ALAT UKUR pH TANAH PADA MEDIA CACING TANAH BERBASIS ARDUINO UNO
LAPORAN TUGAS AKHIR
DEVANI PURBA 162408028
PROGRAM STUDI D-3 FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN 2019
ALAT UKUR pH TANAH PADA MEDIA CACING TANAH BERBASIS ARDUINO UNO
LAPORAN TUGAS AKHIR
Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat memperoleh gelar Ahli Madya
DEVANI PURBA 162408028
PROGRAM STUDI D-3 FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN 2019
PERNYATAAN ORISINALITAS
ALAT UKUR pH TANAH PADA MEDIA CACING TANAH BERBASIS ARDUINO UNO
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, Juli 2019
Devani Purba 162408028
ALAT UKUR pH TANAH PADA MEDIA CACING TANAH BERBASIS ARDUINO UNO
ABSTRAK
Alat ukur pH tanah pada media cacing tanah ini dibuat untuk memudahkan pembudidaya cacing tanh memonitoring pH yang baik untuk cacing dengan menggunakan mikrokontroler arduino uno dan hasil nya akan ditampilkan pada LCD. Metode pembuatan alat tersbut sangatlah sederhana. Alat ini menggunakan beberapa komponen seperti Arduino UNO sebagai mikrokontroler, sensor pH tanah sebagai pengukur pH, dan LCD sebagai penampil hasil pengukuran.
Berdasarkan hasil pengujian yamg telah dilakukan dapat diketahui bahwa unjuk kerja dari alat ukur pH tanah masih kurang akurat dalam melakukan pengukuran. Untuk meningkatkan kualitas alat tersebut dapat menggunakan sensor yang lebih baik lagi.
Kata Kunci : Sensor pH Tanah, Budidaya Cacing Tanah.
SOIL pH METER ON ARDUINO UNO – BASED EARTHWORM MEDIA
ABSTRACT
Soil pH measuring devices on earthworm media were made to make it easier for worm farmers to monitor a good pH for worms using the Arduino UNO microcontroller and the results will be displayed on the LCD. The methode od making the tool is very simple.
This tool uses several components such as Arduino UNO as a microcontroller, soil pH meter, and LCD as a measurement result viewer measurement.
To improve the quality of these devices can use a sensor that is even better.
Keywords: Soil pH, Earthworm Cultivation Soil
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 Dr. Kerista Sebayang, MS selaku Ketua Jurusan D-3 Fisika Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara.
2. Bapak Drs. Takdir Tamba, M.Eng. Sc selaku Ketua Jurusan D-3 Fisika Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara.
3. Dr. Tulus Ikhsan Nasution, S.Si, M.Sc selaku Dosen Pembimbing yang telah membimbing dan mengarahkan kepada penulis dalam menyelesaikan Laporan Tugas Proyek ini.
4. Dosen-dosen di Departemen Fisika yang telah memberikan ilmu selama dalam perkuliahan.
5. Pegawai-pegawai di Departemen Fisika yang telah memberikan petunjuk dan arahan selama dalam perkuliahan.
6. 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
DEVANI PURBA 162408028
DAFTAR ISI
ABSTRAK i
ABSTRACT ii
PENGHARGAAN iii DAFTAR ISI iv
DAFTAR GAMBAR vi
DAFTAR TABEL vii BAB I PENDAHULUAN 1
1.1 Latar Belakang 1 1.2 Rumusan Masalah 2 1.3 Batasan Masalah 3 1.4 Tujuan 3 1.5 Manfaat 3 1.6 Sistematika Penulisan 4 BAB II LANDASAN TEORI 5 2.1 Budidaya Cacing Tanah 2.1.1 Tinggi Rendahnya Kelembaban 6
2.1.2 Tinggi Rendahnya pH 6
2.1.3 Tinggi Rendahnya Suhu 7
2.2 Mikrokontroler Arduino Uno 7
2.2.1 Arduino Uno 8
2.2.2 Sumber (Catu Daya) 9
2.2.3 Memory 10 2.2.4 Input Output 10
2.2.5 Komunikasi 11
2.2.6 Bahasa Pemrograman 11 2.3 Sensor Ph Tanah 12 2.4 LCD (Liquid Crystal Display) 13 BAB III PERANCANGAN SISTEM 3.1 Perancangan 15
3.1.1 Diagram Blok 15
3.2 Gambar Rangkaian 15
3.2.1 Rangkaian Arduino Uno 16
3.2.2 Rangkaian Arduino dengan Sensor pH 16
3.2.3 Rangkaian Arduino denagn LCD 17
3.3.4 Rangkaian Keseluruhan Sistem 18
