SBP

48

BAB 3

PERANCANGAN SISTEM

3.1 Perancangan Perangkat Keras

Fuzzification Unit

SensorKetinggian Air

Sensor PompaOtomatis Fuzzy Reasoning Mechanism

Fuzzy Knowledge Base

Rule Base Data Base

Digital Fuzzy Processor Pada MCS 52

LCD

L297Controller

Stepper

L298DriverStepper

StepperMotor

Defuzzification Unit

Relay

Pompa

Gambar 3.1 Diagram Blok Sistem Pengendali Pintu Air

Sistem ini dirancang untuk dapat diterapkan pada pintu air dari sebuah waduk

atau bendungan dengan berbasiskan fuzzy logic untuk membuka dan menutupnya pintu

air. Pada perancangan sistem ini, fuzzification unit yang berupa sensor ketinggian air

merupakan perangkat yang melakukan input fuzzy.

Input ketinggian air akan diproses oleh digital fuzzy processor. Fuzzification

strategy yang digunakan adalah pendekatan fuzzy singleton dimana data-data yang

diperoleh dari sensor dikonversi menjadi suatu membership function secara konseptual.

Input dari fuzzification unit akan diproses oleh fuzzy reasoning mechanism untuk

menghasilkan output berupa ketinggian pintu air. Proses fuzzy yang terjadi adalah SISO

49

(Single Input Single Output). Fuzzy logic controller menggunakan static fuzzy

knowledge base dimana fuzzy number rulesnya adalah angka yang tetap, tidak dapat self

learning .

Bila sensor tergenang air maka sensor akan membaca masing-masing level

ketinggian air. Ketinggian air yang diperoleh merupakan input yang akan diproses oleh

digital fuzzy processor dengan melalui proses fuzifikasi dan defuzifikasi. Digital fuzzy

processor terdiri dari fuzzy reasoning mechanism dan fuzzy knowledge base. Fuzzy

knowledge base terdiri dari rule base dan data base. Rule base merupakan aturan fuzzy

yang berupa IF – THEN sedangkan data base terdiri dari membership function.

Hasil output dari digital fuzzy processor akan diproses oleh defuzzification unit

untuk menghasilkan gerakan yang berupa jumlah putaran clock dan arah putaran

(CW/CCW) pada motor langkah yang merupakan pengaturan ketinggian air.

Defuzzification unit merupakan perangkat yang melakukan output fuzzy, unit ini terdiri

dari tiga modul yaitu L297 controller stepper, L298 driver stepper, dan stepper motor.

L297 memiliki fungsi dasar yaitu sebagai translator, yang membangkitkan rangkaian

fase motor. Fase motor yang digunakan yaitu fase normal. L297 dapat mengatur arah

putaran (CW/CCW) dan clock. L298 memiliki fungsi untuk menjalankan motor langkah

dengan mengatur tegangan output dari L297 dan menjaga arus agar tidak hilang dalam

sens resistor.

Modul LCD menampilkan data sistem untuk mengetahui ketinggian air,

ketinggian pintu air, dan nilai fuzzy set. Modul relay pada modul ini berfungsi sebagai

saklar yang mengatur ON/OFF modul pompa otomatis.

50

Sistem kontrol yang digunakan pada sistem kontrol ini merupakan sistem kontrol

lup terbuka, dimana sinyal keluaran dari sistem tidak mempengaruhi aksi pengontrolan

sistem.

Perancangan alat pada sistem meliputi bidang penyedia air sebagai sumber air

dan bidang penampungan air yang akan menampung air dari bidang penyedia air. Pada

bidang penyedia diinginkan agar volume air selalu terpenuhi. Modul sensor pompa

otomatis berfungsi untuk mengisi agar volume bidang penyedia air selalu terpenuhi. Jika

ketinggian air pada bidang tersebut berkurang atau tidak terpenuhi maka modul sensor

pompa otomatis akan memberikan data high pada mikrokontroler yang mengakibatkan

modul relay akan menghidupkan pompa otomatis.

3.1.1 Rangkaian Sistem Minimum

P10

P16P15P14P13P12P11

P17

P00

P06P05P04P03P02P01

P07

Init1Init0T1T0

EA/VPP

X1X2

Reset

P20

P26P25P24P23P22P21

P27

RDWR PSEN

ALE/PROGTXDRXD

1 8765432

31

1 8765432

Header 8 pin ke Sensor

33uF

33uF11.0592 Mhz

VCC

12345678

3938373635343332

Ke LCD Karacter 4 x 20

Ke Stepper MotorControllers

212223

25262728

AT89C52

Header 8 pin ke Modul Relay

1uF

220 W

1819

9

VCC

P30P31

VS

VCC

Gambar 3.2 Rangkaian Sistem Minimum

51

Mikrokontroler ini memiliki ROM internal sebesar 8 Kbyte dan memori internal

sebesar 256 byte. Pada rangkaian sistem minimum ini, modul sensor ketinggian air

dihubungkan pada mikrokontroler pada port 1.0 sampai dengan port 1.6, modul LCD

dihubungkan pada port 0.0 sampai dengan 0.7, modul pengontrol motor langkah

dihubungkan pada port 2.0 sampai 2.2.

