BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Sistem Komputer
Komputer atau lebih tepat teknologi berbasis komputer hanyalah salah satu manifestasi terakhir dari teknologi informasi. Ilmu komputer mempelajari apa yang bisa dilakukan oleh beberapa program. Bagaimana program ini harus mengevaluasi suatu hasil (algoritma), bagaimana program harus menyimpan dan mengambil data tertentu dari suatu informasi (struktur data) dan bagaimana program dan pengguna berkomunikasi (_____,2009f).
Tujuan pokok dari sistem komputer adalah mengolah data untuk menghasilkan informasi sehingga perlu didukung oleh elemen-elemen yang terdiri dari perangkat keras (hardware), perangkat lunak (software) dan (brainware), kemudian secara garis besar tersusun dari empat komponen utama yaitu; piranti masukan, piranti keluaran, unit pemrosesan utama dan memori. Unit pemprosesan utama (Central Prossesing Unit CPU) adalah otaknya komputer, yang berfungsi mengerjakan operasi-operasi dasar seperti operasi perbandingan, perhitungan (penjumlahan, pengurangan, perkalian, pembagian dan lain-lain).
Pembuatan program komputer tidak terlepas dari pembuatan model dan sistem. Pembuatan model dapat dibedakan pada model fisika dan matematika.
Model fisika dibedakan antara model statik dan dinamik. Model statik adalah model yang hanya dapat menunjukkan nilai-nilai yang ditunjukkan oleh atribut ketika sistem berada dalam keseimbangan (____,2009d)
2.2. Konsep Dasar Simulasi
Simulasi adalah proses yang diperlukan untuk operasional model atau penanganan model untuk meniru tingkah laku sistem yang sesungguhnya. Dengan demikian, simulasi dapat diartikan sebagai suatu sistem yang digunakan untuk memecahkan atau menguraikan masalah dalam kehidupan nyata yang penuh dengan ketidakpastian, yang lebih ditekankan pada pemakaian model untuk mendapatkan solusi (Djunaidi, et, al, 2006). Adapun langkah-langkah dalam simulasi dilakukan seperti pada alur Gambar 2.1.
Formulasi Masalah
Spesifikasi Model
Membangun Model
Mengembangkan Mengumpulkan Menetapkan
Gambar 2.1. Tahapan Studi Simulasi (Djunaidi, et, al, 2006)
Model Simulasi Data Kontrol
Simulasi Model
Menjalankan Verifikasi Validasi Model Simulasi Model Model Simulasi Simulasi
Menggunakan Model
Pendukung Pengambilan Keputusan
2.3. Bahasa Pemograman
Program komputer adalah sekumpulan instuksi yang dikenal oleh komputer dan disusun menurut urutan yang logis untuk menyelesaikan suatu masalah (____,2009b). Pemograman (programming) adalah kegiatan yang berkaitan dengan penulisan program komputer.
Bahasa yang digunakan untuk penulisan program tersebut disebut dengan pemrograman (programming language). Bahasa pemrograman komputer senantiasa berkembang secara evolusi sejalan juga dengan perkembangan perangkat keras komputer. Hingga saat ini telah dikenal lima generasi bahasa pemrograman komputer, yaitu : (Zarlis, et, al, 2005)
1. Generasi 1, yaitu bahasa mesin 2. Generasi 2, yaitu bahasa rakitan 3. Generasi 3, yaitu bahasa prosedural 4. Generasi 4, yaitu bahasa non prosedural 5. Generasi 5, yaitu bahasa kecerdasan buatan 2.4. Pengukuran Unsur Cuaca
Penemuan suatu ilmu umumnya didahului oleh pengukuran-pengukuran.
Data yang diperoleh dari pengukuran dikumpulkan kemudian diteliti. Hasil penelitian setelah dianalisis timbulah suatu ilmu. Demikian juga dari pengukuran- pengukuran untuk cuaca timbulah ilmu cuaca dan kemudian ilmu iklim.
Data yang benar diperoleh dengan suatu cara tertentu. WMO (Word Meteorology Organitation) atau badan meteorologi sedunia telah membuat suatu cara yang baku, sehingga data hasil pengukuran dapat dibandingkan dengan beberapa tempat. Perbedaan data yang diperoleh menggambarkan pola cuaca dan iklim. Sehingga perlu adanya beberapa keseragaman yang meliputi :
1. Keseragaman peralatan.
2. Keseragaman pemasangan alat.
3. Keseragaman waktu pengamatan.
4. Keseragaman pengumpulan data.
Di Indonesia pengamatan dan pengukuran cuaca ini masih sangat kurang.
