RANCANG BANGUN ALAT PENGHITUNG JUMLAH BENIH IKAN MENGGUNAKAN LOGIKA MATRIX BERBASIS MICROCONTROLLER
Purwanto1), Unang Achlison1)
1
Teknik Elektronika, Sekolah Tinggi Elektronika dan Komputer Jl. Majapahit 605 & 304 Semarang, Indonesia
E-mail : unang@stekom.ac.id
Abstract
Number of fish seed can be measured by means of conventional observation using eye senses. But when the fish seed measured pretty much it will take a long time (not efficient) and cause incorrect measurement results (inaccurate). The accuracy of calculation of fingerlings is crucial trust between seller and buyer. During this time a sensor is used to detect the amount of fish seed is passed through a transparent hose using a light sensor (Light Dependent Resistor) and photodiode sensors as infra red light receiver. The level of accuracy of the sensor lies in the intensity of the light beam is received so that the sensor will be impaired if airya murky and there are air bubbles pass through the sensor so that the fish count error occurs. This research will be conducted design counters the number of fingerlings using infra red phototransistor sensor with a frequency of 20KHz to fish and then processed using the logic matrix. Results matrix logic into the data input to be processed by a microcontroller as the basis of results of calculation of the amount of fish. Development model studies using models of R & D (research and development) that produce a product in the form of the final product. Experiments were carried out using the type and length of catfish fingerlings with a length of 3 cm to 5 cm. Fish seed count tool has been tested to catfish farmers in the village Siwarak Ungaran City. The trial results calculators fish seeds have difference of 3% of the calculated results Manual or accuracy of calculation results have fish reaches 97%, then a counter of fish seed is acceptable to be used by catfish farmers.
Keywords:calculating the number of fingerlings, matrix logic NAND, Microcontroller
Abstrak
Jumlah benih ikan dapat diukur dengan cara konvensional yaitu pengamatan menggunakan indra mata. Tetapi bila benih ikan yang diukur cukup banyak maka akan memerlukan waktu yang lama (tidak efisien) dan menyebabkan hasil pengukuran tidak tepat (tidak akurat). Ketepatan perhitungan bibit ikan sangat menentukan kepercayaan antara penjual dan pembeli. Selama ini alat sensor yang digunakan mendeteksi jumlah benih ikan yang dialirkan melalui selang transparan menggunakan sensor cahaya (Light Dependent Resistor) dan sensor photodioda sebagai penerima cahaya infra red. Tingkat akurasi sensor terletak pada intensitas berkas cahaya yang diterima sehingga sensor akan mengalami gangguan bila airya keruh dan ada gelembung udara yang melewati sensor sehingga hasil hitung ikan terjadi kesalahan. Pada penelitian ini akan dilakukan rancang bangun alat penghitung jumlah bibit ikan menggunakan sensor phototransistor infra red dengan frekuensi 20KHz terhadap Ikan dan kemudian diproses menggunakan logika matrik. Hasil logika matrix menjadi input data untuk diolah oleh Microcontroller sebagai dasar hasil perhitungan jumlah ikan. Model pengembangan penelitian menggunakan model R&D (research and development) yaitu menghasilkan sebuah produk dalam bentuk produk akhir. Eksperimen yang dilakukan menggunakan jenis dan panjang bibit ikan lele dengan panjang 3 cm hingga 5cm. Alat hitung benih ikan telah dilakukan uji coba kepada petani ikan lele di desa Siwarak Kota Ungaran. Hasil uji coba alat hitung benih ikan mempunyai selisih 3% terhadap hasil hitung Manual atau mempunyai Akurasi hasil penghitungan ikan mencapai 97% maka alat penghitung benih ikan ini bisa diterima untuk digunakan oleh petani ikan lele.
PENDAHULUAN
Produksi dan perdagangan ikan di Indonesia merupakan salah satu kegiatan ekonomi yang penting seperti pada gambar 1. Kegiatan produksi harus diimbangi oleh pengembangan teknologi tepat guna yang dibutuhkan untuk meningkatkan dan mendukung pemasaran ikan.