Reset pada mikrokontroler bersifat aktif high, digunakan untuk mereset seluruh

isi dari register dan port dari mikrokontroler. Cara kerjanya yaitu pada saat pertama kali

Vcc sebesar + 5 volt diberikan, kapasitor belum memiliki muatan dan terhubung singkat.

Keadaan ini akan mengakibatkan pin RST memiliki logika 1, akan tetapi secara

berangsur-angsur kapasitor 1 µF akan terisi muatan dan kemudian penuh, sehingga arus

searah tidak dapat melaluinya dan mengakibatkan pin RST akan memiliki logika 0.

Ketika saklar ditekan maka kondensator akan membuang muatannya dan arus akan

melewati saklar sehingga akan mereset mikrokontroler.

Rangkaian pembangkit pulsa clock pada mikrokontroler merupakan sebuah

kristal sebesar 11,0592 MHz untuk menggerakkan mikrokontroler dan dua buah

kapasitor berukuran 33 pF untuk menyetabilkan frekuensi.

Pada rangkaian ini terdapat sebuah kapasitor sebesar 1000 µF, fungsinya yaitu

untuk mengurangi ripple tegangan yang diberikan dari power supply ke mikrokontroler.

Dua buah dioda IN 4001 yang berfungsi sebagai penyearah arus dari mikrokontroler ke

modul motor. Satu buah regulator digunakan untuk mengubah tegangan dari + 12 volt

menjadi + 5 volt.

52

3.1.2 Modul Pengendali Motor Langkah

Pada skripsi ini digunakan IC L297 sebagai controller dan IC L298 sebagai

driver motor langkah, alasannya adalah karena keduanya umum dipakai pada

pengendalian motor langkah dan penggunaannya cukup mudah dan ekonomis.

CTL

CLKRSTCW/CCWHALF/FULL

VREF

OSCEN

SEN1SEN2 HOME

INH2INH1

SYNC

ABCD

L297

SEN ASEN B

OUT1OUT2OUT3OUT4

IN1IN2IN3IN4EN AEN B

Vs

L298N

4679

58

57

1012

611

Dari SistemMinimum

10

18

17

13

1514

1

VCC

1119

1K

15

20

16

100nF33nF

VCC

22K

0.33/2W 0.33/2W

100nF

Vs

470uF/50V

4

1314

23

1

3

L298N

8 = gnd9 = vcc

L297

1 = ambang2 = gnd3 = ambang12 = vcc

Gambar 3.3 Modul L297 dan L298

Sistem ini dirancang dengan menggunakan satu buah motor langkah yaitu untuk

menggerakkan pintu air utama yang digerakkan ke atas untuk membuka dan ke bawah

untuk menutup.

L297 memiliki fungsi dasar yaitu sebagai translator, yang membangkitkan

rangkaian fase motor. Translator dapat membangkitkan tiga rangkaian yang berbeda,

dengan memilih input HALF/FULL. Diantaranya yaitu normal, wave, dan half step.

3.1.3 Modul Sensor Ketinggian Air

Pada skripsi ini digunakan modul sensor ketinggian air yang berupa elektroda

yang berupa baut sebagai sensornya. Alasan penggunaannya karena biayanya cukup

ekonomis, rangkaiannnya sederhana, dan memiliki tingkat kesensitifan cukup baik.

53

Ω 1KΩ

Ω 1KΩ

Ω 1KΩ

Ω 1KΩ

Ω 1KΩ

VCC

Ω 1KΩ

1M Ω 1KΩKe Sistem Minimum

P10

P16

P15

P14

P13

P12

P111M

1M

1M

1M

1M

1M

Gambar 3.4 Rangkaian Sensor Ketinggian Air

Rangkaian pengukur ketinggian air ini bersifat aktif low. Cara kerja dari

rangkaian ini yaitu jika baut tidak tergenang oleh air, maka tegangan sebesar + 5 volt

akan masuk ke mikrokontroler dan data akan berlogika high karena arus dari sumber

tidak mengalir ke ground. Dan jika baut tergenang oleh air (short), maka akan

menyebabkan tegangan sebesar + 5 volt mengalir ke ground sehingga mengakibatkan

mikrokontroler mendapatkan input data yang berlogika low karena arus sumber akan

mengalir ke ground.

54

3.1.4 Modul LCD

Ke Sistem MinimumP00

P06P05P04P03P02P01

P07

P27P26P25P24

RS

R/W

E DB0

DB1

DB2

DB3

DB4

DB5

DB6

DB7

A KVoVdd

Vss

LCD Karakter 4x20

R pack

Ω10K

VCC

VCC

5KΩ

VCC

100 Ω

VCC

100 Ω5KΩ

Gambar 3.5 Rangkaian Modul LCD

LCD pada sistem ini akan digunakan untuk menampilkan informasi dari

ketinggian air, seberapa besar ketinggian pintu air, dan fuzzy set sistem

Pada modul ini terdapat dua buah potensio yang masing-masing besarnya 5 K.

