Rancang Bangun Alat Resistivitas Berbasis Arduino Menggunakan Modul ACS712 dan
ADS1115
Wantika Tri Wahyudi1, Karyanto, S.Si., M.T.2 , Risky Martin Antosia, S.Si., M.T.1 1
Teknik Geofisika, Institut Teknologi Sumatera 2
Teknik Geofisika, Universitas Lampung Corresponding e-mail: wantikatw@gmail.com
ABSTRAK
Telah dilakukan rancang bangun alat resistivitas guna menambah jumlah alat yang ada. Alat yang dibuat terdiri dari modul ACS712 sebagai amperemeter, ADS1115 sebagai voltmeter, pembangkit daya untuk menaikan tegangan dan arduino uno sebagai pusat kontrol sistem pengukuran sehingga mendapatkan nilai resistansi berdasarkan prinsip hukum ohm. Dari hasil pengukuran menggunakan beban resistor 20Ω, 10Ω, 4Ω, 1Ω, didapatkan nilai resistansi sebesar 15,30Ω, 6,26Ω, 3,98Ω, 0,93Ω dan dibandingkan dengan pengukuran dengan alat Naniura NRD-300 sebesar 18,19Ω, 9,14Ω, 3,63Ω, 0,86Ω. Sehingga didapatkan nilai error rata-rata sebesar 16,1%.
Kata Kunci : resistivitas, ACS712, ADS1115, hukum Ohm.
ABSTRACT
The design of resistivity devices has been done in order to increase the number of existing tools. The device consists of the ACS712 module as an ammeter, ADS1115 as a voltmeter, a power generator to increase the voltage and Arduino Uno as the control center for the measurement system so it gets a resistance value based on the principle of Ohms law. From the measurement results using a load resistor of 20Ω, 10Ω, 4Ω, and 1Ω, the resistance values were 15.30Ω, 6.26Ω, 3.98Ω, and 0.93Ω with compared to measurements with the Naniura NRD-300 tool of 18.19Ω, 9, 14Ω, 3.63Ω, 0.86Ω. With the result that the average error value is 16.1%.
Keywords: resistivity, ACS712, ADS1115, Ohm’s law.
1.
Pendahuluan
Lapisan batuan memiliki sifat dan karakteristik salah satunya adalah sifat resistivitas. Resistivitas merupakan sifat batuan yang menunjukan kemampuan menghantarkan arus listrik. Semakin besar nilai resistivitas batuan maka semakin sulit batuan tersebut menghantarkan arus listrik [1]. Untuk mengetahui nilai resistivitas batuan dapat dilakukan survei geofisika yakni dengan cara menginjeksikan arus listrik kedalam tanah untuk mendapatkan nilai beda potensialnya [2]. Namun
pengukuran tersebut masih terkendala pada keterbatasan alat yang ada. Oleh sebab itu perlu dilakukan pembuatan alat resistivitas guna menambah ketersedian alat yang ada. Alat ukur resistivitas umumnya digunakan adalah Naniura NRD-300 yang terdiri dari untuk membaca nilai arus dan voltmeter untuk membaca nilai tegangan. Hal ini dikarenakan pada saat pengukuran tidak mendapatkan nilai resitivitas secara langsung.
Alat resistivitas yang akan dibuat menggunakan modul ADS1115 sebagai pengukur nilai tegangan dan modul
ACS712 sebagai pengukur nilai arus. Untuk mendapatkan nilai bacaan sensor yang sesuai perlu dilakukan kalibrasi menggunakan multimeter. Selain itu, harga komponen yang relatif murah dan dimensi yang kecil menghasilkan alat yang kecil serta dapat dihubungkan menggunakan mikrokontroler seperti arduino sehingga dapat dilakukan pengukuran secara digital. Dimana metode resistivitas merupakan suatu metode yang menggunakan sumber berupa arus listrik yang dimasukan kedalam tanah melalui elektroda untuk mengetahui sifat resistivitas dibawah permukaan [3]. Arus listrik dapat mengalir karena adanya beda potensial antara dua titik pada suatu medium penghantar [4]. Sehingga didapatkan hubungan antara kuat listrik dengan beda potensial suatu penghantar yang kemudian dikenal sebagai hukum ohm.