Hal tersebut disebabkan minimnya sumber daya manusia yang memahami studi ini, selain itu pengamatan-pengamatan yang dilakukan selama ini umumnya masih bersifat manual dan sangat tergantug oleh para pengamat cuaca, dimana membutuhkan ketepatan dan ketelitian yang tajam serta waktu yang relatif lama.
(Manan, 1986)
Dengan semakin majunya perkembangan teknologi saat ini, tuntunan hidup yang serba praktis dan instan memaksa kita untuk merubah tatanan kehidupan dari yang bersifat manual menuju ke suatu hal yang bersifat otomatis.
Begitu juga dengan proses pengamatan cuaca, peralatan konvensional yang membutuhkan ketajaman dalam pengukuran serta waktu yang lama dapat digantikan oleh peralatan yang lebih cepat dan akurat tanpa membutuhkan sumber daya manusia yang banyak. Di sisi lain pengukuran cuaca secara otomatis dan portable dapat memberikan data secara kontinyu karena proses perekaman data dilakukan setiap saat, dan pengumpulan dari data-data yang ada dapat digunakan sebagai pemodelan iklim pada suatu wilayah di masa yang akan datang.
Pengembangan instrumentasi atau alat ukur cuaca portable saat ini masih terus dilakukan baik itu pada sensor maupun, alat perekam serta transmisi data untuk penyampaian informasi. Ketiga komponen utama tersebut akan terintegrasi menjadi suatu sistem rangkaian pengukuran cuaca secara otomatis dan portable.
Stasiun cuaca otomatis atau yang biasa disebut AWS (Automatic Weather Station) harus memiliki keunggulan dalam hal kemudahan pengoprasiaannya.
Seperangkat AWS harus dapat dioperasikan oleh berbagai orang dari tingkat pendidikan yang berbeda sehingga diharapkan tidak ada lagi kesalahan dalam pengukuran yang disebabkan oleh rendahnya kualitas sumber daya manusia sebagai pengamat dan pencatat data cuaca.
2.5. Alat Pengukur Unsur Cuaca
Pada stasiun cuaca konvensional / manual sering terjadi kehilangan data yang disebabkan oleh terlewatnya pengamatan, dan pengamat cenderung untuk menutupi kesalahan dengan mengisi data dugaan mereka sendiri, hal tersebut dapat menyebabkan kesalahan dalam penyampaian informasi di kemudian hari.
Karena peralatan konvensional memiliki beberapa kekurangan dalam hal ketepatan waktu pengamatan maupun dari segi kesalahan manusia (human error), maka diperlukan rekayasa sistem pengembangan perangkat instrumentasi otomatis. Dengan adanya otomatisasi sistem instrumentasi meteorologi, diharapkan akan mempermudah kerja manusia sebagai pengamat dan pengambilan keputusan yang cepat dan akurat. (Ishadamy, 1984)
Gambar 2.2. Sangkar cuaca dengan sensor manual.
Beberapa unsur cuaca yang diamati di Badan Meteorologi Klimatologi dan Geofisika adalah : Radiasi Matahari, Tekanan Udara, Suhu dan Kelembaban Udara, Arah dan Kecepetan Angin, Curah Hujan, Penguapan.
Penggunaan alat pengukur cuaca otomatis atau sering juga disebut AWS (Automatic Weather Station) merupakan salah satu cara untuk meningkatkan
kecermatan dalam pegukuran. Peralatan tersebut secara komersial telah tersedia di pasaran, antara lain produk dari Campbell Sceintific, Delta T Device, Vaisala, Aandera Instrument, dan lain sebagainya. Pada dasarnya seperangkat AWS terdiri dari media perekam dan sensor-sensor cuaca. Untuk negara berkembang seperti Indonesia kendala utama pemanfaatan alat jenis ini adalah harganya yang cukup mahal, apalagi dalam kondisi perekonomian saat ini barang impor menjadi cukup mahal. Sehingga pengadaaan alat cuaca otomatis tersebut untuk memenuhi kebutuhan di setiap stasiun cuaca di Indonesia sulit dilakukan. (Budianto, 2003) 2.6. Perancangan Perangkat Keras
Secara umum bagian-bagian yang termasuk perancangan perangkat keras meliputi perakitan dan pemasangan sensor, pembuatan rangkaian elektronika serta fasilitas pendukungnya. Rangkaian elektronika tersebut juga sering disebut
dengan sistem pengaturan digital.
Untuk menghasilkan sistem pengolahan data yang fleksibal terhadap berbagai macam jenis sensor yang digunakan maka diperlukan peyetaraan- penyetaraan keluaran sensor. Umumnya keluaran yang dihasilkan oleh sensor merupakan sinyal analog yang sangat kecil sehingga diperlukan penguat sinyal (op-amp) sebelum sinyal diubah menjadi bentuk digital. (Ishadamy, 1984).
