RANCANG BANGUN SISTEM PENGUKURAN SEDIMENTASI LUMPUR BERBASIS GELOMBANG ULTRASONIK DENGAN MIKROKONTROLLER ARDUINO - ITS Repository
TUGAS AKHIR - TT 090361
RANCANG BANGUN SISTEM PENGUKURAN
SEDIMENTASI LUMPUR BERBASIS GELOMBANG
ULTRASONIK DENGAN MIKROKONTROLLER
ARDUINO
Mochamad Sueb
NRP 2411 031 019
Dosen Pembimbing :
Detak Yan Pratama, ST, MSc.
NIP. 19840101 2012121 002
Program Studi DIII Metrologi dan Instrumentasi
Jurusan Teknik Fisika
Fakultas Teknologi Industri
Institut Teknologi Sepuluh Nopember
Surabaya 2014
i
FINAL PROJECT - TT 090361
DESIGN OF MEASUREMENT SYSTEM OF
SEDIMENTATION SLUDGE BASED ON ULTRASONIK
WAVES AND ARDUINO MICROCONTROLLER
Mochamad Sueb
NRP 2411 031 019
Supervisor :
Detak Yan Pratama, ST, MSc.
NIP. 19840101 2012121 002
Diploma III of Metrology And Instrumentation
Department of Engineering Physics
Faculty of Industrial Technology
Sepuluh Nopember Institute of Technology
Surabaya 2014
ii
iii
iv
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT dan
baginda besar rasulullah SAW atas segala rahmat dan
anugerahnya sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir
ini dengan judul :
“RANCANG BANGUN SISTEM PENGUKURAN
SEDIMENTASI LUMPUR BERBASIS GELOMBANG
ULTRASONIK DENGAN MIKROKONTROLLER
ARDUINO”
Tugas akhir ini disusun guna memenuhi persyaratan bagi
seorang mahasiswa untuk memperoleh gelar Ahli Madya bidang
studi instrumentasi, program studi D-3 Metrologi dan Teknik
Instrumentasi, jurusan Teknik Fisika, Fakultas Teknologi Industri,
Institu Teknologi Sepuluh Nopember
Penulis mengucapkan banyak terima kasih kepada semua
pihak yang telah membantu baik secara langsung maupun secara
tidak langsung dalam pengerjaan dan pembelajaran tugas akhir
ini. Beberapa pihak tersebut antara lain:
1. Bapak Dr. Ir. Totok Soehartanto, DEA selaku Kepala Jurusan
Teknik Fisika ITS Surabaya.
2. Bapak Dr. Ir. Purwadi Agus Darwito, M.Sc selaku Ketua
Program Studi Diploma III Metrologi dan Teknik
Instrumentasi, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.
3. Bapak Ir. Ya'umar, MT selaku Dosen Wali dan yang telah
memberikan arahan selama menjalani masa perkuliahan
hingga menyelesaikan tugas akhir ini.
4. Bapak Detak Yan Pratama ST MSc. selaku Dosen
Pembimbing yang setia mendampingi, membimbing,
mengkritisi, dan memotivasi pengerjaan tugas akhir ini.
5. Bapak dan Ibu dosen penguji Jurusan Teknik Fisika beserta
karyawan atas ilmu dan dedikasinya.
vii
6. Teman teman D3 Metrologi dan Teknik Instrumentasi
angkatan 2011, 2012, 2013, dan para senior 2010
laboratorium fisis yang selalu mendukung dalam segala hal.
Penulis menyadari bahwa tugas akhir ini tidaklah sempurna,
tetapi penulis berharap ini dapat memberikan kontribusi yang
berarti dan dapat menambah wawasan bagi pembaca. Semoga
awal dari permulaan yang panjang ini dapat membawa manfaat
dan hikmat bagi kita semua dan juga semoga hari esok lebih baik
dari hari ini.
Surabaya, 17 Juli 2014
Penulis
viii
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL
LEMBAR PENGESAHAN
ABSTRAK
ABSTRACT
KATA PENGANTAR
DAFTAR ISI
DAFTAR GAMBAR
DAFTAR TABEL
BAB I PENDAHULUAN
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
Latar Belakang
Perumusan Masalah
Tujuan
Manfaat
Batasan Masalah
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Sedimentasi
2.2 Tipe Sedimentasi
2.3 Arduino UNO
2.3.2 Arduino UNO
2.3.3 Komunikasi
2.3.4 Chip
2.3.5 Koneksi USB
2.3.6 Fasilitas chip
2.3.7 Ukuran Board
2.3.8 Bahasa Pemograman
2.3.9 Library
2.3.10 Pengembangan Aplikasi
2.4 Sensor Ultrasonik HC SR04
2.5 Potensiometer 10k
BAB III PERANCANGAN DAN PEMBUATAN
ALAT
3.1 Perancangan Dan Pembuatan Alat
3.2 Perancangan Sistem
3.3.1 Perancangan Sistem Mekanik
ix
i
iii
v
vi
vii
ix
xi
xii
1
1
2
2
2
3
4
4
6
8
8
8
9
9
9
9
9
10
10
13
14
14
3.3.2 Perancangan system elektrik
3.3 Desain Alat Ukur Sedimentasi Lumpur
3.4 Software Arduino UNO
BAB IV ANALISA DAN PEMBAHASAN
4.1 Analisa Data Dan Pembahasan
BAB V PENUTUP
5.1 Kesimpulan
14
14
19
21
39
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
x
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Batuan Sedimen
Gambar 2.2 Board Arduino Uno
Gambar 2.3 Sensor Ultrasonic HC-SR04
Gambar 2.4 Potensiometer 10k
Gambar 2.6 Diagram Blok Sistem Pengukuran
Gambar 3.1 Flowchart Perancangan Alat
Gambar 3.2 Desain Alat Ukur Sedimentasi Lumpur
Gambar 3.3 Diagram Blok Sistem Pengukuran
Sedimentasi Lumpur
Gambar 3.4 Rangkaian Komponen Elektrik Alat Ukur
Sedimentasi Lumpur
Gambar 3.5 Sistem Pengukuran Sidementasi Lumpur
Gambar 3.6 Software Arduino
Gambar 4.1 Grafik Hubungan tegangan (v) sebagai
fungsi jarak Ultrasonik HC SR04
Gambar 4.2 Grafik Hubungan tegangan (v) sebagai
fungsi jarak Potensiometer 10k.
Gambar 4.3 Grafik hubungan pengukuran
menggunakan sensor ultrasonik
HC SR04 dengan jarak sebenarnya.
Gambar 4.4 Grafik hubungan pengukuran
menggunakan potensiometer 10k
dengan jarak sebenarnya.
Gambar 4.5 Grafik pengukuran sedimen dengan
tinggi air 28cm.
Gambar 4.6 Grafik pengukuran sedimen dengan
tinggi air 26cm.
Gambar 4.7 Grafik pengukuran sedimen dengan
tinggi air 24cm.
Gambar 4.8 Grafik pengukuran sedimen dengan
tinggi air 22cm.
Gambar 4.9 Grafik pengukuran sedimen dengan
tinggi air 20cm.
xi
3
5
10
11
13
13
15
15
17
18
19
22
23
25
27
29
31
33
35
37
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Deskripsi Arduino UNO
Tabel 3.1 Keterangan Gambar sistem Alat ukur
sedimentasi lumpur
Tabel 3.2 Keterangan Konfigurasi Pin Sensor Ultrasonik
HC SR 04 Dengan Mikrokontroller Arduino
Tabel 3.3 Keterangan Konfigurasi Pin Potensiometer
10k Dengan Mikrokontroller Arduino
Tabel 4.1 Pengukuran tegangan (v) keluaran yang
dihasilkan sensor Ultrasonik HC SR04
Tabel 4.2 Pengukuran tegangan (v) keluaran
yang dihasilkan Potensiometer 10k.
Tabel 4.3 Perbandingan antara pengukuran
menggunakan sensor ultrasonik
HC SR04 dengan jarak sebenarnya.
Tabel 4.4 Perbandingan antara pengukuran
menggunakan Potensiometer 10k
dengan jarak sebenarnya.
Tabel 4.5 Hasil Data Pengukuran sedimentasi
Lumpur Dengan Tinggi Air 28cm
Tabel 4.6 Hasil Data Pengukuran sedimentasi
Lumpur Dengan Tinggi Air 26cm
Tabel 4.7 Hasil Data Pengukuran sedimentasi
Lumpur Dengan Tinggi Air 24cm
Tabel 4.8 Hasil Data Pengukuran sedimentasi
Lumpur Dengan Tinggi Air 22cm
Tabel 4.9 Hasil Data Pengukuran sedimentasi
Lumpur Dengan Tinggi Air 20cm
xii
6
16
18
18
21
23
24
26
28
30
32
34
36
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Batuan Sedimen
Gambar 2.2 Board Arduino Uno
Gambar 2.3 Sensor Ultrasonic HC-SR04
Gambar 2.4 Potensiometer 10k
Gambar 2.6 Diagram Blok Sistem Pengukuran
Gambar 3.1 Flowchart Perancangan Alat
Gambar 3.2 Desain Alat Ukur Sedimentasi Lumpur
Gambar 3.3 Diagram Blok Sistem Pengukuran
Sedimentasi Lumpur
Gambar 3.4 Rangkaian Komponen Elektrik Alat Ukur
Sedimentasi Lumpur
Gambar 3.5 Sistem Pengukuran Sidementasi Lumpur
Gambar 3.6 Software Arduino
Gambar 4.1 Grafik Hubungan tegangan (v) sebagai
fungsi jarak Ultrasonik HC SR04
Gambar 4.2 Grafik Hubungan tegangan (v) sebagai
fungsi jarak Potensiometer 10k.
Gambar 4.3 Grafik hubungan pengukuran
menggunakan sensor ultrasonik
HC SR04 dengan jarak sebenarnya.
Gambar 4.4 Grafik hubungan pengukuran
menggunakan potensiometer 10k
dengan jarak sebenarnya.
Gambar 4.5 Grafik pengukuran sedimen dengan
tinggi air 28cm.
Gambar 4.6 Grafik pengukuran sedimen dengan
tinggi air 26cm.
Gambar 4.7 Grafik pengukuran sedimen dengan
tinggi air 24cm.
Gambar 4.8 Grafik pengukuran sedimen dengan
tinggi air 22cm.
Gambar 4.9 Grafik pengukuran sedimen dengan
tinggi air 20cm.
ix
3
5
10
11
13
13
15
15
17
18
19
22
23
25
27
29
31
33
35
37
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Deskripsi Arduino UNO
Tabel 3.1 Keterangan Gambar sistem Alat ukur
sedimentasi lumpur
Tabel 3.2 Keterangan Konfigurasi Pin Sensor Ultrasonik
HC SR 04 Dengan Mikrokontroller Arduino
Tabel 3.3 Keterangan Konfigurasi Pin Potensiometer
10k Dengan Mikrokontroller Arduino
Tabel 4.1 Pengukuran tegangan (v) keluaran yang
dihasilkan sensor Ultrasonik HC SR04
Tabel 4.2 Pengukuran tegangan (v) keluaran
yang dihasilkan Potensiometer 10k.
Tabel 4.3 Perbandingan antara pengukuran
menggunakan sensor ultrasonik
HC SR04 dengan jarak sebenarnya.
Tabel 4.4 Perbandingan antara pengukuran
menggunakan Potensiometer 10k
dengan jarak sebenarnya.