Potensio yang terhubung dari modul mikrokontroler ke pin Vo pada LCD berfungsi

untuk mengatur ketebalan tulisan. Sedangkan untuk mengatur tingkat kecerahan pada

LCD diatur oleh sebuah potensio yang terhubung dari modul mikrokontroler pada port

2.7 menuju pin A pada modul LCD

55

3.1.5 Modul Relay

1 8765432

Dari Sistem Minimum

7815100 Ω

1KΩ1KΩ

1KΩ

200KΩ

200KΩ

200KΩ

200KΩ

200KΩ

21

Ke Sensor Penampungan

Relay

Female Jack

220V+ -

Ke Pompa Air

CB

E

Sensor Pompa

Header Sistem Minimum :Pin 1 = Vs 30VPin 2 = GndPin 3 = Vcc 5VPin 7 = MCS P3.1Pin 8 = MCS P3.0

Header Sensor Pompa :Pin 1 = SensorPin 2 = Gnd

Gambar 3.6 Rangkaian Modul Relay

Pada modul ini terdapat dua buah rangkaian yaitu rangkaian relay dan rangkaian

sensor pengatur pompa yang digunakan untuk mengisi bidang penyedia air agar volume

air selalu terpenuhi. Relay pada modul ini berfungsi sebagai saklar yang mengatur

ON/OFF modul pompa otomatis. Pada saat kondisi sensor pompa tergenang air, maka

sensor akan menjadi low maka rangkaian relay akan terputus dan menyebabkan pompa

menjadi OFF.

Transistor pada rangkaian ini berfungsi sebagai saklar. Jika tegangan pada basis

lebih besar dari tegangan emiter maka transistor akan short sehingga mengakibatkan

tegangan dari regulator 15 V akan langsung ke ground dan relay tidak mendapatkan

tegangan, dengan kata lain relay akan OFF.

56

3.2 Perancangan Perangkat Lunak

Sistem ini dirancang dengan menggunakan bahasa pemrograman C Keil untuk

mengontrol mikrokontroler AT89C52.

3.2.1 Diagram Alir Pada Mikrokontroler

Gambar 3.7 Diagram Alir Utama Pada Sistem Minimum

57

Start

posisiNext >=posisiAktual ?

putar = posisiNext - posisiAktual;Stepper_Dir = NAIK;

End

P1==0x0FF ?

posisiNext = 14235;tinggiAir = 0;

cetakString(“ “,14,20);cetakString(“7”,16,60);

cetakAngka();

B

A

P1==0x0FE ?


cetakString(“6”,16,60);

cetakAngka();

P1==0x0FC ?



cetakAngka();

P1==0x0F8 ?



cetakAngka();

Ya

Tidak

YaYa Ya

TidakTidakTidak

putar = posisiAktual - posisiNext;Stepper_Dir = TURUN;Tidak

Ya

Gambar 3.8 Diagram Alir Cek Sensor 1

58

P1==0x0F0 ?


cetakString(“ “,14,20);cetakString(“3”,16,60);

cetakAngka();

B

A

P1==0x0E0 ?



cetakAngka();

P1==0x0C0 ?



cetakAngka();


cetakAngka();

Ya

Tidak

YaYa

TidakTidak

Gambar 3.9 Diagram Alir Cek Sensor 2

59

Start

Sensor_Tampung_Air== Low ?

Pompa_En = Low;

Pompa_En = High;Tidak

Ya

Stepper_En = High;Stepper_Clk = High;delay(70);Stepper_Clk = Low;delay(50);putar=putar-1;

Stepper_Dir == Naik ?Tidak

Ya

posisiAktual = posisiAktual+1;

posisiAktual = posisiAktual-1;

Pompa_En = Low;

Pompa_En = High;Tidak

Ya

Sensor_Tampung_Air== Low ?

End

posisiAktual == 0 ?

tinggiPintu == 0;

cetakAngka ();

cekSensor ();

Stepper_En = Low;

posisiAktual == 650 ?

tinggiPintu == 5;

cetakAngka ();

cekSensor ();

posisiAktual==1300 ?

tinggiPintu ==10;

cetakAngka ();

cekSensor ();

posisiAktual==1950 ?

tinggiPintu ==15;

cetakAngka ();

cekSensor ();

Tidak

Ya

Tidak

Ya

Tidak

Ya

Tidak

Ya

B

A

Gambar 3.10 Diagram Alir Putaran Motor 1

60

Gambar 3.11 Diagram Alir Putaran Motor 2

61

Gambar 3.12 Diagram AlirPutaran Motor 3

62

3.3 Rancang Bangun

Rancang bangun sistem dibagi menjadi tiga bagian, yaitu untuk pintu air dan mur

baut, sensor ketinggian air dan aquarium sebagai prototipe penampungan air.

