Prototipe Pengukuran Kadar Garam (Salinitas) Menggunakan Arduino
Uno dan YL-69
Eko Kurniawan1, Miftahul Walid2, Hoiriyah3
1,2,3 Teknik Informatika, Fakultas Teknik, Universitas Islam Madura
1[email protected], 2[email protected], 3[email protected],
ABSTRAK
Dalam penenlitian ini, dilakukan sebuah analisis untuk mengembangkan alat ukur kepekatan air laut dalam produksi garam menggunakan mikrokontroler ( Ardino Uno) dan sensor YL-69 dengan Chip Comparator LM393, sensor ini biasa digunakan untuk mengukur kelembaban tanah. metode yang digunakan dalam peneltian ini adalah metode eksperimental, metode ini digunakan untuk menghasilkan data awal berupa nilai resistansi dan nilai salinitas air laut, selanjutnya dilakukan perhitungan menggunakan metode statistic untuk mencari persamaan sehingga menghasilkan sebuah variable konstanta yang menghubungkan antara nilai resistensi dan salinitas air laut, persamaan tersebut digunakan untuk membuat algoritma dan dimasukkan ke dalam Arduino Uno. Adapun hasil dari penelitian ini, dari 10 kali percobaan yang dilakukan, namun dalam percobaan tersebut nilai yang di dapat tidak akurat (error).
Kata kunci: Alat ukur kepekatan dan salinitas, garam, mikrokontroller, Arduino Uno, sensor YL-69 ABSTRACT
In this research, an analysis was carried out to develop a measuring instrument for the concentration of seawater in salt production using a microcontroller (Ardino Uno) and a YL-69 sensor with a Chip Comparator LM393, this sensor is commonly used to measure soil moisture. The method used in this research is an experimental method, this method is used to produce initial data in the form of resistance values and salinity values for seawater, then calculations are carried out using statistical methods to find equations so as to produce a constant variable that connects the resistance value and salinity of sea water, These equations are used to create algorithms and are included in the Arduino Uno. As for the results of this study, out of 10 experiments conducted, the values obtained were inaccurate (error).
Keywords: Concentration and salinity measuring instrument, salt, microcontroller, Arduino Uno, YL-69 sensor 1. PENDAHULUAN
Indonesia sebagai negara kepulauan memiliki laut yang luas dengan berbagai sumber daya hayati dan non-hayati yang sangat tinggi. Laut Indonesia kurang lebih 70% dari luasan Indonesia, menyimpan banyak potensi untuk dimanfaatkan, antara lain garam. Garam merupakan salah satu bahan kimia yang sering dimanfaatkan oleh manusia khususnya dalam bidang konsumsi. Penyusun terbesar garam yaitu senyawa Natrium Klorida (NaC1), Secara kimia kualitas garam ditentukan dari kadar NaCl yang terkandung dalam garam, Berdasarkan SNI 01-3556-2000 kadar minimal NaCl dalam garam konsumsi yaitu 94.7 %. Tidak semua air dapat digunakan untuk
membuat garam, air yang dapat digunakan yaitu air yang memiliki kadar garam atau salinitas tinggi. Air yang baik untuk membuat garam yaitu air laut. Masyarakat yang memanfaatkan laut sebagai bahan untuk pembuatan garam biasanya masyarakat pesisir. Masyarakat ini pada umumnya masih menggunakan sistem pembuatan garam secara tradisional dengan memanfaatkan panas matahari untuk membantu proses evaporasi Produksi garam dapat dilakukan dengan beberapa metode salah satunya yaitu metode tradisional dengan memanfaatkan panas matahari. Pembuatan garam secara tradisional ini dilakukan di tambak garam dengan mengunakan air laut kemudian dialirkan ke tambak garam dengan bantuan kincir angin.
Dengan memanfaatkan panas sinar matahari maka proses evaporasi akan berlangsung dan terjadi selama beberapa hari, kemudian kristal-kriatal garam akan mulai terbentuk. Dalam proses pembentukan kristal garam petani masih menggunakan cara perkiraan berdasarkan kebiasaan di masyarakat dan sebagian menggunakan alat ukur kepekatan air laut disebut Baumemeter (Be), dan Refraktometer sebagai pengukur salinitas.
