3
2. TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Rumput laut Rumput laut (Seaweed) merupakan salah satu sumberdaya hayati laut yang terdapat di wilayah pesisir dan laut. Rumput laut tersebut merupakan anggota dari kelompok vegetasi yang dikenal sebagai alga (Chapman dan Chapman, 1980). Sumberdaya ini biasanya ditemui di perairan yang berasosiasi dengan keberadaan ekosistem terumbu karang. Pembudidayaan rumput laut sangat baik untuk dikembangkan di wilayah pesisir Indonesia. Salah satu spesies rumput laut yang mempunyai potensi untuk dikembangkan yaitu rumput laut spesies Euchema cotonnii sp. Pada kenyataannya untuk rumput laut spesies Euchema cottonni sp. mempunyai peranan penting dalam dunia perdagangan internasional yaitu sebagai penghasil ekstrak karaginan sehingga mempunyai nilai ekonomis tinggi (Istini dan Suhaemi, 1998). Secara umumnya rumput laut dapat tumbuh di daerah pantai bersubtrat pasir dan karang mati. Faktor yang mempengaruhi pertumbuhan dari habitat rumput laut, antara lain : (a) dasar pasir yang tidak tercampur lumpur, (b) arus yang cukup kuat, (c) suhu dan salinitas yang cukup tinggi, (d) rumput laut tumbuh pada kedalaman laut berkisar antara 20-30 meter (Mubarak, 1999).
2.2. Kadar air Air dalam suatu bahan berdasarkan keadaannya dapat dibedakan menjadi air bebas dan terikat. Air bebas adalah air yang terdapat pada permukaan bahan, sedangkan untuk air yang terikat adalah air yang terdapat di dalam bahan tersebut.
3
4
Air merupakan kandungan penting pada bahan makanan dan semua bahan makanan yang mengandung air memiliki jumlah yang berbeda-beda. Banyaknya air dalam suatu bahan akan menentukan kesegaran dan daya awet bahan sehingga air dalam bahan menentukan komposisi yang menentukan kualitas bahan tersebut. Menurut Henderson dan Perry (1976), menyarankan agar kadar air bahan bisa dinyatakan dalam basis basah atau basis kering. Kadar air basis basah adalah perbandingan antara bobot air dalam bahan terhadap bobot bahan, sedangkan kadar air basis kering adalah perbandingan antara berat air bahan terhadap berat keringnya yaitu berat bahan dikurangi berat airnya. Bahan yang disimpan dalam suatu media akan menyerap air bila berada di lingkungan yang kelembabannya tinggi dan akan melepaskan kandungan air bila RH lingkungannya rendah (Hall dan Davis, 1979), sehingga kadar air bahan akan ditentukan oleh RH lingkungannya. Proses penentuan kadar air bahan pangan dapat dilakukan dengan beberapa cara, yaitu metode pengeringan (dengan oven biasa), metode destilasi, metode kimia, dan metode khusus (kromotografi nuclear magnetic reconance/NMR).
2.2.1. Kadar air keseimbangan Kadar air keseimbangan di definisikan sebagai kadar air pada saat tekanan uap air dalam bahan seimbang dengan tekanan parsial uap air yang berada dalam lingkungan (Heldman et al, 1981), sedangkan RH pada saat tercapainya kadar air keseimbangan disebut kelembaban relatif keseimbangan. Oleh sebab itu kadar air keseimbangan bisa dipengaruhi oleh RH dan suhu lingkungan. Hal tersebut yang akan menjadi suatu acuan untuk tercapainya tujuan penelitian ini sebagai mana untuk membantu pencarian korelasi antara kadar air dengan RH.
5
Konsep dari kadar air keseimbangan sangat diperlukan dalam menganalisis sistem penyimpanan dan pengeringan, karena kadar air keseimbangan merupakan faktor yang menentukan tingkat kadar air minimum dari tercapainya suatu kondisi pengeringan tertentu. Dengan demikian kadar air keseimbangan dipengaruhi oleh kelembaban relatif (RH) dan suhu lingkungan. Menurut Broker et al, (1981) bahwa ada dua cara atau metode untuk dapat menentukan kadar air keseimbangan yaitu metode statis dan dinamis. Dalam uji metode statis biasanya mempergunakan larutan kimia untuk menjaga kemantapan RH lingkungannya. Sedangkan metode dinamis mempergunakan dari pergerakan udara karena lebih cepat tapi kendalanya adalah untuk pengendalian RHnya. Pada umumnya metode dinamis dipakai untuk analisis sistem pengeringan.
