Turbidimeter Berbasis Mikrokontroller dengan Penyimpanan Internal Wahyu Guretno, DR.Ir.H.B. Guruh Irianto AIM. MM., Abd. Kholiq, SST. Jurusan Teknik Elektromedik POLITEKNIK KESEHATAN KEMENTRIAN KESEHATAN SURABAYA Turbidimeter adalah alat yang digunakan untuk mengukur kekeruhan air. Kekeruhan air disebabkan oleh zat yang tersuspensi baik yang zat anorganik maupun organic. Zat anorganik biasanya merupakan lapukan batuan dan logam, sedangkan organic berasal dari buangan industry yang dapat menjadi makanan bakteri dan perkembangbiakkan bakteri dapat menambah kekeruhan air. Kekeruhan air sebagai parameter penting yang menentukan kualitas air memegang peranan penting bagi setiap mahkluk hidup dan karenanya cukup penting untuk diukur. Besaran kekeruhan ditentukan oleh suatu nilai yang disebut Nephelometer Turbidity Unit (NTU). Semakin tinggi nilai NTU, maka air akan semakin keruh dan sangat berpengaruh terhadap kualitas air. Agar air minum yang dikonsumsi oleh masyarakat tidak mengandung bakteri atau kekeruhan , maka dibuatlah alat “Turbidimeter Berbasis Mikrokontroller AtMega 8535 dengan penyimpanan Internal”, kemudian hasilnya dapat dilihat di display dan dapat di simpan penulis menggunakan IC Atmega8535 sebagai pemroses mikro. Berdasarkan dari hasil pengujian dan pengukuran pada 4 sampel air dengan pengukuran sebanyak 5 kali pada setiap sampel dengan pembanding alat Turbidimeter, didapatkan nilai rata-rata yang tidak jauh berbeda dengan nilai pembanding, yaitu pada sampel A sebesar 0.3 4 NTU dengan presentase error 0,09%, sampel B sebesar 0.66 NTU dengan presentase error 0.95%, sampel C sebesar 6.39 dengan presentasi eror 0.11% dan pada sampel D 0.53 dan presentasi error 0.23%. Setelah melakukan proses perencanaan, percobaan, pembuatan modul, dan pengujian serta pendataan dapat disimpulkan bahwa alat “Turbidimeter berbasis Mikrokontrolle ATmega 8535” dapat digunakan dan sesuai perencanaan. Kata Kunci : Turbidimeter, NTU PENDAHULUAN
mengenai partikel yang terkandung
Latar Belakang Masalah
dalam air dengan cara menyinarkan
Turbidimeter merupakan alat
sumber cahaya yang berasal dari
untuk menganalisa hamburan cahaya.
lampu ke kuvet. Kemudian partikel
Hamburan
akibat
tersebut akan menyerap energi cahaya
adanya partikel yang terdapat dalam
dan akan memantulkan cahaya ke
larutan.
segala arah (Saidar,et.al, 2002).
cahaya
terjadi
Partikel
ini
akan
menghamburkan cahaya ke segala arah yang
mengenainya,
memanfaatkan
intensitas
Prinsip
turbidimeter
mengukur
kerja
hamburan
dengan cahaya.
cahaya
yaitu yang
Turbidimeter merupakan salah satu
parameter
kekeruhan
air,
untuk
mengukur
dimana
kekeruhan
dalam air sering diabaikan karena
1
dianggap sudah cukup diidentifikasi
Batasan Masalah
melalui
1. MenggunakanMikrokontrollerATMega
penglihatan
apakah
air
tersebut jernih atau tidak. Hal ini terjadi dimungkinkan karena
tidak
8535 2. Tampilan hasil berupa LCD
tersedianya alat untuk mendeteksi
3. Menggunakan sensor LDR
tingkat kekeruhan air. Padahal air yang
4. Menggunakan
terlihat jernih belum tentu mutunya bagus,
oleh
sebab
itu
untuk
rangkaian
pembagian
tegangan 5. Adanya penyimpanan internal
mengendalikan mutu dilakukan uji kekeruhan dengan alat turbidimeter.
