Pengukur Tegangan dengan Luaran Suara Manusia

A. Deddy Suryo A, B. Eva Puspitasari, and C. Tito Anggara Jati, Teknik Elektronika, Politeknik Negeri Semarang

Abstract—Instrumentationis animportant thing todoon the measurement ofelectronic circuits. Readingsof the gaugescan be seenin the form ofsuperficialneedle7segment, LCDwillshowthe resultsofmeasurements. The toolswe have designedanArduinoapplicationthatoutcomemeasurement toolswiththe human voice, in whichthe application isusingpotas aninputto thecorrespondingreferencevoltagesourceArduinoandusingthe soundcomingfrom thespeakeroutputswithISD2560processorICwithmultiplayvoiceisaccessiblefromArduinothroughthe program. ISD2560andconnectedto thespeakerto turn thewordsthat have beenrecorded. This toolcan measurethe voltageof0-5V.By usingthistoolcanbe measuredwithout having tolook atthe needleas well as onmeasuringthe voltagemanually. Measurementwill bemoreprecisemeasurealthoughpeoplewhoare in adifferentposition, eventhoughsleeping.

Keywords—ArduinoUno, Voltagegauges, speakers

Abstrak—Instrumentasi merupakan hal penting yang dilakukan pada pengukuran rangkaian elektronika. Pembacaan dari alat ukur dapat dilihat dalam bentuk luaran jarum penunjuk 7 ruas, LCD yang akan menampilkan hasil dari  pengukuran. Alat yang kami rancang merupakan aplikasi Arduino yaitu alat ukur dengan luaran suara manusia, dimana aplikasi ini menggunakan potensio sebagai masukan dengan referensi tegangan sesuai sumber Arduino dan menggunakan luaran suara berasal dari speker dengan pemroses ISD 2560 yang merupakan IC dengan multiplay suara yang dapat diakses dari arduino melalui program. Dan ISD 2560 tersambung dengan speker untuk memutar kata yang telah direkam. Alat ini dapat mengukur tegangan dari 0-5 V. Dengan menggunakan alat ini dapat dilakukan pengukuran tanpa harus melihat jarum penunjuk seperti yang terdapat pada pengukur tegangan manual. Pengukuran akan lebih presisi walaupun orang yang mengukur berada dalam posisi berbeda-beda, bahkan tidur sekalipun.

Kata Kunci—Arduino Uno, Pengukur Tegangan, Speker

I.     Pendahuluan

S

eiringdengan perkembangan teknologi dan ilmu pengetahuan, akhir-akhir ini bidang elektronika mengalami kemajuan yang pesat. Dengan kemajuan tersebut, membuat manusia selalu berusaha memanfaatkan teknologi yang ada untuk mempermudah kehidupannya.

Misal dalam melakukan pengukuran tegangan menggunakan voltmeter biasanya menggunakan media jarum penunjuk untuk melihat hasil pengukuran untuk rangkaian yang diukur. Dalam pemanfaatannya alat ukur voltmeter banyak digunakan diberbagai bidang dari sekolah, universitas maupun industri. Jenis tampilan voltmeter bermacam – macam dari analog jarum dan digital seven segmen atau LCD.

Voltmeter dengan luaran suara akan memudahkan pengukuran bagi penderita rabun mata dikarenakan kurang pekanya mata ketika melakukan pengukuran dengan demikian bila voltmeter suara bisa dijadikan alternatif sehingga membantu dalam pengukuran.

Berdasarkan permasalahan tersebut, maka dirancang suatu voltmeter yang dilengkapi dengan suara agar memudahkan pengguna dalam melakukan pengukuran, dan hasil pengukuran dapat didengar melalui speker.

A. Rumusan Masalah

Berdasarkan permasalahan yang terdapat pada latar belakang, disusun rumusan masalah sebagai berikut:

1)       Bagaimana membuat alat ukur tanpa harus membaca ?

2)       Bagaimana cara memprogram suara pada Arduino Uno?

3)       Bagaimana merancang sistem antarmuka antara Atmega Uno dengan potensio dan ISD 2560?