Tabel 4.5 Hasil Data Pengukuran sedimentasi
Lumpur Dengan Tinggi Air 28cm
Tabel 4.6 Hasil Data Pengukuran sedimentasi
Lumpur Dengan Tinggi Air 26cm
Tabel 4.7 Hasil Data Pengukuran sedimentasi
Lumpur Dengan Tinggi Air 24cm
Tabel 4.8 Hasil Data Pengukuran sedimentasi
Lumpur Dengan Tinggi Air 22cm
Tabel 4.9 Hasil Data Pengukuran sedimentasi
Lumpur Dengan Tinggi Air 20cm
ix
6
16
18
18
21
23
24
26
28
30
32
34
36
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Dalam dunia industri, terdapat tempat penampungan air
(waduk) yang berfungsi sebagai supplai air untuk pembangkit
tenaga listrik. Pada musim penghujan secara alami tempat
penampungan air tersebut akan mengalami pendangkalan akibat
sendimentasi lumpur yang terjadi karena proses pemisahan
padatan yang terkandung dalam limbah cair dan pembuangan
sampah sembarangan yang terkena gaya gravitasi dalam air dan
menyebabkan pendangkalan waduk sehingga akan mempengaruhi
perubahan kapasitas air tampungan waduk tersebut. Sehingga
diperlukan pengamatan level air supaya kapasitas air sesuai
kebutuhan supplai air untuk pembangkit tenaga listrik. Selain itu
pengamatan level air tersebut juga penting untuk mencegah
terjadinya banjir.[3]
Sehingga dilakukan pengukuran dengan menggunakan alat
echo sounder tersebut kemudian dioperasikan diatas perahu yang
bergerak secara perlahan-lahan di atas jalur penampang
pengukuran dari titik ikat / patok seberang menuju ke titik ikat /
patok berdiri alat.[1]
Oleh karena itu, dibutuhkan alat yang bisa mengukur
ketinggian sedimen pada penampungan air sebagai upaya
efisiensi biaya dan waktu. Dalam Tugas Akhir ini yaitu rancang
bangun sistem pengukuran sedimentasi lumpur pada tempat
penampungan level air.
I.2 Permasalahan
Permasalahan yang diangkat dalam Tugas Akhir ini yaitu :
a. bagaimana cara merancang dan membangun alat ukur
sendimentasi lumpur menggunakan hambatan potensio
10k dengan sensor ultrasonik HC SR04 ?
b. bagaimana
prosedur dan metode pengukuran
sendimentasi lumpur menggunakan menggunakan
1
2
hambatan potensio 10k de ngan sensor ultrasonik HC
SR04 ?
c. bagaimana cara menentukan ketinggian sendimentasi
lumpur dari hasil menggunakan hambatan potensio 10k
dengan sensor ultrasonik HC SR04?
I.3 Tujuan Tugas Akhir
a. Merancang dan membangun alat ukur sendimentasi
lumpur menggunakan hambatan potensio 10k dengan
sensor ultrasonik HC SR04.
b. Mengukur sendimentasi lumpur dengan menggunakan
hambatan potensio 10k de ngan sensor ultrasonik HC
SR04.
c. Menentukan ketinggian sendimentasi lumpur dari hasil
menggunakan hambatan potensiometer 10k dengan
sensor ultrasonik HC SR04.
I.4 Manfaat
Dengan adanya rancang bangun sistem pengukuran
sedimentasi lumpur menggunakan sensor ultrasonik HC SR04
dan hambatan berupa potensiometer 10k yaitu :
a. Dapat mengukur titik alat hingga sampai atas permukaan
sedimen
b. Dapat mengukur kedalaman air sampai atas permukaan
sedimen
c. Dapat mengukur tinggi sedimen
1.5 Batasan Masalah
Batasan masalah yang digunakan pada penelitian ini
adalah:
a. Menggunakan sensor ultrasonik HC SR04 dan hambatan
berupa potensio 10k.
b. Pengujian alat dilakukan dibak penguji dengan ukuran
panjang = 70cm, 50cm dengan tinggi 40cm.
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Sedimentasi
Sedimentasi adalah proses terbawanya material hasil
pelapukan dan erosi oleh air, angin, atau gletser untuk diendapkan
di suatu wilayah. Proses sedimentasi berkaitan erat dengan
peristiwa erosi. Karena itulah, sedimentasi dapat diartikan sebagai
proses pengendapan hasil erosi oleh tenaga erosi pada tempattempat yang lebi rendah, berupa cekungan seperti danau, sungai,
dan waduk. Banyaknya endapan sedimentasi hasil erosi
menunjukkan tingkat sedimentasi yang tinggi. Akibat dari
terjadinya proses sedimentasi adalah timbulnya pendangkalan
pada sungai, danau, dan waduk. Selanjutnya, semua hasil
pelapukan material yang diendapkan melalui proses sedimentasi
lama-kelamaan akan menjadi batuan sedimen. [3]
Gambar 2.1 Batuan sedimen
muka
Sedimentasi menyebabkan jarak antara muka air dan
endapan semakin pendek sehingga menimbulkan
3
4
pendangkalan. Pendangkalan sungai membawa dampak serius.
bencana banjir disebabkan oleh semakin sedikitnya volume air
yang bisa ditampung oleh sungai, waduk, dan danau. Pada waduk
yang berfungsi sebagai PLTA, sedimentasi akan mengurangi
volume air sebagai sumber pembangkit listrik.
2.2 Tipe Sedimentasi
Berdasarkan pada jenis partikel dan kemampuan partikel
untuk berinteraksi, sedimentasi dapat diklasifikasi ke dalam
empat tipe yaitu:
a. Pengendapan partikel diskret, partikel mengendap secara
individual dan tidak ada interaksi antar-partikel
b. Pengendapan partikel flokulen, terjadi interaksi antarapartikel sehingga ukuran meningkat dan kecepatan
pengendapan pengendapan bertambah
c. Pengendapan pada lumpur bilogis, dimana gaya antarapartikel saling menahan partikel lainnya untuk
mengendap
d. Terjadi pemampatan partikel yang telah mengendap yang
terjadi karena berat partikel. [3]
2.3 Arduino
Arduino Uno adalah board berbasis mikrokontroler pada
ATMega 328.Board ini memiliki 14 digital input / ouput
pin (dimana 6 pin dapat digunakan sebagai ouput PWM),
6 input analog,16 MHz osilator kristal, koneksi USB, jack listrik
dan tombol reset. Pin – pin ini berisi semua yang diperlukan
untuk mendukung mikrokontroler, hanya terhubung ke komputer
dengan kabel USB atau sumber tekanan bisa didapat dari adaptor
AC – DC atau baterai untuk menggunakannya. Arduino Uno R3
berbeda de ngan s emua board sebelumnya karena Arduino Uno
R3 ini tidak menggunakan chip driver FTDI USB-to-serial.
Melainkan menggunakan fitur dari ATMega 16U2 yang
diprogram sebagai converter USB to serial.[2]
Board Arduino Uno memiliki fitur – fitur baru sebagai
berikut:
a. Pinout : menambahkan SDA dan SCL pin yang dekat
ke pin aref dan dua pin baru lainnya ditempatkan dekat
5
ke pin RESET, dengan I/O REF yang memungkinkan
sebagai buffer untuk beradaptasi dengan tegangan
yang disediakan dari board sistem. Pengembangannya,
sistem akan lebih kompatibel dengan prosesor yang
menggunakan AVR, yang beroperasi dengan 5V dan
dengan Arduino karena beroperasi dengan 3,3V. Yang
kedua adalah pin yang tidak terhubung, yang
disediakan untuk tujuan pengembangannya.
b. Sirkuit reset
c. ATMega 16U2 ganti 8U yang digunakan sebagai
konverter USB-to-serial.
Gambar 2.2 Mikrokontroller Arduino Uno
6
Tabel 2.1 Deskripsi Arduino Uno
2.3.2 Catu Daya
Arduino Uno dapat diaktifkan melalui koneksi USB
atau dengan catu daya eksternal. Sumber listrik dipilih
secara otomatis. Eksternal (non-USB) daya dapat berupa
baik AC-DC adaptor atau baterai. Adaptor ini dapat
7
dihubungkan dengan cara menghubungkan plug pusat
positif 2.1 mm ke dalam board colokan listrik.
Sedangkan untuk baterai dapat di hubungkan
kedalam header pin GND dan Vin dari konektor Power.
Board dapat beroperasi pada pasokan daya dari 6
– 20 volt. Jika diberikan dengan kurang dari 7V
bagaimanapun, pin 5V dapat menyeluplai kurang dari 5
volt dan board mungkin tidak stabil. Jika menggunakan
lebih dari 12V, regulator bisa panas dan merusak board.
Rentang yang dianjurkan adalah 7V – 12V. Selain itu,
beberapa pin memiliki fungsi khusus :
a. Serial : 0 ( RX) dan 1 ( TX). Digunakan untuk
menerima (RX) dan mengirim (TX) data TTL
serial. Pin ini terhubung ke pin yang sesuai dari
chip ATMega 8U2 USB-to-Serial TTL.
b. Eksternal Interupsi : 2 dan 3. Pin ini dapat dapat
dikonfigurasi untuk memicu interupsi pada nilai
yang rendah, tepi naik atau jatuh, atau
perubahan nilai. Lihat attchInterrupt() fungsi
untuk rincian.
c. PWM : 3 ,5,6,9,10, dan 11. Menyediakan 8-bit
output PWM dengan analog Write fungsi.
d. SPI : 1 0 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13
(SCK). Pin ini mendukung komunikasi SPI
menggunakanlibrary SPI.
e. LED : 1 3. Ada built-in LED terhubung
ke pin digital 13. Ketika pin adalah nilai
TINGGI. LED menyala, ketika pin adalah
RENDAH, itu off.
Arduino Uno R3 memiliki 6 input analog diberi
label A0 sampai A5, masing – masing menyediakan 10bit resolusi (yaitu 1024 nilai yang berbeda). Secara
default sistem mengukur dari ground sampai 5 vol t,
meskipun mungkin untuk mengubah ujung atas rentang
mengunakan pin AREF dan fungsi analog Reference.
Selain itu, beberapa pin memiliki fungsi khusus :
8
a.
TWI : A 4 atau SDA pin dan A5 atau SCL pin.
Mendukung komunikasi TWI
b.
AREF : Referensi tegangan untuk input analog.
Digunakan dengan analogReference
c.
RESET
2.3.3 Komunikasi
Arduino Uno memiliki sejumlah fasilitas untuk
berkomunikasi dengan komputer, Arduino lain, atau
mikrokontroler lainnya. ATmega328 menyediakan
UART TTL (5V) komunikasi serial, yang tersedia
di pin digital 0 (RX) dan 1 (TX). Sebuah ATmega16U2
pada board ini komunikasi serial melalui USB dan
muncul sebagai com port virtual untuk perangkat lunak
pada komputer. Firmware '16U2 menggunakan
USB driver standar COM, dan tidak ada driver eksternal
yang diperlukan. Namun pada Windows, file. Inf
diperlukan. Perangkat lunak Arduino termasuk monitor
serial yang memungkinkan data sederhana yang akan
dikirim ke boardArduino. RX dan TX di board LED akan
berkedip ketika data sedang dikirim melalui chip USB-toserial dan koneksi USB ke komputer (tetapi tidak untuk
komunikasi serial pada pin 0 dan 1). Fungsi ini digunakan
untuk melakukan komunikasi interface pada sistem.
ATmega328 juga mendukung komunikasi I2C (TWI) dan
SPI.
2.3.4 Chip
Chip pada Arduino sudah dilengkapi dengan
bootloader yang akan menangani proses upload dari
komputer. Dengan adanya bootloader ini kita tidak
memerlukan chip programmer lagi, kecuali untuk
menanamkan bootloader pada chip yang masih blank. [2]
2.3.5 Koneksi USB
Sambungan dari komputer ke board Arduino
menggunakan USB, bukan serial atau parallel port.
Sehingga akan mudah menghubungkan Arduino ke PC
9
(Personal Computer) atau laptop yang tidak memeliki
serial atau parallel port. [2]
2.3.6 Fasilitas chip
Arduino menggunakan chip AVR ATmega
168/328 yang memiliki fasilitas PWM, komunikasi serial,
ADC, timer, interrupt, SPI dan I2C. sehingga Arduino
bisa digabungkan bersama modul atau alat lain dengan
protokol yang berbeda-beda. [2]
2.3.7 Ukuran board
Ukuran board Arduino cukup kecil, sehingga
sangat memudahkan untuk dibawa. [2]
2.3.8 Bahasa pemrograman
Walaupun bahasa pemrograman Arduino adalah
bahasa C/C++, tetapi dengan penambahan library dan
fungsi-fungsi standar membuat pemrograman Arduino
lebih mudah dipelajari. Contoh, untuk mengirimkan nilai
HIGH pada pin 10 pada Arduino, cukup menggunakan
fungsi digitalWrite (10, HIGH); sedangkan jika
menggunakan bahasa C aslinya adalah PORT B.[2]
2.3.9 Library
Arduino menyediakan library yang sangat
banyak untuk menghubungkan Arduino dengan macammacam sensor, aktuator maupun modul komunikasi.