2.2.2. Kadar air bahan pangan Kadar air bahan merupakan banyaknya air yang terkandung dalam bahan yang dinyatakan dalam persen (%). Kadar air termasuk salah satu karakteristik penting pada bahan pangan karena air dapat mempengaruhi penampakan, tekstur, dan citra rasa pada bahan pangan. Kadar air dalam bahan pangan termasuk yang menentukan kesegaran daya awet bahan pangan tersebut, kadar air yang tinggi mengakibatkan mudahnya bakteri, kapang, dan khamir untuk berkembang biak, sehingga akan terjadi perubahan pada bahan pangan (Winarno, 1997). Kadar air dalam bahan pangan sangat mempengaruhi kualitas pangan dan daya simpan dari bahan pangan tersebut. Bahwa dalam penentuan kadar air dari bahan pangan sangat penting dalam proses pengolahan maupun produksi sehingga harus mendapatkan penanganan yang tepat. Secara umum untuk penentuan kadar air bahan dapat diperoleh dengan metode pengovenan, dimana terdapat perbedaan
6
antara berat bahan contoh sebelum dan sesudah dikeringkan. Kegiatan penelitian ini yang termasuk mempergunakan salah satu cara dengan metode pengovenan yang dilakukan laboratorium, untuk memperoleh nilai kadar air sebenarnya. Prosedur metode pengovenan pada laboratorium adalah sebagai berikut, cawan porselin sebagai tempat bahan contoh (sample), pada awalnya dikeringkan terlebih dahulu diperkirakan ± 5 jam pada suhu 105˚C, kemudian di dinginkan dalam wadah desikator selama ± 30 menit dan ditimbang hingga beratnya tetap. Bahan contoh ditimbang terlebih dahulu sebesar ± 2 g (Wc) dan disimpan kembali dalam cawan, kemudian dikeringkan dalam oven dengan suhu 100-105˚C selama ± 5 jam atau beratnya tetap (Wb). Cawan yang berisi bahan contoh di dinginkan dalam desikator selama ± 30 menit kemudian ditimbang hingga beratnya tetap (Wa), perumusan kadar air dapat dihitung dengan persamaan : Kadar air (%) =
X
100%
.……(1)
dimana : Kadar air (%) : Kandungan air dalam bentuk persen %, Wa
: Berat sampel akhir,
Wb
: Berat sampel pengeringan,
Wc
: Berat sampel awal.
2.3. Kelembaban udara Brock and Richardson (2001) menyatakan bahwa RH merupakan rasio yang digambarkan sebagai persentase antara tekanan uap air aktual e terhadap tekanan uap jenuh es pada suhu udara T tertentu, sementara menurut Zamacona (2004) menyatakan bahwa RH adalah nilai persentase tekanan uap air jenuh yang dapat menggambarkan tekanan uap sebenarnya, dengan pengertian lain bahwa rasio
7
kelembaban udara di atmosfer pada saat ini dengan kelembaban maksimum yang mampu ditampung oleh atmosfer. Kelembaban relatif (RH) menggunakan satuan persen (%) dan dihitung dengan cara persamaan berikut : RH (%) =
…….(2)
dimana : RH (%) : Kelembaban relatif campuran udara-air (%), p(H2O) : Tekanan parsial uap air dalam campuran, p*(H2O) : Tekanan uap jenuh air pada temperature tersebut dalam campuran.
Menurut Wexler (1970) dalam Brock dan Richardson (2001), ada 6 cara mengukur kelembaban berdasarkan prinsip-prinsip fisika, yaitu : (1) penghilangan uap air dari udara basah, (2) penambahan uap air kedalam udara basah, (3) RH kesetimbangan penyerapan dari uap air, (4) pencapaian kesetimbangan dari uap menjadi cairan atau uap benda padat, (5) pengukuran parameter fisika dari uap air, dan (6) melalui reaksi kimia. Sehingga untuk mempermudah dalam pengukuran dirancang suatu alat kelembaban biasa yang disebut hydrometer, alat pengukur ini sering dipergunakan dalam pengukuran kelembaban udara di lingkungan. Dimana Hydrometer tersebut dikembangkan melalui metode kesetimbangan penyerapan dari uap air, dimana kandungan uap air yang diserap menyebabkan perubahan nilai parameter elektris seperti hambatan atau kapasitansi. Konsep dari alat hydrometer akan dipergunakan dalam penelitian ini dengan memodifikasi dari bentuk aplikasi sebelumnya dan perumusan masalah yang telah direncanakan akan menjadi persoalan yang perlu dipecahkan. Sehingga harapan dari kegiatan penelitian ini untuk dapat mengurangi kekurangannya.
