TUGAS AKHIR
MONITORING
KEKERUHAN AIR
PADA SISTEM
MONITORING
KUALITAS AIR KOLAM IKAN
Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat
Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
Program Studi Teknik Elektro
Oleh :
INDRA WIJAYA
NIM : 105114003
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
i
TUGAS AKHIR
MONITORING
KEKERUHAN AIR
PADA SISTEM
MONITORING
KUALITAS AIR KOLAM IKAN
Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat
Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
Program Studi Teknik Elektro
Oleh :
INDRA WIJAYA
NIM : 105114003
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
ii
FINAL PROJECT
WATER TURBIDITY MONITORING
ON MONITORING SYSTEM OF WATER FISH POND QUALITY
Presented as partial fulfillment of the requirements
To obtain the sarjana teknik degree In electrical engineering study program
INDRA WIJAYA
NIM : 105114003
ELECTRICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM
DEPARTMENT OF ELECTRICAL ENGINEERING
SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY
SANATA DHARMA UNIVERSITY
YOGYAKARTA
v
PERNYATAAN KEASLIAN KARYA
Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa tugas akhir yang saya tulis ini tidak
memuat karya atau bagian karya orang lain, kecuali yang telah disebutkan dalam kutipan
dan daftar pustaka, sebagaimana layaknya karya ilmiah.
Yogyakarta, 14 Agustus 2014
vi
HALAMAN PERSEMBAHAN DAN MOTTO HIDUP
Karya ini kupersembahkan untuk...
ALLAH SWT yang telah setia menemani dalam suka dan duka
Bapak Alpa Edison yang selalu mendukung dengan semua doa
dan kata-kata
Ibu Suminar yang penuh perhatian dan selalu mendoakan
anaknya ini
Saudariku Suci Apsari yang selalu memberikan nasehat,
pengalaman dan dukungan
Saudaraku Aris Prana Setya yang selalu mendukung dengan
semua kata-kata dan perhatian moral
Saudariku Nadya Muflihasari dengan tingkah lucu selalu
menghibur kakaknya ini
Saudariku Nidya Muflihasari yang selalu serius dan pemalu
tapi selalu mendukung keluarga
Elektro ’10, teman seperjuangan yang selalu saling menopang
satu sama lain
Demastiana Saputri, pacar yang bisa menjadi teman ataupun
saudara yang telah membantu, menemani dalam pembuatan
karya ini dan terutama telah membagikan info mengenai
judul ini
Dan semua pihak yang mendukung...
TERIMA KASIH SEMUA...
vii
HALAMAN PERNYATAAN PERSETUJUAN
PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK
KEPENTINGAN AKADEMIS
Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma :
Nama : Indra Wijaya
Nomor Mahasiswa : 105114003
Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan
Universitas Sanata Dharma karya ilmiah saya yang berjudul :
MONITORING
KEKERUHAN AIR
PADA SISTEM
MONITORING
KUALITAS AIR KOLAM IKAN
beserta perangkat yang diperlukan (bila ada). Dengan demikian saya memberikan kepada
Perpustakaan Universitas Sanata Dharma hak untuk menyimpan, mengalihkan dalam
bentuk media lain, mengelolanya dalam bentuk pangkalan data, mendistribusikan secara
terbatas, dan mempublikasikannya di internet atau media lain untuk kepentingan akademis
tanpa perlu meminta ijin dari saya maupun memberikan royalty kepada saya selama tetap
mencantumkan nama saya sebagai penulis.
Demikian pernyataan ini yang saya buat dengan sebenarnya.
Yogyakarta, 14 Agustus 2014
viii
INTISARI
Ikan adalah salah satu jenis makhluk hidup yang berada pada ekosistem air, baik itu air laut maupun air tawar. Air yang menjadi habitat ikan harus memiliki kualitas yang sesuai dengan kebutuhan ikan tersebut. Untuk memenuhi kualitas air kolam ikan, maka penulis bermaksud membuat alat ukur untuk salah satu unsur fisika, yaitu kekeruhan. Alat ini digunakan untuk memonitor langsung air kolam ikan, sehingga bisa diketahui layak atau tidaknya air kolam ikan tersebut dari aspek kekeruhan.
Alat ukur kekeruhan ini menggunakan sumber cahaya laser warna merah sebagai pemancar dan menggunakan sensor cahaya fototransistor sebagai penerima cahaya laser. Pengukuran kekeruhan dilakukan dengan mengisi air di antara pemancar cahaya dan penerima cahaya. Hasil pengukuran berupa nilai kekeruhan dalam satuan NTU dan kondisi aman atau tidak aman akan ditampilkan di LCD.
Alat ukur kekeruhan ini bekerja dengan baik, sudah dapat membedakan kekeruhan, namun hasil yang didapat masih mengalami error yang cukup besar karena pada saat pengukuran pergerakan partikel pada air cukup berpengaruh serta semakin lama, tanah sisa pengukuran akan mengendap di dasar tempat pengukuran. Hal tersebut yang menyebabkan pengukuran yang dilakukan mendapatkan hasil yang berbeda dengan hasil pengukuran di laboratorium. Error yang cukup besar ketika air semakin jernih, error ini bernilai lebih dari 50%. Pada saat air dalam keadaan keruh, error lebih kecil yaitu bernilai 0,1% sampai 12,3%.
ix
ABSTRACT
Fish is one kind of ecosystem the living creatures which are in the waters both seawater and fresh water. Water as a habitat of fish shall possess the qualities in accordance with the needs of the fish. To meet water quality fish ponds, the writer intends to make a measuring instrument for one of the elements of physics, namely turbidity. This tool is used to monitor water fish pond directly, so it can be known is worth or whether the fish pond from the water aspects of the turbidity.
This tool using red laser as the transmitter and fototransistor as the receiver of the laser light. Turbidity measurement is done by filling in the water between the transmitter and the receiver light. Results of measurements of turbidity values in units NTU and the safe or unsafe condition will be displayed on the LCD.
This turbidity measuring instrument works well, it can distinguish turbidity, but the results obtained are still having considerable error because at the time of the measurement there are movement of particles in the water quite influential and then as well as the longer, the remaining land measurement settles in the bottom of the measurements place. The thing that causes the measurement get different results with the results of the measurements in the laboratory. Large error when water more clear, error will be more than 50%. At the time, water in the state of being turbid error smaller that is worth 0,1 % to 12,3 %
x
KATA PENGANTAR
Puji dan Syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT karena telah memberikan
berkat-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini dengan baik. Penulis
menyadari bahwa keberhasilan menyelesaikan skripsi ini tidak lepas dari bantuan dan
bimbingan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, pada kesempatan ini penulis mengucapkan
terima kasih kepada:
1. Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
2. Ketua Program Studi Teknik Elektro Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
3. B. Wuri Harini, S.T., M.T., dosen pembimbing yang dengan penuh pengertian dan
ketulusan hati memberi bimbingan, kritik, saran, serta motivasi dalam penulisan
skripsi ini.
4. Ir. Tjendro, M.Kom dan Ir. Th. Prima Ari Setiyani, M.T., dosen penguji yang telah
memberikan masukan, bimbingan, dan saran dalam merevisi skripsi ini.
5. Kedua orang tua tercinta, Alpa Edison dan Suminar atas perhatian, kasih sayang,
dukungan dan doa yang tiada henti.
6. Kakak dan adik saya, Suci Apsari, Aris Prana Setya, Nadya Muflihasari dan Nidya
Muflihasari serta seluruh keluarga atas dukungan, doa, cinta, perhatian, kasih sayang
yang begitu besar kepada penulis.
7. Staff sekretariat Teknik Elektro, yang dengan sabar dan ramah telah memberikan
kemudahan dalam berbagai urusan sehingga penulis tidak menghadapi rintangan
yang berarti.
8. Teman-teman seperjuangan angkatan 2010 Teknik Elektro dan semua teman yang
mendukung saya dalam menyelesaikan skripsi ini.
9. Semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu atas semua dukungan yang
xi
Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan skripsi ini masih mengalami kesulitan
dan tidak lepas dari kesalahan. Oleh karena itu, penulis mengharapkan masukan, kritik dan
saran yang membangun agar skripsi ini menjadi lebih baik. Dan semoga skripsi ini dapat
bermanfaat sebagaimana mestinya.