Gambar 1 Rangkaian hukum Ohm [5]. 𝑅 =∆𝑉
𝐼 (1)
dengan 𝑅 adalah hambatan jenis (Ω), 𝑉 adalah beda potensial atau tegangan (V), dan 𝐼 adalah kuat arus (A).
Konsep sederhana metode resistivitas, bumi dianggap bersifat homogen dan isotropik. [3] menganggap apabila tanah bersifat homogen dan isotropik, nilai resistivitas yang terukur akan bernilai konstan untuk setiap arus dan jarak elektroda yang diberikan. Namun pada kenyataannya bumi tidak bersifat homogen dan tersusun dari lapisan-lapisan dengan sifat yang berbeda-beda yang mempengaruhi nilai potensial yang terukur. Sehingga, persamaan resistivitas sebagai berikut:
𝜌 = 𝐾∆𝑉
𝐼 (2)
Dengan 𝜌 adalah resistivitas (Ωm), 𝐾 adalah faktor geometri akibat pengaruh letak elektroda (m), ∆𝑉 adalah beda potensial (V), dan 𝐼 adalah arus (A).
2.
Metode Penelitian
Arduino merupakan sebuah papan elektronik menggunakan mikrokontroler ATMega yang dapat digunakan untuk mendeteksi keadaan suatu lingkungan dengan menerima input dari berbagai sensor dan dapat mengontrol perangkat lainnya [6]. Arduino Uno R3 memiliki 14 pin digital I/O dan mudah dilakukan pengembangan project dengan menghubungkan board arduino ke komputer. Untuk menghidupkannya cukup dengan menggunakan adaptor 5V DC. Arduino digunakan sebagai pusat kontrol dari sistem. Modul ADS1115 merupakan salah satu modul ADC yang memiliki resolusi 16 bit dengan kecepatan sampling sebesar 860 sampel/detik. Modul ini memiliki fitur multiplexer input (MUX) sehingga dapat bekerja dengan mode single-ended yakni satu input pada tiap pin dan differential inputs yakni dua input pada dua pin. Transfer data modul ini dilakukan dengan menggunakan I2C yang terdiri dari serial SCL dan SDA. Modul ini digunakan sebagai pengukur tegangan.
Gambar 2 Modul ADS1115 [7].
ACS712 merupakan modul sensor arus dengan sistem kerja seperti sensor hall effect. Sensor ini memiliki akurasi yang tinggi, Karena didalamnya terdapat rangkaian low-offset linear hall dengan satu lintasan yang terbuat dari tembaga. Prinsip kerja sensor ini adalah arus yang mengalir melalui kabel tembaga menghasilkan medan magnet yang kemudian ditangkap oleh integrated hall IC dan diubah menjadi tegangan proporsional. Untuk mendapatkan ketelitian yang optimal dari
sensor ini adalah dengan cara memasang komponen penghasil medan magnet dengan hall tranducer secara berdekatan [8].
Gambar 3 Modul Sensor ACS712 [9].
Sumber tegangan yang dibutuhkan oleh instrumentasi resistivitas berasal dari baterai dengan tegangan 12V. Tegangan masukan tersebut harus dinaikkan tegangannya agar menjangkau daerah yang lebih dalam. Pembangkit daya memanfaatkan prinsip rangkaian inverter untuk menaikan tegangan menjadi 220V arus bolak-balik dan rangkaian penyearah gelombang (rectifier) untuk mengubah arus bolak-balik menjadi arus searah. Inverter merupakan suatu rangkaian yang dapat digunakan untuk mengubah sumber tegangan searah (DC) menjadi sumber tegangan bolak-balik (AC) dengan frekuensi tertentu. Komponen inverter terdiri dari komponen semikonduktor daya berupa SCR, transistor, dan mosfet yang beroperasi sebagai sakelar dan pengubah [10]. Penyearah gelombang atau biasa disebur rectifier merupakan rangkaian yang dapat digunakan untuk mengubah sumber arus bolak-balik (AC) menjadi sumber arus searah (DC).