B. Ruang Lingkup

Berdasarkan rumusan masalah diatas, agar pembahasan terfokus pada pokok pembahasan maka masalah yang akan dibahas pada alat ini adalah sebagai berikut :

1)       Tegangan yang diukur hanya sebatas 0 – 5 V.

2)       Keluaran hasil alat ukur dari alat disuarakan melalui speker.

C. Tujuan

Tujuan dari pembuatan alat ini adalah merancang dan membuat suatu sistem berupa alat pengukuran tegangan dengan keluaran berupa media suara yang dihasilkan dari hasil pengukuran sehingga akan mempermudah pengguna dalam melakukan pembacaan hasil pengukuran.

II.     Tinjauan Pustaka

Penjelasan dan uraian teori penunjang yang digunakan dalam membuat alat ini diperlukan untuk mempermudah pemahaman tentang cara kerja rangkaian maupun dasar-dasar perencanaan pembuatan alat. Teori – teori yang akan dijelaskan dalam bab ini meliputi Arduino Uno, IC ISD 2560, dan Potensio.

A.     Arduino Uno R3

Arduino UNO adalah sebuah board mikrokontroler yang didasarkan pada ATmega328 (datasheet). Arduino UNO mempunyai 14 pin digital input/output (6 di antaranya dapat digunakan sebagai luaran PWM), 6 masukan analog, sebuah osilator Kristal 16 MHz, sebuah koneksi USB, sebuah power jack, sebuah ICSP header, dan sebuat tombol reset. Arduino UNO memuat semua yang dibutuhkan untuk menunjang mikrokontroler, mudah menghubungkannya ke sebuah komputer dengan sebuah kabel USB atau mensuplainya dengan sebuah adaptor AC ke DC atau menggunakan baterai untuk memulainya.

          Gambar 2.1 Arduino Uno

      Sumber :http://arduino.cc/en/Main/arduinoBoardUno

Setiap 14 pin digital pada Arduino Uno dapat digunakan sebagai masukan dan luaran, menggunakan fungsi pinMode(), digitalWrite(), dan digitalRead(). Fungsi-fungsi tersebut beroperasi di tegangan 5 Volt. Setiap pin dapat memberikan atau menerima suatu arus maksimum 40 mA dan mempunyai sebuah resistor pull-up (terputus secara default) 20-50 kOhm.

Arduino UNO mempunyai 6 masukan analog, diberi label A0 sampai A5, setiapnya memberikan 10 bit resolusi (contohnya 1024 nilai yang berbeda). Secara default, 6 masukan analog tersebut mengukur dari ground sampai tegangan 5 Volt, dengan itu mungkin untuk mengganti batas atas dari rangenya dengan menggunakan pin AREF dan fungsi analogReference().

B.     Potensiometer

      Potensio meter adalah jenis resistor yang hambatannya dapat dirubah secara manual. Potensio meter biasa digunakan untuk keperluan pengatur suara, pengatur nada bass, pengatur nada treble. [6]

Potensio ada dua model. yaitu : model putar dan model geser / slide

Gambar 2.2 Potensio putar

Resistor  Potensio meter.htm

C.     ISD 2560

ISD2560 merupakan seri chip perekam yang menyediakan kualitas tinggi. Chip tuggal record/play untuk 60 detk. Perangkat CMOS ini dilengkapi internal oscillator , preamplifier micropon, control penguat otomatis, filter yang jernih, penguat speaker dan penyimpan multilevel dengan kapasitas yang besar. Untuk rangkaian ISD2560 ditunjukkan dalam. [1]

                                                                                                Gambar 2.3 ISD 2560

                                                                                Sumber: Data sheet ISD2560

III.     Perangkat Alat

Bab ini membahas tentang perancangan dan pembuatan alat pengukuran tegangan dengan luaran suara. Pada perancangan system ini meliputi perancangan perangkat lunak (software), dan perangkat keras (hardware). Meliputi perancangan pada arduino dengan antarmuka potensio dan dengan menggunakan ISD 2560 menggunakan bahasa C dengan kompiler Arduino cc.

A.     Penentuan Spesifikasi Alat

Spesifikasi alat ditetapkan terlebih dahulu sebagai acuan dalam perancangan. Spesifikasi alat yang direncanakan adalah sebagai berikut :

1)       Alat ini mampu mengukur tegangan DC dengan range 0-5 V dengan keluaran berupa media suara manusia.