Penulis
xii
DAFTAR ISI
Halaman
HALAMAN JUDUL
... iHALAMAN PERSETUJUAN
... iiiHALAMAN PENGESAHAN
... ivPERNYATAAN KEASLIAN KARYA
... vHALAMAN PERSEMBAHAN DAN MOTTO HIDUP
... viLEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA
ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS
... viiINTISARI
... viiixiii
3.4.4. Perancangan Input-Output Sistem Mikrokontroler ATMega32 ... 33
3.4.5. Perancangan Catu Daya ... 35
xiv
4.3.2. Pengujian Rangkaian Sensor Cahaya ... 61
4.3.3. Pengujian Rangkaian Catu Daya ... 62
4.4. Pengujian Software ... 62
4.4.1. Pengujian Program Pengukuran Kekeruhan Air ... 62
4.5. Pengujian ADC ... 65
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. Kesimpulan ... 695.2. Saran ... 69
DAFTAR PUSTAKA
... 70LAMPIRAN
xv
Gambar 2.11. Pendekatan Linier yang Bersinggungan dengan Fungsi Tidak Linier .. 17
Gambar 2.12. Kurva Regresi Linier dengan Variasi Nilai Slope b ... 19
Gambar 2.13. Kaki IC 78xx ... 19
Gambar 2.14. Rangkaian Regulator Tegangan ... 20
Gambar 3.1. Proses Studi Awal dengan LED ... 22
Gambar 3.2. Grafik Absorban Kekeruhan Air dengan Variasi Warna Cahaya ... 24
xvi
Gambar 3.15. Rangkaian LED Indikator ... 38
Gambar 3.16. Flowchart utama ... 39
Gambar 3.17. Flowchart Perhitungan Tanpa Air ... 40
Gambar 3.18. Flowchart Perhitungan Saat Ada Air ... 41
Gambar 3.19. Flowchart Perhitungan Nilai Kekeruhan ... 41
Gambar 4.1. Tempat Pengukuran Tampak Atas ... 42
Gambar 4.2. Tempat Pengukuran Tampak Samping... 43
Gambar 4.3. Kotak Sistem Tampak Dalam ... 43
Gambar 4.4. Kotak Sistem Tampak Atas ... 44
Gambar 4.5. Kotak Sistem Tampak Samping ... 44
Gambar 4.6. Kotak Sistem Tampak Belakang ... 44
Gambar 4.7. Rangkaian Sensor Cahaya ... 45
Gambar 4.8. Rangkaian Sistem Mikrokontroler, Catu Daya, LCD character dan LED Indikator ... 46
Gambar 4.9. Nilai Kekeruhan Turbidimeter ... 48
Gambar 4.10. Nilai Kekeruhan Turbidimeter Acuan ... 49
Gambar 4.11. Sampel Pengukuran Kekeruhan... 49
Gambar 4.12. Tegangan Awal ... 50
Gambar 4.19. Hasil Perhitungan Kekeruhan ... 55
Gambar 4.20. Perbandingan Nilai Kekeruhan Lab dan Alat ... 55
Gambar 4.21. Perbandingan Nilai Kekeruhan Lab dan Alat 1 ... 56
Gambar 4.22. Perbandingan Nilai Kekeruhan Lab dan Alat 2 ... 56
Gambar 4.23. Hasil Pengujian Rangkaian Sistem Mikrokontroler ... 61
Gambar 4.24. Tampilan LED dan LCD Ketika Air Belum Setinggi Sensor ... 64
Gambar 4.25. Tampilan LED dan LCD Ketika Air Sudah Setinggi Sensor ... 65
xvii
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1. Standar Kualitas Air Kolam ... 5
Tabel 2.2. Spektrum Cahaya ... 8
Tabel 2.3. Fungsi Pin LCD 2x16 ... 11
Tabel 2.4. Jenis-jenis IC Regulator 78xx ... 19
Tabel 3.1. Data Hasil Studi Awal ... 23
Tabel 3.2. Hasil Uji Kekeruhan Air oleh BBTKL PP Yogyakarta ... 25
Tabel 3.3. Konfigurasi Port Mikrokontroler ... 34
Tabel 4.1. Nilai Kekeruhan Turbidimeter ... 47
Tabel 4.2. Nilai Kekeruhan Turbidimeter Acuan ... 48
Tabel 4.3. Persamaan Kekeruhan ... 54
Tabel 4.4. Persamaan Kalibrasi ... 57
Tabel 4.5. Data Hasil Kalibrasi ... 57
Tabel 4.6. Hasil Pengukuran Sistem Kekeruhan ... 59
Tabel 4.7. Hasil Pengujian Rangkaian Sensor Cahaya ... 61
Tabel 4.8. Hasil Pengujian Rangkaian Catu Daya ... 62
Tabel 4.9. Hasil Pengujian Tegangan ADC ... 67
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1.
Latar Belakang
Ikan adalah salah satu jenis makhluk hidup yang berada pada ekosistem air, baik itu
air laut maupun air tawar. Air yang menjadi habitat ikan harus memiliki kualitas yang
sesuai dengan kebutuhan ikan tersebut.
Analisis kualitas air mencakup unsur fisika, kimia, dan biologi. Unsur fisika berupa
sifat-sifat fisika air seperti suhu, kekeruhan, kekentalan, cahaya, suara, getaran serta berat
jenis. Unsur kimia berupa sifat-sifat kimiawi air seperti pH, kadar oksigen terlarut,
karbondioksida terlarut, alkalinitas dan lain-lain. Unsur biologi berupa sifat-sifat biologi
seperti keadaan organismenya, pemakai dan pengurai. Ketiga unsur pokok tersebut
tergantung pada sumber alam pokok yaitu sinar matahari dan iklim[1].
Di Indonesia, tidak sedikit masyarakat yang bermata pencaharian budidaya ikan.
Mata pencaharian ini cukup menjanjikan, namun sulit untuk dilakukan. Perubahan kualitas
air dapat menyebabkan gangguan pada perkembangan ikan. Perubahan kualitas air ini akan
lebih ekstrem jika terjadi bencana alam, misalnya gunung meletus, banjir dan sebagainya.
Berdasarkan paparan di atas, penulis ingin membuat alat ukur untuk salah satu
unsur fisika, yaitu kekeruhan. Alat ini digunakan untuk memonitor langsung air kolam
ikan, sehingga bisa diketahui layak atau tidaknya air kolam ikan tersebut dari aspek
kekeruhan. Alat ini nantinya akan digabung dengan beberapa alat ukur lain untuk
memonitor kualitas air kolam ikan dari berbagai aspek. Alat ini menggunakan metode
turbidimetri dan metode spektrofotometri.
Metode turbidimetri yaitu metode analisis yang didasarkan pada pengukuran kekeruhan dari suatu larutan akibat adanya partikel padat dalam larutan. Turbidimetri adalah analisa yang berdasarkan hamburan cahaya. Hamburan cahaya terjadi akibat adanya
partikel yang terdapat dalam larutan. Partikel ini menghamburkan cahaya ke segala arah
yang mengenainya[2].
Hamburan yang terukur pada metode turbidimetri adalah hamburan yang diteruskan membentuk sudut 180 , sedangkan hamburan yang membentu ,
Metode spektrofotometri yaitu metode analisis yang didasarkan pada pengukuran serapan sinar monokromatis oleh suatu lajur larutan berwarna pada panjang gelombamg
spesifik.[4]
Ada beberapa penelitian yang pernah dilakukan mengenai pengukuran kekeruhan.
Penelitian yang dilakukan oleh Yefri Hen rizon yang berj l “Rancang Bangun Alat Ukur Tingkat Kekeruhan Zat Cair Berbasis Mikrokontroller AT89S51 Menggunakan Sensor Fototransistor dan Penampil LCD[5]” menggunakan metode nefelometri dan output hanya berupa nilai kekeruhan air. Penelitian yang dilakukan oleh Nike Ika Nuzula
yang berj l “Perancangan dan Pembuatan Alat Ukur Kekeruhan Air Berbasis Mikrokontroler ATMEGA 8535[6]” menggunakan sensor fotodioda, sumber cahaya berupa LED serta metode yang digunakan adalah metode nefelometri. Penelitian yang dilakukan
oleh Filemon J. Gin ing, yang berj l “Perancangan Alat Ukur Kekeruhan Air Menggunakan Light Dependent Resistor Berbasis Mikrokontroler Atmega 8535[7]” menggunakan sensor LDR dan sumber cahaya LED. Penelitian yang dilakukan oleh
B.W ri Harini, yang berj l “Aplikasi Metode Spektrofotometri Untuk Pengukuran Kekeruhan Air pada Sistem Monitoring Kualitas Air[8]” mengg na an metode spektrofotometri. Sedangkan alat yang akan penulis buat menggunakan metode turbidimetri dan metode spektrofotometri serta menggunakan sensor fototransistor dengan keluaran berupa nilai kekeruhan air dan keputusan layak atau tidaknya air tersebut sebagai
air kolam ikan. Karena kekeruhan bukan terkait dengan warna, maka untuk menentukan
warna sumber cahaya dilakukan dengan cara percobaan. Setelah didapatkan warna sumber
cahaya yang sesuai, dilakukan pengukuran sampel. Pengukuran sampel juga dilakukan
dengan alat ukur turbidimeter, sehingga keluaran alat ukur yang dibuat penulis, yang berupa tegangan dapat disesuaikan dengan keluaran alat ukur turbidimeter. Data yang didapatkan dibandingkan dengan standar kualitas air kolam ikan. Jika tidak sesuai, maka
akan ada peringatan di LCD. Data ini juga menjadi masukan untuk sistem monitoring kualitas air kolam ikan.