Gambar 1. Perdagangan Ikan
Langkah yang menentukan dalam pemasaran ikan adalah proses hitung benih ikan. Para petani ikan biasanya menghitung jumlah benih ikan hasil pemuliaan terlebih dulu sebelum di jual ke pasaran. Cara menghitung benih umumnya dengan memakai takaran, yaitu dengan memakai sendok dan dihitung perekor untuk benih ukuran gelondongan seperti ditunjukkan pada gambar 2.
Gambar 2. Penghitungan jumlah benih ikan dengan cara konvensional
hitung ikan terjadi kesalahan. Ketepatan perhitungan sangat menentukan kepercayaan antara penjual dan pembeli.
Selama ini alat sensor yang digunakan untuk mendeteksi jumlah benih ikan yang dialirkan melalui pipa transparan yang melewati sensor photodioda penerima cahaya infra red kemudian menjadi pulsa digital sebagai data input dalam proses perhitungan ikan (Widagdo Purbowaskito, 2014). Hasil pengujian alat penghitung benih ikan menunjukkan akurasi terbaik pada penggunaan pipa transparan dengan diameter 1,8 cm atau 3/4 inci yaitu 91.2%.
Berdasarkan pada uraian tersebut di atas, penulis menyimpulkan bahwa alat penghitung benih ikan hanya cocok untuk ikan ukuran besar (pipa transparan berdiameter 1,8 cm) dan metode penelitian yang digunakan adalah uji laboratorium. Penulis merumuskan pokok-pokok masalah sebagai berikut:
a. Bagaimana membuat alat penghitung benih ikan yang cocok untuk benih ikan yang mempunyai ukuran kecil (pipa transparan berdiameter 1 cm)?
b. Bagaimana metoda yang digunakan agar air keruh dan gelembung udara yang melewati pipa transparan tidak menyebabkan kesalahan hasil hitung benih ikan? Untuk mengatasi masalah tersebut perlu dilakukan upaya agar penghitungan benih ikan dilakukan oleh alat berbasis Microcontroller yang dapat menghitung jumlah benih ikan yang dimasukkan kedalam alat tersebut secara efisien, akurat dan cepat bila dibandingkan dengan perhitungan secara manual. Dalam perkembangan teknologi perlu dilakukan riset atau penelitian yang bersifat eksperimental sehingga didapatkan alat yang berdayaguna. Penelitian ini bertujuan sebagai berikut :
a. Membuat alat penghitung benih ikan yang tidak tergantung intensitas berkas cahaya yang diterima dan bersifat hasil uji eksperimental.
b. Merumuskan metoda yang digunakan sehingga air keruh dan gelembung udara yang melewati pipa penyaluran diameter 1cm tidak menyebabkan kesalahan hasil hitung benih ikan.
c. Menggunakan Microcontroller untuk mengolah input data dari sensor benih ikan sehingga menjadi hasil perhitungan jumlah ikan secara otomatis.
METODE PENELITIAN Benih Ikan Lele
Gambar 3. Ukuran Benih Ikan Lele
(Sumber: http://www.gerailele.com/p/bibit-lele.html)
Sebagai contoh, benih mas dan kerapu umumnya dinyatakan dalam cm (misalnya benih ukuran 2-3 cm, 3-5 cm,7-9 cm, dan sebagainya). Seringkali ukuran benih dinyatakan secara kualitatif berdasarkan kesepakatanyang berlaku dan diketahui bersama (Effendi, 2004).
Sinar Infra Merah
Sinar Infra merah adalah gelombang elektromagnetik yang tidak dapat ditangkap mata, dengan panjang gelombang antara 0,78 m sampai 1mm. Infra merah mulai dari sinar yang dapat tertangkap mata sampai pada sinar yang kasat (tak tampak) mata (gelombang mikro). Energi Sinar adalah sebuah kemampuan atau usaha untuk memindahkan elektron dari satu lintasan ke lintasan lainnya, satuannya adalah Joule. Besarnya energi yang dimiliki oleh masing-masing cahaya saat menuju kepermukaan sensor dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 2 dan hasilnya diperlihatkan pada tabel 1.