Salinitas adalah suatu tingkatan kadar keasinan dari garam di dalam air. Keberadaan salinitas ada di seluruh kandungan air, bahkan air tawar sekalipun yang tidak memiliki rasa asin sebenarnya memiliki salinitas. Hal ini dikarenakan kandungan salinitas dalam air tawar sangat sedikit, kurang dari 0,05ppt (part-per-thousand). Jika lebih dari itu maka akan masuk kategori air payau dan bisa menjadi air asin (saline) jika kandungannya berada di 3ppt sampai 5ppt Tempat-tempat perairan di darat seperti sungai, danau, kali, sumur, air tanah memiliki salinitas yang rendah. Sedangkan air laut memiliki salinitas yang tinggi. Salinitas memiliki satuan, yaitu per mil (‰), dimana satuan ini menghitung jumlah berat total (gr) material padat berupa kandungan garam (NaCl) dalam setiap 1000 gram air laut. Salinitas dapat diukur dengan alat ukur salinitas di sebut Refraktometer.
Refraktometer adalah alat ukur salinitas yang umum digunakan oleh semua orang. Alat ini terkadang disebut juga sebagai alat pengukur indeks pembiasan cairan. Refraktormeter digunakan untuk mengukur kadar garam. Prinsip atau cara kerja alat ini adalah dengan menggunakan indeks pembiasan cahaya sebagai tolak ukur tingkat salinitas air. Karena membutuhkan cahaya langsung untuk mendapatkan indeks pembiasannya, maka pengukuran sebaiknya dilakukan di luar ruangan yang mendapat sinar matahari. Pengukuran di ruang tertutup dengan cahaya dari lampu membuat hasil yang didapat kurang akurat. oleh karena itu diperlukan sebuah inovasi alat ukur Salinitas yang dapat mempermudah dalam penggunaan dan memiliki tingkat akurasi yang lebih baik, maka berdasarkan permasalahan di atas, dalam penelitian ini, telah dikembangkan alat ukur salinitas air laut dengan menggunakan mikrokontroller yang diintegrasikan dengan
Sensor YL-69 dengan Chip Comparator LM393, sensor ini biasa digunakan sebagai sensor untuk mengukur kelembaban tanah dengan mengalirkan arus pada dua probe sehingga terjadi resistansi, semakin banyak cairan dibandingkan dengan padatan terlarut maka resistansi akan semakin rendah, sedangkan konduktivitas akan semakin tinggi, sebaliknya, jika semakin banyak padatan terlarut dari pada cairan, maka resistansi akan semakin tinggi dan konduktivitas akan semakin rendah.
Sensor YL-69 telah banyak diimplementasikan dalam beberapa penelitian antara lain, untuk mengontrol kelembaban tanah pada tanaman kaktus, digunakan untuk monitoring penyiraman air pada tanaman cabai dan tomat, digunakan pada sistem monitoring irigasi yang dikombinasikan dengan sistem Internet of Things (IoT) sistem IoT memanfaatkan ESP8266 , perpaduan dengan Wireless Sensor Networks juga pernah dilakukan untuk monitoring sawah tadah hujan, digunakan pada sistem monitoring pertumbuhan tanaman yang dikombinasikan dengan sistem Wireless Sensor Networks (WSN), beberapa penelitian juga pernah dilakukan untuk membuat sensor kelembaban dengan alat yang sederhana namun memiliki akurasi yang baik. mikrokontroller yang digunakan dalam penelitian ini adalah Arduino Uno R3, karena kemudahan dalam instalasi dan penggunaannya, kombinasi Arduino Uno R3 dan sensor YL-69 telah banyak diimplemetasikan pada penelitian-penelitian sebelumnya, antara lain, untuk penyemaian bibit sayur otomatis, dimana dengan sistem ini, petani tidak harus melakukan penyiraman berkala dalam proses penyemaian, Dalam sistem ini Arduino Uno digunakan sebagi pengontrol utama yang dintegrasikan dengan sensor kelembaban tanah (YL-69/LM393), dan terdapat motor DC yang berfungsi untuk menggerakkan alat penyiram. Penelitian lain dengan pemanfaatan sensor YL-69 dan Arduino telah digunakan untuk mengatur kelembaban tanah pada media tanam pohon gaharu, dimana dalam penelitian yang dilakukan, jika kelembaban tanah >80%, maka Arduino akan memerintah Water Pump untuk mengalirkan air ke media tanam, jika kelembaban <= 80%, maka Water Pump