Rumusan Masalah Dapatkah
dimodifikasi
alat
Alat turbidimeter ini telah
Turbidimeter berbasis Mikroktroller
dibuat oleh Abdul Syukur Tuanaya
ATMega8535 dengan penyimpanan
(2006), namun menurut pengamatan
internal?
penulis
alat ini belum dilengkapi
dengan penyimpanan data internal. Artinya kondisi alat tersebut perlu ditambahkan
TUJUAN PENELITIAN 1.
rangkaian pengkondisi
Tujuan Umum Dimodifikasinya
alat
Turbidimeter
sinyal yang lebih akurat karena alat ini
Berbasis
masih dipengaruhi banyak noise.
ATMega8535 dengan penyimpanan internal.
Berdasarkan kekurangan alat yang sudah dibuat sebelumnya, maka penulis
mempunyai
dilengkapi
ini
dengan
b. Membuat Detector sensor LDR
penyimpanan
internal.
alat
progam penggunakan Mikrokontroller sebelumnya
Mikrokontroller
menggunakan AT89S51
ditingkatkan menjadi Mikrokontroller ATMega8535,
dan
menambahkan
rangkaian pengkondisi sinyal pada alat tersebut.
Tujuan Khusus a.Membuat rangkaian Power Suply
Selain itu penulis akan meningkatkan
yang
2.
untuk
memodifikasi
ide
Mikrokontroller
c.Membuat
rangkaian
pembagian
tegangan d. Menggunakan empat sampel yaitu Air mineral,air PDAM, air sumur dan air selokan e.Membuat
rangkaian
sistem
minimum
Mikrokontroller
ATMega8535 f. Melakukan uji coba alat
2
MANFAAT PENELITIAN 1. Manfaat Teoritis a. Meningkatkan
wawasan
ilmu
pengetahuan di bidang Alat Lab Sanitasi,
khususnya
Turbidimeter
untuk
pada
alat
melihat kadar
2. Variabel Penelitian a. Variabel Bebas Sebagai variabel babas adalah air sampel , karena air sampel ini tidak tergantung dan tidak dikontrol oleh rangkaian lain.
kekeruhan dalam air. b. Sebagai
referensi
pembaca
untuk
mengembangkan alat turbidimeter ini. 2. Manfaat Praktis Dengan adanya alat ini diharapkan dapat membantu user/pengguna untuk mengukur
atau
mengecek
kadar
kekeruhan pada air.
METODOLOGI PENELITIAN 1. Desain Penelitian Metode penelitian dalam pembuatan modul ini adalah metode penelitian Pre-Eksperimental dengan menggunakan jenis After Only Design. Pada rancangan ini penulis hanya melihat hasil tanpa mengukur keadaan sebelumnya. Tetapi disini sudah ada kelompok control , walaupun tidak dilakukan randomisasi. Kelemahan dari rancangan ini adalah tidak tahu keadaan awalnya, sehingga hasil yang didapat sulit disimpulkan. Desain dapat digambarkan sebagai berikut: X O Non Random…………….. (-) O X : treatment/perlakuan yang diberikan ( variable independen) O : Observasi ( variable dependen) (-) : Kelompok control
Variabel Tergantung Sebagai variable tergantung yaitu rangkaian sensor dan detector yang dikontrol oleh banyaknya sumber cahaya dan jumlah partikel yang terkandung dalam air sampel. Variabel Terkendali Variabel terkendali adalah display LCD yang dikendalikan oleh Mikrokontroller untuk menampilkan nilai kekeruhan air. Diagram Mekanis Sistem
Gambar 3.1.2 desain Alat Turbidimeter
3
3. Blok Diagram
menjadi sinyal listrik., lalu masuk ke ADC Mikrokontroller dan diolah melalui progam dan hasilnya akan tampil pada display LCD. 4. Diagram Alir Proses/Program 1) Diagram Alir Mikrokontroller
Diagram Blok Sistem Cara Kerja Blok Diagram Sumber Cahaya akan melewati sampel maka berkas cahaya akan berinteraksi dengan partikel yang terkandung dalam air sampel. Kemudian partikel akan menyerap energy cahaya dan akan memantulkan ke segala arah, jumlah cahaya yang terhambur oleh partikel akan ditangkap oleh detektor. Dimana cahaya yang diteruskan akan dideteksi oleh transmited detector. Cahaya yang terhambur oleh partikel letaknya tepat pada 90° akan dideteksi oleh 90° detector, dan cahaya yang terhambur kurang dari 90° akan dideteksi oleh back scatter detector sedangkan cahaya yang terhambur lebih dari 90 ° akan dideteksi oleh forward scatter detector. Lalu akan LDR akan masuk ke rangkaian pembagian tegangan yan berfungsi untuk mengubah sinyal cahaya
Cara Kerja Diagram Alir Saat dimulai akan terjadi proses inisialisasi pada LCD, dan pada LCD akan tampil perintah untuk memasukan sampel, lalu sumber cahaya
akan
melewati
kuvet,
4
sehingga partikel yang ada pada air tersebut akan menyerap energy
Keterangan Sampel
:
Sampel A
:Air Mineral
Sampel B
:Air Sumur
terhambur akan di tangkap oleh
Sampel C
:Air selokan
detector
I,II,III,IV,
Sampel D
:Air PDAM
dirubah
menjadi
cahaya dan akan memantulkan ke segala arah, jumlah cahaya yang
lalu data
akan digital
sehingga masuk ke pin ADC pada Mikrokontroller ATMega8535 dan akan terjadi pemprosesan data dan
Table .1 hasil output pada pembagian tegangan
hasilnya akan di tampilkan di LCD.