3.3 Flowchart Sistem 19
3.4 Perancangan PCB 19
BAB IV PENGUJIAN DAN PEMBAHASAN 25
4.1 Pengujian Hasil Ukur Sensor pH Tanah 25
4.2 Analisis dan Pembahasan 26
4.3 Pengujian Keseluruhan Sistem 30
4.4 Gambar Fisik Keseluruhan Sistem 32
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 34
5.1 Kesimpulan 34
5.2 Saran 35
DAFTAR PUSTAKA viii
LAMPIRAN
1. Data Sheet Arduino Uno 2. Data Sheet Sensor pH 3. Data Sheet LCD
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Arduino Uno 10
Gambar 2.2 Sensor pH 13
Gambar 2.3 LCD 14
Gambar 3.1 Blok Diagram 15
Gambar 3.2 Gambar Rangkaian Arduino Uno 16
Gambar 3.3 Rangkaian Arduino dengan Sensor pH 16
Gambar 3.4 Rangkaian LCD dengan Arduino Uno 17
Gambar 3.5 Rangkaian Keseluruhan 18
Gambar 3.6 Flowchart Sistem 19
Gambar 4.1 Grafik Waktu-vs-pH hari – 1 26
Gambar 4.2 Grafik Waktu-vs-pH hari – 2 28
Gambar 4.3 Pengukuran pH Tanah 30
Gambar 4.4 Tampilan Fisik Kesluruhan Sistem 32
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Spesifikasi mikrokontroller Arduino Uno 9 Tabel 4.1 Tabel Pengukuran Sensor pH Tanah Pada Hari-1 25 Tabel 4.2 Tabel Pengukuran Sensor pH Tanah Pada Hari-2 25 Tabel 4.3 Pengukuran Sensor pH Tanah dan Persen Deviasi Pada Hari – 1 26 Tabel 4.4 Pengukuran Sensor pH Tanah dan Persen Deviasi Pada Hari – 2 28
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Cacing tanah jenis lumbricus rubellus merupakan salah satu jenis cacing tanah yang memiliki peran penting bagi lingkungan dan kesejahteraan manusia. Meskipun cacing merupakan hewan yang menjijikkan, namun memiliki banyak manfaat diantaranya seperti sebagai pakan ternak, obat, kosmetik, dan bekas cacingnya pun (kascing) dapat dijadikan sebagai pupuk organik. Saat ini cacing tanah jenis ini adalah jenis yang banyak dibudidayakan, selain karena manfaat dan minimnya ketersediaan juga disebabkan karena harga jualnya yang relatif lebih mahal dibanding jenis cacing tanah lainnya sehingga menyebabkan menjadi peluang usaha baru yang sangat menjanjikan.
Proses pembudidayaan cacing tanah tidaklah sulit, pemeliharaan dan pemberian pakannyapun mudah dicari. Media tanah yang digunakan sebagai lokasi tempat budidaya cacing harus sesuai dengan habitat aslinya yaitu tanah yang sifatnya sedikit asam sampai netral yaitu dengan PH antara 6 – 7,2 serta mengandung bahan- bahan organik dalam jumlah besar. Bahan organik tersebut dapat berasal dari dedaunan yang sudah gugur, kotoran ternak, atau tanaman yang sudah mati. Kondisi tanah yang seperti ini sangat cocok untuk pertumbuhan cacing tanah. Ketika tanah tempat budidaya sudah memadat maka akan mengakibatkan cacing tanah menjadi cepat stres sehingga diperlukan penggemburan tanah setiap saat. Oleh sebab itu diperlukan alat pengembur tanah yang bekerja tergantung dengan kondisi tanah tempat media budidaya cacing.
Selain itu, pada budidaya cacing tanah diperlukan pemantauan yang ekstra karena sering dijumpai kendala-kendala yang dapat mempengaruhi pertumbuhan dan perkembangannya. Pemantauan yang dilakukan harus secara real time karena ketika terjadi perubahan dapat dilakukan penanganan yang cepat. Faktor cuaca juga sangat berpengaruh pada perkembangan cacing tanah. Pada saat kemarau panjang dengan suhu yang lumayan panas, cacing tanah tidak dapat berkembang biak dengan baik.
Hal ini disebabkan karena panas yang berlebih sangat berdampak terhadap produksi dan penetasan telur cacing. Kendala lainnya yaitu faktor kelembapan pada media
tempat budidaya tersebut. Jika media terlalu kering ataupun basah maka cacing tanah akan berusaha keluar dari media untuk mencari tempat yang lebih lembab bagi cacing tanah.
