TUGAS AKHIR - Sistem pengukuran konduktivitas air kolam ikan - USD Repository

  

TUGAS AKHIR

SISTEM PENGUKURAN KONDUKTIVITAS AIR KOLAM IKAN

  Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

  Program Studi Teknik Elektro Oleh :

  TIPER KORNELES MUWARBERTO UNIPLAITA NIM : 105114046

  

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  

TUGAS AKHIR

SISTEM PENGUKURAN KONDUKTIVITAS AIR KOLAM IKAN

  Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

  Program Studi Teknik Elektro Oleh :

  TIPER KORNELES MUWARBERTO UNIPLAITA NIM : 105114046

  

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  

FINAL PROJECT

FISH POND WATER CONDUCTIVITY MEASUREMENT SYSTEM

  Presented as Partial Fulfillment of the Requirements To Obtain the Sarjana Teknik Degree in Electrical Engineering Study Program

  TIPER KORNELES MUWARBERTO UNIPLAITA NIM : 105114046

  

ELECTRICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

DEPARTMENT OF ELECTRICAL ENGINEERING

FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa tugas akhir ini tidak memuat karya atau bagian karya orang lain, kecuali yang telah disebutkan dalam kutipan dan daftar pustaka sebagaimana layaknya karya ilmiah.

  Yogyakarta, 25 Agustus2014 Tiper Korneles Muwarberto Uniplaita

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  MOTTO: Aku Berpikir Maka Aku Ada Oleh

  Rene Descartes Skripsi Ini Saya Persembahkan Untuk.…….

  TUHAN YESUS yang selalu menyertai saya Papa, Mama dan Adik atas dukungannya “Saudara-saudara”yang selalu menemani

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN

PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK

KEPENTINGAN AKADEMIS

  Yang bertan datangan dibawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma : Nama : Tiper Korneles Muwarberto Uniplaita Nomor Mahasiswa : 105114046

  Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma karya ilmiah saya yang berjudul :

SISTEM PENGUKURAN KONDUKTIVITAS AIR KOLAM IKAN

  Beserta perangkat yang diperlukan (bila ada). Dengan demikian saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma untuk menyimpan, mengalihkan dalam bentuk media lain, mengelolahnya dalam bentuk pangkalan data, mendistribusikan secara terbatas, dan mempublikasikannya di internet atau media lain untuk kepentingan akademis tanpa perlu meminta ijin dari saya maupun memberikan royalti kepada saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis.

  Demikian pernyatan ini saya buat dengan sebenarnya. Yogyakarta, 25 Agustus2014 Tiper Korneles Muwarberto Uniplaita

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  

INTISARI

  Masyarakat di tepian sungai membudidayakan ikan air tawar sebagai mata pencaharian. Sungai dengan kualitas air yang baik dapat meningkatkan kelangsungan hidup ikan. Namun, jika air sungai terkontaminasi dengan unsur-unsur kimiawi yang merusak, maka tingkat kelangsungan hidup ikan menurun. Sistem pengukuran konduktivitas air kolam ikan berfungsi mengukur nilai konduktivitas air pada kolam ikan. Informasi nilai konduktivitas digunakan sebagai data monitoring pada sistem akuisisi data dan indikator kontrol pada sistem kontrol.

  Sistem pengukuran konduktivitas air kolam ikan menggunakan tegangan DC sebagai sumber eksitasi pada dua pole elektroda. Sistem ini menggunakan empat sensor

• 1 -1 -1 -1

  konduktivitas dengan nilai konstanta sel 1cm , 2cm , 5cm dan 10cm . Sistem pengukuran konduktivitas air kolam ikan hanya melakukan pengukuran setelah menerima instruksi dari sistem akuisisi data. Sistem akuisisi data dan sistem pengukuran konduktivitas air kolam ikan berkomunikasi secara serial menggunakan rangkaian RS-485.

• 1 -1 -1

  Sensor konduktivitas dengan konstanta sel 1cm , 2cm dan 5cm mampu melakukan pengukuran konduktivitas dalam jangkauan pengukuran 0µS/cm sampai 5000µS/cm. Setiap sensor memiliki daerah jangkauan pengukuran yang berbeda-beda.

• 1

  Sensor konduktivitas dengan konstanta sel 1cm mampu melakukan pengukuran konduktivitas pada jangkauan nilai 163µS/cm sampai 756µS/cm dengan tingkat kesalahan rata-rata 1% dan tingkat ketidakstabilan rata-rata 3%. Sensor konduktivitas dengan

• 1

  konstanta sel 2cm mampu melakukan pengukuran konduktivitas pada jangkauan nilai 1199µS/cm sampai 2090µS/cm dengan tingkat kesalahan rata-rata 1% dan tingkat

• 1

  ketidakstabilan rata-rata 1%. Sensor konduktivitas dengan konstanta sel 5cm mampu melakukan pengukuran konduktivitas pada jangkauan nilai 3750µS/cm sampai 5690µS/cm dengan tingkat kesalahan rata-rata 0% dan tingkat ketidakstabilan rata-rata 1%. Sistem juga mampu melakukan koreksi suhu pada pengukuran konduktivitas dan melakukan komunikasi dengan sistem akuisisi data. Kata kunci : pengukuran konduktivitas air, eksitasi DC.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  

ABSTRACT

  People who live on the edge of river, raising fishes for their living. Rivers with high quality water can increase the lifetimeof fishes. But, if the water contaminated by harmful chemical then the lifetime of fishes will decrease. The function of “Fish Pond Water Conductivity Measurement System” is measured conductivity value of water. This information is used as data monitoring in data acquisition system and control indicator in system control.

