Pembuatan Alat Penentu Warna Tanah Berdasarkan Munsell Soil Color Charts
PEMBUATAN ALAT PENENTU WARNA TANAH
BERDASARKAN MUNSELL SOIL COLOR CHARTS
MUHAMMAD KHOIRUL ANAM
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2014
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Pembuatan Alat Penentu
Warna Tanah Berdasarkan Munsell Soil Color Charts adalah benar karya saya
dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun
kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari
karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan
dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, November 2014
M. Khoirul Anam
NIM G74100063
ABSTRAK
KHOIRUL ANAM. Pembuatan Alat Penentu Warna Tanah Berdasarkan Munsell
Soil Color Charts. Dibimbing oleh FAOZAN AHMAD dan HERIYANTO
SYAFUTRA.
Pembuatan alat penentu warna tanah memanfaatkan sensor TCS3200
sebagai pendeteksi warna yang telah dikonversi menjadi frekuensi. Alat yang telah
dibuat menggunakan sumber cahaya LED berwarna putih dengan jangkauan
panjang gelombang 350 nm – 780 nm. Sensor dirancang untuk mengukur nilai
intensitas cahaya yang dipantulkan oleh bahan. Keluaran sensor berupa frekuensi
yang nilainya proporsional terhadap intensitas cahaya yang diterima. Frekuensi
keluaran sensor secara linear diubah menjadi nilai RGB untuk mengurangi riak
(noise) pengukuran dan penghematan memori. Data acuan pengelompokan dibuat
dalam bentuk database yang berisi notasi warna tanah dan nilai RGB. Penotasian
warna didasarkan pada notasi warna yang terdapat di Munsell Soil Color Charts.
Klasifikasi sampel uji ke dalam kelompok yang tersedia di database menggunakan
metode jarak euclid. Hasil klasifikasi yang terbaik akan ditampilkan di LCD berupa
notasi hue value/chroma seperti pada Munsell Soil Color Charts.
Kata kunci: Munsell, sensor warna, warna tanah
ABSTRACT
KHOIRUL ANAM. Designing Classifiers Device Based on the Munsell Soil Color
Soil Color Chart. Supervised by FAOZAN AHMAD and HERIYANTO
SYAFUTRA.
Generally read the color of the soil using soil color chart, but on this device
utilizes TCS3200 as color detection sensor for soil color. The output of the sensor
is square wave (50% duty cycle) with frequency directly proportional to light
intensity (irradiance). This devices using white LED light source with a wavelength
of 350 nm - 780 nm. The sensor is designed to measure the intensity of light
reflected by the material. The frequency of the sensor output linearly converted into
RGB values to reduce noise measurement and memory savings. Reference data for
classification compiled in the form of a database that contains the address of soil
color and RGB values. Addressing the color based on the color notations contained
in the Munsell Soil Color Charts. The classification uses euclid method to classify
test material into groups that are available in the database. The best classification
result will be displayed on the LCD with format hue value/chroma as the Munsell
Soil Color Charts.
Keywords: Color sensor, Munsell, soil color
RANCANG BANGUN ALAT KLASIFIKASI WARNA TANAH
BERDASARKAN MUNSELL SOIL COLOR CHARTS
MUHAMMAD KHOIRUL ANAM
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Sains pada
Departemen Fisika
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2014
Judul Skripsi : Pembuatan Alat Penentu Warna Tanah Berdasarkan Munsell Soil
Color Charts
Nama
NIM
: Muhammad Khoirul Anam
: G74100063
Disetujui oleh
Faozan Ahmad S.Si, M.Si
Pembimbing I
Heriyanto Syafutra, S.Si, MSi
Pembimbing II
Diketahui oleh
Dr. Akhiruddin Maddu, M.Si
Ketua Departemen
Tanggal Lulus:
PRAKATA
Puji syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT yang telah memberikan
limpahan rahmat dan hidayahnya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan.
Judul awal pada rencana penelitian yaitu aplikasi sensor warna sebagai penentu
kualitas obat kumis kucing, akan tetapi terdapat beberapa kendala sehingga alat
yang telah dibuat diaplikasikan sebagai pengklasifikasi warna tanah.
Penelitian ini berjudul Pembuatan Alat Penentu Warna Tanah berdasarkan
Munsell Soil Color Charts, bertujuan untuk mempermudah dalam melakukan
klasifikasi warna tanah. Karya ilmiah ini disusun sebagai salah satu syarat untuk
memperoleh gelar sarjana sains program sarjana di Departemen Fisika, Fakultas
Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor.
Penulis mengucapkan terimakasih kepada pihak-pihak yang membantu
penulis dalam penyelesaian tugas akhir diantaranya:
1. Bapak Faozan dan Bapak Heriyanto Syafutra selaku dosen pembimbing
yang telah memberikan arahan dan motivasi.
2. Bapak Mamat Rahmat selaku dosen penguji yang telah memberikan
masukan dalam melakukan penelitian.
3. Bapak Basuki dosen Departemen Ilmu Tanah yang telah memberikan
masukan dan bersedia meminjamkan buku bagan warna tanah.
4. Pak Erus atas masukan dan sarannya juga Pak Yani dan Pak Toni atas
bantuan selama di Lab Bengkel dan Lab Elektronika.
5. Seluruh dosen dan staf Departemen Fisika IPB.
6. Kedua orang tua yang selalu memberikan motivasi.
7. Teman-teman fisika angkatan 46, 47, 48 atas persahabatan dan
kebersamaannya.
Penulis menyadari bahwa skripsi ini jauh dari sempurna dan terdapat
kekurangan, namun demikian hasil penelitian ini diharapkan dapat memberikan
manfaat. Kritik dan saran yang membangun sangat penulis harapkan untuk
pengembangan alat yang telah dibuat ini. Semoga Allah SWT senantiasa
melimpahkan rahmat dan karunianya untuk kita semua. Amin.
Bogor, November 2014
M. Khoirul Anam
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
vi
DAFTAR GAMBAR
vi
DAFTAR LAMPIRAN
vi
PENDAHULUAN
1
Latar Belakang
1
Perumusan Masalah
1
Tujuan Penelitian
2
Manfaat Penelitian
2
Ruang Lingkup Penelitian
2
TINJAUAN PUSTAKA
2
METODE
4
Bahan
4
Alat
4
Prosedur Penelitian
5
HASIL DAN PEMBAHASAN
10
Karakterisasi Sumber Cahaya
10
Hasil Pengujian Sensor
10
Data Hasil Pengukuran
13
Hasil Pengujian Alat
14
SIMPULAN DAN SARAN
14
Simpulan
14
Saran
14
DAFTAR PUSTAKA
15
LAMPIRAN
16
RIWAYAT HIDUP
17
DAFTAR TABEL
Pengaturan pemilihan frekuensi output sensor
Konfigurasi pin pengontrol fotodiode
Pengujian sensor di berbagai warna (tanpa probe)
Data pengujian sensor dengan probe
Data warna tanah dalam nilai RGB
Hasil pengujian alat
6
7
11
12
13
14
DAFTAR GAMBAR
Sistem warna Munsell.4
Bagan warna tanah.6
Sensor TCS3200.8
Blok diagram kerja Sensor TCS3200.
Probe sensor dilengkapi tempat sampel dan tutup.
Rangkaian regulator 5V
Kaki-kaki sensor TCS3200.
Rangkaian Sensor TCS3200 dilengkapi dengan LED sumber.
Sistem minimum Arduino.
(a) LCD Nokia5110 (b) Fungsi kaki-kaki LCD.
Panjang gelombang sumber cahaya (LED Putih).
Probe sensor.
2
3
4
4
5
6
6
7
8
8
10
12
DAFTAR LAMPIRAN
Data pengukuran warna tanah
16
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Tanah adalah bagian kerak bumi yang vital peranannya bagi keberlangsungan
makhluk hidup. Tanah memiliki karakteristik yang berbeda-beda bergantung pada
bahan mineral yang terkandung di dalamnya. Warna tanah merupakan ciri utama
yang paling mudah diingat orang. Warna tanah sangat bervariasi, mulai dari hitam
kelam, coklat, merah bata, jingga, kuning, hingga putih. Selain itu, tanah dapat
memiliki lapisan-lapisan dengan perbedaan warna yang kontras sebagai akibat
proses kimia (pengasaman) atau pencucian (leaching). Tanah berwarna hitam atau
gelap seringkali menandakan kehadiran bahan organik yang tinggi, baik karena
pelapukan vegetasi maupun proses pengendapan di rawa-rawa. Warna tanah
kemerahan atau kekuningan biasanya disebabkan kandungan besi teroksidasi yang
tinggi. Warna yang berbeda terjadi karena pengaruh kondisi proses kimia
pembentukannya. Suasana aerobik/oksidatif menghasilkan warna yang seragam
atau perubahan warna bertahap, sedangkan suasana anaerobik/reduktif membawa
pada pola warna yang bertotol-totol atau warna yang terkonsentrasi.1
Dalam perkembangannya, klasifikasi tanah berdasarkan warna secara teknis
digambarkan dalam buku bagan warna tanah (Munsell Soil Color Charts). Pada
buku Munsell Soil Color Charts warna didefinisikan dalam 3 ruang dimensi yaitu
hue, value dan chroma. Tiga parameter tersebut yang menentukan notasi pada
warna tanah yang telah diklasifikasi.2
Dalam aplikasinya di lapangan, membandingkan warna tanah menggunakan
buku bagan warna tanah tidak semua orang dapat melakukannya dengan baik. Pada
umumnya ditunjuk seorang surveyor yang memiliki penglihatan tajam dan
pengalaman yang cukup dalam mengklasifikasi tanah.3
Di sisi lain, perkembangan teknologi sensor dan elektronika telah
menghasilkan berbagai produk yang dapat membantu mendeteksi perubahan fisika
atau kimia. Salah satunya yaitu sensor warna dan rangkaian terintegrasi
mikrokontroller. Sensor warna dapat membaca perubahan intensitas cahaya pada
rentang spektrum tertentu. Sedangkan mikrokontroller saat ini telah dilengkapi
dengan berbagai jenis ukuran memori dan fitur. Mikrokontroller dapat diprogram
untuk membaca sensor, mengolah data dan menampilkannya sesuai dengan
keperluan pengguna. Hal tersebut memungkinkan untuk dibuat suatu alat yang
dapat mengukur nilai warna tanah, mengolah datanya dan menampilkan hasilnya
sesuai dengan notasi warna yang terdapat di dalam bagan warna tanah. Pengukuran
dengan alat akan lebih objektif dalam penentuan warna tanah dan mudah untuk
dibawa ke lapangan.