Setelah cacing tanah telah berumur lebih dari 21 hari setelah bibit indukan cacing tanah dimasukkan kedalam media cacing tanah, maka cacing tersebut dapat dilakukan pemanenan. Umur cacing biasanya diketahui dari tulisan tanggal mulai pemasukan bibit indukan ke dalam media tempat budidaya. Cara ini cukup rumit apabila jumlah cacing tanah yang dibudidayakan dalam jumlah yang besar. Sehingga diperlukan alat yang mampu memberikan informasi umur cacing tanah yang telah dibudidayakan. Dari beberapa permasalahan di atas, dibutuhkan alat yang mampu melakukan pemantauan dan pengondisian suhu dan kelembaban tempat budidaya secara otomatis serta pemberi informasi umur cacing tanah yang telah dibudidayakan. Dengan adanya alat tersebut diharapkan mampu memudahkan para pembudidaya dalam membudidayakan cacing tanah serta dapat membantu meningkatkan produksi cacing tanah. Kondisi pencemaran udara karena asap rokok akan berpengaruh bagi kesehatan manusia. Pencemaran udara ini akan berpengaruh pada angka kesakitan (morbidity) dan angka kematian (mortality) dari berbagai jenis penyakit. Tepatnya polutan udara dapat menjadi sumber virus, bakteri, dan beberapa jenis cacing yang mendorong terjadinya penyakit polutan udara sehingga mengakibatkan seseorang menjadi alergi yang selanjutnya akan menjadi pintu masuknya bakteri.
Pada tugas akhir ini akan dibahas mengenai rangkaian alat pengukur pH tanah pada media cacing tanah yang menggunakan sensor pH sebagai sensor pH tanah dengan LCD sebagai display untuk membaca pH berbasis mikrokontroler arduino..
Alat ini diharapkan dapat meringankan pekerjaan peternak , meningkatkan produksi dan keuntungan dalam bisnis budidaya cacing tanah .
1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan uraian latar belakang, maka permasalahan yang diteliti dalam penelitian ini dapat dirumuskan sebagai berikut, bagaimana cara merancang dan membuat Alat pH tanah pada media cacing tanah. Apakah sensor pH tanah dapat diaplikasikan sebagai sensor untuk mengukur kandungan pH pada tanah.
Apakah mikrokontroller Arduino Uno dapat diaplikasikan sebagai pengontrol, penerima, dan pengolah data pada sistem elektronika pada Alat ukur pH tanah pada media cacing tanah. Metode apa yang digunakan untuk mendeteksi kandungan pH pada tanah.
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 alat ukur yang dirancang hanya untuk mengukur pH tanah dengan menggunakan sensor pH tanah sebagai pendeteksi kandungan pH pada tanah.
Sistem berbasis mikrokontroller Arduino Uno bertugas mengatur seluruh kegiatan sistem yang dirakit. Yang kemudian hasil dari pengukuran akan ditampilkan pada LCD
1.4 Tujuan Tugas Akhir
Adapun tujuan dari penulisan ini yaitu untuk menyelesaikan tugas akhir adalah sebagai berikut :
1. Sebagai persyaratan awal dalam menyelesaikan tugas akhir .
2. Membuat Alat untuk Mengukur pH Tanah pada Media Cacing Tanah.
3. Memanfaatkan mikrokontroller Arduino Uno sebagai pengontrol, penerima dan pengolah data pada alat ukur pH tanah.
1.5 Manfaat Tugas Akhir
Manfaat yang dapat diberikan pada penulisan tugas akhir ini adalah sebagai berikut:
1. Sebagai pembelajaran tentang arduino dan sensors-sensor yang digunakan.
2. Mengukur pH tanah yang cocok untuk cacing lumbricus reubellus.
3. Mempermudah bagi pembudidaya cacing lumbricus rubellus.
1.5 Sistematika Penulisan
Berikut merupakan sistem penulisan yang digunakan dalam penyusunan tugas akhir :
1. BAB I PENDAHULUAN
Bab ini berisi penjelasan mengenai latar belakang pemilihan judul, rumusan masalah,batasan masalah, tujuan, manfaat dan sistematika penulisan.
2. BAB II LANDASAN TEORI
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 III PERANCANGAN SISTEM
Bab ini membahas tentang perancangan prototipe alat, pembuatan rangkaian prototipe, blok diagram, pengukuran dan cara kerja rangkaian yang dapat menghasilkan Alat Pengukur pH Tanah Melalui Media Cacing Tanah .
4. BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISA RANGKAIAN
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 IV PENUTUP
Bab ini menjelaskan tentang kesimpulan dari pengujian dan saran masukan untuk mengembangkan dan melengkapi sistem yang sudah dibangun untuk masa yang mendatang.
.