1.2.
Tujuan dan Manfaat Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah menghasilkan suatu sistem yang dapat mengukur
tingkat kekeruhan air kolam ikan, sehingga bisa menjadi salah satu indikator dalam sistem
pembudidaya ikan dalam menjaga kualitas air kolam ikan yang dimiliki, sehingga
perkembangan ikan akan lebih maksimal.
1.3.
Batasan Masalah
Batasan masalah dalam penelitian ini adalah:
a. Alat yang akan dibuat merupakan bagian dari sistem monitoring kualitas air kolam ikan.
b. Air yang digunakan sebagai sampel adalah air tawar.
c. Sensor yang digunakan adalah fototransistor.
d. Menggunakan mikrokontroler ATMega32.
e. Sumber cahaya menggunakan laser warna merah.
f. Menggunakan LCD character 2x16 untuk menampilkan hasil pengukuran.
g. Keluaran alat ukur ditampilkan di LCD dalam satuan NTU (Nephelometric Turbidity Units).
h. Data NTU disusun menjadi format data yang sesuai dengan sistem monitoring. i. Sistem pengukuran dilakukan dengan metode turbidimetri dan metode
spektrofotometri.
j. Sistem pengukuran dilakukan dengan cara memasukkan air pada temtap yang
berada di antara sensor dan sumber cahaya.
k. Kekeruhan air yang diukur adalah kekeruhan air terhadap tanah.
l. Rentang pengukuran dilakukan dari 0-500 NTU.
1.4.
Metodologi Penelitian
Langkah-langkah dalam pengerjaan tugas akhir ini adalah sebagai berikut:
a. Pengumpulan bahan-bahan referensi berupa buku-buku dan artikel serta referensi
dari internet berupa jurnal-jurnal.
b. Studi kasus terhadap alat yang telah dibuat sebelumnya. Tahap ini dilakukan guna
memahami prinsip kerja dari alat yang telah dibuat sebelumnya.
c. Perancangan sistem hardware dan software. Tahap ini bertujuan untuk mencari dan menentukan nilai-nilai komponen suatu sistem yang akan dibuat dengan
mempertimbangkan faktor-faktor permasalahan dan kebutuhan yang telah
ditentukan. Terlebih dulu dilakukan studi awal untuk menentukan warna sumber
d. Pembuatan sistem hardware dan software. Berdasarkan Gambar 1.1, pengukuran kekeruhan berada pada garis putus-putus. Mikrokontroler bekerja dengan input nilai keluaran sensor. Mikrokontroler mengolah data tersebut dan keluaran
mikrokontroler akan ditampilkan di LCD character dan juga akan dikirim ke akusisi data secara serial.
Gambar 1.1. Diagram Blok Perancangan
e. Proses pengambilan data. Teknik pengambilan data dilakukan dengan cara
mengambil data yang dikeluarkan oleh sensor fototransistor berupa tegangan.
Setelah itu, mikrokontroler akan mengolah data melalui ADC agar diperoleh data
digital sehingga dapat diolah oleh mikrokontroler.
f. Analisa dan penyimpulan hasil percobaan dapat dilakukan dengan cara
membandingkan data yang tampil di LCD dengan data hasil perancangan. Data
juga dibandingkan dengan alat turbidimeter. Penyimpulan hasil perancangan dilakukan dengan menghitung persentase error yang terjadi.
AKUSISI DATA
SISTEM KONTROL
PC Pengguna
Air
sampel
PH
DO
KEKERUHAN
KONDUKTIVITAS
5
BAB II
DASAR TEORI
2.1. Air Kolam Ikan[9]
Air kolam ikan adalah air yang digunakan untuk budidaya ikan yang berada di
kolam. Kolam tersebut adalah lahan yang dibuat untuk menampung air dalam jumlah
tertentu sehingga dapat digunakan untuk pemeliharaan ikan dan atau hewan air lain.
Berdasarkan pengertian teknis, kolam merupakan suatu perairan buatan yang luasnya
terbatas dan sengaja dibuat manusia agar mudah dikelola dalam hal pengaturan air, jenis
hewan budidaya dan target produksinya. Kolam selain sebagai media hidup ikan juga harus
dapat berfungsi sebagai sumber makanan alami bagi ikan, artinya kolam harus berpotensi
untuk dapat menumbuhkan makanan alami.
Untuk memenuhi fungsi sebagai media tempat berkembang ikan, air harus
memenuhi beberapa standar kualitas tertentu. Standar itu meliputi unsur fisika berupa
sifat-sifat fisika air seperti suhu, kekeruhan, kekentalan, cahaya, suara, getaran serta berat jenis.
Unsur kimia berupa sifat-sifat kimiawi air seperti pH, kadar oksigen terlarut, karbondioksida terlarut, alkalinitas dan lain-lain. Unsur biologi berupa sifat-sifat biologi seperti keadaan organisme, pemakai dan pengurai. Beberapa standar kualitas air kolam bisa
ditunjukkan pada Tabel 2.1. yang mencakup suhu, keasaman, oksigen terlarut, kekeruhan
dan konduktivitas.
Tabel 2.1. Standar Kualitas Air Kolam[9][10][11]
Unsur Nilai
Suhu 2 - C
Keasaman 6,7-8,6
Oksigen Terlarut 5-6 ppm
Kekeruhan 25-400 NTU
2.2. Kekeruhan[12]
Kekeruhan adalah jumlah dari butir-butir zat yang tergenang dalan air. Bahan yang
menyebabkan air menjadi keruh:
a. Tanah liat
b. Endapan (lumpur)
c. Zat organik dan bukan organik yang terbagi dalam butir-butir halus
d. Campuran warna organik yang bisa dilarutkan
e. Plankton
f. Jasad renik (mahluk hidup yang sangat kecil).
Kekeruhan menggambarkan sifat optik air yang ditentukan berdasarkan banyak
cahaya yang diserap dan dipancarkan oleh bahan-bahan yang terdapat dalam air.
Kekeruhan disebabkan oleh ada atau tidak bahan organik dan anorganik yang tersuspensi
dan terlarut (misalnya lumpur dan pasir halus), maupun bahan anorganik dan organik yang
berupa plankton dan mikroorganisme lain.
Kekeruhan dinyatakan dalam satuan turbiditas, yang setara dengan 1mg/liter SiO2.
Peralatan yang pertama kali digunakan untuk mengukur turbiditas atau kekeruhan adalah
Jackson Candler Turbidimeter, yang dikalibrasi dengan menggunakan silika. Kemudian, Jackson Candler Turbidimeter dijadikan sebagai alat baku atau standar bagi pengukuran kekeruhan. Satu unit turbiditas Jackson Candler Turbidimeter dinyatakan dengan satuan 1 JTU. Pengukuran kekeruhan dengan menggunakan Jackson Candler Turbidimeter bersifat visual, yaitu membandingkan air sampel dengan standar.
Selain dengan menggunakan Jackson Candler Turbidimeter, kekeruhan sering diukur dengan metode Nephelometric. Pada metode ini, sumber cahaya dilewatkan pada sampel dan intensitas cahaya yang dipantulkan oleh bahan-bahan penyebab kekeruhan dan
diukur dengan menggunakan suspensi polimer formazin sebagai larutan standar. Satuan
kekeruhan yang diukur dengan menggunakan metode Nephelometric adalah NTU (Nephelometric Tubidity Unit). Berdasarkan Tabel 2.1, standar kekeruhan air pada kolam ikan yaitu 25 NTU sampai 400 NTU. Jika nilai kekeruhan air kurang dari 25 NTU, maka
akan mengganggu pertumbuhan karena air kurang nutrisi dan pakan alami. Jika nilai
kekeruhan lebih dari 400 NTU, maka partikel-partikel kekeruhan akan masuk ke insang
2.3. Metode
Tubidimetri
[14]
Metode turbidimetri yaitu metode analisis yang didasarkan pada pengukuran kekeruhan dari suatu larutan akibat adanya partikel padat dalam larutan. Turbidimetri adalah analisa yang berdasarkan hamburan cahaya. Hamburan cahaya terjadi akibat adanya
partikel yang terdapat dalam larutan. Partikel ini menghamburkan cahaya ke segala arah
yang mengenainya. Hamburan yang terukur pada metode turbidimetri adal , sedangkan h , hamburannya terdeteksi menggunakan metode nefelometri. Pengukuran intensitas cahaya yang dihamburkan adalah dasar dari analisis turbidimetri. Intensitas cahaya bergantung pada banyak dan ukuran partikel dalam suspensi. Intensitas cahaya yang dihamburkan
dapat dibuat persamaan:
(2.1)
Dengan
S = turbidan
Po = intensitas cahaya datang
Pt = intensitas cahaya yang dihamburkan
Metode turbidimetri dapat digunakan untuk pengukuran kekeruhan, namun endapan harus sangat halus.