menghentikan aliran air. Dalam penelitian ini sessor YL-69 memiliki nilai akurasi 88,76%. Penelitian dengan mengkombinasikan sensor YL-69, Sensor Ultrasonic dan Arduino Uno R3 pernah dilakukan untuk sistem pengairan tanaman, dalam penelitian ini, sensor Ultrasonic digunakan untuk mendeteksi ketersediaan air dalam tangki penyimpanan, sensor YL-69 digunakan untuk mengetahui kelembaban tanah, persentase kesalahan rata-rata sensor Ultrasonic adalah 4,91% sedangan sensor YL-69 adalah 3,285%. Namun, dari beberapa penelitian yang telah dilakukan tersebut, sensor YL-69 belum pernah dimanfaatkan untuk mendeteksi salinitas air laut dalam proses pembuatan garam. Maka berdasarkan permasalahan tersebut, penelitian ini bertujuan memanfaatkan sensor YL-69 sebagai sensor untuk mendeteksi salinitas air laut dengan mengubah nilai resistensi yang berupa nilai ADC ( Analog Digital Converter ) yang dihasilkan oleh sensor menjadi nilai Salinitas dan perubahan tersebut diperoleh dari analisis perbandingan antara nilai resistansi yang dihasilkan oleh sensor dengan nilai salinitas air laut yang dihasilkan dari pengukuran manual, hasil dari analisis tersebut digunakan untuk membangun algoritma dan dicompile ke dalam mikrokontroller.
Dari hasil penelitian ini, sensor YL-69 yang diintegrasikan dengan Arduino Uno tidak mampu melakukan pengukuran salinitas air laut dalam proses produksi garam, dari 10 kali percobaan yang dilakukan, namun dalam percobaan tersebut nilai yang di dapat tidak akurat (error).
2. METODOLOGI PENELITIAN
Dalam penelitian ini terdapat dua metode yang digunakan, pertama dengan menggunakan metode eksperimental, digunakan untuk menghasilkan data awal, yaitu (1) data kepekatan dan (2) data resistansi berupa nilai ADC yang dihasilkan sensor YL-69. Sedangkan metode ke dua adalah metode statistik, digunakan untuk mengetahui hubungan antara kedua data di atas sehingga menghasilkan sebuah persamaan yang kemudian akan ke dalam bentuk algoritma.
2.1 Proses Pengumpulan Data
Terdapat beberapa tahapan dalam proses pengumpulan data sampel, diawali dengan proses pengambilan data air laut di lahan produksi garam, kriteria air laut yang dijadikan sebagai data awal harus jernih dan tidak memiliki campuran partikel lumpur, dan apabila terdapat campuran partikel lumpur, perlu dilakukan pengendapan sehingga terpisah antara air laut dan partikel lumpur. Setelah itu dilakukan proses evaporasi terhadap data sampel, evaporasi merupakan sebuah proses pembentukan kristal garam dari air laut melalui cara penguapan, dalam penelitian ini dilakukan proses evaporasi dengan menggunakan panas matahari. Terahir dilakukan proses pengukuran terhadap data sampel sehingga dihasilkan sebanyak 10 data, terdapat tiga alat yang digunakan yaitu baumemeter untuk mengukur kepekatan dan Refraktometer untuk mengukur salinitas air laut, dan sensor YL-69 untuk mengetahui nilai resistnsi pada larutan air laut. Ketiga data tersebut kemudian dijadikan sebagai data awal dalam penelitian ini.
2.2 Proses Analisis Data
Data yang didapat dari proses pengumpulan data selanjutnya dianalisis menggunakan metode statistik untuk mengetahui hubungan antara data salinitas dan resistensi air garam. proses analisis dilakukan dengan melihat data yang telah dikonversi dalam bentuk kurva yang bertujuan untuk mempermudah dan melihat hubungan antara kedua data tersebut. proses ini akan menghasilkan sebuah persamaan dimana di dalamnya terdapat sebuah variable konstanta yang menghubungkan antara nilai salinitas dan resistensi, selanjutnya persamaan tersebut digunakan dalam membuat algoritma dalam algoritma yang dimasukkan ke mikrokontroller. Untuk mengetahui akurasi prediksi yang dihasilkan oleh algoritma yang telah dibuat dilakukan perbandingan nilai prediksi dengan nilai aktual yang dihasilkan dengan pengukuran langsung menggunakan Baumemeter. Akurasi diketahui dengan mengetahui tingkat error dihasilkan, Mean Square Error (MSE) dan Mean Absolute Error (MAE) digunakan mengetahui tingkat error tersebut.
