• Tidak ada hasil yang ditemukan

TUGAS AKHIR MONITORING KEKERUHAN AIR PADA SISTEM MONITORING KUALITAS AIR KOLAM IKAN

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2019

Membagikan "TUGAS AKHIR MONITORING KEKERUHAN AIR PADA SISTEM MONITORING KUALITAS AIR KOLAM IKAN"

Copied!
113
0
0

Teks penuh

(1)

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

(2)

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

(3)

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

(4)
(5)
(6)

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

(7)

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...

(8)

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

(9)

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%.

(10)

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 %

(11)

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

(12)

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

(13)

xii

DAFTAR ISI

Halaman

HALAMAN JUDUL

... i

HALAMAN PERSETUJUAN

... iii

HALAMAN PENGESAHAN

... iv

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA

... v

HALAMAN PERSEMBAHAN DAN MOTTO HIDUP

... vi

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA

ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

... vii

INTISARI

... viii

(14)

xiii

3.4.4. Perancangan Input-Output Sistem Mikrokontroler ATMega32 ... 33

3.4.5. Perancangan Catu Daya ... 35

(15)

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 ... 69

5.2. Saran ... 69

DAFTAR PUSTAKA

... 70

LAMPIRAN

(16)

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

(17)

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

(18)

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

(19)

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 ,

(20)

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

(21)

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

(22)

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

(23)

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

(24)

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

(25)

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

(26)

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

(27)

= 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]

(28)

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]:

(29)

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

(30)

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).

(31)

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.

(32)

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

(33)

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

(34)

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:

(35)

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.

(36)

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.

(37)

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

(38)

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

(39)

Apabila tegangan masukan regulator berasal dari tegangan AC yang kemudian

disearahkan menggunakan dioda, nilai dicari menggunakan persamaan:[22]

(2.17)

(40)

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.

(41)

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

(42)

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

(43)

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.

(44)

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

(45)

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)

(46)

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:

(47)

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

(48)

LASER FOTOTRANSISTOR

Gambar 3.7. Kubus Pengukuran Tampak Atas

(49)

Gambar 3.9. Kotak Sistem Tampak Samping

(50)

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.

(51)

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

(52)

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.

(53)

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

(54)

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

(55)

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

(56)

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

(57)

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

(58)

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.

(59)

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

(60)

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.

(61)

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.

(62)

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

(63)

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.

\

Gambar

Gambar 1.1. Diagram Blok Perancangan
Tabel 2.1. Standar Kualitas Air Kolam[9][10][11]
Gambar 3.14.
Gambar 3.14. Rangkaian Catu Daya
+7

Referensi

Dokumen terkait

Surat Pemberitahuan Objek Pajak yang selanjutnya disingkat SPOP adalah surat yang digunakan oleh wajib pajak untuk melaporkan data subjek dan objek Pajak Bumi dan Bangunan

1 2009 Pengembangan model pembelajaran soft skills pada sekolah menengah kejuruan 2 2011 Model pembelajaran soft skills pada mahasiswa pendidikan vokasi bidang manufaktur 3. NO

14 Memahami bunyi, makna, dan gagasan dari kata, frase, kalimat bahasa Arab sesuai dengan struktur kalimat yang berkaitan dengan topik:. Dialog dan Wacana

Berdasarkan tujuan dari Penelitian Tindakan Kelas (PTK) untuk dapat meningkatan hasil belajar siswa meng- gunakan model Problem Based Learning, Data pada bagian

- Erma Dardanella Nasution , Binocular Anomalies, Penelitian The 36 th Annual Scientific Meeting Of Indonesia Ophthalmologist Association, Manado , 29 September – 2

Generally, the saving period of rice for fi rst-three months and the period of rice saved in warehouse, farmer obtains document warehouse receipt published by Niaga

Berdasarkan hasil penelitian dan pembahasan yang telah diuraikan, maka diperoleh kesimpulan besar kecilnya tingkat diversifikasi berpengaruh signifikan terhadap

Penelitian lain mengenai perilaku psikis tokoh dilakukan oleh Farida Buduri dalam skripsinya yang berjudul Novel Deana Pada Suatu Ketika karya Title Said : Sebuah