Tabel 1.
Data Energi Sinar yang dipancarkan
Sumber Cahaya
Parameter yang di ketahui Energi (Joule)
Tetapan Planck Kecepatan Cahaya (C)
Panjang Gelombang (nano meter)
Laser 6,626 x 10-34 3.108 532 ~ 638 6,626.10-31
Infra Merah 6,626 x 10-34 3.108 830 6,626.10-22
Sumber: Amir D (2014); Minarni, Saktioto, Gita Lestari (2013)
Data pada tabel 1 dapat disimpulkan bahwa energi yang dimiliki cahaya inframerah jauh lebih besar dibanding energi yang dimiliki oleh cahaya laser. Nilai energi secara berturut-turut sebesar 6,626.10-22 Joule dan 6,626.10-31 Joule.
Proses Penelitian
1) Desain Rancang Bangun Alat Penghitung Benih Ikan
a. Membuat sensor ikan yang tidak tergantung intensitas berkas cahaya yang diterima. Block diagram Alat Hitung Benih Ikan ditunjukkan seperti pada gambar 10.
Gambar 10. Block Diagram Alat Hitung Benih Ikan
Penjelasan diagram Alat Hitung Benih Ikan sebagai berikut:
a) Bak pengisian (filling vessel) sebagai sarana Input dan digunakan untuk memasukkan air dan ikan.
b) Pipa transparan berdiameter 1cm (outlet pipe) sebagai media untuk menyalurkan ikan.
c) Sensor Ikan menggunakan pemancar (TX) Infra Merah untuk menuju penerima (RX) yang berada dibalik pipa transparan.
d) Microcontroller akan menghitung jumlah benih ikan yang dimasukkan kedalam alat tersebut secara efisien, akurat dan cepat bila dibandingkan dengan perhitungan secara manual.
e) Liquid Crystal Display (display) sebagai sarana tampilan / monitor dan digunakan oleh Microcontroller AT89S51 untuk menampilkan data hasil hitung ikan.
f) Bak penerimaan (receiving vessel) sebagai sarana Output dan digunakan untuk mengeluarkan air dan ikan.
g) Power Suplay
Sumber tegangan Alat Hitung Ikan menggunakan transformator AC 220V menjadi 12V dan menggunakan IC LM7805 menjadi 5V.
b. Merumuskan metoda yang digunakan agar air keruh dan gelembung udara melewati sensor tidak menyebabkan kesalahan hasil hitung ikan.
(a). Bak Pengisian
TX1 TX2
RX1 RX2
(g). Bak Penerimaan (receiving vessel) (d). Komponen Digital
NAND Gate
(b). pipa penyaluran
diameter 1 cm
(e). Microcontroller
AT89S51
(h). Power Suplay
(c). Pemancar/TX dan Penerima/RX
Sensor Ikan menggunakan pemancar (TX) Infra Merah untuk menuju penerima (RX) yang berada dibalik pipa transparan maka diperlukan sinar infra merah yang memiliki energi yang besar agar mampu menembus pipa transparan dengan baik. Berdasarkan pendapat Amir D (2014); Minarni, Saktioto, Gita Lestari (2013), maka dapat disimpulkan bahwa sinar dengan frekuensi lebih rendah memiliki energi lebih besar. Photodioda/phototransistor yang digunakan dalam alat hitung ikan mempunyai respon sinar frekuensi paling rendah yaitu 20KHz (Vishay Semiconductors, 2012). Alat hitung ikan menggunakan pemancar LED Infra Red (transmiter) dan sensor phototransistor (reciever). Phototransistor mempunyai fungsi linear terhadap intensitas cahaya yang diterima yaitu mengalirkan arus (ON) dan apabila terjadi kondisi intensitas cahaya terhalangi oleh ikan yang melewatinya maka arus tidak mengalir (OFF). Sensor ikan pada alat ini menggunakan 2 (dua) pasang pemancar dan penerima maka akan terdapat 4 (empat) kondisi yang akan terjadi seperti ditunjukkan pada Tabel 2.
