ALAT UKUR KADAR AIR PADA KAYU BERBASIS ARDUINO UNO DENGAN METODE KONDUKTIVITAS
LAPORAN TUGAS AKHIR
FIRDA SINAGA 162408037
PROGRAM STUDI D-3 FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN 2019
ALAT UKUR KADAR AIR PADA KAYU BERBASIS ARDUINO UNO DENGAN METODE KONDUKTIVITAS
LAPORAN TUGAS AKHIR
Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat memperoleh Ahli Madya
FIRDA SINAGA 162408037
PROGRAM STUDI D-3 FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN 2019
PERNYATAAN ORISINALITAS
ALAT UKUR KADAR AIR PADA KAYU BERBASIS ARDUINO UNO DENGAN METODE KONDUKTIVITAS
LAPORAN TUGAS AKHIR
Saya menyatakan bahwa laporan Tugas Akhir ini adalah hasil karya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya
Medan, 19 Juli 2019
FIRDA SINAGA 162408037
ALAT UKUR KADAR AIR PADA KAYU BERBASIS ARDUINO UNO DENGAN METODE KONDUKTIVITAS
ABSTRAK
Pada Tugas akhir ini, telah dirancang sebuah alat ukur kadar air pada kayu berbasis arduino uno sebagai mikrokontroller dan Probe Elektroda sebagai sensor untuk mengukur kadar air pada kayu serta menggunakan ADC ADS1115 sebagai penguat.
Dengan metode konduktivitas yaitu dua buah probe dihubungkan pada kayu yang akan diukur, kemudian dengan rangkaian pemrosesan sinyal akan mengeluarkan hasil output yang menunjukkan besar konduktivitas/daya hantar listrik pada air tersebut. Sampel yang digunakan adalah 5 jenis kayu yang memiliki kadar air yang berbeda. Alat ukur kadar air pada kayu, dirancang dalam bentuk sederhana dan portable, sehingga mudah digunakan. Secara keseluruhan kinerja alat yang dirancang sudah cukup baik, hal ini dapat dilihat dari hasil perhitungan rata rata persen deviasi yaitu 8.7 %.
Kata Kunci : Alat Ukur kadar air pada kayu, Mikrokontroller Arduino Uno, Probe elektroda, Metode Konduktivitas.
TOOLS FOR MEASURING WATER ON BASED WOOD ARDUINO UNO WITH THE CONDUCTIVITY METHOD
ABSTRACT
In this final assignment, a water level measuring instrument has been designed on Arduino Uno based wood as a microcontroller and the Electrode Probe as a sensor to measure the moisture content of wood and use ADS1115 ADC as an amplifier. With the conductivity method, two probes are connected to the wood to be measured, then with the signal processing circuit, the output results will show the conductivity / electrical conductivity of the water. The sample used is 5 types of wood that have different moisture content. Moisture meter in wood, designed in a simple and portable form, so that it is easy to use. Overall the performance of the tool designed is quite good, this can be seen from the results of the calculation of the average percent deviation that is 8.7%.
Keywords: Measuring moisture content on wood, Arduino Uno microcontroller, electrode probe, conductivity method.
PENGHARGAAN
Puji dan syukur penulis mengucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, dengan limpahan berkat-nya penyusun Laporan Tugas Akhir ini dapat diselesaikan dalam waktu yang ditetapkan. Ucapan terima kasih penulis sampaikan kepada berbagai pihak yang telah banyak membantu penulis dalam penyelesaian Laporan Tugas Akhir ini yaitu kepada :
1. Bapak dan ibu saya, terima kasih atas bantuan dukungan, semangat serta doa yang tiada henti untukku. Abang dan Adik ku tersayang, terima kasih atas motivasinya.
2. Bapak Dr. Kerista Sebayang, MS selaku Dekan Fakultas Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara.
3. Bapak Drs. Takdir Tamba, M.Eng. Sc selaku Ketua Jurusan D-3 Fisika Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara.
4. Dr. Susilawati, MSi selaku Dosen Pembimbing yang telah membimbing dan mengarahkan penulis dalam menyelesaikan Laporan Tugas Proyek ini.
5. Dosen-dosen di Departemen Fisika yang telah memberikan ilmu selama dalam perkuliahan.
6. Pegawai-pegawai di Departemen Fisika yang telah membantu dalam proses administrasiselama perkuliahan.
7. Teman-teman dan para sahabat yang telah menjadi keluarga kedua penulis selama ini.
Penulis menyadari sepenuhnya bahwa dalam pembuatan Laporan Tugas Akhir ini masih jauh dari kesempurnaan, untuk itu kritik dan saran yang bersifat membangun sangat penulis harapkan dari para pembaca.
Medan, Juli 2019
FIRDA SINAGA 162408037
DAFTAR ISI
Halaman
PENGESAHAN TUGAS AKHIR ... i
ABSTRAK ... ii
ABSTRACT ... iii
PENGHARGAAN ... iv
DAFTAR ISI ... v
DAFTAR TABEL... vii
DAFTAR GAMBAR ... viii
BAB 1 PENDAHULUAN ... 1
1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Rumusan Masalah ... 2
1.3 Batasan Masalah... 2
1.4 Tujuan Tugas Akhir ... 3
1.5 Manfaat Penelitian ... 3
1.6 Sistematika Penulisan... 3
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA ... 5
2.1 Kadar Air Pada Kayu ... 5
2.1.1 Kadar Air ... 5
2.1.2 Kadar Air Kayu ... 5
2.1.3 Air Dalam Kayu ... 7
2.2 Mikrokontroller Arduino Uno ... 7
2.2.1 Arduino Uno... 9
2.2.2 Sumber (Catu Daya) ... 10
2.2.3 Input dan Output ... 10
2.2.4 Komunikasi ... 11
2.2.5 Bahasa Pemrograman Arduino ... 13
2.3 Probe Elektroda ... 14
2.4 ADC ADS1115 ... 15
2.5 Resistor 220 Ω ... 17
2.6 Modul Step Up ... 18
2.7 Modul Charger ... 19
2.8 Baterai Lithium ... 20
2.9 Buzzer ... 20
2.10 Saklar Push Button ... 21
2.11 LCD 16x2 ... 22
2.12 Metode Konduktivitas ... 24
BAB 3 PERANCANGAN DAN IMPLEMENTASI ... 26
3.1 Blok Diagram Sistem ... 26
3.2 Flowchart Sistem ... 27
3.3 Gambar Rangkaian ... 28
3.3.1 Gambar RangkaianArduino Uno... 28
3.3.2 Gambar Rangkaian Arduino dengan ADC ADS1115 ... 28
3.3.3 Gambar Rangkaian Arduino dengan Probe Elektroda ... 29
3.3.4 Gambar Rangkaian Modul Charger, Step Up, Saklar dan Baterai .. 29
3.3.5 Gambar Rangkaian Arduino dengan LCD 16x2 dan Buzzer ... 30
3.3.6 Gambar Rangkaian Keseluruhan... 31
BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN ... 32
4.1 Hasil Pengukuran Kadar Air Pada Kayu ... 32
4.2 Software keseluruhan sistem ... 34
4.3 Alat Ukur Kadar Air Pada Kayu ... 38
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN ... 39
5.1 Kesimpulan ... 39
5.2 Saran ... 39
DAFTAR PUSTAKA ... ix
LAMPIRAN ... x 1. Data Sheet Arduino Uno
2. Data Sheet ADC ADS1115 3. Data Sheet Sensor TDS 4. Data Sheet LCD 16x2 5. Data Sheet Modul Step up 6. Data Sheet Modul Charger
DAFTAR TABEL
No. Tabel Keterangan Halaman
2.1 ASCII ... 12
2.2 Konfigurasi ADDR ... 16
2.3 Konfigurasi Pin LCD ... 23
4.1 Perbandingan Hasil Pengukuran Alat ... 32
DAFTAR GAMBAR
No. Gambar Keterangan Halaman
2.1 Bagian Depan Arduino Uno ... 10
2.2 Bagian Belakang Arduino Uno... 10
2.3 Probe Elektroda ... 14
2.4 Module ADC ADS1115 ... 15
2.5 Konfigurasi addr sesuai tabel 2.2 ... 17
2.6 Resistor ... 18
2.7 Modul Step up ... 18
2.8 Modul Charger (Lipo Charger 1A) ... 19
2.9 Baterai Lithium ... 20
2.10 Buzzer ... 21
2.11 Saklar Push Button ... 22
2.12 LCD 16x2 ... 22
3.1 Blok diagram sistem ... 26
3.2 Flowchart Sistem ... 27
3.3 Rangkaian Arduino Uno ... 28
3.4 Rangkaian Arduino dengan ADC ADS1115 ... 29
3.5 Rangkaian Arduino dengan Probe Elektroda ... 29
3.6 Rangkaian Modul Charger, Step Up, Saklar dan Baterai ... 30
3.7 Rangkaian Arduino dengan LCD 16x2 dan Buzzer ... 30
3.8 Rangkaian Keseluruhan ... 31
4.1 Grafik Sampel-vs-Kadar ... 32
4.2 Alat Ukur Kadar Air ... 38
BAB 1 PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Salah satu hasil kekayaan hutan adalah kayu. Kayu banyak dimanfaatkan di bidang properti, seperti rumah dan meubel. Disamping komoditi dalam negeri, kayu juga merupakan komoditi ekspor, penghasil devisa, maka kualitas kayu harus diperhatikan agar mempunyai daya kompetitif. Pemilihan kualitas kayu yang baik merupakan salah satu upaya agar bangunan atau properti tahan lama dan tidak terkena penyakit kayu, seperti rayap, Kualitas kayu yang kurang baik, dapat mengakibatkan properti atau bangunan mudah rusak atau turun nilai jualnya.