  This system uses DC voltage as excitation sourcein two pole electrodes. There are

• 1 -1 -1 -1 four conductivity sensors with four constant cell values, 1cm , 2cm , 5cm and 10cm .

  The system will measures water conductivity if received instruction from acquisition system. Fish Pond Water Conductivity Measurement System and acquisition system communicate using RS-485.

• 1 -1 -1

  Four conductivity sensors with four constant cell values 1cm , 2cm , 5cm and

• 1

  10cm able to measuring conductivity on 0µS/cm-5000µS/cm. Every sensor has a

• 1

  different range. Sensors with constant cell 1cm is able to measuring on 163µS/cm-756

• 1

  µS/cm with 1% average of error and 3% unstable level. Sensors with constant cell 2cm is able to measuring on 1199µS/cm-2090µS/cm with 1% average of error and 1% unstable

• 1

  level. Sensors with constant cell 5cm is able to measuring on 3750µS/cm-5690µS/cm with 0% average of error and 1% unstable level. The system is able to correct water temperature change and communicate with acquisition system. Keywords: water conductivity measurement, DC excitation.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  Syukur kepada Tuhan Yesus Kristus atas segala penyertaan dan kasih-Nya sehingga tugas akhir dengan judul ”Sistem Pengukuran Konduktivitas Air Kolam Ikan” ini dapat diselesaikan dengan baik.

  Tugas akhir ini dapat diselesaikan dengan bantuan banyak pihak. Oleh karena itu penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada:

  1. Kedua orang tua tercinta atas doa dan motivasi kepada penulis.

  2. Bapak Martanto, S.T., M.T., selaku dosen pembimbing atas bimbingan selama pengerjaan tugas akhir ini.

  3. Seluruh dosen teknik elektro dan laboran yang memberikan ilmu dan pengetahuan kepada penulis selama masa kuliah.

  4. Teman-teman teknik elektro angkatan 2010 yang selalu memberikan semangat dalam pengerjaan tugas akhir ini. Tugas akhir ini memiliki banyak kelemahan sehingga penulis mengharapkan kritik dan saran untuk pengembang tugas akhir ini. Akhir kata, semoga tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi semua pihak. Terima kasih.

  Penulis Tiper Korneles Muwarberto Uniplaita

  PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  DAFTAR ISI Halaman

  ....................................................................................................... i

  HALAMAN JUDUL

  ......................................................................................... iii

  HALAM PERSETUJUAN

  .................................................................................... iv

  HALAMAN PENGESAHAN

  ................................................................... v

  PERNYATAAN KEASLIAN KARYA

  ..................................... vi

  HALAMAN PERSEMBAHAN DAN MOTO HIDUP LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA

  .......................................... vii

  ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

  ....................................................................................................................... viii

  INTISARI

  ..................................................................................................................... ix

  ABSTRACT

  ................................................................................................... x

  KATA PENGANTAR

  ................................................................................................................... xi

  DAFTAR ISI

  .................................................................................................. xiv

  DAFTAR GAMBAR

  ........................................................................................................ xvi

  DAFTAR TABEL

  ............................................................................................. 1

  BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang ........................................................................................................... 1 1.2. Tujuan dan Manfaat Penelitian .................................................................................. 2 1.3. Batasan Masalah ........................................................................................................ 2 1.4. Metodologi Penelitian ................................................................................................ 3

  ............................................................................................... 5

  BAB II DASAR TEORI 2.1. Air Kolam Ikan .......................................................................................................... 5 2.2. Konduktivitas Listrik ................................................................................................. 5

  2.2.1. Konstanta Sel ............................................................................................ 6

  2.2.2. Efek Suhu .................................................................................................. 8

  2.2.3. Metode Pengukuran Konduktivitas ........................................................... 9 2.3. Rangkaian Pembagi Tegangan ................................................................................ 10 2.4. Sensor Suhu ............................................................................................................. 11 2.5.

