STMIK MUSIRAWAS Lubuklinggau 37
Rancang Bangun Monitoring pH Air Menggunakan Soil Moisture Sensor
di SMK N 1 Tebing Tinggi Kabupaten Empat Lawang
Antoni ZuliusProgram Studi Sistem Komputer, STMIK MUSIRAWAS, Lubuklinggau STMIK MUSIRAWAS; Jl. Jend. Besar H.M Soeharto Km. 13 Kel. Lubukkupang,
(0733) 3280300
e-mail: antoni.zulius@gmail.com
Abstrak
Air yang jernih belum tentu memiliki kadar pH (Puissance de Hydrogen) air yang ideal. Kadar pH yang ideal tentunya tidak terlalu asam dan tidak terlalu basa. Kadar pH normal air yang ideal pada suhu 25oC adalah = 7. Jika keasamannya bertambah harga [H] membesar dan harga pH pun turun dibawah 7. Sebaliknya jika basa, pH naik diatas 7. Nilai pH air yang normal adalah sekitar netral, yaitu antara pH 6-8. Sedangkan pH air yang terpolusi berbeda-beda, tergantung dari jenis buangannya. Harga pH merupakan ukuran untuk konsentrasi ion hidrogen dalam larutan akuatik. Harga pH menentukan apakah larutan bersifat basa, netral atau basa. Jika pH 0 sangat asam, pH 7 netral, pH 14 sangat basa. Harga pH dapat ditentukan dengan elektrometrik atau dengan indikator warna. Semakin banyak kandungan asam di dalam air, maka hal ini menjadi kurang baik bagi kesehatan, karena kandungan zat besi di dalam air kadar pH nya tinggi. Pihak SMK Negeri 1 Tebing Tinggi belum memiliki suatu sistem atau perangkat yang dapat digunakan untuk menentukan kadar kebersihan air tersebut. Untuk itulah, diperlukan suatu sistem yang dapat mengindikasikan dan mendeteksi kadar pH di dalam air. Sistem ini dapat dibangun menggunakan sensor soil moisture yang berguna untuk mendeteksi drajat keasaman. Sensor ini menghasilkan output analog yang akan diproses menggunakan arduino. Hasil dari pembacaan sensor ini akan dihubungkan dengan buzzer dan LCD Display sebagai hasil indikasinya.
Kata kunci— Arduino, Soil Moisture Sensor, Monitoring
Abstract
Clear water does not necessarily have ideal pH (Puissance de Hydrogen) water levels. The ideal pH level is certainly not too acidic and not too alkaline. The ideal normal water pH level at 25 ° C is = 7. If the acidity increases the price of [H] increases and the pH value falls below 7. On the contrary if base, the pH rises above 7. The normal water pH value is approximately neutral, ie between pH 6-8. While the polluted water pH varies, depending on the type of discharge. The pH value is a measure for the concentration of hydrogen ions in aqueous solutions. The pH price determines whether the solution is basic, neutral or alkaline. If pH 0 is very acidic, pH 7 is neutral, pH 14 is very alkaline. The pH price can be determined by electrometric or by color indicator. The more acidic content in the water, then it becomes less good for health, because the content of iron in the water has a high pH content. Party SMK Negeri 1 Tebing Tinggi does not have a system or device that can be used to determine the level of cleanliness of water. For this reason, we need a system that can indicate and detect pH levels in the water. This system can be built using soil moisture sensors that are useful for detecting acidity. This sensor produces an analog output to be processed using an arduino. The results of these sensor readings will be linked to the buzzer and LCD Display as a result of the indication.
I. PENDAHULUAN
Mikrokontroler kini semakin
berkembang pesat dan semakin banyak diminati dalam aplikasi sistem kendali.
Bahkan saat ini sudah banyak
mikrokontroler yang sudah dalam bentuk modul. Salah satu modul mikrokontroler yang banyak digunakan adalah arduino. Arduino adalah jenis suatu papan yang berisi mikrokontroler. Arduino menjadi sangat popular dalam beberapa tahun ini
dikarenakan penggunaaannya yang
sederhana dan mudah untuk di rancang sesuai dengan kebutuhan yang ada.