8
2.4. Suhu udara Menurut Blundell dan Blundell (2006), menyatakan bahwa suhu merupakan ukuran panas atau dinginnya benda. Dapat dikatakan bahwa suatu benda lebih panas apabila memiliki suhu yang lebih tinggi dibandingkan benda lain yang lebih dingin. Bahang dari suatu benda akan selalu mengalir ke benda yang lebih dingin. Dari sudut pandang pergerakan elektron, suhu merupakan salah satu unsur dengan perpindahan elektron. Dalam keadaan ideal, atom dalam suatu materi memiliki elektron yang berorbit pada orbit tertentu. Jika ada unsur energi dari luar yang mempengaruhi atom, maka elektron akan berpindah level ke orbit lain (eksitasi). Akan tetapi keadaan tersebut tidak akan bertahan lama, karena elektron akan kembali ke orbitnya dan akan memberikan kembali energi dalam bentuk yang lain seperti panas, cahaya, dan radiasi lain. Suhu udara adalah jumlah bahang yang terkandung di udara (Ritter, 2007). Suhu atmosfer merupakan hubungan yang kompleks antara biosfer, litosfer serta atmosfer. Energi secara konstan berpindah dari permukaan ke udara diatasnya.
2.5. Korelasi kandungan air setimbang dan kelembaban relatif Pada suatu bahan padat yang basah dibiarkan berhubungan terhadap udara kering di sekitarnya, maka air akan berpindah dari bahan tersebut ke fase udara. Hal ini terjadi karena tekanan uap air di udara lebih kecil daripada tekanan uap air cairan di dalam bahan padatan. Jika tekanan parsial uap air di udara sama dengan tekanan parsial uap air cairan di padatan, maka dikatakan bahwa kandungan air bahan tersebut merupakan kandungan air kesetimbangan atau disebut equilibrium moisture content (EMC). Perbandingan antara tekanan uap air kesetimbangan
9
dengan tekanan uap air jenuhnya disebut kelembaban relatif kesetimbangan atau equilibrium relative humidity (ERH) yang lebih dikenal dengan sebutan aktivitas air (Sokhansanj dan Jayas, 1995) Hubungan antara kandungan air kesetimbangan dengan aktivitas air yang di sesuaikan pada temperatur tertentu dinamakan isoterm sorpsi air (water sorption isotherm). Parameter ini sangat menentukan sifat-sifat bahan kaitannya dengan proses penyimpanan bahan padatan. Penurunan kadar air suatu bahan bila mana diletakan di dalam suatu ruang dengan kelembaban relatif rendah dan suhu yang tinggi disebut desorpsi. Sebaliknya bila suatu bahan yang relatif kering menyerap air dari lingkungan yang mempunyai kelembaban relatif lebih tinggi dan suhu rendah, dikatakan bahwa bahan tersebut mencapai kadar air keseimbangannya melalui adsorpsi. Dimana untuk melihat plot antara parameter kadar air dan RH pada suhu tertentu dikenal sebagai grafik kadar air kesetimbangan pada suhu tetap atau sorpsi isotermis. Jika dilihat dari produk pertanian yang termasuk biji-bijian grafiknya adalah berbentuk sigmoid (berbentuk S).
2.6. Konsep umum alat pengukuran Menurut Warsito (1987), menyatakan bahwa piranti alat ukur adalah sistem pengolahan informasi atau besaran yang akan diukur yaitu suatu informasi. Secara umum menunjukan bahwa sistem informasi dibagi dalam beberapa bagian yaitu unit sensor, pengolahan informasi, dan piranti keluaran (output). Pada Gambar 1, merupakan bentuk alur dari sistem pengukuran. Merancang instrumentasi alat ukur tidak lepas dari suatu metode, kegiatan penelitian ini mempergunakan metode pengukuran secara tidak langsung. Bahwa
10
pengukuran dikatakan tidak langsung bila pembandingnya adalah suatu yang telah dikalibrasikan terhadap besaran standard, misalnya sensor RH.
Besaran yang akan diukur
Unit sensor
Pengolahan informasi
Piranti keluaran
(Sumber : Warsito, 1987) Gambar 1. Diagram alir sistem pengukuran.