3.3.1 Rancang Bangun Pintu Air dan Mur Baut

Pintu air dibuat bergerak naik turun untuk membuka atau menutup prototipe

sistem. Motor langkah yang digunakan nantinya akan dapat membuka atau menutup

pintu sesuai dengan output yang diberikan.

Untuk membuka atau menutup pintu digunakan sebuah baut yang terpasang pada

motor langkah, serta dua buah mur yang terpasang pada pintu air.

5 cm

30 cm

20 cm12 cm

20 cm

Mur

20 cm

Motor langkahyang dialasi

mika

Gambar 3.13 Rancang Bangun Pintu

63

3.3.2 Rancang Bangun Sensor Ketinggian Air

Sensor ketinggian air yang digunakan adalah sensor elektroda. Dalam

implemetasinya pelat tembaga dapat digantikan dengan baut. Sensor ini memiliki

tingkat ketepatan pengukuran yang tinggi, serta output digital sehingga tidak perlu

menggunakan ADC lagi sebagai input bagi sistem minimum.

40 cm

1 cm0 cm

2.5 cm

6.5 cm

11 cm

8 cm

12.5 cm

18 cm

gnd+ 5 VKe modul sensor ketinggian air

Digunakan kabel sebagaibaut ke modul sensor

penghubung dari mur danketinggian air

Gambar 3.14 Rancang Bangun Sensor Ketinggian air

64

3.3.3 Rancang Bangun Prototipe Akuarium

Prototipe ini menggunakan media kaca dengan dua buah bidang, yaitu bidang

kecil sebagai penyedia air, dan bidang besar sebagai penampungan air. Sensor

ketinggian air ditempatkan pada bidang penampungan air.

Celahselebar 1 cm

60 cm

20 cm

20 cm

20 cm20 cm

40 cm

40 cm

Gambar 3.15 Rancang Bangun Prototipe Akuarium

3.4 Desain Fuzzy Logic

Pada skripsi ini digunakan fuzzy logic dengan fungsi keanggotaan trapesium

untuk fuzifikasi dan fungsi keanggotaan segitiga untuk defuzifikasi karena memiliki

ketepatan penampilan yang lebih baik. Sedangkan aturan dasar fuzzy (fuzzy knowledge

base) yang digunakan yaitu SISO (Single Input Single Output) dengan input dan output

berjumlah satu.

65

3.4.1 Variabel input

Variabel input yang dimasukkan disini adalah ketinggian air yang diukur melalui

suatu sensor ketinggian air di dalam sistem minimum yang diberi range antara 0 cm

sampai dengan 20 cm. Selanjutnya variabel ini akan diproses secara fuzzy oleh

mikrokontroler MCS-52 sesuai dengan fuzzy rule yang diprogramkan.

3.4.2 Variabel output

Variabel output dalam sistem ini adalah suatu aksi naik dan turunnya pintu air

dengan ketinggian tertentu yang mengikuti variabel inputnya yaitu ketinggian air.

Output dalam sistem ini diberikan range nilai antara 0 cm sampai dengan 12 cm.

3.4.3 Fungsi Keanggotaan dan Fuzzy Set

Sebelum melakukan fuzifikasi dan defuzifikasi, perlu diketahui terlebih dahulu

data mengenai debit air dari prototipe pintu air. Pengambilan data dilakukan dengan

membiarkan bidang penampungan air dibiarkan kosong dan bidang penyedia air terisi

penuh oleh air, kemudian pintu air dibuka dengan ketinggian 0.5 cm sampai air yang

berada di bidang penyedia air mengalir ke bidang penampungan air dengan ketinggian 5

cm dengan waktu yang dicatat. Pengambilan data ini dilakukan secara bertahap sampai

ketinggian pitu membuka penuh yaitu 12 cm. Dengan melakukan pengambilan data

seperti ini maka akan dapat ditentukan jumlah sensor yang akan digunakan dan jarak

dari masing-masing sensor. Berikut ini adalah data mengenai debit air yang telah diukur

dengan ketinggian 5 cm (volume = 4 L).

VI = Variabel Input ( ketinggian air dalam cm)

VO = Variabel Output (ketinggian pintu air dalam cm)

66

D = Debit air (L/d)

KVO = Kesimpulan Variabel Output

LS = Letak Sensor (cm)

Tabel 3.1 Data debit air VO Waktu

(m : d) D

0 16 : 15 0.004 0.5 01 : 44 0.038 1 01 : 32 0.043

1.5 01 : 25 0.047

Sedikit perbedaan debit, dapat diwakilkan menjadi satu kesatuan dengan ketinggian pintu air 0 cm

2 00 : 40 0.1 2.5 00 : 35 0.114 3 00 : 28 0.143


3.5 00 : 26 0.154 4 00 : 21.5 0.186

Sedikit perbedaan debit, dapat diwakilkan menjadi satu kesatuan dengan ketinggian pintu air 3.5 cm