Perumusan Masalah
Pengukuran warna tanah pada umumya dilakukan dengan mengambil sampel
tanah dan dibandingkan terhadap warna yang tersedia dalam buku bagan warna
tanah. Oleh karena itu, bagaimana cara merancang alat ukur warna tanah secara
elektronik dan dengan mudah dapat mengetahui ukuran hue, value, dan chroma
seperti yang dinotasikan pada Munsell Soil Color Charts dalam waktu yang singkat.
2
Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan membuat alat ukur warna tanah secara elektronik
berdasarkan buku bagan warna tanah (Munsell Soil Color Charts).
Manfaat Penelitian
Hasil dari penelitian ini diharapkan dapat mempermudah dalam klasifikasi
warna tanah.
Ruang Lingkup Penelitian
Penelitian ini dibatasi pada pengukuran warna tanah yang terdapat di
labolatorium dan telah dinotasikan berdasarkan Munsell Soil Color Charts.
Kombinasi warna di luar jangkauan Munsell Soil Color Charts akan
diklasifikasikan ke dalam spektrum warna paling dekat yang tersedia pada Munsell
Soil Color charts.
TINJAUAN PUSTAKA
Munsell Soil Color Chart
Munsell Soil Color Charts ditemukan oleh Albert Henry Munsell, seorang
pelukis dan guru seni di Massachusetts Normal Art School (sekarang menjadi
Massachusetts College of Art and Design). Munsell menjadi terkenal atas
penemuan sistem warna Munsell, sebuah gagasan awal untuk menciptakan sebuah
sistem yang akurat untuk menggambarkan warna dengan angka. Sistem warna
Munsell telah mendapat penerimaan internasional dan telah menjadi dasar dalam
berbagai sistem warna. Sistem warna Munsell dapat dilihat seperi pada Gambar 1.
Gambar 1 Sistem warna Munsell.4
3
Sistem Munsell ini terdiri dari 3 dimensi independen yang dapat digambarkan
dalam bentuk silinder. Tiga dimensi yang dimaksud yaitu hue, diukur dengan
derajat sekitar lingkaran horizontal, value diukur dari sumbu vertikal dari 0 (hitam)
sampai 10 (putih) dan chroma diukur radial keluar dari sumbu vertikal.5
Hue merupakan warna spektrum yang dominan berdasarkan nilai panjang
gelombangnya. Setiap lingkaran horizontal Munsell dibagi menjadi lima warna
utama yaitu merah, kuning, hijau, biru, ungu dan lima warna menengah yang berada
diantaranya.
Value atau tingkat kecerahan bervariasi secara vertikal sepanjang warna solid.
Mulai dari hitam (0) sampai putih (10) di bagian atas, dan abu-abu netral terletak di
sepanjang sumbu vertikal diantara hitam dan putih.
Chroma dapat diartikan sebagai derajat keberangkatan warna dari warna
netral yang memiliki value sama. Chroma diukur secara radial dari pusat setiap
irisan mewakili kemurnian dari warna (tingkat saturasi). Pada buku bagan warna
tanah terdapat lubang dibagian bawah warna untuk meletakkan sampel tanah seperti
pada Gambar 2.
Gambar 2 Bagan warna tanah.6
Dalam mengklasifikasi warna tanah berdasarkan Munsell soil color charts,
warna tanah yang akan diukur dibandingkan terhadap warna bagan dan dicari
sehingga didapatkan warna yang paling dekat. Warna tanah yang telah sesuai
kemudian dinotasikan dengan format hue value/chroma, misalnya 7.5YR 8/6.6
Sensor TCS3200
Sensor TCS3200 adalah sensor yang dapat mengkonversi warna ke frekuensi.
Sensor ini terdiri dari fotodiode dan IC CMOS pengkonversi arus ke frekuensi.
Fekuensi output dari sensor berupa gelombang kotak (square wave) 50% duty cycle
dan nilai frekuensi sebanding dengan intensitas cahaya yang diterima.7
4
Gambar 3 Sensor TCS3200.8
Dalam mengkonversi cahaya ke frekuensi, sensor TCS3200 membaca nilai
array fotodiode berukuran 8x8. Enam belas fotodiode memiliki filter warna biru,
enam belas fotodiode memiliki filter warna hijau, enam belas fotodiode memiliki
filter warna merah dan enam belas sisanya tanpa filter (clear). Filter setiap warna
merata di seluruh bagian array untuk menghilangkan bias lokasi antar warna.
Nilai intensitas cahaya yang terbaca oleh array fotodiode akan mengakibatkan
perubahan arus. Selanjutnya perubahan arus tersebut dikonversi menjadi frekuensi
oleh IC CMOS. Output frekuensi berupa square wave (gelombang kotak) dengan
duty cycle 50%.
Pada aplikasi penggunaannya, sensor ini dapat dikontrol menggunakan pin
digital (HIGH/LOW). Pengontrolan itu meliputi pemilihan filter fotodiode yang
aktif maupun membuat skala pada frekuensi output.8
Gambar 4 Blok diagram kerja Sensor TCS3200.
METODE
Bahan
Komponen-komponen elektronika yang digunakan pada penelitian ini adalah
microcontroller Atmega328P-PU 1 buah, sensor TCS3200D 1 buah, resistor (10kΩ,
3.3kΩ, 1kΩ, 220Ω), kapasitor (0.1uF, 47nF, 100uF), PCB polos 1 papan, LCD
Nokia 5110, IC Regulator 7805DT, kabel power 2 wire, kabel data 10 wire, timah
Asahi 1 gulung, switch/saklar, box hitam berukuran (7,5cm x 10cm x 3,5cm), push
button 1 buah, baterai 1 cell 3.7V 3200mAh dan charger. Serta beberapa jenis tanah
kering yang terdapat di Laboratorium Departemen Ilmu Tanah.
Alat
Alat yang digunakan pada penelitian ini adalah laptop Acer Aspire 4741G,
software IDE Arduino 1.0.5, software Google Sketchup, ISIS Proteus, Eagle 7.1.0,
spektrofotometer Osean Optics USB2000, multimeter, Adaptor universal JY-026,
5
bor tangan, solder Dekko ST-55, obeng, Multimeter DT-830B, penyedot timah,
tang jepit, obeng, cutter, dan glue gun.
Prosedur Penelitian
Karakterisasi Sumber Cahaya
Sumber cahaya yang digunakan yaitu LED super bright berwarna putih
dengan ukuran diameter 5 mm. Pengujian sumber cahaya menggunakan
spektrofotometer dengan mengukur intensitas dan panjang gelombang optimal
cahaya yang dipancarkan oleh LED.
Pengujian Sensor
Pada penelitian ini sensor optik yang digunakan adalah TCS3200. Pengujian
sensor dilakukan dengan mengukur nilai frekuensi output sensor dalam berbagai
perlakuan. Perlakuan untuk pengujian sensor yaitu mengukur nilai frekuensi output
dengan mengatur aktif/nonaktif fotodiode yang memiliki filter red, green, dan blue
secara bergantian. Bahan uji yang digunakan yaitu kertas warna dengan berbagai
jenis warna kombinasi.
Perancangan Perangkat Keras
1. Desain Probe Sensor
Pembuatan desain probe sensor dengan bantuan aplikasi Google Sketchup.
Probe sensor dirancang memiliki bentuk silinder dengan diameter 4 cm, dengan
posisi sensor tepat berada di tengah silinder dan dikelilingi 4 led 5mm berwarna
putih secara simetris. Ketinggian sensor tepat 1 cm dari posisi tempat sampel.
Gambar 5 Probe sensor dilengkapi tempat sampel dan tutup.
2. Skematik Rangkaian
a. Rangkaian Regulator
Rangkaian regulator berfungsi sebagai pemotong tegangan masukan
agar tegangan yang keluar teregulasi pada nilai tertentu. Pada penelitian ini
sumber tegangan yang dibutuhkan untuk rangkaian sistem adalah 5V.
sehingga IC regulator yang digunakan harus memiliki tegangan keluaran
5V, salah satunya yaitu IC regulator 7805DT.9
6
Gambar 6 Rangkaian regulator 5V
b. Rangkaian Sensor TCS3200
Sensor TCS3200 dapat mengkonversi warna ke frekuensi, fungsi
kaki –kaki (pin out) sensor dapat dilihat seperti pada Gambar 7.
Gambar 7 Kaki-kaki sensor TCS3200.
Sumber tegangan yang dibutuhkan untuk memasok daya pada
sensor ini yaitu vcc/5V dan ground/0V dengan dipisahkan sebuah kapasitor
buffer. Kaki OUT berfungsi sebagai pin output frekuensi dari sensor. Kaki
OE berfungsi sebagai saklar untuk frekuensi output dengan sistem aktif
LOW. Kaki S0 dan S1 berfungsi sebagai pin kontrol skala frekuensi yang
keluar dari sensor. Konfigurasi kondisi kaki dalam pemilihan skala
frekuensi output dapat dilihat pada Tabel 1. sedangkan kaki S2 dan S3
berfungsi sebagai pin kontrol untuk memilih tipe fotodiode yang akan
diaktifkan. Pemilihan tipe fotodiode yang akan diaktifkan mengikuti aturan
seperti pada Tabel 2.
Tabel 1 Pengaturan pemilihan frekuensi output sensor
S0
S1
Skala Frekuensi Output
L
L
Mati
L
H
2%
H
L
20%
H
H
100%
7
Tabel 2 Konfigurasi pin pengontrol fotodiode
S2
S3
Tipe Fotodiode Aktif
L
L
Merah
L
H
Biru
H
L
tanpa Filter (clear)
H
H
Hijau
Dalam rangkaian sensor dirancang dengan sumber cahaya led sebanyak 4
buah. Sehingga rangkaian sensor dan cahaya sumber menjadi satu kesatuan modul
sensor. Secara umum kaki - kaki sensor S0, S1, S2, S3 dan OUT dihubungkan
dengan resistor 10kΩ menuju tegangan VDD/5Volt dan OE ke ground/0Volt.
