PENGONTROL KUALITAS AIR TAMBAK MENGGUNAKAN METODE FUZZY LOGIC DAN KONTROL ON-OFF
UNTUK BUDIDAYA UDANG WINDU
TUGAS AKHIR
Disusun Oleh :
Nama : Edy Poerwanto
NIM : 09.41020.0058
Program : S1 (Strata Satu)
Jurusan : Sistem Komputer
SEKOLAH TINGGI
MANAJEMEN INFORMATIKA & TEKNIK KOMPUTER
SURABAYA
ABSTRAK
Beberapa pengusaha tambak udang windu telah melakukan sirkulasi airdan
menyalakan kincir air, sehingga dapat menjaga kondisi air tambak. Petani tambak
menyalakan kincir air setiap saat, sedangkan untuk pompa air dinyalakan ketika
mereka mendapati udang mengambang. Metode ini tentu saja berdampak pada
pertumbuhan udang dan dapat merugikan petani tambak. Sehingga pemantuan
kondisi air tambak dan pengontrolan air tambak secara terus menerus diperlukan
untuk menjaga kualitas air tambak.Pada proses pemantuan dan pengontrolan
menggunakan 2 buah sensor dan 3 buah aktuator. Sistem ini menggunakan sensor
temperatur dan pH sebagai input sistem, sedangkan untuk aktuator sistem
menggunakan kincir air, keran kapur, dan pompa air.
Dengan menggunakan sensor pH dan temperatur maka proses pemantuan
dan kontrol kualitas air menajdi lebih baik. Aktuator kincir air, keran kapur, dan
pompa air dapat mengubah kualitas air tambak menjadi lebih baik. Dengan
menggunakan keran kapur dan pompa air perubahan pH asam 6.65 menjadi
normal 7.2 dapat dicapai dalam waktu 14 menit. Sedangkan penggunaan kincir air
dapat merubah temperatur 39°C ke 32°C dalam waktu kurang lebih 16 menit.
Dengan demikian sistem ini dapat memfasilitasi petani untuk mengantisipasi
perubahan signifikan dalam kualitas air, sehingga petani ikan akan mendapatkan
hasil yang maksimal pada saat panen.
DAFTAR ISI
DAFTAR GAMBAR ... xii
DAFTAR LAMPIRAN ... xiv
BAB I PENDAHULUAN ... 1
1.6 Sistematika Penulisan ... 4
BAB II LANDASAN TEORI ... 6
2.1 Biologi udang windu ... 6
2.1.1 Klasifikasi Udang Windu ... 8
2.1.2 Morfologi Udang Windu ... 8
2.2 Kualitas air tambak ... 9
2.2.1 Temperatur... 11
2.2.2 pH ... 13
2.3 Sensor Temperatur ... 16
2.5 Microcontroller ... 19
2.5.1 Fitur ATmega16 ... 20
2.5.2 ADC ATmega16 ... 21
2.6 Modul LCD 16x2 ... 22
2.7 Motor DC ... 24
2.8 Rangkaian Driver Motor ... 25
2.9 Rangkaian Driver Relay ... 26
2.10 Penelitian Terdahulu ... 27
2.11 Fuzzy Logic ... 28
2.11.1Himpunan Fuzzy ... 29
2.11.2Aturan if–then Fuzzy ... 32
2.11.3Sistem Inferensi Fuzzy ... 33
BAB III METODE PENELITIAN ... 37
3.1 Model Penelitian ... 37
3.2 Prosedur Penelitian ... 39
3.3 Cara Kerja Sistem Secara Keseluruhan ... 40
3.4 Perancangan Hardware ... 40
3.4.1 Rangkaian Sistem Minimum ... 40
3.4.2 Rangkaian Driver Motor ... 42
3.4.3 Rangkaian LCD ... 43
3.4.4 RangkaianDriver Relay ... 45
3.4.5 Sensor pH ... 46
3.4.6 Sensor Temperatur ... 46
3.4.8 Pompa Air ... 47
3.4.9 Kincir air ... 48
3.4.10Miniatur Tambak ... 48
3.5 Perancangan Program ... 49
3.5.1 Blok Baca Sensor... 50
3.5.2 Blok Perhitungan Nilai Temperatur dan pH ... 50
3.5.3 Blok Fuzzy Logic Kincir... 51
3.5.4 Blok Fuzzy Logic Keran ... 54
3.6 Prosedur Evaluasi ... 56
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN... 59
4.1 Pengujian Sistem Minimum ... 59
4.1.1 Tujuan ... 59
4.1.2 Alat yang digunakan ... 59
4.1.3 Prosedur Pengujian ... 59
4.1.4 Hasil Pengujian Sistem Minimum ... 62
4.2 Pengujian LCD ... 63
4.2.1 Tujuan ... 63
4.2.2 Alat yang digunakan ... 63
4.2.3 Prosedur Pengujian ... 63
4.2.4 Hasil Pengujian LCD ... 64
4.3 Pengujian Sensor Temperatur ... 65
4.3.1 Tujuan ... 65
4.3.2 Peralatan yang Digunakan ... 65
4.3.4 Hasil PengujianSensor Temperatur ... 67
4.4 Pengujian Sensor pH ... 68
4.4.1 Tujuan ... 68
4.4.2 Alat yang Digunakan ... 68
4.4.3 Prosedur Pengujian ... 69
4.4.4 Hasil PengujianSensor pH ... 69
4.5 Pengujian Secara Keseluruhan ... 70
4.5.1 Tujuan ... 70
4.5.2 Alat yang digunakan ... 71
4.5.3 Prosedur Pengujian ... 71
4.5.4 Hasil Pengujian Secara Keseluruhan ... 72
BAB V PENUTUP ... 78
5.1 Simpulan ... 78
5.2 Saran ... 78
DAFTAR ISI
DAFTAR GAMBAR ... xii
DAFTAR LAMPIRAN ... xiv
BAB I PENDAHULUAN ... 1
1.6 Sistematika Penulisan ... 4
BAB II LANDASAN TEORI ... 6
2.1 Biologi udang windu ... 6
2.1.1 Klasifikasi Udang Windu ... 8
2.1.2 Morfologi Udang Windu ... 8
2.2 Kualitas air tambak ... 9
2.2.1 Temperatur... 11
2.2.2 pH ... 13
2.3 Sensor Temperatur ... 16
ABSTRAK ... .iv
KATA PENGANTAR ... v
DAFTAR ISI ... .vii
DAFTAR TABEL... xi
DAFTAR GAMBAR ... xii
DAFTAR LAMPIRAN ... xiv
BAB I PENDAHULUAN ... 1
1.6 Sistematika Penulisan ... 4
BAB II LANDASAN TEORI ... 6
2.1 Biologi udang windu ... 6
2.1.1 Klasifikasi Udang Windu ... 8
2.1.2 Morfologi Udang Windu ... 8
2.2 Kualitas air tambak ... 9
2.2.1 Temperatur... 11
2.2.2 pH ... 13
2.3 Sensor Temperatur ... 16
2.4 Sensor pH ... 17
2.5 Microcontroller ... 19
2.5.2 ADC ATmega16 ... 21
2.6 Modul LCD 16x2 ... 22
2.7 Motor DC ... 24
2.8 Rangkaian Driver Motor ... 25
2.9 Rangkaian Driver Relay ... 26
2.10 Penelitian Terdahulu ... 27
2.11 Fuzzy Logic ... 28
2.11.1Himpunan Fuzzy ... 29
2.11.2Aturan if–then Fuzzy ... 32
2.11.3Sistem Inferensi Fuzzy ... 33
BAB III METODE PENELITIAN ... 37
3.1 Model Penelitian ... 37
3.2 Prosedur Penelitian ... 39
3.3 Cara Kerja Sistem Secara Keseluruhan ... 40
3.4 Perancangan Hardware ... 40
3.4.1 Rangkaian Sistem Minimum ... 40
3.4.2 Rangkaian Driver Motor ... 42
3.4.3 Rangkaian LCD ... 43
3.4.4 RangkaianDriver Relay ... 45
3.4.5 Sensor pH ... 46
3.4.6 Sensor Temperatur ... 46
3.4.7 Keran Kapur ... 47
4.3.4 Hasil PengujianSensor Temperatur ... 67
4.4.1 Tujuan ... 68
4.4.2 Alat yang Digunakan ... 68
4.4.3 Prosedur Pengujian ... 69
4.4.4 Hasil PengujianSensor pH ... 69
4.5 Pengujian Secara Keseluruhan ... 70
4.5.1 Tujuan ... 70
4.5.2 Alat yang digunakan ... 71
4.5.3 Prosedur Pengujian ... 71
4.5.4 Hasil Pengujian Secara Keseluruhan ... 72
BAB V PENUTUP ... 78
5.1 Simpulan ... 78
5.2 Saran ... 78
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Masalah
Salah satu penyumbang devisa Indonesia dalam bidang perikanan adalah
udang. Pada Maret 2012 Indonesia menduduki peringkat ketiga setelah Thailand
dan Ekuador dengan nilai ekspor udang sebesar 6.453 MT di pasar Amerika, ini
belum termasuk ekspor untuk pasar di Jepang yang mencapai 2.660 MT. Beberapa
jenis udang yang diekspor adalah jenis vannamei, windu, dan jerbung. Untuk
udang windu memerlukan kondisi lingkungan tambak yang sesuai dengan
kebutuhan hidup dari udang-udang tersebut, sehingga memerlukan perhatian
khusus untuk proses pembudidayaan udang jenis ini agar pengusaha tambak
mendapatkan keuntungan yang maksimal. Kondisi lingkungan tambak bergantung
pada kualitas air yang ditentukan oleh beberapa parameter diantaranya adalah
temperatur, pH, salinitas, dan DO. (Indarwati, 2008)
Saat ini beberapa pengusaha tambak udang, telah melakukan beberapa cara
pengontrolan kualitas air tambak untuk budidaya udang, beberapa cara yang
mereka lakukan adalah dengan melakukan sirkulasi air menggunakan pompa air.