SMK Negeri 1 Tebing Tinggi Empat Lawang merupakan suatu institusi Pendidikan Menengah Kejuruan yang ada di Kabupaten Empat Lawang.. Sebagai
institusi pendidikan, tentunya sistem
sanitasi lingkungan menjadikan prioritas yang utama. Kebersihan air juga menjadi sorotan.
Air yang jernih belum tentu
memiliki kadar pH (Puissance de
Hydrogen) air yang ideal. Kadar pH yang ideal tentunya tidak terlalu asam dan tidak terlalu basa. Kadar pH normal air yang ideal pada suhu 25oC adalah = 7. Jika
keasamannya bertambah harga [H]
membesar dan harga pH pun turun dibawah 7. Sebaliknya jika basa, pH naik diatas 7. Nilai pH air yang normal adalah sekitar netral, yaitu antara pH 6-8. Sedangkan pH air yang terpolusi berbeda-beda, tergantung
dari jenis buangannya. Harga pH
merupakan ukuran untuk konsentrasi ion hidrogen dalam larutan akuatik. Harga pH menentukan apakah larutan bersifat basa, netral atau basa. Jika pH 0 sangat asam, pH 7 netral, pH 14 sangat basa. Harga pH dapat
ditentukan dengan elektrometrik atau
dengan indikator warna. Semakin banyak kandungan asam di dalam air, maka hal ini menjadi kurang baik bagi kesehatan, karena kandungan zat besi di dalam air kadar pH nya tinggi.
Pihak SMK Negeri 1 Tebing Tinggi belum memiliki suatu sistem atau perangkat yang dapat digunakan untuk menentukan kadar kebersihan air tersebut. Untuk itulah,
diperlukan suatu sistem yang dapat
mengindikasikan dan mendeteksi kadar pH di dalam air. Sistem ini dapat dibangun menggunakan sensor soil moisture yang berguna untuk mendeteksi drajat keasaman. Sensor ini menghasilkan output analog yang akan diproses menggunakan arduino. Hasil dari pembacaan sensor ini akan dihubungkan dengan buzzer dan LCD Display sebagai hasil indikasinya.
II. METODE PENELITIAN
2.1 Pengertian pH (Puissance de Hydrogen)
pH adalah derajat keasaman yang
digunakan untuk menyatakan tingkat
keasaman atau kebasaan yang dimiliki oleh suatu larutan [1]. Ia didefinisikan sebagai kologaritma aktivitas ion hidrogen (H+) yang terlarut. Koefisien aktivitas ion
hidrogen tidak dapat diukur secara
eksperimental, sehingga nilainya
didasarkan pada perhitungan teoretis. Skala pH bukanlah skala absolut. Ia bersifat relatif terhadap sekumpulan larutan standar
yang pH-nya ditentukan berdasarkan
persetujuan internasional.
Konsep pH pertama kali
diperkenalkan oleh kimiawan Denmark Søren Peder Lauritz Sørensen pada tahun 1909. Tidaklah diketahui dengan pasti makna singkatan "p" pada "pH". Beberapa rujukan mengisyaratkan bahwa p berasal dari singkatan untuk power p (pangkat), yang lainnya merujuk kata bahasa Jerman Potenz (yang juga berarti pangkat), dan ada pula yang merujuk pada kata potential. Jens Norby mempublikasikan sebuah karya ilmiah pada tahun 2000 yang berargumen bahwa p adalah sebuah tetapan yang berarti "logaritma negatif".
Air murni bersifat netral, dengan pH-nya pada suhu 25 °C ditetapkan sebagai 7,0. Larutan dengan pH kurang daripada tujuh disebut bersifat asam, dan larutan dengan pH lebih daripada tujuh dikatakan bersifat basa atau alkali. Pengukuran pH sangatlah penting dalam bidang yang terkait dengan kehidupan atau industri pengolahan kimia seperti kimia, biologi, kedokteran,
pertanian, ilmu pangan, rekayasa
STMIK MUSIRAWAS Lubuklinggau 39
bidang-bidang sains dan teknologi lainnya juga memakai meskipun dalam frekuensi yang lebih rendah.