Selanjutnya pertengahan dari masing-masing hubungan kaki S0, S1, S2, S3, OUT
dan OE tersambung dengan konektor menuju rangkaian utama. Rangkaian sensor
TCS3200 dapat dilihat seperti pada Gambar 8.
Gambar 8 Rangkaian Sensor TCS3200 dilengkapi dengan LED sumber.
c. Rangkaian Sistem Minimum Arduino
Pada penelitian ini menggunakan IC mikrokontroller buatan
atmel yaitu Atmega328P. Untuk membuat sebuah sistem minimum
Arduino maka IC Atmega328P perlu dimasukkan bootloader dan
ditambahkan beberapa komponen elektronik seperti clock eksternal
(crystal), menghubungkan pin reset dan pin daya (VCC dan GND).
Secara umum rangkaian sistem minimum Arduino dapat dilihat pada
Gambar 9.
8
Gambar 9 Sistem minimum Arduino.
d. Rangkaian LCD
Penampil (display) yang digunakan yaitu LCD Nokia5110
yang merupakan LCD grafik dengan ukuran 84x48 piksel. LCD ini
dapat berfungsi dengan baik pada sumber tegangan masukan 3 – 4
volt, sehingga untuk menurunkan tegangan dari power 5v (vcc) perlu
ditambahkan resistor 3.3kΩ sampai 4.7kΩ sebelum ke sumber
tegangan input LCD. Untuk menjaga kejernihan kontras LCD dapat
ditambahkan kapasitor 47nF-100nF diantara vcc dan gnd LCD.
Bentuk LCD Nokia5110 dapat dilihat pada Gambar 10.
Gambar 10 (a) LCD Nokia5110 (b) Fungsi kaki-kaki LCD.
Perancangan Perangkat Lunak
Perancangan perangkat lunak meliputi penyusunan algoritma dan kode
program untuk mikrokontroller menggunakan software IDE Arduino dan simulasi
rangkaian analog menggunakan software Proteus. Pemograman mikrokontroller
9
terdiri dari membaca input tombol, membaca nilai sensor, pengolahan nilai sensor,
dan mengeluarkan output berupa tampilan di lcd.
Pembuatan Hardware
Pembuatan perangkat keras meliputi pembuatan probe sensor, mencetak
rangkaian pada papan PCB (Printed Circuit Board) serta membuat casing untuk
tempat rangkaian. Pembuatan probe sensor dilakukan dengan bantuan alat cetak
tiga dimensi/3D Printer. Hasil cetakan kemudian dihaluskan menggunakan kertas
pasir pada sisi-sisi yang masih kasar. Selanjutnya permukaan probe diwarnai
dengan menggunakan pilox warna hitam doff sampai merata di seluruh bagian.
Mencetak rangkaian pada papan PCB dilakukan secara manual dengan mencetak
rangkaian yang telah dibuat di aplikasi eagle ke dalam kertas transfer (transfer
paper), selanjutnya kertas ditempelkan pada PCB dan disetrika. Setelah rangkaian
berada di PCB kemudian dilarutkan ke dalam larutan FeCl3 sampai terbentuk jalur
rangkaian yang sebenarnya.
Integrasi Sistem dan Pengujian
Integrasi sistem atau penggabungan fungsi dari masing-masing komponen
pertama kali dilakukan dengan menyatukan seluruh bagian di papan rangkai
(project board). Kemudian dilakukan uji kerja sistem, ketika fungsi sistem berjalan
dengan benar maka selanjutnya rangkaian dipindahkan dalam bentuk PCB dan
dilakukan pemasangan komponen sesuai pada tempatnya. Selanjutnya dilakukan
pengujian lagi dengan sistem yang sudah terintegrasi dalam satu papan PCB.
Prosedur Analisis data
Dalam penelitian ini prosedur analisis data yang dilakukan yaitu mengukur
nilai frekuensi output dari sensor akibat pembacaan terhadap cahaya pantulan dari
sampel. Frekuensi yang diukur terbagi dalam 3 jenis, yaitu frekuensi untuk nilai
Red, Green, dan Blue. Nilai frekuensi tersebut kemudian diolah menjadi nilai RGB
menggunakan interpolasi linear dengan rentang nilai 0 - 255. Pemetaan nilai
frekuensi output sensor menjadi nilai RGB menggunakan interpolasi linear pada
persamaan (1).
�=
�� −��
�� −��
. 255
(1)
Dengan x adalah masing-masing nilai R, G dan B, fo adalah frekuensi output
sensor, fw adalah frekuensi white (putih) dan fd adalah frekuensi dark (hitam).
Frekuensi white dan frekuensi dark ditentukan pada saat kalibrasi. Penentuan nilai
frekuensi white dan frekuensi dark didasarkan pada nilai frekuensi tertinggi dan
frekuensi terendah yang dapat menjangkau seluruh frekuensi sampel. Sehingga
frekuensi output sensor pada pembacaan sampel berada di rentang frekuensi white
dan frekuensi dark.
Selanjutnya data nilai RGB yang telah diperoleh disusun menjadi database
yang akan menjadi acuan sistem klasifikasi. Tingkat kedekatan nilai RGB sampel
baru terhadap nilai RGB yang telah tersedia di database ditentukan dengan
menggunakan metode jarak euclid. Pencarian nilai terdekat diperoleh dengan
metode menghitung jarak euclid titik di sistem 3 dimensi yaitu untuk masing-
10
masing nilai R,G, dan B. Penghitungan jarak euclid untuk masing-masing nilai R,G
dan B menggunakan persamaan (2).
� �, �, � = √ �� − ��
2
+ �� − ��
2
+ �� − ��
2
(2)
Dengan D(R,G,B) adalah jarak euclid, Rd, Gd, dan Bd masing - masing adalah
nilai Red, Green, dan Blue kelompok data yang berada di dalam database,
sedangkan Ru, Gu, dan Bu masing – masing adalah nilai Red, Green dan Blue data
unknown yang akan diklasifikasikan.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Karakterisasi Sumber Cahaya
Hasil karakterisasi sumber cahaya yaitu LED super bright warna putih
menunjukkan bahwa rentang panjang gelombang berada pada 400 nm sampai 780
nm dengan intensitas optimal berada di rentang panjang gelombang 412 nm sampai
679 nm. Sehingga dengan menggunakan LED jenis ini dapat menjangkau spektrum
cahaya tampak (visible). Hasil pengukuran panjang gelombang sumber cahaya
dapat dilihat pada Gambar 11.
70000
intensity (count)
60000
50000
40000
30000
20000
10000
0
0
200
400
600
800
1000
wave lenght (nm)
Gambar 11 Panjang gelombang sumber cahaya (LED Putih).
Hasil Pengujian Sensor
Hasil pengujian sensor menunjukkan bahwa TCS3200 memiliki resolusi yang
tinggi dalam mengkonversi perubahan warna ke frekuensi. Hal ini dapat dilihat
pada nilai frekuensi untuk warna hitam dan putih memiliki jarak yang sangat besar.
Pada pengujian sensor digunakan kertas warna dengan berbagai variasi warna.
Kertas warna yang digunakan masing – masing warna tersebar secara merata di
seluruh permukaan kertas (homogen). Pada pengujian ini frekuensi output sensor
diatur pada skala maksimal. Hasil pengujian sensor dapat dilihat pada Tabel 3.
11
Probe Sensor
Probe sensor dirancang berbentuk silinder dengan diameter luar 5 cm dan
diameter dalam 4 cm dan tinggi total 38 mm dengan posisi sensor tepat ditengah
diameter silinder. Di sekeliling sensor terdapat 4 lubang dengan diameter masingmasing 5 mm yang berfungsi sebagai tempat sumber cahaya yaitu LED 5 mm super
bright berwarna putih. Berdasarkan literatur, sensor TCS3200 memiliki jarak
optimal deteksi pada 10 mm, sehingga probe sensor dibuat posisi sampel tepat
berada 1 cm di bawah sensor. Pada bagian tempat sampel terdapat penahan
(stopper) untuk menjaga agar jarak sampel dan sensor bernilai konstan. Di bagian
penutup probe sensor terdapat lubang datar tipis sebagai tempat keluarnya kabel
sensor menuju rangkaian sistem. Probe sensor diwarnai dengan pilox hitam doff
agar cahaya yang dibaca sensor tidak dipengaruhi oleh pantulan cahaya dari dinding
probe bagian dalam akan tetapi murni pantulan cahaya dari sampel. Penampakan
hasil cetakan probe sensor dapat dilihat pada Gambar 12.
Tabel 3 Pengujian sensor di berbagai warna (tanpa probe)
Warna
Hitam
Kuning
Merah
Pink
Orange
Putih
Hijau
Ungu
Cyan
Abu-Abu
Biru
Cokelat
Filter Red
(Hz)
11920
12050
134000
133840
83740
83530
173410
173210
168430
171190
130650
130880
41560
41170
85320
84610
48490
47440
39170
39130
24380
23510
43510
43270
Filter Green
(Hz)
9820
9930
117260
117160
18480
18460
45700
45630
45780
46380
112610
112840
92210
91430
41400
41570
79080
73420
33780
33870
27830
27380
24520
24410
Filter Blue
(Hz)
11400
11510
65090
64980
21990
21940
93180
93050
42850
43520
133690
134100
45160
44750
80780
81050
108170
102670
39490
39640
54200
53560
23440
23350
Pengujian probe sensor dilakukan untuk mengetahui perbedaan frekuensi
output sensor dibandingkan dengan frekuensi output sensor tanpa menggunakan
probe. Pada pengujian probe sensor, digunakan sampel yang sama dengan sampel
12
pada pengujian sensor yaitu kertas dengan berbagai variasi warna. Data frekuensi
hasil pembacaan sensor dapat dilihat pada Tabel 4.
Gambar 12 Probe sensor.