Dalam perancangan instrumentasi yang baik tanpa mengetahui arti dari bentuk karakteristik pada alat tersebut, maka akan kesulitan dalam memperoleh hasil yang ingin dicapai. Ada beberapa karakteristik penting bila akan merancang alat pengukuran, adalah sebagai berikut : (1) Ketelitian dan keseksamaan (Accuracy) Ketelitian atau Accuracy dapat definisikan sebagai ukuran seberapa jauh hasil pengukuran mendekati nilai sebenarnya. Ukuran ketelitian biasanya sering dinyatakan dengan dua cara, atas dasar perbedaan dan kesalahan (error) terhadap nilai yang sebenarnya. Nilai suatu kesalahan biasanya dinyatakan dalam lingkup nilai sesungguhnya dari kuantitas yang diukur sebagai persentase.
11
(2) Kecermatan atau keterulangan Menyatakan seberapa jauh alat pengukuran dapat mengulangi hasilnya bila untuk nilai yang sama. Perkataan lain bahwa alat pengukuran belum tentu akan dapat memberikan hasil yang sama jika diulang, meskipun nilai besaran yang diukur tidak berubah. Hal diatas berarti bahwa jika suatu alat pengukur hydrometer menghasilkan angka 75,26% , dan hasil yang sama akan diperoleh kembali melalui pengukuran ulang, dapat dikatakan bahwa hydrometer tersebut sangat cermat. (3) Resolusi Resolusi adalah nilai perubahan terkecil yang dapat dirasakan oleh alat ukur. Sebagai perumpamaan suatu timbangan pada jarum penunjuk yang bisa menunjukan perubahan 0,1 gram (terkecil yang dapat dilihat) maka dapat dikatakan bahwa resolusi dari timbangan tersebut adalah 0,1 gram. Nilai resolusi sering dinyatakan dalam bentuk persen (%) skala penuh. (4) Sensivitas (Sensivity) Sensivitas adalah rasio antara perubahan pada output terhadap perubahan pada input. Pada alat ukur yang linear, sensivitas adalah tetap. Dalam beberapa hal nilai sensivitas yang besar menyatakan pula keunggulan dari alat pengukuran yang bersangkutan. Alat yang terlalu sensitif tergolong instrumen sangat mahal, sementara belum tentu sepadan untuk maksud yang kita inginkan.
12
2.7. Mikrokontroler Mikrokontroler merupakan suatu bentuk rangkaian elektronik atau chip yang sangat terintregrasi untuk membuat sebuah alat kontrol otomatis. Fitur yang terdapat di dalamnya terdiri dari CPU (Central Prosessing Unit), RAM (Random Access Memory), sebagian bentuk ROM (Read Only Memory), I/O (Input/Output) port, dan Timers. Mikrokontroler dapat dipergunakan dalam hal melakukan tugas yang sangat spesifik. Salah satu mikrokontroler yang banyak dipergunakan adalah produksi Atmel keluarga AVR seri ATmega32. Karakteristik dari ATmega32 tersebut memiliki mikrokontroler 8-bit yang di dalamnya terdapat arsitektur RISC yaitu Reduce Intruction Set Computer, frekuensi kerja hingga 16 Mhz, 32K Byte InSystem Programable flash, memori 1024 Byte EEPROM (Electrically Erasable Programable Read-Only Memory), 2 Kilobyte SRAM internal, empat port I/O 8bit, Master/Slave SPI Serial Interface, tegangan operasi 4,5 Volt- 5,5 Volt, yang termasuk konsumsi daya rendah.
2.8. Sensor Sensor merupakan suatu perangkat yang mengubah fenomena fisik menjadi sinyal elektronik (Kenny, 2005). Sensor dapat menerima suatu rangsangan dan meresponnya dengan perubahan sinyal listrik. Sensor tidak dapat melakukan aksi kerja secara individu, biasanya sensor merupakan bagian dari satu sistem yang lebih besar yang memiliki rangkaian pengkondisi sinyal dan bermacam-macam pemrosesan sinyal analog atau digital.