4.5 00 : 19 0.211 5 00 : 18 0.222


5.5 00 : 16 0.25 6 00 : 14 0.286

6.5 00 : 14 0.286


7 00 : 13 0.308 7.5 00 : 12 0.333 8 00 : 12 0.333


8.5 00 : 10.5 0.381 9 00 : 10 0.4

9.5 00 : 10 0.4 10 00 : 10 0.4

10.5 00 : 10 0.4


11 00 : 09 0.444 11.5 00 : 09 0.444 12 00 : 09 0.444


Berdasarkan pada data diatas dapat diambil kesimpulan bahwa terdapat delapan

keadaan dari membuka dan menutupnya pintu air, yaitu pada ketinggian 0 cm atau

menutup, 2 cm, 3 cm, 4.5 cm, 5.5 cm, 7 cm, 8.5 cm, dan 12 cm. Dan oleh karena

terdapat delapan keadaan pintu air maka digunakan tujuh buah sensor yang dengan jarak

antara masing-masing sensor ketinggian air dapat dilihat pada tabel berikut ini.

67

Tabel 3.2 Data letak sensor

VO D KVO LS Keterangan 0 0.004

0.5 0.038 1 0.043

1.5 0.047

0 18 Perubahan debit dari 0.1 L/s menuju ke 0.004 L/s terjadi pada bidang penampungan air dengan volume 14.4 L dengan konsekuensi pada prototipe pintu air terjadi sedikit perembesan dengan debit 0.004 L/s

2 0.1 2.5 0.114 3 0.143

2

12.5

Perubahan debit dari 0.154 L/s menuju ke 0.1 L/s terjadi pada bidang penampungan air dengan volume

10 L

3.5 0.154 4 0.186

3.5 11 Perubahan debit dari 0.211 L/s menuju ke 0.154 L/s terjadi pada bidang penampungan air dengan volume

8.8 L 4.5 0.211 5 0.222


6.4 L 5.5 0.25 6 0.286

6.5 0.286

5.5 6.5 Perubahan debit dari 0.308 L/s menuju ke 0.25 L/s terjadi pada bidang penampungan air dengan volume

5.2 L 7 0.308

7.5 0.333 8 0.333

7 2.5 Perubahan debit dari 0.381 L/s menuju ke 0.308 L/s terjadi pada bidang penampungan air dengan volume 2

L 8.5 0.381 9 0.4

9.5 0.4 10 0.4

10.5 0.4


0.8 L

11 0.444 11.5 0.444 12 0.444

12 - Debit 0.444 L/s hanya dapat terjadi jika bidang pengampungan air belum terisi air

Jadi jarak sensor-sensornya dimulai dari bawah berturut-turut : 1 cm, 2.5 cm, 6.5

cm, 8 cm, 11 cm, 12.5 cm, dan 18 cm.

Kesimpulan dari prototipe pintu air yang dibuat dapat dijelaskan seperti pada

tabel berikut.

68

Tabel 3.3 Kesimpulan prototipe VI LS VO D 0 12 0.444

0.5 -

12 0.444 1 8.5 0.381

1.5 8.5 0.381 2

1

8.5 0.381 2.5 7 0.308 3 7 0.308

3.5 7 0.308 4 7 0.308

4.5 7 0.308 5 7 0.308

5.5 7 0.308 6

2.5

7 0.308 6.5 5.5 0.25 7 5.5 0.25

7.5

6.5

5.5 0.25 8 4.5 0.211

8.5 4.5 0.211 9 4.5 0.211

9.5 4.5 0.211 10 4.5 0.211

10.5

8

4.5 0.211 11 3.5 0.154

11.5 3.5 0.154 12

11

3.5 0.154 12.5 2 0.1 13 2 0.1

13.5 2 0.1 14 2 0.1

14.5 2 0.1 15 2 0.1

15.5 2 0.1 16 2 0.1

16.5 2 0.1 17 2 0.1

17.5

12.5

2 0.1 18 0 0.004

18.5 0 0.004 19 0 0.004

19.5 0 0.004 20

18

0 0.004

69

Fungsi keanggotaan yang digunakan dalam sistem ini yaitu very low, low,

medium, high, dan very high. Setiap keanggoataan memiliki karakteristik sebagai

berikut:

10.90.80.70.60.50.40.30.20.1

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

VL L VHHM

Gambar 3.16 Fungsi Keanggotaan dan Fuzzy Set

• Very low mempunyai karakteristik untuk tinggi air yang berada di antara

range 0 cm sampai dengan 2.5 cm

• Low mempunyai karakteristik untuk tinggi air yang berada di antara

range 0.5 cm sampai dengan 8 cm

• Medium mempunyai karakteristik untuk tinggi air yang berada di antara

range 6 cm sampai dengan 12.5 cm

• High mempunyai karakteristik untuk tinggi air yang berada di antara


• Very High mempunyai karakteristik untuk tinggi air yang berada di antara


70

Fuzzy set merupakan gabungan dari beberapa fungsi keanggotaan yang ada.

Dalam sistem, kelima fungsi keanggotaan dipadukan menjadi satu sehingga terlihat

seperti gambar di atas. Dengan adanya penggabungan ini, maka secara otomatis akan

terdapat toleransi antara variabel-variabel dua buah fungsi keanggotaan yang beririsan.