Salah satu hal yang perlu diperhatikan dalam penentuan mutu kayu adalah nilai kadar air dalam kayu tersebut. Pada industri kayu, komponen kadar air menjadi syarat utama sebagai bahan pertimbangan di dalam penentuan tingkat harga kayu.
Kayu-kayu yang memiliki kadar air tinggi cenderung memiliki harga yang lebih rendah bila dibandingkan dengan kayu-kayu yang memiliki kadar air rendah.
Walaupun demikian, untuk mengukur kadar air pada kayu dalam dunia industri masih dilakukan secara manual sehingga hasil pengukuran masih berupa angka perkiraan dari penunjukan skala pada alat. Untuk mengetahui hasil pengukuran kuantitatif nilai pengukuran yang akurat dibutuhkan alat untuk mengukur kadar air pada kayu yang hasil pengukurannya berupa angka digital. Alat ukur yang digunakan dalam menentukan kadar air menggunakan prinsip pengukuran resistansi dengan menggunakan elektroda sebagai pendeteksi kadar air pada kayu.
Kayu pada dasarnya merupakan komponen yang bersifat isolator, namun kayu dapat berubah menjadi sebuah material yang bersifat konduktor apabila terkena air. Dalam air tersebut memiliki nilai resistansi tertentu yang akan terdeteksi oleh elektroda. Prinsip kerja alat ini adalah kadar air yang diukur akan berbanding terbalik dengan resistansi yang diukur. Pengukuran kadar air pada kayu sangat spesifik untuk masing-masing jenis kayu.
Berdasarkan uraian diatas, untuk alat ukur kadar air diperlukan suatu sistem yang dapat mengukur kadar air secara tepat dan akurat. Sistem pengukuran kadar air tersebut menggunakan probe elektroda yang mendeteksi kadar air yang terkandung
pada kayu sebelum diolah dengan menggunakan ads1115 sebagai penguat.
Mikrokontroler Arduino Uno digunakan sebagai pembaca data sensor yang kemudian diolah dan ditampilkan pada LCD 16×2. Diharapkan sistem ini dapat bekerja pada industri kayu, dengan konsumsi daya lebih rendah, portabel serta tetap akurat dan presisi dengan sensor-sensor yang telah dikalibrasi.
1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan uraian latar belakang, maka permasalahan yang diteliti dalam penelitian ini dapat dirumuskan sebagai berikut:
1. bagaimana cara merancang dan membuat Alat ukur kadar air pada kayu ?
2. Apakah probe elektroda dengan menggnakan ads1115 sebagai penguat dapat diaplikasikan sebagai sensor untuk mengukur kadar air pada kayu ?
3. Apakah mikrokontroller Arduino Uno dapat diaplikasikan sebagai pengontrol, penerima, dan pengolah data pada sistem elektronika pada Alat ukur kadar air pada kayu ?
4. Metode apa yang digunakan untuk mendeteksi kadar air pada kayu ?
1.3 Batasan Masalah
Penelitian yang dilakukan dibatasi pada ruang lingkup yang lebih rinci agar sesuai dengan topik penelitian. Adapun batasan masalah pada penelitian ini adalah:
1. alat ukur yang dirancang hanya untuk mengukur kadar air pada kayu dengan menggunakan probe elektroda sebagai pendeteksi kadar air pada kayu.
2. Sistem berbasis mikrokontroller Arduino Uno bertugas mengatur seluruh kegiatan sistem yang dirakit.
3. Menggunakan ADC (Analog Digital Converter) ADS115 agar probe elektroda tersebut bersifat sensitive yang artinya mampu mendeteksi kadar air yang rendah pada kayu.
4. menggunakan metode konduktivitas untuk mendeteksi kadar air pada kayu. Dan bahasa pemrograman yang digunakan adalah Bahasa C.
1.4 Tujuan Tugas Akhir
Adapun tujuan penelitian ini sebagai persyaratan untuk menyelesaikan studi dari D-3. Di dalam penelitian ini membuat dan memahami cara-cara membuat Tugas Akhir dari D-3. Di dalam Tugas Akhir yang saya buat ini merancang dan membuat alat ukur kadar air pada kayu berbasis mikrokontroller arduino uno dengan menggunakan Probe elektroda dan ADS1115 sebagai penguat. Menggunakan metode konduktivitas untuk mendeteksi kadar air pada kayu.
1.5 Manfaat Penelitian
Alat ukur kadar air pada kayu menggunakan probe elektroda dan ADC ADS1115 berbasis mikrokontroller Arduino Uno ini diharapkan dapat memberikan solusi untuk :
1. Melatih kemampuan mahasiswa untuk membuat suatu teknologi yang dapat diaplikasikan dalam kehidupan khususnya dalam dunia industry kayu.
2. Dengan perancangan alat ini diharapkan dapat membantu dan memudahkan pekerjaan manusia dalam dunia industry kayu.
1.6 Sistematika Penulisan
Berikut merupakan sistem penulisan yang digunakan dalam penyusunan laporan Tugas Akhir :
1. BAB 1 PENDAHULUAN
Bab ini berisi penjelasan mengenai latar belakang pemilihan judul, batasan masalah, motivasi dan tujuan tugas akhir, sasaran tugas akhir, metode tugas akhir dan sistematika penulisan.
2. BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA
Bab ini berisi landasan teori yang menjadi referensi utama dalam penulisan tugas akhir. Teori yang dibahas berhubungan dengan sistem yang akan dibuat dan juga yang akan digunakan untuk kepentingan analisis dan perancangan.
3. BAB 3 PERANCANGAN DAN IMPLEMENTASI ALAT
Bab ini membahas tentang perancangan prototipe alat, pembuatan rangkaian prototipe, blok diagram, pengukuran dan cara kerja rangkaian yang dapat menghasilkan sistem otomatis pengatur suhu dan ruangan.
4. BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN
Pada bab ini akan dibahas hasil analisa dari rangkaian dan sistem kerja alat, penjelasan mengenai program-program yang digunakan untuk mengaktifkan rangkaian, penjelasan mengenai program yang diisikan ke mikrokontroler.
5. BAB 5 PENUTUP
Bab ini menjelaskan tentang kesimpulan dari pengujian dan saran masukan untuk mengembangkan dan melengkapi sistem yang sudah dibangun untuk masa yang mendatang.
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Kadar Air Pada Kayu 2.1.1 Kadar Air
Haygreen dan Bowyer (1996) mendefinisikan Kadar Air (KA) sebagai berat air yang dinyatakan sebagai persen terhadap berat kayu bebas air atau berat kering tanur (BKT)-nya. Di dalam kayu, KA kayu berkisar antara 40 sampai 200%.
Keragaman nilai KA dapat terjadi antar spesies, bahkan antar bagian dari pohon yang sama (Simpson, William dan Anton TenWolde, 1999).
Air di dalam kayu terdiri dari air bebas dan air terikat dimana keduanya secara bersama-sama menentukan nilai kadar air kayu. Dalam satu jenis pohon, kadar air kayu kondisi segar bervariasi tergantung pada tempat tumbuh dan umur pohon (Tsoumis George, 1991). Brown et. al. (1952) menyatakan bahwa apabila kayu tidak lagi melepaskan atau menyerap air, maka kayu berada dalam kondisi kesetimbangan dengan lingkungan. KA pada kondisi tersebut dinamakan KA keseimbangan (KAK), yang seringkali dianggap sama dengan KA kondisi kering udara (KA-KU). Besarnya nilai KAK lebih rendah dibandingkan KA-TJS (Kadar Air-Titik Jenuh Serat) KAK dipengaruhi oleh keadaan lingkungan dimana kayu itu digunakan, terutama suhu dan kelembaban relatif. Besarnya KA-KU juga tergantung dari keadaan iklim setempat.
Di Indonesia berkisar antara 12 hingga 20%, dan di Bogor sekitar 15%. (Anonimous, 2008).