13
Berdasarkan rangkaian pengkondisi sinyal, sensor dapat dibagi menjadi dua, yaitu pasif dan aktif. Sensor aktif memerlukan pemicu eksternal yang berupa rangkaian penyangga sensor, sehingga selalu ada arus yang akan melewati sensor. Contoh sensor aktif adalah termistor, RTD (Resistance Temperature Detector), dan strain gages. Sensor pasif dapat menghasilkan sinyal keluaran sendiri tanpa memerlukan rangkaian dan arus tambahan. Sebagai contoh dari sensor pasif adalah thermocouple yang menghasilkan tegangan thermoelectric dan fotodioda yang dapat menghasilkan photocurrent. Setiap sensor memiliki karakteristik tertentu, dimana karakter tersebut bisa menentukan baik buruknya sebuah sensor pada aplikasi tertentu. Karakter ini pula menentukan rangkaian yang digunakan sebagai penyangga sensor. Ada beberapa karakter penting yang perlu diperhatikan di dalam sensor tersebut, yaitu : (1) Transfer function Hubungan fungsi antara sinyal masukan fisik dan sinyal keluaran elektris. Biasanya untuk hubungan ini digambarkan sebagai grafik antara sinyal masukan dan keluaran. (2) Sensitivitas Merupakan nilai rasio antara perubahan kecil dalam sinyal elektris terhadap perubahan kecil pada sinyal fisik, dan diekspresikan pula sebagai fungsi turunan Transfer Function terhadap sinyal fisik. Satuan ukur yang biasa digunakan adalah volt/Kelvin, milivolt/kilopascal, dsb. Sebagai contoh bila sebuah alat termometer akan memiliki sensitivitas tinggi apabila perubahan nilai suhu di lingkungan dan mengakibatkan perubahan tegangan yang
14
tinggi. Karena perubahan tegangan yang signifikan memudahkan dalam pengamatan terhadap bentuk sinyal elektris. (3) Span atau Dynamic Range Rentang masukan sinyal fisik yang bisa dikonversi ke dalam bentuk sinyal elektris. Sinyal fisik diluar rentang ini diperkirakan memiliki akurasi yang sangat rendah. Satuan yang digunakan yaitu kelvin, pascal, newton, dsb. (4) Accuracy atau Uncertainty Merupakan perkiraan kesalahan terbesar antara sinyal keluaran sebenarnya dan sinyal keluaran ideal. Accuracy merupakan istilah kualitatif, berbeda dengan uncertainty yang bersifat kuantitatif. Sebagai contoh, sebuah sensor bisa memiliki akurasi yang lebih tinggi ketika uncertainty sebesar 1% dibandingkan dengan nilai uncertainty 3%. (5) Hysteresis Beberapa sensor tidak kembali ke nilai semula ketika terjadi ada rangsangan naik atau turun. Besarnya kesalahan yang diperkirakan dalam kuantitas pengukur merupakan Hysteresis. (6) Nonlinearity Nonlinearity merupakan penyimpangan maksimum dari Transfer Function linear terhadap Dynamic Range. (7) Noise Beberapa sensor menghasilkan noise, bersamaan dengan sinyal keluaran. Beberapa kasus menunjukan noise pada sensor lebih kecil dibandingkan dengan noise pada rangkaian elektronik selanjutnya.
15
2.8.1. Pengembangan sensor kelembaban Pada awalnya pengukuran kelembaban dapat dilakukan dengan mengukur perubahan kelembaban pada kain sutera, rambut manusia dan kemudian nilon serta bahan sintetis. Pengembangan sensor semikonduktor yang sangat pesat menghasilkan sensor kelembaban yang berbasis polimer. Sensor semikonduktor ini memiliki akurasi tinggi, tahan lama dan efektif dari segi biaya. Ada tiga jenis sensor RH yang banyak di produksi diantaranya: sensor RH kapasitif, sensor RH resistif, serta sensor RH konduktivitas panas. Sensor RH kapasitif ialah suatu sensor yang apabila terjadi perubahan nilai RH pada lingkungan, maka terjadi perubahan nilai kapasitansi. Pada sensor ini memiliki kemampuan rentang pengukuran RH dari 0% hingga 100%, berbeda dengan sensor berbasis resistansi yang tidak mampu mengukur RH dibawah 20%. Karena pengaruh suhu tidak dominan, sensor ini mampu digunakan pada rentang suhu yang lebar tanpa kompensasi suhu aktif. Perubahan konstanta di elektrik hampir proporsional terhadap RH pada lingkungan. Umumnya terjadi perubahan kapasitansi 0,2-0,5pF untuk setiap perubahan 1% RH. Pada tipe sensor RH kapasitif juga mampu pulih secara penuh dari efek kondensasi dan tahan terhadap debu yang menempel di permukaan sensor RH. Karena kelebihan - kelebihan tersebut sensor ini banyak digunakan dalam uji tes pengukuran atmosferik. Salah satu bahan yang digunakan oleh sensor kapasitif adalah polimer termoset. Sensor langsung mendeteksi perubahan RH lingkungan sebagai perubahan kapasitansi sensor dengan respon yang cepat, linearitas tinggi, hysteresis rendah, serta stabilitas jangka panjang yang baik. Pada Gambar 2, telah menunjukan bahwa sensor RH kapasitif dengan tiga buah lapisan permukaan.