2.2 Soil Moisture Sensor
Soil Moisture Sensor FC-28 adalah
sensor kelembaban yang dapat mendeteksi kelembaban dalam tanah [1]. Sensor ini sangat sederhana, tetapi ideal untuk memantau taman kota, atau tingkat air pada tanaman pekarangan. Sensor ini terdiri dua probe untuk melewatkan arus melalui tanah, kemudian membaca resistansinya
untuk mendapatkan nilai tingkat
kelembaban. Semakin banyak air membuat tanah lebih mudah menghantarkan listrik (resistansi kecil), sedangkan tanah yang kering sangat sulit menghantarkan listrik
(resistansi besar). Sensor ini sangat
membantu untuk mengingatkan tingkat kelembaban pada tanaman atau memantau kelembaban tanah.
Soil Moisture Sensor FC-28
memiliki spesifikasi tegangan input sebesar 3.3V atau 5V, tegangan output sebesar 0 – 4.2V, arus sebesar 35 mA, dan memiliki value range ADC sebesar 1024 bit mulai dari 0 – 1023 bit.
Gambar 1. Soil Moisture Sensor
2. 3 Arduino
Arduino adalah kit elektronik atau papan rangkaian elektronik open source yang di dalamnya terdapat komponen utama yaitu sebuah chip mikrokontroler dengan jenis AVR dari perusahaan Atmel [2].
Beberapa keunggulan yang dimiliki oleh Arduino antara lain:
1. Tidak perlu perangkat chip
programmer karena di dalamnya sudah ada bootloader yang akan menangani
upload program dari komputer.
2. Sudah memiliki sarana komunikasi USB, sehingga pengguna laptop yang tidak memiliki port serial/RS323 bisa menggunakannya.
3. Bahasa pemrograman relatif mudah karena software Arduino dilengkapi dengan kumpulan library yang cukup lengkap.
4. Memiliki modul siap pakai (shield) yang bisa ditancapkan pada board
Arduino. Misalnya shield GPS,
Ethernet, SD Card, dan lain-lain.
Bahasa pemrograman Arduino
adalah bahasa C. Tetapi bahasa ini sudah dipermudah menggunakan fungsi-fungsi yang sederhana sehingga pemula pun bisa mempelajarinya dengan cukup mudah.
Papan Arduino UNO menggunakan mikrokontroler ATmega328P. Papan ini mempunyai 14 pin input/output digital (enam diantaranya dapat digunakan untuk output PWM), enam buah input analog, 16 MHz crystal oscillator, sambungan USB, ICSP header, dan tombol reset. Hampir semua yang dibutuhkan untuk mendukung
mikrokontroler sudah tersedia,
penggunaannya cukup dengan
menghubungkan ke komputer dengan menggunakan kabel USB atau dengan memberikan daya menggunakan adapter AC ke DC atau dengan baterai.
Gambar 2. Arduino Board
Arduino UNO ini memiliki
perbedaan dengan papan-papan Arduino yang lain, dimana pada versi-versi Arduino sebelumnya digunakan chip FTDI
USB-to-serial, namun pada Arduino UNO
digunakan ATmega8U2 yang diprogram sebagai converter USB-to-serial. Kata “UNO” merupakan bahasa Italia yang
artinya adalah satu, dan diberi nama demikian sebagai penanda peluncuran Arduino 1.0. ArduinoUNO merupakan versi yang paling baru hingga saat ini dari kelompok papan Arduino USB.Arduino
UNO bersama dengan Arduino 1.0
selanjutnya menjadi acuan untuk
pengembangan Arduino versi selanjutnya.
