Penerapan Algoritma Genetika untuk Optimasi Transfer Daya pada Sensor Gas
- Untuk membuat sebuah sistem transfer daya yang dapat mengoptimalkan daya yang ditransfer dari sensor gas ke pengkondisi sinyal.
- Sensor Gas
A. Gambaran Umum
Sensor merupakan suatu peralatan yang berfungsi untuk mendeteksi sinyal-sinyal yang berasal dari perubahan suatu energi, seperti energi listrik, energi fisika, energi kimia, dll. Sensor yang sering ditemui di pasaran kebanyakan belum dapat langsung digunakan, sehingga harus digunakan dengan komponen-komponen elektronik lainnya. Komponen yang dimaksud ialah pengkondisi sinyal, mikrokontroler, dan display sebagai tampilan dari hasil sensing oleh sensor.
Pada sistem sensor, pemilihan pengkondisi sinyal sangatlah penting karena menentukan efektifitas transfer daya yang terjadi antara sensor dengan pengkondisi sinyal. Transfer daya optimum akan terjadi pada saat resistansi sensor (Rs) sama dengan resistansi beban (Rl). Pemilihan nilai resistansi beban (Rl) harus dilakukan secara cermat karena disamping dayanya harus maksimum, tegangan yang keluar dari pengkondisi sinyal juga harus dapat dibaca oleh mikrokontroler. Upaya untuk mengoptimalkan transfer daya perlu dilakukan dengan batasan resistansi beban (Rl) yang terdapat pada sistem sensor.
A. Sensor Gas Metana
Sensor gas metana yang digunakan ialah TGS 2611 keluaran Figaro. Sensor ini mempunyai sensitivitas dan selektifitas yang sangat baik terhadap gas metana. Material sensor gas ini terbuat dari bahan semikonduktor sehingga perlu dipanaskan agar dapat bekerja dengan optimal. Sensor gas berbahan metal oksida ini mempunyai fungsi kerja pada 250-400 derajat celsius. Ketika sensor didekatkan dengan gas metana, maka gas metana akan mereduksi muatan negatif oksigen, sehingga resistansi pada sensor menutun.
B. Pengkondisi Sinyal Sistem Sensor
Pengkondisi sinyal yang digunakan pada sensor gas adalah Op-Amp non inverting. Op-Amp non inverting adalah penguat sinyal dengan tegangan keluaran yang sefase dengan sinyal masukan. Sinyal masukan disambungkan ke kaki non inverting (+) dan masukan inverting (-) dipasang ke ground. Tanda (+) dan (-) pada input bukan menunjukkan orientasi tegangan tetapi, untuk menunjukkan adanya ketertinggalan fase. Berikut ini adalah contoh rangkaian Op-Amp non inverting.
Tegangan pada masukan inverting sama dengan tegangan masukan sumber (Vi) yang juga sama dengan tegangan dari sebuah pembagi tegangan antara Vo dan ground pada persamaan
Tegangan pada masukan inverting sama dengan tegangan masukan sumber (Vi) yang juga sama dengan tegangan dari sebuah pembagi tegangan antara Vo dan ground pada persamaan
Rangkaian sensor dan pengkondisi sinyal ditunjukkan pada gambar di bawah ini:
Keluaran dari penguat dihubungkan ke mikrokontroler sehingga terjadi transfer daya dari sensor ke pengkondisi sinyal. Optimasi dilakukan untuk memperoleh transfer daya maksimum agar energi yang diterima oleh mikrokontroler adalah maksimum. Transfer daya akan bernilai maksumum jika tahanan dalam (Rl) sama dengan tahanan sensor (Rs) dan P merupakan fugnsi dari Rs, maka untuk mencari nilai maksimum P adalah:
Nilai P akan bernilai optimum jika:
Sehingga Rl = Rs
Untuk daya maksimumnya adalah:
C. Algoritma Genetika
Optimasi transfer daya dilakukan dengan mempertimbangkan batasan rangkaian pengkondisi sinyal sistem sensor yang berupa resistansi beban selama proses sensing berlangsung. Algoritma genetika merupakan salah satu metode optimasi probabilistik heuristik yang didasarkan pada evolusi genetika alami untuk menyelesaikan berbagai macam masalah optimasi melalui pelacakan.
Diagram alir proses optimasi dengan menggunakan algoritma genetika dapat dilihat pada gambar dibawah ini:
D. Program Matlab
- Pada Selection Functions, pilih selection function Roulette.
- Pada Mutation, pilih Mutation Function nya Uniform dan Rate = 0,2.
- Pada Crossover, pilih Crossover Function nya Two Point.
- Pada Plot Functions, gunakan Plot Interval = 3, dan centang Best Individual dan Distance untuk dapat menampilkan hasil dalam bentuk grafik.
- Setelah kita mengisi data-data yang kita perlukan, maka kita akan mengklik tombol "start" untuk menghitung.
- Maka, kita akan mendapatkan hasil.
5. Link Download
Fungsi Fitness : DOWNLOAD DISINI
Video Tutorial : DOWNLOAD DISINI
HTML : DOWNLOAD DISINI
Optimasi transfer daya dilakukan dengan mempertimbangkan batasan rangkaian pengkondisi sinyal sistem sensor yang berupa resistansi beban selama proses sensing berlangsung. Algoritma genetika merupakan salah satu metode optimasi probabilistik heuristik yang didasarkan pada evolusi genetika alami untuk menyelesaikan berbagai macam masalah optimasi melalui pelacakan.
Diagram alir proses optimasi dengan menggunakan algoritma genetika dapat dilihat pada gambar dibawah ini:
D. Program Matlab
Sekarang kita akan membuat fungsi fitness dengan menggunakan Matlab. Caranya adalah dengan mengklik New > Function lalu, simpan file dengan nama delta_tegangan.m.
Fungsi Fitness :
function transfer_daya = optimasi(x)
transfer_daya = 2 / (2 + (8*x(1)^4 / x(2)));
end
Selanjutnya pada Command Window pada Matlab kita ketikkan "optimtool ga". Sehingga akan muncul box "Optimization Tool" untuk permasalahan di Algoritma genetika seperti yang terlihat pada gambar dibawah :
Selanjutnya, kita akan mengisi bagian-bagian yang kosong dengan nilai berikut :
- Fitness Function = @optimasi
- Number of variables = 4
- Pada Population, pilih Population Size = 1000 dan Initial Range = [0;5].
- Pada Mutation, pilih Mutation Function nya Uniform dan Rate = 0,2.
- Pada Crossover, pilih Crossover Function nya Two Point.
- Pada Plot Functions, gunakan Plot Interval = 3, dan centang Best Individual dan Distance untuk dapat menampilkan hasil dalam bentuk grafik.
- Setelah kita mengisi data-data yang kita perlukan, maka kita akan mengklik tombol "start" untuk menghitung.
- Maka, kita akan mendapatkan hasil.
Berikut ini adalah video tutorial untuk simulasi tersebut:
5. Link Download
Fungsi Fitness : DOWNLOAD DISINI
Video Tutorial : DOWNLOAD DISINI
HTML : DOWNLOAD DISINI