Misalnya library untuk mouse, keyboard, servo, GPS,
dsb. Karena Arduino bersifat open source, maka librarylibrary ini juga open source dan dapat di download
secara gratis di website Arduino. [2]
2.3.10 Pengembangan aplikasi
Dengan bahasa yang lebih mudah dan adanya
library dasar yang lengkap, maka mengembangkan
aplikasi elektronik relatif lebih mudah. Contoh, jika ingin
membuat aplikasi sensor suhu, cukup membeli sebuah IC
sensor suhu (misalnya LM35) dan menyambungkan ke
Arduino. Jika suhu tersebut ingin ditampilkan pada LCD,
hanya perlu membeli sebuah LCD dan menambahkan
library LCD pada program yang sama, dan seterusnya. [2]
10
2.4 Sensor Ultrasonik HC SR04
Gelombang ultrasonik adalah gelombang dengan besar
frekuensi diatas frekuensi gelombang suara yaitu lebih dari 20
KHz. Seperti telah disebutkan bahwa sensor ultrasonik terdiri dari
rangkaian pemancar ultrasonik yang disebut transmitter dan
rangkaian penerima ultrasonik yang disebut receiver. Sinyal
ultrasonik
yang
dibangkitkan
akan
dipancarkan
dari transmitter ultrasonik.[5]
Ketika sinyal mengenai benda penghalang, maka sinyal ini
dipantulkan, dan diterima oleh receiver ultrasonik. Sinyal yang
diterima oleh rangkaian receiver dikirimkan ke rangkaian
mikrokontroler untuk selanjutnya diolah untuk menghitung jarak
terhadap benda di depannya (bidang pantul).
Gambar 2.3 Sensor Ultrasonic HC-SR04
2.5 Potensiometer 10k
Potensiometer atau Potensio adalah Resistor yang
mempunyai 3kaki dengan penghubung atau kontak antara kakikaki didalamnya yang dapat diatur / setel ataupun adjust nilai
resistansinya. Potensiometer merupakan komponen elektronika
yang biasanya digunakan alat pengontrol atau pengendali
11
perangkat elektronik, potensiometer j enis i ni karena cu kup
memiliki linearitas output terhadap besaran yang diukurnya.
Gambar 2.4 Potensiometer 10k
12
Halaman Ini Sengaja Dikosongkan
BAB III
PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ALAT
3.1 Perancangan Dan Pembuatan Alat
Dalam pelaksanakan Tugas Akhir ini, digunakan tahapan
metodologi sebagai berikut:
Mulai
Studi Literatur
Perancangan Mekanik:
- pelampung
- Arduino
- Potensiometer 10k
- Sensor Ultrasonik
Gagal
Uji Mekanik
Berhasil
Perancangan Elektrik:
- Arduino
- Sensor Ultrasonik
- Potensiometer 10k
Gagal
Uji Elektrik
Berhasil
PenggabunganSistem:
- Sistem Mekanik
- Sistem Elektrik
Gagal
Uji Sistem
Berhasil
Pengambilan Data Sensor
Penampilan Data
Ketinggian sedimen
Selesai
Gambar 3.1 Flowchart Perancangan Alat
13
14
3.2 Perancangan Sistem
Perancangan alat pengukuran ketinggian sedimentasi pada
lumpur ini terdiri dari perancangan sistem mekanik dan elektrik:
3.2.1 Perancangan Sistem Mekanik
Melakukan perancangan alat yang meliputi penentuan
sistem kerja pengukuran dan desain perangkat seperti
komponen mekanik serta material yang digunakan. Dalam
proses perancangan mekanik ini terdiri dari:
• Pelampung sebagai tempat penampung komponen
elektronik
3.3.2 Perancangan Sistem Elektrik
Pembuatan sistem alat pengukuran ketinggian
sedimentasi lumpur pada sungai atau waduk terdiri dari
komponen elektrik, yaitu pemasangan potensiometer 10k,
sensor ultrasonik,dan USB pada laptop sebagai power suply
sekaligus mengirim data program. Kemudian setelah
terpasang semua disambungkan oleh komponen elektrik
berupa kontroler Arduino UNO ATmega 328. Kemudian di
displaykan menggunakan software arduino.
3.3 Desain Alat Ukur Sedimentasi Lumpur
Adanya pengukur ketinggian sedimentasi lumpur secara
realtime berbasis sistem pengukuran, menjadikan alat pengukur
ketinggian pada waduk atau sungai untuk mengecek ketinggian
lumpur.Untuk itu, alat ini didukung oleh beberapa komponen
pendukung dengan fungsi masing-masing. Dari Flowchart
Perancangan Alat yaitu mengidentifikasi dan perumusan masalah
pada penyusunan alat ukur sedimentasi lumpur pada waduk atau
pun sungai, dari identifikasi tersebut dibuatlah alat ukur
sedimentasi lumpur. Dalam alat ukur tersebut dibutuhkan
komponen yang dibutuhkan yaitu seperti pelampung, arduino,
potensiometer 10k, dan sensor ultrasonik. Setelah mendapatkan
komponen yang dibutuhkan kemudian melakukan perancangan
mekanik, setelah perancangan mekanik kemudian dites supaya
pelampung menerima beban komponen tersebut tidak tenggelam
dalam air.setelah sukses melakukan perancangan mekanik
15
kemudian perancangan elektrik, setelah semua terpasang
kemudian uji sistem alat sedimentasi lumpur bak uji.
Gambar 3.2 Desain alat ukur sedimentasi lumpur
Dari gambar alat ukur sedimentasi lumpur terdapat diagram
blok sistem pengukuran seperti dibawah ini.
Gambar 3.3 Diagram blok sistem pengukuran sedimentasi
lumpur.
16
Berikut dijelaskan secara ringkas mengenai keterangan dari
gambar diatas.
Tabel 3.1 Keterangan Gambar.
No
Detail
Gambar
Nama
Komponen
Fungsi
pada alat
komponen
Pelampung
Sebagai ruang (wadah)
di mana menampung
komponen alat sistem
pengukuran.
2
Potensiometer
10k
Hambatan
pada
potensiometer
digunakan
untuk
mengukur permukaan
hingga kepermukaan
sedimen.
3
Arduino Uno
ATmega328
Berfungsi
controller
komponen
pengukuran.
1
4
sebagai
pada
alat
Sebagai
pengukur
permukaan alat hingga
Sensor
ultrasonic HC permukaan air dengan
gelombang ultrasonik
SR04
minimal
jarak
pengukuran 3cm.
17
Gambar 3.4 Rangkaian komponen elektrik alat ukur sedimentasi
lumpur
Dalam gambar 3.4 Rangkaian elektrik komponen alat ukur
sedimentasi lumpur terdapat 3 komponen elektrik yaitu
potensiometer 10k, sensor ultrasonik HC SR04 yang terhubung
dengan mikrokontroller arduino uno, potensiometer 10k dan
sensor ultrasonik HC SR04 terhubung dengan mikrokontroller
arduino sesuai input output yang digunakan dalam pemograman
arduino. Berikut dijelaskan secara ringkas mengenai keterangan
konfigurasi pin dari gambar diatas.
18
Tabel 3.2 Keterangan Konfigurasi Pin Sensor Ultrasonik HC SR
04 Dengan Mikrokontroller Arduino
PIN
Sensor ultrasonik HC
SR04
Mikrokontroller
Arduino
Ground
Coklat
GND pin Analog
Echo
Merah
Pin Digital 7
Trig
Oranye
Pin Digital 8
vcc
Kuning
Vcc pin 5v Analog
Tabel 3.3 Keterangan Konfigurasi Pin Potensiometer 10k Dengan
Mikrokontroller Arduino
PIN
Potensiometer 10k
Mikrokontroller
Arduino
Ground
Hitam
GND pin Analog
Vcc
Kuning
Vin pin Analog
Output
Merah
A2 pin Analog
Gambar 3.5 Sistem Pengukuran Sedimentasi lumpur
19
Keterangan Sistem pengukuran :
X
= permukaan air
Y
= kedalaman air
XY
= didapat dari pengukuran potensio
Z
= Tinggi air tanpa sediment (sudah diketahui)
Kedalaman air = XY – Y
Sedimen
=Z–Y
3.4 Software Arduino UNO
Software ini berfungsi untuk mengintegrasikan data
pengukuran pada Arduino Uno ATmega328 dengan Laptop agar
dapat didisplaykan. Pada software ini berisi program yang
digunakan untuk menampilkan hasil pengukuran dari
potensiometer 10k dan sensor ultrasonic HC SR04. Jika pada saat
program yang telah dibuat dirunning tidak ada error maka
program dapat berjalan.
Berikut ini adalah gambar dari software Arduino dapat
dilihat pada gambar 3.6.
Gambar 3.6 Software Arduino.
20
Halaman Ini Sengaja Dikosongkan
BAB IV
ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN
4.1 Analisa Data Dan Pembahasan
Setelah dilakukan pengujian di lakukan pengukuran, hasil
data yang diperoleh diolah dan dianalisis sedemikian rupa untuk
didapatkan kesimpulan sesuai tujuan penelitian yang telah
ditetapkan, Hasil olah data disajikan secara singkat dan padat.
Hasil pengolahan data pelengkap yang lebih detil akan
dilampirkan di bagian akhir laporan ini.
Pengujian alat ukur sedimentasi lumpur dengan hambatan
potensio 10k dan sensor ultrasonik HC SR04 dengan range
minimal 3cm sampai 300cm, dimana setiap titik pengukuran
diukur sebanyak 10kali. Sebelum melakukan pengukuran
sedimentasi lumpur, dilakukan pengambilan data pada sensor
ultrasonik HC SR04 dan potensiometer 10k.
Tabel 4.1 Pengukuran tegangan (v) keluaran yang dihasilkan
sensor Ultrasonik HC SR04.
Jarak (cm)
5
10
15
20
25
30
35
40
Berdasarkan Jarak Pengukuran ke- (V)
I
II
III
0.08
0.09
0.08
0.16
0.16
0.17
0.25
0.23
0.24
0.33
0.33
0.33
0.41
0.41
0.42
0.51
0.51
0.52
0.58
0.58
0.58
0.66
0.67
0.66
21
Rata-rata
0.08
0.16
0.24
0.33
0.41
0.51
0.58
0.66
22
Gambar 4.1 Grafik Hubungan tegangan (v) sebagai fungsi jarak
Ultrasonik HC SR04.
Dari data gambar 4.1 menampilkan bahwa tegangan yang
dikeluarkan untuk mengukur jarak yang dibutuhkan. Sedangkan
perhitungan hubungan antara tegangan dan jarak sesuai dengan
spesifikasi alat adalah sebagai berikut :
Vout arduino = 5volt
Sensor ultrasonik = 300cm
Tegangan /cm =
= 0,01666666667
=0,0167 Volt
Hasil dari data perhitungan diatas bahwa jarak 1cm dari
jarak maksimal pengukuran ultrasonic 300cm dibutuhkan 0,0167
volt.
23
Tabel 4.2 Pengukuran tegangan (v) keluaran yang dihasilkan
Potensiometer 10k.
Jarak (cm)
5
10
15
20
25
30
35
40
Berdasarkan Jarak Pengukuran ke- (V)
I
0.12
0.28
0.48
0.67
0.83
1.04
1.22
1.41
II
0.11
0.29
0.49
0.66
0.83
1.04
1.22
1.41
III
0.11
0.31
0.48
0.66
0.86
1.04
1.23
1.41
Rata-rata
0.11
0.29
0.48
0.66
0.84
1.04
1.22
1.4
Gambar 4.2 Grafik Hubungan tegangan (v) sebagai fungsi jarak
Potensiometer 10k.
24
Dari data gambar 4.2 menampilkan bahwa tegangan yang
dikeluarkan untuk mengukur jarak yang dibutuhkan. Sedangkan
perhitungan hubungan antara tegangan dan jarak sesuai dengan
spesifikasi alat.adalah sebagai berikut :
Vout arduino = 5 Volt
Potensiometer 10k = 1023 bit
Tegangan / cm =
= 0,00487585533 = 0,004875 volt
Persamaan diatas dimasukan ke dalam program sehingga
dapat dilakukan validasi.