Cara ini dapat meningkatkan kualitas air tambak, dikarenakan proses sirkulasi air
akan membantu memperbaiki nilai DO, temperatur, salinitas, dan pH. Namun para
pengusaha tambak menggunakan parameter ternak sebagai acuan untuk
mengaktifkan pompa air. Para pengusaha tambak akan menyalakan pompa air
ketika mereka mendapati udang-udang mereka mengambang, ini menandakan
bahwa kadar oksigen dalam air terlalu sedikit. Dengan metode ini tentunya akan
menyebabkan pertumbuhan udang terganggu, karena kondisi air tambak yang
sering mengalami perubahan, sehingga udang menjadi stres karena kekurangan
oksigen. Udang yang stres memiliki kemungkinan kecil untuk bertahan hidup,
dengan demikian hasil panen menjadi tidak optimal.
Berdasarkan permasalahan di atas diperlukan suatu alat untuk proses
pemantauan parameter kualitas air dan pengontrolan aktuator yang dapat menjaga
kualitas air agar para pengusaha tambak dapat mendapatkan hasil yang maksimal
pada saat panen. Pemantuan kondisi air tambak diperlukan untuk melakukan
penanganan dengan cepat apabila terjadi perubahan kualitas air secara signifikan.
Pada proses pemantuan air tambak tentunya diperlukan beberapa sensor untuk
mengetahui parameter kualitas air, dengan menggunakan sensor temperatur dan
sensor pH. Pada Tugas Akhir ini akan dibuat sebuah alat yang dapat memantau
dan mengontrol kualitas air tambak dengan beberapa aktuator yang terintegrasi
dengan microcontroller menggunakan metode fuzzy logic untuk proses
pengambilan keputusan.
1.2 Perumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang di atas, dapat dirumuskan permasalahan yaitu:
1. Bagaimana merancang bangun sistem pemantuan temperatur dan pH
pada air tambak.
2. Bagaimana merancang bangun sistem kontrol pH dan temperatur pada
tambak udang windu.
3. Bagaimanakah teknik penggunaan kincir air agar dapat mengontrol nilai
temperatur pada air tambak.
4. Bagaimanakah teknik pemberian larutan kapurdan sirkulasi air agar dapat
mengontrol nilai pH air tambak.
1.3 Pembatasan Masalah
Dalampembuatan Tugas Akhir ini terdapat beberapa pembatasan masalah,
antara lain:
1. Pada Tugas Akhir ini hanya memantau 2 paramater air secara real-time
menggunakan sensor, parameter tersebut adalah temperatur dan pH.
2. Proses pengontrolan kualitas air menggunakan aktuator kincir air, keran
kapur, dan pompa air.
3. Proses pengontrolan aktuator kincir air dan keran kapur menggunakan
metode fuzzy logic.
4. Proses pengontrolan pompa air menggunakan metode on-off.
5. Sistem adalah miniatur tambak yang cenderung asam.
1.4 Tujuan
Dalam pembuatan alat pengontrol kualitas air tambak ini tentunya ada
beberapa tujuan yang menjadi tolak ukur keberhasilan alat ukur ini, adalah
sebagai berikut:
1. Dapat membuat rancang bangun sistem pemantuan temperatur dan pH pada
air.
2. Dapat membuat rancang bangun sistem pengontrol kualitas air untuk
tambak udang windu.
3. Mengetahui teknik penggunaan kincir air agar dapat mengontrol nilai
temperatur pada air tambak.
4. Dapat mengetahui teknik pemberian larutan basah agar dapat mengontrol
nilai pH air tambak.
1.5 Kontribusi
Penelitian Shiddiq dan Rahardjo dengan judul “Sistem Pemantuan
Temperatur dan pH Air Tambak yang Terintegrasi Dengan Data-logger”,
menggunakan data-logger sebagai acuan pemilik tambak dalam pengambilan
keputusan. Penelitian ini mengharuskan petani tambak memiliki kemampuan
untuk mencatat dan menganalisis data yang telah disimpan agar petani dapat
mengambil keputusan denganbaik. Sedangkan pada penelitian saat ini tidak hanya
memantau temperatur dan pH, melainkan dengan mengontrol kualitas air tambak
menggunakan 3 aktuator, sehingga kualitas air tambak menjadi stabil.
1.6 Sistematika Penulisan
Pada penulisan Laporan Tugas Akhir ini ditulis dengan sistematika
penulisan sebagai berikut :
BAB I : PENDAHULUAN
Pada bab ini dikemukakan hal–hal yang menjadi latar belakang,
perumusan masalah, batasan masalah, tujuan yang ingin dicapai,
manfaat serta sistematika penulisan laporan tugas akhir ini.
BAB II : LANDASAN TEORI
Pada bab ini dibahas teori yang berhubungan dengan Biologi udang
windu, kualitas air untuk tambak udang windu, sensor temperatur,
sensor pH, Microcontroller, dan fuzzy logic.
BAB III : METODE PENELITIAN
Pada bab ini dibahas mengenai penjelasan sistem keseluruhan beserta
detail dari blok diagram sistem yang dibuat,penjelasan perancangan
hardware dan program beserta detail cara kerjanya.
BAB IV : HASIL DAN PEMBAHASAN
Pada bab ini memaparkan berbagai macam percobaan yang dilakukan,
hasil-hasil yang didapatkan berserta solusi dari permasalahan yang
didapat. Selain itu disertai pula hasil uji coba perbagian dan juga uji
coba sistem secara keseluruhan.
BAB V : PENUTUP
Pada bab ini dibahas mengenai kesimpulan dari sistem terkait dengan
tujuan dan permasalahan yang ada, serta saran untuk pengembangan
sistem di masa mendatang.
BAB II
LANDASAN TEORI
2.1 Biologi udang windu
Udang windu (Panaeusmonodon Fab.) memiliki sifat-sifat dan ciri khas
yang membedakannya dengan udang-udang yang lain. Udang windu bersifat
Euryhaline, yakni secara alami bisa hidup di perairan yang berkadar garam
dengan rentang yang luas, yakni 5-45‰. Kadar garam ideal untuk pertumbuhan
udang windu adalah 19-35 ‰. Sifat lain yang juga menguntungkan adalah
ketahanannya terhadap perubahan temperatur yang dikenal sebagai eurythemal
(SuyantodanMujiman,2004).
Udang merupakan organisme yang aktif mencari makan pada malam hari
(nocturnal). Jenis makannya sangat bervariasi tergantung pada tingkatan umur
udang. Pada stadium benih, makanan utamany aadalah plankton (fitoplankton dan
zooplankton). Udang dewasa menyukai daging binatang lunak atau moluska
(kerang, tiram, siput), cacing, annelida yaitu cacing Polychaeta dan crustacea.
Dalam usaha budidaya, udang mendapatkan makanan alami yang tumbuh
ditambak, yaitu lumut, plankton, dan benthos. Udang akan bersifat kanibal bila
kekurangan makanan (Soetomo,1990).
Pada siang hari, udang hanya membenamkan diri pada lumpur maupun
menempelkan diri pada suatu benda yang terbenam dalam air (Soetomo,1990).
Apabila keadaan lingkungan tambak cukupbaik, udang jarang sekali
menampakkan diri pada siang hari. Apabila pada suatu tambak udang tampak
aktif bergerak di waktu siang hari, hal tersebut merupakan tanda bahwa ada
yang tidak sesuai. Ketidak sesuaian ini disebabkan oleh jumlah makanan yang
kurang, kadar garam meningkat, temperatur meningkat, kadar oksigen menurun,
atau pun karena timbulnya senyawa-senyawa beracun (Suyanto dan Mujiman,
2004).
Secara alami daur hidup udang panaeoid meliputi dua tahap, yaitu tahap di
tengah laut dan diperairan muara sungai (estuaria). Udang windu tumbuh menjadi
dewasa dan memijah di tengah laut. Telur udang yang telah dihasilkan kemudian
disimpan pada bagian punggung dari abdomen betina. Bila telur tersebut telah
matang dan siap untuk dibuahi maka dikeluarkan melalui saluran telur (oviduct)
yang terdapat pada bagian pangkal dari pasangan kaki jalan ketiga. Pada saat
telur dikeluarkan, secara bersamaan spermatofor dipecahkan oleh induk betina,
sehingga terjadilah pembuahan. Telur yang telah dibuahi akan menetas dalam
waktu 12 sampai 15 jam dan berkembang menjadi larva (Martosudarmo dan
Ranoemihardjo, 1980). Siklus hidup udang windu dapat dilihat pada Gambar 2.1.
Gambar 2.1 Siklus Hidup Udang Windu (Panaeusmonodon Fab.)
