DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN 2015
i
PERSETUJUAN
Judul : Perancangan Alat Ukur Kelembaban Tanah Menggunakan Metode Konfigurasi Wenner Berbasis Mikrokontroler Atmega 16
Kategori : Skripsi
Nama : Fitri Hidayati Sinaga NIM : 090801037
Program Studi : Strata I ( S1 ) Fisika Departemen : Fisika
Fakultas : Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara
Disetujui di Medan, April 2015
Komisi Pembimbing :
Pembimbing 2 Pembimbing 1,
Dr. Nasruddin MN,M.Eng.Sc Dr. Tulus Ikhsan Nasution, S.Si,M.Sc NIP. 195507061981021002 NIP. 197407162008121002
Disetujui oleh
Departemen Fisika FMIPA USU Ketua,
DR. Marhaposan Situmorang NIP. 195510301980131003
ii
PERNYATAAN
PERANCANGAN ALAT UKUR KELEMBABAN TANAH MENGGUNAKAN METODE KONFIGURASI WENNER BERBASIS
MIKROKONTROLER ATMEGA 16
SKRIPSI
Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil kerja saya sendiri kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing di sebutkan sumbernya.
Medan, April 2015
FITRI HIDAYATI SINAGA NIM. 090801037
iii
PENGHARGAAN
Puji dan syukur penulis ucapkan kehadirat Allah SWT, atas segala nikmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Skripsi ini dengan judul Perancangan Alat Ukur Kelembaban Tanah Menggunakan Metode Wenner Berbasis Mikrokontroler Atmega16. Dan tidak lupa juga shalawat dan salam kepada Nabi Muhammad SAW, sebagai teladan dan motivator sepanjang masa sehingga penulis tetap semangat dan sabar dalam penyelesaian Skripsi ini. Semoga kita mendapatkan syafa’at beliau di yaumil akhir kelak. Amin ya Rabbal a’lamin.
Terima kasih penulis sampaikan kepada Dr. Tulus Ikhsan Nasution, S.Si.,M.Sc selaku pembimbing 1 saya dan Dr. Nasruddin MN,M.Eng.Sc selaku pembimbing 2 yang telah meluangkan waktunya untuk membimbing dalam penyelesaian skripsi ini. Terima kasih kepada Dr. Marhaposan Situmorang dan Drs. Syahrul Humaidi, M.Sc selaku ketua Departemen dan sekretaris Departemen Fisika FMIPA-USU, Dr. Sutarman selaku dekan FMIPA USU beserta jajarannya. Terima kasih juga kepada rekan-rekan terbaik dikuliah (Cindy, Isma, Wini, Sally, Dessy, Ayu dan Hilda), rekan-rekan di LIDA USU, abang dan adik-adik seperjuangan di Physic Research Group dan Team of Auto Physic atas bantuan, doa dan dukungannya serta sahabat Mahirotun Nisaa’ dalam lingkaran atas doa dan dukungannya. Akhirnya tidak terlupakan kepada ayahanda Juriadi Sinaga dan ibunda Rusmiati atas doa dan dukungannya, baik moril maupun materil serta adik-adik tersayang (Imam Hidayat Sinaga dan Ihsan Ramadhani Sinaga) yang selalu memberikan semangat dalam penyelesaian skripsi ini. Semoga Allah Yang Maha Kuasa akan membalas semua kebaikannya.
iv
PERANCANGAN ALAT UKUR KELEMBABAN TANAH MENGGUNAKAN METODE KONFIGURASI WENNER BERBASIS
MIKROKONTROLER ATMEGA 16
Abstrak
Pendeteksi kadar kelembaban tanah telah berhasil dilakukan menggunakan sensor elektroda empat titik berdasarkan meetode konfigurasi Wenner. Pengukuran dilakukan dengan mencampurkan tanah kompos dan air dan kemudian, diinjeksi arus listrik kedalam tanah antara dua elektroda terluar. Sebagai hasil dari injeksi, dihasilkan beda potensial antara dua elektroda yang lainnya yang berada di tengah. Perbedaan dalam nilai tegangan dipengaruhi oleh volume air. Dalam penelitian ini, variasi volume air berturut-turut adalah 100, 200, 300, 400 dan 500 mL dalam 1000 gr tanah kompos. Hasilnya menunjukkan bahwa tegangan output sensor adalah 957.94, 553.10, 423.99, 329.71, 272.93 mV untuk volume air masing-masing 100, 200, 300, 400 dan 500 mL. Dari data diperoleh nilai konduktivitas adalah 0.048, 0.083, 0.109, 0.14, 0.169 untuk volume air masing-masing 100, 200, 300, 400 dan 500 mL. Berarti bahwa kenaikan konduktivitas dipengaruhi oleh kenaikan volume air. Hasil yang lain menggunakan metode Gravimetri menunjukkan bahwa persentase kadar kelembaban tanah adalah 13, 20, 32, 38, 47 % untuk volume air masing-masing 100, 200, 300, 400 dan 500 mL. Ini berarti bahwa kenaikan persentase kadar kelembaban tanah adalah sebanding dengan kenaikan volume air. Hal ini dapat disimpulkan bahwa kenaikan nilai konduktivitas mengindikasikan kenaikan dalam persentase kadar kelembaban tanah. Oleh karena itu, metode konfigurasi Wenner dapat digunakan untuk mendeteksi kadar kelembaban tanah dengan bebrapa keunggulan seperti mudah, cepat, praktis dan ekonomis.