Tabel 4.3 Perbandingan antara pengukuran menggunakan sensor
ultrasonik HC SR04 dengan jarak sebenarnya.
Pengukuran jarak ke - (cm)
III
I
II
Ratarata
5
5.03
5.09
5.09
5.07
0.07
10
9.88
9.98
10.09
9.98
-0.016
15
14.85
14.97
14.85
14.89
-0.11
20
20.02
19.81
20.02
19.95
-0.05
25
24.91
25.01
25.12
25.01
0.01
30
30.15
30.11
30.15
30.13
0.13
35
34.97
34.97
34.91
34.95
-0.05
40
40,02
40,02
39.97
39.97
-0.03
Jarak
Eror
25
Gambar 4.3 Grafik hubungan pengukuran menggunakan sensor
ultrasonik HC SR04 dengan jarak sebenarnya.
Dari data gambar diatas menampilkan hasil perbandingan
pengukuran sensor ultrasonic HC SR04 dengan jarak sebenarnya.
Perhitungan akurasi jarak sebenarnya dengan pengukuran
ultrasonik sebagai berikut.
Akurasi Kesalahan pengukuran = 1- Ʃ
= 1- Ʃ
= 1 - 0,0075
= 0,9925
% Akurasi kesalahan = 100 - (0,9925 x 100%) = 0,75%
Hasil perhitungan data diatas adalah akurasi dari hasil
pengukuran ultrasonik HC SR04 dengan jarak sebenarnya.
26
Tabel 4.4 Perbandingan antara pengukuran menggunakan
Potensiometer 10k dengan jarak sebenarnya.
Pengukuran jarak ke - (cm)
Jarak
5
10
15
20
25
30
35
40
I
5.04
10.09
14.93
20.08
24.96
30.11
34.99
40.14
II
4.09
10.05
15.06
19.95
25.09
30.11
35.12
39.74
III
5.04
10.05
15.06
20.08
25.09
29.84
35.12
40.14
Ratarata
4.72
10.06
15.01
20.03
25.04
30.02
35.07
40.06
Eror
-0.27
0.06
0.01
0.03
0.04
0.02
0.07
0.01
Perhitungan akurasi jarak sebenarnya dengan pengukuran
potensiometer 10k sebagai berikut.
Akurasi Kesalahan Pengukuran = 1- Ʃ
= 1- Ʃ
= 1 - 0,00015
= 0,9985
% Akurasi kesalahan = 100 - (0,9915 x 100%) = 0,85%
Hasil perhitungan data diatas adalah akurasi dari hasil
pengukuran Potensiometer 10k dengan jarak sebenarnya.
27
Gambar 4.4 Grafik hubungan pengukuran menggunakan
potensiometer 10k dengan jarak sebenarnya.
Dari data gambar diatas menampilkan hasil perbandingan
pengukuran Potensiometer 10k dengan jarak sebenarnya. Dari
pengukuran yang dilakukan yaitu dimulai dari jarak 5 cm hingga
40cm dengan range 5cm setiap 3kali pengukuran.
28
29
Gambar 4.5 Grafik pengukuran sedimen dengan tinggi air 28cm.
Dari data gambar diatas pengukuran sedimen dengan tinggi
air 28cm yaitu menampilkan data kedalaman air dan ketinggian
sedimentasi lumpur yang terukur. untuk mengetahui data tersebut
dilakukan perhitungan sebagai berikut :
Kedalaman air = potensiometer 10k – ultrasonik HCSR04
= 39,61 – 12,68 = 26,93 cm
Sedimentasi lumpur = Ketinggian Air - kedalaman air
= 28 – 26,93 = 1,07 cm
30
31
Gambar 4.6 Grafik pengukuran sedimen dengan tinggi air
26cm.
Dari data gambar diatas pengukuran sedimen dengan tinggi
air 26 cm yaitu menampilkan data kedalaman air dan ketinggian
sedimentasi lumpur yang terukur. untuk mengetahui data tersebut
dilakukan perhitungan sebagai berikut :
Kedalaman air = potensiometer 10k – ultrasonik HCSR04
= 35,51 – 12,44 = 23,06 cm
Sedimentasi lumpur = Tinggi Air - kedalaman air
= 26 - 23,06 = 2,94 cm
32
33
Gambar 4.7 Grafik Pengukuran sedimen dengan tinggi air 24cm
Dari data gambar diatas pengukuran data dengan tinggi air
24 cm yaitu menampilkan data kedalaman air dan ketinggian
sedimentasi lumpur yang terukur. untuk mengetahui data tersebut
dilakukan perhitungan sebagai berikut :
Kedalaman air = potensiometer 10k – ultrasonik HCSR04
= 34,05 – 12,47 = 21.57 cm
Sedimentasi lumpur = Tinggi Air - kedalaman air
= 24 - 21,57 = 2,43 cm
34
35
Gambar 4.8 Grafik pengukuran sedimen dengan tinggi air 22cm
Dari data gambar diatas pengukuran sedimen dengan tinggi
air 22 cm yaitu menampilkan data kedalaman air dan ketinggian
sedimentasi lumpur yang terukur. untuk mengetahui data tersebut
dilakukan perhitungan sebagai berikut :
Kedalaman air = potensiometer 10k – ultrasonik HCSR04
= 31,94 – 12.84 = 19,11 cm
Sedimentasi lumpur = Tinggi Air - kedalaman air
= 22 – 19,11= 2,89 cm
36
37
Gambar 4.9 Grafik pengukuran sedimen dengan tinggi air 20cm
Dari data gambar diatas pengukuran sedimen dengan tinggi
air 20 cm yaitu menampilkan data kedalaman air dan ketinggian
sedimentasi lumpur yang terukur. Untuk mengetahui data tersebut
dilakukan perhitungan sebagai berikut :
Kedalaman air = potensiometer 10k – ultrasonik HC SR04
= 29,43 – 12,81 = 16,62 cm
Sedimentasi lumpur = Tinggi Air - kedalaman air
= 20 - 16,62 = 3,38 cm
38
Halaman Sengaja Dikosongkan
BAB V
PENUTUP
5.1 Kesimpulan
Adapun kesimpulan yang dapat diberikan dari Tugas Akhir
ini adalah:
1. Telah dilakukan merancang dan membangun alat ukur
sendimentasi lumpur menggunakan hambatan potensio
10k dengan sensor ultrasonik HC SR04.
2. Pengukuran yang dilakukan untuk mengukur sedimentasi
lumpur yaitu mengukur titik 0 pengukuran alat sampai
kepermukaan sedimen dengan potensiometer 10k,
kemudian sensor ultrasonic HC SR04 yaitu mengukur
titik 0 pe ngukuran alat sampai permukaan air ,hasil
pengukuran potensiometer10k dan sensor ultrasonik
tersebut dapat diketahui kedalaman air, dari kedalaman
air tersebut diketahui selisih kedalaman air dengan tinggi
air sebenarnya tanpa sedimentasi lumpur,selisih tersebut
adalah ketinggian sedimentasi lumpur yang diketahui.
3. Menentukan tinggi sedimentasi lumpur menggunakan
hambatan potensiometer 10k dengan sensor ultrasonik
yaitu dari nilai pengukuran potensiometer10k 39,61cm
dan sensor ultrasonik tersebut 12,68 cm dari hasil nilai
pengurangan pengukuran potensiometer dan sensor
ultrasonik dapat diketahui kedalaman air yaitu 26,93. dari
kedalaman air tersebut diketahui selisih kedalaman air
dengan tinggi air sebenarnya tanpa sedimentasi lumpur
yaitu 28cm, maka selisih tersebut adalah ketinggian
sedimentasi lumpur yang diketahui yaitu 1,07 cm. Dari
hasil pengukuran potensiometer 10k dan sensor ultrasonik
terdapat akurasi kesalahan yaitu 0,85% dan 0,75%.
39
40
Halaman Ini Sengaja Dikosongkan
DAFTAR PUSTAKA
[1]. Triana Susanti (L2A 001 155), Muh. Hendrie S. (L2A 001
101), Evaluasi Sedimen Di Waduk Selorejo Dan
Alternatif Penanganannya.pdf Kabupaten Malang
[2]. Heri-susanto, ” Perancangan Sistem Telemetri Wireless
Untuk Mengukur Suhu Dan Kelembaban Berbasis
Arduino Uno R3 Atmega328p Dan Xbee Pro. Pdf ”,
http:// jurnal.umrah.ac.id Diakses pukul 10.15, 19 Juni 2014
[3]. Rahayu, ” materi_kimia-kimia industri limbah-industri/
sedimentasi-pengendapan-pada-pengolahan-limbah-cair”,
http://www.chem-is-try.org, diakses jam 07.12, 07 juli 2014
[4]. Moch. Iskandar Riansyah, “ Rancang Bangun Robot
Gripper Menggunakan Penggerak Motor Dc Secara
Direct Coupling “.pdf, www.pens.ac.id 11.15, 19 Juni 2014
[5]. Ismi Laili Afwa, “Rancang Bangun Pengukur Ketinggian
Permukaan Air Menggunakan Sensor Ultrasonik
Dengan Telemetri Modul Xbee Rf.pdf ‘.http:// fisika. um.
ac.id 11.15, 20 Juni 2014
LAMPIRAN A
List Code Pengukur sedimentasi lumpur untuk Arduino:
//*Copyright
#define trigPin 8
#define echoPin 7
int potPin = 2; // select the input pin for the potentiometer
void setup() {
Serial.begin(9600);
Serial.println(F("Pengukuran Bak dengan ketinggian 50
Cm"));
Serial.println();
Serial.println(F(" Pengukuran Jarak
Pengukuran Ultasonik
Kedalaman air
Ketinggi sedimen
"));
Serial.println(F("dengan Potensiometer
SRF04
(Cm)dan (volt)
(cm)
"));
Serial.println(F(" (Cm) dan (Volt)
(Cm)
"));
Serial.println(F("------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------"));
pinMode(trigPin, OUTPUT);
pinMode(echoPin, INPUT);
}
void loop() {
float Ultrasonik, Jarak, val, JarakBandul, Voltase, Selisih,
TinggiSedimen ;
val = analogRead(potPin); // read the value from the sensor
JarakBandul = (0.0488758*val*2.7 + 2);
Voltase = (0.00488758*val*2.7);
Selisih = (JarakBandul - Jarak);
TinggiSedimen = (41 - Selisih + Jarak);
digitalWrite(trigPin, LOW);
delayMicroseconds(2);
digitalWrite(trigPin, HIGH);
delayMicroseconds(10);
digitalWrite(trigPin, LOW);
Ultrasonik = pulseIn(echoPin, HIGH);
Jarak = (Ultrasonik/2) /29.1;
Selisih = (JarakBandul - Jarak);
Voltase = (0.016666667* (Ultrasonik/2) /29.1);
Serial.print("Hasil = ");
Serial.print(JarakBandul);
Serial.print(" Cm dan Tegangan = ");
Serial.print(Voltase);
Serial.print(" Volt");
Serial.print("
Hasil = ");
Serial.print(Jarak);
Serial.print(" Cm dan Tegangan = ");
Serial.print(Voltase);
Serial.print(" Volt");
Serial.print("
Kedalaman air = ");
Serial.print(Selisih);
Serial.print(" Cm");
Serial.print("
Ketinggian sedimen = ");
Serial.print(TinggiSedimen);
Serial.print(" Cm");
Serial.println();
delay(3000);
}
LAMPIRAN B
LAMPIRAN C
LAMPIRAN D
BIODATA PENULIS
Mochamad Sueb, biasa dipanggil Sueb
merupakan anak kedua dari tiga
bersaudara. Dilahirkan di Surabaya, Jawa
Timur pada 02 Juni 1991. Menempuh
pendidikan mulai dari SD. Iskandar Said
Surabaya
kemudian
melanjutkan
pendidkan SMP Iskandar Said, SMK
Darma Siswa 1. Pada tahun 2011 penulis melanjutkan
pendidikan di prodi D3 Metrologi dan Instrumentasi, jurusan
Teknik Fisika, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi
Sepuluh Nopember Surabaya. Penulis tercatat sebagai asisten
di Rekayasa Bahan, Teknik Fisika ITS. Apabila ada
pertanyaan, kritik dan saran tentang Tugas Akhir ini, penulis
dapat dihubungi melalui email nikisueb@gmail.com.
