Tugas
artikel ilmiah program diklat Bidik Misi Fakultas MIPA UNILA
Oleh
Defi
Setiawati
1017041025
REALISASI
DAN ANALISIS VARIASI UKURAN LOGAM ALUMINIUM SEBAGAI ELEKTRODA INSTRUMEN
PENGUKUR SALINITAS GARAM BERBASIS MIKROKONTROLER ATMEGA16
Fikri
Sumendar
Jurusan
Fisika Universitas Lampung
Jl.Prof
Soemantri Brojonegoro No 1 Bandar Lampung,
Abstrak
Telah dilakukan
penelitian yang berjudul realisasi dan analisis variasi ukuran logam aluminium
sebagai elektroda instrumen pengukur salinitas garam berbasis mikrokontroler
ATMega16. Tujuan penelitian adalah merealisasikan
instrumen pengukur salinitas garam pada larutan NaCl, menampilkan hasil
pengukuran pada LCD dan menganalisis data hasil pengukuran dan mengaplikasikan
mikrokontroler ATMega16 sebagai bagian sistem akuisisi data. Penelitian ini
kami menggunakan elektroda Aluminium sebagai sel konduktivitas. Tegangan
keluaran dari pengkondisi sinyal dikonversi menjadi data digital oleh ADC yang
terdapat pada mikrokontroler dan ditampilkan pada LCD. Sampel yang digunakan
adalah larutan garam, dengan penambahan massa garam 0,25 gram – 1 gram dan
variasi ukuran luas permukaan 0,25 cm2 – 4 cm2 dan jarak
1 mm – 10 mm. Setiap pengukuran dengan variasi ukuran luas permukaan dan jarak
maka hasil yang didapat juga bervariasi nilainya.
Kata kunci: Larutan NaCl, Variasi Ukuran, Mikrokontroler
ATMega16
Bab
1. Pendahuluan
Suatu benda bila dialiri listrik maka benda tersebut akan
memiliki muatan listrik. Pada setiap titik di sekitar benda yang bermuatan
listrik terdapat suatu medan listrik. Medan listrik di sekitar muatan listrik
positif akan menjauhi muatan tersebut, sedangkan di sekitar muatan listrik
negatif arah medan menuju muatannya. Salah satu instrumentasi untuk
menghasilkan medan listrik adalah kapasitor plat sejajar yang diletakkan
terpisah secara sejajar. Untuk menghasilkan suatu medan listrik yang lebih
kuat, maka jarak antar plat harus dibuat lebih kecil daripada luas plat
(Wangsness, 1986).
Kemampuan kapasitor dalam menyimpan suatu muatan listrik
disebut kapasitansi. Pada umumnya, nilai kapasitansi sebuah kapasitor
ditentukan oleh bahan dielektrik yang digunakan. Air merupakan salah satu bahan
dielektrik yang apabila diletakkan diantara dua plat kapasitor keping sejajar
akan mempengaruhi nilai kapasitansi dari kapasitor tersebut.
Salinitas merupakan salah satu parameter fisika yang
harus dipantau untuk menjaga kualitas air tambak. Untuk itu diperlukan suatu
alat ukur salinitas. Salinitas adalah konsentrasi semua ion-ion terlarut dalam
air dan dinyatakan dalam mg per liter (ppm). Salinitas berhubungan erat dengan
konduktivitas dan tekanan osmotik air. Pada kebanyakan peralatan yang ada saat
ini, pengukuran harga salinitas dilakukan berdasarkan pada hasil pengukuran
kemampuan larutan untuk membawa arus listrik. Konduktivitas dari larutan
bergantung pada jumlah ion dan mobilitas ion di dalam larutan. Kekuatan
konduktivitas larutan dinyatakan melalui pergerakan ion-ion di dalam medan
listrik. Jika jumlah ion meningkat, maka aliran arus di dalam larutan juga
meningkat (Kuswandi,2001).
Rangkaian-rangkaian
jembatan dipakai secara luas untuk pengukuran nilai komponen seperti tahanan,
induktansi atau kapasitansi. Rangkaian ini juga dipakai oleh parameter
rangkaian lainnya, yang diturunkan secara langsung dari nilai komponen seperti
frekuensi, sudut fase dan temperature. Rangkaian jembatan hanya membandingkan
nilai komponen yang diketahui dengan komponen yang tidak diketahui secara tepat
dan biasanya jembatan Wheatstone
dikenal untuk pengukuran tahanan DC. Mikrokontroler sebagai
suatu terobosan teknologi mikroprosessor, hadir memenuhi kebutuhan pasar dan teknologi baru. Sebagai teknologi baru, yaitu
teknologi semikonduktor dengan kandungan transistor yang lebih banyak, namun hanya membutuhkan ruang yang kecil serta diproduksi
secara massal yang membuat harganya lebih murah (dibandingkan
mikroprosesor).