Di dalam perancangan alat resistivitas ini terdiri atas beberapa sistem bagian diantaranya adalah mikrokontroler yakni arduino uno, sistem pengukuran yakni modul ACS712 dan ADS1115, sistem antar muka yakni LCD 20×4, dan sistem pembangkit daya yakni rangkaian inverter dan penyearah gelombang. Adapun semua sistem tersebut dihubungkan kedalam satu skema yang ditunjukan oleh gambar dibawah ini.
Gambar 4 Blok diagram sistem
Secara detail alur pengerjaan (flowchart) penelitian ini dapat dilihat pada
3.
Hasil dan Pembahasan
A. Pengujian modul ADS1115
Modul ADS1115 merupakan modul analog to digital coverter (ADC) 16 bit yang digunakan sebagai pengukur tegangan dengan mode differential inputs. Mode ini memungkinkan komponen bekerja dalam dua masukan (pin A0 sebagai probe positif dan A1 sebagai probe negatif) sehingga dapat mengukur dalam respon tegangan positif dan tegangan negatif. Pengujian modul ini menggunakan adjustable power supply dimana tegangan keluaran diatur sebesar 10mV – 12V. Adapun hasil pengujian dilakukan proses regresi linier dengan persamaan
𝑦 = 𝑎𝑥 + 𝑏 (3)
di mana 𝑦 adalah nilai bacaan voltmeter (mV), 𝑥 adalah nilai adc bacaan ADS1115, 𝑎 adalah koefesien regresi dan 𝑏 adalah konstanta. Adapun kurva linieritas ditunjukan pada gambar sebagai berikut:
Gambar 6 Kurva linieritas tegangan 10mV-900mV.
Gambar 7 Kurva linieritas tegangan 1V-12V. Sehingga didapatkan persamaan regresi untuk rentang 10mV-900mV adalah 𝑦 = 3,0316𝑥 + 0.9247 dan persamaan rentang 1V-12V adalah 𝑦 = 30,995x – 37,452. Kemudian persamaan tersebut dimasukan kedalam program arduino untuk mendapatkan hasil yang mendekati nilai
multimeter. Adapun hasil akhir dari pengujian modul ADS1115 sebagai berikut:
Tabel 1 Hasil pengujian modul ADS1115.
B. Pengujian modul ACS712
Modul sensor ACS712 merupakan modul sensor arus yang dapat mengukur besaran arus searah dan arus bolak-balik. Pengujian dilakukan dengan menggunakan adjustable power supply yang dapat diatur arus keluarannya dengan menggunakan beban resistor sebesar 20Ω yang dipasang secara seri terhadap power supply. Dilakukan juga proses regresi linier seperti persamaan 3 sehingga didapatkan hasil sebagai berikut:
Gambar 8 Kurva linieritas arus.
Dari kurva linieritas diatas didapatkan persamaan untuk arus adalah 𝑦 = −16,749𝑥 + 2909,9. Multimeter (mV) ADS1115 (mV) Error (%) Multimeter (mV) ADS1115 (mV) Error (%) 25.50 24.16 5.24 -25.50 -27.72 8.73 39.40 39.31 0.22 -39.60 -39.74 0.36 49.50 48.40 2.22 -49.50 -51.76 4.56 58.70 57.49 2.06 -58.90 -60.77 3.18 69.80 69.61 0.27 -69.80 -69.79 0.02 81.20 81.73 0.65 -81.20 -81.80 0.74 88.20 87.79 0.47 -88.10 -87.81 0.33 102.40 102.94 0.53 -102.40 -102.83 0.42 111.40 109.00 2.16 -111.40 -111.85 0.40 118.30 112.03 5.30 -118.30 -117.85 0.38 222.50 221.10 0.63 -222.40 -223.01 0.27 322.80 321.08 0.53 -322.90 -322.15 0.23 422.00 421.07 0.22 -422.00 -418.29 0.88 524.00 524.08 0.02 -524.00 -523.44 0.11 624.00 621.04 0.48 -624.00 -622.58 0.23 722.00 721.02 0.14 -722.00 -718.72 0.45 827.00 827.06 0.01 -827.00 -826.87 0.02 916.00 917.96 0.21 -916.00 -914.00 0.22 1014.00 1014.91 0.09 -1014.00 -1010.14 0.38 2022.00 2023.84 0.09 -2022.00 -2016.58 0.27 3028.00 3029.74 0.06 -3027.00 -3017.02 0.33 4010.00 4008.37 0.04 -4010.00 -4005.43 0.11
Kemudian persamaan tersebut dimasukan kedalam program arduino untuk mendapatkan hasil yang mendekati nilai multimeter. Adapun hasil akhir dari pengujian modul ACS712 sebagai berikut:
Tabel 2 Hasil pengujian modul sensor ACS712.