BAB II LANDASAN TEORI
2.1 Budidaya Cacing Tanah
Cacing tanah merupakan salah satu hewan yang memiliki banyak manfaat bagi kehidupan manusia serta jenis yang sangat potensial untuk dibudidayakan. Hal ini disebabkan karena saat ini budidaya cacing tanah telah mendapat respon yang besar oleh masyarakat dan menjadi komoditi ekspor yang sangat menjanjikan (Brawijaya, 2017). Besarnya permintaan pasar internasional serta mempunyai siklus pertumbuhan yang lebih cepat dibandingkan dengan jenis cacing lainnya, juga tergolong jenis yang mudah dalam pembudidayaan dan perawatannya. Jenis cacing ini banyak dimanfaatkan pada berbagai sektor bidang seperti dalam dunia peternakan, pertanian, bahkan dalam industri farmasi. Pada dunia peternakan, jenis cacing ini banyak dimanfaatkan sebagai bahan pakan ternak, pada dunia pertanian dimanfaatkan sebagai penyubur lahan pertanian sementara pada industri farmasi dimanfaatkan sebagai bahan obat dan kosmestik .
Saat ini ketersediaan cacing tanah jenis ini sangat terbatas menyebabkan harga jualnya menjadi relatif mahal karena belum banyak orang yang membudidayakannya. Belum cukupnya ketersediaan cacing ini disebabkan karena terdapat beberapa masalah yang sering dihadapi oleh para petani dalam membudidayakan cacing tanah jenis ini seperti terbatasnya alat yang digunakan untuk memonitoring pertumbuhan, sistem pengaturan suhu yang kurang baik, serta tingkat kelembaban tempat budidaya yang kurang sesuai. Padahal dalam membudidayakan cacing tanah, harus dilakukan pemantauan rutin baik pertumbuhan, suhu, serta kelembaban lingkungan tempat budidaya.
Faktor cuaca dan faktor kelembaban tanah juga sangat mempengaruhi pertumbuhan cacing tanah. Pada saat kemarau panjang umumnya suhu menjadi panas dan menyebabkan biasanya cacing menjadi tidak dapat berkembang dengan baik bahkan dapat mati. Sementara jika media tempt budidaya terlalu kering ataupun terlalu basah maka cacing tanah akan berusaha keluar dari media untuk mencari tempat yang lebih lembap. Sehingga para pembudidaya selalu mengontrol suhu dan kelembapan pada media tempat budidaya. Pertumbuhan cacing tanah akan sangat tergantung terhadap
pada kondisi lingkungannya. Hal yang perlu diketahui, bahwa pertumbuhan cacing tanah yang optimal dipengaruhi oleh tinggi rendahnya 3 hal yaitu kelembapan, pH, dan suhu.
2.1.1 Tinggi Rendahnya Kelembaban
Kelembaban sangat diperlukan untuk menjaga agar kulit cacing tanah berfungsi normal. Bila udara terlalu kering, akan merusak keadaan kulit. Untuk menghindarinya cacing tanah segera masuk kedalam lubang dalam tanah, berhenti mencari makan dan akhirnya akan mati. Tubuh cacing mempunyai mekanisme untuk menjaga keseimbangan air dengan mempertahankan kelembaban di permukan tubuh dan mencegah kehilangan air yang berlebihan. Sebanyak 85 % dari berat tubuh cacing tanah berupa air, sehingga sangatlah penting untuk menjaga media pemeliharaan tetap lembab (kelembaban optimum berkisar antara 15 - 30 %). Cacing yang terdehidrasi akan kehilangan sebagian besar berat tubuhnya dan tetap hidup walaupun kehilangan 70 - 75 % kandungan air tubuh. Kekeringan yang berkepanjangan memaksa cacing tanah untuk bermigrasi ke lingkungan yang lebih cocok. Bila kelembaban terlalu tinggi atau terlalu banyak air, cacing tanah segera lari untuk mencari tempat yang pertukaran udaranya (aerasinya) baik. Hal ini terjadi karena cacing tanah mengambil oksigen dari udara bebas untuk pernafasannya melalui kulit. Kelembaban yang baik untuk pertumbuhan dan perkembangbiakan cacing tanah adalah antara 15% sampai 30%.
2.1.2 Tinggi Rendahnya pH
Cacing tanah memiliki sistem pencernaan yang kurang sempurna, karena sedikitnya enzim pencernaan. Oleh karena itu cacing tanah memerlukan bantuan bakteri untuk merubah/memecahkan bahan makanan. Aktivitas bakteri yang kurang dalam makanannya menyebabkan cacing tanah kekurangan makanan dan akhirnya mati karena tidak ada yang membantu pencernaan senyawa karbohidrat dan protein.