2)       Keluaran dari alat ini berupa suara yang ditampilkan melalui speaker.

3)       Mikrokontrol yang digunakan adalah Arduino Uno R3.

4)       Untuk mengubah range tegangan dapat diatur melalui potensio.

5)       Memori suara yang digunakan adalah ISD 2560

B.     Perancangan Diagram Blok

Diagram blok sistem merupakan salah satu bagian terpenting dalam perancangan dan pembuatan alat ini, karena dari diagram blok dapat diketahui prinsip kerja keseluruhan rangkaian. Tujuan lain diagram blok ini adalah memudahkan proses perancangan dan pembuatan pada masing-masing bagian, sehingga akan terbentuk suatu sistem yang sesuai dengan perancangan sebelumnya.

Diagram blok sistem ditunjukkan dalam Gambar 3.1

Gambar 3.2. Diagram Blok Keseluruhan Sistem

1)       Potensio ini digunakan untuk mengubah pembacaan dari tegangan referensi sebesar 5V.

2)       Arduino ini selain digunakan untuk mengolah data juga digunakan untuk mengkonversi data menjadi keluaran berupa suara.

3)       ISD 2560 digunakan untuk menyimpan suara

yang dihubungkan dengan mikrokontroler dan dikeluarkan melalui speker.

4)       Speker digunakan sebagai media keluaran berupa suara.

C.     Prinsip Kerja Alat

Alat ini menggunakan potensio untuk mengatur tegangan yang diinginkan dalam batasan 0-5V. Kemudian prinsip kerja alat ini adalah jika potensio diputar akan terjadi perubahan resistansi kemudian dirubah menjadi tegangan referensi. Kemudian dapat diolah oleh Arduino dan akan mengirimkan sinyal analog ke ISD 2560. Setelah itu, IC akan hidup sesuai data analog yang diberikan Arduino dan speker akan aktif berbunyi sesuai dengan nilai tegangan pada potensio.

D.     Perancangan Perangkat Keras

Perancangan dan pembuatan perangkat keras untuk mendeteksi tegangan membutuhkan rangkaian catu daya sebagai sumber pada arduino maupun masukan dan luaran, rangkaian potensiometer, rangkaian memori suara, dan rekaman suara.

a)       Rangkaian Memory dan Perekam Suara ISD 2560

Dalam perancangan memori suara ISD2560 terdapat 4 jalur utama yang digunakan untuk berkomunikasi dengan mikrokontroler yaitu CE (Chip Enable), PD (Power Down), EOM (End OfMessage), serta A0-A9 yang digunakan sebagai pengalamatan ISD 2560 Pada Gambar 3.4.1 merupakan contoh rangkaian sederhana untuk melakukan proses pengisian suara ke IC (rekam) dan proses putar ulang yang bias digunakan untuk semua ISD tipe 25XX. [2]

Gambar 3.4.2 Rangkaian ISD 2560

Sumber: Datasheet ISD2560

E.     Perancangan Perangkat Lunak

Perangkat lunak ini berfungsi untuk mengatur kinerja keseluruhan dari sistem yang terdiri dari beberapa perangkat keras sehingga sistem ini dapat bekerja dengan baik. Perangkat lunak yang dirancang dengan menggunakan arduino cc. Untuk memberikan gambaran umum jalannya program dan memudahkan pembuatan perangkat lunak, maka dibuat diagram alir yang menunjukan jalannya program. Diagram alir program utama ditunjukkan dalam Gambar 3.4.

Gambar 3.4. Diagram Alir Fungsi Utama

Cara kerja sistem berdasarkan diagram alir diatas yaitu saat sistem dihidupkan, arduinomelakukan beberapa inisialisasi perangkat kerasyangmeliputi inisialisasi pin pada ISD, Potensio dan Speker.Dan Potensio diberi tegangan 0-5V kemudian potensio diputar sesuai dengan keinginan.dan akan terjadi perubahan tegangan ini akan dilakukan pengkonversian oleh ADC pada arduino dari 0-5V menjadi data ADC. Hasil pembacaan data oleh Arduino  dijadikan acuan untuk mengambil data dari database yang sudah disiapkan berupa pengalamatan data suara pada ISD 2560. Kemudian data suara pada ISD 2560 akan diproses menjadi luaran suara melalui speker sesuai dengan hasil pengukuran. Program akan berjalan looping seterusnya selama sistem aktif.