Dimana ;
MSE = Tingkat Kesalahan (MSE) = Nilai aktual
= Nilai prediksi
= Jumlah banyaknya data
Dimana ;
MAE = Tingkat Kesalahan (MAE) = Nilai aktual
= Nilai prediksi
= Jumlah banyaknya data
Gambar 1. Baumeter 2.3 Alat dan bahan
Terdapat beberapa alat yang dibutuhkan dalam pembutan sistem. (1) sensor YL-69 dengan Chip Comparator LM393 yang digunakan sebagai sensor untuk mengetahui kepekatan air laut, (2). Mirkrokontroller (Arduino Uno R3) (3) Power Suply sebagai input tegangan max 12 volt pada Mikrokontroller (4) i2C sebagai alat Konverter
penyederhana rangkaian untuk
menghubungkan mikrokontroller dengan LCD (5) LCD 14x2 sebagai alat display nilai sensor. Keempat alat tersebut terlihat pada gambar di bawah ini.
Gambar 2. Sensor YL 69 ( Chip Comparator LM393)
Gambar 3. Arduino Uno R3
Gambar
4. Power suply 12 Volt
Gambar 5. I2C Lcd 14x2
Gambar
6. LCD 14x2
2.4 Perancangan Sistem
Dalam penelitian ini dihasilkan sebuah alat utuk mengukur kepekatan air laut pada lahan produksi garam, alat yang dibangun masih berupa prototipe yang selanjutnya bisa dikembangkan lebih lanjut. Dibawah ini merupakan gambar perancangan sistem yang dibuat.
Gambar 7. Perancangan Sistem Pengukuran Salinitas
Pada gambar di atas, dijelaskan bahwa terdapat empat alat yang saling berkomunikasi antara lain, (1) sensor YL-69. Terdapat dua pin in yang bermuatan positif dan negative, pin in tersebut berfungsi sebagai media koneksi dengan probe, selain dua pin in, terdapat empat pin out antara lain pin VCC untuk tegangan bermuatan positif dengan besar tegangan 3 ~ 5 Volt, pin Gnd untuk tegangan bermuatan negative, pin D0 untuk ouput signal digital dan pin A0 untuk ouput signal analog, dalam penelitian ini pin out signal yang digunakan A0, karena yang diinginkan adalah berupa nilai analog dengan rentang nilai 0 ~ 1023. sensor YL-69 berfungsi untuk mengambil data kepekatan air laut berupa nilai resistensi dan disajikan dalam bentuk ADC (Analog Digital Converter), kemudian data tersebut diolah oleh mikrokontroler dalam hal ini (2) Arduino Uno R3. Terdapat tiga kelompok pin dalam Arduino Uno R3 antara lain (1) pin power yang terdiri dari pin tegangan 3.3 volt dan 5 volt, pin GND dan pin Vin untuk eksternal power (2) pin digital yang terdiri dari 14 pin dan diantaranya terdapat pin yang meliki fungsi ganda sebagai pwm, yaitu pin 3,5,6,9,10 dan 11. (3) pin analog berfungsi untuk menerima signal analog yang terdiri dari 6 pin A0 – A5, sedangkan mikrokontroller yang digunakan adalah ATMega328P. Dalam penelitian ini Arduino Uno R3 berfungsi untuk memproses nilai resistensi yang dihasilkan oleh sensor YL-69 diubah ke dalam nilai kepekatan dengan satuan baume (Be) menggunakan algoritma yang dibuat berdasarkan persamaan hasil dari analisa hubungan antara nilai kepekatan dan resistensi, selanjutnya nilai tersebut ditampilkan ke layar (3) LCD 16x2 yang digunakan dalam penelitian ini memiliki total 16 pin. delapan pin untuk komunikasi data (pin 7-14), dua untuk power dan ground (pin 1 dan 16), tiga
digunakan untuk mengontrol operasi LCD (pin 4-6), dan satu digunakan untuk mengatur kecerahan layar LCD (pin 3). pin 15 dan 16 berfungsi memberi daya pada lampu latar. untuk menyederhanakan rangkaian komunikasi antara Arduino Uno dengan LCD 14x2, digunakan (4) I2C model LCM1602 IIC sebagai jembatan penghubung rangkaian.