Sampel
A
B
C
D
Lalu tekan tombol SAVE untuk
TP1
0.04
0.05
0.08
0.05
TP2
0.25
0.25
0.32
0.30
membaca hasil pengukuran yang
TP3
0.10
0.12
0.16
0.11
sudah disimpan.
TP4
0.72
0.83
1.34
0.07
menyimpan hasil pengukuran dan tekan
tombol
READ
untuk
PEMBAHASAN Hasil Dan Analisa 4.1 Hasil
Pengukuran
Output
dari
pembagian Tegangan LDR Rangkaian pembagian teangan digunakan untuk pembagian tegangan antara LDR dengan potensio agar dapat dibaca oleh ADC Mikrokontroller. Berikut hasil output pembagian tegangan
pada
rangkaian
Ket Test Point : TP1
:Sensor Transmited Detector
TP2
:Sensor Back Scatter Detector
TP3
:Sensor 90° Detector
TP4
:Sensor Forward Detector
Dari data diatas diketahui bahwa setiap test poin untuk tiap-tiap sampel berbeda. Untuk sampel yang jernih menghasilkan tegangan yang lebih kecil dibandingkan dengan tegangan pada sampel yang tergolong sedikit keruh. 4.2 Hasil Pengukuran Alat Sam pel
I
II
III
IV
V
Rat a”
A
0.3 3
0.3 3
0.3 5
0.3 4
0.3 5
0.3 4
B
0.6 4
0.6 3
0.6 9
0.6 7
0.7 0
0.6 6
C
5.9 9
6.4 8
6.4 8
6.4 8
6.5 5
6.3 9
D
0.9 60
0.5 70
0.3 81
0.3 80
0.3 80
0.5 3
5
Table.2 Hasil pengukuran alat dengan Tuebidimeter No.
Sampel
Display
Turbidimet
Alat
er
1
A
0.34NTU
0.311 NTU
2
B
0.66 NTU
0.628 NTU
3
C
6.39 NTU
5.72 NTU
4
D
0.53 NTU
0.429 NTU
Dari data diatas dapat diketahui berapa tingkat dari kekeruhan masing-masing sampel, dan hasil dari display alat akan dibandingkan dengan alat turbidimeteraslinya sehingga pada display alat akan muncul toleransi untuk mengetahui layak atau tidak alat pada alat display tersebut. Sehingga diperolehhasil kekeruhan yang palng tinggi pada sampel C yaitu sampel air sumur sebesar 6.39 NTU dan pada turbidimeter 5.72 NTU dan hasil kekeruhan yang paling sedikit pada sampel A yaitu sampel air mineral sebesa 0.34 NTU dan pada Turbidimeter 0.311 NTU.