Tabel 4 Data pengujian sensor dengan probe
Warna
Hitam
Kuning
Merah
Pink
Orange
Putih
Hijau
Ungu
Cyan
Abu-Abu
Biru
Cokelat
Filter Red
(Hz)
2520
2430
43140
43310
27370
27490
55690
55590
54950
55050
43340
43040
14480
14510
28060
28010
16920
16960
13000
13070
7490
7530
15380
15370
Filter Green
(Hz)
2270
2190
40990
41140
6740
6810
17760
17740
16750
16790
41220
40900
33210
33240
15600
15570
27730
27790
12380
12420
10420
10450
9110
9090
Filter Blue
(Hz)
2590
2500
23600
23720
7940
8020
35760
35730
15230
15250
49870
49580
16340
16350
31100
31080
38900
38980
14680
14740
20950
20980
8330
8310
Berdasarkan data pengujian sensor dengan menggunakan probe (Tabel 4),
terlihat bahwa frekuensi pada masing – masing warna relatif lebih kecil jika
dibandingkan dengan data pengujian sensor tanpa probe (Tabel 3). Hal ini
dikarenakan jarak sensor dengan sampel pada pengujian probe lebih besar yaitu 1.5
13
cm, sedangkan jarak sensor dengan sampel pada pengujian tanpa probe 7 mm. Pada
Tabel 3 (tanpa probe) terdapat beberapa warna yang nilai frekuensinya lebih besar
dari frekuensi warna putih. Hal ini disebabkan oleh cahaya dari lingkungan sekitar
memiliki pengaruh besar terhadap pembacaan sensor. Sehingga pemasangan sensor
di dalam probe akan menghalangi interferensi cahaya dari lingkungan dan sensor
menjadi lebih fokus dalam membaca pantulan cahaya dari LED.
Data Hasil Pengukuran
Pengambilan data dilakukan dengan membaca nilai frekuensi yang keluar
dari sensor pada berbagai jenis warna tanah kemudian mencocokkan warna tanah
tersebut dengan buku bagan warna tanah (Munsell Soil Color Charts) untuk
mendapatkan nilai hue, value dan chroma. Dalam pengambilan data skala frekuensi
sensor diatur pada nilai 100%. Hal ini dilakukan karena pada bagan warna tanah
memiliki kombinasi warna yang kaya, sehingga dibutuhkan nilai rentang frekuensi
yang besar untuk dapat membedakan warna yang berdekatan. Nilai frekuensi yang
terbaca kemudian dikonversi menjadi nilai RGB menggunakan interpolasi linear
dengan tujuan untuk memfilter riak – riak frekuensi (noise) ketika pengambilan data.
Sebelum melakukan konversi, sensor dikalibrasi dengan menginisialisasi
nilai frekuensi untuk warna putih dan hitam pada kertas warna yang telah ditentukan.
Nilai RGB diatur dalam rentang 0 – 255. Pemilihan rentang 0 - 255 (1 byte)
didasarkan pada ukuran memori mikrokontroller yang cukup kecil sedangkan data
yang akan disimpan berjumlah banyak. Contoh hasil pengubahan nilai frekuensi
menjadi nilai RGB dapat dilihat pada Tabel 5.
Data yang diperoleh dari pengukuran, disimpan dalam bentuk database di
dalam memori IC mikrokontroller sesuai dengan notasi warna yang tertera pada
buku bagan warna tanah. Berikut ini adalah sampel pengambilan data warna tanah
yang dibaca oleh alat dan disajikan dalam nilai RGB.
Tabel 5 Data warna tanah dalam nilai RGB
Notasi Warna
Red
Green
Blue
105
57
52
10R 7/4
104
57
52
106
57
53
158
165
122
GLEY2 8/10B
157
164
122
160
166
122
7
3
2
GLEY1 2.5/N
8
3
2
8
4
3
60
18
6
7.5YR 5/8
59
18
6
60
19
6
Isi database merupakan data yang akan dijadikan acuan untuk
mengelompokkan (klasifisikasi) sampel uji ke nilai terdekat yang terdapat di
database. Digunakan metode jarak euclid untuk menentukan tingkat kedekatan
nilai sampel uji terhadap nilai data warna yang terdapat di database.
14
Sampel uji yang memiliki nilai RGB terdekat dengan salah satu kelompok di
dalam database, akan diklasifikasikan ke dalam kelompok tersebut dan ditampilkan
notasi warnanya di LCD.
Hasil Pengujian Alat
Data warna tanah hasil pengambilan data diambil nilai median untuk
dimasukkan ke dalam database. Pengujian alat dilakukan setelah seluruh isi
database dimasukkan ke dalam memori mikrokontroller. Tanah yang digunakan
untuk pengujian alat adalah tanah yang sama seperti pada pengambilan data. Hasil
pengujian alat dapat dilihat pada Tabel 6.
Tabel 6 Hasil pengujian alat
Notasi Warna Tanah
Tampilan LCD
Error
GLEY1 2.5/N
GLEY1 2.5/N
-
GLEY2 8/10B
GLEY2 8/10B
-
7.5YR 5/8
7.5YR 5/8
-
10R 7/4
10R 7/4
-
Hasil pengujian alat menunjukkan bahwa alat dapat mengklasifikasi warna
tanah dengan baik sesuai dengan yang ditunjukkan oleh buku bagan warna tanah.
Kesalahan pembacaan alat dapat terjadi ketika probe sensor tidak diletakkan dengan
baik pada permukaan tanah.
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Pembuatan alat penentu warna tanah dapat direalisasikan sesuai dengan
tujuan penelitian. Pembuatan alat dilaksanakan berdasarkan prosedur penelitian
mulai dari simulasi rangkaian, uji coba rangkaian, penyusunan algoritma perangkat
lunak, pembuatan perangkat keras serta pengujian alat.
Alat penentu warna tanah dapat menjadi solusi yang tepat bagi para surveyor
dalam mengklasifikasi warna tanah di lapangan. Hasil keluaran data yang
ditampilkan di display dari alat penentu warna tanah ini berupa kode warna sesuai
dengan notasi pada Munsell Soil Color Chart. Hal ini dapat mempermudah dalam
mengkomunikasikan warna ke berbagai pihak dikarenakan sistem warna Munsell
telah mendapat penerimaan internasional dan telah menjadi dasar dalam berbagai
sistem warna.
Saran
Penggunaan alat penentu warna tanah ini terbatas pada tanah dengan kondisi
kering. Penambahan isi database sangat dianjurkan untuk meningkatkan
kemampuan alat dalam mengklasifikasikan warna tanah. Untuk isi database dengan
jumlah besar disarankan menggunakan memori SD Card sebagai media
15
penyimpanannya. Selain itu perlu dilakukan perancangan ulang probe sensor dan
casing alat agar lebih sederhana dan ergonomis.
DAFTAR PUSTAKA
1. United States Departement of Agriculture, Natural Resources Conservation
Service Soils. The Color of Soil. nrcs.usda.gov [terhubung berkala].
http://www.nrcs.usda.gov/wps/portal/nrcs/detail/soils/edu/kthru6/?cid=nrc
s142p2_054286 [19 November 2014]
2. Gretag Macbeth. Munsell Soil Color Charts. New Windsor, NY 12553.
2000
3. Soil Survey Division Staff. Soil survey manual. Soil Conservation Service.
U.S. Department of Agriculture Handbook 18.1999.
4. Kuehni, Rolf G. The early development of the Munsell system. Color
Research and Application 27 (1): 20–27. 2000.
5. Landa, Edward R.; Mark D. Fairchild (September–October 2005). Charting
Color from the Eye of the Beholder. American Scientist 93 (5): 436–443
6. Munsell, Albert H. 1912. A Pigment Color System and Notation. The
American Journal of Psychology (University of Illinois Press) 23 (2): 236–
244.
7. Pambudi P.E, Sutanta E, Mujiman. 2014. Identifikasi daging Segar
menggunakan sensor warna RGB TCS3200-DB. Jurnal Teknologi
TECHNOSCIENTIA Vol.6, No.2
8. TAOS corp. 2009. Datasheet for TCS3200 and TCS3210 programmable
color
light
to
frequency
converter.
[terhubung
berkala].
http://www.dfrobot.com/image/data/SEN0101/TCS3200%20TCS3210.pdf
[9 April 2014]
9. Sarjono, H.D. Elektronika Lanjut. Jember. Cerdas Ulet Kreatif. 2000.
10. Buckman, Harry O dan Nyle C. Brady. Ilmu Tanah. Penerjemah Soegiman.
Jakarta: bhratara Karya Aksara. 1982
16
Lampiran 1 Data pengukuran warna tanah
Notasi Warna
10R 8/1
10R 6/3
10R 7/4
GLEY2 8/10B
GLEY1 2.5/N
7.5YR 5/8
Red
167
166
166
123
122
123
105
104
106
158
157
160
7
8
8
60
59
60
Green
133
130
132
90
88
89
57
57
57
165
164
166
3
3
4
18
18
19
Blue
83
84
84
58
58
57
52
52
53
122
122
122
2
2
3
6
6
6
17
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Blora pada tanggal 8 Mei 1993 sebagai anak pertama
dari tiga bersaudara dari pasangan Bapak Bisri dan Ibu Jumirah.
Penulis menyelesaikan pendidikan dasar di MI Al-Muslim Beganjing, pada
tahun 2004, pendidikan tingkat menengah pertama di MTs. Nurul Huda Ngawen
tahun 2007 dan melanjutkan studi ke MAN Insan Cendekia Gorontalo.
Pada tahun 2010, penulis diterima di Institut Pertanian Bogor melalui jalur
Undangan Seleksi Masuk IPB (USMI) sebagai mahasiswa di Departemen Fisika,
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam.
Selama kuliah penulis aktif di berbagai organisasi dan kegiatan mahasiswa
antara lain Himpunan Mahasiswa Fisika (HIMAFI) tahun 2012 dan 2013, Ikatan
Himpunan Mahasiswa Fisika Indonesia (IHAMAFI) tahun 2013-2015, Ikatan
Alumni Insan Cendekia Gorontalo (IAICG), serta beberapa kegiatan mahasiswa
diantaranya Bina Desa, Pesta Sains Nasional, Kontes Robotik Nasional PP-IPTEK,
Trainer Pelatihan Mikrokontroller Arduino FMIPA IPB dan juga sebagai Trainer
Pelatihan Robotik Departemen Fisika IPB. Selain itu, selama kuliah penulis
menjadi Asisten Praktikum mata kuliah Elektronika Dasar tahun 2012 dan 2013,
Praktikum Elektronika Lanjut tahun 2013 dan Asisten Praktikum mata kuliah
Sistem Mikroprosesor tahun 2014.