Untuk menentukan fungsi keanggotaan dari variabel-variabel yang terdapat didalam

irisan dua buah fungsi keanggotaan dengan menggunakan derajat kecocokannya, yang

lebih dikenal lagi dengan sebutan fire strength α.

Dalam menentukan seberapa besar ketinggian dalam aksi menutup dan

membukanya pintu air, perlu didefinisikan universal set. Unsur-unsur universal set

tersebut adalah ketinggian air.

U = 1, 2, 3, 4, 5, 6, ..., 20

U himpunan ketinggian air

5 fuzzy set, yaitu : very low, low, medium, high, dan very high

Tabel fuzzy set di atas sebagai berikut :

Tabel 3.4 Fungsi Keanggotaan Fuzzy Set Elemen-elemen U (ketinggian air)

Very low µF (u)

Low µF (u)

Medium µF (u)

High µF (u)

Very high µF (u)

0 1 0 0 0 0 0.5 1 0 0 0 0 1 1 0.15 0 0 0

1.5 0.65 0.35 0 0 0 2 0.3 0.5 0 0 0

2.5 0 0.65 0 0 0 3 0 0.85 0 0 0

3.5 0 1 0 0 0 4 0 1 0 0 0

4.5 0 1 0 0 0 5 0 1 0 0 0

5.5 0 1 0 0 0 6 0 1 0 0 0

6.5 0 0.75 0.25 0 0

71

7 0 0.5 0.5 0 0 7.5 0 0.25 0.75 0 0 8 0 0 1 0 0

8.5 0 0 1 0 0 9 0 0 1 0 0

9.5 0 0 1 0 0 10 0 0 1 0 0

10.5 0 0 1 0 0 11 0 0 1 0.15 0

11.5 0 0 1 0.35 0 12 0 0 1 0.5 0

12.5 0 0 0 0.65 0 13 0 0 0 0.85 0

13.5 0 0 0 1 0 14 0 0 0 1 0

14.5 0 0 0 1 0 15 0 0 0 1 0

15.5 0 0 0 1 0 16 0 0 0 1 0

16.5 0 0 0 1 0 17 0 0 0 0.65 0

17.5 0 0 0 0.3 0 18 0 0 0 0 0.3

18.5 0 0 0 0 0.65 19 0 0 0 0 1

19.5 0 0 0 0 1 20 0 0 0 0 1

3.4.4 Notasi Fuzzy Set

Berdasarkan pada persamaan 2.9, maka notasi dari kelima fuzzy set ini meliputi :

• Very low = 1/0 + 1/0.5 + 1/1 + 0.65/1.5 + 0.3/2

• Low = 0.15/1 + 0.35/1.5 + 0.5/2 + 0.65/2.5 + 0.85/3 + 1/3.5 + 1/4 + 1/4.5 + 1/5 +

1/5.5 + 1/6 + 0.75/6.5 + 0.5/7 + 0.25/7.5

• Medium = 0.25/6.5 + 0.5/7 + 0.75/7.5 + 1/8 + 1/8.5 + 1/9 + 1/9.5 + 1/10 + 1/10.5

+ 1/11 + 1/11.5 + 1/12

72

• High = 0.15/11 + 0.35/11.5 + 0.5/12 + 0.65/12.5 + 0.85/13 + 1/13.5 + 1/14 +

1/14.5 + 1/15 + 1/15.5 + 1/16 + 1/16.5 + 0.65/17 + 0.3/17.5

• Very high = 0.3/18 + 0.65/18.5 + 1/19 + 1/19.5 + 1/20

3.4.5 Support dari Fuzzy Set

Berdasarkan pada persamaan 2.7, maka support dari kelima fuzzy set ini meliputi

• Supp very low = 0, 0.5, 1, 1.5, 2

• Supp low = 1, 1.5, 2, 2.5, 3, 3.5, 4, 4.5, 5, 5.5, 6. 6.5, 7, 7.5

• Supp (medium) = 6.5, 7, 7.5, 8, 8.5, 9, 9.5, 10, 10.5, 11.5, 12

• Supp high = 11, 11.5, 12, 12.5, 13, 13.5, 14, 14.5, 15, 15.5, 16, 16.5,

17, 17.5

• Supp very high = 18.5, 19, 19.5, 20

3.4.6 Crossover Point

Crossover point yaitu Elemen u dalam U dimana ( ) 5.0=uFµ .

