RANCANG BANGUN SISTEM ALAT UKUR TURBIDITY UNTUK ANALISIS KUALITAS AIR BERBASIS ARDUINO UNO.
RANCANG BANGUN SISTEM ALAT UKUR TURBIDITY
UNTUK ANALISIS KUALITAS AIR
BERBASIS ARDUINO UNO
SKRIPSI
Diajukan untuk Memenuhi Sebagian dari Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Sains Departemen Pendidikan Fisika
Oleh
ABDUL FATAH M. NIM : 1105297
PROGRAM STUDI FISIKA DEPARTEMEN PENDIDIKAN FISIKA
FAKULTAS PENDIDIKAN MATEMATI KA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS PENDIDIKAN INDONESIA 2015
(2)
(3)
LEMBAR PERNYATAAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi dengan judul “RANCANG BANGUN SISTEM ALAT UKUR TURBIDITY UNTUK ANALISIS KUALITAS AIR BERBASIS ARDUINO UNO“ ini beserta seluruh isinya adalah benar-benar karya saya sendiri. Saya tidak melakukan penjiplakan atau pengutipan dengan cara-cara yang tidak sesuai dengan etika ilmu yang berlaku dalam masyarakat keilmuan. Atas pernyataan ini, saya siap menanggung resiko / sanski apabila di kemudian hari ditemukan adanya pelanggaran etika keilmuan atau ada klaim dari pihak lain terhadap keaslian karya saya ini.
Bandung, Oktober 2015
(4)
RANCANG BANGUN SISTEM ALAT UKUR TURBIDITY
UNTUK ANALISIS KUALITAS AIR
BERBASIS ARDUINO UNO
Oleh
Abdul Fatah Maemunnur
Sebuahskripsi yang diajukan untuk memenuhi salah satu syarat memperoleh gelar Sarjana Sains di Departemen Pendidikan Fisika FPMIPA UPI
© Abdul Fatah 2015 UniversitasPendidikan Indonesia
Oktober 2015
Hak cipta dilindungi Undang-undang.
Skripsi ini tidak boleh diperbanyak seluruhnya atau sebagian, Dengan dicetak ulang, difotokopi, atau cara lainnya tanpa ijin dari penulis.
(5)
RANCANG BANGUN SISTEM ALAT UKUR TURBIDITY
UNTUK ANALISIS KUALITAS AIR
BERBASIS ARDUINO UNO
Nama : Abdul Fatah M.
NIM : 1105297
Program Studi : Fisika
Pembimbing : 1. Dr. Goib Wiranto, B.S. EI.Eng 2. Drs. Waslaluddin, M.T
ABSTRAK
Air merupakan sumber kehidupan bagi makhluk hidup. Dewasa ini keberadaan air di sekitar semakin menurun kualitasnya akibat banyak tercemar oleh limbah. Salah satu parameter dalam menentukan kualitas air ialah tingkat kekeruhan air (turbidity). Kekeruhan air menentukan banyak tidaknya partikel tersuspensi dalam air, partikel yang dimaksud bisa berupa organik maupun anorganik. Dan keberadaan partikel dalam air tersebut bisa saja membahayakan apabila dikonsumsi langsung oleh manusia. Oleh karena itu untuk dapat mengetahui tingkat kekeruhan air maka diperlukan sebuah alat ukur. Dalam penelitian ini telah dibuat alat ukur tingkat kekeruhan air untuk analisis kualitas air yang berbasis arduino UNO dengan menggunakan sistem sensor yang terdiri dari dioda laser dengan panjang gelombang 650 nm dan fotodioda TSL250 sebagai detektornya. Serta LCD karakter 2x16 sebagai penampil data hasil pengukuran. Alat ukur yang telah dirancang bekerja berdasarkan konsep hamburan cahaya oleh partikel-partikel tersuspensi di dalam air, dengan metode nephelometrik (posisi TSL250 disimpan 90o terhadap cahaya yang datang dari dioda laser). Alat ukur yang dibuat mempunyai tingkat akurasi pengukuran 98,70%, serta mempunyai tingkat presisi yang cukup baik. Rentang pengukuran yang dapat dilakukan oleh alat ukur ini adalah dari 0 – 150 NTU. Dan daya resolusi dari alat ukur yang dibuat adalah 0,17 NTU.
Kata Kunci: Arduino UNO, fotodioda TSL250, Nephelometrik, Tingkat kekeruhan air (turbidity),
(6)
RANCANG BANGUN SISTEM ALAT UKUR TURBIDITY
UNTUK ANALISIS KUALITAS AIR
BERBASIS ARDUINO UNO
Nama : Abdul Fatah M.
NIM : 1105297
Program Studi : Fisika
Pembimbing : 1. Dr. Goib Wiranto, B.S. EI.Eng 2. Drs. Waslaluddin, M.T
ABSTRACT
Water is the source of life for humans. Today the existence of water around is decreasing the quality because polluted by sewage. One parameter in determining the water quality is the level of turbidity water. Turbidity determine particles in water, the particles can be organic or anorganic. And the presence of particles in the water can be harmful when consumed directly by humans. Therefore in order to determine the level of water turbidity is needed a measuring instrument to measure it. In this research has been created of water turbidity level measuring instrument for analysis of water quality based arduino UNO using the sensor system consists of a laser diode with 650 nm wavelengths, and a photodiode TSL250 as a detector. And then a 2x16 character LCD to view value of measurement data. This measuring instrument has been designed to work on the concept of scattering of light by particles suspended in the water, with TSL250 position is 90° to the incoming light from the laser diode is a nephelometric method. This measuring instrument having 98.70% accuracy rate measurement, having good level of precision. The measurement range can be done by this measuring instrument from 0-150 NTU. And the resolution of this measuring instrument is 0.17 NTU.
(7)
DAFTAR ISI
ABSTRAK ... Error! Bookmark not defined. KATA PENGANTAR... Error! Bookmark not defined. UCAPAN TERIMA KASIH ... Error! Bookmark not defined.
DAFTAR ISI ... vi
DAFTAR TABEL ... ix
DAFTAR GAMBAR ...x
DAFTAR LAMPIRAN ... xii BAB IPENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Masalah ... Error! Bookmark not defined. 1.2 Rumusan Masalah ... Error! Bookmark not defined. 1.3 Tujuan Penelitian... Error! Bookmark not defined. 1.4 Batasan Masalah... Error! Bookmark not defined. 1.5 Sistematika Penulisan... Error! Bookmark not defined. BAB II LANDASAN TEORI
2.1 Air... Error! Bookmark not defined. 2.1.1 Kualitas Air ... Error! Bookmark not defined. 2.1.2 Parameter Kualitas Air... Error! Bookmark not defined. 2.1.2.1 Parameter Fisika... Error! Bookmark not defined. 2.1.2.2 Parameter Kimia ... Error! Bookmark not defined. 2.1.2.3 Parameter Biologi ... Error! Bookmark not defined. 2.2 Mengukur (Measuring) ... Error! Bookmark not defined. 2.3 Kekeruhan Air (Turbidity) ... Error! Bookmark not defined. 2.3.1 Metode Pengukuran Tingkat Kekeruhan Air ...Error! Bookmark not defined.
2.3.1.1 MetodeNephelometrik ... Error! Bookmark not defined. 2.3.1.2 Metode Turbidimetrik ... Error! Bookmark not defined. 2.3.1.3 Metode Ratio Turbidimetrik ... Error! Bookmark not defined. 2.3.2 Standar Desain Alat Ukur Tingkat Kekeruhan Air .Error! Bookmark not defined.
(8)
2.3.2.1 Environmental Protection Agency (EPA) Method 180.1 ... Error! Bookmark not defined.
2.3.2.2 ISO 7027 ... Error! Bookmark not defined.
2.4 Sensor ... Error! Bookmark not defined. 2.4.1 Definisi Sensor ... Error! Bookmark not defined. 2.4.2 Fotodioda TSL250 ... Error! Bookmark not defined. 2.4.3 Dioda Laser ... Error! Bookmark not defined. 2.5 Arduino UNO ... Error! Bookmark not defined. 2.6 Real-Time Clock (RTC) DS1307 ... Error! Bookmark not defined. 2.7 Liquid Crystal Display (LCD)... Error! Bookmark not defined. BAB IIIMETODOLOGI PENELITIAN
3.1 Metode Penelitian... Error! Bookmark not defined. 3.2 Tempat dan Waktu Penelitian ... Error! Bookmark not defined. 3.3 Tahapan Penelitian ... Error! Bookmark not defined. 3.3.1 Studi Literatur ... Error! Bookmark not defined. 3.3.2 Perancangan Alat ... Error! Bookmark not defined. 3.3.3 Pembuatan Alat ... Error! Bookmark not defined. 3.3.4 Trial Alat ... Error! Bookmark not defined. 3.3.5 Pengambilan Data ... Error! Bookmark not defined. 3.3.6 Analisis Kinerja Alat... Error! Bookmark not defined. 3.3.7 Kesimpulan dan Saran ... Error! Bookmark not defined. 3.4 Alat dan Bahan ... Error! Bookmark not defined. 3.5 Blok Diagram ... Error! Bookmark not defined. 3.6 Perancangan dan Pembuatan Hardware (Perangkat keras) .. Error! Bookmark not defined.