2.1.2 Kadar Air Kayu
Kadar air kayu menunjukkan banyaknya air yang terdapat pada kayu, dinyatakan dalam persen terhadap berat kering tanurnya. Kayu perlu dikeringkan sebelum dikerjakan, sampai mencapai kadar air yang sesuai dengan tempat dimana kayu akan digunakan. Kadar air kayu adalah banyaknya air yang terkandung dalam kayu yang dinyatakan dalam persen terhadap berat kering ovennya. Kadar air kering udara adalah kondisi kayu dalam keadaan kering udara, yang mana pada kondisi ini kayu tidak menyerap atau melepaskan air. Dengan demikian bila digunakan untuk komponen bangunan dapat dikatakan kayu tersebut tidak mengalami pengembangan
maupun penyusutan, kalaupun terjadi sangat kecil, sehingga tidak merusak elemen bangunan secara keseluruhan. Oleh karena itu kayu bangunan sebelum digunakan harus diketahui terlebih dahulu kadar airnya. Kadar air kayu yang aman untuk penggunaan pada bangunan adalah kadar air kering udara, untuk Indonesia sekitar 15% - 20% (Tsoumis George, 1991)
Jika kayu yang diletakkan pada suatu atmosfer dengan kelembaban tertentu pada akhirnya akan mencapai suatu kadar air yang tetap, disebut kadar air keseimbangan (equilibrium moisture content). Kadar air seimbang ini tergantung pada lembab nisbi dan suhu dari udara sekelilingnya. Perubahan-perubahan kadar air umumnya sangat besar pada permukaan kayu dimana perubahan-perubahan kadar air berlangsung cepat. Sebaliknya dibagian dalam kayu perubahan kadar air lebih lambat, sebab waktu yang dibutuhkan oleh air untuk berdifusi dari atau ke bagian luar kayu lebih lama. Oleh karena itu dalam sepotong kayu umumnya terdapat dua kelainan kadar air kayu, yaitu kadar yang rendah (kecil) pada permukaan kayu dan kadar air yang tinggi (besar) pada bagian dalam kayu. Diantara kedua titik berlainan itu terdapat peralihan kadar air yang berangsur-angsur.
Di dalam kayu kecepatan gerakan air dalam berbagai arah terhadap sumbu kayu tidak sama. Dalam arah longitudinal (arah memanjang kayu) gerakan air dalam bentuk uap lebih mudah keluar, karena struktur sel yang berbentuk tabung (buluh).
Titik jenuh serat berkisar antara 21% - 30%,bergantung pada jenis yang dikeringkan.
Kayu dikeringkan mulai dari kadar air 50% - 60% menjadi 21% - 30%. Dengan demikian, nilai gradien pengeringannya sangat tinggi dan mempunyai resiko terjadinya tegangan dalam kayu karena air inti kayu yang terblokir tidak dapat keluar. Penggunaan temperatur tinggi harus dihindarkan. Kipas-kipas udara untuk mensirkulasikan udara dalam oven harus dimanfaatkan. Temperatur maksimal yang digunakan hendaknya berkisar 40oC – 55oC (Anonimous, 2008).
Temperatur dan kelembaban relative dikendalikan dengan gradien pengeringan yang tidak terlalu besar. Kadar air 21% - 30% harus dapat diturunkan lagi sampai kadar air akhir 6% - 8%, sesuai dengan kebutuhan. Temperatur yang digunakan untuk kayu yang mempunyai kadar zat ekstraktif, sebaiknya antara 55oC – 60oC, untuk menghindarkan noda-noda warna atau perubahan warna kayu (Atharamadhana Fauziah, 2014).
Kayu mempunyai sifat higroskopis yaitu dapat menyerap atau melepaskan air atau kelembaban. Dengan sifat ini, maka kayu dapat mengembang pada kondisi musim hujan atau pada kelembaban tinggi dan dapat menyusut pada kondisi musim kemarau atau pada kelembaban rendah, bila kayu tersebut belum dikeringkan pada saat penggunaan.
Kadar air kayu adalah banyaknya air yang terkandung dalam kayu yang dinyatakan dalam persen terhadap berat kering ovennya. Kadar air kering udara adalah kondisi kayu dalam keadaan kering udara, yang mana pada kondisi ini kayu tidak menyerap atau melepaskan air (Simpson, William dan Anton TenWolde, 1999).
Dengan demikian bila digunakan untuk komponen bangunan dapat dikatakan kayu tersebut tidak mengalami pengembangan maupun penyusutan, kalaupun terjadi sangat kecil, sehingga tidak merusak elemen bangunan secara keseluruhan. Oleh karena itu kayu bangunan sebelum digunakan harus diketahui terlebih dahulu kadar airnya. Kadar air kayu yang aman untuk penggunaan pada bangunan adalah kadar air kering udara.
2.1.3 Air dalam Kayu
Kadar air yang terdapat di dalam kayu terdiri dari :
1. Air bebas adalah air yang terdapat di dalam rongga-rongga sel, yang paling mudah dan terlebih dahulu keluar. Air bebas ini tidak mempengaruhi sifat dan bentuk kayu kecuali berat kayu.
2. Air terikat adalah air yang berada dalam dinding-dinding sel kayu, sangat sulit untuk dilepas. Air terikat inilah yang dapat mempengaruhi sifat kayu misalnya penyusutan. Bila air bebas telah keluar dan kondisi dinding sel jenuh air, maka dapat dikatakan kayu telah mencapai kadar air titik jenuh serat (fiber saturation point). Tingkatan titik jenuh serat untuk semua jenis kayu tidak sama, hal ini dikarenakan adanya variasi susunan kimiawi kayu. Titik jenuh serat kayu pada umumnya berkisar antara kadar air 25 – 30 % (Atharamadhana Fauziah, 2014).
2.2 Mikrokontroller Arduino Uno
Mikrokontroler adalah sebuah sistem komputer fungsional dalam sebuah chip. Di dalamnya terkandung sebuah inti prosesor, memori (sejumlah kecil RAM
(Random Access Memori) memori program, atau keduanya), dan perlengkapan input- output. Mikrokontroler adalah salah satu dari bagian dasar dari suatu sistem komputer. Meskipun mempunyai bentuk yang jauh lebih kecil dari suatu komputer pribadi dan komputer mainframe, mikrokontroler dibangun dari elemen-elemen dasar yang sama. Secara sederhana, komputer akan menghasilkan output spesifikasi berdasarkan inputan yang diterima dan program yang dikerjakan.
Mikrokontroler merupakan computer di dalam chip yang digunakan untuk mengontrol peralatan elektronik, yang menekankan efisiensi dan efektivitas biaya.
Disebut “pengendali kecil” dimana sebuah sistem elektronika yang sebelumnya banyak memerlukan komponen-komponen pendukung seperti IC TTL (Integrated Circuit Transistor Transistor Logic) dan CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) dapat diperkecil dan akhirnya terpusat serta dikendalikan oleh mikrokontroler ini. Sistem minimal adalah sebuah rangkaian mikrokontroler yang sudah dapat digunakan untuk menjalankan sebuah aplikasi. Sebuah IC mikrokontroler tidak akan berarti bila hanya berdiri sendiri. Pada dasarnya sebuah sistem minimal mikrokontroler AVR (Alf Vegard) memiliki prinsip yang sama, yaitu:
1. Prosesor, yaitu mikrokontroler itu sendiri.
2. Rangkaian reset agar mikrokontroler dapat menjalankan program mulai dari awal.
3. Rangkaian clock, yang digunakan untuk memberi detak pada CPU (Central Processing Unit).
4. Rangkaian catu daya, yang digunakan untuk memberi sumber daya.
Mikrokontroler terdiri dari berbagai jenis mikrokontroler yang umum digunakan. Dalam penelitian ini menggunakan jenis mikrokontroler Arduino.
Arduino adalah kit elektronik atau papan rangkaian elektronik open source yang didalamnya terdapat komponen utama, yaitu sebuah chip mikrokontroler dengan jenis AVR dari perusahaan Atmel. Mikrokontroler adalah IC (integrated circuit) yang bisa deprogram menggunakan computer.tujuan menanamkan program pada mikrokontroler adalah agar rangkaian elektronika dapat membaca input, memproses input tersebut dan kemudian menghasilkan output sesuai dengan yang diinginkan.
Jadi mikrokontroler bertugas sebagai „otak‟ yang mengendalikan input, proses dan
output sebuah rangkaian elektronik. Secara umum, Arduino terdiri dari dua bagian, yaitu:
1. Hardware berupa papan input/ output (I/O) yang open source.
2. Software Arduino yang juga open source, meliputi software Arduino IDE (Integrated Development Environment) untuk menulis program dan driver untuk koneksi dengan computer (Syahwil Muhammad, 2013).