Bab
II. Pembahasan
A.
Hasil
Pada penelitian
ini aquades dianggap memiliki 1
kilogram aquades sama dengan 1 liter.
Pengukuran salinitas garam dengan menggunakan alat hasil rancangan,
menghasilkan data yang ditunjukkan pada Tabel 1 berikut.
Tabel 1.
Pengujian alat hasil rancangan pada sampel larutan garam dengan massa garam
0,25 gram dan luas permukaan 0,75 cm2
No
|
Massa Garam
|
Konsentrasi larutan
|
Luas Permukaan (A)
|
Jarak
(d)
|
Tegangan
|
Salinitas
|
(gram)
|
(%massa)
|
(cm²)
|
(mm)
|
(volt)
|
||
1
|
0,25
|
0,025
|
0,75
|
1
|
0,59
|
20,65
|
2
|
0,25
|
0,025
|
0,75
|
2
|
0,67
|
45,40
|
3
|
0,25
|
0,025
|
0,75
|
3
|
0,86
|
89,09
|
4
|
0,25
|
0,025
|
0,75
|
4
|
0,93
|
127,66
|
5
|
0,25
|
0,025
|
0,75
|
5
|
1,01
|
173,23
|
6
|
0,25
|
0,025
|
0,75
|
6
|
1,14
|
235,52
|
7
|
0,25
|
0,025
|
0,75
|
7
|
1,18
|
284,33
|
8
|
0,25
|
0,025
|
0,75
|
8
|
1,16
|
318,12
|
9
|
0,25
|
0,025
|
0,75
|
9
|
1,24
|
382,46
|
10
|
0,25
|
0,025
|
0,75
|
10
|
1,27
|
438,67
|
Tabel 14.
Pengujian alat hasil rancangan pada sampel larutan garam dengan massa garam
0,25 gram dan luas permukaan 1 cm2.
No
|
Massa Garam
|
Konsentrasi larutan
|
Luas Permukaan
(A)
|
Jarak
(d)
|
Tegangan
|
Salinitas
|
(gram)
|
(%massa)
|
(cm²)
|
(mm)
|
(volt)
|
||
1
|
0,25
|
0,025
|
1
|
1
|
0,36
|
9,47
|
2
|
0,25
|
0,025
|
1
|
2
|
0,32
|
16,64
|
3
|
0,25
|
0,025
|
1
|
3
|
0,52
|
39,55
|
4
|
0,25
|
0,025
|
1
|
4
|
0,58
|
59,90
|
5
|
0,25
|
0,025
|
1
|
5
|
0,59
|
76,16
|
6
|
0,25
|
0,025
|
1
|
6
|
0,62
|
97,54
|
7
|
0,25
|
0,025
|
1
|
7
|
0,66
|
120,06
|
8
|
0,25
|
0,025
|
1
|
8
|
0,66
|
138,24
|
9
|
0,25
|
0,025
|
1
|
9
|
0,71
|
164,74
|
10
|
0,25
|
0,025
|
1
|
10
|
0,80
|
202,52
|
B.
Pembahasan
1.
Perangkat
Keras
a.
Catu
Daya
Rangkaian catu
daya pada hasil rancangan ini terdiri atas baterai 9 volt, dioda, kapasitor,
dan Integrated Circuit (IC) regulator.
Baterai yang digunakan adalah baterai 9 volt yang akan diturunkan tegangannya
menjadi 5 volt. Cara menurunkan tegangan 9 volt menjadi 5 volt adalah dengan
menambahkan rangkaian dioda pada kutub positif baterai yang akan menjadi
tegangan maju dan disalurkan ke
kapasitor 100 uF/25 volt sebagai permurnian dan diteruskan ke IC regulator. IC
regulator yang digunakan adalah LM7805CT yang akan menghasilkan tegangan
keluaran sebesar 5 volt. Dalam hal ini alat hasil rancangan menggunakan
tegangan sebesar 5 VDC.
b. Sel Konduktivitas
Rangkaian sel
konduktivitas digunakan untuk mendeteksi keadaan fisis berupa resistansi air
yang diteruskan ke jembatan wheatstone
kemudian akan menghasilkan keluaran tegangan. Sel konduktivitas terdiri atas
dua buah plat aluminium dengan variasi ukuran luas permukaan dan jarak sebagai
elektroda. Elektroda aluminium dibuat dengan luasan 0,25 cm2 sampai
dengan 4 cm2 dan jarak 1 mm sampai dengan 10 mm. ketika elektroda
dicelupkan ke dalam air maka elektroda dengan tegangan positif akan menarik
ion-ion negatif pada air, sebaliknya elektroda dengan tegangan negative akan
menarik ion-ion positif air. Pada penelitian ini elektroda yang digunakan
terbuat dari bahan aluminium (Al).
c.