2.1.1 Klasifikasi Udang Windu
Dalam dunia internasional, udang windu dikenal dengan nama blacktiger,
tiger shrimp, atau tiger prawn. Adapun udang windu diklasifikasikan sebagai
berikut:
Tabel 2.1 Klasifikasi Udang Windu
Kingdom Animalia PHyllum Arthropoda Class Malacostraca Ordo Decapoda Family Panaeidae Genus Panaeus
Species Panaeus monodon Fabricus
2.1.2 Morfologi Udang Windu
Ditinjau dari morfologinya, tubuh udang windu (Panaeusmonodon Fab.)
terbagi menjadi dua bagian, yakni bagian kepala yang menyatu dengan bagian
dada (kepala-dada) disebut cepHalothorax dan bagian perut (abdomen) yang
terdapat ekor di bagian belakangnya. Semua bagian badan beserta
anggota-anggotanya terdiri dari ruas-ruas (segmen). Kepala-dada terdiri dari 13 ruas, yaitu
kepalanya sendiri 5 ruas dan dadanya 8 ruas. Sedangkan bagian perut terdiri atas
6 segmen dan 1 telson. Tiap ruas badan mempunyai sepasang anggota badan yang
beruas-ruaspula (Suyanto dan Mujiman, 2004).
Seluruh tubuh tertutup oleh kerang kaluar yang disebut eksoskeleton, yang
terbuat dari zat chitin. Bagian kepala ditutupi oleh cangkang kepala (karapaks)
yang ujungnya meruncing disebut rostrum. Kerangka tersebut mengeras, kecuali
pada sambungan-sambungan antara dua ruas tubuh yang berdekatan. Hal ini
memudahkan mereka untuk bergerak (Suyanto dan Mujiman, 2004). Udang betina
lebih cepat tumbuh dari pada udang jantan, sehingga pada umur yang sama tubuh
udang betina lebih besar dari pada udang jantan (Soetomo, 1990).
Gambar 2.2 Morfologi Udang Windu (Panaeusmonodon Fab.)
Bagian kepala-dada terdapat anggota-anggota tubuh lainnya yang
berpasang-pasangan, morfologi udang windu dapat dilihat pada Gambar 2.2.
Berturut-turut dari muka kebelakang adalah sungut kecil (antennula), sirip kepala
(scop Hocerit), sungut besar (antenna), rahang (mandibula), alat-alat pembantu
rahang (maxilla), dan kaki jalan (pereiopoda). Bagian perut terdapat lima pasang
kaki renang (pleopoda). Ujung ruas ke-6 arah belakang membentuk ujung ekor
(telson). Di bawah pangkal ujung ekor terdapat lubang dubur (anus).
2.2 Kualitas air tambak
Kualitas air merupakan salah satu faktor penentu keberhasilan budidaya
udang windu. Parameter kualias air yang penting pada budidaya udang windu
adalah kandungan oksigen terlarut, salinitas, temperatur, derajat keasaman (pH)
dan amoniak (Wickins, 1976).
Menurut Poernomo (1988) untuk pertumbuhan yang normal bagi udang,
kadar DO harus dalam batas optimum (4 – 7 mg/l). Lebih lanjut dikatakan bahwa
udang telah menunjukan gejala abnormal, dengan berenang ke permukaan pada
DO 2,1 mg/l pada temperatur 30 ºC, dan pada DO 3 mg/l walaupun udang tidak
memperlihatkan gejala abnormal tetapi masih di bawah kondisi optimum,
sehingga dalam jangka panjang akan mempengaruhi laju pertumbuhan udang.
Pengaruh pH pada budidaya udang jarang terjadi kecuali pada tambak yang
bertanah asam. Untuk standar kualitas air untuk budidaya udang windu dapat
dilihat pada Tabel 2.2.
Tabel 2.2 Kualitas Air Tambak Untuk budidaya Udang Windu, Ikan Bandeng, dan
Rumput Laut (Murachman dkk, 2010)
Parameter Minimum Maksimum Rata –rata
I. Kualitas Air
Total suspended solid(mg/l) 20,8 89,12 43,253
II. Kesuburan Air a.Phytoplankton :
i. Kelimpahan (ind/l) 3628 11533 7489
ii. Keanekaragaman 2,55140 3,69136 3,10711
iii. Keseragaman 0,869767 0,947648 0,91435
iv. Dominansi 0,087 0,218 0,14733
b.Zooplankton :
i. Kelimpahan (ind/l) 243 699 460
ii. Keanekaragaman 0,00144 1,58567 0,15402
iii. Keseragaman 0 1,003589 0,32033
2.2.1 Temperatur
Temperatur merupakan parameter yang dapat menentukan kualitas air
karena temperatur berpengaruh terhadap kandungan DO. Semakin besar
temperatur dan ketinggian serta semakin kecil tekanan atmosfer, kadar oksigen
terlarut semakin kecil (Jeffries dan Mills, 1996). Peningkatan temperatur dapat
menyebabkan penurunan kadar gas dalam air, misalnya O2, CO2, N2, CH4 (Haslam,
1995). Temperatur air dapat dihitung berdasar kan pada kesetimbangan energi
untuk setiap lapisan. Dinamika temperatur air tambak dapat dituliskan seperti pada persamaan 2.1 (Indarwati, 2008).
……….…….………(2.1)
dengan:
T = temperatur air tambak(°C)
Φin =laju perpindahan energi yang masuk ketambak (Watt)
Φout =laju perpindahan energi yang keluar tambak (Watt)
A =luas penampang tambak (m2)
z =kedalaman tambak (m)
ρ =kerapatan air tambak (kg/m3)
c =panas spesifikair tambak (J/kg°C)
Pada penelitian yang dilakukan oleh Katherin Indarwati, pembuatan modul
kontrol kualitas tambak udang sebagai sarana pembelajaran perbaikan teknik
budidaya udang (Indarwati, 2008) menjelaskan bahwa energi yang masuk ke
tambak adalah melalui panas matahari, reaksi biologi yang terjadi di dalam
tambak, dan daya aerator yang digunakan pada tambak, sumber panas pada
penelitiannya disimulasikan dengan sebuah heater.
Energi panas yang hilang dari tambak merupakan energi yang keluar
melalui konveksi/konduksi pada bagian sedimen tambak dan pertukaran panas
melalui antar-muka udara/cairan, seperti penggunaan aerator permukaan pada
tambak, sehingga laju perpindahan energi yang keluar dari tambak dapat dilihat
pada persamaan 2.2 dan 2.3 (Indarwati, 2008).
………(2.2)
dengan:
Ui = koefisien panas (W/m2°C)
Ta = temperatur lingkungan(°C)
Uw = koefisien perpindahan panas keseluruhan untuk dinding dan
dasar tambak(W/m2°C)
Ag =luas dinding dan dasar tambak
Te = temperatur tanah(°C)
N =jumlah aerator
Paer =daya aerator (W)
V =volume tambak (m3)
2.2.2 pH
pH adalah derajat keasaman yang digunakan untuk menyatakan tingkat
keasaman atau kebasaan yang dimiliki oleh suatu larutan. Ia didefinisikan sebagai
kologaritma aktivitas ion hidrogen (H+) yang terlarut. Koefisien aktifitas ion
hidrogen tidak dapat diukur secara eksperimental, sehingga nilainya didasarkan
pada perhitungan teoritis. Skala pH bukanlah skala absolut, melainkan bersifat
relatif terhadap sekumpulan larutan standar yang pH-nya ditentukan berdasarkan
persetujuan internasional. pH tambak akan cenderung asam hal ini dikarenakan
proses respirasi yang terjadi di dalam tambak menghasilan ion (H+) dengan
persamaan 2.4 (Indarwati, 2008).
….………(2.4)
Semakin banyak makhluk hidup yang bernafas di dalam tambak maka
akan semakin banyak ion H+ yang dihasilkan. Untuk mengurangi nilai ion H+,
perlu diberikan ion Hˉ yang berasal dari larutan kimia kapur. Pengapuran berguna
untuk memperbaiki keasaman (pH) dasar tambak. Dasar tambak yang ber-pH
rendah dapat menyebabkan rendahnya pH air tambak. Oleh karena itu, perbaikan
pH air tambak harus dimulai dari perbaikan pH tanah dasar tambak. Selain untuk
memperbaiki keasaman dasar tambak, kapur juga berfungsi sebagai desinfektan
dan penyedia unsur hara (fosfor) yang dibutuhkan plankton. Tanah dasar tambak
yang mengandung pirit harus direklamasi terlabih dahulu selama kurang lebih 4
bulan sebelum diberi kapur sejumlah 2-2,5 ton/ha (Suyanto, dkk 2009).
Kapur yang digunakan di tambak berfungsi untuk meningkatkan
kesadahan dan alkalinitas air membentuk sistem penyangga (buffer) yang kuat,
meningkatkan pH, desinfektan, mempercepat dekomposisi bahan organik,
mengendapkan besi, dan merangsang pertumbuhan plankton serta benthos
(Chanratchakoll, 1995).