2.2.1 Arduino Uno
Arduino Uno adalah papan mikrokontroler berbasis ATmega328 yang memiliki 14 pin digital input/output (di mana 6 pin dapat dignakan sebagai output PWM (Pulse Width Modulation) 6 input analog, clock speed 16 MHz, koneksi USB (universal Serial Bus) jack listrik, header ICSP (In Circuit Serial Programming) dan tombol reset. Board ini menggunakan daya yang terhubung ke komputer dengan kabel USB atau daya eksternal dengan adaptor AC-DC atau baterai. Arduino Uno adalah pilihan yang baik untuk pertama kali atau bagi pemula yang ingin mengenal Arduino. Di samping sifatnya yang reliable juga harganya murah. Spesifikasi Board Arduino Uno:
Mikrokontroler ATmega328
Tegangan Operasi 5V
Tegangan Input 7-12V
Batas Tegangan Input 6-20V
Pin Digital I/O 14 (di mana 6 pin output PWM)
Pin Analog Input 6
Arus DC per I/O Pin 40 mA
Arus DC untuk pin 3.3V
Flash Memory 32 KB (ATmega328), di mana 0,5 KB digunakan oleh bootloader
SRAM 2 KB (ATmega328)
EPROM 1 KB (ATmega328)
Clock 16 MHz
2.2.2 Sumber (Catu Daya)
Arduino dapat diaktifkan melalui koneksi USB atau dengan catu daya eksternal. Sumber daya dipilih secara otomatis. Sumber daya eksternal (non-USB) dapat berasal dari adapter AC-ke-DC atau baterai. Adaptor ini dapat pada power pin (Gnd dan Vin). Board Arduino Uno dapat beroperasi pada pasokan eksternal dari 6 sampai 20 volt. Jika suplai kurang 7V. meskipun, pin 5V dapat disuplai kurang dari lima volt, board mugkin tidak stabil. Jika menggunakan tegangan lebih dari 12V, regulator tegangan bisa panas dan merusak board. Kisaran yang disarankan adalah 7 sampai 12 volt. Seperti gambar 2.1 dan 2.2 merupakan gambar arduino uno.
Gambar 2.1 Bagian Depan Arduino Uno
Gambar 2.2 Bagian Belakang Arduino Uno
ATmega328 mempunyai memori 32 KB (dengan 0.5 KB digunakan untuk bootloader), juga mempunyai 2 KB SRAM (Static Random Access Memory) dan 1 KB EPROM (Erasable Programmable Read only Memory) (Susanto Indra, 2018).
2.2.3 Input dan Output
Setiap pin digital pada board Arduino Uno dapat digunakan sebagai input dan output. Dengan menggunakan fungsi pinMode(), digitalWrite(), dan digitalRead().
Pin-pin ini beroperasi pada tegangan 5 volts. Setiap pin mampu memberikan atau menerima arus maksimum dan memiliki resistor pull-up internal (secara default tidak terhubung) dari 20-50 kOhms. Selain itu, beberapa pin memiliki fungsi khusus:
Serial: 0 (RX) dan 1 (TX). Digunakan untuk menerima (RX) dan mengirimkan (TX) data serial TTL. Pin ini terhubung ke pin yang sesuai dari
Interupsi Eksternal: 2 dan 3. Pin ini dapat dikonfigurasi untuk memicu interrupt pada nilai yang rendah, tepi naik atau turun, atau perubahan nilai.
PWM 3, 5, 6, 9, 10, dan 11. Menyediakan 8-bit output PWM dengan fungsi analogWrite().
SPPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK). Pin ini mendukung komunikasi SPI menggunakan library SPI.
LED: 13. Terdapat LED pin digital 13 pada board. Ketika pin bernilai TINGGI (HIGH), LED menyala (ON), ketika pin bernilai rendah (LOW), LED akan mati (OFF).
Arduino Uno memiliki 6 input analog, berlabel A0 sampai A5, yang masing- masing menyediakan 10 bit resolusi (yaitu 1024 nilai yang berbeda). Secara default, 5 volt dari Ground.
2.2.4 Komunikasi
Komunikasi serial Arduino adalah komunikasi antara Arduino Uno dan computer dapat dilakukan melalui port USB. Dalam hal ini, Arduino Uno tidak hanya bisa mengolah data dari pin I/O secara independ. Tetapi dapat juga dikomunikasikan dengan computer untuk ditampilkan hasil dari pengolahan datanya sehingga komunikasi yang dilakukan bersifat dua arah. Arduino Uno memiliki sejumlah fasilitas untuk berkomunikasi dengan computer, Arduino lain, atau mikrokontroler lainnya. ATmega328 menyediakan UART TTL (5V) komunikasi serial, yang tersedia di pin digital 0 (RX) dan 1 (TX). Dengan menggunakan fasilitas ini, dapat dikirimkan data ke Arduino Uno dan sebaliknya dapat membaca kiriman dari arduino uno. Tentu saja, hal ini memungkinkan dapat mengontrol Arduino uno melalui computer dan memantau sesuatu yang sedang terjadi di Arduino Uno. Jenis command komunikasi serial Arduino :
Serial.begin() : untuk menentukan kecepatan pengiriman dan penerimaan data melalui port serial. Kecepatan yang umum digunakan adalah 9600 bit per detik (9600 bps). Namun, kecepatan hingga 115.200 didukung oleh Arduino Uno.
Contoh yang sering digunakan yaitu Serial.begin (9600).
Serial.end() : digunakan untuk menghentikan program akan perintah komunikasi serial.
Serial.available() : berguna untuk menghasilkan jumlah byte di port serial yang belum terbaca. Jika port serial dalam keadaan kosong, maka fungsi ini dapat menghasilkan nilai nol.
Serial.read() : berguna untuk membaca suatu byte data yang terdapat di port serial. Setelah pemanggilan Serial.read(), jumlah data di port serial berkurang satu.
Serial.print(data) : berfungsi untuk mengirimkan data ke port serial. Apabila argumen format disertakan, data yang dikirim akan menyesuaikan dengan format tersebut. dalam hal ini, format yang digunakan bisa berupa.
Serial.flush() : berfungsi sebagai untuk pengosongan data pembacaan yang ditaruh pada buffer.
Serial.parseFloat() : berfungsi untuk bilangan titik mengambang atau real.
Serial.println(data) : memiliki fungsi yang hamper sama dengan serial print, yang memberi efek perpindahan baris berikutnya.
Serial.parseln() : untuk menghasilkan nilai bulat.
Data yang dikirm dan diterima arduino dalam bentuk ASCII. Seperti pada tabel 2.1.
Tabel 2.1 ASCII (American Standard Code For Informtaion Interchange)
2.2.5 Bahasa Pemrograman Arduino
Banyak bahasa pemrograman yang biasa digunakan untuk program mikrokontroler, misalnya bahasa assembly. Namun dalam pemrograman Arduino bahasa yang dipakai adalah bahasa C. Bahasa C adalah bahasa yang sangat lazim dipakai sejak awal computer diciptakan dan sangat berperan dalam perkembangan software. Di internet banyak Library Bahasa C untuk Arduino yang bisa didownload dengan gratis. Setiap library Arduino biasanya disertai dengan contoh pemakaiannya, keberadaan library-library ini bukan hanya membantun kita membuat proyek mikrokontroler, tetapi bisa dijadikan sarana untuk mendalami pemrograman Bahasa C pada mikrokontroler. Berikut ini adalah penjelasan mengenai karakter bahasa C dan software Arduino:
a. Struktur : Setiap program Arduino (biasa disebut sketch) mempunyai dua buah fungsi yang harus ada.
Void setup() { }
Semua kode di dalam kurung kuraal akan dijalankan hanya satu kali ketika program Arduino dijalankan untuk pertama kalinya.
Void loop() { }
Fungsi ini akan dijalankan setelah setup (fungsi void setup) selesai. Setelah dijalankan satu kali fungsi ini akan dijalankan lagi, dan lagi secara terus- menerus sampai catu daya (power) dilepaskan.
b. Syntax : Berikut ini adalah elemen bahasa C yang dibutuhkan untuk format penulisan.
//(komentar satu baris)
/* */(komentar banyak baris)
{ } (kurung kurawal)
; (titik koma)
c. Variabel : Sebuah program secara garis besar dapat didefenisikan sebagai instruksi untuk memindahkan angka dengan cara yang cerdas. Variable inilah yang digunakan untuk memindahkannya. Integer, Long, Boolean, Float, Char, Byte, Unsignt int, Unsign long, Double, String, Array.
d. Operator Matematika : operator yang digunakan untuk memanipulasi angka.
e. Operator Pembanding : digunakan untuk membandingkan nilai logika.
f. Struktur Pengaturan : Program sangat tergantung pada pengaturan apa yang akan dijalankan berikutnya, berikut ini elemen dasar pengaturan: if…else dan for.
g. Digital :
PinMode(pin, mode)
digitalWrite(pin, value)
digitalRead(pin)
h. Analog : Arduino adalah mesin digital, tetapi mempunyai kemampuan untuk beroperasi di dalam analog.
analogWrite(pin, value)
analogRead(pin) (Kadir Abdul, 2013).
2.3 Probe Elektroda
Probe Elektroda adalah peralatan yang digunakan untuk mengukur nilai kadar air pada kayu. Sumber eksitasi adalah sinyal AC, yang secara efektif dapat mencegah probe dari polarisasi dan memperpanjang umur probe, sementara itu, tingkatkan stabilitas sinyal keluaran. Probe Elektroda tahan air (Gambar 2.3), bisa saja direndam dalam air untuk pengukuran waktu yang lama. Spesifikasi probe elektroda antara lain :
Jumlah Jarum: 2
Total Panjang: 83cm
Antarmuka Koneksi: XH2.54-2P
Warna: Hitam
Lainnya: Probe Tahan Air (digiwarestore.com/en/sensor-other/gravity-analog- tds-sensor-meter-for-arduino).