RANCANG BANGUN SISTEM PENGUKURAN
SEDIMENTASI LUMPUR BERBASIS GELOMBANG
ULTRASONIK DENGAN MIKROKONTROLLER
ARDUINO
Mochamad Sueb
NRP 2411 031 019
Dosen Pembimbing :
Detak Yan Pratama, ST, MSc.
NIP. 19840101 2012121 002
Program Studi DIII Metrologi dan Instrumentasi
Jurusan Teknik Fisika
Fakultas Teknologi Industri
Institut Teknologi Sepuluh Nopember
Surabaya 2014
i
FINAL PROJECT - TT 090361
DESIGN OF MEASUREMENT SYSTEM OF
SEDIMENTATION SLUDGE BASED ON ULTRASONIK
WAVES AND ARDUINO MICROCONTROLLER
Mochamad Sueb
NRP 2411 031 019
Supervisor :
Detak Yan Pratama, ST, MSc.
NIP. 19840101 2012121 002
Diploma III of Metrology And Instrumentation
Department of Engineering Physics
Faculty of Industrial Technology
Sepuluh Nopember Institute of Technology
Surabaya 2014
ii
iii
iv
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT dan
baginda besar rasulullah SAW atas segala rahmat dan
anugerahnya sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir
ini dengan judul :
“RANCANG BANGUN SISTEM PENGUKURAN
SEDIMENTASI LUMPUR BERBASIS GELOMBANG
ULTRASONIK DENGAN MIKROKONTROLLER
ARDUINO”
Tugas akhir ini disusun guna memenuhi persyaratan bagi
seorang mahasiswa untuk memperoleh gelar Ahli Madya bidang
studi instrumentasi, program studi D-3 Metrologi dan Teknik
Instrumentasi, jurusan Teknik Fisika, Fakultas Teknologi Industri,
Institu Teknologi Sepuluh Nopember
Penulis mengucapkan banyak terima kasih kepada semua
pihak yang telah membantu baik secara langsung maupun secara
tidak langsung dalam pengerjaan dan pembelajaran tugas akhir
ini. Beberapa pihak tersebut antara lain:
1. Bapak Dr. Ir. Totok Soehartanto, DEA selaku Kepala Jurusan
Teknik Fisika ITS Surabaya.
2. Bapak Dr. Ir. Purwadi Agus Darwito, M.Sc selaku Ketua
Program Studi Diploma III Metrologi dan Teknik
Instrumentasi, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.
3. Bapak Ir. Ya'umar, MT selaku Dosen Wali dan yang telah
memberikan arahan selama menjalani masa perkuliahan
hingga menyelesaikan tugas akhir ini.
4. Bapak Detak Yan Pratama ST MSc. selaku Dosen
Pembimbing yang setia mendampingi, membimbing,
mengkritisi, dan memotivasi pengerjaan tugas akhir ini.
5. Bapak dan Ibu dosen penguji Jurusan Teknik Fisika beserta
karyawan atas ilmu dan dedikasinya.
vii
6. Teman teman D3 Metrologi dan Teknik Instrumentasi
angkatan 2011, 2012, 2013, dan para senior 2010
laboratorium fisis yang selalu mendukung dalam segala hal.
Penulis menyadari bahwa tugas akhir ini tidaklah sempurna,
tetapi penulis berharap ini dapat memberikan kontribusi yang
berarti dan dapat menambah wawasan bagi pembaca. Semoga
awal dari permulaan yang panjang ini dapat membawa manfaat
dan hikmat bagi kita semua dan juga semoga hari esok lebih baik
dari hari ini.
Surabaya, 17 Juli 2014
Penulis
viii
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL
LEMBAR PENGESAHAN
ABSTRAK
ABSTRACT
KATA PENGANTAR
DAFTAR ISI
DAFTAR GAMBAR
DAFTAR TABEL
BAB I PENDAHULUAN
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
Latar Belakang
Perumusan Masalah
Tujuan
Manfaat
Batasan Masalah
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Sedimentasi
2.2 Tipe Sedimentasi
2.3 Arduino UNO
2.3.2 Arduino UNO
2.3.3 Komunikasi
2.3.4 Chip
2.3.5 Koneksi USB
2.3.6 Fasilitas chip
2.3.7 Ukuran Board
2.3.8 Bahasa Pemograman
2.3.9 Library
2.3.10 Pengembangan Aplikasi
2.4 Sensor Ultrasonik HC SR04
2.5 Potensiometer 10k
BAB III PERANCANGAN DAN PEMBUATAN
ALAT
3.1 Perancangan Dan Pembuatan Alat
3.2 Perancangan Sistem
3.3.1 Perancangan Sistem Mekanik
ix
i
iii
v
vi
vii
ix
xi
xii
1
1
2
2
2
3
4
4
6
8
8
8
9
9
9
9
9
10
10
13
14
14
3.3.2 Perancangan system elektrik
3.3 Desain Alat Ukur Sedimentasi Lumpur
3.4 Software Arduino UNO
BAB IV ANALISA DAN PEMBAHASAN
4.1 Analisa Data Dan Pembahasan
BAB V PENUTUP
5.1 Kesimpulan
14
14
19
21
39
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
x
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Batuan Sedimen
Gambar 2.2 Board Arduino Uno
Gambar 2.3 Sensor Ultrasonic HC-SR04
Gambar 2.4 Potensiometer 10k
Gambar 2.6 Diagram Blok Sistem Pengukuran
Gambar 3.1 Flowchart Perancangan Alat
Gambar 3.2 Desain Alat Ukur Sedimentasi Lumpur
Gambar 3.3 Diagram Blok Sistem Pengukuran
Sedimentasi Lumpur
Gambar 3.4 Rangkaian Komponen Elektrik Alat Ukur
Sedimentasi Lumpur
Gambar 3.5 Sistem Pengukuran Sidementasi Lumpur
Gambar 3.6 Software Arduino
Gambar 4.1 Grafik Hubungan tegangan (v) sebagai
fungsi jarak Ultrasonik HC SR04
Gambar 4.2 Grafik Hubungan tegangan (v) sebagai
fungsi jarak Potensiometer 10k.
Gambar 4.3 Grafik hubungan pengukuran
menggunakan sensor ultrasonik
HC SR04 dengan jarak sebenarnya.
Gambar 4.4 Grafik hubungan pengukuran
menggunakan potensiometer 10k
dengan jarak sebenarnya.
Gambar 4.5 Grafik pengukuran sedimen dengan
tinggi air 28cm.
Gambar 4.6 Grafik pengukuran sedimen dengan
tinggi air 26cm.
Gambar 4.7 Grafik pengukuran sedimen dengan
tinggi air 24cm.
Gambar 4.8 Grafik pengukuran sedimen dengan
tinggi air 22cm.
Gambar 4.9 Grafik pengukuran sedimen dengan
tinggi air 20cm.
xi
3
5
10
11
13
13
15
15
17
18
19
22
23
25
27
29
31
33
35
37
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Deskripsi Arduino UNO
Tabel 3.1 Keterangan Gambar sistem Alat ukur
sedimentasi lumpur
Tabel 3.2 Keterangan Konfigurasi Pin Sensor Ultrasonik
HC SR 04 Dengan Mikrokontroller Arduino
Tabel 3.3 Keterangan Konfigurasi Pin Potensiometer
10k Dengan Mikrokontroller Arduino
Tabel 4.1 Pengukuran tegangan (v) keluaran yang
dihasilkan sensor Ultrasonik HC SR04
Tabel 4.2 Pengukuran tegangan (v) keluaran
yang dihasilkan Potensiometer 10k.
Tabel 4.3 Perbandingan antara pengukuran
menggunakan sensor ultrasonik
HC SR04 dengan jarak sebenarnya.
Tabel 4.4 Perbandingan antara pengukuran
menggunakan Potensiometer 10k
dengan jarak sebenarnya.
Tabel 4.5 Hasil Data Pengukuran sedimentasi
Lumpur Dengan Tinggi Air 28cm
Tabel 4.6 Hasil Data Pengukuran sedimentasi
Lumpur Dengan Tinggi Air 26cm
Tabel 4.7 Hasil Data Pengukuran sedimentasi
Lumpur Dengan Tinggi Air 24cm
Tabel 4.8 Hasil Data Pengukuran sedimentasi
Lumpur Dengan Tinggi Air 22cm
Tabel 4.9 Hasil Data Pengukuran sedimentasi
Lumpur Dengan Tinggi Air 20cm
xii
6
16
18
18
21
23
24
26
28
30
32
34
36
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Batuan Sedimen
Gambar 2.2 Board Arduino Uno
Gambar 2.3 Sensor Ultrasonic HC-SR04
Gambar 2.4 Potensiometer 10k
Gambar 2.6 Diagram Blok Sistem Pengukuran
Gambar 3.1 Flowchart Perancangan Alat
Gambar 3.2 Desain Alat Ukur Sedimentasi Lumpur
Gambar 3.3 Diagram Blok Sistem Pengukuran
Sedimentasi Lumpur
Gambar 3.4 Rangkaian Komponen Elektrik Alat Ukur
Sedimentasi Lumpur
Gambar 3.5 Sistem Pengukuran Sidementasi Lumpur
Gambar 3.6 Software Arduino
Gambar 4.1 Grafik Hubungan tegangan (v) sebagai
fungsi jarak Ultrasonik HC SR04
Gambar 4.2 Grafik Hubungan tegangan (v) sebagai
fungsi jarak Potensiometer 10k.
Gambar 4.3 Grafik hubungan pengukuran
menggunakan sensor ultrasonik
HC SR04 dengan jarak sebenarnya.
Gambar 4.4 Grafik hubungan pengukuran
menggunakan potensiometer 10k
dengan jarak sebenarnya.
Gambar 4.5 Grafik pengukuran sedimen dengan
tinggi air 28cm.
Gambar 4.6 Grafik pengukuran sedimen dengan
tinggi air 26cm.
Gambar 4.7 Grafik pengukuran sedimen dengan
tinggi air 24cm.
Gambar 4.8 Grafik pengukuran sedimen dengan
tinggi air 22cm.
Gambar 4.9 Grafik pengukuran sedimen dengan
tinggi air 20cm.
ix
3
5
10
11
13
13
15
15
17
18
19
22
23
25
27
29
31
33
35
37
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Deskripsi Arduino UNO
Tabel 3.1 Keterangan Gambar sistem Alat ukur
sedimentasi lumpur
Tabel 3.2 Keterangan Konfigurasi Pin Sensor Ultrasonik
HC SR 04 Dengan Mikrokontroller Arduino
Tabel 3.3 Keterangan Konfigurasi Pin Potensiometer
10k Dengan Mikrokontroller Arduino
Tabel 4.1 Pengukuran tegangan (v) keluaran yang
dihasilkan sensor Ultrasonik HC SR04
Tabel 4.2 Pengukuran tegangan (v) keluaran
yang dihasilkan Potensiometer 10k.
Tabel 4.3 Perbandingan antara pengukuran
menggunakan sensor ultrasonik
HC SR04 dengan jarak sebenarnya.
Tabel 4.4 Perbandingan antara pengukuran
menggunakan Potensiometer 10k
dengan jarak sebenarnya.