Menurut Kordi dkk (2010), fungsi pengapuran antara lain:
1. Meningkatkan pH tanah dan air
2. Membakar jasad-jasad renik penyebab penyakit dan hewan liar
3. Mengikat dan mengendapkan butiran lumpur halus
4. Memperbaiki kualitas tanah
5. Kapur yang berlebihan dapat mengikat fosfat yang sangat dibutuhkan
untuk pertumbuhan plankton
Manfaat pengapuran menurut Murtidjo (1988) diantaranya:
1. Menormalkan asam-asam bebas dalam air, sehingga pH meningkat
2. Mencegah kemungkinan terjadinya perubahan pH air atau tanah yang
mencolok
3. Mendukung kegiatan bakteri pengurai bahan organik sehingga garam dan
zat hara akan terbebas.
4. Mengendapkan koloid yang melayang layang dalam air tambak
Perhitungan nilai pH pada tambak didasarkan pada hukum kesetimbangan
konsentrasi (H+) yang terjadi pada satu lapisan badan air tambak. Dengan
mengasumsikan nilai koefisien laju perubahan ion hidrogen kpH adalah fungsi
reaksi kimia yang terjadi pada badan air tambak, persamaan dinamika yang dapat
digunakan untuk memodelkan nilai pH air tambak dapat dilihat pada persamaan
2.5 dan 2.6 (Indarwati, 2008).
………..………...………(2.5)
………....(2.6)
dengan:
[H+] = konsentrasi ion hidrogen air tambak (kg/m3)
Qin = laju aliran volume air payau yang masuk ke tambak (m3/s)
[H+]in = konsentrasi ion hidrogen yang masuk ke tambak (kg/m3)
Qout = laju aliran volume air tambak yang keluar (m3/s)
kpH = koefisien laju perubahan ion hidrogen akibat reaksi kimia(1/s)
2.3 Sensor Temperatur
Sensor Suhu LM35 merupakan komponen elektronika yang diproduksi
oleh National Semiconductor. LM35 memiliki keakuratan tinggi dan kemudahan
perancangan jika dibandingkan dengan sensor suhu yang lain, LM35 juga
mempunyai keluaran impedansi yang rendah dan linieritas yang tinggi sehingga
dapat dengan mudah dihubungkan dengan rangkaian kendali khusus serta tidak
memerlukan penyetelan lanjutan.
Meskipun tegangan sensor ini dapat mencapai 30 volt akan tetapi yang
diberikan kesensor adalah sebesar 5 volt, sehingga dapat digunakan dengan catu
daya tunggal dengan ketentuan bahwa LM35 hanya membutuhkan arus sebesar 60
µA hal ini berarti LM35 mempunyai kemampuan menghasilkan panas
(self-heating) dari sensor yang dapat menyebabkan kesalahan pembacaan yang rendah
yaitu kurang dari 0,5 ºC pada suhu 25 ºC .
Temperatur
Gambar2.3 CaraKerjasensorLM35
Gambar2 . 3 menunjukan bentuk dari LM35 tampak depan. Dengan
jangkauan kerja dari 0 Volt sampai dengan 1,5 Volt tegangan operasi sensor
LM35 yang dapat digunakan antar 4 Volt sampai 30 Volt. Keluaran sensor ini
akan naik sebesar 10 mV setiap derajad celcius sehingga diperoleh persamaan
2.7.
V = tegangan keluaran sensor (Volt)
Berikut adalaha spesifikasi dari sensor LM35:
1. Dapat dikalibrasi langsung ke dalam besaran Celcius.
2. Faktor skala linier +10 mV/°C.
3. Tingkat akurasi 0,5 °C saat temperatur kamar (25 °C).
4. Jangkauan temperatur antara -55 °C sampai 150 °C.
5. Tegangan masukan 4Volt hingga 30 Volt.
6. Kerjakurang dari 60µ A.
7. Impedansi keluaran rendah 0,1Ω untuk beban 1mA (Texas Instrument, 2013).
2.4 Sensor pH
pH adalah satuan ukur yang menguraikan derajat tingkat kadar keasaman
atau kadar alkali dari suatu larutan. Unit pH diukur pada skala 0 sampai 14.
Istilah pH berasal dari “p” lambang matematika dari negatif logaritma, dan“H”
lambang kimia untuk unsur Hidrogen. Definisi yang formal tentang pH adalah
negatif logaritma dari aktivitas ion Hidrogen. Yang dapat dinyatakan dengan
persamaan 2.8:
………..……….(2.8)
pH dibentuk dari informasi kuantitatif yang dinyatakan oleh tingkat
keasaman atau basa yang berkaitan dengan aktivitas ion Hidrogen. Jika
konsentrasi [ ] lebih besar dari pada [ ], maka material tersebut bersifat
asam, yaitu nilai pH kurang dari 7. Jika konsentrasi [ ] lebih besar dari pada
[ ], maka material tersebut bersifat basa, yaitu dengan nilai pH lebih dari 7.
Pengukuran pH secara kasar dapat menggunakan kertas indikator pH
dengan mengamati perubahan warna pada level pH yang bervariasi. Indikator ini
mempunyai keterbatasan pada tingkat akurasi pengukuran dan dapat terjadi
kesalahan pembacaan warna yang disebabkan larutan sampel yang berwarna
ataupun keruh. Pengukuran pH yang lebih akurat biasa dilakukan dengan
menggunakan pH meter.
Sistem pengukuran pH mempunyai tiga bagian yaitu elektroda pengukuran
pH, elektroda referensi, dan alat pengukur impedansi tinggi. Pada prinsipnya
pengukuran suatu pH didasarkan pada potensial elektrokimia yang terjadi antara
larutan yang terdapat di dalam elektroda gelas (membran gelas) yang telah
diketahui dengan larutan yang terdapat diluar elektroda gelas yang tidak
diketahui. Hal ini dikarenakan lapisan tipis dari gelembung kaca akan berinteraksi
dengan ion hidrogen yang ukurannya relatif kecil dan aktif, elektroda gelas
tersebut akan mengukur potensial elektrokimia dari ion hydrogen atau diistilahkan
dengan potentialof hydrogen. Untuk melengkapi sirkuit elektrik dibutuhkan suatu
elektroda pembanding. Sebagai catatan, alat tersebut tidak mengukur arus tetapi
hanya mengukur tegangan.
Gambar 2.4 Sensor elektroda pH meter
pH meter akan mengukur potensial listrik (pada Gambar 2.4 alirannya
searah jarum jam) antara Mercury Cloride (HgCl) pada elektroda pembanding dan
Potassium Chloride (KCl) yang merupakan larutan di dalam gelas elektroda serta
potensial antara larutan dan elektroda perak. Tetapi potensial antara sampel yang
tidak diketahui dengan elektroda gelas dapat berubah tergantung sampelnya, oleh
karena itu perlu dilakukan kalibrasi dengan menggunakan larutan yang ekuivalen
yang lainya untuk menetapkan nilai dari pH.
Elektroda pembanding terdiri dari tabung gelas yang berisi Potassium
Chloride (KCl) yeng terhubung dengan Mercuri Chloride (HgCl) di ujung larutan
KCl. Tabung gelas ini mudah pecah sehingga untuk menghubungkannya
digunakan keramik berpori atau bahan sejenisnya. Elektroda semacam ini tidak
mudah terkontaminasi oleh logam dan unsur natrium (Anthoni, 2006).
2.5 Microcontroller
Microcontroller adalah suatu alat elektronika digital yang mempunyai
masukan dan keluaran serta kendali dengan program yang bisa ditulis dan dihapus
dengan cara khusus. Microcontroller merupakan sebuah komputer kecil yang
terbentuk dari satu IC kecil, yang mana mengandung sebuah prosesor, memori,
dan peralatan input output yang dapat diprogram. Biasanya microcontroller
memiliki suatu fungsi khusus. Microcontroller menggunakan clock yang
berfungsi sebagai pendetak dengan frekuensi tertentu yang memakan sedikit daya
(Ibrahim, 2000).
Microcontroller memiliki beberapa bagian yang terdapat di dalamnya.
Bagian bagian microcontroller tersebut yaitu Input/Output (I/O), Central
Processing Unit (CPU), Memory, Read Only Memory (ROM), dan Random Acces
Memory (RAM) (Atmel, 2010).
2.5.1 Fitur ATmega16
Fitur-fitur yang dimiliki ATMega 16 sebagai berikut :
1. Microcontroller AVR 8 bit yang memiliki kemampuan tinggi, dengan daya
rendah.
2. Arsitektur RISC dengan throughput mencapai 16 MIPS pada frekuensi
16MHz.
3. Memiliki kapasitas Flash memori 16 KByte, EEPROM 512 Byte dan SRAM
1 KByte.
4. Saluran I/O sebanyak 32 buah, yaitu Port A, Port B, Port C, dan Port D.
5. CPU yang terdiri atas 32 buah register.
6. Unit interupsi internal dan eksternal.
7. Port USART untuk komunikasi serial.
8. Fitur peripheral.
a. Tiga buah timer/counter dengan kemampuan pembandingan.
1. 2(dua) buah timer/ counter 8 bit dengan orescaler terpisah dan mode
compare.
2. 1(satu) buah timer/ counter 16 bit dengan prescaler terpisah, mode
compare, dan mode capture.
b. real time counter dengan oscillator tersendiri.
c. 4 channel PWM
d. 8 channel, 10 bit ADC.
1. 8 single-ended Channel.
2. 7 differential channel hanya pada kemasan TQFP.