Gambar 3. ATMega328P Mapping
Arduino UNO mempunyai
beberapa fasilitas untuk dapat
berkomunikasi dengan komputer, Arduino lain, atau dengan mikrokontroler lain. Mikrokontroler ATmega328P pada Arduino UNO menyediakan komunikasi serial UART TTL (5V), yang tersedia pada pin 0 (RX) dan 1 (TX). ATmega8U2 pada papan Arduino UNO menyalurkan komunikasi serial ini melalui USB dan dilihat hadir sebagai com port virtual pada software di komputer. Firmware dari Atmega8U2 menggunakan driver USB COM standar, dan tidak dibutuhkan driver eksternal. Software Arduino memiliki serial monitor yang memungkinkan data teks sederhana dikirim ke dan dari Arduino. LED RX dan TX akan berkedip ketika data sedang ditransmisikan melalui chip USB-to-serial. ATmega328P juga mendukung komunikasi I2C (TWI) dan SPI. Software Arduino mempunyai library Wire dan SPI untuk menyederhanakan penggunaan bus I2C dan komunikasi SPI.
2. 4 Arduino IDE
Arduino IDE adalah sebuah editor yang digunakan untuk menulis program, meng-compile, dan mengunggah ke papan
Arduino [3]. Arduino Development
Environment terdiri dari editor teks untuk
menulis kode, area pesan, console teks,
toolbar dengan tombol-tombol untuk fungsi
umum, dan sederetan menu.
Software yang ditulis menggunakan
Arduino dinamakan sketches. Sketches ini ditulis di editor teks dan disimpan dengan
file yang berekstensi .ino. Editor teks ini
mempunyai fasilitas untuk cut/paste dan
search/replace. Area pesan berisi umpan
balik ketika menyimpan dan mengunggah
file, dan juga menunjukkan jika terjadi error.
2. 5 Prototype Model
Prototype adalah model atau
simulasi dari semua aspek produk
sesungguhnya yang akan dikembangkan
yang dimana model tersebut harus
representatif dari produk akhirnya [4].
Gambar 4. Prototype Model
Penjelasan setiap tahapan dalam Prototype : 1. Pengumpulan kebutuhan
Pelanggan dan pengembang
bersama-sama mendefinisikan format dan
kebutuhan keseluruhan perangkat lunak, mengidentifikasikan semua kebutuhan, dan garis besar sistem yang akan dibuat. 2. Membangun prototyping
Membangun prototyping dengan
membuat perancangan sementara yang
berpusat pada penyajian kepada
pelanggan (misalnya dengan membuat input dan contoh outputnya).
3. Evaluasi prototyping
Evaluasi ini dilakukan oleh pelanggan
apakah prototyping yang sudah
dibangun sudah sesuai dengan keinginan pelanggan. Jika sudah sesuai maka
STMIK MUSIRAWAS Lubuklinggau 41
langkah keempat akan diambil. Jika tidak, maka prototyping diperbaiki dengan mengulang langkah 1, 2 , dan 3. 4. Konstruksi (Pembangunan) sistem
Dalam tahap ini prototyping yang sudah disepakati diterjemahkan ke dalam pembangunan sistem yang sesuai. 5. Menguji sistem
Setelah sistem sudah menjadi suatu sistem yang siap pakai, harus dites dahulu sebelum digunakan. Pengujian
ini dilakukan dengan pengujian
fungsional sistem, pengujian arsitektur dan lain-lain.
6. Evaluasi Sistem
Pelanggan mengevaluasi apakah sistem yang sudah jadi sudah sesuai dengan yang diharapkan. Jika sudah, maka langkah ketujuh dilakukan, jika belum maka mengulangi langkah 4 dan 5. 7. Menggunakan sistem
Sistem yang telah diuji dan diterima pelanggan siap untuk digunakan.
2.6 Analisis Perancangan Sistem 2.6.1 Alat dan Bahan
a. Soil Moisture Sensor b. Arduino Modul c. LCD Matrik 16 x 2 2.6.2 Desain Sistem
Desain sistem pintu otomatis
menggunakan android ini, terdiri dari beberapa desain utama, antara lain :
1. Desain Catu Daya
Digunakan untuk sumber daya listrik yang akan digunakan oleh modul Arduino dan juga sensor PIR (Passive
Infrared Receiver).