2.4. Metode
Spektrofotometri
Spektrofotometri merupakan suatu metode analisa yang didasarkan pada pengukuran serapan sinar monokromatis oleh suatu lajur larutan berwarna pada panjang
gelombang spesifik dengan menggunakan monokromator prisma atau kisi difraksi dengan
detektor fototube. Dalam analisis cara spektrofotometri terdapat tiga daerah panjang gelombang elektromagnetik yang digunakan, yaitu daerah UV (200-400 nm), daerah
Visible (400-800 nm), daerah Inframerah (800-3000 nm)[15].
Daerah yang digunakan penulis ada pada daerah visible yaitu 400-800 nm. Pada Gambar 2.1. bisa dilihat spektrum cahaya pada daerah visible. Meskipun spektrum optik adalah spektrum yang kontinu sehingga tidak ada batas yang jelas antara satu warna
dengan warna lainnya, namun bisa dilihat pada Tabel 2.2. untuk batas tiap warna spektrum
Gambar 2.1. Spektrum Optik[16]
Tabel 2.2. Spektrum Cahaya[17]
Panjang gelombang (nm) Warna Warna komplementer
400-435 Ungu Hijau kekuningan
435-480 Biru Kuning
480-490 Biru kehijauan Jingga
490-500 Hijau kebiruan Merah
500-560 Hijau Ungu kemerahan
560-580 Hijau kekuningan Ungu
580-595 Kuning Biru
595-610 Jingga Biru kehijauan
610-800 Merah Hijau kebiruan
Prinsip kerja spektrofotometri berdasarkan hukum Lambert-Beer, bila cahaya monokromatik, melalui suatu media, maka sebagian cahaya tersebut diserap, sebagian
dipantulkan, dan sebagian lagi dipancarkan. Transmitans adalah perbandingan intensitas
cahaya yang ditransmisikan (I) ketika melewati sampel dengan intensitas cahaya mula-mula sebelum melewati sampel (Io) melalui konsentrasi c dan sepanjang b. Dari hubungan tersebut didapatkan persamaan:[18][19]
(2.2)
di mana
(2.3)
maka,
(2.4)
dengan
€ = absorptivitas molar merupakan konstanta yang tergantung pada jenis molekul dan panjang gelombang.
b = panjang lintasan c = konsentrasi
Persyaratan hukum Lambert-Beer antara lain: radiasi yang digunakan harus
monokromatik, energi radiasi yang diabsorpsi oleh sampel tidak menimbulkan reaksi
kimia, sampel (larutan) yang mengabsorpsi harus homogen, tidak terjadi flouresensi atau phosphoresensi, dan indeks refraksi tidak berpengaruh terhadap konsentrasi, jadi larutan harus pekat (tidak encer).
2.5. Turbidimeter
Alat yang digunakan untuk proses pengukuran kekeruhan adalah turbidimeter.
Gambar 2.2. menunjukkan salah satu jenis turbidimeter. Prinsip umum dari alat
turbidimeter adalah sinar yang datang mengenai suatu partikel ada yang diteruskan dan ada
yang dipantulkan, maka sinar yang diteruskan digunakan sebagai dasar pengukuran.
Prinsip kerja turbidimeter dapat dilihat pada Gambar 2.3.
Gambar 2.2. Turbidimeter [20]
2.6. Fototransistor [21]
Fototransistor merupakan jenis transistor bipolar yang menggunakan kontak
(junction) base-collector untuk menerima atau mendeteksi cahaya dengan gain internal yang dapat menghasilkan arus listrik. Fototransistor ini akan mengubah energi cahaya
menjadi arus listrik dengan sensitivitas yang lebih tinggi dibandingkan fotodioda, tetapi
dengan waktu respon yang secara umum akan lebih lambat daripada fotodioda. Hal ini
terjadi karena transistor jenis ini mempunyai kaki basis terbuka untuk menangkap sinar,
dan elektron yang ditimbulkan oleh foton cahaya pada junction ini diinjeksikan di bagian basis dan diperkuat di bagian kolektornya.
Pada fototransistor yang menggunakan rangkaian aktif tinggi, jika kaki basis
mendapat sinar, akan timbul tegangan pada basis dan akan menyebabkan transistor berada
pada daerah jenuh (saturasi). Akibatnya tegangan pada kaki kolektor akan sama dengan
sumber (Vout=Vcc). Sebaliknya jika kaki basis tidak mendapat sinar, tidak cukup
tegangan untuk membuat transistor jenuh, akibatnya semua arus akan sama dengan ground (Vout=0V).
Gambar 2.4. Rangkaian Fototransistor
Pada rangkaian Gambar 2.4. merupakan rangkaian fototransistor aktif tinggi.
Ketika intensitas cahaya masuk ke kaki basis, akan akan menghasilkan arus pada
fototransistor, sehingga untuk menentukan resistor berdasarkan gambar tersebut
menggunakan persamaan[22]:
2.7. LCD
(Liquid Crystal Display
)
[23]
LCD adalah suatu display dari bahan cairan kristal yang diopersikan menggunakan sistem dot matriks. LCD banyak digunakan sebagai display dari alat-alat elektronika seperti kalkulator, multitester digital, jam digital, dan sebagainya. LCD yang digunakan adalah LCD 2x16, lebar display 2 baris 16 kolom, yang mempunyai 16 pin konektor. LCD 2x16 ditunjukkan pada Gambar 2.5. dan fungsi pin LCD 2x16 pada Tabel 2.3.
Gambar 2.5. LCD 2x16[24]
Tabel 2.3. Fungsi Pin LCD 2x16[23]
Pin Nama Pin Fungsi
0 = Start to latch data to LCD character
2.8. Mikrokontroler ATMega32L
2.8.1. Arsitektur dan Konfigurasi Pin ATMega32L [25]
Mikrokontroler merupakan suatu device yang didalamnya sudah terintegrasi dengan I/O Port, RAM, ROM, sehingga dapat digunakan untuk berbagai keperluan kontrol. Mikrokontroler 8-bit yang dikembangkan oleh Atmel dengan arsitektur RISC (Reduced Instruction Set Computer) sehingga dapat mencapai throughput eksekusi instruksi 1 MIPS (Million Instruction Per Second). Mikrokontroler AVR dapat dikelompokkan menjadi 4 kelas yaitu kelas ATtiny, kelas AT90xx, keluarga ATmega, dan kelas AT86RFxx. Pada
dasarnya yang membedakan masing-masing kelas adalah memori, peripheral, speed, operasi tegangan, dan fungsinya, sedangkan dari segi arsitektur dan instruksi yang
digunakan bisa dikatakan hampir sama. Gambar 2.6. menunjukkan konfigurasi pin
ATMega32.
Gambar 2.6. Konfigurasi Pin ATMega32 [26]
Konfigurasi pin ATMega32L dapat dijelaskan sebagai berikut:
a. Pin 1 sampai 8 (Port B) merupakan port parallel 8 bit dua arah (bidirectional), yang dapat digunakan untuk general purpose dan special feature.
b. Pin 9 (reset) jika terdapat minimum pulse pada saat active low. c. Pin 10 (VCC) dihubungkan ke Vcc (2,7 – 5,5 Volt).
e. Pin 12 (XTAL 2) adalah pin masukkan ke rangkaian osilator internal. Sebuah osilator kristal atau sumber osilator luar dapat digunakan.
f. Pin 13 (XTAL 1) adalah pin keluaran ke rangkaian osilator internal. Pin ini dipakai bila menggunakan osilator kristal.
g. Pin 14 sampai 21 (Port D) adalah 8-bit dua arah (bi-directional I/O) port dengan internal pull-up resistors) digunakan untuk general purpose dan special feature. h. Pin 22 sampai 29 (Port C) adalah 8-bit dua arah (bi-directional I/O) port dengan
internal pull-up resistors digunakan untuk general purpose dan special feature. i. Pin 30 adalah Avcc pin penyuplai daya untuk port A dan A/D converter dan
dihubungkan ke Vcc. Jika ADC digunakan maka pin ini dihubungkan ke Vcc.
j. Pin 32 adalah A REF pin yang berfungsi sebagai referensi untuk pin analog jika
A/D Converter digunakan.
k. Pin 33 sampai 40 (Port A) adalah 8-bit dua arah (bi-directional I/O) port dengan internal pull-up resistors digunakan untuk general purpose.
2.9.
