RANCANG BANGUN ALAT PENGUKUR KADAR AIR D (1)

1

RANCANG BANGUN ALAT PENGUKUR KADAR AIR DAN SUHU
GABAH MELALUI METODE KAPASITANSI

Misbahollah, Putri Sukmasari, Achmad Frediyanto, Ahmad Luthfin
Jurusan Fisika Fakultas MIPA Universitas Negeri Malang
Jalan Surabaya 6 Malang.
Abstrak : Kadar air dan suhu merupakan faktor yang paling mempengaruhi
kualitas gabah. Selain itu faktor tersebut juga sangat berpengaruh terhadap
masa simpan gabah. Namun demikian, alat yang digunakan untuk mengukur
kadar air dan suhu gabah masih sangat terbatas. Kegiatan ini bertujuan untuk
mendapatkan rancang bangun alat pengukur kadar air dan suhu gabah yang
mampu menampilkan perkiraan masa simpan gabah. Rancang bangun alat ini
menggunakan metode kapasitansi sebagai pengukur kadar air, sensor suhu IC
LM35, rangkaian penguat instrumentasi dan penguat tak membalik,
rangkaian penyearah, ADC 0809, serta mikrokontroler AT89C51. Sampel
yang diuji adalah satu jenis gabah. Rentang pengukuran kadar air yaitu 0-30 o
% dan rentang pengukuran suhu yaitu 0-40 oC. Pengujian dilakukan pada tiap
rancangan rangkaian dan kalibrasi alat. Dari analisis data kalibrasi alat hasil
perancangan dengan menggunakan tester Grainer II, didapatkan data

pengukuran dengan nilai penyimpangan pengukuran terjauh 2% untuk
kadar air dan 10C untuk suhu yang masih berada dalam batas
diperbolehkan.

Kata Kunci: Kadar air, Suhu, Gabah, Metode Kapasitansi, Mikrokontroler.
Indonesia

adalah

agaris,

panen pertahun 10 juta ha dan

karena lebih dari 65% penduduk

produksi padi nasional rata-rata 4,35

Indonesia

ton/ha/tahun (BPTP, 2005:1).

hidup

negara
dari

sektor

pertanian, sehingga sektor pertanian

Salah satu permasalahan dalam

perlu diperhatikan lebih serius. Salah

pertanian

satu jenis produk pertanian yang

menurunnya kualitas hasil pertanian

memiliki kapasitas produksi yang

akibat penanganan pascapanen yang

cukup besar adalah beras. Beras yang

buruk. Hasil pertanian khususnya

dihasilkan

padi

padi dapat mengalami penurunan

memiliki kedudukan yang sangat

kualitas berupa rusaknya nilai gizi

penting dalam pemenuhan pangan

selama penyimpanan.

dari

tanaman

masyarakat, dan dibudidayakan pada
hampir setiap provinsi dengan luas

Pada

di

Indonesia

proses

adalah

penyimpanan,

berbagai aspek perlu diperhatikan

2

mulai

dari

pangan,

karakteristik
kondisi

pememilihan

bahan

merupakan keluarga MCS51 yang

lingkungan,

diproduksi ATMEL dalam bentuk

jenis kemasan

perkiraan

lama

(Sibuea,

2002:1).

dan

(Singlechip

Microcomputer). Oleh karena itu

Sedangkan

komponen ini merupakan salah satu

menyebutkan aspek-aspek yang perlu
dalam

IC

penyimpanan

Chapman (2005:1) secara spesifik
diperhatikan

keping

penyimpanan

pilihan teknologi yang praktis.
Permasalahan

dalam

kegiatan

yang

dibahas

ini

adalah:

gabah antara lain: kadar air, suhu,

Bagaimana

kondisi gabah dan suplai oksigen.

pengukur kadar air dan suhu gabah

Dengan demikian, diperlukan suatu

yang secara spesifik dirumuskan

terobosan

sebagai

yaitu

mengaplikasikan
elektronika

dengan
teknologi

dalam

proses

rancang bangun alat

berikut:Bagaimana

rancangan sensor kadar air dalam
gabah

dengan

prinsip

sensor

penyimpanan gabah yang salah satu

kapasitif,

wujudnya adalah dengan membuat

mengaplikasikan sensor suhu LM35

rancang bangun alat pengukur kadar

dalam

air dan suhu gabah yang sekaligus

Bagaimana

dapat menampilkan perkiraan masa

mikrokontroler

simpan gabah.

program

Pengukuran suhu dan kadar air

Bagaimana
perancangan

system,

mengaplikasikan
AT89C51

(software)

menjalankan

serta
untuk

sistem

dan

terintegrasi dalam satu alat yang

menampilkan perkiraan masa simpan

mengaplikasikan

gabah.

mikrokontroler

teknologi
sebagai

pemroses

Hasil dari kegiatan ini akan

sistem. Mikrokontroler merupakan

sangat bermanfaat bagi masyarakat

pengembangan

teknologi

petani dan pengembangan IPTEK.

memiliki

Bagi masyarakat petani: Memberikan

banyak

solusi untuk menjawab permasalahan

namun hanya membutuhkan ruang

dalam pengukuran kadar air dan suhu

yang kecil. Jenis mikrokontroler

gabah; Mengembangkan teknologi

sangat banyak dan beragam, salah

pertanian

dalam

penanganan

satunya adalah jenis AT89C51 yang

produksi

pascapanen

khususnya

semikonduktor
jumlah

transistor

yang
lebih

3

untuk menjaga dan meningkatkan

dielektriknya, sedangkan pengukuran

mutu hasil pertanian.

suhu memanfaatkan IC LM35.