2. Desain Perangkat Input
Meliputi desain soil moisture sensor 3. Desain Perangkat Proses
Meliputi desain modul ardoino. 4. Desain Perangkat Output
Meliputi unit display LCD 16 x 2. Untuk lebih jelasnya, dapat dilihat pada blok diagram dibawah ini :
Perangkat Input (Soil Moisture Sensor) Perangkat Proses (Arduino) Perangkat Output (Buzzer dan LCD)
Gambar 5. Blok Diagram Sistem Dari blok diagram diatas, maka dapat didesain suatu sistem monitoring pH air menggunakan moisture sensor. Untuk dapat mengaktifkan buzzer dan LCD Display, maka pH air yang terukur harus berada dibawah nilai pH 6 dan diatas pH 8. Untuk lebih jelasnya, maka dapat dilihat dari gambar berikut :
Moisture
Sensor Arduino Buzzer
Digunakan sebagai Input, perangkat yang dapat
mengukur pH air
Digunakan sebagai proses, mengolah hasil dari sensor kemudian diteruskan ke output
Digunakan sebagai Indikator. Buzzer akan menyala ketika pH air berada dibawah level normal
LCD Matriks Digunakan sebagai Indikator.
Untuk Menampilkan Hasil Pembacaan Sensor
Gambar 6. Desain Sistem Pendeteksi Ph Air
2.6.3 Perancangan Sistem
Rangkaian ini menghubungkan modul arduino dengan sensor Soil Moisture. Dalam merangkai rangkaian ini, digunakan kabel jumper yang terhubung dengan menggunakan breadboard.
Gambar 7. Rangkaian Arduino dengan Soil
Moisture Sensor
Berikut keterangan konfigurasi rangkaian arduino dengan sensor soil moisture. (1) Pin Vcc Pada Sensor dihubungkan ke
Pin 5V pada Arduino.
(2) Pin Out pada Sensor dihubungkan ke Pin A0 Pada Arduino.
(3) Pin GND pada Sensor dihubungkan ke Pin GND pada Arduino
Rangkaian Arduino dengan Buzzer dan LCD Display
Rangkaian ini menghubungkan antara unit proses arduino dengan output buzzer. Dalam merangkai rangkaian ini, digunakan kabel jumper yang terhubung dengan menggunakan breadboard.
Gambar 8. Rangkaian Arduino dengan Buzzer
Pada rangkaian buzzer, pin Vcc merupakan input dari arduino dimana arduino mengirimkan sinyal kepada buzzer untuk aktif. Output dari arduino berada pada port B dengan pin B7. Sedangkan pin buzzer yang satu lagi merupakan pin ground yang tinggal kita hubungkan ke GND arduino.
Untuk rangkaian Arduino dengan tampilan LCD dapat dilihat pada rangkaian dibawah ini :
Gambar 9. Rangkaian Arduino dengan LCD
Display
2.6.4 Implementasi Sistem
Setelah melakukan perancangan
sistem, tahapan selanjutnya yaitu
mengimplementasikan sistem agar tercipta
suatu sistem monitoring pH air
menggunakan sensor soil moisture dan
arduino. Implementasi sistem dibangun berupa prototype sistem.
Berikut prototype dari
implementasi sistem monitoring pH air menggunakan soil moisture sensor dan Arduino Uno ini.
Gambar 10. Prototyping Implementasi Sistem Monitoring pH air
III. HASIL DAN PEMBAHASAN
Pembahasan yang dimaksud disini adalah penerapan dari hasil implementasi sistem yang telah dirancang. Pembahasan tidak terlepas dari hasil pengujian terhadap sistem, yaitu untuk menguji apakah sistem monitoring pH air menggunakan sensor soil moisture ini memang benar-benar layak diimplementasikan ke dalam sistem.