Tabel 2.
Matrix Kondisi dan Logika yang terjadi pada sensor ikan
No Sensor 1 Sensor 2
Kondisi Logika Kondisi Logika
1. tidak terhalang 0 tidak terhalang 0
2. tidak terhalang 0 terhalang 1
3. terhalang 1 tidak terhalang 0
4. terhalang 1 terhalang 1
Kondisi “tidak terhalang” pada sensor 1 dan “terhalang” pada sensor 2 atau sebaliknya dapat terjadi disebabkan karena adanya air keruh atau gelembung udara yang sedang melewati sensor. Berdasarkan matrix pada tabel 2 dapat disimpulkan bahwa sensor ikan pada alat ini mempunyai logika yang sama dengan tabel kebenaran komponen Digital NAND Gate (seperti pada gambar 6) yaitu output hanya akan berlogika low apabila kedua input berlogika high, logika ini digunakan sebagai Logika Matrix yaitu bila kedua input sensor terhalang badan ikan maka alat ini akan mulai menghitung jumlah ikan.
c. Menggunakan Microcontroller untuk mengolah input data dari sensor ikan sehingga menjadi hasil perhitungan jumlah ikan secara otomatis.
Alat hitung ikan menggunakan Microcontroller AT89S51 yang mempunyai 4 port untuk I/O data 8 bit dan memiliki 4 Kbyte flash Erasable and Programmable Read Only Memory (EPROM) untuk menyimpan source code assembler agar berfungsi sebagai Alat Penghitung Ikan.
2) Spesifikasi Produk
a. Produk yaitu alat untuk menghitung jumlah benih ikan lele yang melintasi sensor infra merah menggunakan metoda Logika Matrix NAND berbasis Microcontroller ATMEL tipe AT89S51.
b. Desain produk, proses membuat desain PCB menggunakan software PROTEUS, proses simulasi program assembler yang akan direkam pada Microcontroller AT89S51 menggunakan software Top View Simulator.
3) Uji Validasi Desain
(flowchart), dan prototype alat hitung benih ikan untuk mengetahui desain sudah valid atau belum.
4) Revisi Produk Awal
Berdasarkan hasil uji validasi pakar, jika terdapat kesalahan atau ketidaktepatan dalam perancangan sistem akan dilakukan perbaikan sehingga Produk Awal alat hitung benih ikan tersebut mejadi lebih baik.
5) Pembuatan Produk Prototype
Apabila setelah Produk Awal alat hitung benih ikan dinyatakan valid oleh pakar maka dilakukan pembuatan produk prototype alat hitung benih ikan yang sudah berfungsi dan siap untuk dilakukan uji coba lapangan.
6) Uji Coba Lapangan
Uji coba lapangan terhadap produk prototype alat hitung benih ikan melibatkan stake holder (petani ikan) sampai mendapat persetujuan dari petani ikan bahwa telah menjadi produk akhir alat hitung benih ikan dan sudah efektif.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Alat Penghitung Jumlah Benih Ikan Menggunakan Logika Matrix berbasis Microcontroller dengan mewujudkan rangkaian sebagai berikut:
Hasil Alat Penghitung Benih Ikan
a. Rangkaian Microcontroller
Microcontroller yang digunakan yaitu ATMEL tipe AT89S51 untuk mengolah data masukan dan mengendalikan keluaran sistem berupa tampilan angka jumlah ikan pada layar LCD (Liquid Crystal Display). Modul Microcontroller ditunjukkan seperti pada Gambar 11.