Namun bila makanan terlalu asam sehingga aktivitas bakteri berlebihan. Hal ini akan menyebabkan terjadinya pembengkakan tembolok cacing tanah dan berakhir dengan kematian pula. Keadaan makanan atau lingkungan yang terlalu basah,
mengakibatkan cacing tanah kelihatan pucat dan kemudian mati. Untuk pertumbuhan yang baik dan optimal diperlukan pH antara 6,0 sampai 7,2.
2.1.3 Tinggi Rendahnya Suhu
Suhu yang terlalu rendah maupun terlalu tinggi akan mempengaruhi proses- proses fisiologis seperti pernafasan, pertumbuhan, perkembangbiakan dan metabolisme. Suhu rendah menyebabkan kokon sulit menetas. Suhu yang hangat (sedang) menyebabkan cepat menetas dan pertumbuhan cacing tanah setra perkembangbiakannya akan berjalan sempurna. Suhu yang baik antara 15oC-25oC.
Suhu yang lebih tinggi dari 25oC masih baik asalkan ada naungan yang cukup dan kelembaban yang optimal.
2.2 Mikrokontroller Arduino Uno
Mikrokontroler adalah sebuah sistem komputer fungsional dalam sebuah chip.
Di dalamnya terkandung sebuah inti prosesor, memori (sejumlah kecil RAM, memori program, atau keduanya), dan perlengkapan input-output. Mikrokontroler adalah salah satu dari bagian besar 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 spesifik berdasarkan inputan yang diterima dan program yang dikerjakan.
Mikrokontroler merupakan komputer di dalam chip yang digunakan untuk mengontrol peralatan elektronik, yang menekankan efisiensi dan efektivitas biaya.
Secara harfiahnya bisa disebut “pengendali kecil” di mana sebuah sistem elektronik yang sebelumnya banyak memerlukan komponen-komponen pendukung seperti IC TTL dan CMOS dapat direduksi/diperkecil dan akhirnya terousat serta dikendalikan oleh mikrokontroler ini. Untuk merancang sebuah sistem berbasis mikrokontroler, kita memerlukan perangkat keras dan perangkat lunak, yaitu:
1. Sistem minimal mikrokontroler
2. Software pemrograman dan kompiler, serta downloader
Yang dimaksud dengan 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 memiliki prinsip yang sama, yang terdiri dari dari 4 bagian, yaitu:
1. Prosesor, yaitu mikrokontroler itu sendiri.
2. Rangkaian reset agar mkrokontroler dapat menjalankan program mulai dari awal.
3. Rangkaian clock, yang digunakan untuk memberi detak pada CPU.
4. Rangkaian catu daya, yang digunakan untuk memberi sumber daya.
Mikrokontroler terdiri dari berbagai jenis mikrokontroler yang umum digunikan dalam penelitian ini menggunakan jenis mikrokontroler Arduino. Arduino adalah kit elektonik atau papan rangkaian elektronik open source yang di dalamnya terdapat komponen utama, yaitu sebuah chip mikrokontroler dengan jenis AVR dari perusahaan Atmel. Mikrokontroler itu sendiri adalah chip atau IG (integrated circuit) yang bisa diprogram menggunakan komputer. 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 untuk menulis program dan driver untuk koneksi dengan komputer.
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), 6 input analog, clock speed 16 MHz, koneksi USB, jack listrik, header ICSP, 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
Tabel 2.1 Spesifikasi mikrokontroller Arduino Uno
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
Mikrokontroller ATmega 328 Operasi Tegangan 5V
Input tegangan 7 – 12 V (Rekomendasi) Pin I/O digital 14 pin (6 PIN untuk PWM) Arus DC tiap pin I/O 50Ma
Arus DC ketika 3.3 V 50 Ma
Mmeori flash 32 KB (AT mega 328) dan 0,5 KB digunakan oleh bootloader
SRAM 2 KB (ATmega328)
EEPROM 1 KB (ATmega328)
Kecepatan clock 16 Mhz
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.
Gambar 2.1 Arduino Uno
2.2.3 Memory
ATmega328 mempunyai memori 32 KB (dengan 0.5 KB digunakan untuk bootloader), juga mempunyai 2 KB SRAM dan 1 KB EPROM .
2.2.4 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 chip ATmega8U2 USB-to-TTL Serial.
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.
2.2.5 Komunikasi
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).
2.2.6 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)
2.3 Sensor pH Tanah
pH tanah adalah tingkat keasaman atau kebasaan suatu benda yang diukur dengan skala pH antara 0 hingga 14. Alat untuk mendeteksi pH disebut sensor pH.