data oleh banyaknya data dalam kumpulan tersebut. Rumus rata – rata adalah :
Dimana :
= rata-rata
X1,..,Xn
= nilai data
n
=
banyak
data
(1,2,3 … ,n)
Standart Deviasi Standart Deviasi adalah suatu nilai yang menunjukan tingkat (derajat) variasi kelompok data atau ukuran standart penyimpangan dari mean Rumus Standart Deviasi adalah :
Standart deviasi / SD = 4.2.3 Analisis
Setelah
dilakukan
pengukuran
maka akan dilakukan perhitungan data yang diperoleh
sehingga
dapat
( X1 X )2 ( X 2 X )2 ...... ( X 5 X )2 n 1
dianalisa
menggunakan rumus, antara lain :
Dimana : SD
= rata-rata
1. Rata – rata Rata–rata adalah bilangan yang di dapat dari hasil pembagian jumlah nilai
= standart deviasi
X1,..,Xn
= nilai data
n
=
banyak
data
(1,2,3 ….n )
6
Rata-rata sampel B
2. Error (Rata – rata Simpangan) Error
(Rata–rata
Simpangan)
adalah selisih antara mean terhadap masing
X =
– masing data.
0.70 0.67 0.69 0.63 0.64 5
Rumus Error adalah :
X =0.53 Rata-rata sampel C
X =
5.99 6.48 6.84 6.84 6.55 5
Dimana : Xn
= rata-rata data kalibrator
X =6.39 Rata-rata sampel D
= rata-rata data modul Ua (Ketidakpastian)
X Rumus ketidakpastian (Ua) adalah : =
0.960 0.570 0.381 0.380 0.380 5
X =0.66 Dimana :
Ua
= ketidakpastian
SD
= standart deviasi
n
= banyaknya data
2. Standart Deviasi/SD
Standart Deviasi Sampel A SD
( X1 X )2 ( X 2 X )2 ...... ( X5 X )2 n 1 4.2.3.1 Hasil perhitungan perbandingan pengukuran alat 1. Rata-Rata Rata-rata sampel A
=
(0.330.34)2 (0.330.34)2 (0.350.34)2 (0.340.34)2 (0.350.34)2 51 =0.01
X =
0.33 0.33 0.35 0.34 0.35 5
X =0.34
7
Standart Deviasi Sampel B Ua =
SD
( X1 X )2 ( X 2 X )2 ...... ( X 5 X )2 n 1
0.01 2.236
Ua =0.00447
Ketidakpastian Sampel B
=
(0.640.66)2 (0.630.66)2 (0.690.66)2 (0.670.66)2 (0.700.66)2 0.031 Ua = 51 2.236 =0.031
Ua =0.01386 Standart Deviasi Sampel C
Ketidakpastian Sampel C
SD
( X1 X )2 ( X 2 X )2 ...... ( X 5 X )2 n 1
Ua =
0.386 2.236
(5.996.39)2 (6.486.39)2 (6.846.39)2 (6.846.39)2 (6.556.39)2 Ua =0.1726 51 Ketidakpastian Sampl D
=0.386 Standart Deviasi Sampel D SD
Ua =
( X1 X )2 ( X 2 X )2 ...... ( X 5 X )2 n 1
0.405 2.236
Ua =0.1811 4. % Error Pada sampel A
=
(0.960.53)2 (0.570.53)2 (0.3810.53)2 (0.380.53)2 (0.380.53)2 51 =0.405
3. Ketidakpastian (Ua) Ketidakpastian Sampel A
Xn X % Error = x 100% Xn =
0 .311 0 .34 x 100% 0.311
= 0,09 % Pada sampel B
8
Tujuan menanamkan program pada mikrokontroler adalah agar rangkaian elektronik dapat membaca input, memproses input tersebut dan kemudian menghasilkan output sesuai yang diinginkan. Bahasa pemograman yang digunakan adalah bahasa C yang dapat diprogram dengan mudah menggunakan computer sesuai kebutuhan kita. Mikrokontroller akan menghasilkan output sesuai yang kita inginkan yang nantinya akan bekerja sebagai pengendali dari rangkaian elektronik.
Xn X % Error = x 100% Xn 0 .628 0 .66 x 100% 0.628
=
= 0,95 Pada sampel C
Xn X % Error = x 100% Xn
Tetapi bahasa ini sudah dipermudah menggunakan fungsi-fungsi yang sederhana sehingga pemula pun bisa mempelajarinya dengan cukup mudah.
5 .72 6 .39 = x 100% 5 .72 = 0,11 % Pada sampel D
Kelemahan/Kekurangan Sistem 1. Pembacaan sensor kurang peka 2. Penyimpanan data hanya dapat disimpan satu kali.