ADC (
Analog to Digital Converter
) [25]
ADC pada AVR Atmega32 merupakan ADC 10-bit tipe Successive Approximation, yang terhubung ke sebuah multiplekser analog yang akan memilih satu dari delapan kanal.
Terdapat 8 kanal ADC masing-masing selebar 10-bit. ADC dapat digunakan dengan memberikan masukan tegangan pada port ADC yaitu port A. Gambar 2.7. menunjukkan
Blok diagram ADC.
Fitur yang dimiliki ADC adalah sebagai berikut :
1. Resolusi mencapai 10-bit. 2. 0.5 LSB Integral Non-linearity. 3. Akurasi mencapai ± 2 LSB.
4. Waktu konversi mencapai 13 – 260 µs.
5. 8 saluran ADC yang dapat digunakan secara bergantian.
6. Optional Left Adjustment untuk pembacaan hasil ADC. 7. 0 – VCC Range input ADC.
8. Disediakan 2.65V tegangan referensi internal ADC.
9. Metode konversi kontinyu (free running) atau mode konversi tunggal (single conversion).
10. Interupsi ADC complete. 11. Sleep Mode Noise canceler.
ADC memiliki dua jenis mode yang dapat digunakan yaitu single conversion dan free running. Pada mode single conversion pengguna harus mengaktifkan setiap kali ADC akan digunakan. Pada mode free running pengguna cukup sekali mengaktifkan, sehingga ADC akan terus mengkonversi tanpa henti.
ADC mempunyai rangkaian untuk mengambil sampel dan hold (menahan) tegangan masukan ADC, sehingga dalam keadaan konstan selama proses konversi. ADC
mempunyai catu daya yang terpisah yaitu pin AVcc – AGND. AVcc tidak boleh berbeda
± 0,3V dari Vcc. Sinyal masukan ADC tidak boleh melebihi tegangan referensi. Nilai
digital sinyal masukan untuk resolusi 10-bit:
(2.6)
maka
(2.7)
2.10. Laser [28]
Laser adalah suatu alat yang memancarkan gelombang elektromagnetik melewati
suatu proses yang dinamakan emisi terstimulasi. Istilah laser merupakan singkatan dari
dipancarkan tidak menyebar dan rentang frekuensinya sempit (monochromatic light). Laser merupakan bagian khusus dari sumber cahaya. Sebagian besar sumber cahaya, emisinya
tidak koheren, spektrum frekuensinya lebar, dan fasenya bervariasi terhadap waktu dan
posisi. Daerah kerja laser tidak terbatas pada spektrum cahaya tampak saja tetapi dapat
bekerja pada daerah frekuensi yang luas. Oleh karena itu, laser dapat berupa laser infrared,
laser ultra violet, laser X-ray, atau laser visible.
Laser dikatakan baik jika frekuensi atau panjang gelombang yang dipancarkan
bersifat tunggal. Daya laser dapat dibuat bervariasi dari mulai nano watt untuk laser
kontinu sampai jutaan watt untuk laser pulsa. Secara umum suatu laser terdiri dari media
penguat berkas cahaya, sumber energi pemompa dan resonator optik. Media penguat
adalah suatu bahan yang mempunyai sifat dapat meningkatkan intensitas cahaya dengan
cara emisi terstimulasi. Proses memasukkan energi sebagai syarat untuk terjadinya
penguatan daya dinamakan dengan memompa. Energi yang dipompakan dapat berupa arus
listrik atau berkas cahaya dengan panjang gelombang yang berbeda. Resonator optik,
secara sederhana terdiri dari susunan cermin yang dipasang berhadapan sehingga berkas
cahaya dapat bergerak bolak balik.
Gambar 2.8. Laser [29]
2.11. LED (
Light Emitting Diode
) [30]
LED merupakan dioda semikonduktor yang memancarkan cahaya karena
mekanisme emisi spontan. LED mengubah besaran arus menjadi besaran intensitas cahaya
LED adalah -33 dBm s/d -10 dBm. LED memiliki lebar spektral (spectral width) 30 – 50
nm pada panjang gelombang 850 nm dan 50 – 150 nm pada panjang gelombang 1300 nm.
LED memiliki 2 kutub yaitu anoda dan katoda seperti tampak pada Gambar 2.9.
LED akan menyala bila ada arus listrik mengalir dari anoda menuju katoda. Pemasangan
kutub LED tidak boleh terbalik karena apabila terbalik kutubnya, LED tersebut tidak akan
menyala. LED memiliki karakteristik berbeda-beda menurut warna yang dihasilkan.
Semakin tinggi arus yang mengalir pada LED, semakin terang pula cahaya yang
dihasilkan, namun perlu diperhatikan bahwa besarnya arus yang diperbolehkan 10mA –
20mA dan pada tegangan 1,6V – 3,5 V menurut karakter warna yang dihasilkan. Apabila
arus yang mengalir lebih dari 20 mA maka LED akan terbakar, sehingga agar LED tidak
terbakar perlu digunakan resistor sebagai penghambat arus.
Gambar 2.9. LED
Tegangan kerja/jatuh tegangan pada sebuah LED menurut warna yang dihasilkan:
1. Infra merah : 1,6 V
2. Merah : 1,8 V – 2,1 V
3. Oranye : 2,2 V
4. Kuning : 2,4 V
5. Hijau : 2,6 V
6. Biru : 3,0 V – 3,5 V
7. Putih : 3,0 – 3,6 V
8. Ultraviolet : 3,5 V
Berdasarkan hukum Ohm dapat diketahui bahwa:
dengan V adalah tegangan, I adalah arus dan R adalah hambatan. Apabila ingin mencari nilai resistor, maka:
(2.9)
(2.10)
dengan Vs adalah tegangan sumber dan Vd adalah tegangan kerja LED. Gambar 2.10 menunjukkan rangkaian LED dengan resistor.
Gambar 2.10. Rangkaian LED
2.12. Regresi Linier
Pendekatan linear adalah garis lurus melewati titik [x,f(x)] dengan kemiringan df/dx. Garis ini bersinggungan antara f(x) dan x. Lebar pendekatan linear akan akurat tergantung pada fungsi. Beberapa fungsi lebih melengkung daripada yang lain dan dengan
demikian memiliki pendekatan linear lebih akurat akurat. Gambar 2.11 menunjukkan
pendekatan linier yang bersinggungan dengan fungsi tidak linier.
Merupakan hal yang penting untuk mengetahui bahwa yang mempengaruhi
parameter dari alih fungsi dari sebuah sistem linier adalah kemiringan, bukan nilai fungsi
itu sendiri. Bisa dilihat pada Gambar 2.11 bahwa garis yang tidak bersinggungan dengan
garis linier memiliki error yang lebih tinggi[31].
Secara garis besar, regresi merupakan suatu metode statistik yang biasa digunakan
untuk mencari persamaan kurva linear. Terdapat dua rumus utama dalam penentuan garis
singgung linear ini yaitu[32]:
1. Pencarian slope b
Dalam hal ini rumus yang digunakan adalah sebagai berikut :
(2.11)
Berdasarkan rumus di atas dapat diterangkan bahwa untuk mencari besarnya nilai
slope b maka diperlukan beberapa nilai variabel diantaranya variabel N sebagai banyak data, variabel xi sebagai deretan data pada sumbu x dan variabel yi sebagai deretan data pada sumbu y.
2. Pencarian besar intercepta
Rumus umum yang digunakan untuk mencari besar nilai intercepta adalah sebagai berikut:
(2.12) dengan merupakan rata-rata dari deretan data pada sumbu y dan merupakan rata-rata dari deretan data pada sumbu x.
Sehingga persamaan least squares regression line dapat dicari dengan persamaan berikut:
(2.13)
dengan a merupakan konstanta intercept, b merupakan slope, merupakan variabel terikat, merupakan variabel bebas. Lambang digunakan untuk membedakan antara nilai
ramalan yang dihasilkan garis regresi dengan nilai data y yang sesungguhnya untuk nilai x tertentu.
Gambar 2.12. Kurva Regresi Linier dengan Variasi Nilai Slope b [33]
2.13
. Voltage Regulators
IC secara luas dapat digunakan sebagai regulator tegangan. Unit regulator IC
mengandung rangkaian sumber referensi, penguat komparator, perangkat pengendali dan
perlindungan beban lebih. Keluaran unit regulator IC bisa berupa tegangan tetap positif,
tegangan tetap negatif atau tegangan variabel [22].
Tegangan tetap positif dapat menggunakn IC dengan seri 78xx. IC seri ini
menghasilkan keluaran dari +5 sampai +24. Gambar 2.13. menunjukkan kaki dari IC 78xx,
dan Tabel 2.4. menunjukkan jenis-jenis IC regulator 78xx.