16
Pada lapisan kapasitor di elektrik aktif dari bahan elektroda platinum dapat menyeimbangkan diri dengan gas disekitarnya, sedangkan untuk Porous platinum yaitu mencegah terjadinya respon di elektrik akibat pengaruh eksternal sementara lapisan polimer diatasnya melindungi dari kontaminan seperti debu, minyak, dan kotoran. Jika dari lapisan kontaminan atas terpengaruh maka akan menyebabkan lambatnya waktu untuk merespon dari kinerja sensor.
(Sumber : Fontes, 2005) Gambar 2. Konstruksi sensor kelembaban kapasitif dengan 3 lapisan.
Sensor RH resistif merupakan sensor yang apabila terjadi suatu perubahan nilai RH di lingkungan, maka terjadi perubahan impedansi. Biasanya hubungan antara RH dan impedansi bersifat eksponensial terbalik seperti yang ditunjukan pada Gambar 3. Pada umumnya bahan pada lapisan sensor menggunakan bahan polimer konduktif dan garam, serta dikembangkan menjadi berbahan keramik.
(Sumber : Roveti, 2001) Gambar 3. Hubungan antara kelembaban relatif dengan resistansi.
17
Sensor kelembaban konduktivitas panas atau biasa disebut dengan sensor kelembaban absolut. Sensor ini mengukur perbedaan konduktivitas panas dari udara kering ke udara yang memiliki uap air. Sensor ini terdiri dari dua termistor NTC (Negative Temperature Coefficient) pada rangkaian jembatan DC. Bahan di kedua buah termistor dibungkus oleh nitrogen kering, untuk letak kedua termistor jelas berbeda, di dalam sensor sedangkan satunya lagi berada permukaan sensor. 2.8.2. Sensor kelembaban relatif Sensorion SHT11 Modul SHT11 merupakan modul sensor kelembaban relatif dan suhu dari Sensirion serta memiliki keluaran data digital. Modul ini yang akan digunakan sebagai alat pengindra suhu dan kelembaban dalam aplikasi pengendali suhu dan kelembaban ruangan maupun aplikasi pemantau suhu dan kelembaban relatif pada ruangan. Prinsip kerja yang digunakan pada modul SHT11 adalah sensor berbasis kapasitif. Sensor ini sudah terkalibrasi dan memiliki rangkaian pengondisi sinyal serta 14-bit ADC yang terintegrasi. Data suhu yang diperoleh dapat digunakan juga sebagai parameter kompensasi RH serta menentukan titik embun (dewpoint). Modul SHT11 terdapat pula pemanas internal untuk mengkalibrasi sensor RH dan pemulihan sensor ketika RH mencapai 100%, yang berarti terbentuk dari adanya butiran-butiran embun pada permukaan sensor. Jenis komunikasi sensor RH ini menggunakan antarmuka two-wire serial, ukuran dimensi kecil dan konsumsi daya rendah menjadikan sensor RH ini pilihan yang tepat untuk digunakan pada sistem kompak. Pada Gambar 4, menunjukan blok diagram dari sensor RH Sensirion SHT11. Nilai koefisien pengkalibrasi dari sensor RH telah diprogramkan kedalam OTP memory. Koefisien tersebut akan digunakan untuk mengkalibrasi keluaran dari sensor selama proses pengukuran.
18
(Sumber : Sensirion, 2007) Gambar 4. Blok diagram kelembaban relatif Sensirion SHT11.
Ada 4 pin yang digunakan pada sensor RH Sensirion SHT11, yaitu : VDD, GND, DATA, SCK. VDD dan GND merupakan pin catu daya pada sensor RH. Catu daya yang dapat digunakan 2,4 V hingga 5,5V. Pin SCK dan DATA adalah untuk antarmuka dengan perangkat lain. Komunikasi pada jalur SCK sebagai sumber clock. Pada Gambar 5, menunjukan skematik antarmuka dari sensor RH dengan mikrokontroler.