• Crossover Point dari very low terletak pada u = 1.75

• Crossover Point dari low terletak pada u = 2 dan 7

• Crossover Point dari medium terletak pada u = 7 dan 12.25

• Crossover Point dari high terletak pada u = 12 dan 17.25

• Crossover Point dari very high terletak pada u = 18.25

73

3.4.7 Ketinggian

Berdasarkan pada persamaan 2.11, maka ketinggian dari kelima fuzzy set ini

• Height (Veryv Low) = 1.0

• Height (Low) = 1.0

• Height (Medium) = 1.0

• Height (High) = 1.0

• Height (Very High) = 1.0

3.4.8 Scalar Cardinality

Berdasarkan pada persamaan 2.10, maka scalar cardinality dari kelima fuzzy set

ini meliputi:

• |Very low| = 1 + 1 + 0.65 + 0.3 = 2.95

• |Low| = 0.15 + 0.35 + 0.5 + 0.65 + 0.85 + 1 + 1 + 1 + 1 + 1 + 1 + 0.75 +

0.5 + 0.25 = 10

• |Medium| = 0.25 + 0.5 + 0.75 + 1 + 1 + 1 + 1 + 1 + 1 + 1 + 1 + 1 = 10.5

• |High| = 0.15 + 0.35 + 0.5 + 0.65 + 0.85 + 1 + 1 + 1 + 1 + 1 + 1 + 1 +

0.65 + 0.3 = 10.45

• |Very high| = 0.3 + 0.65 + 1 + 1 + 1 = 3.95

3.4.9 Pendefinisian Fuzzy Rules

Pendefinisian fuzzy rules dengan menggunakan struktur fungsi IF – THEN yang

format umumnya adalah sebagai berikut :

IF (Fuzzy condition) THEN (Fuzzy action)

74

Dengan demikian aksi dari variabel output yang akan dihasilkan pada pemrosesan fuzzy

akan ditentukan oleh kondisi variabel input yang diterimanya.

Sehingga dalam mendefinisikan fuzzy rules dapat ditulis seperti ini :

• IF tinggi air is very low THEN pintu air is open very high

• IF tinggi air is low THEN pintu air is open high

• IF tinggi air is medium THEN pintu air is open medium

• IF tinggi air is high THEN pintu air is open low

• IF tinggi air is very high THEN pintu air is open very low

3.4.10 Fire Strength α Dari Rules

Fire strength digunakan untuk mengukur derajat dari kecocokan antara input

fuzzy set dengan spesifikasi nilai fuzzy set untuk setiap variabel fuzzy dalam kontrol fuzzy

rule. Perhitungan dari fire strength untuk setiap variabel fuzzy biasanya menggunakan

peta keanggotaan. Pada gambar di bawah ini dimisalkan variabel input ketinggian air

adalah 7.5 cm. Variabel ini merupakan irisan dari dua buah fungsi keanggotaan low dan

fungsi keanggotaan medium, akan tetapi untuk setiap fungsi keanggotaan memiliki

derajat kecocokan yang berbeda-beda.

75

10.90.80.70.60.50.40.30.20.1

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

VL L VHHM

Gambar 3.17 Penentuan Fire Strength

Pada kasus diatas dengan variabel input ketinggian air 7.5 cm maka akan

diperoleh fire strength α untuk fungsi keanggotaan low sebesar 25% atau 0,25 dan fire

strength α untuk fungsi keanggotaan medium sebesar 75% atau 0,75.

Hubungan fire strength α dengan kontrol fuzzy rules adalah untuk mengevaluasi

rules yang digunakan sehingga dengan fire strength α yang telah diketahui kita dapat

memperoleh besarnya truth value yang akan digunakan dalam proses defuzifikasi

Rule evaluation :

IF ketinggian air is Low THEN pintu air is open high

With truth value 0,25

IF ketinggian air is Medium THEN pintu air is open low

With truth value 0,75

76

3.4.11 Defuzifikasi

Defuzifikasi diperlukan untuk mengetahui spesifikasi action berupa besarnya

ketinggian pintu air yang akan dihasilkan. Defuzifikasi menggunakan metode Center of

Area (COA), dimana COA adalah metode yang digunakan untuk mencari nilai kontrol

crisp sesuai dengan persamaan 2.30.

Berikut ini adalah karakteristik variabel output yang digunakan untuk setiap

fuzzy action.

10.90.80.70.60.50.40.30.20.1

09 6 3121.54.57.510.5

10.5

22.53.5

456.5

788.59.5

101111.5 5.5

HVH VLLM

0

Gambar 3.18 Proses Defuzifikasi

Sebelum melakukan proses defuzifikasi, perlu diketahui setiap titik potong dari

dua fuzzy action yang beririsan. Adapun perhitungan ini dilakukan untuk menambah

tingkat ketelitian dari proses defuzifikasi itu sendiri jika terdapat perpotongan antara dua

buah fungsi keanggotaan defuzifikasi. Berikut ini merupakan perhitungan untuk

mengetahui setiap titik potong dari dua buah fuzzy output yang beririsan berdasarkan

pada persamaan 2.22.