Sensor pH adalah suatu satuan ukur yang menguraikan derajat tingkat kadar keasaman atau kadar alkali dari suatu larutan. Sensor pH berfungsi untuk mengukur pH tanah dan bias diaplikasikan untuk mengetahui kadar pH pada tanah. Unit pH diukur pada skala 0 sampai 14. Istilah pH berasal dari “p” lambang matematika dari negatif logaritma, dan “H” lambang kimia untuk unsur Hidrogen. Definisi yang
formal tentang pH adalah negatif logaritma dari aktivitas ion Hidrogen. Yang dapat dinyatakan dengan persamaan: pH = - log [H+].
Gambar 2.2 Sensor pH Tanah
2.4 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.
Gambar 2.3 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. 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.
BAB III
PERANCANGAN SISTEM
3.1 DIAGRAM BLOK
Diagram blok sangat efektif untuk menyederhanakan sistem yang rumit agar mudah dimengerti. Dalam tugas akhir ini sistem terdiri atas blok diagram yang terlihat pada gambar 3.1.
Gambar 3.1 Blok diagram sistem Pengukuran pH Tanah Pada Media Cacing Tanah Dalam proyek ini Sensor yang digunakan yaitu sensor pH yang digunakan untuk mengukur pH tanah. Sensor ini menerima arus dari power supply. Selanjutnya tegangan dari Sensor akan di proses pada Arduino , yang dimana arduino merupakan mikrokontroller yang digunakan pada alat ini . Setelah diproses pada arduino nilai dari sensor akan ditampilkan pada LCD , dan akan menghasilkan output yaitu nilai pH tanah tersebut.
3.2 Gambar Rangkaian
3.2.1 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 Sensor
pH tanah Mikrokontroller Arduino Uno
Power Supply
LCD
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 3.2 Rangkaian Arduino Uno
3.2.2 Gambar Rangkaian Arduino dengan Sensor pH
pH tanah adalah tingkat keasaman atau kebasaan suatu benda yang diukur dengan skala pH antara 0 hingga 14. Alat untuk mendeteksi pH disebut sensor pH.
Sensor pH adalah suatu satuan ukur yang menguraikan derajat tingkat kadar keasaman atau kadar alkali dari suatu larutan Rangkaiannya seperti pada Gambar 3.4
Gambar 3.3 Rangkaian Arduino dengan Sensor pH 3.2.4 Gambar Rangkaian Arduino dengan 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. 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. Rangkaiannya seperti pada Gambar 3.5.
Gambar 3.4 Rangkaian Arduino dengan LCD 16x2
3.2.5 Gambar Rangaian Keseluruhan
Gambar 3.6 adalah gambar keseluruhan rangakain sistem alat pH tanah pada media cacing tanah. Dengan memanfaatkan Arduino Uno sebagai pengatur setiap komponen yang digunakan. Sensor pH untuk mengukur pH yang ada pada tanah sehingga setiap komponen bekerja dengan baik.
Gambar 3.5 Rangkaian Keseluruhan
3.3 FLOWCHART SISTEM
Diagram alir ini menggambarkan bagaimana urutan proses suatu sistem mulai dari pengolahan data serta prosedur pemecahan masalah dari beberapa sensor dan akan menampilkan nilai juga output dari sistem .
Gambar 3.6 Flowchart Sistem
3.4 PERANCANGAN PCB
Langkah-langkah Pembuatan PCB Rangkaian Keseluruhan Sistem
1. Pembuatan rangkaian menggunakan aplikasi EAGLE (Easily Applicable Graphical Layout Editor), merupakan sebuah aplikasi untuk mendesain skematik elektronika maupun PCB (Printed Circuit Board).
2. Buka aplikasi eagle, kemudian klik file → New. Maka akan muncul lembar skematik kerja eagle yang baru.
3. Klik ikon Add , yang berfungsi untuk mencari simbol komponen-komponen elektronika yang dibutuhkan. Adapun komponen elektronika yang digunakan yaitu :
Arduino Uno
LCD 16x2
Start
Inisialisasi Program
Sensor pH membaca nilai pH
LCD menampilkan nilai pH tanah
Selesai
Sensor
Symbol GND dan VCC
Potensiometer
Pinheader 1x04
Maka tampilan lembar kerja skematik akan seperti pada gambar dibawah ini.
4. Kemudian klik ikon Wire , yang berfungsi menghubungkan kompone yang satu dengan komponen yang lain.
5. Untuk rangkaian skematik sensor pH, dan Arduino uno seperti pada gambar.
Keterngan :
Kaki sensor 1 dihubungkan ke VCC , kaki 2 dihubungkan ke pin A0 arduino, resistor dihubungkan ke GND.