BERDASARKAN MUNSELL SOIL COLOR CHARTS
MUHAMMAD KHOIRUL ANAM
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2014
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Pembuatan Alat Penentu
Warna Tanah Berdasarkan Munsell Soil Color Charts adalah benar karya saya
dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun
kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari
karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan
dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, November 2014
M. Khoirul Anam
NIM G74100063
ABSTRAK
KHOIRUL ANAM. Pembuatan Alat Penentu Warna Tanah Berdasarkan Munsell
Soil Color Charts. Dibimbing oleh FAOZAN AHMAD dan HERIYANTO
SYAFUTRA.
Pembuatan alat penentu warna tanah memanfaatkan sensor TCS3200
sebagai pendeteksi warna yang telah dikonversi menjadi frekuensi. Alat yang telah
dibuat menggunakan sumber cahaya LED berwarna putih dengan jangkauan
panjang gelombang 350 nm – 780 nm. Sensor dirancang untuk mengukur nilai
intensitas cahaya yang dipantulkan oleh bahan. Keluaran sensor berupa frekuensi
yang nilainya proporsional terhadap intensitas cahaya yang diterima. Frekuensi
keluaran sensor secara linear diubah menjadi nilai RGB untuk mengurangi riak
(noise) pengukuran dan penghematan memori. Data acuan pengelompokan dibuat
dalam bentuk database yang berisi notasi warna tanah dan nilai RGB. Penotasian
warna didasarkan pada notasi warna yang terdapat di Munsell Soil Color Charts.
Klasifikasi sampel uji ke dalam kelompok yang tersedia di database menggunakan
metode jarak euclid. Hasil klasifikasi yang terbaik akan ditampilkan di LCD berupa
notasi hue value/chroma seperti pada Munsell Soil Color Charts.
Kata kunci: Munsell, sensor warna, warna tanah
ABSTRACT
KHOIRUL ANAM. Designing Classifiers Device Based on the Munsell Soil Color
Soil Color Chart. Supervised by FAOZAN AHMAD and HERIYANTO
SYAFUTRA.
Generally read the color of the soil using soil color chart, but on this device
utilizes TCS3200 as color detection sensor for soil color. The output of the sensor
is square wave (50% duty cycle) with frequency directly proportional to light
intensity (irradiance). This devices using white LED light source with a wavelength
of 350 nm - 780 nm. The sensor is designed to measure the intensity of light
reflected by the material. The frequency of the sensor output linearly converted into
RGB values to reduce noise measurement and memory savings. Reference data for
classification compiled in the form of a database that contains the address of soil
color and RGB values. Addressing the color based on the color notations contained
in the Munsell Soil Color Charts. The classification uses euclid method to classify
test material into groups that are available in the database. The best classification
result will be displayed on the LCD with format hue value/chroma as the Munsell
Soil Color Charts.
Keywords: Color sensor, Munsell, soil color
RANCANG BANGUN ALAT KLASIFIKASI WARNA TANAH
BERDASARKAN MUNSELL SOIL COLOR CHARTS
MUHAMMAD KHOIRUL ANAM
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Sains pada
Departemen Fisika
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2014
Judul Skripsi : Pembuatan Alat Penentu Warna Tanah Berdasarkan Munsell Soil
Color Charts
Nama
NIM
: Muhammad Khoirul Anam
: G74100063
Disetujui oleh
Faozan Ahmad S.Si, M.Si
Pembimbing I
Heriyanto Syafutra, S.Si, MSi
Pembimbing II
Diketahui oleh
Dr. Akhiruddin Maddu, M.Si
Ketua Departemen
Tanggal Lulus:
PRAKATA
Puji syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT yang telah memberikan
limpahan rahmat dan hidayahnya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan.
Judul awal pada rencana penelitian yaitu aplikasi sensor warna sebagai penentu
kualitas obat kumis kucing, akan tetapi terdapat beberapa kendala sehingga alat
yang telah dibuat diaplikasikan sebagai pengklasifikasi warna tanah.
Penelitian ini berjudul Pembuatan Alat Penentu Warna Tanah berdasarkan
Munsell Soil Color Charts, bertujuan untuk mempermudah dalam melakukan
klasifikasi warna tanah. Karya ilmiah ini disusun sebagai salah satu syarat untuk
memperoleh gelar sarjana sains program sarjana di Departemen Fisika, Fakultas
Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor.
Penulis mengucapkan terimakasih kepada pihak-pihak yang membantu
penulis dalam penyelesaian tugas akhir diantaranya:
1. Bapak Faozan dan Bapak Heriyanto Syafutra selaku dosen pembimbing
yang telah memberikan arahan dan motivasi.
2. Bapak Mamat Rahmat selaku dosen penguji yang telah memberikan
masukan dalam melakukan penelitian.
3. Bapak Basuki dosen Departemen Ilmu Tanah yang telah memberikan
masukan dan bersedia meminjamkan buku bagan warna tanah.
4. Pak Erus atas masukan dan sarannya juga Pak Yani dan Pak Toni atas
bantuan selama di Lab Bengkel dan Lab Elektronika.
5. Seluruh dosen dan staf Departemen Fisika IPB.
6. Kedua orang tua yang selalu memberikan motivasi.
7. Teman-teman fisika angkatan 46, 47, 48 atas persahabatan dan
kebersamaannya.
Penulis menyadari bahwa skripsi ini jauh dari sempurna dan terdapat
kekurangan, namun demikian hasil penelitian ini diharapkan dapat memberikan
manfaat. Kritik dan saran yang membangun sangat penulis harapkan untuk
pengembangan alat yang telah dibuat ini. Semoga Allah SWT senantiasa
melimpahkan rahmat dan karunianya untuk kita semua. Amin.
Bogor, November 2014
M. Khoirul Anam
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
vi
DAFTAR GAMBAR
vi
DAFTAR LAMPIRAN
vi
PENDAHULUAN
1
Latar Belakang
1
Perumusan Masalah
1
Tujuan Penelitian
2
Manfaat Penelitian
2
Ruang Lingkup Penelitian
2
TINJAUAN PUSTAKA
2
METODE
4
Bahan
4
Alat
4
Prosedur Penelitian
5
HASIL DAN PEMBAHASAN
10
Karakterisasi Sumber Cahaya
10
Hasil Pengujian Sensor
10
Data Hasil Pengukuran
13
Hasil Pengujian Alat
14
SIMPULAN DAN SARAN
14
Simpulan
14
Saran
14
DAFTAR PUSTAKA
15
LAMPIRAN
16
RIWAYAT HIDUP
17
DAFTAR TABEL
Pengaturan pemilihan frekuensi output sensor
Konfigurasi pin pengontrol fotodiode
Pengujian sensor di berbagai warna (tanpa probe)
Data pengujian sensor dengan probe
Data warna tanah dalam nilai RGB
Hasil pengujian alat
6
7
11
12
13
14
DAFTAR GAMBAR
Sistem warna Munsell.4
Bagan warna tanah.6
Sensor TCS3200.8
Blok diagram kerja Sensor TCS3200.
Probe sensor dilengkapi tempat sampel dan tutup.
Rangkaian regulator 5V
Kaki-kaki sensor TCS3200.
Rangkaian Sensor TCS3200 dilengkapi dengan LED sumber.
Sistem minimum Arduino.
(a) LCD Nokia5110 (b) Fungsi kaki-kaki LCD.
Panjang gelombang sumber cahaya (LED Putih).
Probe sensor.
2
3
4
4
5
6
6
7
8
8
10
12
DAFTAR LAMPIRAN
Data pengukuran warna tanah
16
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Tanah adalah bagian kerak bumi yang vital peranannya bagi keberlangsungan
makhluk hidup. Tanah memiliki karakteristik yang berbeda-beda bergantung pada
bahan mineral yang terkandung di dalamnya. Warna tanah merupakan ciri utama
yang paling mudah diingat orang. Warna tanah sangat bervariasi, mulai dari hitam
kelam, coklat, merah bata, jingga, kuning, hingga putih. Selain itu, tanah dapat
memiliki lapisan-lapisan dengan perbedaan warna yang kontras sebagai akibat
proses kimia (pengasaman) atau pencucian (leaching). Tanah berwarna hitam atau
gelap seringkali menandakan kehadiran bahan organik yang tinggi, baik karena
pelapukan vegetasi maupun proses pengendapan di rawa-rawa. Warna tanah
kemerahan atau kekuningan biasanya disebabkan kandungan besi teroksidasi yang
tinggi. Warna yang berbeda terjadi karena pengaruh kondisi proses kimia
pembentukannya. Suasana aerobik/oksidatif menghasilkan warna yang seragam
atau perubahan warna bertahap, sedangkan suasana anaerobik/reduktif membawa
pada pola warna yang bertotol-totol atau warna yang terkonsentrasi.1
Dalam perkembangannya, klasifikasi tanah berdasarkan warna secara teknis
digambarkan dalam buku bagan warna tanah (Munsell Soil Color Charts). Pada
buku Munsell Soil Color Charts warna didefinisikan dalam 3 ruang dimensi yaitu
hue, value dan chroma. Tiga parameter tersebut yang menentukan notasi pada
warna tanah yang telah diklasifikasi.2
Dalam aplikasinya di lapangan, membandingkan warna tanah menggunakan
buku bagan warna tanah tidak semua orang dapat melakukannya dengan baik. Pada
umumnya ditunjuk seorang surveyor yang memiliki penglihatan tajam dan
pengalaman yang cukup dalam mengklasifikasi tanah.3
Di sisi lain, perkembangan teknologi sensor dan elektronika telah
menghasilkan berbagai produk yang dapat membantu mendeteksi perubahan fisika
atau kimia. Salah satunya yaitu sensor warna dan rangkaian terintegrasi
mikrokontroller. Sensor warna dapat membaca perubahan intensitas cahaya pada
rentang spektrum tertentu. Sedangkan mikrokontroller saat ini telah dilengkapi
dengan berbagai jenis ukuran memori dan fitur. Mikrokontroller dapat diprogram
untuk membaca sensor, mengolah data dan menampilkannya sesuai dengan
keperluan pengguna. Hal tersebut memungkinkan untuk dibuat suatu alat yang
dapat mengukur nilai warna tanah, mengolah datanya dan menampilkan hasilnya
sesuai dengan notasi warna yang terdapat di dalam bagan warna tanah. Pengukuran
dengan alat akan lebih objektif dalam penentuan warna tanah dan mudah untuk
dibawa ke lapangan.