  LCD(Liquid Crystal Display) .................................................................................. 12

  2.6.1. Arsitektur dan Konfigurasi Pin ATMega32 ............................................ 13

  3.8.2. Flowchart Subroutine Terima Data ........................................................ 34

  4.4.1. Pengujian Catu Daya 5 Volt .................................................................... 54

  4.3.3. Hasil Pengukuran Sistem pada Air Habitat Ikan Dan Air Kolam Sistem Kontrol ............................................................... 52 4.4. Pengujian Subsistem Pengukuran Konduktivitas Air Kolam Ikan .......................... 54

  4.3.2. Hasil Pengukuran Sistem pada Larutan NaOH ....................................... 48

  4.3.1. Pengujian Larutan NaOH ........................................................................ 47

  ................................................................ 39 4.1. Perangkat Sistem Pengukuran Konduktivitas Air Kolam Ikan ............................... 39 4.2. Pengoperasian Sistem Pengukuran Konduktivitas Air Kolam Ikan ........................ 45 4.3. Pengujian Sistem Pengukuran Konduktivitas Air Kolam Ikan ............................... 47

  BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

  Kirim Data .......................................................... 37

  Flowchart Subroutine

  3.8.3. Flowchart Subroutine Pengukuran Nilai Konduktivitas ......................... 35 3.8.4.

  Pemilihan Nilai KonstantaSel ............................. 33

  2.6.2. ADC(Analog to Digital Converter) ATMega32 ..................................... 14

  Flowchart Subroutine

  Perancangan Catu Daya 5 Volt ................................................................................ 28 3.5. Perancangan Minimum Sistem ................................................................................ 29 3.6. Perancangan Rangkaian Tombol Tekan .................................................................. 31 3.7. Perancangan Rangkaian LCD 16x2 ......................................................................... 31 3.8. Perancangan Program ............................................................................................. 32 3.8.1.

  3.2.2. Perancangan Rangkaian Sensor Konduktivitas ....................................... 26 3.3. Perancangan Sensor LM35 ...................................................................................... 27 3.4.

  3.2.1. Perancangan Konstanta Sel ..................................................................... 25

  ......................................................... 24 3.1. Arsitektur Sistem .................................................................................................... 24 3.2. Perancangan Sensor Konduktivitas ......................................................................... 25

  BAB III PERANCANGAN PENELITIAN

  Transistor BJT Sebagai Saklar ................................................................................ 21

  Regulator Tegangan ................................................................................................. 18 2.9. Relay Elektromekanis .............................................................................................. 20 2.10.

  2.6.3. Komunikasi Serial USART ATMega32 ................................................. 15 2.7. Komunikasi Serial RS-485 ...................................................................................... 17 2.8.

  

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  4.4.3. Pengujian Rangkaian Tombol Tekan ...................................................... 57

  4.4.4. Pengujian ADC untuk Sensor Konduktivitas .......................................... 57

  4.4.5. Pengujian Pengukuran Resistansi ........................................................... 60

  4.4.6. Pengujian Sensor Suhu ............................................................................ 61

  4.4.7. Pengujian Koreksi Suhu .......................................................................... 62

  4.4.8. Pengujian Rangkaian Driver Relay ......................................................... 65

  4.4.9. Pengujian Komunikasi Serial RS-485 .................................................... 65 .................................................................. 68

  BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan .............................................................................................................. 68 5.2. Saran ........................................................................................................................ 68

  ................................................................................................. 70

  DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN LAMPIRAN A Data Hasil Pengukuran Konduktivitas Larutan

  NaOH di LAB BBTKLPP Yogyakarta ................................................... L1 Program Mikrokontroler ............................................................. L4

  LAMPIRAN B Listing

LAMPIRAN C Rangkaian Elektronik Sistem ................................................................ L10

LAMPIRAN D Data Hasil Pengukuran Sistem .............................................................. L12

  Perancangan Resistor R ........................................................................ L21

  LAMPIRAN E S

  Alat Ukur Konduktivitas Benchtop H 208G ......................................... L23

  LAMPIRAN F LAMPIRAN G Flowchart Pengoperasian Sensor Konduktivitas dengan

• -1 -1 -1

  Konstanta Sel 1cm , 2cm dan 5cm ................................................... L25

  PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 1.1. Blok Diagram Sistem Monitoring Kualitas Air Kolam Ikan .......................... 3

• 1

Gambar 2.1. Elektroda dengan K = 1cm [12] .................................................................. 6

  C

Gambar 2.2. Model Elektroda untuk Pengukuran Konduktivitas[12] ................................. 7Gambar 2.3. Grafik Koreksi Suhu pada Pengukuran Konduktivitas[13] ............................ 9Gambar 2.4. Rangkaian Pembagi Tegangan[14] ............................................................... 10Gambar 2.5. Bentuk Fisik Sensor Suhu LM35[16] ........................................................... 11Gambar 2.6. LCD 16 x 2[17] ............................................................................................. 12Gambar 2.7. Konfigurasi Pin ATMega32[18] ................................................................... 13Gambar 2.8. Konfigurasi Pin IC MAX485[19] ................................................................. 17Gambar 2.9. Rangkaian Regulator Tegangan DC[20] ...................................................... 19Gambar 2.10. Rangkaian Penyearah Tegangan AC[20]...................................................... 19Gambar 2.11. Bagian-bagian Relay Elektromekanis[21] .................................................... 20Gambar 2.12. Konfigurasi Common Emitter[20] ............................................................. 21Gambar 2.13. Garis Beban DC Transistor N-P-N[20] ..................................................... 22