3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Untuk menghasilkan sebuah persamaan yang digunakan dalam membuat sebuah algoritma sehingga sistem yang dibangun dapat memprediksi nilai kepekatan secara tepat, diperlukan sebuah konstanta yang dimasukkan ke dalam persamaan. Untuk menghasilkan konstanta tersebut dilakukan sebuah analisis statistik dengan menggunakan nilai salinitas yang dihasilkan dari alat refraktometer (ppt) dibandingkan dengan nilai resistensi dalam bentuk ADC yang dihasilkan oleh sensor YL-69. Hasil pengukuran disajikan dalam table 4.1 di bawah ini.
Tabel 1. Hasil data pengukuran kepekatan (Baume) Refraktometer dan Resistensi
Nilai Baume Nilai Refraktometer Resistensi ADC 1 25 450 3 35 425 6 60 380 9 70 345 12 340 15 332 18 229 20 221 25 216 30 207
Hasil pengukuran disajikan dalam bentuk kurva dapat dilihat pada gambar di bawah ini.
Ganbar 8. Perbandingan nilai Resistensi (ADC), Kepekatan (Baume), Refraktometer
Berdasarkan dari data pada table 1 dan gambar 8 di atas, dapat dilihat bahwa hubungan antara nilai kepakatan air laut (baume) dan refraktometer yang dihasilkan dari pengukuran konvensional berbanding terbalik dengan nilai resistensi yang dihasilkan oleh sensor YL-69, semakin tinggi nilai kepekatan maka semakin rendah nilai resistensinya, sehingga membentuk kurva linear turun.
4. KESIMPULAN
Hasil dari penelitian ini, sensor YL-69 yang diintegrasikn dengan Arduino Uno tidak mampu melakukan pengukuran salinitas air laut untuk bahan produksi garam, meskipun terjadi perubahan nilai resistensi pada tingkat salinitas yang berbeda, nilai tersebut tidak akurat untuk dijadikan nilai salinitas dari hasil resistensinya karena alat ini sebenarya digunakan untuk mengukuran kelembaban tanah, jika alat ini tetap di paksakan untuk pengukuran salinitas garam maka sensor ini cepat korosi dan nilainya akan nihil namun terjadi perdaan antara nilai resistensi dengan BE dan refraktometer, semakin pekat air laut maka nilai resistensi semakin rendah dan jika semakin rendah tingkat kepekatan maka resistensi semakin tinggi, dari 10 kali percobaan yang dilakukan nilainya nihil. DAFTAR PUSTAKA
[1] Bakir, Bakir, et al. "Salinity and Sulphate Concentration Mapping and Analysis: Sea Surface at the Madura Island Context." E&ES 469.1 (2020):
012105.
Afroni, M. J., Elektro, M. T., Program, D., Teknik, S., Malang, U. I., & Pendahuluan, I. (2018). prototype sistem pengontrol temperature suhu dan kelembaban tanah pada budidaya seledri. [2] Al-Farzaq, A. A., & Wildian, W. (2017).
Perancangan Sistem Kontrol Temperatur dan Kelembaban Tanah pada Rumah Kaca Berbasis Mikrokontroler Arduino Uno. Jurnal Fisika Unand, 6(2), 113– 118. https://doi.org/10.25077/jfu.6.2.113-118.2017
[3] Bakir, Bakir, and Hozairi Hozairi.
"PENENTUAN PRIORITAS
LOKASI BUDIDAYA RUMPUT
LAUT DI KABUPATEN
SAMPANG MENGGUNAKAN
METODE TOPSIS." Jurnal
Mnemonic 1.1 (2018): 75-81.
rdeana Galih Mardika, R. K. (2019). Mengatur kelembaban tanah menggunakan sensor kelembaban tanah yl-69 berbasis arduino pada media tanam pohon gaharu. JOEICT (Jurnal of Education and Information Communication Technology), 03, 130–140.