Pengkondisi
Sinyal dengan Jembatan Wheatstone
Prinsip jembatan
wheatstone digunakan untuk mengukur
resistansi secara teliti dan banyak digunakan sebagai alat ukur (Fitzgerald,
1993). Jembatan wheatstone merupakan
rangkaian untuk pengukuran tahanan DC yang dapat menghasilkan nilai tahanan
yang lebih presisi (Cooper, 1999). Dalam penelitian ini, jembatan wheatstone berfungsi untuk mengetahui
perubahan resistansi pada elektroda ketika dicelupkan ke air sampel sehingga
diketahui setiap perubahan tegangan akibat pengaruh sampel pada sel
konduktivitas. Jembatan wheatstone
terdiri dari R1, R4, dan R2 sebagai set point yang bisa diatur variable
tahanannya dengan nilai resistansi 1K Ω untuk menyeimbangkan rangkaian jembatan
wheatstone yang akan dicelupkan ke
dalam air sampel. Pada pengkondisi sinyal hasil rancangan ini tidak menggunakan
Op-Amp karena hasil pengukuran resistansi dari air sampel telah menghasilkan
tegangan dalam ukuran volt.
d.
Mikrokontroler
ATMega16
Mikrokontroler
ATMega16 berfungsi sebagai pengendali dan menerima proses pembacaan data. Data
yang diterima dari jembatan wheatstone berupa tegangan analog. Untuk bisa
digunakan dalam mikrokontroler ATMega16 data berupa analog diterima melalui
port A pada mikrokontroler ATMega16. Port A pada mikrokontroler ATMega16
berfungsi sebagai ADC (Analoge to Digital
Converter) jadi pada mikrokontroler ATMega16 ini tidak memerlukan rangkaian
tambahan berupa IC ADC0804 yang banyak digunakan pada umumnya. Di samping itu
mikrokontroler ATmega16 juga berfungsi sebagai perintah yang mengatur proses
tampilan LCD dan masukan Keypad 4x4. Bahasa yang digunakan untuk pemrograman
mikrokontroler ATMega16 adalah bahasa C.
e.
LCD
Liquid Crystal Display (LCD)
difungsikan sebagai tampilan visual yang akan memberikan informasi kualitas air
dalam hal ini adalah salinitas. Tampilan yang akan diinformasikan berupa angka
decimal yang menunjukkan nilai salinitas. Pada aplikasi ini penyambungan LCD
dengan mikrokontroler ATMega16 adalah menghubungkan kaki pin 1 pada LCD ke
ground, kaki pin 2 pada LCD ke VCC, kaki pin 3 pada LCD ke VCC, kaki pin 4 pada
LCD ke port B.0 pada mikrokontroler ATMega16, kaki pin 5 pada LCD ke port B.1
pada mikrokontroler ATMega16, kaki pin 6 pada LCD ke port B.2 pada
mikrokontroler ATMega16, kaki pin 11 pada LCD ke port B.4 pada mikrokontroler
ATMega16, kaki pin 12 pada LCD ke port B.5 pada mikrokontroler ATMega16, kaki
pin 13 pada LCD ke port B.6 pada mikrokontroler ATMega16 dan kaki pin 14 pada
LCD ke port B.7 pada mikrokontroler ATMega16.
f.
Keypad 4x4
Keypad sering
digunakan sebagai suatu input pada beberapa peralatan yang berbasis mikroprosessor
atau mikrokontroler (Heryanto et al,
2008). Keypad sesungguhnya terdiri dari sejumlah saklar yang terhubung sebagai
baris dan kolom. Pada aplikasi ini keypad 4x4 berhubungan langsung dengan port
C pada mikrokontroler ATMega16.
g.
Kinerja Rangkaian
Secara Keseluruhan
Pada penelitian
ini telah dibuat suatu alat ukur salinitas garam menggunakan logam aluminium
sebagai elektroda instrumen berbasis mikrokontroler ATMega16. Sel konduktivitas
merupakan dua buah elektroda yang terbuat dari plat aluminium dengan luasan dan
jarak yang bervariasi ukuran. Sel konduktivitas yang dirancang terintegrasi
dengan rangkaian jembatan wheatstone
ini dihubungkan dengan catu daya. Selanjutnya sel konduktivitasnya mendeteksi
adanya perubahan resistansi akibat perbedaan konsentrasi sampel air, luas
permukaan dan jarak. Resistansi yang terukur pada sel konduktivitas kemudian
dikondisikan sinyalnya melalui Port A pada mikrokontroler yang sudah tersedia
ADC kemudian nilai tersebut dikonversikan menjadi salinitas dan ditampilkan ke
LCD. Untuk Keypad 4x4 mempunyai tugas sebagai input untuk ukuran elektroda yang
bervariasi ukuran jarak dan luas permukaan yang akan memudahkan dalam
perhitungan.