Bagi pengembangan IPTEK:

Mikrokontroler

Memanfaatkan dan memfungsikan

sebagai

mikrokontroler

berfungsi

AT89C51

dalam

pusat

AT89C51

pemroses

mengolah

kedua

aplikasi teknologi yang tepat guna;

pengukuran

Sebagai acuan bagi pengembangan

menampilkannya pada LCD.

perancangan

sistem

yang

menggunakan

prinsip

sensor

sistem,

tersebut

hasil
dan

Secara skematis perancangan
alat ini ditunjukkan pada Gambar 1.

kapasitif dan aplikasi mikrokontroler
AT89C51.

Setelah alat dan bahan yang
diperlukan

METODE PENDEKATAN

dibuat

disiapkan,

gambar

selanjutnya

rangkaian

secara

Pembuatan alat ini menerapkan

menyeluruh dengan menggunakan

metode deskriptif kuantitatif yang

protel dan membuat jalur PCB,

bertujuan

mendapatkan

kemudian memasang komponen dan

rancang bangun alat pengukur kadar

menyolder menjadi rangkaian sistem

air dan suhu gabah. Variabel bebas

yang utuh.

untuk

yang dikaji dalam kegiatan ini yaitu

Program atau software yang

kadar air dan suhu gabah, dengan

digunakan

adalah

variabel terikat yaitu tegangan.

assembler,

program

Pengukuran kadar air gabah

langsung

program
ini

dituliskan
AT89C51

dapat
dalam

memanfaatkan metode kapasitansi

mikrokontroler

melalui

dengan mengambil gabah sebagai

programmer Meitan ASM 2005.
Pembuatan program mengacu pada

4

flowchart seperti pada Gambar 2
pada lampiran 1.
Peralatan yang dipakai dalam
pembuatan dan pengujian alat ini
antara

lain:

Osiloskop,

Multimeter

Downloader

digital,
MEITAN

ASM 2005 dan Peralatan elektronik
pendukung

lainnya.

komponen

Bahan

elektronika

atau
yang

Gambar 3. (kiri) Komponenkomponen yang digunakan dalam
pembuatan alat pengukur kadar air
dan suhu gabah, (kanan) Kalibrator
tester Grainer II.

dibutuhkan dalam rancang bangun

Pada Gambar 3, ditunjukkan

alat ini antara lain: PCB, IC NE555,

beberapa komponen yang digunakan

LM35, LF356, LM741, LM324,

serta alat pembanding (kalibrator)

ADC 0809, AT89C51, LCD M1632,

yang digunakan dalam kalibrasi.

Resistor, Kapasitor, Dioda, Kabel
dan Komponen pendukung lainnya.

HASIL

Kalibrator digunakan adalah
tester Grainer II yang merupakan

Dari perancangan alat yang

alat pengukur kadar air dan suhu

telah dilakukan, didapatkan suatu

gabah

oleh

rangkaian alat pengukur kadar air

INLITKABI Kendal Payak Malang.

dan suhu gabah yang ditunjukkan

Setelah

pada gambar di bawah ini.

yang

pengukur

digunakan

rancangan

sistem

alat

kadar

dan

suhu

terealisasi,

air

dilanjutkan

dengan

pengambilan data. Pengambilan data
dilakukan

dengan

menguji

Gambar 4. Rangkaian Elektronika
dalam Board Rangkaian (kanan)
Kemasan jadi alat pengukur kadar air
dan suhu gabah.

tiap

bagian sistem.

Kalibrasi Pengukuran Kadar Air

5

Kalibrasi
mengetahui

dilakukan
seberapa

untuk

Hasil Pengukuran Alat

besar

Hasil pengukuran alat secara

penyimpangan pengukuran sensor

keseluruhan ditunjukkan pada Tabel

kadar air dari alat hasil perancangan

3 berikut ini:

dengan alat yang telah ada yaitu
Grainer II. Data hasil kalibrasi
pengukuran kadar air gabah disajikan
pada Tabel 1

PEMBAHASAN
Rangkaian Pengukur Kadar Air
Suhu

Kalibrasi Suhu
Kalibrasi suhu terhadap tester
Grainer
mengetahui

II

berfungsi

untuk

seberapa

besar

penyimpangan pengukuran sensor
LM35 pada alat hasil perancangan.
Data hasil kalibrasi pengukuran suhu
gabah disajikan pada Tabel 2

Gambar 5. Hasil
Kapasitor Silinder

Perancangan

Rangkaian kapasitor silinder
sebagai

pengukur

kadar

ditunjukkan pada Gambar 5.
Keterangan:
Jari-jari silinder dalam a = 1,6 cm
Jari-jari silinder luar b = 2,8 cm
Panjang tabung L = 10 cm

air

6

Untuk

menghitung

kapasitansi

nilai

kapasitor

silinder

sensor suhu disajikan dalam Gambar
6.

digunakan persamaan berikut:
Dengan kudara = 1 maka
Nilai
Gambar 6. Hasil Perancangan
Rangkaian Sensor Suhu LM35
kapasitansi di atas merupakan nilai
kapasitansi

pada

saat

kapasitor

silinder kosong (tanpa gabah).
Dengan
nilai

demikian

kapasitansi

diketahui

gabah

berkisar

antara 20 pF hingga 30 pF.