6. Untuk rangkaian skematik LCD dengan Arduino uno seperti pada gambar dibawah ini.
7. Setelah semuanya terhubung seperti pada gambar dibawah ini.
8. Klik ikon switch to board , yang berfungsi mengubah rangkaian skematik menjadi board. Seperti gambar dibawah ini.
9. Kemudian masukkan semua komponen ke dalam kotak yang telah disediakan dan susunlah sesuai dengan keinginan agar terlihat rapi. Seperti pada gambar.
10. Klik ikon Route , yang menghubungkan komponen satu ke komponen lainnya. Seperti pada gambar dibawah ini.
11. Kemudian klik ikon polygon , berfungsi mengotaki daerah yang akan di
cetak. Kemudian klik ikon change , berfungsi mengatur isolate dan width.
Dan klik ikon ratsnest dan untuk mengatur gambar menjadi seperti dibawah ini.
Maka gambar rangkaian siap untuk dicetak.
BAB IV
PENGUJIAN DAN PEMBAHASAN
4.1 Pengukuran dan Hasil Pengukuran
Pengukuran dilakukan dengan metode langsung dengan membandingkan nilai pada alat standar dengan nilai alat yang sudah dibuat. Pengukuran dilakukan selama 2 hari. Sehingga dapat diperoleh data percobaan sebagai berikut.
Tabel 4.1 Tabel Pengukuran Sensor pH Tanah Pada Hari-1
Waktu Sensor
pH Alat Pembanding
10:00 6,19 6,0
12:00 5,83 5,5
14:00 5,40 5,5
16:00 6,13 6,0
18:00 6,20 6,0
Tabel 4.2 Tabel Pengukuran Sensor pH Tanah Pada Hari-2
Waktu Sensor
pH Alat Pembanding
10:00 6,42 6,5
12:00 6,19 6,0
14:00 5,67 5,5
16:00 6,18 6,0
18:00 5,83 6,0
4.2 Analisis dan Pembahasan
Berikut tabel hasil pengukuran dan persentasi ralat.
Tabel 4.3 Tabel Pengukuran Sensor pH Tanah dan Persen Deviasi Pada Hari - 1
Waktu Sensor pH Alat Pembanding Persen Deviasi (%)
10:00 6,19 6,0 3,1
12:00 5,83 5,5 6
14:00 5,40 5,5 1,8
16:00 6,13 6,0 2,1
18:00 6,20 6,0 3,3
Gambar 4.1 Grafik Waktu-vs-pH hasil pembacaan sensor pH dengan alat pembanding
Gambar 4.1 menunjukkan perbandingan hasil pembacaan alat standar dengan alat yang telah dirancang. Bahwa hasil pembacaan alat standar linaer dengan alat yang telah dirancang, karena pada saat nilai di alat yang dirancang turun, di alat pembanding juga turun. Kinerja alat yang telah dirancang secara keseluruhan sudah
0 1 2 3 4 5 6 7 8
10:00 12:00 14:00 16:00 18:00
pH
Waktu
Grafik Waktu Vs pH
Sensor pH Alat Pembanding
baik. Hal ini dapat dibuktikan dengan hasil perhitungan persen deviasi. Persen deviasi dihitung berdasarkan data hasil pengukuran alat standard an alat yang dirancang. Hal ini dapat dibuktikan dengan hasil perhitungan persen deviasi. Persen deviasi dihitung berdasarkan data hasil pengukuran alat standard an alat yang dirancang.
1. |
| | | = 3,1%
2. |
| | |
= 6.1%
3. |
| | |
= 1.8%
4. |
| | |
= 2.1%
5. |
| | |
= 3.3%
Tabel 4.4 Tabel Pengukuran Sensor pH Tanah dan Persen Deviasi Pada Hari - 2
Waktu Sensor pH Alat Pembanding Persen Deviasi (%)
10:00 6,42 6,5 1,2
12:00 6,19 6,0 3,1
14:00 5,67 5,5 3,0
16:00 6,18 6,0 3
18:00 5,83 6,0 2,8
Gambar 4.2 Grafik Waktu-vs-pH hasil pembacaan sensor pH dengan alat pembanding
Gambar 4.2 menunjukkan perbandingan hasil pembacaan alat standar dengan alat yang telah dirancang. Bahwa hasil pembacaan alat standar linaer dengan alat yang telah dirancang, karena pada saat nilai di alat yang dirancang turun, di alat pembanding juga turun. Kinerja alat yang telah dirancang secara keseluruhan sudah
5 5.2 5.4 5.6 5.8 6 6.2 6.4 6.6
10:00 12:00 14:00 16:00 18:00
pH
Waktu
Grafik Waktu Vs pH
Sensor pH Alat Pembanding
baik. Hal ini dapat dibuktikan dengan hasil perhitungan persen deviasi. Persen deviasi dihitung berdasarkan data hasil pengukuran alat standard an alat yang dirancang. Hal ini dapat dibuktikan dengan hasil perhitungan persen deviasi. Persen deviasi dihitung berdasarkan data hasil pengukuran alat standard an alat yang dirancang.