Perumusan Masalah
Pengukuran warna tanah pada umumya dilakukan dengan mengambil sampel
tanah dan dibandingkan terhadap warna yang tersedia dalam buku bagan warna
tanah. Oleh karena itu, bagaimana cara merancang alat ukur warna tanah secara
elektronik dan dengan mudah dapat mengetahui ukuran hue, value, dan chroma
seperti yang dinotasikan pada Munsell Soil Color Charts dalam waktu yang singkat.
2
Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan membuat alat ukur warna tanah secara elektronik
berdasarkan buku bagan warna tanah (Munsell Soil Color Charts).
Manfaat Penelitian
Hasil dari penelitian ini diharapkan dapat mempermudah dalam klasifikasi
warna tanah.
Ruang Lingkup Penelitian
Penelitian ini dibatasi pada pengukuran warna tanah yang terdapat di
labolatorium dan telah dinotasikan berdasarkan Munsell Soil Color Charts.
Kombinasi warna di luar jangkauan Munsell Soil Color Charts akan
diklasifikasikan ke dalam spektrum warna paling dekat yang tersedia pada Munsell
Soil Color charts.
TINJAUAN PUSTAKA
Munsell Soil Color Chart
Munsell Soil Color Charts ditemukan oleh Albert Henry Munsell, seorang
pelukis dan guru seni di Massachusetts Normal Art School (sekarang menjadi
Massachusetts College of Art and Design). Munsell menjadi terkenal atas
penemuan sistem warna Munsell, sebuah gagasan awal untuk menciptakan sebuah
sistem yang akurat untuk menggambarkan warna dengan angka. Sistem warna
Munsell telah mendapat penerimaan internasional dan telah menjadi dasar dalam
berbagai sistem warna. Sistem warna Munsell dapat dilihat seperi pada Gambar 1.
Gambar 1 Sistem warna Munsell.4
3
Sistem Munsell ini terdiri dari 3 dimensi independen yang dapat digambarkan
dalam bentuk silinder. Tiga dimensi yang dimaksud yaitu hue, diukur dengan
derajat sekitar lingkaran horizontal, value diukur dari sumbu vertikal dari 0 (hitam)
sampai 10 (putih) dan chroma diukur radial keluar dari sumbu vertikal.5
Hue merupakan warna spektrum yang dominan berdasarkan nilai panjang
gelombangnya. Setiap lingkaran horizontal Munsell dibagi menjadi lima warna
utama yaitu merah, kuning, hijau, biru, ungu dan lima warna menengah yang berada
diantaranya.
Value atau tingkat kecerahan bervariasi secara vertikal sepanjang warna solid.
Mulai dari hitam (0) sampai putih (10) di bagian atas, dan abu-abu netral terletak di
sepanjang sumbu vertikal diantara hitam dan putih.
Chroma dapat diartikan sebagai derajat keberangkatan warna dari warna
netral yang memiliki value sama. Chroma diukur secara radial dari pusat setiap
irisan mewakili kemurnian dari warna (tingkat saturasi). Pada buku bagan warna
tanah terdapat lubang dibagian bawah warna untuk meletakkan sampel tanah seperti
pada Gambar 2.
Gambar 2 Bagan warna tanah.6
Dalam mengklasifikasi warna tanah berdasarkan Munsell soil color charts,
warna tanah yang akan diukur dibandingkan terhadap warna bagan dan dicari
sehingga didapatkan warna yang paling dekat. Warna tanah yang telah sesuai
kemudian dinotasikan dengan format hue value/chroma, misalnya 7.5YR 8/6.6
Sensor TCS3200
Sensor TCS3200 adalah sensor yang dapat mengkonversi warna ke frekuensi.
Sensor ini terdiri dari fotodiode dan IC CMOS pengkonversi arus ke frekuensi.
Fekuensi output dari sensor berupa gelombang kotak (square wave) 50% duty cycle
dan nilai frekuensi sebanding dengan intensitas cahaya yang diterima.7
4
Gambar 3 Sensor TCS3200.8
Dalam mengkonversi cahaya ke frekuensi, sensor TCS3200 membaca nilai
array fotodiode berukuran 8x8. Enam belas fotodiode memiliki filter warna biru,
enam belas fotodiode memiliki filter warna hijau, enam belas fotodiode memiliki
filter warna merah dan enam belas sisanya tanpa filter (clear). Filter setiap warna
merata di seluruh bagian array untuk menghilangkan bias lokasi antar warna.
Nilai intensitas cahaya yang terbaca oleh array fotodiode akan mengakibatkan
perubahan arus. Selanjutnya perubahan arus tersebut dikonversi menjadi frekuensi
oleh IC CMOS. Output frekuensi berupa square wave (gelombang kotak) dengan
duty cycle 50%.
Pada aplikasi penggunaannya, sensor ini dapat dikontrol menggunakan pin
digital (HIGH/LOW). Pengontrolan itu meliputi pemilihan filter fotodiode yang
aktif maupun membuat skala pada frekuensi output.8
Gambar 4 Blok diagram kerja Sensor TCS3200.
METODE
Bahan
Komponen-komponen elektronika yang digunakan pada penelitian ini adalah
microcontroller Atmega328P-PU 1 buah, sensor TCS3200D 1 buah, resistor (10kΩ,
3.3kΩ, 1kΩ, 220Ω), kapasitor (0.1uF, 47nF, 100uF), PCB polos 1 papan, LCD
Nokia 5110, IC Regulator 7805DT, kabel power 2 wire, kabel data 10 wire, timah
Asahi 1 gulung, switch/saklar, box hitam berukuran (7,5cm x 10cm x 3,5cm), push
button 1 buah, baterai 1 cell 3.7V 3200mAh dan charger. Serta beberapa jenis tanah
kering yang terdapat di Laboratorium Departemen Ilmu Tanah.
Alat
Alat yang digunakan pada penelitian ini adalah laptop Acer Aspire 4741G,
software IDE Arduino 1.0.5, software Google Sketchup, ISIS Proteus, Eagle 7.1.0,
spektrofotometer Osean Optics USB2000, multimeter, Adaptor universal JY-026,
5
bor tangan, solder Dekko ST-55, obeng, Multimeter DT-830B, penyedot timah,
tang jepit, obeng, cutter, dan glue gun.
Prosedur Penelitian
Karakterisasi Sumber Cahaya
Sumber cahaya yang digunakan yaitu LED super bright berwarna putih
dengan ukuran diameter 5 mm. Pengujian sumber cahaya menggunakan
spektrofotometer dengan mengukur intensitas dan panjang gelombang optimal
cahaya yang dipancarkan oleh LED.
Pengujian Sensor
Pada penelitian ini sensor optik yang digunakan adalah TCS3200. Pengujian
sensor dilakukan dengan mengukur nilai frekuensi output sensor dalam berbagai
perlakuan. Perlakuan untuk pengujian sensor yaitu mengukur nilai frekuensi output
dengan mengatur aktif/nonaktif fotodiode yang memiliki filter red, green, dan blue
secara bergantian. Bahan uji yang digunakan yaitu kertas warna dengan berbagai
jenis warna kombinasi.
Perancangan Perangkat Keras
1. Desain Probe Sensor
Pembuatan desain probe sensor dengan bantuan aplikasi Google Sketchup.
Probe sensor dirancang memiliki bentuk silinder dengan diameter 4 cm, dengan
posisi sensor tepat berada di tengah silinder dan dikelilingi 4 led 5mm berwarna
putih secara simetris. Ketinggian sensor tepat 1 cm dari posisi tempat sampel.
Gambar 5 Probe sensor dilengkapi tempat sampel dan tutup.
2. Skematik Rangkaian
a. Rangkaian Regulator
Rangkaian regulator berfungsi sebagai pemotong tegangan masukan
agar tegangan yang keluar teregulasi pada nilai tertentu. Pada penelitian ini
sumber tegangan yang dibutuhkan untuk rangkaian sistem adalah 5V.
sehingga IC regulator yang digunakan harus memiliki tegangan keluaran
5V, salah satunya yaitu IC regulator 7805DT.9
6
Gambar 6 Rangkaian regulator 5V
b. Rangkaian Sensor TCS3200
Sensor TCS3200 dapat mengkonversi warna ke frekuensi, fungsi
kaki –kaki (pin out) sensor dapat dilihat seperti pada Gambar 7.
Gambar 7 Kaki-kaki sensor TCS3200.
Sumber tegangan yang dibutuhkan untuk memasok daya pada
sensor ini yaitu vcc/5V dan ground/0V dengan dipisahkan sebuah kapasitor
buffer. Kaki OUT berfungsi sebagai pin output frekuensi dari sensor. Kaki
OE berfungsi sebagai saklar untuk frekuensi output dengan sistem aktif
LOW. Kaki S0 dan S1 berfungsi sebagai pin kontrol skala frekuensi yang
keluar dari sensor. Konfigurasi kondisi kaki dalam pemilihan skala
frekuensi output dapat dilihat pada Tabel 1. sedangkan kaki S2 dan S3
berfungsi sebagai pin kontrol untuk memilih tipe fotodiode yang akan
diaktifkan. Pemilihan tipe fotodiode yang akan diaktifkan mengikuti aturan
seperti pada Tabel 2.
Tabel 1 Pengaturan pemilihan frekuensi output sensor
S0
S1
Skala Frekuensi Output
L
L
Mati
L
H
2%
H
L
20%
H
H
100%
7
Tabel 2 Konfigurasi pin pengontrol fotodiode
S2
S3
Tipe Fotodiode Aktif
L
L
Merah
L
H
Biru
H
L
tanpa Filter (clear)
H
H
Hijau
Dalam rangkaian sensor dirancang dengan sumber cahaya led sebanyak 4
buah. Sehingga rangkaian sensor dan cahaya sumber menjadi satu kesatuan modul
sensor. Secara umum kaki - kaki sensor S0, S1, S2, S3 dan OUT dihubungkan
dengan resistor 10kΩ menuju tegangan VDD/5Volt dan OE ke ground/0Volt.