Tabel 4.5 Hasil Data Pengukuran sedimentasi
Lumpur Dengan Tinggi Air 28cm
Tabel 4.6 Hasil Data Pengukuran sedimentasi
Lumpur Dengan Tinggi Air 26cm
Tabel 4.7 Hasil Data Pengukuran sedimentasi
Lumpur Dengan Tinggi Air 24cm
Tabel 4.8 Hasil Data Pengukuran sedimentasi
Lumpur Dengan Tinggi Air 22cm
Tabel 4.9 Hasil Data Pengukuran sedimentasi
Lumpur Dengan Tinggi Air 20cm
ix
6
16
18
18
21
23
24
26
28
30
32
34
36
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Dalam dunia industri, terdapat tempat penampungan air
(waduk) yang berfungsi sebagai supplai air untuk pembangkit
tenaga listrik. Pada musim penghujan secara alami tempat
penampungan air tersebut akan mengalami pendangkalan akibat
sendimentasi lumpur yang terjadi karena proses pemisahan
padatan yang terkandung dalam limbah cair dan pembuangan
sampah sembarangan yang terkena gaya gravitasi dalam air dan
menyebabkan pendangkalan waduk sehingga akan mempengaruhi
perubahan kapasitas air tampungan waduk tersebut. Sehingga
diperlukan pengamatan level air supaya kapasitas air sesuai
kebutuhan supplai air untuk pembangkit tenaga listrik. Selain itu
pengamatan level air tersebut juga penting untuk mencegah
terjadinya banjir.[3]
Sehingga dilakukan pengukuran dengan menggunakan alat
echo sounder tersebut kemudian dioperasikan diatas perahu yang
bergerak secara perlahan-lahan di atas jalur penampang
pengukuran dari titik ikat / patok seberang menuju ke titik ikat /
patok berdiri alat.[1]
Oleh karena itu, dibutuhkan alat yang bisa mengukur
ketinggian sedimen pada penampungan air sebagai upaya
efisiensi biaya dan waktu. Dalam Tugas Akhir ini yaitu rancang
bangun sistem pengukuran sedimentasi lumpur pada tempat
penampungan level air.
I.2 Permasalahan
Permasalahan yang diangkat dalam Tugas Akhir ini yaitu :
a. bagaimana cara merancang dan membangun alat ukur
sendimentasi lumpur menggunakan hambatan potensio
10k dengan sensor ultrasonik HC SR04 ?
b. bagaimana
prosedur dan metode pengukuran
sendimentasi lumpur menggunakan menggunakan
1
2
hambatan potensio 10k de ngan sensor ultrasonik HC
SR04 ?
c. bagaimana cara menentukan ketinggian sendimentasi
lumpur dari hasil menggunakan hambatan potensio 10k
dengan sensor ultrasonik HC SR04?
I.3 Tujuan Tugas Akhir
a. Merancang dan membangun alat ukur sendimentasi
lumpur menggunakan hambatan potensio 10k dengan
sensor ultrasonik HC SR04.
b. Mengukur sendimentasi lumpur dengan menggunakan
hambatan potensio 10k de ngan sensor ultrasonik HC
SR04.
c. Menentukan ketinggian sendimentasi lumpur dari hasil
menggunakan hambatan potensiometer 10k dengan
sensor ultrasonik HC SR04.
I.4 Manfaat
Dengan adanya rancang bangun sistem pengukuran
sedimentasi lumpur menggunakan sensor ultrasonik HC SR04
dan hambatan berupa potensiometer 10k yaitu :
a. Dapat mengukur titik alat hingga sampai atas permukaan
sedimen
b. Dapat mengukur kedalaman air sampai atas permukaan
sedimen
c. Dapat mengukur tinggi sedimen
1.5 Batasan Masalah
Batasan masalah yang digunakan pada penelitian ini
adalah:
a. Menggunakan sensor ultrasonik HC SR04 dan hambatan
berupa potensio 10k.
b. Pengujian alat dilakukan dibak penguji dengan ukuran
panjang = 70cm, 50cm dengan tinggi 40cm.
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Sedimentasi
Sedimentasi adalah proses terbawanya material hasil
pelapukan dan erosi oleh air, angin, atau gletser untuk diendapkan
di suatu wilayah. Proses sedimentasi berkaitan erat dengan
peristiwa erosi. Karena itulah, sedimentasi dapat diartikan sebagai
proses pengendapan hasil erosi oleh tenaga erosi pada tempattempat yang lebi rendah, berupa cekungan seperti danau, sungai,
dan waduk. Banyaknya endapan sedimentasi hasil erosi
menunjukkan tingkat sedimentasi yang tinggi. Akibat dari
terjadinya proses sedimentasi adalah timbulnya pendangkalan
pada sungai, danau, dan waduk. Selanjutnya, semua hasil
pelapukan material yang diendapkan melalui proses sedimentasi
lama-kelamaan akan menjadi batuan sedimen. [3]
Gambar 2.1 Batuan sedimen
muka
Sedimentasi menyebabkan jarak antara muka air dan
endapan semakin pendek sehingga menimbulkan
3
4
pendangkalan. Pendangkalan sungai membawa dampak serius.
bencana banjir disebabkan oleh semakin sedikitnya volume air
yang bisa ditampung oleh sungai, waduk, dan danau. Pada waduk
yang berfungsi sebagai PLTA, sedimentasi akan mengurangi
volume air sebagai sumber pembangkit listrik.
2.2 Tipe Sedimentasi
Berdasarkan pada jenis partikel dan kemampuan partikel
untuk berinteraksi, sedimentasi dapat diklasifikasi ke dalam
empat tipe yaitu:
a. Pengendapan partikel diskret, partikel mengendap secara
individual dan tidak ada interaksi antar-partikel
b. Pengendapan partikel flokulen, terjadi interaksi antarapartikel sehingga ukuran meningkat dan kecepatan
pengendapan pengendapan bertambah
c. Pengendapan pada lumpur bilogis, dimana gaya antarapartikel saling menahan partikel lainnya untuk
mengendap
d. Terjadi pemampatan partikel yang telah mengendap yang
terjadi karena berat partikel. [3]
2.3 Arduino
Arduino Uno adalah board berbasis mikrokontroler pada
ATMega 328.Board ini memiliki 14 digital input / ouput
pin (dimana 6 pin dapat digunakan sebagai ouput PWM),
6 input analog,16 MHz osilator kristal, koneksi USB, jack listrik
dan tombol reset. Pin – pin ini berisi semua yang diperlukan
untuk mendukung mikrokontroler, hanya terhubung ke komputer
dengan kabel USB atau sumber tekanan bisa didapat dari adaptor
AC – DC atau baterai untuk menggunakannya. Arduino Uno R3
berbeda de ngan s emua board sebelumnya karena Arduino Uno
R3 ini tidak menggunakan chip driver FTDI USB-to-serial.
Melainkan menggunakan fitur dari ATMega 16U2 yang
diprogram sebagai converter USB to serial.[2]
Board Arduino Uno memiliki fitur – fitur baru sebagai
berikut:
a. Pinout : menambahkan SDA dan SCL pin yang dekat
ke pin aref dan dua pin baru lainnya ditempatkan dekat
5
ke pin RESET, dengan I/O REF yang memungkinkan
sebagai buffer untuk beradaptasi dengan tegangan
yang disediakan dari board sistem. Pengembangannya,
sistem akan lebih kompatibel dengan prosesor yang
menggunakan AVR, yang beroperasi dengan 5V dan
dengan Arduino karena beroperasi dengan 3,3V. Yang
kedua adalah pin yang tidak terhubung, yang
disediakan untuk tujuan pengembangannya.
b. Sirkuit reset
c. ATMega 16U2 ganti 8U yang digunakan sebagai
konverter USB-to-serial.
Gambar 2.2 Mikrokontroller Arduino Uno
6
Tabel 2.1 Deskripsi Arduino Uno
2.3.2 Catu Daya
Arduino Uno dapat diaktifkan melalui koneksi USB
atau dengan catu daya eksternal. Sumber listrik dipilih
secara otomatis. Eksternal (non-USB) daya dapat berupa
baik AC-DC adaptor atau baterai. Adaptor ini dapat
7
dihubungkan dengan cara menghubungkan plug pusat
positif 2.1 mm ke dalam board colokan listrik.
Sedangkan untuk baterai dapat di hubungkan
kedalam header pin GND dan Vin dari konektor Power.
Board dapat beroperasi pada pasokan daya dari 6
– 20 volt. Jika diberikan dengan kurang dari 7V
bagaimanapun, pin 5V dapat menyeluplai kurang dari 5
volt dan board mungkin tidak stabil. Jika menggunakan
lebih dari 12V, regulator bisa panas dan merusak board.
Rentang yang dianjurkan adalah 7V – 12V. Selain itu,
beberapa pin memiliki fungsi khusus :
a. Serial : 0 ( RX) dan 1 ( TX). Digunakan untuk
menerima (RX) dan mengirim (TX) data TTL
serial. Pin ini terhubung ke pin yang sesuai dari
chip ATMega 8U2 USB-to-Serial TTL.
b. Eksternal Interupsi : 2 dan 3. Pin ini dapat dapat
dikonfigurasi untuk memicu interupsi pada nilai
yang rendah, tepi naik atau jatuh, atau
perubahan nilai. Lihat attchInterrupt() fungsi
untuk rincian.
c. PWM : 3 ,5,6,9,10, dan 11. Menyediakan 8-bit
output PWM dengan analog Write fungsi.
d. SPI : 1 0 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13
(SCK). Pin ini mendukung komunikasi SPI
menggunakanlibrary SPI.
e. LED : 1 3. Ada built-in LED terhubung
ke pin digital 13. Ketika pin adalah nilai
TINGGI. LED menyala, ketika pin adalah
RENDAH, itu off.
Arduino Uno R3 memiliki 6 input analog diberi
label A0 sampai A5, masing – masing menyediakan 10bit resolusi (yaitu 1024 nilai yang berbeda). Secara
default sistem mengukur dari ground sampai 5 vol t,
meskipun mungkin untuk mengubah ujung atas rentang
mengunakan pin AREF dan fungsi analog Reference.
Selain itu, beberapa pin memiliki fungsi khusus :
8
a.
TWI : A 4 atau SDA pin dan A5 atau SCL pin.
Mendukung komunikasi TWI
b.
AREF : Referensi tegangan untuk input analog.
Digunakan dengan analogReference
c.
RESET
2.3.3 Komunikasi
Arduino Uno memiliki sejumlah fasilitas untuk
berkomunikasi dengan komputer, Arduino lain, atau
mikrokontroler lainnya. ATmega328 menyediakan
UART TTL (5V) komunikasi serial, yang tersedia
di pin digital 0 (RX) dan 1 (TX). Sebuah ATmega16U2
pada board ini komunikasi serial melalui USB dan
muncul sebagai com port virtual untuk perangkat lunak
pada komputer. Firmware '16U2 menggunakan
USB driver standar COM, dan tidak ada driver eksternal
yang diperlukan. Namun pada Windows, file. Inf
diperlukan. Perangkat lunak Arduino termasuk monitor
serial yang memungkinkan data sederhana yang akan
dikirim ke boardArduino. RX dan TX di board LED akan
berkedip ketika data sedang dikirim melalui chip USB-toserial dan koneksi USB ke komputer (tetapi tidak untuk
komunikasi serial pada pin 0 dan 1). Fungsi ini digunakan
untuk melakukan komunikasi interface pada sistem.
ATmega328 juga mendukung komunikasi I2C (TWI) dan
SPI.
2.3.4 Chip
Chip pada Arduino sudah dilengkapi dengan
bootloader yang akan menangani proses upload dari
komputer. Dengan adanya bootloader ini kita tidak
memerlukan chip programmer lagi, kecuali untuk
menanamkan bootloader pada chip yang masih blank. [2]
2.3.5 Koneksi USB
Sambungan dari komputer ke board Arduino
menggunakan USB, bukan serial atau parallel port.
Sehingga akan mudah menghubungkan Arduino ke PC
9
(Personal Computer) atau laptop yang tidak memeliki
serial atau parallel port. [2]
2.3.6 Fasilitas chip
Arduino menggunakan chip AVR ATmega
168/328 yang memiliki fasilitas PWM, komunikasi serial,
ADC, timer, interrupt, SPI dan I2C. sehingga Arduino
bisa digabungkan bersama modul atau alat lain dengan
protokol yang berbeda-beda. [2]
2.3.7 Ukuran board
Ukuran board Arduino cukup kecil, sehingga
sangat memudahkan untuk dibawa. [2]
2.3.8 Bahasa pemrograman
Walaupun bahasa pemrograman Arduino adalah
bahasa C/C++, tetapi dengan penambahan library dan
fungsi-fungsi standar membuat pemrograman Arduino
lebih mudah dipelajari. Contoh, untuk mengirimkan nilai
HIGH pada pin 10 pada Arduino, cukup menggunakan
fungsi digitalWrite (10, HIGH); sedangkan jika
menggunakan bahasa C aslinya adalah PORT B.[2]
2.3.9 Library
Arduino menyediakan library yang sangat
banyak untuk menghubungkan Arduino dengan macammacam sensor, aktuator maupun modul komunikasi.
