Hasil Karakterisasi Sensor
Karakterisasi sensor dilakukan dengan cara uji coba pengukuran sensor pada ruangan yang terkondisi. Pengukuran dilakukan sebanyak 7 kali pengulangan dengan 10 data setiap pengukuran. Dari sini dapat dilihat karakter dan kemampuan dasar sensor DHT22. Gambar 10 menunjukkan bahwa sensor DHT22 dapat mengukur suhu dan kelembaban secara bersamaan, dimana nilai suhu dengan kelembaban saling berbanding terbalik. Awalnya sensor akan menstabilkan pengukurannya, dengan demikian sensor membutuhkan sedikit waktu sebelum bekerja normal untuk melakukan pengukuran berkala.
(a) (b) Gambar 10 Hasil pengukuran sensor DHT22 (a) suhu dan (b) kelembaban
Perancangan Perangkat Keras Rangkaian Regulator 5 V
Alat ukur suhu dan kelembaban ini mengunakan regulator 5V. pada rangkaian regulator digunakan IC LM7805. Fungsi regulator ini untuk menstabilkan tegangan yang digunakan oleh setiap modul pada alat ukur. Semua modul menggunakan tegangan sebesar 5V untuk aktif. Sumber tegangan yang digunakan adalah baterai (6.7 V 1.3A/Hour 20 Hour. Oleh karena itu regulator akan memotong tegangan 6.7 V menjadi 5 V. Selain penyesuian dengan kemampuan komponen, ini bertujuan untuk mengurangi tingkat kerusakan pada komponen yang digunakan. Skema rangkaian regulator dapat dilihat pada Gambar 11.
10
(a) (b) Gambar 11 Rangkaian Regulator pada (a) Proteus (b) PCB
Rangkaian Buffer
Rangkaian buffer mengunakan IC LM324 yang menstabilkan tegangan masukan dari probe sebelum tegangan tersebut dirubah dalam bentuk ADC pada microcontroller. Ini untuk menghindari beban atau perubahan impedansi pada hasil pengukuran sensor. Ketika masukan dari sensor telah melewati rangkaian buffer ini, impedansi fungsional rangkaian sensor sama dengan impedansi fungsional microcontroller. Data pengujian buffer dapat dilihat pada Tabel 1.
Tabel 1 Data pengujian buffer Tegangan masukan (V) Tegangan keluaran (V) 2.89 2.89 3.04 3.04 3.50 3.50 3.67 3.67 3.91 3.91 4.13 4.13 4.76 4.76 Modul RTC Peripheral DS1307
Data yang telah diukur diberikan waktu real-time pengambilan sebelum di simpan pada SDcard. Data lengkap dengan format tanggal, tahun , jam, menit, dan detik akan lansung tertera pada setiap data yang disimpan. Rangkaian dapat dilihat pada Gambar 12 dan program pada Lampiran 2 (a).
11
Gambar 12 Modul RTC PeripheralDS1307 Modul EMS SDcard
Modul EMS SDcard digunakan sebagai media perekam data dengan media penyimpanan berupa SDcard. Data yang sudah diberi format waktu ( real-time) akan disimpan kedalam bentuk file Notepad (.txt). Rangkaian dapat dilihat pada Gambar 13 dan program pada Lampiran 2 (b).
Gambar 13 Modul EMS Sdcard Mikrokontroler (Arduino UNO)
Sensor DHT22 akan memberikan masukan ke mikrokontroler yang sebelumnya telah melewati rangkaian buffer untuk mengurangi noise. Sinyal masukan yang merupakan sinyal analog akan dirubah ke dalam bentuk sinyal digital oleh sistem minimum pada Arduino UNO dengan format ADC (Analog to Digital Converter). Data yang berikan oleh sensor sudah dalam bentuk data suhu dan kelembaban kemudian data ini akan ditampilkan pada LCD 16 x 2. Mikrokontroler akan memberikan perintah pada RTC peripheral DS1307 untuk menambahkan fungsi waktu pada data sebelum data disimpan ke dalam SDcard oleh EMS SDcard.