Gambar 11. Modul Microcontroller
Sensor Infra Red terdiri dari pemancar dan penerima sinar Infra Red, untuk mendapatkan data berupa perubahan logika “1” menjadi “0” sesuai ikan yang dialirkan bersama air melalui pipa transparan. Pengukuran menggunakan Osiloskop dengan Time/Div sebesar 25µs (micro second). Hasil pengukuran menggunakan Osiloskop menunjukkan hasil ukur yang diperoleh yaitu 2 (dua) satuan waktu untuk 1 (satu) perioda gelombang, maka perhitungan frekuensi keluaran Infra Red sebagai berikut: Frekuensi = 2 x 25µs = 50µs
Frekuensi = 1000 / 50 KHz = 20Khz
1. Rangkaian Alat Penghitung Benih Ikan
Prinsip kerja Alat Penghitung Benih Ikan yaitu ikan yang akan dihitung terlebih dahulu dimasukkan ke dalam bak pengisian (filling vessel) untuk dialirkan melalui pipa penyaluran (outlet pipe). Bak pengisian (filling vessel) dan pipa penyaluran (outlet pipe) ditunjukkan seperti pada gambar 13. Alat hitung benih ikan akan mulai dihitung bila kedua input gerbang logika NAND melalui sensor Infra Red terhalang badan ikan maka ikan mulai dihitung. Hasil logika matrix ini akan menjadi input data untuk diolah oleh Microcontroller kemudian menggunakan Liquid Crystal Display untuk menampilkan data hasil hitung ikan. Modul Alat Penghitung Benih Ikan ditunjukkan seperti pada gambar 14.
Validasi dan Pembahasan Alat Penghitung Benih Ikan
Petani ikan dalam menentukan jumlah benih ikan menggunakan cara manual yaitu ikan bersama air ditentukan takaran terlebih dahulu menggunakan timbangan misal 0,01 kilogram akan berisi berapa jumlah benih ikan dengan menghitung benih ikan secara manual. Dari Jumlah yang diperoleh akan dilakukan hal yang sama untuk setiap kelipatan jumlah benih ikan. Kondisi ini dapat disimpulkan bahwa petani ikan melakukan proses penghitungan jumlah benih ikan secara tidak efisien. Hal ini disebabkan karena pengamatan mengguakan indra mata pada benih ikan sangat dipengaruhi oleh tingkat ketelitian seseorang dan besar kemungkinan hasil hitung ikan terjadi kesalahan. Akurasi hasil penghitungan ikan yang dilakukan oleh Widagdo Purbowaskito (2014) yaitu menghitung ikan ukuran besar menggunakan pipa berdiameter 1,8 cm atau 3/4 inci dan mempunyai akurasi hasil penghitungan ikan yaitu 91.2% atau mempunyai deviasi (penyimpangan) yaitu 8,8% dari jumlah semestinya.
Validasi Alat Penghitung Benih Ikan dilakukan dengan cara eksperimen menghitung benih ikan ukuran 3 hingga 5 cm yang dilewatkan melalui pipa berdiameter 1 cm atau 2/5 inci dan kemudian membandingkan hasil hitung benih ikan terhadap jumlah semestinya (hasil hitung cara manual) untuk menentukan deviasi (penyimpangan), sebagai berikut:
1. Apabila hasil hitung ikan mempunyai deviasi (penyimpangan) lebih besar dari 10% dari jumlah semestinya maka penggunaan alat penghitung benih ikan tidak efektif. 2. Apabila hasil hitung ikan mempunyai deviasi (penyimpangan) lebih kecil dari 10%
dari jumlah semestinya maka penggunaan alat penghitung benih ikan bisa diterima untuk digunakan Petani Ikan lele.
Gambar 13a. Bak pengisian atau filling vessel
Gambar 13b. Pipa penyaluran atau outlet pipe
Gambar 12. Pengukuran gelombang Infra Red menggunakan Osiloskop
Gambar 14. Alat Penghitung Benih Ikan
Gambar 15. Bibit ikan lele Gambar 16. Validasi Alat Penghitung Benih Ikan kepada Petani Ikan lele
Berdasarkan gambar 16, hasil uji coba alat hitung benih ikan kepada petani ikan lele ditunjukkan pada tabel 3.