Gambar 2.3 Probe Elektroda
2.4 ADC ADS1115
Module ADC ADS1115 merupakan module yang difungsikan untuk pembacaan Analog Digital Converter (ADC) dengan komunikasi I2C yang beresolusi hingga 16-bit yang terdapat 4 channel. Secara fungsi mudah digunakan dengan pengukuran berbagai sinyal dengan range tegangan dari 2v hingga 5v, dan ini sangat bagus untuk pengukuran dengan resolusi 16-bit. Gambar 2.4 merupakan module ADC ADS1115.
Gambar 2.4 Module ADC ADS1115
Module sangat diperlukan jika kebutuhan ADC melebihi dari total jumlah ADC baik itu module dari arduino, ESP8266, raspaberry, atau mikrokontroler jenis lainnya. Tapi ini bisa sangat diperlukan untuk module ESP8266 misalnya NodeMCU atau WEMOS D1 dikarenakan dalam module tersebut hanya terdapat 1 ADC saja.
Sehingga dapat dimanfaatkan module ini untuk menambah kebutuhan akan fitur ADC, dan mudahnya pengaksesan menggunakan komunikasi i2c.
Spesifikasi dari module ADS1115:
Terdapat 4 Channel ADC (A0, A1, A2, A3)
Memiliki resolusi ADC – 16 Bit
Menggunakan komunikasi antarmuka I2C (SDA, SCL)
Range Tegangan operasional pada 2.0 – 5.5 Vdc
Range Tegangan masuk pada channel adc : 0 ~ VDD
Continuous Mode: Only 150 uA
Memiliki sampling rate dengan range antara 8 ~ 860 sps (sampling per second)
Alamat I2C 7-bit pada 0x48 ~ 0x4B
Single-Shot Mode: Auto Shut-Down
Dalam perbandingan langsung dengan ATmega328P, yaitu 1024 gradasi (10 bit) dibandingkan 65536 gradasi (16 bit). Tetapi dalam pengaplikasiannya lebih banyak menggunakan variabel yang akan berperan, sehingga dapat mengukur nilai dengan ketelitian yang lebih bagus dibanding menggunakan 10 bit. Selain resolusi yang jauh lebih besar terdapat fitur yang sangat menarik yaitu PGA, atau
“Programmable Gain Amplifier”. Pada dasarnya ini adalah rangkaian yang memungkinkan memperkuat sinyal pada input analog untuk mengambil pembacaan nilai dari rentang ADC, dengan semua kontrol ini dilakukan secara digital melalui register internal yang diakses oleh I2C. Mengkonfigurasi PGA kita dapat bekerja dengan sinyal dari +/- 256mV hingga +/- 6.144V (jangkauan standar). Module ADC ini memiliki MUX internal yang memungkinkan untuk memilih antara 4 saluran tunggal atau 2 saluran diferensial. Untuk konfigurasinya sinyal secara langsung direferensikan ke GND dari rangkaian dan input analog itu sendiri hanya membutuhkan satu jalur sinyal.
Dalam konfigurasi diferensial, ADC akan mengkonversi sinyal diferensial, yaitu beda potensial antara dua titik, serupa dengan apa yang terjadi dengan multimeter. Dalam konfigurasi ini diperlukan dua input yang akan dihubungkan ke tempat tujuan, selain GND yang juga harus umum untuk menghindari melebihi batas komponen. Satu catatan penting, sinyal pada input tidak boleh melebihi tegangan
“Vcc + 0.3V” atau “GND – 0.3V”. Meskipun komponen memiliki perlindungan internal, melebihi level ini akan membuat perangkat berisiko. Singkatnya, sinyalnya tidak bisa lebih besar dari catu daya dan juga tidak negatif mengacu pada bumi.
ADS1115 memiliki pin “ADDR” yang bertanggung jawab untuk mengkonfigurasi alamat perangkat pada bus I2C. Hal yang paling menarik adalah bahwa hanya dengan satu pin kita mendapatkan 4 alamat berbeda. Secara total bisa didapatkan hingga 16 saluran tunggal atau 8 diferensial pada satu bus I2C. Tabel 2.2 merupakan tabel konfigurasi ADDR dan Gambar 2.5 merupakan Konfigurasi ADDR sesuai Tabel 2.2 (Faudin Agus, 2018).
Tabel 2.2 Konfigurasi ADDR ADDR connected
to:
Address (binary) Address (hexadecimal)
VDD 1001001 49h
GND 1001000 48h
SDA 1001010 4Ah
SCL 1001011 4Bh
Gambar 2.5 Konfigurasi addr sesuai tabel 2.2
2.5 Resistor 220 Ω
Resistor adalah komponen elektronika yang berfungsi untuk menghambat atau membatasi aliran listrik yang mengalir dalam suatu rangkain elektronika.
Sebagaimana fungsi resistor yang sesuai namanya bersifat resistif dan termasuk salah satu komponen elektronika dalam kategori komponen pasif. Satuan atau nilai resistansi suatu resistor di sebut Ohm dan dilambangkan dengan simbol Omega (Ω).
Sesuai hukum Ohm bahwa resistansi berbanding terbalik dengan jumlah arus yang mengalir melaluinya. Kapasitas daya pada resistor merupakan nilai daya maksimum yang mampu dilewatkan oleh resistor tersebut. Nilai kapasitas daya resistor ini dapat dikenali dari ukuran fisik resistor dan tulisan kapasitas daya dalamsatuan Watt untuk resistor dengan kemasan fisik besar. Menentukan kapasitas daya resistor ini penting dilakukan untuk menghindari resistor rusak karena terjadi kelebihan daya yang mengalir sehingga resistor terbakar dan sebagai bentuk efisiensi biaya dan tempat dalam pembuatan rangkaian elektronika.
Kegunaan resistor pada rangkaian tersebut sebagai pull down yang artinya menjaga kestabilan output dari probe elektroda tersebut. resistor ini akan membaca output dari probe elektroda dan apabila tidak ada output yang dibaca, maka yang
akan dibaca nilai dari gnd tersebut. Seperti pada Gambar 2.6(mikroavr.com/fungsi- resistor-dan-contoh-rangkaiannya/).
Gambar 2.6 Resistor
2.6 Modul Step up
DC-DC STEP UP BOOST CONVERTER XL6009 adalah module DC - DC converter yang berfungsi mengubah tegangan masukan (input) menjadi tegangan keluaran (output) yang lebih tinggi. Tegangan output bisa diatur dengan cara memutar trimpot. Jika terjadi perubahan tegangan input, maka tegangan output akan tetap stabil karena modul ini juga berfungsi sebagai regulator.
Output: Bisa distel dari DC 4V s/d 24V. Untuk menaikkan tegangan, putarlah potensio nya dengan obeng minus searah jarum jam sehingga tegangan output naik.
Gunakan multimeter pada bagian output untuk membaca tegangan output yang diinginkan. Arus input: Max 4A. Untuk penggunaan jangka waktu lama disarankan untuk menggunakan arus kurang dari 2A dan menggunakan tambahan heatsink.
Modul Step up pada rangkaian tersebut berfungsi untuk mengubah tegangan 3.7V pada baterai (litium) menjadi 4V – 10V untuk mengisi daya atau menjalankan alat ukur kadar air pada kayu tersebut (sagorinotebook.com). Seperti pada Gambar 2.7.
Gambar 2.7 Modul Step up
2.7 Modul Charger (Lipo Charger 1A)
Lipo Charger 1A seperti pada Gambar 2.8 ini adalah modul untuk mengisi baterai isi ulang Lithium (Li-ion rechargeable battery) 1 Ampere yang dilengkapi dengan 2 lampu parallel, masing-masing menunjukkan status saat mengisi ulang (charging) dan saat baterai sudah terisi penuh (fully charged).
Modul ini menggunakan IC TP4056 yang merupakan IC pengisi ulang linear untuk baterai lithium-ion sel tunggal dengan arus dan tegangan yang konstan yang dilemgkapi dengan sistem pengaturan suhu (thermal regulation). Tegangan pengisian konstan di 4,2 Volt (akurasi ±1,5%), ideal untuk digunakan mengisi ulang baterai bertegangan 3 ~ 3,7 Volt. Fitur lainnya dari IC ini adalah pemantau arus, pengunci tegangan kurang (under-voltage lockout), pengisi ulang otomatis, dan dua status pin yang mana pada modul ini dihubungkan dengan LED parallel.