Dalam penelitian ini sensor cuaca yang memiliki keluaran besaran analog adalah sensor Suhu Udara, Kelembaban Udara, dan Radiasi Matahari. Untuk Suhu Udara dan Kelembaban Udara Sensor diletakan di dalam sangkar meteo sedangkan sensor radiasi matahari diletakan di ruangan terbuka.
Pengukuran suhu sering dipakai sebagai dasar pengukuran unsur-unsur fisik alam karena suhu menggambarkan tingkatan energi materi baik padatan, gas maupun cairan. Pengindera suhu setehnik elektronik yang umum dijumpai adalah kawat resistansi, termokopel serta semikonduktor. Semikonduktor yang bisa dipakai adalah termistor, dioda, transistor serta integrated circuit (IC).
Berdasarkan karakter dasar elektroniknya, pengindera suhu elektronik dapat
digolongkan menjadi 2 macam, yaitu pengindera yang nilai resistansinya berubah dan pengindera yang beda potensialnya dipengaruhi oleh suhu.
Nilai resistansi logam pada dasarnya berubah setehnik linier oleh perubahan suhu bahan. Untuk suatu kawat logam nilai resistansinya dipengaruhi oleh panjang kawat serta diameternya. Untuk mendapatkan simpangan resistansi yang besar pengindera suhu dibuat dari kawat yang sangat halus (diameter kecil) dan panjang, dan untuk membuat ukurannya tetap kecil maka kawat digulung/dililit. Untuk pengukuran suhu udara pengindera ini tergolong baik karena ketelitiannya dan kestabilan kalibrasi yang tinggi. Apabila ukuran sensor dapat dibuat kecil maka massa termalnya juga rendah sehingga sensitivitasnya tinggi/cepat tanggap atas perubahan suhu. Pengukuran suhu dengan pengindera ini sangat akurat sehingga ideal untuk pengukuran suhu absolute.
Semikonduktor yang berubah nilai resistansinya karena perubahan suhu disebut sebagai termistor. Nilai resistansi komponen ini ada yang meningkat karena kenaikan suhu yaitu jenis PTC (positive temperature coeficient) dan ada yang bersifat kebalikannya yang disebut sebagai NTC (negative temperature coeficient). Simpangan perubahan resistansi dari semikonduktor relatif besar akan tetapi tidak linier sepanjang jangka pengukuran. Karena sifat ini maka pengindera ini kurang sesuai untuk pengukuran suhu absolute akan tetapi sangat sesuai untuk mengukur perubahan suhu. Untuk pengukuran suhu yang cepat tanggap diperlukan termistor yang ukuran fisiknya kecil (Budianto Bregas dan
C.Setiawan Arif, 2003).
Untuk mendapatkan sinyal elektronik dari jenis pengindera yang berubah resistansinya diperlukan daya listrik/arus listrik (I). Sejumlah arus yang mengalir melalui suatu bahan dengan resistansi R akan menyebabkan terukurnya beda potensial V diantara dua terminal pengindera, yang besarnya mengikuti hubungan sebagai berikut,
V (volt) = R (ohm) x I (ampere) (2.1) Untuk mendapatkan V yang sebanding dengan perubahan nilai R, arus I harus dijaga konstan. Nilai I ini harus diberikan sekecil mungkin supaya daya listrik yang terbuang (disipate) dalam bentuk panas pada badan sensor (self
heating) dapat diminimumkan. Besar daya listrik yang terjadi dalam bentuk panas mengikuti hubungan seperti berikut ini,
P (watt) = V (volt) x I (ampere) (2.2) Buangan panas perlu diperhitungkan dengan cermat khususnya untuk pengukuran suhu udara. Suhu yang terdeteksi oleh sensor adalah suhu udara ditambah suhu badan sensor itu sendiri. Apabila laju perpindahan panas konvektif dari sensor lebih rendah dibandingkan laju penambahan panas yang terjadi pada sensor maka suhu udara yang terukur menjadi lebih tinggi. Hal ini harus dihindari demi keakuratan pengukuran. Ukuran sensor yang kecil dapat membantu mengurangi kesalahan ini karena rasio luasan permukaan sensor terhadap volume udara yang lewat (aliran udara) menjadi semakin kecil. Dengan kata lain panas yang timbul pada sensor dengan cepat dapat diserap dan dipindahkan oleh udara sekitarnya.