IV.     Pengujian dan Analisis

Dalam bab ini membahas pengujian dan analisis alat yang telah dirancang dari peralatan yang telah dibuat. Pengujian dilakukan dengan pengukuran tiaptiap blok dengan tujuan mengamati apakah blok-blok tersebut bekerja sesuai dengan yang diharapkan. Pengujian ini dilakukan berdasarkan pada masingmasing rangkaian pendukung secara keseluruhan. Pengujian yang dilakukan adalah pengujian terhadap:

1) Pengujian rangkaian potensiometer

2) Pengujian rangkaian memori suara

3) Pengujian sistem secara keseluruhan

A.     Pengujian Rangkaian Potensiometer

Pengujian ini bertujuan untuk mengetahui rangkaian potensiometer dapat bekerja dengan baik sesuai perancangan, dan hasil yang diharapkan sesuai keadaan yang telah direncanakan, sehingga dalam penggabungan antara perangkat kerasdan perangkat lunakdapat sesuai dengan sistem yang telah dibuat dan direncanakan seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 4.1.

Gambar 4.1 Diagram Blok Pengujian Potensiometer

                Dari hasil pengujian diharapkan potensio dapat berupah nilai tegangan antara 0-5Vdengan demikian data akan dirubah menjadi nilai yang dapat ditampilkan dalam serial monitor pada komputer, dengan demikian dapat dilihat nilai perubahan tegangan saat potensio diputar.

B.     Pengujian Rangkaian Memori Suara

Pengujian memori suara dilakukan untuk mengetahui apakah ISD2560 dapat digunakan sebagai media penyimpan suara sesuai dengan perancangan seperti ditunjukkan dalam Gambar 4.3.

Gambar 4.3 Diagram Blok Pengujian ISD 2560

Cek ulang suara yang dihasilkan dari hasil rekaman dengan memainkan ulang hasil rekaman pada alamat yang berbeda dari A0 – A9 dengan demikian maka akan dapat di dengar melalui speker yang ada pada rangkaian, kemudian bisa disambungkan alamat  tersebut dengan arduino yang akan digunakan.

C.     Pengujian Keseluruhan

Pengujian sistem secara keseluruhan ini bertujuan untuk membuktikan, apakah pengujian dari setiap blok diatas dapat menjadi suatu sistem yang diharapkan. Dengan pengujian ini, juga dapat diketahui apakah alat yang dirancang telah bekerja sesuai dengan prinsip kerja yang telah direncanakan pada awal perancangan sistem. Pengujian dilakukan dengan merangkaikan alat-alat seperti pada blok diagram sistem, mengaktifkan semua alat yang telah dirakit, kemudian mengamati kerja sistem.

Potensio ( Serial )	Output ( Serial )	ISD 2560
0 1023	0 255	0 V 5V

Tabel 4.3. Tampilan pada serial pada hasil percobaan kali ini menggunakan masukan potensio dan luaran ISD 2560 dengan demikian akan dapat dilihat hasil yang dikeluarkan. Dari hasil percobaan dapat dilihat bahwa besarnya masukan minimal adalah 0 dan ISD akan mengeluarkan suara 0 Volt. Dan saat maksimal akan diperoleh data 1023 dengan luaran pada ISD 2560 akan meneluarkan suara 5V.

V.     Penutup

A.     Kesimpulan

Berdasarkan hasil pengujian tiap blok dan pengujian sistem secara keseluruhan yang telah dilakukan dalam Bab IV, dapat disimpulkan beberapa hal sebagai berikut:

1)       Pengukuran tegangan menggunakan sensor potensio dengan output data yang akan diolah di Arduino dan dikeluarkan dialamat ISD 2560.

2)       Keluaran potensio merupakan perubahan resistansi yang terjadi akibat perubahsn putaran. Maka diperlukan tegangan refrensi yang bertugas untuk mengkonversi perubahan resistansi menjadi perubahan tegangan dan menggesernya pada level referensi ADC yaitu 0 hingga 5V.