12
Gambar 14 Diagram alir pemograman alat secara umum Run (pengukuran data dijalankan)
Pengukuran suhu dan kelembaban Pengaturan selang waktu
pengukuran (per-menit)
Data
RTC peripheral Pemberian keterangan waktu Microcontroller
Display LCD suhu dan kelembaban
EMS SDcard
Penyimpanan kedalam SDcard
SDcard
Data suhu dan kelembaban dengan waktu real-timenya dalam
format .txt Mulai (on)
13
Data Hasil Pengukuran
Pengambilan data alat ukur dilakukan dalam 3 lokasi yang berbeda yaitu suhu dan kelembaban dalam ruangan, luar ruangan dan di dalam lubang kayu Pada Lampiran 1 (a),(b), dan(c). Pengukuran suhu dan kelembaban dilakukan selama 24 jam. Alat ukur mengambil data suhu dan kelembaban setiap menit dan lansung otomatis tersimpan kedalam memory card sedangkan alat T-H TFA dilakukan pencatatan manual setiap 15 menit. Tujuan pengukuran ini untuk melihat kemampuan alat dalam mengukur suhu dan kelembaban dalam rentang waktu berkala pada kondisi lingkungan yang berbeda. Kemudian untuk pengujian di dalam lubang ditambahkan komparator berupa termometer raksa. Ketiga sensor alat yang diuji ditempatkan pada posisi yang berdekatan untuk mengurangi bias dalam pengukuran suhu dan kelembaban antar ke-3 alat. Gambar 15.
Gambar 15 Posisi ke-3 sensor
Dari 3 kali pengujian alat pada kondisi lingkungan yang berbeda didapatkan sejumlah data suhu dan kelembaban seperti Tabel 2.
Tabel 2 Jumlah data
Kondisi Alat T-H TFA Raksa
Suhu Kelembaban Suhu Kelembaban Suhu
Dalam Ruangan 1440 1440 96 96 -
Luar Ruangan 1440 1440 96 96 -
Dalam Lubang 1275 1275 85 85 85
Total 4155 4155 277 277 85
Pengukuran data dalam dan luar ruangan mencapai target yang direncanakan, namun pada pengukuran dalam lubang terjadi kehilangan data karena kesalahan dari pengamat.Tabel 2 T-H TFA hanya mendapatkan 85 data suhu dan kelembaban sehingga pengukuran alat harus hentikan pada pada data ke-1275. Selain itu pada pengujian dalam lubang ditambahkan komparator yaitu termometer raksa. Data suhu dan kelembaban alat dibagi menjadi 2 jenis sebelum
14
dibandingkan dengan data T-H TFA dan data termometer raksa. Pertama data dirata-ratakan per-15 data untuk menguji kemampuan pengukuran alat dalam selang waktu yang sempit (permenit) pada pengukuran data kontinu. Bagian kedua, setiap data kelipatan ke-15 dipisahkan dari 1440 data yang diukur, ini bertujuan untuk menyamakan pengukuran alat dengan pengukuran T-H TFA sehingga tidak mengurangi makna dari sebuah data pengukuran, dapat dilihat pada Lampiran 3.
Secara umum data yang didapatkan menunjukkan hubungan berbanding terbalik antara suhu dan kelembaban relatif, ketika suhu lingkungan naik maka kelembaban relatif akan berkurang seperti perlihatkan oleh Gambar 16 (a) dan (b). Hal ini sesuai dengan pernyataan bahwa suhu dapat mengubah senyawa H2O fase cair menjadi fase gas sehingga sangat mempengaruh tingkat kelembaban udara.10
(a)
(b)
Gambar 16 Grafik pengukuran dalam ruangan (a) suhu dan (b) kelembaban Selain itu nilai kelembaban juga dipengaruhi oleh faktor eksternal lainnya yaitu angin, radiasi cahaya dan, aktivitas organisme.10 Secara matematis
15
kelembaban dapat diartikan sebagai rasio berat uap air dibandingkan dengan volume udara kering pada volume yang sama.11 seperti yang diperlihatkan Gambar 17 (a) dan (b).