3. 2 differential channel dengan programmable gain 1x, 10x, atau 200x.
e. Byte-oriented two-wire serial interface.
f. Programmable serial USART.
g. Antarmuka SPI.
h. Watchdog Timer dengan oscillator internal.
i. On-chip analog comparator. (Atmel, 2010)
2.5.2 ADC ATmega16
Pada microcontroller ATmega16 terdapat 8 buah pin yang digunakan dapat
digunakan sebagai ADC, pin tersebut adalah PORTA0 sampai PORTA7. ADC
yang digunakan pada penelitian ini adalah ADC 10bit. Sehingga memiliki rentang
nilai 0-1024, 10 bit berarti 2 pangkat 10. Berikut adalah fitur dari ADC
ATmega16.
1. 10-bit resolution
2. 0.5 LSB integral non-linearity
3. ±2 LSB absolute accuracy
4. 13 µs- 260 µs conversion time
5. Up to 15 kSPS at maximum resolution
6. 8 multiplexed single ended input channels
7. 7 differential cnput channels
8. 2 differential input channels with optional gain of 10x and 200x
9. optional left adjustment for ADC result readout
10. 0 – VCC ADC input voltage range
11. selectable 2.56V ADC reference voltage
12. free running or single conversion mode
13. ADC start conversion by auto triggering on interrupt sources
14. interrupt on ADC conversion complete
15.sleep mode noise canceler(Atmel, 2010)
2.6 Modul LCD 16x2
Modul LCD 16x2 merupakan suatu display yang digunakan untuk
menampilkan suatu karakter yang diberikan oleh sistem, dalam hal ini sistem yang
meberikan informasi adalah microcontroller. Konfigurasi pin dari LCD
ditunjukkan pada Gambar 2.5.
1. Modul LCD memiliki karakteristik sebagai berikut:
Terdapat 16 x 2 karakter huruf yang bisa ditampilkan.
2. Setiap huruf terdiri dari 5x7 dot-matrix cursor.
3. Terdapat 192 macam karakter.
4. Terdapat 80 x 8 bit display RAM (maksimal 80 karakter).
5. Memiliki kemampuan penulisan dengan 8 bit maupun dengan 4 bit.
6. Dibangun dengan osilator lokal.
7. Satu sumber tegangan 5 volt.
8. Otomatis reset saat tegangan dihidupkan.
9. Bekerja pada suhu 0ºC sampai 55ºC.
Tampilan karakter pada LCD diatur oleh Pin E, RS dan RW. Pin E
digunakan untuk memberitahu LCD bahwa sedang mengirimkan sebuah data.
Untuk mengirimkan data ke LCD, maka melalui program E harus dibuat logika
low “0” dan set pada dua jalur kontrol yang lain RS dan RW. Ketika dua jalur
yang lain telah siap, set E dengan logika “1” dan tunggu untuk sejumlah waktu
tertentu ( sesuai dengan datasheet dari LCD tersebut ) dan berikutnya set E ke
logika low “0” lagi.
Ketika RS berlogika low “0”, data akan dianggap sebagi sebuah perintah
atau instruksi khusus (seperti clear screen, posisi kursor dll). Ketika RS berlogika
high “1”, data yang dikirim adalah data text yang akan ditampilkan pada display
LCD. RW digunakan untuk menentukan mode baca dengan memberikan logika 1
atau mode tulis dengan memberikan logika 0 dari data yang terdapat pada pin
DB0-DB7 (Vishay, 2002).
2.7 Motor DC
Motor DC merupakan jenis motor yang menggunakan tegangan searah
sebagai sumber tenaganya. Dengan memberikan beda tegangan pada kedua
terminal tersebut, motor akan berputar pada satu arah, dan bila polaritas dari
tegangan tersebut dibalik maka arah putaran motor akan terbalik pula. Polaritas
dari tegangan yang diberikan pada dua terminal menentukan arah putaran motor
sedangkan besar dari beda tegangan pada kedua terminal menentukan kecepatan
motor.
Motor DC memiliki 2 bagian dasar :
1. Bagian yang tetap/stasioner yang disebut stator. Stator ini menghasilkan
medan magnet, baik yang dibangkitkan dari sebuah koil (elektro magnet)
ataupun magnet permanen.
2. Bagian yang berputar disebut rotor. Rotor ini berupa sebuah koil dimana arus
listrik mengalir (Wardana, 2013).
2.8 Rangkaian Driver Motor
Kecepatan Motor DC dapat diatur dengan mengatur besar beda potensial
yang diberikan pada kutub motor DC. Metode lain yang biasa digunakan untuk
mengendalikan kecepatan motor DC adalah dengan teknik modulasi lebar pulsa
atau Pulse Width Modulation(PWM).Untuk mengatur kecepatan motor DC dengan microcontroller diperlukan driver. Driver motor DC dapat dibangun
dengan sebuah IC l293D, konfigurasi pin IC L293D dapat dilihat pada Gambar
2.6.
Gambar 2.6 Konfigurasi pin IC L293D ()
Pada Gambar 2.8 pin EN1 merupakan sebuah pin yang difungsikan untuk
meng-enable-kan motor DC, oleh karena itu pin EN1 dapat dihubungkan dengan
output PWM dari microcontroller. Sedangkan pin IN1 dan IN2 digunakan sebagai
input logika untuk mengatur putaran motor DC dan dapat juga digunakan untuk
memberhentikan motor DC secara cepat (Texas Instrument, 2002).
2.9 Rangkaian Driver Relay
Relay adalah komponen listrik yang bekerja berdasarkan prinsip induksi
medan elektromagnetis. Jika sebuah penghantar dialiri oleh arus listrik, maka di
sekitar penghantar tersebut timbul medan magnet. Medan magnet yang dihasilkan
oleh arus listrik tersebut selanjutnya diinduksikan ke logam ferromagnetis. Logam
ferromagnetis adalah logam yang mudah terinduksi medan elektromagnetis.
Ketika ada induksi magnet dari lilitan yang membelit logam, logam tersebut
menjadi "magnet buatan" yang sifatnya sementara. Cara ini kerap digunakan
untuk membuat magnet non permanen. Sifat kemagnetan pada logam
ferromagnetis akan tetap ada selama pada kumparan yang melilitinya teraliri arus
listrik. Sebaliknya, sifat kemagnetannya akan hilang jika suplai arus listrik ke
lilitan diputuskan (Sant, 2013).
Rangkaian digital bekerja pada tegangan +5 volt DC sedangkan tegangan
kerja relay DC antara 6V sampai 12V. Penggunaan relay sering menjadi pilihan
karena relay mudah dikontrol, relay dapat diberibeban yang besar baik beban AC
maupun DC, dan sebagai isolator yang baik antara rangkaian beban dengan
rangkaian kendali. Rangkaian interface relay dpat dibangun menggunakan konsep
transistor sebagai saklar. Transistor yang digunakan untuk driver relay dapat
dikonfigurasikan dengan common emitor, emitor follower atau transistor
darlington.
2.10 Penelitian Terdahulu
Mahfudz Shiddiq dan Panca sebelumnya membuat sistem pemantuan
temperatur dan pH air tambak yang terintegrasi dengan data-logger (Siddiq dan
Rahardjo, 2008). Sistem ini menggunakan data-logger sebagai acuan pemilik
tambak dalam pengambilan keputusan. Penelitian ini mengharuskan petani dan
oprator tambak harus memiliki kemampuan untuk mencatat dan menganalisa data
yang telah disimpan agar petani dapat mengambil keputusan dengan baik.
Goib Wiranto dan I Dewa Putu Hermida membuat sistem pemantuan
kualitas air tambak secara real-time dan aplikasinya dalam pengelolaan tambak
udang (Wiranto dan Hermida, 2010). Dalam penelitian ini Goib Wiranto dan I
Dewa Putu Hermida menggunakan parameter DO dan pH sebagai acuan kualitas
air tambak, karena DO dan pH memegang peranan penting dalam penentuan
kualitas air. Kadar DO dan pH apabila tidak sesuai maka air tersebut tidak layak
untuk tempat pembididayaan udang.
Fowler dan kawan-kawan telah membuat sebuah sistem kontrol akuakultur
intensif resirkulasi dengan menggunakan microcontroller (Fowler, dkk,1994).
Algoritma kontrol yang digunakan oleh Fowler dan kawan-kawan adalah logika
fuzzy karena memiliki kemudahan dalam proses penentuan keputusan. Penelitian
ini merekomendasikan untuk tidak memonitor secara langsung semua parameter
kualitas air. Parameter yang ditinjau dalam hal ini adalah temperatur, DO,
salinitas, dan pH..
Katherin Indarwati dalam tugas akhirnya pembuatan modul kontrol
kualitas air tambak udang sebagai sarana pembelajaran perbaikan teknik budidaya
udang (Indarwati, 2008). Dalam pengerjaan tugas akhir ini Katherin Indarwati
menggunakan metode fuzzy logic sebagai kontroler untuk aktuator untuk kincir
angin sedangkan metode on-off untuk pengontrolan pompa air, dalam
penelitiannya dengan menggunakan metode fuzzy membutuhkan waktu 34 jam
untuk mencapai kondisi stabil dengan nilai temperatur berkisar diantara 28º C,
sedangkan metode kontrol on-off mendapatkan nilai salinitas 22-28 ppt.