3.6.1 Perancangan dan Pembuatan Sistem Sensor Turbidity . Error! Bookmark not defined.
3.6.2 Perancangan dan Pembuatan RTC DS1307 ...Error! Bookmark not defined.
3.6.3 Perancangan dan Pembuatan Tampilan LCD 16x2 Error! Bookmark not defined.
(9)
3.6.4 Perancangan dan Pembuatan Shield pada Arduino UNO ... Error! Bookmark not defined.
3.7 Perancangan Software (Perangkat lunak) ... Error! Bookmark not defined. BAB IVHASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Pengujian Sistem Sensor Turbidity ... Error! Bookmark not defined. 4.2 Pengujian Tampilan Display LCD ... Error! Bookmark not defined. 4.3 Pengujian Penggunaan Real-Time Clock (RTC) ...Error! Bookmark not defined.
4.4 Pengujian Sistem Alat Ukur Secara Keseluruhan ...Error! Bookmark not defined.
4.4.1 Pengujian Tingkat Akurasi dan Kesalahan (Error) Error! Bookmark not defined.
4.4.2 Pengujian Tingkat Presisi ... Error! Bookmark not defined. 4.4.3 Pengujian Rentang (Range) Pengukuran . Error! Bookmark not defined. BAB VKESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan... Error! Bookmark not defined. 5.2 Saran ... Error! Bookmark not defined. DAFTAR PUSTAKA ... Error! Bookmark not defined. LAMPIRAN ... Error! Bookmark not defined.
(10)
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Ion- ion yang Terdapat di Perairan... Error! Bookmark not defined. Tabel 2.2 Hubungan antara suhu dengan konsentrasi oksigen terlarut maksimum
pada tekanan 1 atmosfer ... Error! Bookmark not defined. Tabel 2.3 Klasifikasi Perairan Berasarkan Nilai Kesadahan.Error! Bookmark not
defined.
Tabel 2.4 Deskripsi Arduino Uno ... Error! Bookmark not defined. Tabel 3.1 Alat dan Bahan pada Pembuatan Alat Ukur Turbidty. Error! Bookmark
not defined.
Tabel 4.1 Data Respon Sistem Sensor Turbidity terhadap Tingkat Kekeruhan Air dalam Temperatur yang berbeda ... Error! Bookmark not defined. Tabel 4.2 Hasil Pengujian Tingkat Akurasi Alat yang Dibuat.... Error! Bookmark
not defined.
Tabel 4.3 Hasil Pengujian Tingkat Presisi Alat yang Dibuat dalam Detik yang Berbeda ... Error! Bookmark not defined. Tabel 4.4 Hasil Pengujian Tingkat Presisi Alat yang Dibuat dalam Hari yang
Berbeda ... Error! Bookmark not defined. Tabel 4.5 Hasil Pengukuran Alat yang Dibuat... Error! Bookmark not defined.
(11)
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Prinsip Pengukuran Turbidity... Error! Bookmark not defined. Gambar 2.2 Standar Formazin ... Error! Bookmark not defined.
Gambar 2.3 Prinsip Kerja Sistem Sensor Metode EPA 180.1 Error! Bookmark not defined. Gambar 2.4 Respon dari lampu tungsten ... Error! Bookmark not defined.
Gambar 2.5 Prinsip Kerja dari Sistem Sensor Metode ISO 7027Error! Bookmark not defined. Gambar 2.6 Tampilan TSL250... Error! Bookmark not defined.
Gambar 2.7 Blok Diagram Fungsi TSL250 ... Error! Bookmark not defined. Gambar 2.8 Dioda Laser ... Error! Bookmark not defined. Gambar 2.9 Board Arduino Uno ... Error! Bookmark not defined. Gambar 2.10 Kabel USB Board Arduino Uno ... Error! Bookmark not defined. Gambar 2.11 Modul Real-Time Clock DS1307 ... Error! Bookmark not defined. Gambar 2.12 LC D M1632 ... Error! Bookmark not defined. Gambar 3.1 Flowchart Desain Penelitian ... Error! Bookmark not defined. Gambar 3.2 Diagram Blok Sistem Alat Ukur TurbidityError! Bookmark not defined.
(12)
Gambar 3.4 Grafik hubungan antara tegangan dengan tingkat kekeruhan pada jarak 15 mm ... Error! Bookmark not defined. Gambar 3.5 Grafik hubungan antara tegangan dengan tingkat kekeruhan pada
jarak 5 mm ... Error! Bookmark not defined. Gambar 3.6 Grafik hubungan antara tegangan dengan tingkat kekeruhan pada
jarak 3 mm ... Error! Bookmark not defined.
Gambar 3.7 Karakteristik sistem sensor dengan variasi jarak Error! Bookmark not defined. Gambar 3.8 (a) PCB Sistem Sensor (b) Tampak Samping Desain Sistem
Sensor (c) Tampak Bawah Desain sensor (d) Tampak Atas Desain Sistem Sensor... Error! Bookmark not defined. Gambar 3.9 Layout PCB Sistem Sensor Turbidity Error! Bookmark not defined. Gambar 3.10 Rangkaian Interface Sistem Sensor Turbidity dengan Arduino
UNO ... Error! Bookmark not defined.
Gambar 3.11 Skema Rangkaian Minimum Real-Time Clock DS1307Error! Bookmark not defined. Gambar 3.12 Rangkaian Interface RTC dengan Arduino UNOError! Bookmark not defined.
Gambar 3.13 Rangkaian Interface LCD 16x2 dengan Arduino UNOError! Bookmark not defined. Gambar 3.14 Layout PCB Driver LCD 16x2 ... Error! Bookmark not defined.
Gambar 3.15 Skema Rangkaian Elektronika Sistem Alat Ukur Tingkat Kekeruhan Air secara Keseluruhan... Error! Bookmark not defined. Gambar 3.16 Layout PCB Shield Arduino Uno ... Error! Bookmark not defined.
Gambar 3.17 Tampilan Framework dari Software Arduino UnoError! Bookmark not defined. Gambar 3.18 Diagram Alir Perancangan Perangkat Lunak (Software)Error! Bookmark not defined Gambar 4.1 Cairan Standar Tingkat Kekeruhan AirError! Bookmark not defined.
Gambar 4.2 Grafik Karakterisasi Sistem Sensor Turbidity dengan Temperatur yang Berbeda... Error! Bookmark not defined.
Gambar 4.3 Grafik Karakterisasi Sistem Sensor TurbidityError! Bookmark not defined. Gambar 4.4 Grafik Karakterisasi Sistem Sensor Turbidity dalam Tegangan
ADC ... Error! Bookmark not defined. Gambar 4.5 Hasil Pengujian Tampilan Display LCDError! Bookmark not defined. Gambar 4.6 Hasil Pengujian RTC pada Tampilan LCDError! Bookmark not defined. Gambar 4.7 Alat Ukur Turbidity yang telah dibuat Error! Bookmark not defined. Gambar 4.8 LaMotte Turbidimeter Tipe 2020... Error! Bookmark not defined.
(13)
Gambar 4.9 Grafik Tingkat Presisi Pengkuran Kekeruhan 100 NTUError! Bookmark not defined. Gambar 4.10 Grafik Tingkat Presisi Pengkuran Kekeruhan 100 NTU dalam
Hari yang Berbeda ... Error! Bookmark not defined.
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1 Data Hasil Karakterisasi Sistem Sensor Turbidity dengan Variasi Jarak Berbeda ... Error! Bookmark not defined. Lampiran 2 Data Hasil Karakterisasi Sistem Sensor Turbidity dengan Variasi
Temperatur Berbeda ... Error! Bookmark not defined. Lampiran 3 Data Hasil Karakterisasi Sistem Sensor Turbidity pada jarak 5 mm
dan suhu 25 oC dan Data Hasil Pengujian Tingkat Akurasi dan
Kesalahan pada Alat Ukur yang DibuatError! Bookmark not defined. Lampiran 4 Surat Balasan Izin Penelitian oleh PPET-LIPIError! Bookmark not defined. Lampiran 5 Surat Tugas Membimbing ... Error! Bookmark not defined.