1. | | | | = 1,2%
2. |
| | |
= 3.1%
3. |
| | |
= 3,0%
4. |
| | |
= 3%
5. |
| | |
= 2.8%
(a) (b) Gambar 4.3 Pengukuran pH Tanah
(a) Pengukuran dengan Sensor pH Tanah (b) Pengukuran dengan alat Kalibrasi pH tanah
4.3 Pengujian Keseluruhan Sistem
Pengujian ini menggunakan media Cacing Tanah, yang dimana pada pengujian ini sensor yang digunakan adalah sensor pH Tanahdan berjalan secara otomatis dan akan di proses dengan arduino serta Output nya akan ditampilkan pada LCD. Pengujian ini bertujuan untuk mengetahui kadar pH pada tanah yang cocok untuk pertumbuhan cacing tanah.
Adapun program yang digunakan pada alat ini adalah sebagai berikut : //tes sensor pH tanah
/*
wiring:
kabel putih -> GND
kabel hitam -> output to A0
*/
#include<LiquidCrystal.h>
LiquidCrystal lcd(7, 6, 5, 4, 3, 2);
//analog pin
#define analogInPin A0 //sambungkan kabel hitam (output) ke pin A0
//variable
int sensorValue = 0; //ADC value from sensor float outputValue = 0.0; //pH value after conversion
void setup() {
//initialize serial communications at 9600 bps:
Serial.begin(9600);
lcd.clear();
lcd.begin(16, 2);
lcd.setCursor(0, 0);
lcd.print("DEVANI PURBA");
lcd.setCursor(7, 1);
lcd.print("162408028");
delay(1000);
}
void loop() {
//read the analog in value:
sensorValue = analogRead(analogInPin);
//Mathematical conversion from ADC to pH //rumus didapat berdasarkan datasheet
outputValue = -(-0.0203*sensorValue)+0.0855;
if(outputValue>14) {outputValue = 0;}
//print the results to the serial monitor:
Serial.print("sensor ADC= ");
Serial.print(sensorValue, 2);
Serial.print(" output Kelembaban= ");
Serial.print(outputValue, 2);
Serial.println(" %");
lcd.clear();
lcd.setCursor(4, 0);
lcd.print("PH TANAH");
lcd.setCursor(6, 1);
lcd.print(outputValue, 2);
delay(1000);
delay(1000);
}
4.4 Gambar Fisik Keseluruhan Sistem Berikut tampak fisik keseluruhan system
Gambar 4.4 Tampak Fisik Keseluruhan Sistem
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
4.1 Kesimpulan
Dari perancangan dan pengujian alat dapat disimpulkan hal-hal sebagai berikut :
1. Alat ukur pH tanah dapat dirancang dalam bentuk sederhana dan portable dengan menggunakan sensor pH dengan menggunakan ADC ADS1115 sebagai penguat . 2. Nilai pH pada tanah dapat ditampilkan ke LCD display dengan memprogram
mikrokontroller Arduino Uno menggunakan software Arduino.
4.2 Saran
Untuk pengembangan selanjutnya perlu diperhatikan hal-hal sebagai berikut:
1. Sebaikya dalam perancangan alat ukur pH tanah menggunakan sensor yang tingkat akurasinya lebih baik lagi dan biaya yang realtif lebih mahal agar nilai yang terdeteksi oleh sensor tersebut lebih akurat.
2. Sebaiknya dalam perancangan alat ukur pH tanah ini diperhatikan dalam kestabilan hasil outputnya yang belum stabil.
DAFTAR PUSTAKA
Kadir Abdul. 2013. “Panduan Praktis Mempelajari Aplikasi Mikrokontroller dan Pemrogramannya Menggunakan Arduino”. Yogyakarta: Andi.
Susanto Indra.2018.”Microcontroller Menguasai Arduino”. Yogyakarta: Teknosain.
Syahwil Muhammad.2013.”Panduan Mudah Simulasi & Praktek Mikrokontroller Arduino”. Yogyakarta: CV ANDI OFFSET Halaman : 39-45 dan 53-87 Huda, S. (2016). Memonitor Kelembaban Tanah dan Suhu Pada Budidaya Cacing Tanah Menggunakan Arduino UNO.Tugas Akhir