Teknik untuk membuat arus listrik konstan dengan nilai yang rendah sebelumnya agak sulit dilakukan (orde mikroampere). Oleh karena itu teknik yang banyak dipublikasikan untuk sensor berdasarkan perubahan resistansi adalah penggunaan jembatan Wheatstone (Wheatstone bridge). Dalam teknik ini empat buah komponen yang bersifat resistive dirangkai seperti gambar berikut.
Gambar 2.3. Susunan empat buah komponen yang bersifat resistive Tegangan catu pada bridge perlu dibuat konstan dan nilainya relatif besar (orde Volt). Pada teknik ini perubahan resistansi pada salah satu komponen, dalam hal ini adalah sensor akan menyebabkan perubahan kesetimbangan potensial sehingga menimbulkan beda potensial (V out). V out akan berubah setehnik linier apabila perubahan resistansi sensor juga linier terhadap suhu.
Untuk sensor termistor yang tidak linier, kompensasi dapat dilakukan dengan menambahkan resistor paralel terhadap sensor dengan nilai resistansi sebesar nilai resistansi sensor (termistor) pada median jangkah pengukuran (Budianto Bregas dan C.Setiawan Arif, 2003).
Pada umumnya sifat perpindahan elektron/muatan listrik pada bahan semikonduktor dipengaruhi oleh temperatur bahan. Untuk komponen semikonduktor bahan silikon, tegangan maju (forward voltage) yang terjadi antara junction bahan P dan N nilainya dipengaruhi oleh suhu. Nilai nominal tegangan maju ini adalah sekitar 600 mV pada suhu ruangan. Kenaikan suhu akan setehnik linier menurunkan tegangan maju sebesar 2 sampai 2.5 mv/oC. Perubahan semakin besar apabila arus biasnya dibuat mendekati arus bias minimum. Ada keuntungan dari pengoperasian dengan arus catu yang rendah, yaitu buangan panas sensor yang semakin kecil.
Komponen elektronik yang bisa dipakai adalah dioda silikon dan transistor silikon. Pada transistor bahan P dan N diambil dari pin basis dan pin emittor.
Untuk pengukuran suhu udara jenis transistor dan dioda yang baik dipakai adalah komponen yang kemasannya kecil. Hal ini berhubungan dengan kecepatan sensor untuk mencapai kesetimbangan termal. Kekurangan penggunaan sensor ini adalah sulit mendapatkan komponen yang karakternya seragam meskipun dioda dari jenis yang sama.
Jadi untuk membuat beberapa sensor suhu, masing-masing sensor harus dikalibrasi sendiri. Untuk meningkatkan ketelitian pengukuran, simpangan tegangan maju dapat diperbesar dengan penguat sinyal. Berikut ini adalah gambar dioda silikon yang dibias maju (forward biased) dan sinyal V out yang berubah karena perubahan suhu (Budianto Bregas, 2003).
Teknik elektronik yang lebih maju untuk mengindera suhu adalah dengan memanfaatkan integrated circuit (IC) sensor suhu. Salah satu yang relatif mudah didapat adalah produk National Semiconductor, yaitu IC LM35. IC ini memiliki
tanggapan linier sebesar 10 mV/o
C dengan tingkat ketepatan hingga 0.25o
C pada suhu kamar. Keluaran tegangan sebanding langsung terhadap suhu dalam satuan derajat Celcius, misalnya keluaran 300 mV artinya temperatur sensor adalah 30,0oC.
Dalam proses pembuatannya melibatkan proses pemotongan presisi wafer silikon dengan berkas laser sehingga keseragaman kalibrasi telah terjamin.
Pengoperasian pada range (jangkah) pengukuran (-55 sampai +150 o
C) tingkat kesalahannya maksimum 0.75o
C (spesifikasi pabrik). Apabila arus catu yang diberikan relatif kecil (<60A) maka kenaikan suhu karena pemanasan sendiri (self heating) pada keadaan udara diam hanya sebesar 0.08Co
. Kemasan komponen ini adalah standar TO-92 dengan diameter sekitar 5mm.
Dari sifat-sifat diatas IC tersebut cukup ideal untuk dapat dimanfaatkan untuk pengukuran suhu udara. Untuk aplikasi pengukuran kelembaban udara dengan metoda psikrometrik yang membutuhkan aspirasi natural, ukuran sensor suhu masih terlalu besar sehingga kemasan plastik IC dapat diperkecil dengan jalan mengikis kemasan TO-92 sekecil mungkin tanpa mengganggu bagian dalam elektroniknya. Pengecilan ukuran sensor dapat meningkatkan tanggapan waktu sehingga sensor lebih cepat mencapai titik keseimbangan (Budianto Bregas,
2003).