Misalnya library untuk mouse, keyboard, servo, GPS,
dsb. Karena Arduino bersifat open source, maka librarylibrary ini juga open source dan dapat di download
secara gratis di website Arduino. [2]
2.3.10 Pengembangan aplikasi
Dengan bahasa yang lebih mudah dan adanya
library dasar yang lengkap, maka mengembangkan
aplikasi elektronik relatif lebih mudah. Contoh, jika ingin
membuat aplikasi sensor suhu, cukup membeli sebuah IC
sensor suhu (misalnya LM35) dan menyambungkan ke
Arduino. Jika suhu tersebut ingin ditampilkan pada LCD,
hanya perlu membeli sebuah LCD dan menambahkan
library LCD pada program yang sama, dan seterusnya. [2]
10
2.4 Sensor Ultrasonik HC SR04
Gelombang ultrasonik adalah gelombang dengan besar
frekuensi diatas frekuensi gelombang suara yaitu lebih dari 20
KHz. Seperti telah disebutkan bahwa sensor ultrasonik terdiri dari
rangkaian pemancar ultrasonik yang disebut transmitter dan
rangkaian penerima ultrasonik yang disebut receiver. Sinyal
ultrasonik
yang
dibangkitkan
akan
dipancarkan
dari transmitter ultrasonik.[5]
Ketika sinyal mengenai benda penghalang, maka sinyal ini
dipantulkan, dan diterima oleh receiver ultrasonik. Sinyal yang
diterima oleh rangkaian receiver dikirimkan ke rangkaian
mikrokontroler untuk selanjutnya diolah untuk menghitung jarak
terhadap benda di depannya (bidang pantul).
Gambar 2.3 Sensor Ultrasonic HC-SR04
2.5 Potensiometer 10k
Potensiometer atau Potensio adalah Resistor yang
mempunyai 3kaki dengan penghubung atau kontak antara kakikaki didalamnya yang dapat diatur / setel ataupun adjust nilai
resistansinya. Potensiometer merupakan komponen elektronika
yang biasanya digunakan alat pengontrol atau pengendali
11
perangkat elektronik, potensiometer j enis i ni karena cu kup
memiliki linearitas output terhadap besaran yang diukurnya.
Gambar 2.4 Potensiometer 10k
12
Halaman Ini Sengaja Dikosongkan
BAB III
PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ALAT
3.1 Perancangan Dan Pembuatan Alat
Dalam pelaksanakan Tugas Akhir ini, digunakan tahapan
metodologi sebagai berikut:
Mulai
Studi Literatur
Perancangan Mekanik:
- pelampung
- Arduino
- Potensiometer 10k
- Sensor Ultrasonik
Gagal
Uji Mekanik
Berhasil
Perancangan Elektrik:
- Arduino
- Sensor Ultrasonik
- Potensiometer 10k
Gagal
Uji Elektrik
Berhasil
PenggabunganSistem:
- Sistem Mekanik
- Sistem Elektrik
Gagal
Uji Sistem
Berhasil
Pengambilan Data Sensor
Penampilan Data
Ketinggian sedimen
Selesai
Gambar 3.1 Flowchart Perancangan Alat
13
14
3.2 Perancangan Sistem
Perancangan alat pengukuran ketinggian sedimentasi pada
lumpur ini terdiri dari perancangan sistem mekanik dan elektrik:
3.2.1 Perancangan Sistem Mekanik
Melakukan perancangan alat yang meliputi penentuan
sistem kerja pengukuran dan desain perangkat seperti
komponen mekanik serta material yang digunakan. Dalam
proses perancangan mekanik ini terdiri dari:
• Pelampung sebagai tempat penampung komponen
elektronik
3.3.2 Perancangan Sistem Elektrik
Pembuatan sistem alat pengukuran ketinggian
sedimentasi lumpur pada sungai atau waduk terdiri dari
komponen elektrik, yaitu pemasangan potensiometer 10k,
sensor ultrasonik,dan USB pada laptop sebagai power suply
sekaligus mengirim data program. Kemudian setelah
terpasang semua disambungkan oleh komponen elektrik
berupa kontroler Arduino UNO ATmega 328. Kemudian di
displaykan menggunakan software arduino.
3.3 Desain Alat Ukur Sedimentasi Lumpur
Adanya pengukur ketinggian sedimentasi lumpur secara
realtime berbasis sistem pengukuran, menjadikan alat pengukur
ketinggian pada waduk atau sungai untuk mengecek ketinggian
lumpur.Untuk itu, alat ini didukung oleh beberapa komponen
pendukung dengan fungsi masing-masing. Dari Flowchart
Perancangan Alat yaitu mengidentifikasi dan perumusan masalah
pada penyusunan alat ukur sedimentasi lumpur pada waduk atau
pun sungai, dari identifikasi tersebut dibuatlah alat ukur
sedimentasi lumpur. Dalam alat ukur tersebut dibutuhkan
komponen yang dibutuhkan yaitu seperti pelampung, arduino,
potensiometer 10k, dan sensor ultrasonik. Setelah mendapatkan
komponen yang dibutuhkan kemudian melakukan perancangan
mekanik, setelah perancangan mekanik kemudian dites supaya
pelampung menerima beban komponen tersebut tidak tenggelam
dalam air.setelah sukses melakukan perancangan mekanik
15
kemudian perancangan elektrik, setelah semua terpasang
kemudian uji sistem alat sedimentasi lumpur bak uji.
Gambar 3.2 Desain alat ukur sedimentasi lumpur
Dari gambar alat ukur sedimentasi lumpur terdapat diagram
blok sistem pengukuran seperti dibawah ini.
Gambar 3.3 Diagram blok sistem pengukuran sedimentasi
lumpur.
16
Berikut dijelaskan secara ringkas mengenai keterangan dari
gambar diatas.
Tabel 3.1 Keterangan Gambar.
No
Detail
Gambar
Nama
Komponen
Fungsi
pada alat
komponen
Pelampung
Sebagai ruang (wadah)
di mana menampung
komponen alat sistem
pengukuran.
2
Potensiometer
10k
Hambatan
pada
potensiometer
digunakan
untuk
mengukur permukaan
hingga kepermukaan
sedimen.
3
Arduino Uno
ATmega328
Berfungsi
controller
komponen
pengukuran.
1
4
sebagai
pada
alat
Sebagai
pengukur
permukaan alat hingga
Sensor
ultrasonic HC permukaan air dengan
gelombang ultrasonik
SR04
minimal
jarak
pengukuran 3cm.
17
Gambar 3.4 Rangkaian komponen elektrik alat ukur sedimentasi
lumpur
Dalam gambar 3.4 Rangkaian elektrik komponen alat ukur
sedimentasi lumpur terdapat 3 komponen elektrik yaitu
potensiometer 10k, sensor ultrasonik HC SR04 yang terhubung
dengan mikrokontroller arduino uno, potensiometer 10k dan
sensor ultrasonik HC SR04 terhubung dengan mikrokontroller
arduino sesuai input output yang digunakan dalam pemograman
arduino. Berikut dijelaskan secara ringkas mengenai keterangan
konfigurasi pin dari gambar diatas.
18
Tabel 3.2 Keterangan Konfigurasi Pin Sensor Ultrasonik HC SR
04 Dengan Mikrokontroller Arduino
PIN
Sensor ultrasonik HC
SR04
Mikrokontroller
Arduino
Ground
Coklat
GND pin Analog
Echo
Merah
Pin Digital 7
Trig
Oranye
Pin Digital 8
vcc
Kuning
Vcc pin 5v Analog
Tabel 3.3 Keterangan Konfigurasi Pin Potensiometer 10k Dengan
Mikrokontroller Arduino
PIN
Potensiometer 10k
Mikrokontroller
Arduino
Ground
Hitam
GND pin Analog
Vcc
Kuning
Vin pin Analog
Output
Merah
A2 pin Analog
Gambar 3.5 Sistem Pengukuran Sedimentasi lumpur
19
Keterangan Sistem pengukuran :
X
= permukaan air
Y
= kedalaman air
XY
= didapat dari pengukuran potensio
Z
= Tinggi air tanpa sediment (sudah diketahui)
Kedalaman air = XY – Y
Sedimen
=Z–Y
3.4 Software Arduino UNO
Software ini berfungsi untuk mengintegrasikan data
pengukuran pada Arduino Uno ATmega328 dengan Laptop agar
dapat didisplaykan. Pada software ini berisi program yang
digunakan untuk menampilkan hasil pengukuran dari
potensiometer 10k dan sensor ultrasonic HC SR04. Jika pada saat
program yang telah dibuat dirunning tidak ada error maka
program dapat berjalan.
Berikut ini adalah gambar dari software Arduino dapat
dilihat pada gambar 3.6.
Gambar 3.6 Software Arduino.
20
Halaman Ini Sengaja Dikosongkan
BAB IV
ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN
4.1 Analisa Data Dan Pembahasan
Setelah dilakukan pengujian di lakukan pengukuran, hasil
data yang diperoleh diolah dan dianalisis sedemikian rupa untuk
didapatkan kesimpulan sesuai tujuan penelitian yang telah
ditetapkan, Hasil olah data disajikan secara singkat dan padat.
Hasil pengolahan data pelengkap yang lebih detil akan
dilampirkan di bagian akhir laporan ini.
Pengujian alat ukur sedimentasi lumpur dengan hambatan
potensio 10k dan sensor ultrasonik HC SR04 dengan range
minimal 3cm sampai 300cm, dimana setiap titik pengukuran
diukur sebanyak 10kali. Sebelum melakukan pengukuran
sedimentasi lumpur, dilakukan pengambilan data pada sensor
ultrasonik HC SR04 dan potensiometer 10k.
Tabel 4.1 Pengukuran tegangan (v) keluaran yang dihasilkan
sensor Ultrasonik HC SR04.
Jarak (cm)
5
10
15
20
25
30
35
40
Berdasarkan Jarak Pengukuran ke- (V)
I
II
III
0.08
0.09
0.08
0.16
0.16
0.17
0.25
0.23
0.24
0.33
0.33
0.33
0.41
0.41
0.42
0.51
0.51
0.52
0.58
0.58
0.58
0.66
0.67
0.66
21
Rata-rata
0.08
0.16
0.24
0.33
0.41
0.51
0.58
0.66
22
Gambar 4.1 Grafik Hubungan tegangan (v) sebagai fungsi jarak
Ultrasonik HC SR04.
Dari data gambar 4.1 menampilkan bahwa tegangan yang
dikeluarkan untuk mengukur jarak yang dibutuhkan. Sedangkan
perhitungan hubungan antara tegangan dan jarak sesuai dengan
spesifikasi alat adalah sebagai berikut :
Vout arduino = 5volt
Sensor ultrasonik = 300cm
Tegangan /cm =
= 0,01666666667
=0,0167 Volt
Hasil dari data perhitungan diatas bahwa jarak 1cm dari
jarak maksimal pengukuran ultrasonic 300cm dibutuhkan 0,0167
volt.
23
Tabel 4.2 Pengukuran tegangan (v) keluaran yang dihasilkan
Potensiometer 10k.
Jarak (cm)
5
10
15
20
25
30
35
40
Berdasarkan Jarak Pengukuran ke- (V)
I
0.12
0.28
0.48
0.67
0.83
1.04
1.22
1.41
II
0.11
0.29
0.49
0.66
0.83
1.04
1.22
1.41
III
0.11
0.31
0.48
0.66
0.86
1.04
1.23
1.41
Rata-rata
0.11
0.29
0.48
0.66
0.84
1.04
1.22
1.4
Gambar 4.2 Grafik Hubungan tegangan (v) sebagai fungsi jarak
Potensiometer 10k.
24
Dari data gambar 4.2 menampilkan bahwa tegangan yang
dikeluarkan untuk mengukur jarak yang dibutuhkan. Sedangkan
perhitungan hubungan antara tegangan dan jarak sesuai dengan
spesifikasi alat.adalah sebagai berikut :
Vout arduino = 5 Volt
Potensiometer 10k = 1023 bit
Tegangan / cm =
= 0,00487585533 = 0,004875 volt
Persamaan diatas dimasukan ke dalam program sehingga
dapat dilakukan validasi.
Tabel 4.3 Perbandingan antara pengukuran menggunakan sensor
ultrasonik HC SR04 dengan jarak sebenarnya.