Lampiran 6 Form Bimbingan Skripsi... Error! Bookmark not defined. Lampiran 7 Data Sheet TSL250 ... Error! Bookmark not defined. Lampiran 8 Dokumentasi Kegiatan Penelitian... Error! Bookmark not defined.
(14)
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Masalah
Air merupakan sumber kehidupan yang sangat penting bagi manusia. Tidak hanya manusia saja makhluk hidup lainnya pun sangat membutuhkan air. Manusia tanpa air akan kehausan atau bahkan kekurangan cairan tubuhnya hingga menyebabkan kematian. Begitu juga dengan hewan. Tanah tanpa air akan menjadi gersang dan tandus. Tumbuhan tanpa air akan layu dan kering. Air merupakan material yang membuat kehidupan terjadi di bumi (Robert J. Kodoatie &
Roestam, 2010). Dalam penjelasan lain Sayyid Quthb menyatakan “Air adalah dasar dari suatu kehidupan dan merupakan satu unsur yang dibutuhkan dalam
kehidupan hingga manusia pun sangat menantikan kedatangannya”. Air
dimanfaatkan oleh manusia untuk beberapa keperluan, seperti untuk air minum, memasak, mencuci, dan sebagainya yang harus diperhatikan. Air yang diperlukan tersebut tentunya harus memiliki kualitas yang baik.
Marganof (2010) menyatakan bahwa permasalahan lingkungan yang menjadi perhatian utama pada saat ini adalah menurunnya kualitas perairan oleh masuknya bahan pencemar yang berasal dari berbagai kegiatan manusia seperti sampah pemukiman, industri, pemupukan serta pestisida. Menurut penelitian yang dilakukan oleh Kementrian Lingkungan Hidup (KLH) terhadap kualitas air sungai di 33 provinsi di Indonesia selama tahun 2008-2013 telah terkumpul data kualitas air sungai di hampir 57 sungai lintas provinsi, Negara dan sungai strategis Nasional disimpulkan bahwa 70 – 75 % sungai yang dipantau telah tercemar baik tercemar ringan, sedang, maupun tercemar berat (KLH, 2014). Dari keterangan diatas dapat disimpulkan bahwa kualitas air yang ada di Indonesia sangatlah memprihatinkan.
Ada beberapa kriteria suatu air dikatakan memiliki kualitas yang baik, seperti kualitas fisik, kualitas kimia, dan kualitas biologi. Pada kualitas fisik ditinjau bagaimana bau, rasa, warna, serta kejernihan dari air tersebut. Kualitas
(15)
2
kimia dilihat bahan atau zat apa saja yang terkandung dalam air tersebut. Serta kualitas biologis dilihat keberadaan dari mikrobiologi yang dapat membawa penyakit dalam air tersebut.
Salah satu dari tinjauan kualitas air yang baik ialah kejernihan air. Atau sering dikenal sebagai tingkat kekeruhan air (turbidity). Rasyid R. dkk. (2013) menjelaskan tentang kekeruhan air dan apa saja yang dapat menyebabkannya. Mereka menyatakan bahwa
Kekeruhan adalah keadaan dimana transparansi suatu zatcair berkurang akibat kehadiran zat-zat tak terlarut. Kekeruhan disebabkan adanya kandungan Total Suspended Solid (TSS) baik yang bersifat organik maupun anorganik. Perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi yang demikian pesat di bidang elektonika dan instrumentasi telah memungkinkan diciptakannya alat-alat ukur yang bekerja secara digital termasuk alat uji kekeruhan air.
Dewasa ini telah ada alat instrumen yang digunakan untuk menentukan tingkat kekeruhan air yaitu turbidimeter. Turbidimeter adalah alat yang digunakan sebagai alat uji standar untuk menentukan tingkat kekeruhan air. Keberadaan alat ini sebenarnya sudah umum. Namun, hanya pihak tertentu saja yang memliki alat ini. Hal ini menyebabkan kurang efektif dan efisien untuk dapat mengetahui apakah air yang kita pakai memenuhi standar atau tidak (Nuzula, dkk., 2013)
Oleh karena itu, peniliti akan merancang dan membuat suatu alat instrumentasi untuk megukur tingkat kekeruhan air yang baik juga mudah dalam penggunaannya. Model desain alat ukur ini akan menggunakan komponen yang terdiri dari photodiode TSL250 sebagai detectornya , dan laser dioda yang mempunyai panjang gelombang 650 nm sebagai sumber cahayanya . Kedua komponen ini dirancang sedemikian rupa dengan posisi 90o antara detector dan sumber cahayanya, yang selanjutnya lebih dikenal dengan metode nephelometrik. Sebagai kontrolernya menggunakan adruino UNO. Satuan standar yang digunakan untuk mengukur turbidity adalah NTU (Nephelometric Turbidity Units) dimana dalam alat ini akan ditampilkan dalam LCD karakter 2x16.
Prinsip kerja sistem sensor memanfaatkan hamburan cahaya. Cahaya dilewatkan melalui zat cair, maka ada sebagian energi foton cahaya itu yang
(16)
3
diserap dan sebagian lagi dihamburkan oleh partikel-partikel tersuspensi yang berada di jalur lintasan cahaya tersebut (Hendrizon, dkk., 2012)
1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang tersebut, maka penelitian ini memiliki rumusan masalah sebagai berikut :
1. Bagaimana perancangan dan pembuatan sistem instrumentasi untuk mengukur tingkat kekeruhan air yang berbasis arduino uno.
2. Bagaimana respon dari desain sistem sensor yang dibuat terhadap perubahan tingkat kekeruhan air.
3. Bagaimana kualitas alat yang dibuat dengan menguji tingkat akurasi, presisi, kesalahan (error), dan rentang pengukuran (range) dibandingkan dengan alat turbitimeter.
1.3 Tujuan Penelitian
Adapun tujuan dari penilitian ini, yaitu :
1. Merancang dan membangun sebuah alat instrumentasi untuk pengukuran tingkat kekeruhan air yang berbasis arduino uno.
2. Mengetahui respon sistem sensor yang dibuat terhadap perubahan tingkat kekeruhan air. Dengan kata lain melihat sejauh mana sistem sensor ini dapat digunakan sebagai pengukur tingkat kekeruhan air.
3. Mengetahui sejauh mana kelayakan alat yang dibuat dengan menguji tingkat akurasi, presisi, kesalahan (error), serta rentang pengukuran (range) dari alat tersebut.
1.4 Batasan Masalah
Penelitian ini dibatasi pada perancangan dan pembuatan alat instrumentasi untuk mengukur tingkat kekeruhan air portable dan online. Dimana alat ini mempunyai spesifikasi sebagai berikut :
1. Sistem sensor yang digunakan menggunakan komponen fotodioda TSL250 sebagai detectornya dan laser dioda yang mempunyai panjang 650 nm sebagai sumber cahayanya , yang dirancang sedemikian rupa menggunakan metode nephelometrik sehingga memiliki respon terhadap intensitas cahaya yang ditembakan melewati cairan.
(17)
4
2. Sistem yang digunakan berbasis arduino uno yang berfungsi sebagai pengontrol operasi sistem
3. Sistem ini menggunakan LCD 2x16 sebagai output dari hasil pengukuran yang dilakukan.
1.5 Sistematika Penulisan
Adapun sistematika penulisan ini terdiri dari :
BAB I PENDAHULUAN : pada bagian ini terdiri dari latar belakang penulisan, rumusan masalah, tujuan penelitian, batasan masalah, dan sistematika penulisan BAB II LANDASAN TEORI : Bagian ini terdiri dari teori-teori dasar yang menyangkut penelitian ini yaitu beberapa teori tentang air, turbidity, metode nephelometrik, dan arduino.
BAB III METODOLOGI PENELITIAN : Dengan menampilkan alur dari penelitian yang akan dilakukan yaitu berupa tempat dan waktu penelitian,alat dan bahan yang diperlukan, metode penelitian, serta tahapanpenelitian.
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN : Berisikan tentang pembahasan-pembahasan yang dibuat berdasarkan rumusan masalah dan tujuan masalah yang telah dikemukakan sebelumnya.
BAB V KESIMPULAN : Terdiri dari hasil kesimpulan penelitian berdasarkan tujuan serta saran-saran untuk membuat hasil dari penelitian ini menjadi lebih baik di masa yang akan datang.