Untuk pengukuran skala mikro ukuran sensor masih terlalu besar karena respon waktunya menjadi besar. Pengindera suhu yang juga memberikan keluaran beda potensial adalah kawat termokopel. Pada prinsipnya termokopel adalah dua macam kawat logam yang berbeda yang disambungkan. Apabila terjadi perbedaan suhu diantara kedua titik sambungannya (junction) maka akan timbul gaya gerak listrik (ggl)/ beda potensial diantara dua ujungnya. Gejala ini pertama ditemukan oleh Seebeck sehingga disebut sebagai Seebeck effect.
Kawat termokopel yang populer adalah kombinasi kawat tembaga dan konstantan. Besar koefisien Seebeck untuk kombinasi kawat termokopel ini
adalah sekitar 40 mikrovolt/oC. Nilai ini termasuk kecil sehingga untuk mendapatkan pengukuran yang cukup teliti diperlukan penguat sinyal.
Karena prinsip kerjanya berdasarkan pengukuran beda suhu, maka untuk pengukuran suhu absolut salah satu titik sambungan harus dianggap sebagai suhu panutan (referrence). Teknik yang biasa dipakai adalah dimasukkan es atau titik panutan diukur suhunya dengan sensor elektronik lain (IC LM 35). Teknik pengukuran kombinasi antara termokopel dengan semikonduktor merupakan tehnik yang paling ideal untuk pengukuran skala mikro.
Keuntungan dari sensor ini adalah, pertama sensor tidak perlu catu arus sehingga tidak ada buangan panas, kedua ukuran sensor dapat dibuat sangat kecil mendekati ukuran diameter kawat sehingga cepat mencapai kesetimbangan termal dengan lingkungannya. Dibandingkan dengan sensor suhu elektronik lainnya keluaran sensor ini sangat kecil sehingga penguatan sinyal yang diperlukan lebih tinggi dan Salah satu tehnik pengukuran kelembaban udara adalah menggunakan metoda psikrometrik, yaitu metoda yang memerlukan pengukuran suhu dengan dua sensor, yaitu bola basah dan bola kering. Sensor suhu bola basah diperoleh dengan menutup permukaan sensor dengan selapis bahan kain katun yang selalu basah. Bahan penutup dihubungkan dengan cadangan air yang dihubungkan dengan benang/tali katun sehingga selaput air yang menguap dapat selalu digantikan oleh air yang mengalir melalui sifat kapiler dari serat bahan katun (Budianto Bregas. 2003).
Sensor suhu bola kering digunakan untuk mendapatkan suhu udara sedangkan sensor bola basah digunakan untuk medapatkan nilai defisit tekanan uap air udara. Pengukuran suhu udara bola basah dapat menggambarkan kandungan uap air karena selisihnya terhadap suhu bola kering sebanding dengan energi yang terserap sebagai panas laten pada proses penguapan selaput air pada sensor. Apabila udara lingkungan kering (defisit tekanan uap tinggi) maka penguapan yang terjadi dari permukaan sensor makin banyak, hal ini menyebabkan nilai pengukuran suhu bola basah makin rendah. Melalui pendekatan empiris nilai kelembaban relatif (RH) dapat dihitung dengan persamaan-persamaan berikut,
ew = 6.1078 x exp[17.239Tbb/(Tbb+273.3)], (2.3) ea = ew - 0.661 x (Tbk - Tbb), (2.4) es = 6.1078 x exp[17.239Tbk/(Tbk+273.3)], (2.5) e dalam mb dan T dalam oC, sehingga
RH (%)= ( ea / es ) x 100 (2.6) Teknik lain mengindera kelembaban udara setehnik elektronik adalah menggunakan sensor kapasitor. Nilai kapasitor pada dasarnya tergantung dari luasan lempeng elektroda dan konstanta dielektrik dari bahan yang terdapat diantara lempengan elektroda. Bahan dielektrik yang dipakai pada sensor ini berbahan dasar garam sehingga bersifat higroskopis. Nilai kapasitansi dari sensor ini berbanding lurus dengan nilai RH, karena daya serap uap air bahan dielektriknya juga dipengaruhi oleh suhu udara.
Untuk mendapatkan sinyal keluaran dalam dalam satuan volt, sensor ini harus di catu dengan arus listrik bolak-balik dan dipasang dalam konfigurasi jembatan Wheatstone. Untuk mendapatkan sensor kapasitif ini saat ini masih relatif sulit sehingga metoda psikrometrik lebih populer.