Tabel 3.
Hasil uji coba alat hitung benih ikan kepada petani ikan lele
No. Instrumen Pengujian 1 Pengujian 2
Hasil Hasil
1. hitung Manual 350 ekor 375 ekor
3. deviasi (penyimpangan) 10 ekor 11 ekor
4. tingkat deviasi (10/350)x100% = 3% (11/375)x100% = 2,93%
Berdasarkan Tabel 3, maka hasil uji coba alat hitung benih ikan mempunyai deviasi (penyimpangan) rata-rata 2,9% terhadap jumlah semestinya atau mempunyai Akurasi hasil penghitungan ikan mencapai 97%.
SIMPULAN
Dari penjelasan di atas dapat diambil simpulan bahwa alat Penghitung Jumlah Benih Ikan Menggunakan Logika Matrix ini telah berhasil dibuat menggunakan sensor phototransistor penerima cahaya infra red dengan frekuensi 20KHz sebagai media untuk mendeteksi ikan yang dilewatkan pada pipa transparan berdiameter 1 cm. Pengolahan data hasil penghitungan ikan menggunakan microcontroller Atmel AT89S51. Akurasi hasil penghitungan menggunakan alat hitung benih ikan mencapai 97% terhadap jumlah ikan semestinya. Kapasitas penghitung benih ikan dibawah seribu maka tingkat akurasi alat penghitung benih ikan ini mempunyai deviasi (penyimpangan) rata-rata 2,9% terhadap penghitungan manual oleh petani benih ikan. Kapasitas penghitung benih ikan hingga puluhan ribu. Pengoperasian yang sama pada alat penghitung benih ikan ini akan menghasilkan tingkat akurasi dan mempunyai deviasi (penyimpangan) rata-rata yang sama. Tingkat akurasi penghitungan manual oleh petani benih ikan akan memiliki akurasi lebih rendah dan mempunyai deviasi (penyimpangan) rata-rata akan jauh lebih besar dikarenakan keterbatasan indra mata dari petani benih ikan. Penelitian lanjutan untuk pengembangan menggunakan metoda kuantitatif. Proses revisi produk menggunakan validasi dengan instrumen angket pada petani benih ikan
DAFTAR PUSTAKA
Amir D. 2014. Analisis Kecepatan Reaksi Sensor Terhadap Gelombang Cahaya Infra Merah Dan Laser. Jurnal Litek (ISSN: 1693-8097) Volume 11 Nomor 1, Maret 2014: hal. 8-12
Borg, W.R. & Gall, M.D. Gall. 1989. Educational Research: An Introduction, (5th ed.). New York: Longman
Djoko Tri Hastono. 2009. Sistem Pengendali dan Pengukur Suhu Pada Mesin Penetas Telur berbasis Mikrokontroler At89S51. Graduates thesis, Universitas Negeri Semarang
Effendi, I. 2004. Pengantar Akuakultur . Penebar Swadaya. Jakarta
Minarni, Saktioto, Gita Lestari. 2013. Prosiding Semirata FMIPA Universitas Lampung. Semirata 2013 FMIPA Unila, halaman 167
Petruzella, FD. 1996. Elektronika Industri. Jakarta : Andi
Sugiyono. 2009. Metodologi Penelitian Manajemen Pendidikan. Bandung: CV. Alfabeta Suseno. 2000. Pengelolaan Usaha Pembenihan Ikan Mas. Penebar Swadaya. Jakarta Vishay Semiconductors. 2012. Document Number: 81665 Rev. 1.4, 28 Mar 2012
Widagdo Purbowaskito. 2014. Rancang Bangun Alat Penghitung Benih Ikan Menggunakan Sensor Optik Fototransistor Berbasis Mikrokontroler ATMEL ATMEGA8. Universitas Gajah Mada, Yogjakarta, Jawa tengah
www.forumsains.com
www.gerailele.com/p/bibit-lele.html