(18)
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Metode Penelitian
Dalam penelitian “Rancang Bangun Sistem Alat Ukur Turbidity untuk Analisis Kualitas Air Berbasis Arduino UNO” ini penulis merancang dan membangun sebuah alat instrumentasi untuk mengukur tingkat kekeruhan air dengan menggunakan metode nephelometric secara murni eksperimen. Diawali dengan merancang dan membuat desain dari sistem sensor yang akan dibuat. Selanjutnya mengolah data dari sistem sensor dengan menggunakan arduinouno . Serta yang terakhir merancang dan membuat desain modul LCD 2x16 agar dapat dengan mudah terhubung dengan arduino UNO yang selanjutnya akan digunakan sebagai display output yang dapat menampilkan nilai tingkat kekeruhan air. Dan sebagai langkah terakhir ialah menguji alat ukur yang telah dibuat dengan melihat tingkat akurasi, presisi, kesalahan, juga rentang (range) pengukurang yang dapat dibaca oleh alat. Dalam penilitian ini juga menggunakan studi literatur yang menunjang dalam pelaksanaan penelitian ini.
3.2 Tempat dan Waktu Penelitian
Waktu Pelaksanaan : April – September 2015
Tempat Pelaksanaan : Pusat Penelitian Elektronika dan Telekomunikasi Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia (PPET – LIPI) Alamat : Komplek LIPI, Jl. Sangkuriang Gd. 20 – Bandung
40135 Telp. 022-2505660, 2504661 Fax. 022-2504659
3.3 Tahapan Penelitian
Adapun tahapan penelitian dari “Rancang Bangun Sistem Alat Ukur Turbidity untuk Analisis Kualitas Air Berbasis Arduino UNO” ditampilkan dalam
(19)
31
Gambar 3.1 Flowchart Desain Penelitian 1.3.1 Studi Literatur
Tahap ini dilakukan untuk mencari informasi sehubungan dengan alat ukur kekeruhan air yang telah dibuat oleh peneliti sebelumnya. Serta mencari apa saja yang dibutuhkan guna menunjang penelitian ini. Sehingga diharapkan mampu memberikan gambaran dalam perncangan penelitian berupa desain alat.
Studi Literatur
Perancangan Alat
Perancangan Software Perancangan Hardware
Pengambilan Data Trial Alat
Pembuatan Software Pembuatan Hardware
Alat Bekerja ?
Analisa Kegagalan dan Tindakan Perbaikan
Perlu Penambahan
Komponen
Analisis Kinerja Alat
Kesimpulan dan Saran Pembuatan Alat
Ya
(20)
32
1.3.2 Perancangan Alat
Terdapat dua bagian dalam tahap perancangan penelitian ini yaitu :
1. Perancangan Hardware, bertujuan untuk merancang perlatan / rangkaian pendukung untuk sistem yang dibuat
2. Perancangan Software, bertujuan untuk memudahkan di dalam pembuatan software nantinya.
1.3.3 Pembuatan Alat
Dalam tahap pembuatan juga terdiri dari dua bagian yaitu :
1. Pembuatan Hardware, merupakan proses perangkaian dan pembuatan alat. 2. Pembuatan Software, merupakan proses pembuatan program serta
penginilisiasian program pada arduino. Sehingga dapat menapilkan hasil pengukuran.
1.3.4 Trial Alat
Tahapan ini dilakukan untuk mengetahui kemapuan alat yang dibuat, apakah sudah memenuhi keinginan atau belum. Trial dilakukan beberpa kali untuk mendapatkan hasil yang baik. Tidak selamanya trial alat bisa langsung mendapatkan hasil yang memuaskan. Oleh karena itu apabila ditemukan hasil yang tidak sesuai perlu dilakukan analisa kegagalan dan tindakan perbaikannya.
1.3.5 Pengambilan Data
Pada tahapan ini diambil data dari alat yang telah dibuat dengan menggunakan beberapa sampel yang disediakan.
1.3.6 Analisis Kinerja Alat
Setelah melakukan pengambilan data kemudian membandingkan dengan alat komersial yang ada. Sehingga dapat ditentukan kualitas dari alat yang dibuat. Baik tingkat akurasi, presisi, kesalahan, maupun rentang (range) pengukurannya. 1.3.7 Kesimpulan dan Saran
Setelah data diambil kemudian dilakukan analisis terhadap hasil pengujian, maka akan didapatkan suatu kesimpulan yang bisa diambil dengan berdasarkan
(21)
33
perumusan masalah. Serta memberikan saran untuk pengembangan penelitian selanjutnya.
3.4 Alat dan Bahan
Berikut merupakan alat dan bahan yang digunakan selama pembuatan sistem alat ukur tingkat kekeruhan air (turbidity) berbasis arduino UNO. Seperti yang ditunjukkan pada tabel 3.1
Tabel 3.1 Alat dan Bahan pada Pembuatan Alat Ukur Turbidty
No Alat dan Bahan Jumlah
Alat
1 Laptop 1 buah
2 Solder 1 buah
3 Obeng 1 buah
4 Penggaris Aluminium 1 buah
5 Alat Bor 1 buah
6 Tang 1 buah
7 Gunting 1 buah
8 Cutter 1 buah
9 Pensil 1 buah
10 Gergaji Besi 1 buah
11 Alat Kikir 1 buah
Bahan
1 Arduino UNO 1 set
2 Fotodioda TSL 250 1 buah
3 Dioda Laser 650 nm 1 buah
4 Display LCD 16x2 1 buah
(22)
34
6 Sock Valve 1x3/4 1 buah
7 Kaca 1 mm 2 lembar
8 Kabel data 2 m
9 IC LM 338 1 buah
10 LED 1 buah
11 Dioda 1 buah
12 Kapasitor 100 µF 1 buah
13 Kapasitor 100 nF 1 buah
14 Resistor 220 Ω 1 buah 15 Resistor 680 Ω 1 buah 16 Resistor 1K Ω 1 buah
17 Potensio 1 buah
18 Soket Konektor IC Male Female secukupnya
19 Soket Male 10 Pin 2 buah
20 Soket Female 10 pin 2 buah
21 Kabel Pelangi secukupnya
22 Konektor Male-Female 3 Pin 2 buah
23 Casing Box 1 buah
24 Mur/Baut secukupnya
25 Saklar On-Off 1 buah
3.5 Blok Diagram
Secara garis besar rancang bangun sistem alat ukur tingkat kekeruhan air ini terdiri dari tiga bagian. Dimana ketiga bagian ini saling berhubungan satu sama lain, dan saling mempengaruhi kinerjanya. Sehingga membentuk satu kesatuan sistem alat ukur yang dapat mengukur tingkat kekeruhan air. Ketiga bagian ini akan dijelaskan dalam sebuah blok diagram seperti yang ditunjukkan pada
(23)
35
Gambar 3.2. Pembuatan diagram blok bertujuan agar dapat mudah memahami masing masing bagiannya.
Gambar 3.2 Diagram Blok Sistem Alat Ukur Turbidity
Berdasarkan Gambar 3.2, fungsi kerja dari masing masing bagian sistem alat ukur tersebut ialah sebagai berikut :
1. Input, merupakan bagian yang berfungsi sebagai masukan dimana dalam pembuatan sistem alat ukur ini menggunakan sebuah sistem sensor yang terdiri dari fotodioda TSL 250 sebagai detector dan juga dioda laser 650 nm sebagai sumber cahayanya. Keduanya dipasang sedemikian rupa membentuk posisi sudut 90o. Sistem sensor ini berfungsi untuk membaca perubahan tingkat kekeruhan air (turbidity).
2. Proses, merupakan bagian yang mengolah masukan sehingga menjadi keluaran dimana dalam pembuatan sistem alat ukur ini menggunakan arduino UNO sebagai pemrosesnya. Arduino UNO merupakan sebuah modul dimana sebagai mikrokontrollernya menggunakan jenis ATMega 328.
3. Output, merupakan bagian yang berfungsi sebagai keluaran dimana dalam pembuatan sistem alat ukur ini menggunakan LCD 16x2 untuk menampilkan nilai tingkat kekeruhan air.
INPUT
Sistem Sensor yang terdiri dari :- Fotodioda TSL250 - Laser Dioda 650 nm
PROSES
OUTPUT
(24)
36
3.6 Perancangan dan Pembuatan Hardware (Perangkat keras)
Dari diagram blok yang telah dijelaskan dalam Gambar 3.2 dapat diuraikan menjadi rangkaian-rangkaian dan bagian penunjang untuk sistem alat ukur yang dibuat sesuai dengan blok diagram.
1.6.1 Perancangan dan Pembuatan Sistem Sensor Turbidity
Sistem sensor yang dibuat terdiri dari sebuah detektor fotodioda TSL 250 dan juga dioda laser sebagai sumber cahayanya dimana mempunyai panjang gelombang 650 nm. Keduanya komponen ini dirangkai sedemekian rupa sehingga membentuk posisi sudut 90o antara kedua komponen ini. Adapun rangkaian elektronika untuk sistem sensor yang dibuat seperti yang ditunjukan pada Gambar 3.3.