Pada saat pemasangan sensor suhu bola kering dan basah pengaruh langsung dari radiasi matahari harus dihindarkan akan tetapi aliran udara (aspirasi natural) tidak boleh terhambat. Untuk itu sensor perlu ditempatkan pada sangkar cuaca mini. Bentuk sangkar cuaca yang populer berupa kisi-kisi berbentuk lingkaran (piringan) yang terbuat dari bahan aluminium atau plastik yang tidak tembus cahaya.
Untuk mengindera pantehnikn radiasi surya dapat dilakukan dengan dua macam pendekatan. Pertama yang banyak dilakukan adalah menggunakan medium pengubah energi radiasi menjadi energi termal. Tehnik lain adalah dengan mengukur energi foton yang jatuh pada semikonduktor yang peka foton.
Pada prinsip termal, pantehnikn radiasi surya harus diterima oleh suatu permukaan/lempengan yang menyerap seluruh pantehnikn radiasi. Suatu
menerima pantulan radiasi spektrum gelombang tampak maupun spektrum gelombang elektromagnetik lainnya. Penyerapan energi radiasi oleh permukaan mengakibatkan peningkatan suhu permukaan dan tentunya peningkatan suhunya berbanding lurus dengan energi pantehnikn radiasi yang jatuh di permukaan.
Dengan mengukur beda suhu antara permukaan yang berwarna “hitam”
dengan permukaan yang berwarna “putih” maka perbedaan suhu yang terukur adalah sebanding dengan pantehnikn energi radiasi surya. Pengindera radiasi surya dengan teknik ini biasa disebut sebagai solarimeter.
Teknik pengukuran suhu yang banyak dipakai untuk solarimeter adalah menggunakan termokopel yang dirangkaikan setehnik seri. Setiap termokopel masing masing mengukur permukaan yang berwarna hitam dan putih. Dengan menggabungkan puluhan termokopel yang dihubungkan setehnik seri (disebut sebagai termopil) maka keluaran tegangan solarimeter sudah cukup tinggi tanpa
menggunakan penguat sinyal.
Salah satu jenis solarimeter adalah tube-solarimeter. Alat ini adalah solarimeter yang mempunyai bentuk sensor memanjang dengan pelindung tabung kaca. Termokopel (termopil) yang digunakan merupakan kombinasi kawat tembaga dan kawat konstantan. Untuk jenis tube-solarimeter tertentu dengan 60 termopil, faktor kalibrasi yang diperoleh adalah sekitar 15mV/kW/m2
. Berikut ini adalah gambar salah satu jenis tube-solarimeter. (GAMBAR)
Jenis solarimeter lain suhu referensinya tidak diambil dari permukaan yang berwarna putih, melainkan diambil dari bahan pejal dengan masa termal yang besar, yang letaknya tersembunyi dari pengaruh radiasi surya. Ukuran permukaan sensor alat ini bisa dibuat kecil dengan termopil yang terkonsentrasi. Bentuk pelindung sensor dari kaca yang berbentuk kubah, sehingga alat ini biasa disebut sebagai dome solarimeter
Teknik penginderaan radiasi surya dengan semikonduktor dapat dilakukan dengan LDR (light dependent resistor), solar cell maupun CdSe cell. Komponen- komponen tersebut peka terhadap radiasi surya tetapi kepekaannya terbatas untuk selang spektrum panjang gelombang tertentu. Untuk LDR nilai resistansinya
sebanding dengan cahaya yang jatuh pada sensor. Untuk Solar cell dan CdSe cell arus listrik yang timbul berbanding lurus dengan energi foton yang jatuh pada
sensor.
Dengan demikian untuk pengukuran total radiasi surya penggunaanya perlu perhatian lebih. Kondisi pengkalibrasian sensor ini dengan alat yang mempunyai kepekaan spektrum panjang gelombangnya yang lebih lebar harus diperhatikan. Apabila terjadi modifikasi spektrum panjang gelombang yang diterima sensor maka nilai kalibrasi alat tidak lagi berlaku. Misalnya untuk pengukuran di bawah tajuk tanaman dimana spektrum gelombang hijau banyak berkuran Kecepatan angin diukur dengan alat yang disebut anemometer. Jenis alat yang banyak dipakai adalah cup anemometer. Alat ini terdiri dari tiga buah mangkok (cup) yang terhubung melalui jari-jari terhadap poros yang dapat
berputar bebas.