2.11 Fuzzy Logic
Teori logika fuzzy dikemukakan pertama kali oleh Lotfi A. Zadech pada
tahun1965, yaitu suatu pendekatan komputasional dalam pengambilan keputusan
sesuai dengan cara berpikir manusia yang mengijinkan adanya ketidakpastian dan
memperlihatkan suatu logika yang bergradasi. Seperti yang dilakukan oleh
manusia dalam mengambil keputusan, pengertian – pengertian yang ada di dalam
pemikiran manusia diukur dengan kualitas daripada kuantitas (Kulkarni, 2001).
Logika fuzzy merupakan salah satu komponen pembentuk Soft Computing.
Pada teori himpunan fuzzy, peranan derajat keanggotaan sebagai penentu
keberadaan elemen dalam suatu himpunan sangatlah penting. Nilai keanggotaan
atau derajat keanggotaan atau membership function menjadi ciri utama dari
penalaran dengan logika fuzzy tersebut (Kusumadewi, 2006).
Menurut Sri Kusuma Dewi, beberapa alasan penggunaan logika fuzzy,
antara lain:
1. Konsep logika fuzzy mudah dimengerti. Karena logika fuzzy menggunakan
dasar teori himpunan, maka konsep matematis yang mendasari penalaran
fuzzy tersebut cukup mudah untuk dimengerti.
2. Logika fuzzy sangat fleksibel, artinya mampu beradaptasi dengan perubahan-
perubahan, dan ketidak pastian yang menyertai permasalahan.
3. Logika fuzzy memiliki toleransi terhadap data yang tidak tepat. Jika diberikan
sekelompok data yang cukup homogen, dan kemudian ada beberapa data
yang “ekslusif”, maka logika fuzzy memiliki kemampuan untuk menangani
data eklusif tersebut.
4. Logika fuzzy mampu memodelkan fungsi-fungsi non linear yang sangat
kompleks.
5. Logika fuzzy dapat membangun dan mengaplikasikan pengalaman-pengalaman
para pakar secara langsung tanpa harus melalui proses pelatihan. Dalam hal
ini, sering dikenal dengan nama Fuzzy Expert System menjadi bagian
terpenting.
6. Logika fuzzy dapat bekerjasama dengan teknik-teknik kendali secara
konvensional. Hal ini umumnya terjadi pada aplikasi dibidang teknik mesin
maupun teknik elektro (Kusumadewi, 2006).
2.11.1 Himpunan Fuzzy
Teorihimpunan fuzzy diperkenalkan oleh Zadeh pada tahun 1965
(Kulkarni, 2001). Himpunan fuzzy adalah generalisasi konsep himpunan biasa
(ordiner). Untuk semesta wacana X, himpunan fuzzy ditentukan oleh fungsi
keanggotaan yang memetakan anggota x kerentang keanggotaan dalam interval
[0,1]. Sedangkan untuk himpunan biasa fungsi keanggotaan bernilai diskrit 0 dan
1.
Berikut didefinisikan beberapa kelas MF ( member function )
terparameter satu dimensi, yaitu MF dengan sebuah input tunggal (Kusumadewi,
2006).
1. MF segitiga dispesifikasikan oleh tiga parameter { a,b,c} seperti berikut:
Gambar 2.7 Representasi Kurva Segitiga
Representasi fungsi keanggotaan untuk kurva segitiga adalah
sebagai berikut:
………….(2.9)
dengan:
a = nilai domain terkecil yang mempunyai derajat keanggotaan nol
b = nilai domain yang mempunyai derajat keanggotaan satu
c = nilai domain terbesar yang mempunyai derajat keanggotaan nol
x = nilai input yang akan diubah kebentuk fuzzy
= nilai fuzzy
Parameter {a, b, c} (dengana<b<c) menentukan koordinat x dari ketiga corner yang mendasari MF segitiga.
2. MF trapesium dispesifikasikan oleh empat parameter {a,b,c,d} sebagai berikut:
Gambar 2.8 Representasi Kurva Trapesium
Representasi fungsi keanggotaan untuk kurva trapesium adalah sebagai
berikut:
………..…...(2.10)
dengan:
a = nilai domain terkecil yang mempunyai derajat keanggotaan nol
b = nilai domain terkecil yang mempunyai derajat keanggotaan satu
c = nilai domain terbesar yang mempunyai derajat keanggotaan satu
d = nilai domain terbesar yang mempunyai derajat keanggotaan nol
x = nilai input yang akan diubah ke dalam bilangan fuzzy
= nilai membership functionfuzzy
Parameter {a,b,c,d} (dengana<b≤c<d) menentukan koordinat x dari keempat corner yang mendasari MF trapesium.
2.11.2 Aturan if–then Fuzzy
Suatu aturan if–then fuzzy atau aturan fuzzy mengasumsikan bentuk
If x is A then y isB,
Dimana A dan B nilai linguistik yang didefinisikan himpunan fuzzy pada
semesta X dan Y. “xisA” disebut anteseden, sedangkan “yisB” disebut konsekuen.
Dua fungsi implikasi yang banyak digunakan adalah min (Mamdani) karena
kemudahannya dalam interpretasi grafis dan prod (Larsen):
1. Min (minimum). Fungsi ini akan memotong output himpunan fuzzy. Gambar
2.9 menunjukkan salah satu contoh penggunaan fungsi min.
Gambar 2.9 Fungsi implikasi min
2) Dot (dotproduct). Fungsi ini akan menskala output himpunan fuzzy. Gambar
di bawah ini menunjukkan salah satu contoh penggunaan fungsi dot.
Gambar 2.10 Fungsi Implikasi Dot
2.11.3 Sistem Inferensi Fuzzy
Sistem inferensi fuzzy (FIS) adalah sebuah framework komputasi populer
berdasarkan pada konsep teori himpunan fuzzy, aturan if-then fuzzy, dan penalaran
fuzzy (Kusumadewi, 2006).
Tiga komponen konsep FIS yaitu: baris aturan, mengandung seleksi dari
aturan–aturan fuzzy, basis data, mendefinisikan MF yang digunakan dalam aturan
fuzzy dan mekanisme penalaran, melakukan prosedur inferensi pada aturan–aturan
dan fakta–fakta yang diberikan untuk menarik output atau konklusi yang
reasonable.
FIS dapat mengambil input fuzzy maupun input tegas (sebagai fuzzy
singleton), tapi output yang dihasilkan hampir selalu himpunan fuzzy.
Kadangkala output tegas dibutuhkan, sehingga dibutuhkan metode defuzifikasi
untuk mengekstrak nilai tegas paling baik merepresentasikan himpunan fuzzy.
Sistem inferensi fuzzy (Fuzzy Inference System) pada dasarnya
mendefinisikan pemetaan non linear dari vektor data input menjadi skalar output.
Proses pemetaan melibatkan input/output fungsi keanggotaan, operator-operator
fuzzy, aturan fuzzyif-then, agregasi dari himpunan output dan defuzzification
(Hartono, 2010). Model umum dari sistem inferensi fuzzy ditunjukkan pada
Gambar 2.11.
Gambar 2.11 Diagram Blok Sistem Inferensi Fuzzy
Sistem inferensi fuzzy memiliki empat komponen, yaitu: fuzzifier,
inference engine, rulebase dan defuzzifier. Rulebase memiliki aturan linguistik
yang diberikan oleh para ahli. Juga mungkin dapat mengambil aturan dari data
numerik. Sekali aturan telah ditetapkan, sistem inferensi fuzzy dapat dilihat
sebagai sebuah sistem yang memetakan sebuah vektor input kevektor output.
Fuzzifier memetakan angka-angka input kedalam keanggotaan fuzzy yang sesuai.
Inferenceengine mendefinisikan pemetaan dari input himpunan fuzzy kedalam
output himpunan fuzzy. Defuzzifier memetakan output himpunan fuzzy kedalam
nomor crisp.
Model Fuzzy Sugeno (model fuzzy TSK) diajukan oleh Takagi, Sugeno,
dan Kang (Takagi dan Sugeno, 1985, hal.116–132; SugenodanKang, 1988,
hal.15–33) dalam upaya untuk membangun pendekatan sistematis untuk
membangkitkan aturan–aturan fuzzy dari himpunan data input–output yang
diberikan. Suatu aturan fuzzy khas dalam model fuzzy Sugeno dibentuk
if x is A and y is B then z=f(x, y),………(2.11)
dimana A dan B himpunan fuzzy dalam anteseden dan z=f(x, y) fungsi tegas dalam
konsekuen. Jika f(x, y) polimonial orde satu, FIS yang dihasilkan disebut model
fuzzy Sugeno orde satu. Jika f konstan, dihasilkan model fuzzy Sugeno orde nol.
Sistem inferensi fuzzy menggunakan metode Sugeno memiliki
karakteristik, yaitu konsekuen tidak merupakan himpunan fuzzy, namun
merupakan suatu persamaan linear dengan variabel-variabel sesuai dengan
variabel–variable inputnya. Ada 2 model sistem inferensi fuzzy dengan
menggunakan metode TSK, yaitu:
1. Model Fuzzy Sugeno Orde 0
Secara umum bentuk model fuzzy sugeno orde-0 adalah:
IF ( iS )°( iS )°( iS )°...°( iS )THEN z=k (2.12)
Dengan adalah himpunan fuzzy ke-I sebagai anteseden, ° adalah operator
fuzzy (seperti AND atau OR), dan k adalah suatu konstanta (tegas) sebagai
konsekuen.
