PEMBUATAN ALAT UKUR KAPASITANSI KAPASITOR LEYDEN JAR DENGAN BAHAN DIELEKTRIK LARUTAN GARAM BERBASIS MIKROKONTROLER DAN TAMPILAN LCD MUHAMAD AZIS

PEMBUATAN ALAT UKUR KAPASITANSI KAPASITOR LEYDEN JAR DENGAN BAHAN DIELEKTRIK LARUTAN GARAM BERBASIS MIKROKONTROLER DAN TAMPILAN LCD

MUHAMAD AZIS

DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR 2009

ABSTRAK Muhamad Azis. Pembuatan Alat Ukur Kapasitansi Kapasitor Leyden Jar dengan Bahan Dielektrik Larutan Garam Berbasis Mikrokontroler dan Tampilan LCD. Dibimbing oleh Ardian Arif, M.Si dan Ahmad Aminudin, M.Si Kapasitor merupakan komponen elektronika yang berfungsi untuk menyimpan muatan listrik atau energi listrik. Kapasitor yang banyak digunakan sekarang merupakan perkembangan dari kapasitor primitif yang kemudian menjadi cikal bakal kapasitor yang ada sekarang. Kapasitor ini dikenal dengan istilah Leyden Jar. Kemampuan kapasitor untuk menyimpan muatan (kapasitansi) bergantung pada ukuran, bentuk dan posisi relatif dari dua plat konduktor serta bahan penyekat antara dua plat konduktor tersebut yang disebut sebagai bahan dielektrik. Bahan dielektrik ini dapat berupa padatan atau cairan yang memiliki fungsi mampu menyimpan muatan listrik. Lebih lanjut, pengetahuan nilai kapasitansi ini penting untuk diketahui oleh seorang peneliti, misalnya bidang kedokteran. Salah satunya yaitu kondisi konsentrasi larutan garam yang terkandung dalam darah akan menunjukkan kondisi kesehatan seseorang. Konsentrasi larutan garam tersebut dapat diketahui dengan melakukan pengukuran kapasitansinya. Mengacu pada hal tersebut, maka dilakukan penelitian awal tentang sistem pengukuran kapasitansi larutan garam. Sejauh ini metode yang digunakan dalam pengukuran kapasitansi biasanya masih terbatas baik pada prinsip yang digunakan dalam pengukuran maupun peralatan yang digunakan. Oleh karena itu pada tugas akhir ini dibuat suatu sistem pengukuran kapasitansi dari suatu larutan garam menggunakan mikrokontroler ATmega8535 sebagai pengendali utama sistem, dimana nilai kapasitansi yang diukur dapat ditampilkan melalui layar LCD. Kata kunci : kapasitansi, dielektrik, konsentrasi larutan garam, Leyden Jar, mikrokontroler, LCD

ii

PEMBUATAN ALAT UKUR KAPASITANSI KAPASITOR LEYDEN JAR DENGAN BAHAN DIELEKTRIK LARUTAN GARAM BERBASIS MIKROKONTROLER DAN TAMPILAN LCD

Skripsi

Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains pada Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