Selanjutnya pertengahan dari masing-masing hubungan kaki S0, S1, S2, S3, OUT
dan OE tersambung dengan konektor menuju rangkaian utama. Rangkaian sensor
TCS3200 dapat dilihat seperti pada Gambar 8.
Gambar 8 Rangkaian Sensor TCS3200 dilengkapi dengan LED sumber.
c. Rangkaian Sistem Minimum Arduino
Pada penelitian ini menggunakan IC mikrokontroller buatan
atmel yaitu Atmega328P. Untuk membuat sebuah sistem minimum
Arduino maka IC Atmega328P perlu dimasukkan bootloader dan
ditambahkan beberapa komponen elektronik seperti clock eksternal
(crystal), menghubungkan pin reset dan pin daya (VCC dan GND).
Secara umum rangkaian sistem minimum Arduino dapat dilihat pada
Gambar 9.
8
Gambar 9 Sistem minimum Arduino.
d. Rangkaian LCD
Penampil (display) yang digunakan yaitu LCD Nokia5110
yang merupakan LCD grafik dengan ukuran 84x48 piksel. LCD ini
dapat berfungsi dengan baik pada sumber tegangan masukan 3 – 4
volt, sehingga untuk menurunkan tegangan dari power 5v (vcc) perlu
ditambahkan resistor 3.3kΩ sampai 4.7kΩ sebelum ke sumber
tegangan input LCD. Untuk menjaga kejernihan kontras LCD dapat
ditambahkan kapasitor 47nF-100nF diantara vcc dan gnd LCD.
Bentuk LCD Nokia5110 dapat dilihat pada Gambar 10.
Gambar 10 (a) LCD Nokia5110 (b) Fungsi kaki-kaki LCD.
Perancangan Perangkat Lunak
Perancangan perangkat lunak meliputi penyusunan algoritma dan kode
program untuk mikrokontroller menggunakan software IDE Arduino dan simulasi
rangkaian analog menggunakan software Proteus. Pemograman mikrokontroller
9
terdiri dari membaca input tombol, membaca nilai sensor, pengolahan nilai sensor,
dan mengeluarkan output berupa tampilan di lcd.
Pembuatan Hardware
Pembuatan perangkat keras meliputi pembuatan probe sensor, mencetak
rangkaian pada papan PCB (Printed Circuit Board) serta membuat casing untuk
tempat rangkaian. Pembuatan probe sensor dilakukan dengan bantuan alat cetak
tiga dimensi/3D Printer. Hasil cetakan kemudian dihaluskan menggunakan kertas
pasir pada sisi-sisi yang masih kasar. Selanjutnya permukaan probe diwarnai
dengan menggunakan pilox warna hitam doff sampai merata di seluruh bagian.
Mencetak rangkaian pada papan PCB dilakukan secara manual dengan mencetak
rangkaian yang telah dibuat di aplikasi eagle ke dalam kertas transfer (transfer
paper), selanjutnya kertas ditempelkan pada PCB dan disetrika. Setelah rangkaian
berada di PCB kemudian dilarutkan ke dalam larutan FeCl3 sampai terbentuk jalur
rangkaian yang sebenarnya.
Integrasi Sistem dan Pengujian
Integrasi sistem atau penggabungan fungsi dari masing-masing komponen
pertama kali dilakukan dengan menyatukan seluruh bagian di papan rangkai
(project board). Kemudian dilakukan uji kerja sistem, ketika fungsi sistem berjalan
dengan benar maka selanjutnya rangkaian dipindahkan dalam bentuk PCB dan
dilakukan pemasangan komponen sesuai pada tempatnya. Selanjutnya dilakukan
pengujian lagi dengan sistem yang sudah terintegrasi dalam satu papan PCB.
Prosedur Analisis data
Dalam penelitian ini prosedur analisis data yang dilakukan yaitu mengukur
nilai frekuensi output dari sensor akibat pembacaan terhadap cahaya pantulan dari
sampel. Frekuensi yang diukur terbagi dalam 3 jenis, yaitu frekuensi untuk nilai
Red, Green, dan Blue. Nilai frekuensi tersebut kemudian diolah menjadi nilai RGB
menggunakan interpolasi linear dengan rentang nilai 0 - 255. Pemetaan nilai
frekuensi output sensor menjadi nilai RGB menggunakan interpolasi linear pada
persamaan (1).
�=
�� −��
�� −��
. 255
(1)
Dengan x adalah masing-masing nilai R, G dan B, fo adalah frekuensi output
sensor, fw adalah frekuensi white (putih) dan fd adalah frekuensi dark (hitam).
Frekuensi white dan frekuensi dark ditentukan pada saat kalibrasi. Penentuan nilai
frekuensi white dan frekuensi dark didasarkan pada nilai frekuensi tertinggi dan
frekuensi terendah yang dapat menjangkau seluruh frekuensi sampel. Sehingga
frekuensi output sensor pada pembacaan sampel berada di rentang frekuensi white
dan frekuensi dark.
Selanjutnya data nilai RGB yang telah diperoleh disusun menjadi database
yang akan menjadi acuan sistem klasifikasi. Tingkat kedekatan nilai RGB sampel
baru terhadap nilai RGB yang telah tersedia di database ditentukan dengan
menggunakan metode jarak euclid. Pencarian nilai terdekat diperoleh dengan
metode menghitung jarak euclid titik di sistem 3 dimensi yaitu untuk masing-
10
masing nilai R,G, dan B. Penghitungan jarak euclid untuk masing-masing nilai R,G
dan B menggunakan persamaan (2).
� �, �, � = √ �� − ��
2
+ �� − ��
2
+ �� − ��
2
(2)
Dengan D(R,G,B) adalah jarak euclid, Rd, Gd, dan Bd masing - masing adalah
nilai Red, Green, dan Blue kelompok data yang berada di dalam database,
sedangkan Ru, Gu, dan Bu masing – masing adalah nilai Red, Green dan Blue data
unknown yang akan diklasifikasikan.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Karakterisasi Sumber Cahaya
Hasil karakterisasi sumber cahaya yaitu LED super bright warna putih
menunjukkan bahwa rentang panjang gelombang berada pada 400 nm sampai 780
nm dengan intensitas optimal berada di rentang panjang gelombang 412 nm sampai
679 nm. Sehingga dengan menggunakan LED jenis ini dapat menjangkau spektrum
cahaya tampak (visible). Hasil pengukuran panjang gelombang sumber cahaya
dapat dilihat pada Gambar 11.
70000
intensity (count)
60000
50000
40000
30000
20000
10000
0
0
200
400
600
800
1000
wave lenght (nm)
Gambar 11 Panjang gelombang sumber cahaya (LED Putih).
Hasil Pengujian Sensor
Hasil pengujian sensor menunjukkan bahwa TCS3200 memiliki resolusi yang
tinggi dalam mengkonversi perubahan warna ke frekuensi. Hal ini dapat dilihat
pada nilai frekuensi untuk warna hitam dan putih memiliki jarak yang sangat besar.
Pada pengujian sensor digunakan kertas warna dengan berbagai variasi warna.
Kertas warna yang digunakan masing – masing warna tersebar secara merata di
seluruh permukaan kertas (homogen). Pada pengujian ini frekuensi output sensor
diatur pada skala maksimal. Hasil pengujian sensor dapat dilihat pada Tabel 3.
11
Probe Sensor
Probe sensor dirancang berbentuk silinder dengan diameter luar 5 cm dan
diameter dalam 4 cm dan tinggi total 38 mm dengan posisi sensor tepat ditengah
diameter silinder. Di sekeliling sensor terdapat 4 lubang dengan diameter masingmasing 5 mm yang berfungsi sebagai tempat sumber cahaya yaitu LED 5 mm super
bright berwarna putih. Berdasarkan literatur, sensor TCS3200 memiliki jarak
optimal deteksi pada 10 mm, sehingga probe sensor dibuat posisi sampel tepat
berada 1 cm di bawah sensor. Pada bagian tempat sampel terdapat penahan
(stopper) untuk menjaga agar jarak sampel dan sensor bernilai konstan. Di bagian
penutup probe sensor terdapat lubang datar tipis sebagai tempat keluarnya kabel
sensor menuju rangkaian sistem. Probe sensor diwarnai dengan pilox hitam doff
agar cahaya yang dibaca sensor tidak dipengaruhi oleh pantulan cahaya dari dinding
probe bagian dalam akan tetapi murni pantulan cahaya dari sampel. Penampakan
hasil cetakan probe sensor dapat dilihat pada Gambar 12.
Tabel 3 Pengujian sensor di berbagai warna (tanpa probe)
Warna
Hitam
Kuning
Merah
Pink
Orange
Putih
Hijau
Ungu
Cyan
Abu-Abu
Biru
Cokelat
Filter Red
(Hz)
11920
12050
134000
133840
83740
83530
173410
173210
168430
171190
130650
130880
41560
41170
85320
84610
48490
47440
39170
39130
24380
23510
43510
43270
Filter Green
(Hz)
9820
9930
117260
117160
18480
18460
45700
45630
45780
46380
112610
112840
92210
91430
41400
41570
79080
73420
33780
33870
27830
27380
24520
24410
Filter Blue
(Hz)
11400
11510
65090
64980
21990
21940
93180
93050
42850
43520
133690
134100
45160
44750
80780
81050
108170
102670
39490
39640
54200
53560
23440
23350
Pengujian probe sensor dilakukan untuk mengetahui perbedaan frekuensi
output sensor dibandingkan dengan frekuensi output sensor tanpa menggunakan
probe. Pada pengujian probe sensor, digunakan sampel yang sama dengan sampel
12
pada pengujian sensor yaitu kertas dengan berbagai variasi warna. Data frekuensi
hasil pembacaan sensor dapat dilihat pada Tabel 4.
Gambar 12 Probe sensor.