  Gambar3.1. Blok Diagram Sistem Pengukuran Konduktivitas Air Kolam Ikan .............. 24

• 1

Gambar 3.2. Elektroda dengan K =1cm ......................................................................... 25

  c

• 1

Gambar 3.3. Elektroda dengan K = 2cm ........................................................................ 25

  c

• 1

Gambar 3.4. Elektroda dengan K = 5cm ........................................................................ 26

  c

• 1

Gambar 3.5. Elektroda dengan K =10cm ....................................................................... 26

  c

Gambar 3.6. Rangkaian Sensor Konduktivitas .................................................................. 27Gambar 3.7. Skema Rangkaian Sensor LM35 ................................................................. 27Gambar 3.8. Catu Daya 5 Volt ......................................................................................... 28Gambar 3.9. Rangkaian ATMega32 ................................................................................. 29Gambar 3.10. Rangkaian Clock Eksternal, Rangkaian Reset dan RS-485 .......................... 30Gambar 3.11. RangkaianTombol Tekan ............................................................................. 31Gambar 3.12. Rangkaian LCD 16x2 .................................................................................. 32Gambar 3.13. Flowchart Progam Sistem Pengukuran Konduktivitas Air Kolam Ikan ...... 32Gambar 3.14. Flowchart Subroutine Pemilihan Nilai Konstanta Sel ................................. 33Gambar 3.15. Flowchart Subroutine Terima Data .............................................................. 34Gambar 3.16. Flowchart Subroutine Pengukuran Nilai Konduktivitas .............................. 35

  PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Gambar 3.17. Flowchart Subroutine Konversi ADC .......................................................... 36Gambar 3.18. Flowchart Subroutine Hitung Nilai Konduktivitas ...................................... 37Gambar 3.19. Flowchart Subroutine Kirim Data ................................................................ 37

  Gambar4.1. Perangkat Sistem Pengukuran Konduktivitas Air Kolam Ikan .................... 39

Gambar 4.2. Terminal AC 220 Volt dan Saklar On-Off Kotak Pengukuran ..................... 40Gambar 4.3. Rangkaian Catu Daya 5 Volt ........................................................................ 40Gambar 4.4. Rangkaian Minimum Sistem ........................................................................ 41Gambar 4.5. TombolTekan dan LCD ................................................................................. 41Gambar 4.6. Terminal Komunikasi RS-485 dan Terminal Sensor .................................... 42

• 1

Gambar 4.7. Kerangka Sensor Konduktivitas K =1cm ................................................... 42

  C

Gambar 4.8. Sensor Suhu ................................................................................................... 43Gambar 4.9. Grafik Penurunan Nilai Konduktivitas Terhadap Waktu .............................. 43Gambar 4.10. Rangkaian Driver Relay ............................................................................... 44Gambar 4.11. Skema Pengoperasian Sistem ....................................................................... 45

• 1

Gambar 4.12. Tampilan Hasil Pengukuran dengan K =1cm ............................................ 46

  C

  Gambar4.13. Hubungan Konsentrasi dan Konduktivitas Larutan NaOH .......................... 47

Gambar 4.14. Hubungan Pengukuran Alat Ukur Baku dan Sistem .................................... 49

• 1 -1 -1

Gambar 4.15. Jangkauan Pengukuran Konstanta Sel 1cm , 2cm dan 5cm .................... 50Gambar 4.16. Listing Program LCD ................................................................................... 56Gambar 4.17. Tampilan LCD

  “PILIH SENSOR” dan“ K=1 K=2 K=5 K=10” .................. 56

Gambar 4.18. Listing Program Tombol Tekan .................................................................... 57Gambar 4.19. Tampilan

  LCD untuk Pilihan Konstanta Sel “K=1” .................................... 57

Gambar 4.20. Listing Program Konversi ADC ................................................................... 58Gambar 4.21. Pengaruh Perubahan Tegangan 0,01Volt .................................................... 59Gambar 4.22. Listing Program Pengukuran Resistansi ....................................................... 60Gambar 4.23. Listing Program Sensor Suhu ....................................................................... 61Gambar 4.24. Pengukuran Suhu oleh Sistem dan Alat Ukur Baku ..................................... 62Gambar 4.25. Listing Program Koreksi Suhu ..................................................................... 63Gambar 4.26. Listing Program Driver Relay ....................................................................... 65Gambar 4.27. Listing Program Komunikasi Serial RS-485 ................................................ 66

  PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 2.1. Standar Kualitas Air Kolam Ikan[8][9] ............................................................ 5Tabel 2.2. Jangkauan Pengukuran Konstanta Sel[11] ....................................................... 7Tabel 2.3. Fungsi Pin LCD 16x2[17] .............................................................................. 12Tabel 2.4. USART Baudrate Register[18] ...................................................................... 15Tabel 2.5. Perhitungan Nilai UBRR[18] ......................................................................... 15Tabel 2.6. Register UCSRA[18] ...................................................................................... 15Tabel 2.7. Register UCSRB[18] ...................................................................................... 16Tabel 2.8. Setting untuk Ukuran Karakter[18] ................................................. 16Tabel 2.9. Register UCSRC[18] ...................................................................................... 17Tabel 2.10. Mode Paritas[18] ............................................................................................ 17Tabel 2.11. Fungsi Pin IC MAX485[19] ........................................................................... 18Tabel 2.12. Tegangan Masukan Minimum pada IC LM78xx[20] .................................... 18Tabel 3.1. Fungsi Port ATMega32 .................................................................................. 29Tabel 4.1. Hasil Pengukuran Konduktivitas Alat Ukur Baku dan Sistem ....................... 48

• 1

Tabel 4.2. Tingkat Ketidakstabilan Hasil Pengukuran Konduktivitas K =1cm ........... 51

  C

• 1

Tabel 4.3. Tingkat Ketidakstabilan Hasil Pengukuran Konduktivitas K =2cm ........... 51

  C

• 1

Tabel 4.4. Tingkat Ketidakstabilan Hasil Pengukuran Konduktivitas K =5cm ........... 52

  C

Tabel 4.5. Hasil Pengukuran Konduktivitas Air Habitat Ikan ......................................... 53Tabel 4.6. Hasil Pengukuran Konduktivitas Air Kolam Sistem Kontrol ........................ 53Tabel 4.7. Perbandingan Tegangan Catu Daya Perancangan dan Pengukuran ............... 54Tabel 4.8. Persentase Drop Tegangan Catu Daya Satu saat Berbeban............................ 55Tabel 4.9. Persentase Drop Tegangan Catu Dua dan Catu Daya Tiga saat Berbeban .... 56Tabel 4.10. Tegangan Hasil Pengukuran dan Hasil Konversi pada Pin ADC0-ADC3 ..... 58Tabel 4.11. Pengaruh perubahan 0,01Volt Terhadap Pengukuran Konduktivitas ............ 59Tabel 4.12. Hasil Pengukuran Resistansi oleh Sistem ...................................................... 61Tabel 4.13. Hasil Pengukuran Suhu oleh Sistem dan Alat Ukur Baku ............................. 62

• 1

Tabel 4.14. Hasil Koreksi Suhu untuk Konstanta sel 1cm .............................................. 64

• 1

Tabel 4.15. Hasil Koreksi Suhu untuk Konstanta sel 2cm .............................................. 64

• 1

Tabel 4.16. Hasil Koreksi Suhu untuk Konstanta sel 5cm .............................................. 64Tabel 4.17. Kondisi Terminal Bersama Relay ................................................................... 65

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Tabel 4.18. Pengiriman dan Penerimaan Data pada Sistem Pengukuran

  Konduktivitas Air Kolam Ikan dan Sistem Akuisisi Data .............................. 67

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Banyak masyarakat di tepian sungai membudidayakan ikan air tawar. Mereka

  memanfaatkan aliran air sungai untuk mengisi kolam-kolam tempat budidaya ikan. Sungai dengan kualitas air yang baik dapat meningkatkan kelangsungan hidup ikan. Namun, jika air sungai terkontaminasi dengan unsur-unsur kimiawi yang merusak, maka tingkat kelangsungan hidup ikan menurun. Eka Sari Dewi[1] melakukan penelitian yang membuktikan bahwa tingkat salinitas air berpengaruh terhadap tingkat kelangsungan hidup ikan. Nybakken[2] menyatakan bahwa terdapat hubungan antara salinitas dan konduktivitas. Jika air memiliki tingkat salinitas yang tinggi, maka air tersebut juga memiliki tingkat konduktivitas yang tinggi.

  Kualitas air ditentukan berdasarkan beberapa parameter seperti suhu, kekeruhan, pH(derajat keasaman), DO(dissolved oxygen) dan konduktivitas[3]. Setiap parameter memiliki nilai yang berbeda-beda untuk menentukan tingkat kelayakan air sebagai tempat hidup ikan. Nilai parameter tersebut dapat digunakan sebagai indikator pengamanan terhadap kualitas air kolam ikan.

  Berdasarkan hal di atas, penulis membuat sistem pengukuran konduktivitas air kolam ikan. Sistem ini dapat dihubungkan dengan sistem akuisisi data dan sistem kontrol kualitas air. Sistem pengukuran konduktivitas air kolam ikan terdiri dari sensor, display dan mikrokontroler. Keluaran sistem ini berupa nilai konduktivitas air dalam bentuk paket data. Paket data digunakan untuk komunikasi dengan sistem akuisisi data dan sistem kontrol secara serial. Sistem akuisisi data dan sistem kontrol merupakan sistem lain yang melakukan monitoring dan kontrol terhadap kualitas air kolam ikan.