Gambar 3.3 Skema Rangkaian Elektronika Sistem Sensor Turbidity
Rangkaian sistem sensor ini berfungsi untuk mendeteksi tingkat kekeruhan air dengan cara melewatkan air diantara detector dan sumber cahayanya. Fotodioda TSL 250 sebagai detector sangat peka terhadap perubahan intensitas cahaya yang masuk ke dalamnya. Sumber cahaya yang ditembakkan dalam hal ini adalah dioda laser akan mengenai air, dan apabila dalam air tersebut banyak sekali terdapat partikel dalam kata lain keruh, maka cahaya tersebut sebagian akan ada yang diteruskan dan sebagian akan dihamburkan. Intensitas cahaya yang diterima oleh fotodioda TSL 250 ini adalah intensitas cahaya yang dihamburkan oleh partikel yang ada dalam air. Intensitas cahaya yang diterima oleh fotodioda TSL
(25)
37
250 akan dikonversi menjadi sinyal tegangan. Dan sinyal tegangan keluaran dari alat ini menunjukkan nilai tegangan yang sebanding dengan tingkat kekeruhan air. Rangkaian sistem sensor ini dibuat sedemikian rupa sehingga memenuhi rancangan yang akan dibuat. Rancangan yang akan dibuat untuk sistem sensor ini ialah antara sumber cahaya dan detectornya diletakkan dengan posisi 90o. Rancangan yang dibuat berdasarkan penelitian sebelumnya mengenai karakterisasi sistem sensor dengan merubah jarak antara detector dan sumber cahayanya sehingga didapatkan jarak yang optimal antara keduanya. Berikut merupakan hasil dari pengkarakterisasian sistem sensor dengan jarak yang dirubah-rubah.
1. Jarak 15 mm
Gambar 3.4 Grafik hubungan antara tegangan dengan tingkat kekeruhan pada jarak 15 mm
Pada Gambar 3.4 karakteristik sistem sensor pada jarak 15 mm antara
detector dengan sumber cahayanya memberikan fungsi transfer
mV. Ini berarti pada jarak tersebut tingkat sensitivitas sensor ialah 9,982 mV/NTU dan derajat kolerasi linearnya sebesar R2=0,996. Hasil pengukuran yang dilakukan dengan metode nephelometrik (Sudut 90o) pada jarak ini memperlihatkan perubahan yang kecil untuk setiap perubahan nilai kekeruhan. Ini bisa saja terjadi karena jarak yang terlalu jauh sehingga
V = 9,982NTU - 20,33 R² = 0,996
-200 0 200 400 600 800 1000 1200
0 20 40 60 80 100 120
T e g a n g a n ( m V ) Kekeruhan (NTU)
(26)
38
intensitas cahaya yang diterima oleh detector akibat hamburan dari partikel sangatlah kecil.
2. Jarak 5 mm
Gambar 3.5 Grafik hubungan antara tegangan dengan tingkat kekeruhan pada jarak 5 mm
Berdasarkan Gambar 3.5 karakteristik sistem sensor pada jarak 5 mm memberikan fungsi transfer mV. Ini berarti pada jarak tersebut tingkat sensitivitas sensor ialah 18,12 mV/NTU dan derajat kolerasi linearnya sebesar R2=0,996. Hasil pengukuran yang dilakukan dengan metode nephelometrik (Sudut 90o) pada jarak ini memperlihatkan nilai sensitivitas yang sangat bagus dibandingkan pada jarak sebelumnya. Nilai sensitivitas yang sangat bagus sangat mempengaruhi terhadap kinerja dari sistem sensor. Dan akan mempermudah pembacaan nilai tegangan ADC oleh mikrokontroler.
3. Jarak 3 mm
V = 18,11NTU + 5,024 R² = 0,996
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000
0 20 40 60 80 100 120
T e g a n g a n ( m V ) Kekeruhan (NTU)
(27)
39
Gambar 3.6 Grafik hubungan antara tegangan dengan tingkat kekeruhan pada jarak 3 mm
Menurut Gambar 3.6 karakteristik sistem sensor pada jarak 3 mm memberikan fungsi transfer mV. Ini berarti pada jarak tersebut tingkat sensitivitas sensor ialah 1,296 mV/NTU dan derajat kolerasi linearnya sebesar R2=0,932. Hasil pengukuran yang dilakukan dengan metode nephelometrik (Sudut 90o) pada jarak ini memperlihatkan nilai sensitivitas yang cukup bagus. Meskipun jaraknya semakin dekat namun ternyata sensitivitas dari sistem sensor ini kalah bagus dibandingkan dengan pada jarak 5 mm, ini bisa saja terjadi akibat dari jarak yang terlalu dekat. Sumber cahaya yang ditembakan mempunyai radius radiasi akibatnya detector yang terlalu dekat dapat langsung menerima radiasi tersebut. Sehingga detector bukan hanya menangkap intensitas cahaya yang dihamburkan oleh partikel seperti yang diinginkan oleh metode nephelometrik ini, tapi juga menangkap intensitas radiasi cahaya yang ditembakan oleh sumber cahaya. Ini bisa dibuktikan dengan nilai intercept yang didapat yaitu sebesar 2077 mV. Keadaan seperti ini berpengaruh terhadap sensitivitas sistem sensor yang akan dirancang.
Berikut perbandingan antara ketiga katarestik sistem sensor dengan variasi jarak detector terhadap sumber cahayanya ditunjukan pada Gambar 3.7.
V = 1,296NTU+ 2077 R² = 0,932
2060 2080 2100 2120 2140 2160 2180 2200 2220 2240
0 20 40 60 80 100 120
T e g a n g a n ( m V ) Kekeruhan (NTU)
(28)
40
Gambar 3.7 Karakteristik sistem sensor dengan variasi jarak
Berdasarkan 3.7 sistem sensor dengan jarak 5 mm mempunyai karakter yang bagus. Ditandai dengan sensitivitas sistem sensor sebesar 18,12 mV/NTU dan derajat kolerasi linearnya sebesar R2=0,996. Jarak 5 mm merupakan jarak optimal dari kedudukan detector terhadap tranmitternya. Apabila jaraknya lebih didekatkan lagi ini menghasilkan karakteristik yang jelek. Karena adanya intensitas cahaya langsung dari sumber cahaya yang diterima oleh fotodioda. Sehingga mengurangi nilai sensitivitas dari sistem sensor yang akan dibuat. Adapun untuk memenuhi rancangan tersebut dibuatlah desain untuk sistem sensor ini seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.8.
y = 1,2962x + 2077 R² = 0,9324 y = 18,119x + 5,0244
R² = 0,9967
y = 9,9822x - 20,332 R² = 0,9963
-500 0 500 1000 1500 2000 2500
0 20 40 60 80 100 120
T e g a n g a n ( m V )) Kekeruhan (NTU)
Jarak 3 mm
Jarak 5 mm
(29)
41
Gambar 3.8 (a) PCB Sistem Sensor (b) Tampak Samping Desain Sistem Sensor (c) Tampak Bawah Desain sensor (d) Tampak Atas Desain Sistem Sensor
Untuk desain sistem sensor ini terbuat dari bahan yang sangat mudah di dapat yaitu sambungan pipa sock valve 1x3/4. Bagian sambungan pipa yang ¾ diberikan lubang pahatan, lalu setelah itu dipasang kaca dengan tebal 1 mm sebagai dinding-dinding pada pahatan tersebut. Penggunaan kaca ini bertujuan agar komponen didalamnya bisa tetap mendeteksi air yang berada diluar kaca tanpa ada air yang masuk ke dalam ruangan sambungan pipa tersebut. Untuk bagian atasnya menggunakan tutup pipa satu inch.
Kedua komponen utama penyusun sistem sensor ini diletakkan diatas sebuah Printed Circuit Board (PCB) seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.8a.
(30)
42
Layout pada PCB tersebut tentunya sesuai dengan rangkaian elektronika pada Gambar 3.3. Agar lebih jelasnya berikut tampilan layout untuk sistem sensor ini.
Gambar 3.9 Layout PCB Sistem Sensor Turbidity
Dari Gambar 3.9 sistem sensor yang dibuat mempunyai 3 pin yaitu Vcc, GND, dan Vout atau data tegangan keluaran sistem sensor. Selanjutnya ketiga pin ini dihubungkan dengan arduino UNO seperti yang ditunjukan pada Gambar 3.10.
Gambar 3.10 Rangkaian Interface Sistem Sensor Turbidity dengan Arduino UNO
Dari Gambar 3.10 pin data dari sistem sensor turbidity yang dibuat dihubungkan dengan pin input analog A0 pada arduino UNO.
