Konversi sinyal analog keluaran sensor ke digital
3.4. Diagram Alir Program
Diagram alir program merupakan alur jalannya dimulai program hingga hasil data yang telah diproses oleh program dimikrokontroler. Berikut
merupakan diagram alir program dalam pemrosesan data hasil pengukuran sensor kelembaban tanah.
Gambar 3.2 Flowchart cara kerja program
Start
Inisialisasi Program
Tampilkan nilai ke LCD
Delay 800 ms
Stop
Pada gambar diatas, program diawali dengan start yaitu memasukkan semua defenisi register, fungsi, dan konstanta yang digunakan, kemudian
pada inisialisasi program yaitu mendefinisikan chip mikrokontroler yang digunakan dalam program ADC seperti port yang digunakan, pengaktifan
ADC dan jenis LCD yang digunakan. Data output sensor elektroda konfigurasi Wenner berupa sinyal analog dikonversikan menjadi sinyal
digital oleh ADC yang ada di dalam mikrokontroler kemudian data tersebut dikirim ke LCD sebagai display dengan waktu tunda 800ms,
program selesai dan akan terus berulang saat dilakukan perulangan pengukuran.
3.5. Prosedur Penelitian
3.5.1. Skematik Rangkaian Seluruh Sistem Alat Ukur Kelembaban
Tanah.
Gambar 3.3 Rangkaian alat ukur kelembaban tanah
menggunakan elektroda konfigurasi Wenner berbasis mikrokontroler ATMega16
Gambar rangkaian diatas terdiri dari dua bagian. Rangkaian I merupakan rangkaian catu daya power suply. Catu daya ini
tersusun atas trafo CT 2A, diodadan kapasitor serta menggunakan IC regulator 7805 dan 7905 untuk keluaran ± 5volt, 7812 dan 7912
untuk keluaran ±12 volt. Catu daya ini berfungsi sebagai sumber tegangan untuk mikrokontroler dan sensor. Sensor yang digunakan
adalah elektroda konfigurasi Wenner, terdiri dari empat buah probe sejajar dengan jarak antar probe sebesar 0,5 cm, panjang probe 5
cm dan diameter probe 1,5 mm.
1,5 mm 0,5 cm
5 cm
A B
P R
Gambar 3.4 Elektroda konfigurasi Wenner
Probe AB dihubungkan dengan catu daya sebagai injeksi arus ketanah probe ke 5 volt dan probe B ke ground, kemudian probe
PR dihubungkan ke pengkondisi sinyal yang telah terhubung ke port data port A0 pada mikrikontroler dan akan menghasilkan
data sebagai deteksi air dalam tanah berupa beda potensial tegangan keluaran.
Dan rangkaian minimum standar mikrokontroler yang dihubungkan dengan rangkaian pengkondisi sinyal dan LCD.
• Rangkaian minimum standar mikrokontroler yang digunakan
adalah rangkaian standar yang direkomendasi pabrik yang menggunakan catu daya 5 volt terhubung pada pin 10 Vcc dan
11 GND. •
Rangkaian pengkondisi sinyal berfungsi untuk mengkondisikan sinyal keluaran dari sensor, baik di pertahankan
ataupundikuatkan agar dapat diproses oleh mikrokontroler. Terdiri dari IC AD620 yang merupakan modifikasi dari
rangkaian penguat intrumentasi, memiliki tingkat akurasi yang tinggi dan noise sangat kecil dapat diabaikan yang hanya
memerlukan satu buah resistor eksternal dan IC LF356 sebagai IC yang digunakan untuk menguatkan lagi keluaran dari AD620
agar lebih stabil. •
LCDyang digunakan adalah LCD karakter 16x2, hanya mampu menampilkan angka dan huruf sebanyak 2 baris dengan 16
karakter setiap barisnya. Dilengkapi dengan TRIM sebagai pengatur kecerahan backlight LCD. Catu daya yang digunakan
adalah 5 volt dan terhubung langsung dengan pin RS,RW, E, D4, D5, D6 dan D7 pada mikrokontroler.
3.5.2. Pengujian
A. Rangkaian Mikrokontroler ATMega16
Pengujian pada rangkaian mikrokontroler ATMega16 ini dapat dilakukan dengan menghubungkan rangkaian ini dengan
rangkaian power suplay sebagai sumber tegangan. Kaki 40 dihubungkan dengan sumber tegangan 5 volt, sedangkan kaki 20
dihubungkan dengan ground. Kemudian tegangan pada kaki 40 diukur dengan menggunakan volt meter. Dari hasil pengujian
didapatkan tegangan pada kaki 40 sebesar 4,96 volt. Langkah selanjutnya adalah memberikan program sederhana pada
mikrokontroler ATMega16, program yang diberikan adalah program untuk menampilkan karakter pada LCD.