  Penelitian Sergio Ramalho dkk[4], Sumariyah dkk[5] dan Ari Mustaghfirotur Robah[6] menggunakan tegangan AC(alternating current) sebagai catu daya sensor. Penggunaan tegangan AC sebagai catu sensor membutuhkan banyak rangkaian pendukung seperti osilator frekuensi, detektor fase, low pass filter dan pengkondisi sinyal. Sistem pengukuran konduktivitas air kolam ikan menggunakan tegangan DC(direct current) sebagai catu daya sensor untuk mengurangi penggunaan banyak rangkaian elektronika. Sistem pengukuran konduktivitas air kolam ikan merupakan pengembangan dari alat ukur

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  2 pengukuran konduktivitas pada suhu air yang tetap, sedangkan sistem pengukuran konduktivitas air kolam ikan dapat melakukan pengukuran pada suhu air yang berubah- ubah.

  Pada proses pengukuran, sampel air dialirkan melewati sensor konduktivitas dan sensor suhu. Kedua sensor tersebut menghasilkan keluaran berupa tegangan DC sesuai dengan nilai konduktivitas dan suhu air. Mikrokontroler mengubah tegangan DC menjadi data digital menggunakan fasilitas ADC(analog to digital converter). Data digital digunakan untuk menghitung nilai konduktivitas air berdasarkan algoritma yang ditetapkan. Mikrokontroler menampilkan nilai konduktivitas dan suhu air pada LCD (liquid crystal display) serta mengemas nilai konduktivitas dalam paket data untuk dikirim ke sistem akuisisi data dan sistem kontrol. Sistem akuisisi data menggunakan data konduktivitas untuk monitoring kualitas air kolam ikan. Sistem kontrol menggunakan data konduktivitas sebagai indikator kontrol. Jika nilai konduktivitas air kolam ikan melebihi standar yang ditetapkan yaitu 5000 µS/cm (mikrosiemens/cm) maka sistem kontrol melakukan aksi kontrol untuk menetralkan nilai konduktivitas air kolam ikan.

  1.2. Tujuan dan Manfaat Penelitian

  Tujuan dari penelitian ini adalah menghasilkan sistem pengukuran konduktivitas air kolam ikan yang dapat dihubungkan secara serial dengan sistem akuisisi data dan sistem kontrol. Manfaat dari penelitian ini adalah membantu para pembudidaya ikan air tawar untuk mengetahui tingkat konduktivitas air kolam ikan dan meningkatkan kinerja serta efisiensi pengamanan kualitas air kolam ikan.

  1.3. Batasan Masalah

  Batasan masalah dalam penelitian ini adalah : a. Sistem pengukuran konduktivitas air kolam ikan merupakan bagian dari sistem kualitas air kolam ikan.

  monitoring b.

  Nilai konduktivitas air kolam ikan yang diukur adalah 0µS/cm -5000µS/cm.

  c.

  Menggunakan sensor konduktivitas tipe Two Pole Cell yang disuplai tegangan DC.

• 1 -1 -1 -1 d.

  , 2cm ,5cm dan 10cm . Menggunakan konstanta sel dengan nilai 1cm e.

  Menggunakan sensor suhu LM35.

  f.

  Menggunakan mikrokontroler ATMega32.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  3

1.4. Metodologi Penelitian

  Penulisan skripsi ini menggunakan metode-metode: a. Pengumpulan referensi, artikel dan jurnal ilmiah.

  b.

  Perancangan hardware dan software. Tahap ini bertujuan mencari bentuk rancangan yang tepat untuk sistem yang dibuat. Hal tersebut dilakukan dengan mempertimbangkan berbagai aspek permasalahan dan kebutuhan. Perancangan sistem pengukuran konduktivitas air kolam ikan dilakukan berdasarkan gambar 1.1.

  Sampel Sensor suhu dan Mikrokontroler air konduktivitas

  LCD Pengukuran kekeruhan

  Akuisisi Kontrol data

  Pengukuran pH Pengukuran DO

Gambar 1.1. Blok Diagram Sistem Monitoring Kualitas Air Kolam Ikan

  Sistem monitoring kualitas air kolam ikan terdiri dari enam subsistem yaitu pengukuran konduktivitas, pengukuran pH, pengukuran kekeruhan, pengukuran DO, akuisisi data dan kontrol. Hasil pengukuran empat subsistem pertama dikirim ke subsistem akuisisi data untuk disimpan dan ditampilkan dalam bentuk grafik. Subsistem akuisisi data mengirimkan hasil pengukuran dari keempat subsistem pengukuran ke subsistem kontrol. Subsistem kontrol menggunakan data tersebut sebagai indikator aksi kontrol terhadap kualitas air kolam ikan. Subsistem pengukuran konduktivitas terdiri dari beberapa bagian seperti pada gambar 1.1.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  4 Mikrokontroler pada subsistem pengukuran konduktivitas air kolam ikan menggunakan tegangan DC dari keluaran sensor suhu dan sensor konduktivitas untuk menghitungan nilai konduktivitas air kolam ikan. Nilai konduktivitas air kolam ikan yang diperoleh dari hasil perhitungan ditampilkan pada LCD dan dikemas dalam paket data untuk dikirim ke subsistem akuisisi data secara serial. Proses pengukuran dan pengiriman dilakukan setelah mikrokontroler menerima perintah pengukuran yang dikirim oleh subsistem akuisisi data ke subsistem pengukuran konduktivitas air kolam ikan.

  c.