Prinsip pengukuran pada alat ini adalah dengan menghitung jumlah putaran mangkok dalam satu periode waktu tertentu. Gerakan masa udara dihitung berdasarkan jumlah putaran dan keliling lingkaran yang ditempuh mangkok. Mangkok dapat berbentuk kerucut atau setengah bola dari bahan yang ringan (plastik atau alumunium) dan disambungkan pada poros putaran dengan batang jari-jari. Bantalan peluru kecil (ball-bearing) dipasang pada poros putaran untuk mengurangi gaya gesekan. Untuk mendapatkan sinyal elektronik dari gerakan putaran maka pada poros putar dipasang sebuah magnet kecil. Pada rumah poros putaran ditempatkan sebuah reed switch, yaitu sakelar mekanik yang aktif oleh medan magnet.
Teknik lain yang dapat digunakan untuk mendeteksi gerakan adalah menggunakan hall sensor. Sensor ini merupakan semikonduktor yang menghasilkan logic ketika di ekspos pada perubahan medan magnet. Kelebihan hall sensor dibandingkan dengan reed switch adalah respon waktunya sangat cepat sehingga mampu mendeteksi putaran yang sangat tinggi. Penempatan sakelar disesuaikan dengan penempatan magnet sehingga setiap kali magnet melintas gerakan ini terdeteksi dengan tertutupnya sakelar. Kondisi dari sakelar
Alat ini melibatkan transducer mekanik, maka dalam pembuatan konstruksinya perlu memperhatikan faktor gesekan pada rotor, bentuk, ukuran, dan massa cup anemometer. Karena bagian-bagian akan menentukan tingkat kepekaan, kesalahan, dan ketelitian pengukuran bila pengindera kecepatan angin ini digunakan. Contoh konstruksi dari alat ini dapat dilihat dari gambar berikut,
Tehnik lain untuk mengukur kecepatan angin adalah menggunakan teknik pendinginan konvektif. Tehnik ini menggunakan sensor suhu yang dipanaskan dengan tingkat energi tertentu sehingga suhu sensor sedikit lebih tinggi dari suhu udara lingkungan. Apabila terjadi gerakan massa udara maka sebagian panas pada sensor akan terbawa oleh angin sehingga suhunya menurun. Penurunan suhu yang terukur dapat dikalibrasi dengan kecepatan angin.
Semua sensor suhu yang sudah dijelaskan pada bagian sebelumnya dapat digunakan sebagai sensor kecepatan angin. Yang paling ideal tentunya sensor suhu yang massa termalnya paling kecil. Yang banyak dijumpai adalah menggunakan kawat resistance sehingga alatnya dikenal sebagai hot-wire anemometer. Keistimewaan alat ini adalah mampu mengukur gerakan udara yang sangat lemah, yang tidak mampu menggerakkan baling-baling sensor cup anemometer.
Arah angin diindera dengan alat yang disebut sebagai wind-vane. Alat ini berupa penunjuk yang dapat berputar pada porosnya. Bentuk penunjuk dibuat tidak setimbang dengan membuat salah satu sisi mempunyai luasan yang lebar.
Dengan konstruksi ini posisi setimbang penunjuk akan sejajar dengan arah angin.
Setehnik elektronik posisi penunjuk dapat dihubungkan dengan resistor variabel (potensiometer). Posisi putaran dari tuas potensiometer akan menentukan nilai
resistansi dari potensiometer.
Untuk penunjuk arah angin dengan penunjukan diskret (misalnya 8 arah mata angin) penggunaan sakelar peka medan magnet dapat digunakan. Jadi keluaran alat ini berupa penunjukan sakelar yang tertutup yang diindikasikan oleh nyala lampu atau sinyal yang berupa kode digital. Berikut ini adalah gambar konstruksi alat penunjuk arah angin., maka pengukuran dengan alat jenis ini
kurang sempurna.
Untuk mengukur curah hujan teknik yang dipakai adalah dengan mengukur volume air hujan yang tertampung pada suatu penadah dengan luasan tangkapan tertentu. Setehnik elektronik jumlah/volume air yang masuk dapat diukur menggunakan bejana berjungkit (tipping bucket). Alat ini berupa jungkitan dengan dua penampung air diletakkan di bawah corong. Jungkitan penampung ini apabila sudah penuh akan berjungkit untuk membuang air, dan gerakan ini akan menempatkan penampung yang kosong di bawah corong setehnik bergantian.
Sebuah magnet dipasang pada tengah jungkitan dan sebuah reed switch atau hall sensor dipasang pada rumah poros jungkitan sehingga gerak berjungkit dari bejana penampung akan terdeteksi dengan tertutupnya sakelar sesaat. Status terbuka dan tertutupnya sakelar merupakan keluaran dari alat ini.
Dengan data diameter mulut penakar hujan dan volume bejana berjungkit, maka penghitungan faktor kalibrasi dapat dilakukan. Setiap gerakan jungkitan setara dengan tinggi curah hujan yang dihitung dari volume air yang mampu menjungkirkan posisi jungkitan dibagi dengan luasan penampang tangkapan. Ukuran yang umum satu kali junglitan setara dengan 0,5 mm hujan (Budianto Bregas, 2003).