1. Pengujian Pada Rangkaian Sensor Soil
Moisture
Pengujian sensor ini untuk mengetahui sensor dapat bekerja saat mendeteksi kadar
drajat keasaman dari masing-masing
larutan. Pengujian ini dilakukan dengan cara mengukur tegangan yang dikeluarkan oleh sensor.
Tabel 1. Hasil Pengukuran Sensor Soil Moisture
No Nama Cairan Output Sensor
pH (mV)
1 Coke 345.79
2 Orange Water 313.03
3 Air 141.86
Pengukuran dari tabel 1 diatas
menggunakan multimeter digital merek sanwa. Dari hasil pengukuran diatas, maka dapat disimpulkan bahwa sensor soil
STMIK MUSIRAWAS Lubuklinggau 43
Pengujian dilakukan dengan 3 jenis cairan yang berbeda, yaitu Minuman Coke, Orange Water, dan Air. Dari ketiga jenis cairan tersebut, didapat hasil pengukuran
sensor yang berbeda pula. Hasil
pengukuran menunjukkan bahwa tegangan yang paling besar yaitu pada cairan coke dengan output sebesar 345.79 mV, Orange Water sebesar 313.03 mV, dan air sebesar 141.86 mV.
2. Pengujian Terhadap Unit Output LCD Display
Pengujian terhadap unit output
dimaksudkan untuk mengetahui apakah LCD Display dapat menampilkan kadar pH dari hasil pengukuran cairan. Tabel berikut
menunjukkan hasil dari pengukuran
tersebut.
Tabel 2. Hasil Pengujian Output Terhadap LCD Display
No Nama Cairan pH Ket
1 Coke 3.16 Asam
2 Orange Water 4.11 Asam
3 Air 7.19 Basa
Hasil pengujian diatas menunjukkan bahwa tampilan LCD display berhasil dengan baik. drajat keasaman yang tinggi terletak pada minuman coke dengan pH sebesar 3.16 (semakin rendah pH yang terbaca, maka drajat keasaman suatu cairan akan semakin tinggi), kemudian minuman orange water dengan pH 4.11. Untuk air dengan pH sebesar 7.19 bersifat basa.
IV. KESIMPULAN
Setelah alat monitoring pH air ini direalisasi, kemudian diuji, maka dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut :
1. Alat monitoring pH air terdiri atas
perangkat keras (Hardware) dan
perangkat lunak (Software). Perangkat ini terdiri dari beberapa rangkaian yaitu:
a. Rangkaian Catu Daya.
b. Rangkaian Arduino dengan Sensor
Soil Moisture
c. Rangkaian Arduino dengan Buzzer d. Rangkaian Arduino dengan LCD Matriks 16 x 2.
2. Sistem monitoring ini dapat membantu
untuk memonitoring pH air sehingga dapat mengetahui apakah air yang ada memiliki kadar keasaman yang normal atau tidak.
3. pH yang ideal untuk air yang bersih
yaitu 6<pH<8.
V. SARAN
Kepada semua pihak yang berniat untuk mengadakan penelitian dengan alat serupa, disarankan untuk memberikan tambahan antara lain :
1. Pengembangan unit output dapat menggunakan display yang lebih canggih sehingga tampilan gambar yang dihasilkan dapat maksimal. 2. Pengembangan sistem yang dengan
menambahkan sensor lain lebih
sensitif, sehingga hasil yang
didapatkan lebih akurat.
VI. UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis mengucapkan terima kasih
kepada Pihak STMIK Musirawas
Lubuklinggau yang telah memberi
dukungan baik moril maupun materiil terhadap penelitian ini.
VII. DAFTAR PUSTAKA
Kadir, A 2015, Buku Pintar Pemrograman
Arduino, Penerbit Mediacom,
Yogyakarta.
Malvino A.P 2013, Prinsip-Prinsip
Elektronika, Salemba. Teknika, Jakarta.
Rusmady, D 2013, Mengenal Komponen
Elektronika, Pionir Jaya, Bandung.
Pressman, R 2013, Software Enginering (A
Practitioner’s Approach), McGraw-Hill Higher Companies. Seventh Edition, New