Gambar 2.13. Kaki IC 78xx [34]
Tabel 2.4. Jenis-jenis IC Regulator 78xx [22]
IC part Tegangan keluaran (V)
Tegangan masukan minimum (V)
7805 +5 7,3
7806 +6 8,3
7808 +8 10,5
7810 +10 12,5
7812 +12 14,6
7815 +15 17,7
7818 +18 21,0
Gambar 2.14 memperlihatkan IC 7812 yang terhubung untuk menghasilkan
tegangan regulasi +12 volt. Tegangan masukan Vi difilter oleh kapasitor C1 dan
dihubungkan ke terminal IN IC. Terminal OUT IC menghasilkan tegangan regulasi +12
volt yang difilter oleh kapasitor C2. Terminal IC yang ketiga dihubungkan ke ground
(GND).
Gambar 2.14. Rangkaian Regulator Tegangan +12 V [22]
Perhitungan nilai kapasitor C1 menggunakan persamaan:[22]
(2.14)
dengan
C = kapasitor dalam Farad
= arus beban dalam Ampere
f = frekuensi dalam Hz
= tegangan ripple rms dalam volt
Di mana nilai dapat dicari dengan menggunakan persamaan:[22]
` (2.15)
dengan ( − ) adalah tegangan ripple peak to peak yang merupakan selisih antara tegangan masukan regulator dengan tegangan masukan minimum IC regulator yang
digunakan atau dapat dirumuskan sebagai berikut:[22]
(2.16)
dengan:
= tegangan masukkan regulator dalam volt
Apabila tegangan masukan regulator berasal dari tegangan AC yang kemudian
disearahkan menggunakan dioda, nilai dicari menggunakan persamaan:[22]
(2.17)
22
BAB III
RANCANGAN PENELITIAN
3.1. Studi Awal
Karena kekeruhan tidak terkait dengan warna, maka untuk menentukan warna
cahaya yang akan digunakan, dilakukan studi awal terlebih dahulu. Studi awal ini
menggunakan sumber cahaya berupa LED dengan warna yang bervariasi. Proses studi ini
dilakukan dengan cara memasukkan air ke dalam kuvet, kemudian kuvet diletakkan di
antara sumber cahaya LED dan sensor fototransistor. Data yang didapatkan berupa
tegangan keluaran fototransistor. Untuk percobaan selanjutnya, air di dalam kuvet
ditambahkan dengan tanah sebanyak 1 sendok makan, kemudian diukur tegangan keluaran
sensor sampai banyaknya tanah melebihi tinggi dari posisi LED dan sensor fototransistor.
Begitu juga seterusnya dengan warna sumber cahaya yang berbeda. Tegangan keluaran
yang diambil adalah tegangan pertama kali saat kuvet diletakkan, karena tanah yang
membuat keruh tersebut lama kelamaan akan mengendap, sehingga tegangan akan kembali
normal. Gambar 3.1. menunjukkan proses pengujian dengan sumber cahaya LED berwarna
merah. Data studi awal ini bisa dilihat pada Tabel 3.1. dan Gambar 3.2.
Tabel 3.1. Data Hasil Studi Awal
5x tambah tanah 0.0927 Endapan tanah setinggi sensor
Merah
5x tambah tanah 0.0901 Endapan tanah setinggi sensor
Kuning
5x tambah tanah 0.0887 Endapan tanah setinggi sensor
PUTIH
5x tambah tanah 0.1242 Endapan tanah setinggi sensor
HIJAU
Gambar 3.2. Grafik Absorban Kekeruhan Air dengan Variasi Warna Cahaya
Keterangan data:
VCC = 4.88V
Sensor aktif tinggi
Ukuran kuvet 1cmx1cmx5cm
Jarak LED dan sensor 5cm
dengan:
Absorban = serapan cahaya
= tegangan sensor kondisi kuvet tanpa air
= tegangan sensor kondisi kuvet dengan tambahan tanah
Berdasarkan Gambar 3.2, didapatkan bahwa warna merah, putih dan biru
merupakan warna yang sensitif untuk pengukuran kekeruhan. Namun karena warna merah
memiliki tingkat linieritas paling tinggi yaitu 0,9809, maka dipilihlah warna merah dengan
sumber cahaya berupa laser. Pemilihan laser berdasarkan penelitian sebelumnya, bahwa
hasil pengukuran dengan menggunakan laser mempunyai tingkat error yang lebih kecil daripada pengukuran dengan menggunakan sumber cahaya LED [35].
Pada perancangan ini, penulis telah melakukan uji sampel air untuk mengukur nilai
kekeruhan air pada Balai Besar Teknik Kesehatan Lingkungan dan Pengendalian Penyakit
(BBTKL PP) Yogyakarta. Pengujian ini digunakan sebagai pembanding dengan alat ukur
kekeruhan yang akan dibuat penulis. Hasil pengujian ini bisa dilihat pada Tabel 3.2 dan
Gambar 3.3 serta selengkapnya dapat dilihat pada Lampiran A.1.
Tabel 3.2. Hasil Uji Kekeruhan Air oleh BBTKL PP Yogyakarta
No Sampel Air Hasil Uji (NTU)
Gambar 3.3. Hasil Uji Kekeruhan Air oleh BBTKL PP Yogyakarta
Keterangan:
1. Air Sumur Kode A adalah air kran yang didapatkan dari Kampus III Universitas
Sanata Dharma, sebanyak 300mL.
2. Air Sumur Kode B adalah air kran yang didapatkan dari Kampus III Universitas
Sanata Dharma, sebanyak 300mL dan dicampur dengan tanah sebanyak 5 gram.
3. Air Sumur Kode C adalah air kran yang didapatkan dari Kampus III Universitas
Sanata Dharma, sebanyak 300mL dan dicampur dengan tanah sebanyak 20 gram.
4. Air Sumur Kode D adalah air kran yang didapatkan dari Kampus III Universitas
Sanata Dharma, sebanyak 300mL dan dicampur dengan tanah sebanyak 40 gram.
5. Air Sumur Kode E adalah air kran yang didapatkan dari Kampus III Universitas
Sanata Dharma, sebanyak 300mL dan dicampur dengan tanah sebanyak 70 gram.
Hasil dari pengujian kekeruhan ini digunakan sebagai acuan untuk pengukuran
selanjutnya. Berdasarkan hasil pengukuran tersebut didapatkan bahwa pengukuran
selanjutnya hanya berkisar pada kondisi dicampur tanah sebanyak 5 gram karena nilai yang
dihasilkan masih berkisar dengan standar kekeruhan pada Tabel 2.1. Untuk itu akan
dilakukan pengujian lagi dengan sampel yang dicampur tanah berkisar antara 0-5 gram.
3.2. Arsitektur Sistem
Perancangan alat ukur kekeruhan ini dibagi menjadi dua yaitu hardware dan software. Perancangan hardware terdiri dari mekanik, rangkaian sensor cahaya, minimum sistem untuk mikrokontroler ATMega32, rangkaian regulator dan LCD character. Perancangan software berhubungan dengan program yang akan digunakan untuk menjalankan sistem monitoring kekeruhan air ini. Arsitektur umum dari sistem ini ditunjukkan oleh Gambar 3.4. Garis putus-putus menunjukkan sistem yang akan dibuat
oleh penulis.
Gambar 3.4. Arsitektur Umum
3.2.1. Penjelasan Sistem
Sistem terdiri dari dua kubus yang terbuat dari acrilyc. Kubus yang pertama berisi sensor cahaya fototransistor dan yang lainnya berisi sumber cahaya laser. Sumber cahaya
dan sensor cahaya diatur agar saling berhadapan dan garis lurus.
Pada saat sistem pengukur kekeruhan dinyalakan, maka sumber cahaya akan
memancarkan cahaya ke arah sensor cahaya. Sensor cahaya ini akan mengeluarkan output tegangan, tergantung dengan intensitas cahaya yang diterima. Output tegangan sensor tersebut kemudian masuk ke ADC mikrokontroler. Terdapat dua data yang diukur secara
langsung, yaitu data tegangan keluaran sensor saat tanpa air dan data tegangan keluaran
sensor saat ada air. Data-data hasil pengukuran berupa nilai output tegangan pengukuran yang pertama dan kedua, nilai absorban (y), nilai kekeruhan air (x) dalam NTU dan keputusan layak atau tidaknya digunakan sebagai air kolam ikan akan ditampilkan pada
LCD character.
3.2.2. Proses Pengukuran
Proses pengukuran ini dilakukan dalam enam tahap yaitu:
1. Pengukuran tanpa adanya air
Pada saat alat dinyalakan, sistem akan aktif dan melakukan pengukuran
tegangan yang pertama dengan kondisi tidak ada air di antara sumber cahaya
dan fototransistor. Tahap ini berfungsi untuk mendapatkan nilai tegangan
fototransistor yang terbesar.