2.
Perangkat Lunak
Perangkat lunak
yang digunakan untuk alat rancangan adalah bahasa C, hal ini dikarenakan
pendeklarasiannya lebih mudah dibandingkan dengan bahasa assembler. Selain itu
juga bahasa C ini lebih mudah karena bahasa C adalah bahasa tingkat tinggi.
Mikrokontroler
berfungsi sebagai pembacaan data dari ADC, pemrosesan data dan menampilkannya
pada LCD. Program ini terdiri dari pendefinisian, pendeklarasian
variabel-variabel dan fungsi-fungsi yang digunakan, program utama dan
program-program fungsi (dalam assembler dikenal sebagai subrutin).
Bab III. Kesimpulan dan Saran
A. Kesimpulan
Berdasarkan
hasil penelitian dan pembahasan yang telah dilakukan, maka dapat disimulkan
bahwa:
1.
Sel
konduktivitas dengan elektroda Aluminium (Al) memiliki karakteristik dapat
mengukur salinitas garam dengan baik.
2.
Salinitas
garam dengan massa garam 0,25 gram memiliki kesamaan yang hampir mendekati
nilai tersebut adalah dengan jarak 6 mm dan luas permukaan 0,75 cm2.
Salinitas garam dengan massa garam 0,5 gram memiliki kesamaan yang hampir
mendekati nilai tersebut adalah dengan jarak 8 mm dan luas permukaan 1 cm2.
Salinitas garam dengan massa garam 0,75 gram memiliki kesamaan yang hampir
mendekati nilai tersebut adalah dengan jarak 8 mm dan luas permukaan 0,75 cm2.
B.
Saran
Untuk
peningkatan alat ukur berikutnya disarankan supaya membuat sistem yang dapat diintegrasikan
ke komputer sehingga data yang diperoleh dapat dicatat, direkam, dan diolah
lebih lanjut.
Daftar Referensi
Ambardhy, Herman
J. 2004. Buku Pegangan Training Budidaya.PT.
Central Pertiwi Bahari.TulangBawang.
Aryani, D,
Susanto G.S, Sumardi dan Iswadi. 2008. Pengaruh
Perubahan Salinitas Terhadap Virulensi White Spot Syndrome Virus (WSSV) Pada
Udang Putih Litopenaeus Vannamei. Prosiding Seminar Nasional Sains dan
Teknologi-II 2008 Universitas Lampung. ISBN: 978-979-1165-74. 17-18 November
2008.
Bender, G.T.
1987.Principles Of Chemical
Instrumentation. W.B Saunders Company. United Stated of America.
Cooper, W.D.
1999 Instrumentasi Elektronik dan Teknik
Pengukuran. Edisi ke 2. Erlangga. Jakarta.
Chang, R. 2005. Kimia Dasar. Erlangga. Jakarta.
Eko Putra,
Agfianto. 2010. Mudah Menguasai
Pemrograman Mikrokontroler Atmel AVR Menggunakan Bascom-AVR. Kelompok Riset
DSP dan Embedded System-ELINS.Yogyakarta.
Halliday, D dan
Robert Resnick. 1978. Fisika Jilid 2
Edisi ke 3. Penerjemah: Pantur Silaban dan Erwin Sucipto. Erlangga.
Jakarta.
Heryanto, M. Ary
dan Wisnu Adi P. 2008. Pemrograman Bahasa
C untuk Mikrokontroler ATMEGA 8535.Andi.Yogyakarta.
Kuswandi, B, E Pisesidartha, H Budianto, Maisara dan N
Novita. 2001. Pemanfaatan Baterai Bekas
Sebagai Elektroda Konduktansi Sederhana, Jurnal Ilmu Dasar, Vol.2 No.1, Hal
34-40.
Lekahena, R. R
Hamid. 2010. Efektifitas Eksternal
Ethanol Rimpang Kunyit Putih (Curcuma Domestica.vall) dengan Konsentrasi yang
Berbeda untuk Pengobatan Saprolegna sp pada Lele Dumbo (Clarias Gariepinus. Skripsi
Jurusan Budidaya Perairan. Universitas Lampung. Bandar lampung.