2.7. Pengolahan Data Analog
Pada sistem komputer sinyal elektronik yang akan dikenali hanyalah sinyal yang berbentuk digital atau bilangan biner yang direpresentasikan dalam logika 0 dan 1. Untuk mengubah besaran analog keluaran sensor ke besaran digital diperlukannya suatu komponen elektronik sebagai konverter yang sering disebut ADC (Analog to Digital Converter).
Secara teoritis, fungsi transfer ideal untuk konverter analog ke digital berbentuk garis lurus. Bentuk ideal garis lurus hanya dapat dicapai dengan konverter data beresolusi tak hingga. Karena tidak mungkin mendapatkan resolusi tak hingga, maka secara praktis fungsi tranfer ideal tersebut berbentuk gelombang tangga seragam. Semakin tinggi resolusi ADC, semakin halus gelombang tangga tersebut. Resolusi ADC selalu dinyatakan sebagai jumlah bit-bit dalam kode keluaran digitalnya. Misalnya, ADC dengan resolusi n-bit memiliki 2n kode digital yang mungkin dapat berarti memiliki 2n tingkat undak (step level).
(Salman,2000)
Gambar 2.4. Pengubahan Sinyal Analog ke Digital (____2010g)
Lebar satu undak (step) didefinisikan sebagai 1 LSB (least significant bit) dan unit ini digunakan sebagai unit rujukan untuk besaran-besaran lain dalam spesifikasi peranti konversi data. Unit 1 LSB itu juga digunakan untuk mengukur resolusi konverter karena ia juga menggambarkan jumlah bagian atau unit dalam rentang analog penuh. Meskipun demikian, karena undak pertama dan undak terakhir hanya setengah dari lebar penuh, penentuan 1 LSB adalah rentang skala penuh (FSR, full-scale range) dibagi dalam (2n-1) lebar undak.
1 LSB = FSR/(2n-1) untuk konverter n-bit . 2.8. Teknologi USB (Universal Serial Bus)
Universal Serial Bus (USB) adalah standar komunikasi secara serial untuk perangkat penghubung yang biasanya digunakan pada komputer, namun biasanya juga digunakan di peralatan lainnya seperti konsol permainan, ponsel dan PDA.
Sistem USB mempunyai desain yang asimetris, yang terdiri dari pengontrol host dan beberapa peralatan terhubung yang berbentuk pohon dengan menggunakan
peralatan hub yang khusus.
Desain USB ditujukan untuk menghilangkan perlunya penambahan
expansion card ke ISA komputer atau bus PCI, dan memperbaiki kemampuan plug-and-play (pasang-dan-mainkan) dengan memperbolehkan peralatan- peralatan ditukar atau ditambah ke sistem tanpa perlu mereboot komputer. Ketika USB dipasang, ia langsung dikenal sistem komputer dan memroses device driver yang diperlukan untuk menjalankannya.
USB dapat menghubungkan peralatan tambahan komputer seperti mouse, keyboard, pemindai gambar, kamera digital, printer, hard disk, dan komponen networking. USB kini telah menjadi standar bagi peralatan multimedia seperti pemindai gambar dan kamera digital. Versi terbaru (hingga Januari 2005) USB adalah versi 2.0. Perbedaan paling mencolok antara versi baru dan lama adalah kecepatan transfer yang jauh meningkat. Kecepatan transfer data USB dibagi menjadi tiga, antara lain:
1. High speed data dengan frekuensi clock 480.00Mb/s dan tolerasi pensinyalan data pada ± 500ppm.
2. Full speed data dengan frekuensi clock 12.000Mb/s dan tolerasi pensinyalan data pada ±0.25% atau 2,500ppm.
3. Low speed data dengan frekuensi clock 1.50Mb/s dan tolerasi pensinyalan data pada ±1.5% atau 15,000ppm.
2.9. Perancangan Perangkat Lunak
Program yang digunakan untuk menampilkan data pengamatan dan penimpanan data hasil pengukuran adalah Visual Basic 6.0. Dalam perancangan system perangkat lunak hal yang dilakukan adalah membuat struktur program hingga desain Interface yang akan dibuat. Sitem operasi yang digunakan dalam program ini adalah Windows XP. Pengujian program yang telah ditulis atau dibuat dapat disimulasikan pada compiler VB 6.0 tersebut. Berikut adalah rancangan diangram alir program pengukur suhu udara (Budianto Bregas. 2003).