Kata kunci : Kadar kelembaban tanah, konfigurasi Wenner, gravimetri, mikrokontroler
v
DESIGN OF SOIL MOISTURE TESTER USING WENNER CONFIGURATION METHOD BASED ON ATMEGA 16
MICROCONTROLLER
Abstract
The detection of soil moisture content has been successfully done using a four point probe sensor based on Wenner configuration methode. The testing was carried out by mixing water and composts oil and then, electric current was injacted into the soil between two outer electrodes. As a result of the injection, the potensial diffrence was generated between two another electrodes positioned in the center. The diffrence in voltage values was affected by the water volume. In this work, the variation of water volume was 100, 200, 300, 400 and 500 mL in 1000gr compost soil, respectively. The result showed that the output voltages of sensor were 957.94, 553.10, 423.99, 329.71, 272.93 mV for the water volumes of 100, 200, 300, 400 and 500 mL, consecutively. And from the output voltages of sensor showed that conductivity values were 0.048, 0.083, 0.109, 0.14, 0.169 for the water volumes of 100, 200, 300, 400 and 500 mL, consecutively. It means that the increase in conductivity correspondend with the increase in the water volumes. The other result of using Gravimetric method evidenced that the percentages of soil moisture content were 13, 20, 32, 38, 47 % for the water volumes of 100, 200, 300, 400 and 500 mL, consecutively. This means also that the increase in the water volumes. This can be concluded that the increase in conductivity value indicated the increase in soil moisture content percentages. Therefore, Wenner configuration methode can be used to detect the soil moisture content with some advantages including easy, fast, practice and economy.
Keywords : Soil moisture content, Wenner configuration, gravimetric microcontroller.
vi DAFTAR ISI Halaman Persetujuan...i Pernyataan...ii Penghargaan...iii Abstrak...iv Abstract...v Daftar isi...vi Daftar Tabel...vii Daftar Gambar...viii Daftar Lampiran...ix BAB I Pendahuluan ...1 1.1 Latar Belakang...1 1.2 Perumusan Masalah...2 1.3 Pembatasan Masalah...2 1.4 Tujuan Penelitian...3 1.5 Manfaaat Penelitian...3 1.6 Lokasi Penelitian...3 1.7 Metodologi Penelitian...3
BAB 2 Tinjauan Pustaka...5
2.1 Kelembaban Tanah...5
2.2 Metode Geolistrik...9
2.2.1 Potensi Elektroda Tunggal...11
2.2.2 Distribusi Arus di Dalam Tanah... 13
2.3 Mikrokontroler...14
2.4 LCD...19
BAB 3 Metode Penelitian... 21
3.1 Tempat dan Waktu Penelitian... 21
3.2 Peralatan, Bahan dan Komponen... 21
3.3 Diagram Blok Cara Kerja Alat...22
3.4 Diagram Alir Program... 24
3.5 Prosedur Penelitian... 25
3.6 Metode Analisis Data...30
BAB 4 Hasil dan Pembahasan...32
4.1 Pengukuran Menggunakan Metode Gravimetri... 32
4.2 Pengukuran Menggunakan Sistem Sensor... 33
BAB 5 Kesimpulan dan Saran... 41
5.1 Kesimpulan... 41
5.2 Saran...41
Daftar Pustaka... 42 LAMPIRAN
vii
DAFTAR TABEL
Nomor Tabel Judul Halaman 2.1 Fungsi Alternatif Port B, ATmega 16... 17 2.2 Fungsi Alternatif Port C, ATmega 16... 18 2.3 Fungsi Alternatif Port D, ATmega 16... 18 4.1 Hasil Pengukuran Kadar Air Tanah Menggunakan Metode
Gravimetri………..32 4.2 Tegangan Keluaran Elektroda Konfigurasi Wenner... 39
viii
DAFTAR GAMBAR
Nomor Gambar Judul Halaman
2.1 Neutron probe dengan kabel akses ...9
2.2 TDR dengan sinyal pada layar ...9
2.3 Konfigurasi elektroda metode Schlumberger ...10
2.4 Konfigurasi elektroda metode Wenner ...11
2.5 Jalur aliran listrik dan permukaan ekipotensial di sekitar elektroda tunggal pada permukaan setengah ruang yang homogen...12
2.6 Arah aliran arus untuk elektroda tunggal…...13
2.7 Parameter yang digunakan untuk menggambarkan resistivitas...13
2.8 Konfigursi kaki (pin) ATMega 16 ...16
2.9 LCD karakter 2x16 ...19
2.10 Hubungan PORTB dengan LCD ...20
3.1 Diagram blok sistem ...22
3.2 Flowchart cara kerja program ...24
3.3 Rangkaian alat ukur kelembaban tanah menggunakan elektroda konfigurasi Wenner berbasis mikrokontroler ATMega 16 ...25
3.4 Elektroda konfigurasi Wenner...26
4.1 Grafik hubungan antara Va dengan KAT dari Gravimetri ...32
4.2 Prinsip equipotensial dan garis aliran arus yang terbentuk dari 2 elektroda (a) plan view dan (b) vertical view………35
4.3 Grafik Tegangan Output dari Sensor dengan KAT dari Perhitungan Gravimetri……….36
4.4 Grafik hubungan Resistivitas tanah dengan KAT dari Perhitungan Gravivimetri...37
4.5 Grafik hubungan Konduktivitas tanah dengan KAT dari Perhitungan Gravimetri………...38
ix
DAFTAR LAMPIRAN
Nomor Lamp Judul Halaman 1 Skematik rangkaian seluruh alat...43 2 Listing program...44 3 Foto alat...49