Pada pengujian alat di luar ruangan, data kelembaban pukul 20.15 WIB mencapai nilai 99.90 % mengindikasikan bahwa kandungan air udara tinggi. Tingginya kandungan air ini disebabkan oleh hujan yang terjadi saat itu. Namun nilai suhu yang terukur tetap bervariasi.
Perbedaan yang signifikan antara pengukuran alat dengan T-H TFA adalah pengukuran suhu alat ukur selalu lebih rendah dari pada T-H-TFA dan lebih tinggi pada pengukuran kelembaban. Alat ukur dapat mencapai suhu minimum 23 oC pada data pengukuran luar ruangan dan kelembaban maksimum ketika terjadi hujan. Gambar 17 (a) dan (b).
(a)
(b)
Gambar 17 Grafik pengukuran luar ruangan (a) suhu dan (b) kelembaban Walaupun nilai datanya yang diukur berbeda, grafik pengukuran alat di dalam dan luar ruangan menunjukkan kecenderungan yang sama dengan grafik T-H TFA. Selisih nilai yang signifikan terlihat pada pengukuran dalam ruangan.
16
Hal ini dipengaruhi oleh volume ruangan yang dapat dikondisikan tanpa adanya gangguan12.
Pengujian ketiga dilakukan didalam lubang sebuah batang palem. Pada pengujian ini ditambahkan komparator suhu yaitu termometer raksa. Grafik hasil pengukuran dapat dilihat pada Gambar 18.
Gambar 18 Grafik pengukuran suhu dalam lubang
Nilai pengukuran suhu alat ukur dan komparator berada dibawah nilai T-H TFA. Komparator dapat mencatat kondisi suhu minimum 24 oC begitu juga dengan alat ukur dapat mencatat kondisi tersebut pada pukul 00.45 dan 01.00 WIB dibandingkan dengan T-H TFA hanya mampu mencatat suhu minimum pada suhu 24.7 oC pada pukul 01.30. Hal ini menunjukkan bahwa kecepatan pengukuran alat lebih mendekati komparator dari pada pengukuran T-H TFA.
Dari data yang terkumpul juga dilakukan uji ketepatan (akurasi) antara data alat dengan komparator dan data T-H TFA dengan komparator yang dapat dilihat pada Gambar 19. Hasil perhitungan ketepatan pengukuran suhu menunjukan nilai 98% pada alat ukur dan 97% pada T-H TFA, perhitungannya pada Lampiran 4. Grafik pun memperlihatkan nilai pengukuran T-H-TFA tidak stabil dalam pengukuran suhu. Beberapa kali nilainya keluar jauh dari nilai pengukuran alat dan komparator yang nota bene posisi sensor sudah saling berdekatan dan kondisi lubang yang sempit seperti pada Gambar 20.
Alat ukur yang dibuat telah dapat mengukur suhu dan kelembaban secara berkala. Data suhu dan kelembaban dapat direkam setiap menit tanpa adanya kehilangan data. Apabila dihitung kemampuan pengukuran sensor ditambahkan dengan rangkaian minimal dibutuhkan waktu selang 5 detik setiap datanya.
17
Gambar 19 Grafik perbandingan ketepatan alat ukur dan T-H TFA terhadap komparator
Gambar 20 Pengujian di dalam lubang
Data pengukuran yang langsung disimpan ke SDcard dalam format .txt sehingga nantinya mudah untuk olah ke dalam berbagai format. Uji ketepatan pun menunjukan kemampuan alat lebih mendekati komparator (termometer raksa). Desain portable alat yang dilengkapi dengan probe juga memudahkan mobilisasi pengambilan data suhu dan kelembaban di celah atau lubang sempit.
18