Pengukuran jarak ke - (cm)
III
I
II
Ratarata
5
5.03
5.09
5.09
5.07
0.07
10
9.88
9.98
10.09
9.98
-0.016
15
14.85
14.97
14.85
14.89
-0.11
20
20.02
19.81
20.02
19.95
-0.05
25
24.91
25.01
25.12
25.01
0.01
30
30.15
30.11
30.15
30.13
0.13
35
34.97
34.97
34.91
34.95
-0.05
40
40,02
40,02
39.97
39.97
-0.03
Jarak
Eror
25
Gambar 4.3 Grafik hubungan pengukuran menggunakan sensor
ultrasonik HC SR04 dengan jarak sebenarnya.
Dari data gambar diatas menampilkan hasil perbandingan
pengukuran sensor ultrasonic HC SR04 dengan jarak sebenarnya.
Perhitungan akurasi jarak sebenarnya dengan pengukuran
ultrasonik sebagai berikut.
Akurasi Kesalahan pengukuran = 1- Ʃ
= 1- Ʃ
= 1 - 0,0075
= 0,9925
% Akurasi kesalahan = 100 - (0,9925 x 100%) = 0,75%
Hasil perhitungan data diatas adalah akurasi dari hasil
pengukuran ultrasonik HC SR04 dengan jarak sebenarnya.
26
Tabel 4.4 Perbandingan antara pengukuran menggunakan
Potensiometer 10k dengan jarak sebenarnya.
Pengukuran jarak ke - (cm)
Jarak
5
10
15
20
25
30
35
40
I
5.04
10.09
14.93
20.08
24.96
30.11
34.99
40.14
II
4.09
10.05
15.06
19.95
25.09
30.11
35.12
39.74
III
5.04
10.05
15.06
20.08
25.09
29.84
35.12
40.14
Ratarata
4.72
10.06
15.01
20.03
25.04
30.02
35.07
40.06
Eror
-0.27
0.06
0.01
0.03
0.04
0.02
0.07
0.01
Perhitungan akurasi jarak sebenarnya dengan pengukuran
potensiometer 10k sebagai berikut.
Akurasi Kesalahan Pengukuran = 1- Ʃ
= 1- Ʃ
= 1 - 0,00015
= 0,9985
% Akurasi kesalahan = 100 - (0,9915 x 100%) = 0,85%
Hasil perhitungan data diatas adalah akurasi dari hasil
pengukuran Potensiometer 10k dengan jarak sebenarnya.
27
Gambar 4.4 Grafik hubungan pengukuran menggunakan
potensiometer 10k dengan jarak sebenarnya.
Dari data gambar diatas menampilkan hasil perbandingan
pengukuran Potensiometer 10k dengan jarak sebenarnya. Dari
pengukuran yang dilakukan yaitu dimulai dari jarak 5 cm hingga
40cm dengan range 5cm setiap 3kali pengukuran.
28
29
Gambar 4.5 Grafik pengukuran sedimen dengan tinggi air 28cm.
Dari data gambar diatas pengukuran sedimen dengan tinggi
air 28cm yaitu menampilkan data kedalaman air dan ketinggian
sedimentasi lumpur yang terukur. untuk mengetahui data tersebut
dilakukan perhitungan sebagai berikut :
Kedalaman air = potensiometer 10k – ultrasonik HCSR04
= 39,61 – 12,68 = 26,93 cm
Sedimentasi lumpur = Ketinggian Air - kedalaman air
= 28 – 26,93 = 1,07 cm
30
31
Gambar 4.6 Grafik pengukuran sedimen dengan tinggi air
26cm.
Dari data gambar diatas pengukuran sedimen dengan tinggi
air 26 cm yaitu menampilkan data kedalaman air dan ketinggian
sedimentasi lumpur yang terukur. untuk mengetahui data tersebut
dilakukan perhitungan sebagai berikut :
Kedalaman air = potensiometer 10k – ultrasonik HCSR04
= 35,51 – 12,44 = 23,06 cm
Sedimentasi lumpur = Tinggi Air - kedalaman air
= 26 - 23,06 = 2,94 cm
32
33
Gambar 4.7 Grafik Pengukuran sedimen dengan tinggi air 24cm
Dari data gambar diatas pengukuran data dengan tinggi air
24 cm yaitu menampilkan data kedalaman air dan ketinggian
sedimentasi lumpur yang terukur. untuk mengetahui data tersebut
dilakukan perhitungan sebagai berikut :
Kedalaman air = potensiometer 10k – ultrasonik HCSR04
= 34,05 – 12,47 = 21.57 cm
Sedimentasi lumpur = Tinggi Air - kedalaman air
= 24 - 21,57 = 2,43 cm
34
35
Gambar 4.8 Grafik pengukuran sedimen dengan tinggi air 22cm
Dari data gambar diatas pengukuran sedimen dengan tinggi
air 22 cm yaitu menampilkan data kedalaman air dan ketinggian
sedimentasi lumpur yang terukur. untuk mengetahui data tersebut
dilakukan perhitungan sebagai berikut :
Kedalaman air = potensiometer 10k – ultrasonik HCSR04
= 31,94 – 12.84 = 19,11 cm
Sedimentasi lumpur = Tinggi Air - kedalaman air
= 22 – 19,11= 2,89 cm
36
37
Gambar 4.9 Grafik pengukuran sedimen dengan tinggi air 20cm
Dari data gambar diatas pengukuran sedimen dengan tinggi
air 20 cm yaitu menampilkan data kedalaman air dan ketinggian
sedimentasi lumpur yang terukur. Untuk mengetahui data tersebut
dilakukan perhitungan sebagai berikut :
Kedalaman air = potensiometer 10k – ultrasonik HC SR04
= 29,43 – 12,81 = 16,62 cm
Sedimentasi lumpur = Tinggi Air - kedalaman air
= 20 - 16,62 = 3,38 cm
38
Halaman Sengaja Dikosongkan
BAB V
PENUTUP
5.1 Kesimpulan
Adapun kesimpulan yang dapat diberikan dari Tugas Akhir
ini adalah:
1. Telah dilakukan merancang dan membangun alat ukur
sendimentasi lumpur menggunakan hambatan potensio
10k dengan sensor ultrasonik HC SR04.
2. Pengukuran yang dilakukan untuk mengukur sedimentasi
lumpur yaitu mengukur titik 0 pengukuran alat sampai
kepermukaan sedimen dengan potensiometer 10k,
kemudian sensor ultrasonic HC SR04 yaitu mengukur
titik 0 pe ngukuran alat sampai permukaan air ,hasil
pengukuran potensiometer10k dan sensor ultrasonik
tersebut dapat diketahui kedalaman air, dari kedalaman
air tersebut diketahui selisih kedalaman air dengan tinggi
air sebenarnya tanpa sedimentasi lumpur,selisih tersebut
adalah ketinggian sedimentasi lumpur yang diketahui.
3. Menentukan tinggi sedimentasi lumpur menggunakan
hambatan potensiometer 10k dengan sensor ultrasonik
yaitu dari nilai pengukuran potensiometer10k 39,61cm
dan sensor ultrasonik tersebut 12,68 cm dari hasil nilai
pengurangan pengukuran potensiometer dan sensor
ultrasonik dapat diketahui kedalaman air yaitu 26,93. dari
kedalaman air tersebut diketahui selisih kedalaman air
dengan tinggi air sebenarnya tanpa sedimentasi lumpur
yaitu 28cm, maka selisih tersebut adalah ketinggian
sedimentasi lumpur yang diketahui yaitu 1,07 cm. Dari
hasil pengukuran potensiometer 10k dan sensor ultrasonik
terdapat akurasi kesalahan yaitu 0,85% dan 0,75%.
39
40
Halaman Ini Sengaja Dikosongkan
DAFTAR PUSTAKA
[1]. Triana Susanti (L2A 001 155), Muh. Hendrie S. (L2A 001
101), Evaluasi Sedimen Di Waduk Selorejo Dan
Alternatif Penanganannya.pdf Kabupaten Malang
[2]. Heri-susanto, ” Perancangan Sistem Telemetri Wireless
Untuk Mengukur Suhu Dan Kelembaban Berbasis
Arduino Uno R3 Atmega328p Dan Xbee Pro. Pdf ”,
http:// jurnal.umrah.ac.id Diakses pukul 10.15, 19 Juni 2014
[3]. Rahayu, ” materi_kimia-kimia industri limbah-industri/
sedimentasi-pengendapan-pada-pengolahan-limbah-cair”,
http://www.chem-is-try.org, diakses jam 07.12, 07 juli 2014
[4]. Moch. Iskandar Riansyah, “ Rancang Bangun Robot
Gripper Menggunakan Penggerak Motor Dc Secara
Direct Coupling “.pdf, www.pens.ac.id 11.15, 19 Juni 2014
[5]. Ismi Laili Afwa, “Rancang Bangun Pengukur Ketinggian
Permukaan Air Menggunakan Sensor Ultrasonik
Dengan Telemetri Modul Xbee Rf.pdf ‘.http:// fisika. um.
ac.id 11.15, 20 Juni 2014
LAMPIRAN A
List Code Pengukur sedimentasi lumpur untuk Arduino:
//*Copyright
#define trigPin 8
#define echoPin 7
int potPin = 2; // select the input pin for the potentiometer
void setup() {
Serial.begin(9600);
Serial.println(F("Pengukuran Bak dengan ketinggian 50
Cm"));
Serial.println();
Serial.println(F(" Pengukuran Jarak
Pengukuran Ultasonik
Kedalaman air
Ketinggi sedimen
"));
Serial.println(F("dengan Potensiometer
SRF04
(Cm)dan (volt)
(cm)
"));
Serial.println(F(" (Cm) dan (Volt)
(Cm)
"));
Serial.println(F("------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------"));
pinMode(trigPin, OUTPUT);
pinMode(echoPin, INPUT);
}
void loop() {
float Ultrasonik, Jarak, val, JarakBandul, Voltase, Selisih,
TinggiSedimen ;
val = analogRead(potPin); // read the value from the sensor
JarakBandul = (0.0488758*val*2.7 + 2);
Voltase = (0.00488758*val*2.7);
Selisih = (JarakBandul - Jarak);
TinggiSedimen = (41 - Selisih + Jarak);
digitalWrite(trigPin, LOW);
delayMicroseconds(2);
digitalWrite(trigPin, HIGH);
delayMicroseconds(10);
digitalWrite(trigPin, LOW);
Ultrasonik = pulseIn(echoPin, HIGH);
Jarak = (Ultrasonik/2) /29.1;
Selisih = (JarakBandul - Jarak);
Voltase = (0.016666667* (Ultrasonik/2) /29.1);
Serial.print("Hasil = ");
Serial.print(JarakBandul);
Serial.print(" Cm dan Tegangan = ");
Serial.print(Voltase);
Serial.print(" Volt");
Serial.print("
Hasil = ");
Serial.print(Jarak);
Serial.print(" Cm dan Tegangan = ");
Serial.print(Voltase);
Serial.print(" Volt");
Serial.print("
Kedalaman air = ");
Serial.print(Selisih);
Serial.print(" Cm");
Serial.print("
Ketinggian sedimen = ");
Serial.print(TinggiSedimen);
Serial.print(" Cm");
Serial.println();
delay(3000);
}
LAMPIRAN B
LAMPIRAN C
LAMPIRAN D
BIODATA PENULIS
Mochamad Sueb, biasa dipanggil Sueb
merupakan anak kedua dari tiga
bersaudara. Dilahirkan di Surabaya, Jawa
Timur pada 02 Juni 1991. Menempuh
pendidikan mulai dari SD. Iskandar Said
Surabaya
kemudian
melanjutkan
pendidkan SMP Iskandar Said, SMK
Darma Siswa 1. Pada tahun 2011 penulis melanjutkan
pendidikan di prodi D3 Metrologi dan Instrumentasi, jurusan
Teknik Fisika, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi
Sepuluh Nopember Surabaya. Penulis tercatat sebagai asisten
di Rekayasa Bahan, Teknik Fisika ITS. Apabila ada
pertanyaan, kritik dan saran tentang Tugas Akhir ini, penulis
dapat dihubungi melalui email nikisueb@gmail.com.