(Sumber : Sensirion, 2007) Gambar 5. Skema antarmuka sensor SHT11 dan Mikrokontroler.
Sistem sensor ini mempunyai 1 jalur data yang digunakan untuk perintah pengalamatan dan pembacaan data. Ketika memulai transmisi dilakukan suatu pengalamatan data dengan membuat LOW di jalur DATA ketika SCK di kondisi HIGH, lalu membuat jalur DATA menjadi HIGH ketika SCK tetap HIGH. Pada Gambar 6, merupakan gambaran sinyal sensor yang ditunjukan dengan urutan sinyal DATA dan SCK ketika memulai transmisi.
19
(Sumber : Sensirion, 2007) Gambar 6. Urutan sinyal untuk memulai transmisi.
Setelah memulai transmisi dilanjutkan kembali dengan mengirimkan data atau perintah menuju sensor RH. Terdapat 3 (tiga) bit pengalamatan dan 5 (lima) bit untuk pengintruksian. Dimana ketiga bit pengalamatan yang bisa digunakan hanya ‘000’, berikut ini lima bit perintah yang ditunjukan pada Tabel 1.
Tabel 1. Perintah pada Sensirion SHT11 Perintah Mengukur Suhu Mengukur Kelembaban Membaca Register Status Menulis Register Status Soft Reset, me-reset antarmuka, mengembalikan nilai status register ke awal (Sumber: Sensirion, 2007)
Kode 00011 00101 00111 00110 11110
Setelah mengirimkan perintah mengukur suhu dan kelembaban, maka unit mikrokontroler harus menunggu hasil pengukuran. Waktu maksimum yang dibutuhkan adalah sebesar 20/80/320ms untuk pengukuran 8/12/14bit. Kaki serial Data yang terhubung dengan mikrokontroler memberikan perintah pengalamatan pada pin Data SHT11 “00000101” untuk mengukur kelembaban dan “00000011” untuk pengukuran suhu. Urutan sinyal saat mengukur RH tanpa ada kompensasi suhu dapat dicontohkan pada Gambar 7.
20
(Sumber : Sensirion, 2007) Gambar 7. Urutan sinyal untuk mengukur kelembaban relatif.
Urutan sinyal diatas menunjukan bahwa hasil dari pengukuran yang di dapatkan nilai digital kelembaban sebebesar “1001’0011’0001”. Nilai digital ini dikonversi menjadi bilangan desimal. Ketika mengonversi nilai desimal sensor RH menjadi besaran fisik diperlukan persamaan : RHlinear = C1 + (C2 x SORH) + (C3 x SORH2)
…….(3)
dimana : RHLINEAR
: Kelembaban relatif tanpa kompensasi suhu.
SORH
: Sensor Output, nilai desimal dari sensor yang didapat. C1 = -4 ; C2= 0,0405 ; C3=-2,8*10-6
Hasil dari RHLINEAR ini harus di kompensasi terhadap suhu agar hasilnya lebih akurat. Kompensasi suhu dikenal dengan sebutan Automatic Temperature Compensation (ATC). Fungsi dari ATC ini adalah agar sensor dapat mengukur kelembaban relatif (RH) lebih akurat pada rentang suhu yang lebar.
21
Dalam mengkonversi nilai desimal sensor RH dengan kompensasi nilai suhu menjadi besaran fisik diperoleh dengan persamaan:
RHtrue = (Tc – 25) x (t1 + t2 x SORH) + RH LINEAR
......(4)
dimana : RHTrue
: Nilai RH terkompensasi suhu
RHLINEAR
: Nilai RH tanpa dikompensasi suhu
Tc
: Suhu lingkungan dalam derajat Celsius t1 = 0,01 ; t2 = 0,00008.
2.9. Time Clock DS1307 dengan Antarmuka I2C Komponen DS1307 merupakan Real-Time Clock (RTC) buatan dari DallasMaxim Semiconductor®. Dapat dikatakan bahwa DS1307 mempunyai fungsi sebagai kalender dan jam digital. Fitur utama DS1307 adalah mampu menghitung detik, menit, jam, tanggal, tahun dengan koreksi tahun kabisat hingga tahun 2100, dan data bisa disimpan dengan bantuan catu daya, dan antarmuka I2C. Terlihat pada Gambar 8, merupakan suatu blok diagram yang ada dalam DS1307 (RTC). Proses pengiriman sinyal perintah sama halnya dengan pengkodean pada sensor RH. Adapun RTC tersebut memiliki suatu sistem tersendiri yang akan melakukan instruksi pengiriman perintah kepada mikrokontroler. Control logic merupakan pusat pengalamatan dan pengiriman perintah oleh DS1307. Demikian pula dari kegiatan penelitian ini membutuhkan fitur yang tersedia dalam DS1307. Lembar panduan dalam perangkaian alat dan kinerja dari DS1307 ada pada suatu lembar data produsen yang telah diberikan oleh pabrik pembuatannya.