Kalibrasi Pengukuran Kadar Air
dan Suhu
Dari

tabel

hasil

kalibrasi

pengukuran kadar air dan suhu di
atas dapat disimpulkan bahwa antara
rangkaian alat hasil perancangan
dengan tester hanya terdapat sedikit

Dengan

diketahuinya

nilai

kapasitansi saat kapasitor kosong
(tanpa gabah) dapat
kesetimbangan

ditentukan

jembatan.

Pada

perbedaan, sehingga dapat dikatakan
sesuai.
KESIMPULAN
Dari hasil rancang bangun alat

frekuensi f = 250 KHz dan dengan
nilai

reakatansi

kapasitif

yang

sebanding dengan impedansi (X C 
Z), nilai reaktansi kapasitif adalah
sebesar:
Untuk CA = 150 pF adalah

pengukur kadar air dan suhu gabah
dapat

ditarik

kesimpulan,

pada

perancangan rangkaian sensor kadar
air

dengan

didapatkan
rangkaian

prinsip
spesifikasi

untuk:

(a)

kapasitansi
kesesuaian
Frekuensi

osilator NE555 sebesar 250 KHz; (b)
Perubahan nilai kapasitansi kapasitor
pada lengan jembatan Wheatstone
Sedangkan pengukuran suhu
pada sistem ini mengaplikasikan IC
LM35. Hasil perancangan rangkaian

sebesar 20 pF sampai 30 pF; (c) Pada
penguat instrumentasi di butuhkan
penguatan sebesar 850 kali; (d)

7

Rangkaian
penuh

penyearah

memiliki

tegangan

V

dianggap

kecil

gelombang

rata-rata

selisih

0,048Volt

yang

sehingga

dapat

diabaikan.
Pada

pengaplikasian

sensor

suhu LM35, didapatkan perubahan
tegangan yang sebanding dengan
suhu gabah. Dalam rangkaian ini
didapatkan

penguatan

pada

rangkaian penguat tak membalik
sebesar 10 kali. Pada pengaplikasian
mikrokontroler AT89C51, pembuatan
program

(software)

telah

sesuai

dengan perancangan dan sistem alat
dapat berfungsi sesuai perancangan,
yaitu menampilkan nilai pengukuran
kadar

air

dan

suhu

dengan

penyimpangan kalibrasi 2% dan
10C, serta perkiraan masa simpan
yang sesuai dengan standar yang ada.
DAFTAR PUSTAKA
AgriChem, Inc. 1994. Grain
Measurement
with
Capacytance Type Device.
(Online).
(http.//www.grainprep.com,
diakses 1 November 2005).
Chapman, Bill. 2005. Cereal Grain
Drying and Storage. (Online).
(http://www1.agric.gov.ab.ca/
%department/deptdoes.nsf/all/c
rop1204?opendocu
ment, diakses 11 Oktober
2005).

Coughlin, F. Robert, and Priscoll, F.
Frederick. 1987a. Penguat
Operasional dan
Rangkaian Terpadu Linier.
Jakarta: Erlangga.
Fraden, Jacob. 1996. Hanbook of
Modern Sensors. San Diego.
Thermoscan. Inc. Halliday,
Resnick. 1978. Fisika Jilid II.
Alih bahasa Pantur Silaban,
Ph.D. Jakarta: Erlangga. pp.
62-65, 78
Malvino, Albert, Paul. 1987b.
Prinsipprinsip Elektronika Jilid
2. Alih Bahasa Prof. M.
Barnawi. Jakarta: Erlangga. pp.
32-49
Nalwan, Paulus, Andi. 2004.
Panduan Praktis Teknik Antar
Muka
Mikrokontroler
AT89C51. Jakarta: Elex Media
Komputindo. pp. 23-34, 62-85
National
Semiconductor.
1999.
LM35 Precision Centigrade
Temperature Sensors. (Online).
(http://www.alldatasheet.com/d
atasheet.pdf/pdf/8875/NSC/LM
35.html, diakses 27 September
2005).
Balai Penelitian Tanaman Pangan
Sukamandi Subang Jawa Barat.
2005.
Padi.
(online),
(http://warintek.progresio.or.id,
diakses 12 Mei 2005).
Sibuea, Posman. 2002. Mewujudkan
Ketahanan
Pangan
lewat
Perbaikan Pascapanen. Sinar
Harapan, No. 4329. (Online).
(http://www.sinarharapan.com./
pangan/%padi.html, diakses 2
Oktober 2005).