Tabel 4 Data pengujian sensor dengan probe
Warna
Hitam
Kuning
Merah
Pink
Orange
Putih
Hijau
Ungu
Cyan
Abu-Abu
Biru
Cokelat
Filter Red
(Hz)
2520
2430
43140
43310
27370
27490
55690
55590
54950
55050
43340
43040
14480
14510
28060
28010
16920
16960
13000
13070
7490
7530
15380
15370
Filter Green
(Hz)
2270
2190
40990
41140
6740
6810
17760
17740
16750
16790
41220
40900
33210
33240
15600
15570
27730
27790
12380
12420
10420
10450
9110
9090
Filter Blue
(Hz)
2590
2500
23600
23720
7940
8020
35760
35730
15230
15250
49870
49580
16340
16350
31100
31080
38900
38980
14680
14740
20950
20980
8330
8310
Berdasarkan data pengujian sensor dengan menggunakan probe (Tabel 4),
terlihat bahwa frekuensi pada masing – masing warna relatif lebih kecil jika
dibandingkan dengan data pengujian sensor tanpa probe (Tabel 3). Hal ini
dikarenakan jarak sensor dengan sampel pada pengujian probe lebih besar yaitu 1.5
13
cm, sedangkan jarak sensor dengan sampel pada pengujian tanpa probe 7 mm. Pada
Tabel 3 (tanpa probe) terdapat beberapa warna yang nilai frekuensinya lebih besar
dari frekuensi warna putih. Hal ini disebabkan oleh cahaya dari lingkungan sekitar
memiliki pengaruh besar terhadap pembacaan sensor. Sehingga pemasangan sensor
di dalam probe akan menghalangi interferensi cahaya dari lingkungan dan sensor
menjadi lebih fokus dalam membaca pantulan cahaya dari LED.
Data Hasil Pengukuran
Pengambilan data dilakukan dengan membaca nilai frekuensi yang keluar
dari sensor pada berbagai jenis warna tanah kemudian mencocokkan warna tanah
tersebut dengan buku bagan warna tanah (Munsell Soil Color Charts) untuk
mendapatkan nilai hue, value dan chroma. Dalam pengambilan data skala frekuensi
sensor diatur pada nilai 100%. Hal ini dilakukan karena pada bagan warna tanah
memiliki kombinasi warna yang kaya, sehingga dibutuhkan nilai rentang frekuensi
yang besar untuk dapat membedakan warna yang berdekatan. Nilai frekuensi yang
terbaca kemudian dikonversi menjadi nilai RGB menggunakan interpolasi linear
dengan tujuan untuk memfilter riak – riak frekuensi (noise) ketika pengambilan data.
Sebelum melakukan konversi, sensor dikalibrasi dengan menginisialisasi
nilai frekuensi untuk warna putih dan hitam pada kertas warna yang telah ditentukan.
Nilai RGB diatur dalam rentang 0 – 255. Pemilihan rentang 0 - 255 (1 byte)
didasarkan pada ukuran memori mikrokontroller yang cukup kecil sedangkan data
yang akan disimpan berjumlah banyak. Contoh hasil pengubahan nilai frekuensi
menjadi nilai RGB dapat dilihat pada Tabel 5.
Data yang diperoleh dari pengukuran, disimpan dalam bentuk database di
dalam memori IC mikrokontroller sesuai dengan notasi warna yang tertera pada
buku bagan warna tanah. Berikut ini adalah sampel pengambilan data warna tanah
yang dibaca oleh alat dan disajikan dalam nilai RGB.
Tabel 5 Data warna tanah dalam nilai RGB
Notasi Warna
Red
Green
Blue
105
57
52
10R 7/4
104
57
52
106
57
53
158
165
122
GLEY2 8/10B
157
164
122
160
166
122
7
3
2
GLEY1 2.5/N
8
3
2
8
4
3
60
18
6
7.5YR 5/8
59
18
6
60
19
6
Isi database merupakan data yang akan dijadikan acuan untuk
mengelompokkan (klasifisikasi) sampel uji ke nilai terdekat yang terdapat di
database. Digunakan metode jarak euclid untuk menentukan tingkat kedekatan
nilai sampel uji terhadap nilai data warna yang terdapat di database.
14
Sampel uji yang memiliki nilai RGB terdekat dengan salah satu kelompok di
dalam database, akan diklasifikasikan ke dalam kelompok tersebut dan ditampilkan
notasi warnanya di LCD.
Hasil Pengujian Alat
Data warna tanah hasil pengambilan data diambil nilai median untuk
dimasukkan ke dalam database. Pengujian alat dilakukan setelah seluruh isi
database dimasukkan ke dalam memori mikrokontroller. Tanah yang digunakan
untuk pengujian alat adalah tanah yang sama seperti pada pengambilan data. Hasil
pengujian alat dapat dilihat pada Tabel 6.
Tabel 6 Hasil pengujian alat
Notasi Warna Tanah
Tampilan LCD
Error
GLEY1 2.5/N
GLEY1 2.5/N
-
GLEY2 8/10B
GLEY2 8/10B
-
7.5YR 5/8
7.5YR 5/8
-
10R 7/4
10R 7/4
-
Hasil pengujian alat menunjukkan bahwa alat dapat mengklasifikasi warna
tanah dengan baik sesuai dengan yang ditunjukkan oleh buku bagan warna tanah.
Kesalahan pembacaan alat dapat terjadi ketika probe sensor tidak diletakkan dengan
baik pada permukaan tanah.
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Pembuatan alat penentu warna tanah dapat direalisasikan sesuai dengan
tujuan penelitian. Pembuatan alat dilaksanakan berdasarkan prosedur penelitian
mulai dari simulasi rangkaian, uji coba rangkaian, penyusunan algoritma perangkat
lunak, pembuatan perangkat keras serta pengujian alat.
Alat penentu warna tanah dapat menjadi solusi yang tepat bagi para surveyor
dalam mengklasifikasi warna tanah di lapangan. Hasil keluaran data yang
ditampilkan di display dari alat penentu warna tanah ini berupa kode warna sesuai
dengan notasi pada Munsell Soil Color Chart. Hal ini dapat mempermudah dalam
mengkomunikasikan warna ke berbagai pihak dikarenakan sistem warna Munsell
telah mendapat penerimaan internasional dan telah menjadi dasar dalam berbagai
sistem warna.
Saran
Penggunaan alat penentu warna tanah ini terbatas pada tanah dengan kondisi
kering. Penambahan isi database sangat dianjurkan untuk meningkatkan
kemampuan alat dalam mengklasifikasikan warna tanah. Untuk isi database dengan
jumlah besar disarankan menggunakan memori SD Card sebagai media
15
penyimpanannya. Selain itu perlu dilakukan perancangan ulang probe sensor dan
casing alat agar lebih sederhana dan ergonomis.
DAFTAR PUSTAKA
1. United States Departement of Agriculture, Natural Resources Conservation
Service Soils. The Color of Soil. nrcs.usda.gov [terhubung berkala].
http://www.nrcs.usda.gov/wps/portal/nrcs/detail/soils/edu/kthru6/?cid=nrc
s142p2_054286 [19 November 2014]
2. Gretag Macbeth. Munsell Soil Color Charts. New Windsor, NY 12553.
2000
3. Soil Survey Division Staff. Soil survey manual. Soil Conservation Service.
U.S. Department of Agriculture Handbook 18.1999.
4. Kuehni, Rolf G. The early development of the Munsell system. Color
Research and Application 27 (1): 20–27. 2000.
5. Landa, Edward R.; Mark D. Fairchild (September–October 2005). Charting
Color from the Eye of the Beholder. American Scientist 93 (5): 436–443
6. Munsell, Albert H. 1912. A Pigment Color System and Notation. The
American Journal of Psychology (University of Illinois Press) 23 (2): 236–
244.
7. Pambudi P.E, Sutanta E, Mujiman. 2014. Identifikasi daging Segar
menggunakan sensor warna RGB TCS3200-DB. Jurnal Teknologi
TECHNOSCIENTIA Vol.6, No.2
8. TAOS corp. 2009. Datasheet for TCS3200 and TCS3210 programmable
color
light
to
frequency
converter.
[terhubung
berkala].
http://www.dfrobot.com/image/data/SEN0101/TCS3200%20TCS3210.pdf
[9 April 2014]
9. Sarjono, H.D. Elektronika Lanjut. Jember. Cerdas Ulet Kreatif. 2000.
10. Buckman, Harry O dan Nyle C. Brady. Ilmu Tanah. Penerjemah Soegiman.
Jakarta: bhratara Karya Aksara. 1982
16
Lampiran 1 Data pengukuran warna tanah
Notasi Warna
10R 8/1
10R 6/3
10R 7/4
GLEY2 8/10B
GLEY1 2.5/N
7.5YR 5/8
Red
167
166
166
123
122
123
105
104
106
158
157
160
7
8
8
60
59
60
Green
133
130
132
90
88
89
57
57
57
165
164
166
3
3
4
18
18
19
Blue
83
84
84
58
58
57
52
52
53
122
122
122
2
2
3
6
6
6
17
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Blora pada tanggal 8 Mei 1993 sebagai anak pertama
dari tiga bersaudara dari pasangan Bapak Bisri dan Ibu Jumirah.
Penulis menyelesaikan pendidikan dasar di MI Al-Muslim Beganjing, pada
tahun 2004, pendidikan tingkat menengah pertama di MTs. Nurul Huda Ngawen
tahun 2007 dan melanjutkan studi ke MAN Insan Cendekia Gorontalo.
Pada tahun 2010, penulis diterima di Institut Pertanian Bogor melalui jalur
Undangan Seleksi Masuk IPB (USMI) sebagai mahasiswa di Departemen Fisika,
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam.
Selama kuliah penulis aktif di berbagai organisasi dan kegiatan mahasiswa
antara lain Himpunan Mahasiswa Fisika (HIMAFI) tahun 2012 dan 2013, Ikatan
Himpunan Mahasiswa Fisika Indonesia (IHAMAFI) tahun 2013-2015, Ikatan
Alumni Insan Cendekia Gorontalo (IAICG), serta beberapa kegiatan mahasiswa
diantaranya Bina Desa, Pesta Sains Nasional, Kontes Robotik Nasional PP-IPTEK,
Trainer Pelatihan Mikrokontroller Arduino FMIPA IPB dan juga sebagai Trainer
Pelatihan Robotik Departemen Fisika IPB. Selain itu, selama kuliah penulis
menjadi Asisten Praktikum mata kuliah Elektronika Dasar tahun 2012 dan 2013,
Praktikum Elektronika Lanjut tahun 2013 dan Asisten Praktikum mata kuliah
Sistem Mikroprosesor tahun 2014.