2. Pengukuran dengan adanya air
Ketika air dimasukkan dan berada di antara sumber cahaya dan fototransistor,
sistem akan melakukan pengukuran tegangan yang kedua.
3. Perhitungan absorban (y)
Perhitungan absorban didapatkan dengan pengurangan antara tegangan yang
pertama dengan yang kedua.
4. Perhitungan kekeruhan (x)
5. Kalibrasi nilai x menjadi NTU
Proses pengkalibrasisan ini digunakan untuk mencari besarnya nilai kekeruhan
menurut besaran yang sebenarnya. Proses ini dilakukan dengan cara
memasukkan nilai x ke persamaan garis linier dan nilai NTU sebagai nilai y. Nilai NTU didapatkan berdasarkan pengukuran di Balai Besar Teknik
Kesehatan Lingkungan dan Pengendalian Penyakit (BBTKL PP) Yogyakarta.
6. Penentuan layak atau tidaknya air untuk kolam ikan
Dari nilai kekeruhan yang didapat dari langkah nomor 5, maka dibandingkan
dengan standar air kolam ikan yaitu 25-400 NTU. Jika tidak sesuai rentang,
maka tidak aman. Jika sesuai, maka dinyatakan aman.
3.3. Perhitungan ADC
Pada perancangan tugas akhir ini, digunakan ADC mikrokontroler ATMega32 yang
memiliki 8 kanal. ADC mikrokontroler ATMega32 terletak di PortA.0 sampai dengan
PortA.7 dengan tegangan masukan dari pin AVCC sebesar 5V dan tegangan referensi
( ) dari pin AREF sebesar 5V. Resolusi yang digunakan pada perancangan tugas akhir
ini adalah 10 bit.
Contoh perhitungan nilai digital dengan resolusi 10 bit sebagai berikut:
Tegangan masukan dari sensor sebesar 5V, tegangan referensi sebesar 5V. Berdasarkan
persamaan 2.6, maka nilai digital yang didapat adalah sebagai berikut:
Contoh perhitungan dengan resolusi 10 bit sebagai berikut:
Jika nilai digital sebesar 600, tegangan referensi sebesar 5V. Berdasarkan persamaan 2.7,
maka nilai tegangan ( ) yang akan dihasilkan adalah sebagai berikut:
Nilai digital tersebut yang diolah oleh mikrokontroler, kemudian diubah menjadi
tegangan sesuai dengan persamaan 2.7. Nilai tegangan tadi dihtung agar kemudian
mendapatkan nilai kekeruhan dengan standar NTU.
3.4. Perancangan
Hardware
3.4.1. Perancangan Mekanik
Perancangan hardware dibagi menjadi dua, yaitu kubus tempat pengukuran dan kotak sistem. Kubus tempat pengukuran terbuat dari acrilyc berukuran 7,5x4,5x12 cm ntuk meletakkan laser dan 4,5x4,5x12 cm untuk meletakkan sensor fototransistor. Jarak antar
kubus laser dan sensor fototransistor adalah 3 cm. Untuk lebih jelasnya bisa dilihat pada
Gambar 3.5,Gambar 3.6 dan Gambar 3.7. Minimum sistem, catu daya dan LCD character diletakkan di sebuah kotak yang terbuat dari acrilyc dengan ukuran 13x13x13 cm. Agar lebih jelasnya bisa dilihat pada Gambar 3.8, Gambar 3.9, Gambar 3.10.
Gambar 3.5. Kubus Pengukuran Tampak Samping
7,5 cm
4,5 cm
12
c
m
4,5 cm 4,5 cm
12
c
m
3 cm
LASER FOTOTRANSISTOR
Gambar 3.7. Kubus Pengukuran Tampak Atas
Gambar 3.9. Kotak Sistem Tampak Samping
3.4.2. Perancangan Sensor Cahaya
Pada perancangan ini digunakan fototransistor tipe ST-1KL3B sebagai sensor
cahaya. Fototransistor ini memiliki kesensitifan untuk menangkap panjang gelombang dari
rentang 500-1050 nm [36]. Rentang ini sudah sesuai untuk panjang gelombang warna
merah yaitu 610-800 [17].
Prinsip kerja rangkaian sensor cahaya ini adalah aktif tinggi yaitu apabila cahaya
langsung mengenai fototransistor tanpa ada halangan, tegangan keluaran akan sama dengan
Vcc. Sebaliknya, jika cahaya tidak mengenai fototransistor, tegangan keluaran akan sama
dengan 0 volt. Tegangan yang diperlukan untuk mengaktifkan rangkaian ini adalah sebesar
+5 volt. Rangkaian sensor cahaya ditunjukkan pada Gambar 3.11.
Gambar 3.11. Rangkaian Sensor Cahaya
Pada Gambar 3.11 nilai RE ditentukan berdasarkan persamaan 2.5. Nilai dan
didapatkan dari datasheet [35] berdasarkan intensitas cahaya yang masuk pada kaki basis.
3.4.3. Perancangan LCD
Character
LCD character akan digunakan untuk menampilkan nilai pengukuran output tegangan yang pertama dan kedua, nilai absorban,nilai kekeruhan air dan keputusan layak
atau tidaknya digunakan sebagai air kolam ikan . LCD yang digunakan adalah LCD 2x16.
LCD ini memungkinkan pemrogram untuk mengoperasikan komunikasi data secara 8 bit
atau 4 bit. Jika menggunakan jalur data 4 bit, akan ada 7 jalur data (3 untuk jalur kontrol
dan 4 untuk jalur data). Jika menggunakan jalur data 8 bit, akan ada 11 jalur data (3 untuk
jalur kontrol dan 8 untuk jalur data). Tiga jalur kontrol ke LCD ini adalah EN (Enable), RS (Register Select), dan R/W (Read/Write).
Rangkaian LCD character mode 4 bit ditunjukkan pada Gambar 3.12. Tegangan yang diperlukan untuk mengaktifkan rangkaian ini adalah sebesar +5 volt. Pengaturan
kontras LCD character menggunakan resistor variabel sebesar 10 kΩ.
Gambar 3.12. Rangkaian LCD Character
3.4.4. Perancangan
Input-Ouput
Sistem Mikrokontroler ATMega32
Tabel 3.3. Konfigurasi Port Mikrokontroler
FUNGSI Hardware Port yang digunakan
INPUT Output sensor PORTA.0
Penerima serial PORTD.0
OUTPUT
LCD character PORTC.0-PORTC.7
Laser PORTB.0
Pengirim serial PORTD.1
Kontrol komunikasi PORTD.2
Pada Gambar 3.13. terdapat tombol push-button yang berfungsi untuk mereset keadaan mikrokontroler. Sistem pada mikrokontroler akan mereset bila pin reset mendapat
logika 0. Pin reset dihubungkan dengan resistor (R1) yang terhubung ke VCC dan
kapasitor (C3) yang terhubung ke ground.
3.4.5. Perancangan Catu Daya
Rangkaian catu daya memperoleh sumber tegangan dari jala-jala listrik PLN.
Tegangan AC 220 volt harus diturunkan terlebih dahulu melalui trafo 1 A. Penurunan
tegangan menjadi sekitar 15 volt. Tegangan AC tersebut kemudian disearahkan oleh dioda
bridge, sehingga menghasilkan gelombang penuh. Rangkaian catu daya yang digunakan menghasilkan tegangan catu sebesar +12 dan +5 volt. Catu daya digunakan untuk
memberikan suplai tegangan ke seluruh sistem hardware alat.
IC regulator yang digunakan untuk menghasilkan tegangan keluaran +12 dan +5
volt adalah IC 7812 dan 7805. Rangkaian catu daya yang digunakan bisa dilihat pada
Gambar 3.14.
Nilai kapasitor C1 dihitung dengan menggunakan persamaan 2.14, dengan
sebesar 1 A dan frekuensi 50 Hz. Nilai dihitung menggunakan persamaan 2.15, ( − ) dihitung mengggunakan persamaan 2.16, dan dihitung menggunakan persamaan 2.17. Berikut perhitungan yang dilakukan untuk mencari nilai kapasitor C1.
a. LM7812
b. LM7805
Kapasitor C1 1924 µF dan kapasitor C2 799 μF tidak ada di pasaran, sehingga digunakan kapasitor C1 2200 μF dan kapasitor C2 1000 µF. Nilai kapasitor C1 dan C2 merupakan nilai kapasitor minimum yang dibutuhkan oleh rangkaian regulator yang akan
dirancang, sehingga digunakan kapasitor yang lebih besar. Semakin besar nilai kapasitansi
Gambar 3.14. Rangkaian Catu Daya
3.4.6. Perangcangan LED Indikator
Pada perancangan tugas akhir ini juga akan ditambahkan rangkaian LED sebagai
indikator kerja mikrokontroler. LED indikator ini sudah aktif saat mikrokontroler sudah
menerima tegangan masukkan sebesar 5 volt.