B. Pengkondisi Sinyal
Sinyal keluaran sensor sangat lemah, hampir tidak dapat terbaca oleh mikrokontroler. Oleh karena itu diperlukan
pengkondisi sinyal untuk menguatkan sinyal keluaran sensor agar dapat terbaca oleh mikrokontroler. Penguat pada alat ini
mengguankan IC AD620 dan IC LF356. � =
49,4 ��
500 ��
+ 1 = 100 ����
Sinyal ini dikuatkan sebesar 100 kali oleh IC AD620 yakni dengan menggunakan resistor sebesar 500 ohm dan akan
dikuatkan lagi oleh IC LF356 sebanyak 10 kali, jadi total penguatan adalah sebanyak 1000 kali.
C. Sampel Tanah Menggunakan Metode Gravitasi
Prosedur yang dilakukan dalam pengukuran kadar air tanah menggunakan metode gravimetri adalah sebagai berikut:
1 Disiapkan peralatan berupa : timbangan, labu kimia
erlenmeyer, dan oven. 2
Disiapkan tanah kompas kering sebanyak 1000 gram. 3
Dicampurkan dengan air sebanyak 100 mL 4
Diaduk antara tanah dengan air tersebut hingga merata. 5
Ditimbang labu kimia. 6
Dimasukkan tanah yang telah diadon dengan air sebanyak 50gram kedalam labu kimia.
7 Ditimbang kembali labu kimia tersebut beserta isinya
kemudian ditutup. 8
Dibuka penutup labu kimia, kemudian dikeringkan dengan oven dan diatur pada suhu ±100
o
C selama beberapa jam hingga tanah benar-benar kering.
9 Setelah itu, dimatikan oven dan dinginkan labu kimia.
10 Tutup kembali labu kimia, kemudian timbang kembali.
11 Dilakukan hal yang sama untuk volume air 200 mL, 300
mL, 400 mL dan 500 mL. 12
Dicatat hasil pengukuran. 13
Dihitung kadar air tanah menggunakan rumus 1.
D. Sampel Tanah Menggunakan Sistem Sensor
Untuk pengujian pada sensor ini, probe AB dihubungkan dengan power suplai sebagai injeksi arus ketanah probe A ke
5 Volt danprobe B ke ground, kemudian probe PR dihubungkan ke pengkondisi sinyal yang telah terhubung port
data port A0 pada mikrokontroler. Kemudian pada mikrokontroler diberikan program ADC untuk mengukur
tegangan keluaran dari elektroda ketika diinjeksi aruslistrik. Program ADC adalah program yang mampu mengubah sinyal
atau tegangan analog menjadi informasi digital dan keluarannya dalam bentuk nilai tegangan yang ditampilkan
pada sinyal display LCD Sebelum memulai pengukuran, siapkan sampel yang akan
diuji terlebih dahulu yaitu tanah kompas sebanyak 1000 gram yang ditempatkan dalam sebuah pot plastik berdiameter 10 cm
dengan tinggi pot 15 cm. Selain itu, semua rangkaian dipastikan dalam keadaan baik dan terhubung dengan sumber
tegangan dan kemudian diaktifkan. Setelah itu tancapkan sensor kedalam tanah dan ditunggu beberapa saat hingga
pembacaan pada LCD stabil, catat hasil tegangan output sensor. Dilakukan pengulangan pengukuran sebanyak 5 kali
untuk setiap sampel. Ada 5 variasi sampel yang digunakan yaitu tanah kompas kering+100 mL air, tanah kompos kering
+200 mL air, tanah kompos kering +300 mL air, tanah kompos kering+400 mL air dan tanah kompos kering +500 mL air. Air
yang digunakan adalah aquades.
Gambar 3.5. Skematik pengambilan data arus dan tegangan pada konfigurasi Wenner.
Dari gambar di atas dapat dilihat arus di ukur pada titik di antara probe terluar sensor sebagai supply arus Current
measured. Dan tegangan output sensor diukur pada probe dalam Voltage measured, kemudian dihubungkan pada port
data port A = port sumber data analog ke ADC pada mikrokontroler pada mikrokontroler untuk diproses dan akan
ditampilkan pada display LCD.
3.6. Metode Analisis Data
A. Analisa Regresi Linier
Analisa regresi dalam statistika merupakan metode untuk menentukan hubungan sebab akibat antara sutu variabel dengan variabel-variabel
yang lain. Atau bisa juga dikatan bahwa teknik yang digunakan untuk membangun persamaan garis lurus dan menggunakan persamaan
tersebut untuk membuat perkiraan. Analisa regsresi linier ialah bentuk hubungan dimana variabel
bebas X maupun variabel terikat Y sebagai vaktor yang berpangkat satu.