C. Evaluasi Alat
Evaluasi alat dilakukan untuk membandingkan hasil pengukuran yang didapat menggunakan alat yang telah dibuat dan alat resistivitas Naniura NRD-300. Pada tahap ini dilakukan dengan mengukur beban berupa resistor dengan nilai tertentu seperti 20Ω, 10Ω, 4Ω, 3Ω, 2Ω, dan 1Ω. Adapun skema pengukuran ditunjukan oleh gambar berikut
Gambar 9 Skema pengukuran resistor.
Pembacaan dilakukan berulang-ulang untuk melihat konsistensi nilai pembacaan yang dilakukan oleh sistem. Adapun data pengukuran resistor ditunjukan pada table berikut
Tabel 3Hasil perbandingan dengan Naniura NRD-300.
Berdasarkan hasil pengukuran dari kedua alat menggunakan beban resistor berbagai macam nilai didapatkan nilai resistansi sebesar 18,19Ω; 9,14Ω; 3,63Ω; dan 0,86Ω dengan Naniura NRD-300 dan 15,30Ω; 6,26Ω; 3,98Ω; dan 0,93Ω dengan alat yang dibuat. Selanjutnya untuk mendapatkan nilai error dapat menggunakan persamaan
𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 (%) =|𝑋𝑎−𝑋𝑏|
𝑋𝑎 × 100% (4)
Nilai error terbesar terjadi ketika alat mengukur pada tegangan sekitar 1000mV akibat sistem pembacaan transisi dimana ditambahkan penguat tegangan pada sistem sebelumnya sehingga dapat mengukur tegangan melebihi tegangan proporsional modul ADS1115 yakni 4V.
4.
Kesimpulan
Berdasarkan hasil yang telah didapatkan pada bab hasil dan pembahasan dapat disimpulkan bahwa:
1. Perancangan alat resistivitas meter dapat dilakukan dengan menggunakan modul sensor ACS712 sebagai pengukur arus dan ADS1115 sebagai pengukur tegangan.
2. Setelah dilakukan pengukuran dengan beban resistor dengan nilai 20Ω, 10Ω, 4Ω, 1Ω dan membandingkan dengan alat resistivitas Naniura NRD-300 didapatkan nilai error sebesar 16,1%.