(31)
43
1.6.2 Perancangan dan Pembuatan RTC DS1307
Untuk membuat RTC menggunakan IC DS-1307 sebagai chip utama, watch cristal 32.768 kHz, resistor 2,2 kOhm sebanyak 2 buah baterai lithium coin cell 3V 12mm, socket baterai lithium coin cell 12mm, dan kapasitor 10pF dan sebuah LED sebagai indikator nyala RTC. DS-1307 mendukung protokol I2C untuk tranfer data dengan mikrokontroler dan menggunakan input 5 volt. Berikut rangkaian RTC DS1307 ditunjukkan pada Gambar 3.11.
Gambar 3.11 Skema Rangkaian Minimum Real-Time Clock DS1307
Koneksi RTC dengan Arduino UNO menggunakan komunikasi I2C yaitu memanfaatkan 2 buah kabel untuk penghubung data yaitu pin SDA dan SCL pada RTC dihubungkan pada pin SDA dan SCL pada Arduino, pin SDA dan SCL pada Arduino UNO yaitu terletak pada pin 4 dan pin 5 analog. Rangkaian interface untuk menghubungkan RTC dengan arduino UNO ditunjukkan pada Gambar 3.12.
(32)
44
Gambar 3.12 Rangkaian Interface RTC dengan Arduino UNO 1.6.3 Perancangan dan Pembuatan Tampilan LCD 16x2
Rangkaian skematik elektronik untuk LCD yang dihubungkan ke arduino UNO ditunjukkan oleh Gambar 3.13. Dalam perancangan alat ini, pada bagian LCD dibuatkan sebuah driver yang berfungsi untuk menghubungkan antara LCD dengan arduino UNO. Driver yang dibuat ditambahkan dengan pengaturan contrast dan brightness. Pengaturan contrast ini berfungsi untuk mengatur tingkat ketajaman dari karakter yang ditampilkan oleh LCD. Dan pengaturan brightness berfungsi untuk mengatur tingkat kecerahan dari LCD. Dalam hal ini digunakan komponen potensiometer agar dapat mengaturnya. Penempatan kaki-kaki atau pin yang ada pada LCD harus sesuai dihubungkan dengan kaki yang ada pada arduino UNO. Agar tidak terjadi kesalahan konfigurasi antara keduanya.
Gambar 3.13 Rangkaian Interface LCD 16x2 dengan Arduino UNO
Dari skema rangkaian pada Gambar 3.13 dibuat lah sebuah driver untuk LCD yang dapat menghubungkan ke arduino UNO. Layout PCB driver LCD 16x2 yang dibuat seperti ditunjukkan pada Gambar 3.14.
(33)
45
Gambar 3.14 Layout PCB Driver LCD 16x2 1.6.4 Perancangan dan Pembuatan Shield pada Arduino UNO
Arduino UNO digunakan sebagai pengolah hasil sistem sensor yang berupa sinyal analog menjadi output tampilan pada LCD 16x2 seperti gambar yang ditunjukkan pada Gambar 3.15.
Gambar 3.15 Skema Rangkaian Elektronika Sistem Alat Ukur Tingkat Kekeruhan Air secara Keseluruhan
Dalam peneletian rancang bangun alat tingkat kekeruhan air berbasis arduino UNO ini, ditambahkan sebuah papan shield untuk arduino UNO. Papan
(34)
46
shield ini berfungsi untuk menghubungkan antara input dan output dengan arduino UNO. Penggunaan shield ini juga bertujuan agar menambah nilai estetika pada alat yang dibuat. Adapun layout PCB untuk shield arduino UNO yang dimaksud seperti ditunjukan pada Gambar 3.16.
Gambar 3.16 Layout PCB Shield Arduino UNO
Berdasarkan Gambar 3.16, Layout PCB yang dibuat menyesuaikan dengan rangkaian elektronik sistem alat ukur secara keselurahan yang ditunjukan dalam Gambar 3.15. Layout yang dibuat menggunakan teknologi double layer artinya terdapat dua layar yaitu layar atas dan layar bawah.
3.7 Perancangan dan Pembuatan Software (Perangkat lunak)
Perancangan dan pembuatan software ini menggunakan aplikasi Arduino IDE. Software arduino IDE merupakan software untuk memprogram Arduino yang merupakan kombinasi langsung dari platform Arduino, dimana bahasa pemprograman yang digunakan untuk memprogram mikrokontroler yaitu processing bahasa pemprograman tingkat tinggi sangat mirip seperti C++ dan Java. Berikut tampilan interface dari software arduino IDE ditunjukkan pada Gambar 3.17
(35)
47
Gambar 3.17 Tampilan Framework dari Software Arduino UNO
Software Arduino IDE ini digunakan untuk menulis program , mengcompile ke mikrokontroler keluarga AVR. Program ini memungkinkan penggunanya memprogram AVR dengan bahasa C/C++ yang relatif lebih familiar dibandingkan bahasa pemprograman lainnya. Dalam penggunaanya Arduino hanya perlu mendefenisikan dua fungsi untuk membuat program runable yaitu:
1. Setup () : fungsi dijalankan sekali pada awal program yang dapat
menginisialisasi pengaturan pemprograman.
2. Loop () : fungsi untuk menjalankan perintah secara berulang ulang hingga mikrokontroler dalam keadaan off.
Arduino IDE menggunakan library Arduino dalam pemprogramannya sehingga penggunaan arduino sebagai mikrokontroler akan memepermudah penggunanya dalam membuat sebuah program.
Perancangan dan pembuatan software yang dibuat yaitu untuk mengolah perubahan sinyal dari sistem sensor. Untuk pengolahan sinyal analog dari output sistem sensor pertama dikonversi terlebih dahulu menjadi data digital.
(36)
48
Pengolahan ini dilakukan oleh arduino UNO dimana di dalam modul arduino UNO terdapat Analog Digital Converter (ADC) 10 bit. Itu berarti sinyal input tersebut dapat dinyatakan dalam 210 = 1024 nilai diskrit.
Tegangan keluaran (Vout) yang dikeluarkan oleh sistem sensor tubidity ini
maksimum pada 3,74 V. Hal ini sesuai dengan datasheet dari fotodioda TSL250 dimana tegangan kerja yang diberikan sebesar 5V. Prinsip kerja ADC adalah mengkonversi sinyal analog ke dalam bentuk besaran yang merupakan rasio perbandingan sinyal input dan tegangan referensi. Oleh karena itu, tegangan referensi diatur pada tegangan 3,3 V dengan menghubungkan pin tegangan 3,3 V pada arduino ke pin Aref, maka nilai konversi untuk ADC dapat kita hitung.
(5)
Artinya setiap 1 angka desimal mewakili tegangan sebesar 0,004887585 Volt. Untuk mempermudah memahami perancangan perangkat lunak pada penelitian ini maka dibuatlah diagram alir program sistem pengukuran tingkat kekeruhan air seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.18.
Gambar 3.18 Diagram Alir Perancangan Perangkat Lunak (Software) Mulai
Inisialisasi ADC dan LCD
Baca data tegangan ADC dari Sistem Sensor Turbidity
Konversi data tegangan ADC ke nilai tingkat kekeruhan air
dalam nilai desimal
Tampilkan nilai desimal tingkat kekeruhan air ke
LCD
(37)
49
Sinyal analog yang telah dikonversikan menjadi data digital merupakan representasi dari nilai tegangan pada pengukuran tingkat kekeruhan air. Nilai ini selanjutnya akan dikonversikan sebagai nilai tingkat kekeruhan air yang akan ditampilkan pada display LCD 16x2. Berikut merupakan listing prorgram yang akan ditanamkan pada arduino UNO.