  Pembuatan hardware dan software. Tahap ini bertujuan untuk merealisasikan perancangan dan alur kerja dari sistem seperti yang diterangkan pada bagian perancangan hardware dan software.

  d.

  Pengambilan data. Data yang diambil adalah keluaran setiap subsistem seperti tegangan keluaran sensor suhu, keluaran sensor konduktivitas, pembacaan ADC, nilai konduktivitas pada LCD dan data hasil pengiriman pada sistem akuisisi data. Proses pengambilan data dilakukan pada sampel air dengan nilai konduktivitas yang berbeda-beda.

  e.

  Analisis dan kesimpulan penelitian. Analisis terhadap sistem dilakukan dengan membandingkan nilai konduktivitas hasil pengukuran sistem dan hasil pengukuran alat ukur terkalibrasi. Analisis terhadap subsistem dilakukan dengan melihat pengaruh keluaran subsistem terhadap keluaran sistem utama. Penyimpulan hasil percobaan didasarkan pada tingkat kesesuaian antara nilai konduktivitas hasil pengukuran sistem dengan nilai konduktivitas hasil pengukuran alat ukur terkalibrasi.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

BAB II DASAR TEORI Bab ini berisikan teori-teori sebagai dasar dalam perancangan sistem pengukuran

  konduktivitas air kolam ikan. Teori-teori yang digunakan adalah air kolam ikan, konduktivitas listrik, rangkaian pembagi tegangan, sensor suhu LM35, mikrokontroler ATMega32, ADC ATMega32, LCD 16x2, komunikasi serial ATMega32, komunikasi serial RS-485, regulator tegangan, relay elektromekanis dan transistor BJT sebagai saklar.

2.1. Air Kolam Ikan[8]

  Air kolam ikan adalah air yang digunakan untuk budidaya ikan yang berada di kolam. Kolam berfungsi menampung air dalam jumlah tertentu untuk pemeliharaan ikan dan atau hewan air lain. Berdasarkan pengertian teknis, kolam merupakan suatu perairan buatan yang luasnya terbatas dan sengaja dibuat manusia agar mudah dikelola dalam hal pengaturan air, jenis hewan budidaya dan target produksi. Kolam selain sebagai media hidup ikan juga harus berfungsi sebagai sumber makanan alami bagi ikan, artinya kolam harus berpotensi untuk dapat menumbuhkan makanan alami.

  Kolam ikan dengan kualitas air yang baik dapat menunjang kehidupan ikan dan organisme lain di dalamnya. Tingkat kualitas air kolam ikan ditentukan berdasarkan nilai parameter yang telah ditetapkan. Berikut parameter-parameter yang harus dipenuhi untuk mendapatkan kualitas air kolam ikan yang baik.

Tabel 2.1. Standar Kualitas Air Kolam Ikan[8][9]

  No Parameter Rentang nilai Satuan

  o

  1 Suhu 25-30 C

  2 Keasaman 6,7-8,6 pH

  3 Oksigen Terlarut 5-6 ppm

  4 Kekeruhan 25-100 JTU

5 Konduktivitas 0-5000 µS/cm 2.2.

   Konduktivitas Listrik[10]

  Konduktivitas listrik (electrical conductivity) adalah ukuran kemampuan suatu bahan untuk menghantarkan arus listrik. Konduktivitas listrik dapat digunakan sebagai

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  6 parameter untuk mengukur konsentrasi ion dan aktivitas suatu larutan. Semakin banyak garam, asam atau alkali dalam larutan, semakin tinggi nilai konduktivitas.

2.2.1. Konstanta Sel[11]

  Konstanta sel adalah rasio antara jarak dan luas area dari elektroda yang digunakan sebagai sensor konduktivitas. Konstanta sel dirumuskan pada persamaan 2.1.

  (2.1) Keterangan:

• 1

  K = Konstanta sel (cm )

  C

  2 A = Luas area elektroda (cm )

  d = Jarak antara elektroda (cm) Nilai K (konstanta sel) yang sering digunakan sebagai standar pengukuran

  C

• 1 -1

  konduktivitas adalah 1cm . Konstanta sel 1cm memiliki panjang elektroda sebesar 1cm, lebar elektroda sebesar 1cm dan jarak antara kedua elektroda sebesar 1cm. Bentuk

• 1

  elektroda sensor konduktivitas dengan ukuran konstanta sel 1cm ditunjukan pada gambar 2.1.