77

• Fuzzy output very high dan high

Garis output pada very high :

(x1, y1) = (8.5, 0)

(x2, y2) = (12, 1)

Persamaan garis : )5.8(5.3

1−= xy

2x - 7y = 17

Garis output pada high :

(x1, y1) = (9, 0)

(x2, y2) = (7, 1)

Persamaan garis : )9(21

−−= xy

x + 2y = 9

Titik potong :

x + 2y = 92x - 7y = 17

2x + 4y = 182x - 7y = 17 -

11y = 1y = 1/11 = 0.09

82.811

98

=

=x

Jadi titik potong terletak pada (8.82, 0.09)

• Fuzzy output high dan medium

Garis output pada high :

(x1, y1) = (5, 0)

(x2, y2) = (7, 1)

Persamaan garis : x - 2y = 5

78

Garis output pada medium :

(x1, y1) = (5.5, 0)

(x2, y2) = (4.5, 1)

Persamaan garis : 2x + 2y = 11


• Fuzzy output medium dan low

Garis output pada medium :

(x1, y1) = (3.5, 0)

(x2, y2) = (4.5, 1)

Persamaan garis : 2x - 2y = 7

Garis output pada low :

(x1, y1) = (4, 0)

(x2, y2) = (2, 1)

Persamaan garis : x + 2y = 4


• Fuzzy output low dan very low

Garis output pada low :

(x1, y1) = (0, 0)

(x2, y2) = (2, 1)

Persamaan garis : x - 2y = 0

Garis output pada very low :

(x1, y1) = (0.5, 0)

(x2, y2) = (0, 1)

79

Persamaan garis : 2x + y = 1

Jadi titik potong terletak pada (0.4, 0.2).

Seperti yang telah dijelaskan pada contoh ketinggian air diatas, maka variabel

output berupa ketinggian pintu air dapat dihitung seperti di bawah ini.

10.90.80.70.60.50.40.30.20.1

09 6 3121.54.57.510.5

10.5

22.53.5

456.5

788.59.5

101111.5 5.5

HVH VLLM

Gambar 3.19 Contoh Proses Defuzifikasi

Pada rule evaluation yang telah dijelaskan di atas diketahui setelah melalui

proses evaluasi rules fungsi keanggotaan low akan melakukan fuzzy action open high

dan berdasarkan fire strength α diperoleh besarnya truth value sebesar 25% atau 0.25,

sedangkan untuk fungsi keanggotaan medium akan melakukan fuzzy action open medium

dan berdasarkan fire strength α diperoleh besarnya truth value sebesar 75% atau 0.75.

Dengan menggunakan metode COA, maka akan didapat nilai dari kontrol crisp yang

berupa ketinggian pintu air.

++++++++++++

=25.025.025.025.025.025.0

)25.0(6)25.0(5.6)25.0(7)25.0(5.7)25.0(8)25.0(5.8int airupTinggi

5.075.05.0167.025.0)5.0(4)75.0(5.4)5.0(5)167.0(33.5)25.0(5.5

++++++++

80

= 67.302.21

= 5.73 cm

Dari contoh di atas dapat disimpulkan bahwa variabel output yang dihasilkan

akan selalu mengikuti variabel inputnya yang berupa ketinggian air. Dengan cara yang

sama, berikut ini merupakan tabel ringkasan hubungan antara variabel input dan variabel

output dalam fuzzy set yang perhitungan secara detailnya dapat dilihat pada lampiran E.

Sedangkan proses fuzifikasi defuzifikasi dan look up table dilampirkan pada lampiran D

dan F.

Tabel 3.5 Hubungan Variabel Input dan Output VI Fungsi keanggotaan Defuzifikasi VO 0 Very low Open very high 10.95 0.5 Very low Open very high 10.95 1 Very Low dan low Open very high dan open high 10.14

1.5 Very low dan low Open very high dan open high 9.2 2 Very low dan low Open very high dan open high 8.45

2.5 Low Open high 7 3 Low Open high 7




6.5 Low dan medium Open high dan open medium 6.56 7 Low dan medium Open high dan open medium 6.13

7.5 Low dan medium Open high dan open medium 5.73 8 Medium Open medium 4.5

8.5 Medium Open medium 4.5 9 Medium Open medium 4.5

9.5 Medium Open medium 4.5 10 Medium Open medium 4.5

10.5 Medium Open medium 4.5 11 Medium dan high Open medium dan open low 3.64

11.5 Medium dan high Open medium dan open low 3.19 12 Medium dan high Open medium dan open low 3.02

81

12.5 High Open low 2 13 High Open low 2





17.5 High Open low 2 18 Very high Open very low 0

18.5 Very high Open very low 0 19 Very high Open very low 0

19.5 Very high Open very low 0 20 Very high Open very low 0

3.5 Spesifikasi Sistem

Setelah melakukan pengambilan data berupa debit dan volume air dari prototipe

sistem dengan membuat masing-masing fungsi keanggotaan fuzifikasi dan defuzifikasi

serta melakukan perhitungan melalui metode defuzifikasi Center of Area maka didapat

spesifikasi sistem yang ditunjukkan pada tabel di bawah ini.

Tabel 3.6 Spesifikasi Sistem Ketinggian Sensor (cm) Ketinggian Pintu Air (cm)

0 10.95 1 10.14

2.5 7 6.5 6.56 8 4.5 11 3.64

12.5 2 18 0

SBP

Documents

Transcript of SBP