2. Model Fuzzy Sugeno Orde-1
Secara umum bentuk model fuzzy Sugeno orde-1 adalah:
q
Dengan adalah himpunan fuzzy ke-I sebagai anteseden,° adalah operator
fuzzy (seperti AND atau OR), p1 adalah suatu konstanta ke-I dan q juga
merupakan konstanta dalam konsekuen. Proses agresasi dan defuzzy untuk
mendapatkan nilai tegas sebagai output untuk M aturan fuzzy juga dilakukan
dengan menggunakan rata-rata terbobot, yaitu:
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1 Model Penelitian
Penelitian yang dilakukan dapat dijelaskan dengan lebih baik melalui blok
diagram seperti yang terlihat pada Gambar 3.1.
Gambar 3.1 Blok Diagram
Pada Gambar 5 terdapat tiga bagian utama, yaitu input, proses (sistem
minimum), dan output (aktuator).
1. Bagian input merupakan nilai aktual dari parameter yang diukur pada
air tambak.
2. Bagian proses merupakan bagian yang ada di dalam microcontroller
terdiri atas 6 bagian:
i. ADC sebagai pengubah data analog dari sensor menjadi data
digital
ii. Perhitungan temperatur merupakan proses pengonversi nilai
analog dari sensor temperatur yang telah diubah oleh ADC.
iii. Perhitungan pH merupakan proses konversi nilai analog dari
sensor pH yang telah diubah oleh ADC.
iv. Fuzzy kincir untuk proses pengambilan keputusan aktuator kincir
air.
v. Fuzzy keran untuk proses pengambilan keputusan aktuator keran
kapur dan kontrol on-off terhadap pompa air.
vi. LCD monitoring merupakan proses pemantauan dari nilai yang
didapatkan dari perhitungan 2 parameter, yang akan ditampilkan
pada LCD.
3. Bagian output terdiri dari 3 aktuator sebagai media untuk
pengontrolan kualitas air tambak dan LCD sebagai alat untuk
memantau parameter air tambak.
i. Pompa air digunakan untuk mempercepat proses pencampuran
larutan kapur dan air tambak dengan metode kontrol on-off.
ii. Kincir air dikontrol menggunakan metode fuzzy yang didapat dari
nilai temperatur.
iii. Keran kapur menggunakan keran yang dikontrol dengan metode
fuzzy untuk mengatur besar kecilnya pembukaan keran.
iv. LCD merupakan alat pemantau yang akan menampilkan nilai
temperatur dan pH secara real-time.
3.2 Prosedur Penelitian
Langkah-langkah yang dilakukan dalam melakukan penelitian ini terbagi
menjadi beberapa bagian sebagai berikut:
1. Studi Literatur
Mengumpulkan semua referensi yang berhubungan dengan sensor pH,
sensor temperatur, udang windu, dan teknik budidaya udang windu.
2. Desain Sistem
Melakukan perancangan alat yang nantinya memiliki 2 buah sensor, 1
buah microcontroller untuk proses pengontrolan, 3 buah aktuator
sebagai pengendali kualitas air dan sebuah LCD untuk pemantauan.
3. Pembuatan Alat
Pada langkah ini alat dibuat berdasarkan desain yang telah dibuat
sebelumnya.
4. Evaluasi dan Pengujian.
Pengujian dilakukan dengan cara memberi pemanas air pada miniatur
tambak untuk meningkatkan temperatur dan memberikan larutan asam
untuk menurunkan nilai pH. Prosedur selanjutnya yakni evaluasi, pada
tahap ini akan diukur kemampuan sistem dalam menurunkan temperatur
dan meningkatkan nilai pH menjadi stabil. Kecepatan waktu yang
diperlukan sistem untuk mengubah 2 parameter tersebut menunjukan
tingkat keberhasilan sistem ini.
5. Kesimpulan.
Kesimpulan diambil setelah dilakukan setelah proses uji coba dan
pembahasan.
6. Penulisan Laporan sebagai hasil dari Tugas Akhir.
3.3 Cara Kerja Sistem Secara Keseluruhan
Sistem ini bekerja dengan menerima data dari sensor temperatur dan pH
yang dimasukan kedalam microcrontroller melalui ADC. Sebelum masuk ke
microcontroller, output sensor diberikan pull-down sebesar 10k untuk
memberikan nilai 0 ketika pin ADC microcontroller tidak terhubung, selain itu
penggunaaan resistor pull-down 10k digunakan untuk membatasi arus input pada
microcontroller. Data dari sensor ini digunakan untuk menggerakan aktuator
kincir dan pompa, selain itu data juga akan ditampilkan kedalam LCD berupa nilai
temperatur dan pH dari miniatur tambak.
3.4 Perancangan Hardware
Pada proses penelitian ini membutuhkan beberaapa rangkaian hardware
agar mendapatkan hasil seperti yang diharapkan. Penjelasan mengenai
perancangan hardware ini terbagi menjadi beberapa bagian, yang diantaranya:
rangkaian sistem minimum, rangkaian driver motor, rangkaian LCD, rangkaian
relay, sensor pH, sensor temperatur, keran kapur,pompa air, kincir air,dan
miniatur tambak.
3.4.1 Rangkaian Sistem Minimum
Sistem minimum microcontroller merupakan rangkaian elektronik yang
diperlukan untuk wadah beroperasinya IC microcontroller. Rangkaian sistem
minimum terbagi menjadi 3 rangkaian utama yaitu rangkaian IC dan rangkaian
reset dan crystal, rangkaian sistem minimum dapat dilihat pada Gambar 3.2.
Gambar 3.2 Rangkaian Sistem Minimum
Microcontroller ATmega16 memiliki 40 pin dengan PORTA, PORTB,
PORTC, dan PORTD. PORTA digunakan sebagai masukan sensor, karena pada
PORTA terdapat 8 buah ADC. Port B men-download program dari komputer ke
microcontroller, karena proses download hanya dilakukan sekali maka PORTB
juga digunakan sebagai output LCD.PORTD sebagai output ke driver motor, pada
PORTD terdapat 3 buah pin PWM sehingga pada prsoses pengontrolan aktuator
akan lebih mudah. Tegangan masukan DC 5 Volt diparalel dengan Kapasitor 100
uF sebagai filter supaya tidak ada kekacauan data karena gangguan interferensi
dari listrik PLN.
Gambar 3.3 Rangkaian Reset dan Crystal
Rangkaian Reset pada tombol reset (SW1) digunakan untuk melakukan
reset saat pertama kali catu daya dinyalakan. Reset untuk pertama kali merupakan
hal yang terpenting sehingga dapat memastikan bahwa program telah berada pada
posisi awal. Sedangkan untuk rangkaian crystal digunakan untuk pembangkit
clock pada microcontroller.
3.4.2 Rangkaian Driver Motor
Output microcontroller memiliki arus yang lemah sehingga tidak dapat
menggerakan motor, agar dapat menggerakan motor microcontroller memerlukan
rangkaian driver motor. Rangkaian driver motor merupakan bagian penting dalam
penggerakan aktuator. Ada dua aktuator yang digerakan dengan driver motor
yakni keran dan kincir air.
Gambar 3.4 Rangkaian Driver Motor
Pada Gambar 3.4 terdapat 2 buah diode bridge yang digunakan untuk
melindungi tegangan dan arus yang dihasilkan oleh kumparan pada motor DC.
Diode ini nantinya akan melindungi IC L293 agar tidak rusak, jika tidak dipasang
diode bridge maka IC L293 akan rusak.
3.4.3 Rangkaian LCD
LCD merupakan media tampilan yang menggunakan kristal cair sebagai
media untuk merefleksikan cahaya. LCD digunakan untuk memonitor keadan
tambak, dengan menampilkan nilai dari temperatur dan pH. LCD dihubungkan
pada PORTB microcontroller. Gambar 3.5 menunjukkan rangkaian LCD.
Gambar 3.5 RangkaianLCD
Tampilan karakter pada LCD diatur oleh Pin E, RS dan RW. Pin EN pada
LCD terhubung dengan PORTB 2 pada microncontroller. Jalur ini digunakan
untuk memberitahu LCD bahwa sedang mengirimkan sebuah data. Untuk
mengirimkan data ke LCD, maka melalui program E harus dibuat logika low “0”
dan set pada dua jalur kontrol yang lain RS dan RW. Ketika dua jalur yang lain
telah siap, set E dengan logika “1” dan tunggu untuk sejumlah waktu tertentu (
sesuai dengan datasheet dari LCD tersebut ) dan berikutnya set E ke logika low
“0” lagi.
Pin RS pada LCD terhubung dengan PORTB 0 pada microcontroller.
Ketika RS berlogika low “0”, data akan dianggap sebagi sebuah perintah atau
instruksi khusus (seperti clear screen, posisi kursor dll). Ketika RS berlogika high
“1”, data yang dikirim adalah data text yang akan ditampilkan pada display LCD.
Pin RW pada LCD terhubung dengan PORTB 1 pada microcontroller. RW
digunakan untuk menentukan mode baca dengan memberikan logika 1 atau mode
tulis dengan memberikan logika 0 dari data yang terdapat pada pin DB0-DB7.
3.4.4 RangkaianDriver Relay
Relay merupakan saklar remote listrik yang memungkinkan pengguna arus
kecil seperti microcontroller, mengontrol arus yang lebih besar seperti pompa air.