Modul cas ini dapat digunakan untuk mengecas 1 batere Lithium atau beberapa batere Lithium yang dihubungkan secara parallel. Kelebihan modul ini menggunakan charging chip TP4056 yang canggih, dengan rangkaian elektronik yang sederhana, mencas dengan akurasi tinggi, diproduksi dengan mesin otomatis dan dapat mengubah arus cas dari 100mA s/d 1000mA hanya dengan mengganti nilai resistor pada modul. Spesifikasi:
Input: micro USB (bisa langsung dikonek ke charger handphone umum)
Tegangan input: 4.5-5.5V
Tegangan stop cas penuh: 4.2V
Arus cas maximum: 1000mA / 1A (adjustable)
Output: Bat+ and Bat- (tidak boleh terbalik) (www.caratekno.com/cara-mengisi- ulang-baterai-lithium-ion).
Gambar 2.8 Modul Charger (Lipo Charger 1A)
2.8 Baterai Lithium
Baterai adalah perangkat yang mengandung sel listrik yang dapat menyimpan energy yang dapat dikonversi menjadi daya. Baterai menghasilkan listrik melalui proses kimia. Komponen terpenting dari sel baterai adalah:
1. Elektroda negative (anoda), merupakan elektroda yang melepaskan electron ke rangkaian luar serta mengalami proses oksidasi pada proses elektrokimia.
2. Elektroda positif (katoda), merupakan elektroda yang menerima electron dari rangkaian luar serta mengalami proses reduksi pada proses elektrokimia.
3. Penghantar ion (elektrolit), merupakan media transfer ion yang bergerak dari anoda ke katoda dalam sel baterai saat penggunaan.
Baterai lithium seperti pada gambar 2.9 merupakan salah satu jenis baterai sekunder yang dapat diisi ulang dan merupakan baterai yang ramah lingkungan karena tidak mengandung bahan yang berbahaya. Baterai ini memiliki rapat energy lebih tinggi dibandingkan dengan baterai lainnya. Baterai lithium tidak memiliki memory effect sehingga dapat di recharger kapan pun kita mau. Baterai lithium sangat baik untuk pemakaian dalam arus besar karena dapat memberikan arus hingga 30 Ampere.
Selama proses Charger baterai, teerjadi pergerakan ion lithiu dari elektroda positif (katoda) melalui separator dan elektrolit ke elektroda negative (anoda).
Baterai menyimpan selama proses ini. Selama discharger, ion lithium bergerak dari elektroda negative (anoda) ke elektroda positif (katoda) melalui separator dan elektrolit, menghasilkan densitas daya pada baterai (repository.unpar.ac.id).
Gambar 2.9 Baterai Lithium
2.9 Buzzer
Buzzer adalah sebuah komponen elektronika yang berfungsi untuk mengubah
sama dengan loud speaker, jadi buzzer juga terdiri dari kumparan yang terpasang pada diafragma dan kemudian kumparan tersebut dialiri arus sehingga menjadi elektromagnet, kumparan tadi akan tertarik ke dalam atau keluar, tergantung dari arah arus dan polaritas magnetnya, karena kumparan dipasang pada diafragma maka setiap gerakan kumparan akan menggerakkan diafragma secara bolak-balik sehingga membuat udara bergetar yang akan menghasilkan suara. Buzzer biasa digunakan sebagai indikator bahwa proses telah selesai atau terjadi suatu kesalahan pada sebuah alat (alarm) seperti pada gambar 2.10. Pada rangkaian alat tersebut buzzer digunakan sebagai alarm kadar air pada kayu, semakin tinggi kadar air pada kayu maka bunyi buzzer akan semakin cepat (indraharja.wordpress.com-pengertianbuzzer).
Gambar 2.10 Buzzer
2.10 Saklar Push Button
Switch (Saklar) adalah sebuah perangkat elektronik yang digunakan untuk memutuskan jaringan listrik atau untuk menghubungkannya. Jadi saklar pada dasarnya adalah alat penyambung atau pemutus aliran listrik. Selain untuk jaringan listrik arus kuat, saklar berbentuk kecil juga dipakai untuk alat komponen elektronika arus lemah. Pada umumnya saklar push button adalah tipe saklar yang hanya kontak sesaat saja saat ditekan dan setelah dilepas maka akan kembali lagi menjadi NO, biasanya saklar tipe NO ini memiliki rangkaian penguncinya yang dihubungkan dengan kontaktor dan tipe NO digunakan untuk tombol on. Push button ada juga yang bertipe NC, biasanya digunakan untuk tombol off seperti pada gambar 2.11.
Alat ini befungsi sebagai pemberi sinyal masukan pada rangkaian listrik, ketika selama bagian knopnya ditekan maka alat ini akan bekerja sehingga kontak- kontaknya akan terhubung untuk jenis normally open dan akan terlepas untuk jenis normally close, dan sebaliknya ketika knopnya dilepas kembali maka kebalikan dari sebelumnya, untuk membuktikannya pada terminalnya bisa digunakan alat ukur
tester / ohm meter. pada umumnya pemakaian terminal jenis NO digunakan untuk menghidupkan rangkaian dan terminal jenis NC digunakan untuk mematikan rangkaian, semuanya tergantung dari kebutuhan (electrozone94.blogspot.com-saklar- switch).
Gambar 2.11 Saklar Push Button
2.11 LCD 16x2
Liquid Crystal Display atau yang lebih dikenal dengan sebuatn LCD merupakan sebuah komponen yang sering digunakan dalam aplikasi mikrokontroler.
Arduino mendukung LCD keluarga Hitachi HD44780. Untuk aplikasi yang menggunakan LCD dibutuhkan pula sebuah potensiometer yang digunakan untuk mengatur tingkat kecerahan dari karakter yang akan ditampilkan di LCD. Pada sebuah LCD (Liquid Crystal Display) dapat ditampilkan angka-angka, huruf huruf, bahkan symbol tertentu.
LCD mempunyai kegunaan yang lebihdibandingkan dengan seven-segment LED. Ada banyak variasi bentuk dan ukuran LCD yang tersedia jumlah baris 1-4 dengan jumlah karakter per baris8,16, 20,40, dll. Display elektronik adalah salah satu komponen elektronika yang berfungsi sebagai tampilan suatu data, baik karakter, huruf ataupun grafik. Seperti pada Gambar 2.12.
Gambar 2.12 LCD 16x2
LCD adalah lapisan dari campuran organik antara lapisan kaca bening dengan elektroda transparan indium oksida dalam bentuk tampilan seven-segment dan lapisan elektroda pada kaca belakang, konfigurasi LCD 16x2 seperti pada table 2.3.
Ketika elektroda diaktifkan dengan medan listrik (tegangan), molekul organik yang panjang dan silindris menyesuaikan diri dengan elektroda dari segmen. Lapisan sandwich memiliki polarizer cahaya vertikal depan dan polarizer cahaya horisontal belakang yang diikuti dengan lapisan reflektor. Cahaya yang dipantulkan tidak dapat melewati molekul- molekul yang telah menyesuaikan diri dan segmen yang diaktifkan terlihat menjadi gelap dan membentuk karakter data yang ingin ditampilkan. Fungsi Pin LCD (Liquid Cristal Display) 16x2 :
1. DB0 – DB7 adalah jalur data (data bus) yang berfungsi sebagai jalur komunikasi untuk mengirimkan dan menerima data atau instruksi dari mikrokontrooler ke modul LCD.
2. RS adalah pin yang berfungsi sebagai selektor register (register sellect) yaitu dengan memberikan logika low (0) sebagai register perintah dan logika high (1) sebagai register data.
3. R/W adalah pin yang berfungsi untuk menentukan mode baca atau tulis dari data yang terdapat pada DB0 – DB7. Yaitu dengan memberikan logika low (0) untuk fungsi read dan logika high (1) untuk mode write.
4. Enable (E), berfungsi sebagai Enable Clock LCD, logika 1 setiap kali pengiriman atau pembacaan data.
Tabel 2.3 Konfigurasi Pin LCD Pin
No. Keterangan Konfigurasi Hubung
1 GND Ground
2 VCC Tegangan 5V DC
3 Contrast Ground
4 RS Kendali RS
5 RW Ground
6 EN Kendali E/Enable
7 D0 Bit 0
8 D1 Bit 1
9 D2 Bit 2
10 D3 Bit 3
11 D4 Bit 4
12 D5 Bit 5
13 D6 Bit 6
14 D7 Bit 7
15 A Anoda (+5VDC)
16 K Katoda (Ground)
2.12 Metode Konduktivitas
Sifat listrik yang paling penting pada kayu adalah konduktifitas, dielektrik konstan dan faktor kekuatan dielektrik. Konduktifitas pada sebuah material yang menentukan aliran listrik bahwa akan mengalir ketika material ditempatkan di bawah memberikan gradien listrik. Dielektrik konstan pada sebuah material non konduktif menentukan sejumlah energi listrik potensial, dibentuk pada polarisasi yang diinduksi, disimpan untuk memberikan volume pada material ketika material itu ditempatkan pada ladang listrik. Faktor kekuatan pada sebuah material bukan konduktor menentukan fraksi menyimpan energi yang diusir sebagai panas ketika material kayu mengalami polarisasi- siklus depolarisasi lengkap. Konduksi listrik pada berbagai kayu dengan voltase yang diterapkan dan kira-kira menggandakan untuk masing-masing peningkatan 100C (180F).