#include <OneWire.h> #include <Wire.h> #include "RTClib.h"
#include <LiquidCrystal.h> LiquidCrystal lcd(2, 3, 4, 5, 6, 7); RTC_DS1307 RTC;
int analogInPin = A0;
void setup() { Serial.begin(9600); analogReference(DEFAULT); //RTC Wire.begin(); RTC.begin(); //LCD lcd.begin(16, 2); lcd.setCursor(0,0);
lcd.print(" Selamat Datang "); lcd.setCursor(0,1);
lcd.print(" TURBIDIMETER "); delay(1000);
lcd.setCursor(0,0);
lcd.print(" Abdul Fatah M. "); lcd.setCursor(0,1);
lcd.print(" 1105297 "); delay(1000);
lcd.clear(); }
void loop() { //RTC DateTime now=RTC.now(); lcd.setCursor(0,0); if(now.day()<10) lcd.print('0'); lcd.print(now.day(), DEC); lcd.print('/');
(38)
50
if(now.month()<10) lcd.print('0');
lcd.print(now.month(), DEC); lcd.print('/');
lcd.print(now.year()%1000); lcd.print(" ");
if(now.hour()<10) lcd.print('0');
lcd.print(now.hour(), DEC); lcd.print(':');
if(now.minute()<10) lcd.print('0');
lcd.print(now.minute(), DEC); lcd.setCursor(0,1);
lcd.print("Turb:"); lcd.setCursor(13,1); lcd.print("NTU"); // Sensor Tubidity
float value = analogRead(analogInPin); float tegangan = (value*4.671)+13.27; float ntu =(0.037*tegangan)-1.324; lcd.setCursor(6,1);
lcd.print(ntu); lcd.setCursor(11,1); lcd.print(" "); delay(1000); }
(39)
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
1.1 Kesimpulan
Berdasarkan hasil uraian pendahuluan, dasar teori, penelitian, perancangan dan pengujian terhadap sistem alat ukur yang dibuat, maka diperoleh kesimpulan sebagai berikut :
1. Sistem alat ukur turbidimeter yang dibuat adalah on-line dengan menggunakan metode nephelometrik yaitu memanfaatkan intensitas cahaya yang dihamburkan oleh partikel di dalam air. Komponen yang digunakan dalam sistem sensor yang dibuat adalah dioda laser 650 nm sebagai sumber cahaya yang ditembakkan ke dalam air. Dan fotodioda TSL250 sebagai detector atau penangkap intensitas cahaya yang dihamburkan. Kedua komponen ini dirancang sedemikian rupa sehingga posisi antara detector dan sumber cahaya 90o. Selanjutnya data yang dihasilkan dari sistem sensor turbidty ini diolah oleh arduino UNO sehingga menjadi nilai kekeruhan air dan ditampilkan dalam display LCD 2x16.
2. Sistem sensor yang dibuat mampu memberikan respon terhadap perubahan nilai kekeruhan air. Semakin tinggi tingkat kekeruhan air maka semakin besar pula tegangan keluaran dari sistem sensor turbidity yang dibuat. Dalam penelitian ini diperoleh hubungan antara tegangan keluaran sensor dengan nilai kekeruhan air. Hubungan tersebut digambarkan dalam persamaan
. Dimana x adalah tingkat kekeruhan cairan dan y adalah nilai tegangan keluaran yang dihasilkan oleh sistem sensor ini. Dari persamaan linear yangditunjukkan sistem sensor yang dibuat mempunyai nilai sensitivitas sebesar 26,85 mV/NTU.
3. Setelah dilakukan pengujian pada alat yang telah dibuat, diperoleh rata-rata tingkat akurasi pengukuran yang dapat dilakukan alat ini ialah 98,70%. Dan mempunyai rata-rata kesalahan atau error sebesar 1,3%. Selain itu juga alat ini mempunyai tingkat presisi yang cukup baik. Alat ukur yang dibuat hanya
(40)
68
dapat mengukur dari 10 – 150 NTU. Sebagai tambahan dalam pengujian ini nilai resolusi alat yaitu 0,17 NTU artinya alat ukur ini dapat memaca setiap 0,17 NTU perubahan nilai tingkat kekeruhan.
1.2 Saran
Untuk pengembangan alat lebih lanjut bisa ditambahkan modul SD card pada arduino untuk menyimpan data pembacaan nilai kekeruhan air sehingga menjadi data logger secara on-line. Bahkan untuk pengembangan selanjutnya alat ukur ini bisa di monitoring jarak jauh dengan menambahkan shield ethernet pada arduino. Dan Arduino UNO ini hanya terbatas untuk ADC yaitu hanya 10 bit. Agar mampu memperoleh resolusi yang sangat kecil dari alat ukur yang dibuat bisa juga menambahkan modul ADC tambahan.
(41)
DAFTAR PUSTAKA
Arduino. (2012). Arduino Uno Getting Started. Dipetik Agustus 2015, 31, dari Arduino: http://www.arduino.cc/en/main/arduinoBoardUno
Battelle. (1999). Test/QA Plan for Verfication of On-Line Turbidimeters. Diambil kembali dari Environmental Protection Agency: http://www.epa.gov/etv/pubs/01_tp_turbid.pdf
Bin Omar, A. F., & Bin Matjafri, M. Z. (2009). Turbidimeter Design Analysis : A Review on Optical Fiber Sensors for the Measurement of Water Turbidity. Sensor , 8311-8335.
Effendi. (2003). Telaah Kualitas Air bagi Pengelolaan Sumber Daya dan Lingkungan Perairan. Yogyakarta: Kanisius.
EPA. (2012). 5.5 Turbidity. Dipetik Agustus 2015, dari EPA United States
Environmental Protection Agency:
http://water.epa.gov/type/rsl/monitoring/vms55.cfm
Fairuz, A., & Zubir, M. (2009). Turbidimeter Design and Analysis : A Review on Optical Fiber Sensors for the Measurement of Water Turbidity. Sensor .
Fardiaz, S. (1992). Polusi Air dan Udara. Yogyakarta: Kanisius. Ferianti. (2007). Metode Sampling Bioekologi. Jakarta: Bumi Aksara.
Freden, J. (2003). Handbook of Modern Sensor, Physics, Designs, and Applications. San Diego USA: Springer.
Hendrizon, Y., & Wildian. (2012). Rancang Bangun Alat Ukur Tingkat Kekeruhan Zat Cair Berbasis Mikrokontroller AT89s51 Menggunakan Sensor Fototransistor dan Penampil LCD. Jurnal Fisika Unand Vol. 1 No. 1 , 6.
Kemker, & Christine. (2014, September 5). Measuring Tubidity, TSS, and Water
Clarity. Dipetik Agustus 31, 2015, dari Fundamental of
Environmental Measurement:
http://www.fondriest.com/environmental- measurements/equipment/measuring-water-quality/turbidity-sensors-meters-and-methods/
(42)
Kordi. (2009). Budi Daya Perairan. Bandung: PT. Citra Aditya Bakti.
Lambrou, T. P., Anastasiou, C. C., & Panayiotou, C. G. (2008). A Nephelometric Turbidity System for Monitoring Residential Drinking Water Quality. Dept. of electrical and Computer Engineering .
Marganof. (2010). Disertasi Model Pengendalian Pencemaran Perairan di Danau Maninjau Sumatera Barat. Bogor: IPB Bogor.
Nuzula, N. I. (2013). Skripsi Perancangan dan Pembuatan Alat Ukur Kekeruhan Air Berbasis Mikrokontroler ATMEGA 8535. Surabaya: Institut Teknologi Surabaya.
Nuzula, N. I., & Endarko. (2013). Perancangan dan Pembuatan Alat Ukur Kekeruhan Air Berbasis Mikrokontroler ATMega 8535. Jurnal Sains dan Seni Pomits vol.2 No.1 , 1-5.
Rasyid, R., Wildian, & Yefri, H. (2013). Uji Sensitivitas Hamburan Kekeruhan Air Bersih dari Rancang Bangun Alat Ukur Nephelometer. Semirata FMIPA Universitas Lampung .
Samadi. (2007). Geografi 1 SMA Kelas X. Yudhistira.
Sugiharto, A. (2002). Penerapan Dasar Transducer dan Sensor. Yogyakarta: Kanisius.
Syahwil, M. (2013). Panduan Mudah Simulasi & Praktek Mikrokontroler Arduino. Yogyakarta: CV. ANDI OFFSET.
Tontowi. (2002). Penelitian Kualitas Air Waduk Jatiluhur sebagai Sumber Baku Air Minum dan Penurunan Kualitasnya setelah Mengalir Melalui Saluran Tarum Barat.
Waluyanti, S. (2008). Alat Ukur dan Teknik Pengukuran. Jakarta: Pusat Perbukuan Departemen Pendidikan Nasional.
(1)
Abdul Fatah Maemunnur, 2015
RANCANG BANGUN SISTEM ALAT UKUR TURBID ITY UNTUK ANALISIS KUALITAS AIR BERBASIS ARD UINO UNO
Sinyal analog yang telah dikonversikan menjadi data digital merupakan representasi dari nilai tegangan pada pengukuran tingkat kekeruhan air. Nilai ini selanjutnya akan dikonversikan sebagai nilai tingkat kekeruhan air yang akan ditampilkan pada display LCD 16x2. Berikut merupakan listing prorgram yang akan ditanamkan pada arduino UNO.