Adapun spesifikasi alat resistivitas yang dibuat ditunjukan oleh tabel sebagai berikut:
Multimeter (mA) ACS712 (mA) Error (%) Multimeter (mA) ACS712 (mA) Error (%) 10 12.33 23.30 -10 -4.42 55.80 19 12.33 35.11 -19 -21.17 11.42 30 29.08 3.07 -29 -37.92 30.76 40 45.83 14.58 -39 -37.92 2.77 50 45.83 8.34 -50 -54.67 9.34 60 62.58 4.30 -60 -54.67 8.88 71 62.58 11.86 -70 -71.42 2.03 80 79.33 0.84 -80 -71.42 10.73 91 96.07 5.57 -91 -88.16 3.12 100 96.07 3.93 -100 -88.16 11.84 110 112.82 2.56 -109 -104.91 3.75 119 112.82 5.19 -119 -104.91 11.84 130 129.57 0.33 -130 -121.66 6.42 140 129.57 7.45 -140 -138.41 1.14 150 146.32 2.45 -149 -138.41 7.11 159 163.07 2.56 -159 -155.16 2.42 169 163.07 3.51 -169 -171.91 1.72 179 179.82 0.46 -178 -171.91 3.42 189 179.82 4.86 -189 -188.66 0.18 199 196.57 1.22 -199 -205.41 3.22 300 297.06 0.98 -300 -305.9 1.97 399 397.56 0.36 -399 -389.65 2.34 499 498.05 0.19 -499 -490.14 1.78 599 598.54 0.08 -599 -590.63 1.40 700 699.04 0.14 -700 -691.13 1.27 800 799.53 0.06 -800 -791.62 1.05 865 900.03 4.05 -851 -875.37 2.86 999 1000.52 0.15 -999 -975.86 2.32 Bacaan nilai positif Bacaan nilai negatif
V (mV) I (mA) R (Ω) V (mV) I (mA) R (Ω) 20 3710.00 204.00 18.19 3006.64 196.56 15.30 15.89 10 1883.00 206.00 9.14 1231.39 196.56 6.26 31.46 4 737.00 203.00 3.63 783.16 196.56 3.98 9.74 1 178.50 207.00 0.86 181.90 196.56 0.93 7.31 Resistor (Ω) Naniura NRD-300 Alat yang dibuat
Nilai Bacaan
Tabel 4 Spesifikasi alat.
Saran
Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan masih terdapat banyak kekurangan maka diperlukan masukan dan saran antara lain: 1. Perlu pengembangan alat lanjutan dengan
menggunakan komponen adc 24 bit untuk mendapatkan hasil yang lebih baik\ 2. Perlu adanya system penyimpanan
sehingga pengambilan data yang dilakukan dapat lebih efesien.
Ucapan Terima kasih
Terima kasih kepada dosen pembimbing, dosen penguji, dan para rekan yang telah terlibat selama penelitian berlangsung.
Daftar Pustaka
[1] D. H. Grandis, Pengantar Pemodelan Inversi Geofisika. Bandung, 2009. [2] L. Hendrajaya dan I. Arif, Geolistrik
Tahanan Jenis. Bandung: Institut Teknologi Bandung, 1990.
[3] W. M. Telford, L. P. Geldart, dan R. E. Sheriff, “Applied Geophysics 2nd Edition.” Cambridge University Press, USA.
[4] K. B. Pranata dan C. Sundaygara, Elektronika Dasar 1. Malang: Universitas Kanjuruhan Malang, 2018. [5] D. A. Subekti, Diktat Kuliah
Elektronika Dasar. Jember: Unej, 2003. [6] D. Junaidi dan Y. D. Prabowo, Project sistem kendali elektronik berbasis arduino. Bandar Lampung: Aura, 2018. [7] “ADS1115,” www.indiamart.com,
2020. [Daring]. Tersedia pada: https://www.indiamart.com/proddetail/a dc-4-programmable-board-ads1115- anolog-digital-converter-ads1015-12-bit-20522208262.html. [Diakses:
05-Okt-2020].
[8] “Fully Integrated, Hall Effect-Based Linear Current Sensor with 2.1 kVRMS Voltage Isolation and a Low-Resistance Current Conductor.” Massachusetts: Allegro MicroSystems, Inc., 2007. [9] “ACS712,” www.makerfabs.com, 2020.
[Daring]. Tersedia pada: https://www.makerfabs.com/acs712-current-sensor-20a.html. [Diakses: 05-Okt-2020].
[10] G. R. F. Sudenasahaq, “Geolistrik Resistivitas Meter Design of Power Supply With Constans Current for Geoelectrical,” Institut Teknologi Sepuluh November, 2016.
Spesifikasi Keterangan
Tegangan Masukan 12 V
Tegangan Keluaran 220 V
Resolusi pengukuran arus 1 mA Resolusi pengukuran tegangan 0,1 mV Sistem Pengukuran Digital