3)       ISD 2560 memiliki beberapa alamat yang dapat diisi dengan suara dengan total maksimal dalam durasi 60 detik.

B.     Saran

Dalam perancangan dan pembuatan alat ini masih terdapat kelemahan dan kekurangan dari sistem. Saran-saran untuk penyempurnaan kinerja alat dan pengembangan lebih lanjut adalah sebagai berikut:

a)       Dalam program harus memperbayak pustaka suara dalam ISD 2560 sehingga pengukuran dapat mencapai orde milivolt, sehingga pengukuran akan dapat lebih akurat lagi.

Daftar Pustaka

[1] Winbond. 2007. ISD2560 Single chip, multiplemessage,  

           voice record/playback device 60-, 75-, 90- and 120-      

           second duration.http://www.winbond. Diakses

           tanggal 11 November 2013.

[2] Usa.com/products/isd_products/chipcorder/Datasheets/

          25120/ ISD25120.pdf. Diakses tanggal 11 November

          2013.Diakses tanggal 11 November 2013.

[3]  http://arduino.cc. Diakses tanggal 11 November 2013.

[4]  http://fansduino.wordpress.com/2011/05/27/analog-input-dan-output/. Diakses tanggal 11 November 2013.
[5] http://www.google.co.id/imgres  Diakses tanggal 11 November 2013.

[6] Resistor  Potensio meter.htm. Diakses 13 November 2013.

[7] narizawa.blogspot.htm. Diakses 13 November 2013.

NamapenulisDeddy SuryoArwoko. Penulisdilahirkan di Kabupaten Semarang tanggal 10 November 1992. Penulistelahmenempuhpendidikan formal di SDN Susukan 2 Kabupaten Semarang, SMP N 3 Ungaran, dan SMKN 7 Semarang. Tahun 2011 penulistelahmenyelesaikanpendidikan SMK. Padatahun 2011 penulismengikutiseleksimahasiswabaru diploma (D3) danditerimamenjadimahasiswabaru diploma (D3) di kampusPoliteknikNegeri Semarang (Polines) denganProgram Studi D3 TeknikElektronika, JurusanTeknikElektro. Penulisterdaftardengan NIM. 3.32.11.1.07. Apabilaadakritik, saran danpertanyaanmengenaipenelitianini, bisamenghubungi 085641269024ataumelalui via email: deddy.suryo7@gmail.com.

NamapenulisEva Puspitasari. Penulisdilahirkan di Semarang tanggal4 September 1992. Penulistelahmenempuhpendidikan formal di SDN 6 Ngalian Semarang, SMP N 16 Semarang, dan SMKN 7 Semarang. Tahun 2011 penulistelahmenyelesaikanpendidikan SMK. Padatahun 2011 penulismengikutiseleksimahasiswabaru diploma (D3) danditerimamenjadimahasiswabaru diploma (D3) di kampusPoliteknikNegeri Semarang (Polines) dengan Program Studi D3 TeknikElektronika, JurusanTeknikElektro. Penulisterdaftardengan NIM. 3.32.11.1.08. Apabilaadakritik, saran danpertanyaanmengenaipenelitianini, bisamenghubungi 085727686616 ataumelalui via email: evapuspitasari_official@yahoo.com.

NamapenulisTito AnggaraJati. Penulisdilahirkandi Semarang tanggal 19 Januari 1993. Penulistelahmenempuhpendidikan formal di TK Supriyadi, SD Supriyadi Semarang, SMP N 3 Semarang, dan SMAN 1 Semarang. Tahun 2011 penulistelahmenyelesaikanpendidikan SMA. Padatahun 2011 penulismengikutiseleksimahasiswabaru diploma (D3) danditerimamenjadimahasiswabaru diploma (D3) di kampusPoliteknikNegeri Semarang (Polines) dengan Program Studi D3 TeknikElektronika, JurusanTeknikElektro. Penulisterdaftardengan NIM. 3.32.11.1.23. Apabilaadakritik, saran danpertanyaanmengenaipenelitianini, bisamenghubungi 08562694023 ataumelalui via email: titoanggarajati@rocketmail.com.