Tegangan yang diperlukan untuk mengaktifkan rangkaian ini adalah sebesar +5
volt. Perhitungan nilai resistor yang digunakan adalah sebagai berikut:
Warna LED yang digunakan adalah biru yang mempunyai tegangan kerja sebesar +3,0-3,5
volt dan arus yang diperbolehkan antara 10mA – 20mA. Persamaan 2.10. akan digunakan
untuk menentukan nilai resistor, sehingga
Resistor 200 Ω digunakan pada rangkaian LED indikator. Rangkaian LED indikator ini bisa dilihat pada Gambar 3.15. Prinsip kerja rangkaian ini adalah, jika
minimum sistem sudah mendapatkan tegangan masukkan +5 volt, maka LED akan
menyala. Tegangan masukkan ini juga akan menjadi sumber tegangan untuk rangkaian
Gambar 3.15. Rangkaian LED Indikator
3.5. Perancangan
Software
Pada perancangan software ini dibuat flowchart terlebih dahulu untuk mempermudah dalam listing program. Program yang sudah jadi kemudian compile sehingga menjadi *.HEX. Hasil compile tersebut yang akan dimasukkan ke dalam mikrokontroler.
3.5.1.
Flowchart
Utama
Pada flowchart ini berisikan tentang program utama dari alat pengukur kekeruhan ini. Gambar 3.16 menunjukkan flowchart program utama. Program ini dimulai dengan menginisialisasikan mikrokontroler, seperti ADC, LCD, USART, Timer, nilai a serta nilai
b. Langkah selanjutnya masuk ke subrutin perhitungan tanpa ada air. Kemudian terdapat
delay yang berfungsi untuk menunggu pengisian air. Lamanya delay berdasarkan hasil
percobaan. Setelah delay, terdapat subrutin pengukuran saat ada air dan subrutin
penghitungan nilai kekeruhan. Data NTU sebelum dikirim dibandingkan dengan 5, jika
lebih besar dari 5, maka data tersebut adalah data NTU, jika 5 atau kurang dari 5, maka
data tersebut masih data dari pengukuran dengan air. Nilai 5 NTU didapatkan dari Tabel
3.2, dengan asumsi air sampel bukan merupakan air kran murni. Jika mikrokontroler
menerima karakter “D” berarti UDR = “D”, maka mikrokontroler akan menyediakan data
dengan format “H”; NTU;”#”. Hasil NTU ditampilkan di LCD. Nilai NTU dibandingkan dengan standar kekeruhan yang terdapat pada Tabel 2.1. Jika tidak sesuai, maka tidak
3.5.2.
Flowchart
Perhitungan Tanpa Air
Pada flowchart ini berisikan tentang program perhitungan nilai tegangan awal. Tegangan awal ini didapatkan dari tegangan keluaran sensor tanpa adanya air. Tegangan
awal ini akan disimpan menjadi variabel y1. Proses perhitungan ini dilakukan
menggunakan perulangan, sehingga nilai yang didapat adalah nilai rata-rata saat tanpa air.
Nilai y1 ini kemudian ditampilkan di LCD. Gambar 3.17. menunjukkan flowchart perhitungan tanpa air.
Gambar 3.16. Flowchart Utama
3.5.3.
Flowchart
Perhitungan Saat Ada Air
Pada flowchart ini berisikan tentang program perhitungan tegangan saat ada air. Proses ini dilakukan setelah delay yang berfungsi untuk menunggu air setinggi sensor.
Perhitungan tegangan ini tidak menggunakan timer karena nilai yang didapat haruslah nilai
saat air beriak atau saat air masuk pertama kali. Nilai tegangan ini kemudian disimpan
manjadi variavel y2. Nilai y2 kemudian ditampilkan di LCD. Gambar 3.18. menunjukkan
flowchart perhitungan saat ada air.
3.5.4.
Flowchart
Perhitungan Nilai Kekeruhan
Pada flowchart ini berisikan tentang program perhitungan nilai kekeruhan berdasarkan nilai-nilai yang sudah didapat dan dimasukkan ke program. Langkah pertama
adalah menghitung nilai absorban yang didapat dari selisih y1 dan y2. Nilai absorban
kemudian digunakan untuk menghitung nilai kekeruhan. Nilai kekeruhan ini kemudian
dikalibrasikan menjadi nilai NTU. Gambar 3.19 menunjukkan flowchart perhitungan nilai kekeruhan.
Gambar 3.18. Flowchart Perhitungan Saat Ada Air
Gambar 3.19. Flowchart Perhitungan Nilai Kekeruhan Ukur tegangan keluaran sensor
saat tanpa air dan simpan sebagai variabel y2
Tegangan sensor saat ada air
Tampilkan y2 di LCD Mulai
Selesai
Menghitung nilai absorban
(y=y1-y2)
Menghitung nilai kekeruhan(x)
Mengkalibrasi nilai kekeruhan dengan satuan standar (NTU)
Mulai
42
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
Bab ini berisi gambar fisik hardware yang dibuat, pembahasan tentang perbagian hardware, hasil pengujian rangkaian, hasil pengambilan data, pembahasan tentang data yang diperoleh, dan pembahasan tentang program yang digunakan di mikrokontroler. Data
yang akan dibahas terdiri dari data hasil pengukuran kekeruhan dan pengujian tiap bagian
hardware. Hasil pengujian berupa data-data yang diperoleh dapat memperlihatkan bahwa hardware atau software yang dirancang telah bekerja dengan baik atau tidak. Berdasarkan data-data tersebut dapat dilakukan analisis terhadap proses kerja alat yang kemudian dapat
digunakan untuk menarik kesimpulan akhir.
4.1.
Gambar Fisik
Hardware
Subsistem alat dibagi menjadi dua bagian. Pertama bagian mekanik alat dan kedua
bagian subsistem elektronik alat.
4.1.1.
Mekanik Tempat Pengukuran
Tempat pengukuran dibuat berbeda dengan Gambar 3.6. Hal ini dikarenakan
rancangan yang dibuat pada Gambar 3.6 belum memperhitungkan keefektifan dalam
pengukuran, sehingga pada pembuatan tempat pengukuran terjadi pengecilan tempat laser
serta penutupan semua sisi tempat pengukuran. Tempat pengukuran ditutup agar air yang
diukur hanya air yang terdapat di antara laser dan sensor. Gambar hasil perancangan
tempat pengukuran dapat dilihat pada Gambar 4.1 dan Gambar 4.2.
Keterangan Gambar 4.1:
1. Tempat laser
2. Tempat air
3. Tempat sensor fototransistor
Gambar 4.2. Tempat Pengukuran Tampak Samping
4.1.2. Mekanik Kotak Sistem
Perancangan yang dibuat sedikit berbeda dengan Gambar 3.10. Hal ini dikarenakan
kotak sistem yang dibuat belum memperhitungkan besar komponen elektronik, sehingga
pada pembuatan mekanik kotak sistem hanya dibuat 1 lantai dan mendapat tambahan
tombol reset serta LED indikator pada bagian atas. Gambar hasil perancangan kotak sistem dapat dilihat pada Gambar 4.3, Gambar 4.4, Gambar 4.5 dan Gambar 4.6.
Keterangan Gambar 4.3:
1. Trafo 1 A
2. Rangkaian Catu Daya
3. Rangkaian Sistem Mikrokontroler dan LCD
4. Kipas DC 12 V
Gambar 4.4. Kotak Sistem Tampak Atas
Gambar 4.5. Kotak Sistem Tampak Samping
Keterangan Gambar 4.4, Gambar 4.5 dan Gambar 4.6:
1. LCD penampil
2. LED berwarna merah sebagai indikator pengukuran
3. Tombol reset
4. LED berwarna biru sebagai indikator on/off
5. Saklar AC
6. Port AC
7. Port komunikasi 8. Port laser 9. Port sensor
4.1.3.
Subsistem Elektronik
Subsistem elektronik alat terdiri atas rangkaian sensor cahaya, rangkaian sistem
mikrokontroler, LCD character, LED indikator, dan catu daya. Penulis membuat rangkaian sistem mikrokontroler, LCD character, catu daya dan beberapa rangkaian LED indikator dalam 1 PCB.
Rangkaian sensor cahaya yang dibuat berbeda dengan yang sudah dirancang pada
Gambar 3.11. Gambar 3.11 memperlihatkan bahwa resistor yang digunakan dibuat sebesar 10 KΩ, namun pada rangkaian yang dibuat menggunakan resistor variabel sebesar 10kΩ dan disusun seri dengan resistor 1kΩ. Hal ini digunakan untuk mengatur sensitifitas fototransistor. Rangkaian sensor cahaya ditunjukkan oleh Gambar 4.7.
\