Xn X % Error = x 100% Xn 0 .429 0 .53 x 100% 0 .429
=
DAFTAR PUSTAKA
= 0,23%
Pembahasan Keseluruhan
hardware
Rangkaian
VCC
VCC
VCC J 17 J1 1 2
0
PA0 SAVE
S2
0
R5 POT
J 16 S1 BACK S4 UP S5 DO WN U2
VCC VCC MOSI MISO SCK RESET VCC
2
R14 10K
C2
SW 7 C1 10uF/ 16V
0
30PF
1
Q2 C4 XTAL 30PF
0 VCC
PD0 PD1 PD2 PD3 PD4 PD5 PD6
11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
GND AVCC XTAL2 PC7(TO SC2) XTAL1 PC6(TO SC2) PD0( RXD ) PC5 PD1( TXD) PC4 PD2( INT0) PC3 PD3( INT1) PC2 PD4( OC1B) PC1(SDA) PD5( OC1A) PCO( SCL) PD6( ICP) PD7(OC2)
40 39 38 37 36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21
PA0 PA1 PA2 PA3 PA4 PA5 PA6 PA7
0 0 C3 10uF
VCC
0 PC7 PC6 PC5 PC4 PC3 PC2 PC1 PC0 PD7
VCC
0
J1 R2 20K
PC0 PC1 PC2
2
PC3 PC4 PC5 PC6
R1
RES D1
TP
10K
2
ATMEGA8535 R9 RES
1 2
R15
3
0
GN D
PB0(XC K/T0) PA0 (ADC0) PB1(T1) PA1 (ADC1) PB2(INT2/AIN 0) PA2 (ADC2) PB3(OC0/AI N1) PA3 (ADC3) PB4(SS) PA4 (ADC4) PB5(M0SI) PA5 (ADC5) PB6(MIS0) PA6 (ADC6) PB7(SCK) PA7(ADC7) RST AREF VCC AGND
R6 POT
1
0
Progammer
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
TP
VCC DETECTOR
PB0 PB1 PB2 PB3 PB4
PA1
1 2 3 4
RESET
LED
LDR
1 2
3
GN D RESET SCK MI SO MO SI
PA0 PA1 PA2 PA3
1
J7
res et
1 2
LD R S3
5 4 3 2 1
J2
1 2
PO WER SU PPLY
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 CON16
0
Penjelasan : 0
Mikrokontroler itu sendiri adalah chip atau IC (integrated circuit) yang bisa diprogram menggunakan komputer.
Abdul Syukur Tuanaya (2006). Turbidimeter Berbasis Mikrokontroller AT89S51 Jurusan Teknik Elektromedik – Poltekkes Kemenkes, Surabaya. Elektronika Dasar (2012). Sensor Cahaya LDR ((Light Dependent Resistor). Senin, 28 sepember 2015. http://elektronikadasar.web.id/komponen/sensortranducer/sensor-cahaya-ldr-lightdependent-resistor/. EPA Guidance Manual Turbidity Provisions (1999). Basic Turbidimeter Design and Concepts. http://water.epa.gov/lawsregs/rulesreg s/sdwa/mdbp/upload/2001_01_12_md bp_turbidity_chap_11.pdf
9
Fahmizal, 2015 Teori Mengenai LCD 2x16. Senin, 28 September 2015. https://fahmizaleeits.wordpress.com/ta g/lcd-dengan-bascom-avr/. Mawida, Antin (2014), Laporan AwalPraktikum Analisis Spektrometri Turbidimetri. http://www.academia.edu/6941194/IV _Turbidimetri. Medical analyst (2012). PH meter dan Turbidimeter. http://instrumentanalis. blogspot.co.id/2012/10/phmeter-danturbidimeter.html. Sadar, M.J (1996). Understanding Turbidity Science. Technical Information Series -Booklet No. 11. Hach Company. Syahrul (2012). Mikrokontroller avr ATmega 8535, informatika V.S Hart, An Analisy Of Low Level Turbidity Measurenment, Journal Of AWWA, Desember, 1992. http://www.hach.com/assetget.download-en.jsa?code=61792.
BIODATA PENULIS Nama NIM TTL Alamat Pendidikan
: Wahyu Guretno : P27838013045 : Madiun, 26 Desember 1993 : Caruban,Madiun : SMAN 1 Saradan
10