Karena pompa air yang digunakan adalah pompa air AC maka diperlukan relay
sebagai saklar yang dapat dikontrol oleh microcontroller. Namun relay belum
dapat dikontrol oleh microcontroller secara langsung, karena arus output
microcontroller sangat kecil sehingga diperlukan rangkaian tambahan, berikut
rangkaian relay.
Gambar 3.6 Rangkaian Relay
Transistor bipolar adalah komponen yang bekerja berdasarkan ada-tidaknya
arus pemicuan pada kaki Basisnya. Pada aplikasi driver relay, transistor bekerja
sebagai saklar yang pada saat tidak menerima arus pemicuan, maka transistor
akan berada pada posisi cut-off dan tidak menghantarkan arus, Ic=0. Dan saat kaki
basis menerima arus pemicuan, maka transistor akan berubah ke keadaan saturasi
dan menghantarkan arus. Pada Gambar 3.7 terdapat 2 buah transistor jenis NPN
yang disusun secara Darlington. Transistor ini berfungsi sebagai saklar elektronik
yang akan mengalirkan arus jika terdapat arus bias pada kaki basisnya dan akan
menyumbat arus jika tidak terdapat arus bias pada kaki basisnya.
3.4.5 Sensor pH
pH merupakan satuan ukur yang menguraikan derajat tingkat kadar
keasaman atau kadar alkali dari suatu larutan. Sensor pH digunakan untuk
mengubah derajat keasaman menjadi tegangan, dalam hal ini adalah ion dan
. Jika dalam suatu larutan ion lebih besar dibanding ion maka
larutan tersebut bersifat asam dan apabila sebaliknya maka larutan tersebut
bersifat basa. Pada penelitian ini menggunakan sensor Vernier pH-BTA . Sensor
pH BTA memiliki output analog dengan nilai 0.25V/pH. Sedangkan untuk probe,
sensor ini dapat menghasilkn nilai 59mV/ph. Keluaran dari sensor ini akan
dikonversi oleh ADC microcontroller 10bit melalui PORTA.2. Untuk spesifikasi
sensor pH-BTA secara detail dapat dilihat pada Lampiran 2.
3.4.6 Sensor Temperatur
Sensor yang digunakan pada peneilitian ini adalah LM35. Sensor ini
memiliki keluaran 10mV/°C. Keluaran dari sensor LM35 akan dikonversikan
menjadi data digital oleh data ADC internal 10-bit pada microcontroller,
dengantegangan referensi 3.5V. Keluaran sensor LM35 sebagai masukan dari
ADC internal microcontroller 10-bit dapat dilihat pada Gambar 3.8.
Gambar 3.7 Rangkain Sensor LM35
3.4.7 Keran Kapur
Pemberian larutan kapur digunakan untuk menaikan nilai pH. Prosedur
pemberian larutan kapur diberikan dengan mengontrol katup pada keran
menggunakan fuzzy logic. Pembuatan aktuator ini menggunakan sebuah keran,
motor DC, potensiometer, sebuah wadah larutan kapur, dan gir. Motor DC
sebagai penggerak katup keran agar dapat membuka dan menutup, sedangkan
potensiometer difungsikan sebagai indikator besaran dari pembukaan katup.
Dengan menggunakan gir banding 18:40, maka motor DC akan berputar perlahan
untuk menggerakan keran dan potensiometer.
Gambar 3.8 Desain Keran Kapur
3.4.8 Pompa Air
Pompa air merupakan alat yang digunakan untuk menydot air dan
memindahkannya ke suatu tempat. Pada sistem ini pompa air digunakan ketika
keran kapur membuka. Hal ini bertujuan untuk mempercepat pencampuran air
kapur dengan air tambak. Pompa air ini nantinya akan mengambil air dari
miniaturtambak kemudian disedot keluar dan dimasukan kedalam filter yang
berada disamping tambak. Fungsi dari filter ini sendiri adalah untuk menurunkan
kadar amonia air dan menyaring kotoran air miniatur tambak.
3.4.9 Kincir air
Kincir air merupakan aktuator untuk menurunkan nilai temperatur pada
miniatur tambak. Pada penenlitian ini kincir air memiliki luas penampang air
sebesar yang terbagi menjadi 8 buah. Penggerak kincir air (aerator) ini
menggunakan motor DC 12V dengan torsi 3 Kgf.cm atau 29.41995 N. Pada
kecepatan 180rpm kincir air ini dapat menambahkan luas penampang air sebesar
(Indarwati, 2008).
3.4.10 Miniatur Tambak
Pada tambak nyata dengan ukuran 1 Ha petani tambak biasanya
memelihara 150.000 ekor benur udang Windu. Miniatur tambak memiliki ukuran
60x60x50 dengan demikian miniatur ini mampu menampung 60 benur udang.
Bagian samping miniatur tambak terdapat filter dengan ukuran 60x15x50.
Miniatur tambak ditunjukan pada Gambar 3.9.
Gambar 3.9MiniaturTambak
3.5 Perancangan Program
Perancangan program secara keseluruhan yakni perancangan program
microcontroller. Perancangan secara keseluruhan bisa dilihat lebih jelas melalui
flowchart pada Gambar 3.10.
Gambar 3.10 FlowchartPerancangan Keseluruhan
3.5.1 Blok Baca Sensor
Blok ini berisi tentang proses pembacaan nilai ADC microcontroller
dengan menggunakan fungsi read_adc(). PORT yang dibaca dalam proses ini
adalah PORTA.1 untuk pembacaan sensor temperatur dan PORTA.2 untuk
pembacaan sensor pH.
3.5.2 Blok Perhitungan Nilai Temperatur dan pH
Data analog dari sensor temperatur dan pH dikalikan dengan nilai
maksimum masing-masing sensor dan dibagi oleh 1023, data kemudian disimpan
dalam variabel temp dan ph. Rumus perhitungan nilai temperatur dan pH dapat
dilihat pada Persamaan 3.3 dan 3.4.
………..…..(3.1)
...(3.2)
Sensor temperatur memiliki keluaran antara 0-150mV dengan representasi
nilai 0V=0°C dan 150mV=150°C. Dengan nilai Vref=350mV maka pada
Persamaan 3.3 diasumsikan bahwa sensor LM35 memiliki Vmax Sebesar 350mV,
sehingga dikalikan dengan 350. Sedangkan untuk sensor pH memiliki keluaran
antara 0V-3.5V untuk 0V=14pH dan 3.5V=0pH.
3.5.3 Blok Fuzzy Logic Kincir
Blok ini berisi tentang proses pengaturan kecepatan kincir air dengan
menggunakan metode fuzzy. Metode fuzzy yang digunakan adalah metode fuzzy
Sugeno, karena memiliki output berupa persamaan linier sehingga dapat lebih
mudah apabila dituliskan dengan program. Sistem fuzzy yang digunakan memiliki
dua buah input dan sebuah output.
1. Membership FunctionTemperatur
Pada Membership Function temperatur memiliki 3 fungsi keanggotan
yakni dingin, normal, dan panas. Paramater yang digunakan dalam fungsi
keanggotaan ini berdasarkan karasteristik temperatur yang cocok untuk udang
windu.
Gambar 3.11 Membership FunctionTemperatur (T)
Berdasarkan Gambar 3.11 maka diperoleh persamaan berikut.
………….………(3.3)
………(3.4)
………….………(3.5)
2. Membership Function∆T
Membership Function ∆T merupakan perubahan temperatur dalam 5s. Jika
perubahan temperatur cepat atau lambat, maka akan mempengaruhi nilai output.
Gambar 3.12 Membership FunctionPerubahan Temperatur (∆T)
Berdasarkan Gambar 3.12 maka diperoleh persamaan berikut.
………….……....…(3.5)
………….…(3.6)
………….….……(3.7)
3. Membership Function Kincir
Membership Function kincir merupakan kecepatan kincir air untuk
mendinginkan temperatur air tambak. Semakin cepat kincir air maka luas
penampang air akan semakin luas dan oksigen dari luar akan masuk kedalam air.
Hal ini menyebabkan perubahan suhu pada air akan semakin cepat mendekati
suhu diluar air. Proses defuzzyfikasi pada penelitian ini menggunakan metode
Sugeno dengan singleton, Membership Function kincir dapat dilihat pada Gambar
3.13.
Gambar 3.13 Membership Function Kincir
Untuk proses defuzzyfikasi sistem ini menggunakan Persamaan 2.14.
sistem fuzzy kincir ada beberapa rule yang ditetepkan untuk mendapatkan
output yang diinginkan. Berikut adalah rule yang telah ditetapkan.
Tabel 3.1 RuleFuzzy Kincir
T
3.5.4 Blok Fuzzy Logic Keran
Blok ini berisi tentang pengaturan seberapa besar keran akan dibuka agar
kapur dapat mengalir ke tambak, dan mengubah nilai pH seperti yang diinginkan.
Pada pengaturan ini menggunakan metode fuzzy sugeno,yang memiliki sebuah
input dan sebuah output.
1. Membership Function pH
Pada Membership Function pH memiliki 2 fungsi keanggotan yakni asam,
sedikit asam, dan normal. Paramater yang digunakan dalam fungsi keanggotaan
ini berdasarkan karasteristik pH yang cocok untuk udang windu.