Konduksi listrik pada kayu (atau timbal balik resistivitas) sangat bervariasi dengan kadar air, khususnya di bawah titik jenuh serat (TJS). Jika kadar air meningkat pada kayu dari dekat nol ke titik jenuh serat (TJS), konduktivitas listrik meningkat (pengurangan resistivitas) dengan 1010 ke 1013. Resistivitas kira-kira 1014 ke 1016 Ω m untuk kayu kering tanur dan 103 hingga 104 Ω m untuk kayu titik jenuh serat (TJS).
Sifat dielektrik yaitu konduktor yang jelek atau lemah dari arus listrik atau suatu bahan insulasi elektrik, khususnya perubahan bahan dalam suatu medan listrik.
Kayu termasuk dielektrik bila kayu kering tanur atau mengandung sedikit kadar air.
Sifat-sifat dielektrik material dinyatakan dalam konstanta dielektrik dan memiliki energy.
Konstanta dielektrik disebut juga permeabilitas elektrik, merupakan ukuran nilai insulasi sebuah material dengan tetap memperhatikan jalan lintasan arus frekuensi tinggi. Konstanta dielektrik pada ruang hampa (vakum) adalah satu, zat padat lebih dari satu, air 81 dan kayu kering 2-3, meningkat dengan bertambahnya rapatan, kadar air dan temperatur menurun dengan frekuensi arus AC. Konstanta dielektrik pada arah axial lebih tinggi 1,5 kali dari arah transversal. Konstanta dielektrik kayu kering tanur + 1,8-2,2 (pada rapatan 0,4 – 0,6 gr/ cm3). Konstanta dielektrik pada kayu kadar air 10 % adalah 2,7 – 3,5, kadar air 20% 4,0 -5,4 dan basah 81 (sama dengan air).
Metode konduktivitas adalah metode yang dapat digunakan untuk mengukur nilai konduktivitas kadar air didalam kayu. Nilai konduktivitas yang terukur menunjukkan kadar kadar air di dalam kayu tersebut.
Prinsip kerja konduktivitas adalah dua buah probe dihubungkan pada kayu yang akan diukur, kemudian dengan rangkaian pemrosesan sinyal akan mengeluarkan hasil output yang menunjukkan besar konduktivitas/ daya hantar listrik pada air tersebut. Dimana semakin tinggi kadar air yang ada pada kayu maka semakin besar pula konduktivitas/ daya hantar listrik pada kayu tersebut.
BAB 3
PERANCANGAN DAN IMPLEMENTASI
3.1 Blok Diagram Sistem
Gambar 3.1 Blok diagram sistem Pengukuran Kadar Air Pada Kayu
Adapun fungsi masing-masing blok diagram pada gambar 3.1 adalah sebagai berikut:
1. Blok Arduino Uno : Sebagai pengontrol, penerima dan pengolah data dalam sistem elektronika.
2. Blok Probe Elektroda : Sebagai input sensor untuk mendeteksi kadar air pada kayu.
3. Blok ADC ADS1115 : Sebagai pembacaan Analog Digital Converter (ADC).
4. Blok LCD : Sebagai output tampilan.
5. Blok Buzzer : Sebagai indicator kadar air pada kayu.
6. Blok Modul Step Up : Sebagai pengubah tegangan masukan (input) menjadi tegangan keluaran (output) yang lebih tinggi.
Arduino Uno Probe Elektroda
ADC ADS1115
LCD 16x2 Kayu
Modul Step Up
Buzzer
Baterai
Modul Charger
7. Blok Baterai : Sebagai penyimpan energy yang dapat dikonversi menjadi daya.
8. Blok Modul Charger : Digunakan untuk mengecas 1 batere Lithium atau beberapa batere Lithium yang dihubungkan secara parallel.
3.2 Flowchart Sistem
Flowchart adalah adalah suatu bagan dengan simbol-simbol tertentu yang menggambarkan urutan proses secara mendetail dan hubungan antara suatu proses (instruksi) dengan proses lainnya dalam suatu program. Dalam pembuatan sistem yang dilakukan menghasilkan flowchart seperti pada Gambar 3.2.
Gambar 3.2 Flowchart Sistem Pengukuran kadar air pada kayu Start
Baca Nilai ADC ADS1115
Konversi nilai 0-190 -> 0- 44
Kalibrasi nilai : Hasil Akhir = hasil +15
Selesai
Tampilkan pada LCD
Hasilkan bunyi beep pada buzzer dengan : tHigh 50 ms dan tLow ADC x10
3.3 Gambar Rangkaian
3.3.1 Gambar Rangkaian Arduino Uno
Arduino Uno adalah board mikrokontroler berbasis ATmega328 (datasheet).
Memiliki 14 pin input dari output digital dimana 6 pin input tersebut dapat digunakan sebagai output PWM dan 6 pin input analog, 16 MHz osilator kristal, koneksi USB, jack power, ICSP header, dan tombol reset. Untuk mendukung mikrokontroler agar dapat digunakan, cukup hanya menghubungkan Board Arduino Uno ke komputer dengan menggunakan kabel USB atau listrik dengan AC yang-ke adaptor-DC. Skematik rangkaian arduino seperti pada Gambar 3.3.
Gambar 3.3 Rangkaian Arduino Uno
3.3.2 Gambar Rangkaian Arduino dengan ADC ADS1115
Module ADC ADS1115 merupakan module yang difungsikan untuk pembacaan Analog Digital Converter (ADC) dengan komunikasi I2C yang beresolusi hingga 16-bit yang terdapat 4 channel. Secara fungsi mudah digunakan dengan pengukuran berbagai sinyal dengan range tegangan dari 2v hingga 5v, dan ini sangat bagus untuk pengukuran dengan resolusi 16-bit. Dalam perbandingan langsung dengan ATmega328P, yaitu 1024 gradasi (10 bit) dibandingkan 65536 gradasi (16 bit). Tetapi dalam pengaplikasiannya lebih banyak menggunakan variabel yang akan berperan, sehingga dapat mengukur nilai dengan ketelitian yang lebih bagus dibanding menggunakan 10 bit. Selain resolusi yang jauh lebih besar terdapat fitur yang sangat menarik yaitu PGA, atau “Programmable Gain Amplifier”.
Rangkaiannya seperti pada Gambar 3.4.
Gambar 3.4 Rangkaian Arduino dengan ADC ADS1115
3.3.3 Gambar Rangkaian Arduino dengan Probe Elektroda
Probe Elektroda adalah peralatan yang digunakan untuk mengukur nilai kadar air pada kayu. Sumber eksitasi adalah sinyal AC, yang secara efektif dapat mencegah probe dari polarisasi dan memperpanjang umur probe, sementara itu, tingkatkan stabilitas sinyal keluaran. Probe Elektroda tahan air (Gambar 2.3), bisa saja direndam dalam air untuk pengukuran waktu yang lama. Rangkaiannya seperti pada Gambar 3.5.
Gambar 3.5 Rangkaian Arduino dengan Probe elektroda
3.3.4 Gambar Rangkaian Modul Charger, Step Up, Saklar Push Button dan Baterai
Modul charger ini dapat digunakan untuk mengecas 1 batere Lithium atau
menggunakan charging chip TP4056 yang canggih, dengan rangkaian elektronik yang sederhana, mencas dengan akurasi tinggi, diproduksi dengan mesin otomatis dan dapat mengubah arus cas dari 100mA s/d 1000mA hanya dengan mengganti nilai resistor pada modul. Sebelum arus listrik masuk kedalam modul charger akan melalui modul step up terlebih dahulu yang membantu menaikkan daya baterai atau mengubah tegangan masukan (input) menjadi tegangan keluaran (output) yang lebih tinggi. Kemudian terdapat saklar push button sebuah perangkat elektronik yang digunakan untuk memutuskan jaringan listrik atau untuk menghubungkannya. Jadi saklar pada dasarnya adalah alat penyambung atau pemutus aliran listrik.
Rangkaiannya seperti pada gambar 3.6.
Gambar 3.6 Rangkaian Modul Charger, Step Up, Saklar Push Button dan Baterai
3.3.5 Gambar Rangkaian Arduino dengan LCD 16x2 dan Buzzer
LCD adalah lapisan dari campuran organik antara lapisan kaca bening dengan elektroda transparan indium oksida dalam bentuk tampilan seven-segment dan lapisan elektroda pada kaca belakang. Buzzer adalah sebuah komponen elektronika yang berfungsi untuk mengubah getaran listrik menjadi getaran suara. Buzzer biasa digunakan sebagai indikator bahwa proses telah selesai atau terjadi suatu kesalahan pada sebuah alat (alarm). Pada rangkaian alat tersebut buzzer digunakan sebagai alarm kadar air pada kayu, semakin tinggi kadar air pada kayu maka bunyi buzzer akan semakin cepat. Rangkaiannya seperti pada Gambar 3.7.