• 1

Gambar 2.1. Elektroda dengan K = 1cm [12]

  C

• 1

  Nilai konstanta sel sensor konduktivitas tidak selalu 1cm , namun dapat disesuaikan

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  

Lowest

range

Tabel 2.2. Jangkauan Pengukuran Konstanta Sel[11]

  No

  Cell Constant

  Over range

  7

  Design range

  High range

• 1
• 1

  (µS/cm)

  (µS/cm)

  )

  (cm

  (µS/cm) 1 0,01 0 to 10 1 to 1 0 to 100 1 to 1000 2 0,02 0 to 20 1 to 2 0 to 200 1 to 2000 3 0,1 0 to 100 1 to 10 0 to 1000 1 to 10000 4 0,2 0 to 200 1 to 20 0 to 2000 1 to 20000 5 0,5 0 to 500 1 to 50 0 to 5000 1 to 50000 6 1,0 0 to 1000 1 to 100 0 to 10000 1 to 100000 7 2,0 0 to 2000 1 to 200 0 to 20000 1 to 200000 8 5,0 0 to 5000 1 to 500 0 to 50000 1 to 500000 9 10,0 0 to 10000 1 to 1000 0 to 100000 1 to 1000000

  10 20,0 0 to 20000 1 to 2000 0 to 200000 1 to 2000000 11 50,0 0 to 50000 1 to 5000 0 to 500000 1 to 5000000 Konfigurasi elektroda sensor untuk pengukuran konduktivitas dapat dibuat seperti

gambar 2.2. Sisi A dan sisi B terbuat dari bahan konduktor sedangkan sisi yang lain terbuat dari bahan isolator. Jika model sensor konduktivitas tersebut diisi dengan larutan yang

  memiliki nilai konduktivitas tertentu, maka nilai konduktansinya dapat dihitung dengan persamaan 2.2.

  (2.2) Keterangan: G = Konduktansi (siemens) σ

  = Konduktivitas (siemens.cm

  ) l = Jarak antara elektroda A dan B (cm) A = Luas area elektroda A dan B (cm

  2

  )

  (µS/cm)

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  8 Persamaan konduktivitas diperoleh dari hasil subtitusi persamaan 2.1 ke persamaan 2.2 seperti yang ditunjukan pada persamaan 2.3.

  (2.3) Konduktivitas secara matematis adalah perkalian konstanta sel dan konduktansi. Prinsip yang sama juga berlaku untuk menentukan nilai resistansi larutan yang ditunjukan pada persamaan 2.4.

  (2.4) Keterangan: R = Resistansi ( ohm )

  = Resistivitas ( ohm.cm ) ρ l = Jarak antara elektroda A dan B ( cm )

  2 A = Luas area elektroda A dan B ( cm ) 2.2.2.

   Efek Suhu[13]

  Pengukuran konduktivitas bergantung pada suhu. Suhu yang meningkat menyebabkan ion-ion yang terdapat pada air lebih mudah bergerak. Ion yang mudah bergerak mengakibatkan lebih banyak arus listrik yang mengalir dari elektroda satu ke elektroda yang lain sehingga konduktivitas meningkat.

  Suhu referensi digunakan sebagai pembanding hasil pengukuran konduktivitas pada suhu yang berubah-ubah. Suhu referensi yang digunakan adalah 25°C. Alat ukur konduktivitas mengukur konduktivitas dan suhu air, kemudian mengubah nilai konduktivitas pengukuran berdasarkan suhu referensi menggunakan fungsi koreksi suhu seperti yang ditunjukan pada persamaan 2.5.

  (2.5)

• - Keterangan:

  = Konduktivitas pada suhu referensi (µS/cm)

  σ

  = Konduktivitas pada suhu pengukuran (µS/cm)

  σ o

  T = Suhu pengukuran (

  C)

  o

  T = Suhu referensi (

  C)

  Ref

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  9 Grafik koreksi suhu pada gambar 2.3 menunjukan bahwa koreksi suhu akurat pada batas T

  1

  = 26°C dan T = 14°C dengan T = 25°C. Perbedaan T dan T yang besar dapat

2 Ref Ref meningkatkan resiko error pada perhitungan nilai konduktivitas.

Gambar 2.3. Grafik Koreksi Suhu pada Pengukuran Konduktivitas[13] 2.2.3.

   Metode Pengukuran Konduktivitas[10] Metode pengukuran konduktivitas terdiri dari metode kontak dan metode induktif.

  Penggunaan kedua metode tersebut tergantung dari nilai konduktivitas, jumlah padatan tersuspensi dan sifat korosif larutan. Metode induktif lebih baik pada pengukuran larutan yang bersifat korosif, tersuspensi dan memiliki nilai konduktivitas tinggi. Pada penilitian ini, air yang menjadi objek pengukuran tidak bersifat korosif dan tersuspensi sehingga metode pengukuran yang digunakan adalah metode kontak.