Regresi linier ini dibedakan menjadi: 1
Regresi linier sederhana dengan bentuk fungsi :Y = a + bX + e, 2
Regresi linier berganda dengan bentuk fungsi : Y = b0 + b1X1 + ... + bpXp + e
Dari kedua fungsi diatas 1 dan 2; masing-masing berbentuk garis lurus linier sederhana dan bidang datar linier berganda. Metode
yang digunakan untuk analisa data dalam penelitian ini adalah analisis regresi linier sederhana.
Bentuk hubungan yang paling sederhana antara variabel X dengan variabel Y adalah berbentuk garis lurus atau berbentuk hubungan liner
yang disebut dengan regresi linier yang sederhana atau sering disebut regresi linier saja dengan persamaan matematiknya adalah sebagai
berikut : Y = A + BX
6 Apabila A dan B mengambil nilai seperti : A =0 dan B=1, persamaan
6 akan menjadi : Y=X
7 Persamaan 7 Adalah suatu bentuk persamaan yang paling sederhana
dari regresi linier sederhana. Dari persamaan 6, A dan B disebut konstanta atau koefesien regresi linier sederhana atau parameter garis
regresi linier sederhana. A disebut intercept coefficient atau intersep yaitu jarak titik asal atau titik acuan dengan titik potong garis regresi
dengan sumbu Y; dan disebut slope coefficient atau slup yang menyatakan atau menunjukkan kemiringan atau kecondongan garis
regresi terhadap sumbu X. Dari persamaan garis regresi 7 di atas, dalam hubungan tersebut terdapat satu variabel bebas X dan satu
variebel bebas X dan satu variabel tak bebas Y.
A. Intersep Intercept
Intersep merupakan titik perpotongan antara suatu garis dengan sumbu Y pada diagramsumbu kartesius saat nilai X=0 atau nilai rata-rata
pada variabel Y apabila nilai pada variabel X bernilai 0. Intersep hanyalah suatu konstanta yang memungkinkan munculnya koefesien
lain di dalam model regresi. Intersep tidak selalu dapat atau perlu untuk diinterpretasikan.
B. Kemiringan Slope
Secara matematis,slope merupakan ukuran kemiringan dari suatu garis, koefesien regresi untuk variabek X. Dalam konsep statistika,
slope merupakan suatu nilai yang menunjukkan seberapa besar kontribusi yang diberikan variabel X terhadap variabel Y. Nilai slope
dapat pula diartikan sebagai rata-rata penambahan atau pengurangan yang terjadi pada variabel Y untuk setiap peningkatan satu satuan
variabel X.
C. Koefisian Determinasi R
2
Koefisian determinasi adalah besarnya keragaman informasi di dalam variabel Y yang dapat diberikan oleh model regresi yang
didapatkan. Nilai R
2
berkisar antara 0 s.d 1. Apabila nilai R
2
dikalikan 100 maka hal ini menunjukkan persentase keragaman informasi di
dalam variabel Y yang dapat diberikan oleh model regresi yang didapatkan. Semakin besar nilai R
2
, semakin baik model regresi yang diperoleh.Kurniawan, 2008.
Metode regresi linier dapat pula digunakan untuk mencocokkan data terhadap fungsi-fungsi eksponensial dalam beberapa kasus yang
disebut dengan regresi eksponensial. Kita ingat kembali, secara umum fungsi eksponensial dapat dinyatakan sebagai
bx
y ae
= 8
Dalam hal ini, fungsi eksponensial memberikan banyak fenomena yang berbeda-beda di dalam ilmu teknik. Parameter a dan b dapat kita
tentukan dengan sedikit manipulasi matematis dasar. Regresi Eksponensial digunakan untuk menentukan fungsi
eksponensial yang paling sesuai dengan kumpulan titik data xn,yn yang diketahui. Regresi
Eksponensial merupakan
pengembangan dari
regresi linier dengan
memanfaatkan fungsi
logaritmik.
BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Pengukuran Menggunakan Metode Gravimetri
Hasil pengukuran kadar air tanah dengan beberapa variasi volume air yang dicampurkan dengan kompos sebanyak 1000 gram menggunakan metode
gravimetri adalah sebagai berikut:
Tabel 4.1 Hasil Pengukuran Kadar Air Tanah Menggunakan Metode Gravimetri Volume air,
Va mL Massa tanah basah,
Mtb gram Massa tanah kering,
Mtk gram Kadar Air Tanah,
KAT 100
50 43,5
13 200
50 40
20 300
50 34
32 400
50 31
38 500
50 26,5
47
Gambar 4.1 Grafik hubungan antara Va dengan KAT
Grafik di atas adalah hasil pengukuran kadar air tanah menggunakan teknik pengukuran kadar air tanah gravimetri, yaitu perhitungan kadar air tanah
berdasarkan perbandingan massa tanah basah dengan massa tanah kering setelah
y = 0,086x + 4,2 R² = 0,9914
5 10
15 20
25 30
35 40
45 50
100 200
300 400
500 600
K A
T
Va mL