#include <OneWire.h> #include <Wire.h> #include "RTClib.h"
#include <LiquidCrystal.h> LiquidCrystal lcd(2, 3, 4, 5, 6, 7); RTC_DS1307 RTC;
int analogInPin = A0; void setup() {
Serial.begin(9600);
analogReference(DEFAULT); //RTC
Wire.begin(); RTC.begin(); //LCD
lcd.begin(16, 2); lcd.setCursor(0,0);
lcd.print(" Selamat Datang "); lcd.setCursor(0,1);
lcd.print(" TURBIDIMETER "); delay(1000);
lcd.setCursor(0,0);
lcd.print(" Abdul Fatah M. "); lcd.setCursor(0,1);
lcd.print(" 1105297 "); delay(1000);
lcd.clear(); }
void loop() { //RTC
DateTime now=RTC.now(); lcd.setCursor(0,0);
if(now.day()<10) lcd.print('0');
lcd.print(now.day(), DEC); lcd.print('/');
(2)
50
if(now.month()<10) lcd.print('0');
lcd.print(now.month(), DEC); lcd.print('/');
lcd.print(now.year()%1000); lcd.print(" ");
if(now.hour()<10) lcd.print('0');
lcd.print(now.hour(), DEC); lcd.print(':');
if(now.minute()<10) lcd.print('0');
lcd.print(now.minute(), DEC); lcd.setCursor(0,1);
lcd.print("Turb:"); lcd.setCursor(13,1); lcd.print("NTU"); // Sensor Tubidity
float value = analogRead(analogInPin); float tegangan = (value*4.671)+13.27; float ntu =(0.037*tegangan)-1.324; lcd.setCursor(6,1);
lcd.print(ntu); lcd.setCursor(11,1); lcd.print(" "); delay(1000); }
(3)
67 Abdul Fatah Maemunnur, 2015
RANCANG BANGUN SISTEM ALAT UKUR TURBID ITY UNTUK ANALISIS KUALITAS AIR BERBASIS ARD UINO UNO
KESIMPULAN DAN SARAN
1.1 Kesimpulan
Berdasarkan hasil uraian pendahuluan, dasar teori, penelitian, perancangan dan pengujian terhadap sistem alat ukur yang dibuat, maka diperoleh kesimpulan sebagai berikut :
1. Sistem alat ukur turbidimeter yang dibuat adalah on-line dengan
menggunakan metode nephelometrik yaitu memanfaatkan intensitas cahaya yang dihamburkan oleh partikel di dalam air. Komponen yang digunakan dalam sistem sensor yang dibuat adalah dioda laser 650 nm sebagai sumber cahaya yang ditembakkan ke dalam air. Dan fotodioda TSL250 sebagai
detector atau penangkap intensitas cahaya yang dihamburkan. Kedua
komponen ini dirancang sedemikian rupa sehingga posisi antara detector dan sumber cahaya 90o. Selanjutnya data yang dihasilkan dari sistem sensor
turbidty ini diolah oleh arduino UNO sehingga menjadi nilai kekeruhan air
dan ditampilkan dalam display LCD 2x16.
2. Sistem sensor yang dibuat mampu memberikan respon terhadap perubahan nilai kekeruhan air. Semakin tinggi tingkat kekeruhan air maka semakin besar pula tegangan keluaran dari sistem sensor turbidity yang dibuat. Dalam penelitian ini diperoleh hubungan antara tegangan keluaran sensor dengan nilai kekeruhan air. Hubungan tersebut digambarkan dalam persamaan
. Dimana x adalah tingkat kekeruhan cairan dan y adalah nilai tegangan keluaran yang dihasilkan oleh sistem sensor ini. Dari persamaan linear yangditunjukkan sistem sensor yang dibuat mempunyai nilai sensitivitas sebesar 26,85 mV/NTU.
3. Setelah dilakukan pengujian pada alat yang telah dibuat, diperoleh rata-rata tingkat akurasi pengukuran yang dapat dilakukan alat ini ialah 98,70%. Dan mempunyai rata-rata kesalahan atau error sebesar 1,3%. Selain itu juga alat ini mempunyai tingkat presisi yang cukup baik. Alat ukur yang dibuat hanya
(4)
68
dapat mengukur dari 10 – 150 NTU. Sebagai tambahan dalam pengujian ini nilai resolusi alat yaitu 0,17 NTU artinya alat ukur ini dapat memaca setiap 0,17 NTU perubahan nilai tingkat kekeruhan.
1.2 Saran
Untuk pengembangan alat lebih lanjut bisa ditambahkan modul SD card pada arduino untuk menyimpan data pembacaan nilai kekeruhan air sehingga menjadi data logger secara on-line. Bahkan untuk pengembangan selanjutnya alat ukur ini bisa di monitoring jarak jauh dengan menambahkan shield ethernet pada arduino. Dan Arduino UNO ini hanya terbatas untuk ADC yaitu hanya 10 bit. Agar mampu memperoleh resolusi yang sangat kecil dari alat ukur yang dibuat bisa juga menambahkan modul ADC tambahan.
(5)
Abdul Fatah Maemunnur, 2015
RANCANG BANGUN SISTEM ALAT UKUR TURBID ITY UNTUK ANALISIS KUALITAS AIR BERBASIS ARD UINO UNO
Arduino. (2012). Arduino Uno Getting Started. Dipetik Agustus 2015, 31, dari Arduino: http://www.arduino.cc/en/main/arduinoBoardUno
Battelle. (1999). Test/QA Plan for Verfication of On-Line Turbidimeters. Diambil kembali dari Environmental Protection Agency: http://www.epa.gov/etv/pubs/01_tp_turbid.pdf
Bin Omar, A. F., & Bin Matjafri, M. Z. (2009). Turbidimeter Design Analysis : A Review on Optical Fiber Sensors for the Measurement of Water Turbidity. Sensor , 8311-8335.
Effendi. (2003). Telaah Kualitas Air bagi Pengelolaan Sumber Daya dan
Lingkungan Perairan. Yogyakarta: Kanisius.
EPA. (2012). 5.5 Turbidity. Dipetik Agustus 2015, dari EPA United States
Environmental Protection Agency:
http://water.epa.gov/type/rsl/monitoring/vms55.cfm
Fairuz, A., & Zubir, M. (2009). Turbidimeter Design and Analysis : A Review on Optical Fiber Sensors for the Measurement of Water Turbidity. Sensor .
Fardiaz, S. (1992). Polusi Air dan Udara. Yogyakarta: Kanisius. Ferianti. (2007). Metode Sampling Bioekologi. Jakarta: Bumi Aksara.
Freden, J. (2003). Handbook of Modern Sensor, Physics, Designs, and
Applications. San Diego USA: Springer.
Hendrizon, Y., & Wildian. (2012). Rancang Bangun Alat Ukur Tingkat Kekeruhan Zat Cair Berbasis Mikrokontroller AT89s51 Menggunakan Sensor Fototransistor dan Penampil LCD. Jurnal Fisika Unand Vol. 1
No. 1 , 6.
Kemker, & Christine. (2014, September 5). Measuring Tubidity, TSS, and Water
Clarity. Dipetik Agustus 31, 2015, dari Fundamental of
Environmental Measurement:
http://www.fondriest.com/environmental- measurements/equipment/measuring-water-quality/turbidity-sensors-meters-and-methods/
Kodoatie, R. J., & Syarif, R. (2010). Tata Ruang Air. Yogyakarta: CV Andi Offset.
(6)
Kordi. (2009). Budi Daya Perairan. Bandung: PT. Citra Aditya Bakti.
Lambrou, T. P., Anastasiou, C. C., & Panayiotou, C. G. (2008). A Nephelometric Turbidity System for Monitoring Residential Drinking Water Quality.
Dept. of electrical and Computer Engineering .
Marganof. (2010). Disertasi Model Pengendalian Pencemaran Perairan di Danau
Maninjau Sumatera Barat. Bogor: IPB Bogor.
Nuzula, N. I. (2013). Skripsi Perancangan dan Pembuatan Alat Ukur Kekeruhan
Air Berbasis Mikrokontroler ATMEGA 8535. Surabaya: Institut
Teknologi Surabaya.
Nuzula, N. I., & Endarko. (2013). Perancangan dan Pembuatan Alat Ukur Kekeruhan Air Berbasis Mikrokontroler ATMega 8535. Jurnal Sains
dan Seni Pomits vol.2 No.1 , 1-5.
Rasyid, R., Wildian, & Yefri, H. (2013). Uji Sensitivitas Hamburan Kekeruhan Air Bersih dari Rancang Bangun Alat Ukur Nephelometer. Semirata
FMIPA Universitas Lampung .
Samadi. (2007). Geografi 1 SMA Kelas X. Yudhistira.
Sugiharto, A. (2002). Penerapan Dasar Transducer dan Sensor. Yogyakarta: Kanisius.
Syahwil, M. (2013). Panduan Mudah Simulasi & Praktek Mikrokontroler
Arduino. Yogyakarta: CV. ANDI OFFSET.
Tontowi. (2002). Penelitian Kualitas Air Waduk Jatiluhur sebagai Sumber Baku Air Minum dan Penurunan Kualitasnya setelah Mengalir Melalui Saluran Tarum Barat.
Waluyanti, S. (2008). Alat Ukur dan Teknik Pengukuran. Jakarta: Pusat Perbukuan Departemen Pendidikan Nasional.