22
(Sumber : Dallas-Maxim Semiconductor, 2008) Gambar 8. Blok diagram DS1307.
DS1307 yang digunakan memiliki paket DIL8 (Dual In Line 8). Dalam data produsen DS1307 membutuhkan catu daya 5 volt, untuk dihubungkan pada kaki Vcc serta GND. Rangkaian utamanya hanya membutuhkan kristal eksternal sebesar 32,768KHz yang dihubungkan pada di kaki X1 dan X2 dan sebuah baterai dengan voltase 3V untuk menyimpan data di NVRAM (Non-Volatile Random Access Memory) pada VBAT dan GND. Ketika membaca maupun menulis register pengalamatan di atas diperlukan tempat penyimpanan sementara pada mikrokontroler untuk mencegah kesalahan register internal. Tempat penyimpanan atau secondary buffer ini berupa alokasi memori yang terdapat pada mikrokontroler. Fungsi dari unit DS1307 ini adalah pencatatan waktu, jam, dan tahun yang telah disesuaikan, sehingga dalam penelitian ini membutuhkan dalam pengamatan terhadap waktu maka unit DS1307 telah diatur suatu penginstruksian di dalam alat agar dapat terkontrol selama proses kegiatan pengukuran.
23
2.10. Catu daya Setiap komponen elektronik memerlukan sumber tenaga untuk bekerja. Sumber tenaga pada umumnya berupa tegangan searah (DC). Sumber tegangan yang biasa digunakan ada dua macam, konverter AC/DC dan konverter DC/DC. Konverter AC/DC mengubah sumber tegangan bolak-balik AC (misal : Adaptor) menjadi tegangan DC sesuai kebutuhan komponen elektronik. Konverter DC/DC mengubah tegangan dari sumber DC menjadi tegangan yang dibutuhkan oleh komponen elektronik. Dikarenakan sistem yang dirancang bersifat portabel, maka sumber tenaga yang digunakan adalah adaptor dengan tipe konversi AC/DC.
2.10.1. Adaptor Adaptor merupakan perangkat yang dapat menyesuaikan jenis dan besar tegangan listrik terhadap alat lain, dimana adaptor tersebut dapat mengubah arus AC menjadi arus DC. Adaptor tersebut merupakan sebuah konektor yang dapat menyaring voltase yang tinggi menjadi lebih sederhana dari AC diubah jadi DC, seperti contoh tegangan energi berkisar 220 volt diubah menjadi voltase yang lebih rendah oleh transformator yang lebih dikenal dengan sebutan trafo. Ada 2 fungsi trafo yang sering digunakan, pertama trafo step up untuk mengubah arus AC yang lebih rendah menjadi arus AC yang lebih tinggi, kedua trafo step down untuk mengubah arus AC yang tinggi menjadi arus AC yang lebih rendah. Secara umum adaptor ini sering dipergunakan oleh masyarakat untuk kehidupan sehari-hari diantaranya trafo tipe step down, dimana arus AC dapat diubah menjadi arus DC oleh unit serangkaian penyearah. Pada Gambar 9, merupakan gambar skematik rangkaian dasar adaptor dengan trafo tipe step down.
24
(Sumber : Electronics, 2010) Gambar 9. Skematik rangkaian dasar adaptor.
Adaptor ini memiliki dua buah kumparan kawat, yang pertama kumparan yang berasal dari voltase input (primer), dan yang kedua kumparan yang berasal dari voltase output (sekunder). Kedua kumparan tersebut berfungsi sebagai daya pembanding antara voltase input dan voltase output, untuk memperoleh tegangan DC yang lebih rendah. Apabila kumparan primer diberikan tegangan sebesar 220 volt maka kumparan sekunder akan mengeluarkan tegangan berkisar 12 volt. Oleh karena itu catu daya berupa adaptor merupakan salah satu pilihan yang tepat untuk memperlancar dalam kegiatan penelitian ini dan memiliki keunggulan dari segi penghematan biaya dan daya energi.