Gambar 3.7 Rangkaian Arduino dengan LCD 16x2 dan Buzzer
3.3.6 Gambar Rangaian Keseluruhan
Gambar 3.8 adalah gambar keseluruhan rangakain sistem alat ukur kadar air pada kayu. Dengan memanfaatkan ArduinoUno sebagai pengatur setiap komponen yang digunakan. probe elektroda dengan ads1115 sebagai penguat untuk mengukur air yang ada pada kayu sehingga setiap komponen bekerja dengan baik.
BAB 4
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Hasil Pengukuran Kadar Air Pada Kayu
Pengukuran dilakukan dengan metode langsung dengan membandingkan nilai hasil pembacaan dari alat pembanding dan alat yang telah dirancang. Sampel kayu yang diukur divariasikan menjadi 5 sampel. Tabel 4.1 merupakan data hasil pengukuran kadar air pada kayu menggunakan alat pembanding dan alat yang telah dirancang serta persen deviasinya.
Tabel 4.1 Perbandingan Hasil Pengukuran Alat Pembanding dengan Alat yang dirancang
Sampel Alat Pembanding Moisture Meter (%)
Alat yang dirancang Wood Moisture
Meter (%)
Deviasi (%)
1 20 16 20
2 30 31 3.3
3 34 32 5.8
4 38 36 5.2
5 42 38 9.5
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
1 2 3 4 5
Kadar Air (%)
Sampel
Grafik Sampel-Vs-Kadar air
Moisture Meter (%) Wood Moisture Meter (%)
Gambar 4.1 Grafik Sampel-vs-Kadar air hasil pembacaan alat pembanding dan alat ukur kadar air
Gambar 4.1 menunjukkan perbandingan hasil pembacaan alat standar dengan alat yang telah dirancang. Bahwa hasil pembacaan alat standar lebih besar dibandingkan dengan alat yang telah dirancang. Kinerja alat yang telah dirancang secara keseluruhan sudah baik. Hal ini dapat dibuktikan dengan hasil perhitungan persen deviasi. Persen deviasi dihitung berdasarkan data hasil pengukuran alat standard an alat yang dirancang.
1. | | | | = 20%
2. | | | |
= 3.3%
3. | | | |
= 5.8%
4. | | | |
= 5.2%
5. | | | |
= 9.5%
Hasil perhitungan persen deviasi diperoleh nilai maximum pada sampel 1 yaitu 20 % dan nilai minimum pada sampel 2 yaitu 3.3%.
4.2 Software keseluruhan sistem
#include <Wire.h>
#include <Adafruit_ADS1015.h>
#include <LiquidCrystal.h>
LiquidCrystal lcd(12, 11, 5, 4, 3, 2);
Adafruit_ADS1115 ads(0x48);
int buzz = 8;
int hasil;
int hasilakhir;
const int numReadings = 10;
int readings[numReadings]; // the readings from the analog input int readIndex = 0; // the index of the current reading
int total = 0; // the running total int average = 0; // the average
void setup(void) {
Serial.begin(9600);
ads.begin();
lcd.begin(16, 2);
pinMode(buzz, OUTPUT);
lcd.setCursor(0,0);
lcd.print(" WM METER");
lcd.setCursor(0,1);
lcd.print(" FIRDA SINAGA");
digitalWrite(buzz, HIGH);
delay(50);
digitalWrite(buzz, LOW);
delay(50);
digitalWrite(buzz, HIGH);
delay(50);
digitalWrite(buzz, LOW);
delay(50);
digitalWrite(buzz, HIGH);
delay(50);
digitalWrite(buzz, LOW);
delay(50);
digitalWrite(buzz, HIGH);
delay(50);
digitalWrite(buzz, LOW);
delay(50);
digitalWrite(buzz, HIGH);
delay(50);
digitalWrite(buzz, LOW);
delay(3000);
for (int thisReading = 0; thisReading < numReadings; thisReading++) {
readings[thisReading] = 0;
} }
void loop(void) {
int16_t baru; // we read from the ADC, we have a sixteen bit integer as a result
baru = ads.readADC_SingleEnded(0);
//adc0 = map (adc0, 0, 500, 0, 100);
//if(adc0<=0)adc0=0;
//if(adc0>100)adc0=100;
total = total - readings[readIndex];
// read from the sensor:
readings[readIndex] = baru;
// add the reading to the total:
total = total + readings[readIndex];
// advance to the next position in the array:
readIndex = readIndex + 1;
// if we're at the end of the array...
if (readIndex >= numReadings) { // ...wrap around to the beginning:
readIndex = 0;
}
// calculate the average:
average = total / numReadings;
// send it to the computer as ASCII digits
delay(1); // delay in between reads for stability
hasil=map(average,0,190,0,44);
hasilakhir=hasil+15;
if (hasilakhir<16) {
hasilakhir=0;
}
else if (hasilakhir>44) {
hasilakhir=44;
}
if (hasilakhir>20&&hasilakhir<=44)beep(buzz, 50, 1000);
else beep(buzz, 0,0);
Serial.println(hasilakhir);
lcd.clear();
lcd.setCursor(3,0);
lcd.print("WM METER");
lcd.setCursor(0,1);
lcd.print("Kdr Air = ");
lcd.setCursor(10,1);
lcd.print(hasilakhir);
lcd.setCursor(14,1);
lcd.print("%");
delay(1500);
}
void beep(int pin, int t_HIGH, int t_LOW ){
digitalWrite(pin, HIGH);
delay(t_HIGH);
digitalWrite(pin, LOW);
delay(t_LOW);
}
4.3 Alat Ukur Kadar Air Pada Kayu
Pengujian akan menggabungkan semua sistem dan berjalan secara otomatis dengan program yang telah dimasukkan ke dalam Arduino Uno. Seperti gambar 4.2
Gambar 4.2 Alat Ukur Kadar Air Pada Kayu Berbasis Arduino Uno Dengan Metode Konduktivitas
BAB 5
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Dari perancangan dan pengujian alat dapat disimpulkan hal-hal sebagai berikut :
1. Alat ukur kadar air pada kayu dapat dirancang dalam bentuk sederhana dan portable dengan menggunakan Probe Elektroda dengan menggunakan ADC ADS1115 sebagai penguat yang dapat mengukur kadar air pada kayu degan mengukur nilai konduktivitas/daya hantar listrik dari air yang terdapat pada kayu tersebut. Secara keseluruhan kinerja alat yang dirancang sudah cukup baik, hal ini dapat dilihat dari hasil perhitungan rata rata persen deviasi yaitu 8.7 %.
2. Nilai kadar air pada kayu dapat ditampilkan ke LCD display dengan memprogram mikrokontroller Arduino Uno menggunakan software Arduino dan bentuknya yang portable serta menggunakan baterai sebagai sumber daya nya.
5.2 Saran
Untuk pengembangan selanjutnya perlu diperhatikan hal-hal sebagai berikut:
1. Sebaikya dalam perancangan alat ukur kadar air pada kayu menggunakan sensor selain probe elektroda yang tingkat akurasinya lebih baik lagi agar nilai yang terdeteksi oleh sensor tersebut lebih akurat.
2. Sebaiknya dalam perancangan alat ukur kadar air pada kayu ini diperhatikan dalam kestabilan hasil outputnya yang belum stabil.
DAFTAR PUSTAKA
Anonimous. 2008. Electrical Properties of Wood. Dikutip dari www.google.com.
Atharamadhana Fauziah.2014.” Makalah Kadar Air Kayu”.
Faudin Agus.2018.”Cara mengakses module ADC ADS1115”.Nyebarilmu.com Iswanto Apri Heri, S.Hut, M.Si.2008.”TESIS SIFAT FISIS KAYU: Berat Jenis dan
Kadar Air Pada Beberapa Jenis Kayu”. Medan: e-Repository USU.
Kadir Abdul. 2013. “Panduan Praktis Mempelajari Aplikasi Mikrokontroller dan Pemrogramannya Menggunakan Arduino”. Yogyakarta: Andi.
Simpson, William dan Anton TenWolde. Forest Product Laboratory Technical.1999.
“Wood Handbook Wood as Engineering Material ”.United States Departement of Agriculture. United States.
Susanto Indra.2018.”Microcontroller Menguasai Arduino”. Yogyakarta: Teknosain.
Syahwil Muhammad.2013.”Panduan Mudah Simulasi & PRAKTIK Mikrokontroller Arduino”. Yogyakarta: CV ANDI OFFSET Halaman : 39-45 dan 53-87 Tsoumis, George. 1991. Science and Technology of Wood Structure, Properties,
Utilization. Van Netrherland Reinhold.
https://digiwarestore.com/sensor-other/gravity-analog-tds-sensor-meter-for-arduino- (Tanggal diakses 18 April 2019)
https://mikroavr.com/fungsi-resistor-dan-contoh-rangkaiannya/(Tanggal diakses 18 April 2019)
sagorinotebook.com/modul-dc-dc-penaik-tegangan-step-up-input-module-3-5-18v- output-4-24v/ (Tanggal diakses 01 Juli 2019)
https://www.caratekno.com/cara-mengisi-ulang-baterai-lithium-ion (Tanggal diakses 01 Juli 2019)
