikasi interface pada komputer

Analisis dari hasil pengujian diatas maka hardware (power meter optik) sudah dapat berkomunikasi dengan software (power meter optik) menggunakan komunikasi serial dan dapat mengirimkan data berdasarkan daya tangkap fotodetektor terhadap cahaya.

4.4 Tingkat Presisi Power Meter Rancangan

Dalam perhitungan tingkat presisi power meter rancangan menggunakan data pengukuran daya power meter referensi dan power meter rancangan. Kemudian dibandingkan hasil kedua tingkat presisi tersebut. Data hasil perhitungan tingkat akurasi terdapat dalam lampiran.

Tingkat Presisi Pengukuran Sumber Optik

Dengan persamaan tingkat presisi diatas, maka dapat diperoleh hasil tingkat presisi pengukuran daya menggunakan power meter rancangan rata-rata sebesar ±81.0675633%, sedangkan jika menggunakan power meter referensi rata-rata sebesar ±99.05747798%.

4.5 Tingkat Akurasi Power Meter Rancangan

Data perhitungan akurasi diperoleh dari perbandingan data pengukuran daya antara power meter rancangan dengan power meter referensi. Data hasil perhitungan tingkat akurasi terdapat dalam lampiran.

Tingkat Akurasi

11

Perhitungan tingkat akurasi power meter rancangan menggunakan sumber optik terdiri dari beberapa tahapan sebagai berikut :

Perhitungan batas akurasi individual (a)

a (ke-n) = ±(1+((data rancangan ke-n – data referensi ke-n)/data referensi ke-n))*akurasi referensi

Diketahui : Akurasi Power Meter Referensi = ±5%

Misalnya : Perhitungan tingkat akurasi pada tingkatan ke-1

a1 = ±(1+((43,94-42,28)/42,28))*5%

= ± 0.05196 ≈ 5.196%

Perhitungan akurasi total

Dari persamaan diatas diperoleh akurasi total sebesar:

A = ± 0.38628 ≈ 38.63%

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 KESIMPULAN

Berdasarkan proses implementasi, pengujian, dan analisis dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut:

1. Nilai tegangan dan level data ADC yang dihasilkan oleh rangkain receiver dan mikrokontroler memiliki range 2.93 – 3.11 V dan 669 – 709 pada sumber cahaya dengan panjang gelombang 600 – 1000 nm.

2. Daya yang terukur pada power meter rancangan menggunakan sumber optik dengan panjang gelombang 600 – 1000 nm adalah rata-rata sebesar 43.822 – 94.338 nW.

3. Tingkat presisi power meter rancangan pada saat proses pengukuran adalah rata-rata sebesar ±81.067%, sedangkan jika menggunakan power meter referensi rata-rata sebesar ±99.057% pada panjang gelombang pengukuran 600 – 1000 nm.

4. Tingkat akurasi power meter rancangan pada saat proses pengukuran adalah rata-rata sebesar ±38.628%. Oleh karena itu, tingkat akurasi power meter rancangan sudah cukup baik jika dibandingkan dengan tingkat akurasi power meter referensi rata-rata sebesar ± 5%

5.2 SARAN

Saran yang dapat diajukan untuk penelitian lebih lanjut mengenai topik ini adalah:

1. Power meter optik yang dirancang dapat mengukur daya dengan range panjang gelombang lebih besar. Sehingga pemanfaatan fungsionalitas photodiode lebih optimal.

2. Power meter optik yang dirancang dapat mengatur panjang gelombang sesuai jenis sumber optik yang digunakan.

3. Power meter optik yang dirancang dapat menggunakan jenis mikrokontroler lain yang memiliki nilai adc yang lebih tinggi.

4. Power meter optic yang dirancang memiliki fitur untuk menampilkan, menyimpan dan menganalisis data hasil pengukuran.

5. Pengkalibrasian perangkat sebaiknya menggunakan power meter optik standar agar lebih presisi dan akurasi

12