MUHAMAD AZIS

DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR 2009

iii

RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Jakarta pada tanggal 6 Agustus 1984 sebagai anak ketiga dari tiga bersaudara dari pasangan Aat Sukatma dan Rosmawati (almh.). Penulis menyelesaikan pendidikan dasar di MI Mathla’ul Anwar Bogor pada tahun 1997, pendidikan menengah tingkat pertama di SLTPN 1 Cibungbulang Bogor pada tahun 2000, dan pendidikan menengah tingkat atas di SMAN 1 Leuwiliang Bogor pada tahun 2003. Tahun 2003, penulis diterima di Institut Pertanian Bogor (IPB) melalui Undangan Seleksi Masuk IPB (USMI) sebagai mahasiswa pada Departemen Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam. Selama menjadi mahasiswa, penulis aktif dalam kegiatan organisasi diantaranya sebagai Staf Departemen Material Himpunan Mahasiswa Fisika (HIMAFI) IPB periode 2003/2004, Staf Departemen Biofisika Himpunan Mahasiswa Fisika (HIMAFI) IPB periode 2004/2005, dan Ketua Himpunan Mahasiswa Fisika (HIMAFI) periode 2005/2006. Penulis pernah menjadi asisten untuk beberapa mata kuliah diantaranya asisten dosen responsi dan tutorial Pengantar Matematika dan Kalkulus pada tahun ajaran 2004/2005, asisten praktikum Fisika Dasar dan Umum pada tahun ajaran 2004/2005, 2005/2006 dan 2006/2007 dan asisten praktikum Kimia pada tahun ajaran 2005/2006. Penulis juga aktif dalam kegiatan Program Kreativitas Mahasiswa (PKM) untuk bidang Teknologi yang didanai oleh DIKTI pada tahun 2006 dan 2007. Diluar kegiatan kampus penulis sempat aktif mengajar Fisika, Matematika dan Kimia untuk siswa SMA baik di sekolah maupun beberapa bimbingan belajar di Bogor, sempat mengelola bimbingan belajar untuk mahasiswa TPB di Physics Challenge’40 (PC’40) , editor dan layouter pada HIMAFI News, menjadi penyiar untuk radio berbasis internet (VoIP), mengerjakan proyek pembuatan perangkat lunak (software) untuk pendidikan, bekerja freelance untuk entry kuisioner data nasabah pada salah satu bank pemerintah, konsultan pendidikan untuk Rintisan Sekolah Bertaraf Internasional (RSBI) di Tangerang, menulis buku komputer berlisensi GPL, serta menjadi moderator dan anggota untuk beberapa forum di internet. Penulis dapat dihubungi melalui e-mail: [email protected]

iv

Judul : Pembuatan Alat Ukur Kapasitansi Kapasitor Leyden Jar dengan Bahan Dielektrik Larutan Garam Berbasis Mikrokontroler dan Tampilan LCD Nama : Muhamad Azis NRP : G74103006

Menyetujui: Pembimbing I

Pembimbing II

Ardian Arif, M.Si NIP. 197203112006041011

Ahmad Aminudin, M.Si NIP. 197211122008121001

Mengetahui: Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Instutut Pertanian Bogor

Dr. drh.Hasim,DEA NIP. 196103281986011002

Tanggal Lulus:

v

PRAKATA Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Alloh SWT, atas segala limpahan karunia-Nya. Sholawat beserta salam semoga senantiasa tercurah kepada qudwah hasanah Rosululloh SAW yang telah menyampaikan risalah-Nya. Alhamdulillah, akhirnya penulis dapat menyelesaikan tugas akhir dengan judul Pembuatan Alat Ukur Kapasitansi Kapasitor Leyden Jar dengan Bahan Dielektrik Larutan Garam Berbasis Mikrokontroler dan Tampilan LCD. Pada kesempatan ini penulis juga ingin menghaturkan terimakasih yang tidak ternilai kepada orang-orang yang telah memberikan dukungan dan sarannya dalam proses penyelesaian tugas akhir ini, antara lain: 1. Bapak Ardian Arief, M.Si selaku dosen pembimbing I yang telah memberikan saran dan arahannya kepada penulis dalam mengerjakan tugas akhir ini. 2. Bapak Ahmad Aminudin, M.Si selaku dosen pembimbing II yang telah memberikan koreksi dan motivasi kepada penulis dalam mengerjakan tugas akhir ini. 3. Ibu Mersi Kurniati, M.Si selaku dosen Pembimbing I dan ibu Mujamilah, M.Sc selaku dosen Pembimbing II pada tugas akhir sebelumnya yang bersedia dengan sabar bersedia membimbing penulis dan mengizinkan penulis untuk beralih topik tugas akhir. 4. Bapak Dr. Irzaman selaku Ketua Departemen Fisika yang telah memberikan motivasi kepada penulis dalam mengerjakan tugas akhir ini. 5. Dosen – dosen Fisika yang telah menyampaikan ilmunya. “Semoga segala kebaikan Anda dibalas oleh Alloh SWT” 6. Staf- staf di Departemen Fisika dan para Laboran. “Terimakasih atas pinjaman alat laboratorium-nya” 7. Almarhumah ibunda tercinta yang telah dengan sabar mendidik penulis. “ Bunda,.. Akhirnya aku bisa menyelesaikan skripsiku ini… kuberikan kado terindah ini hanya untukmu… Tapi perjuanganku belum selesai sampai disini… I love U, Bunda…“ 8. Ayahanda tercinta yang telah memberikan segenap curahan raganya… “ Yah,… makasih karena engkau telah membuatku seperti sekarang ini sehingga katamu aku terlihat lebih dewasa, I love U,…” 9. Kakakku tercinta Agus Kusnadi dan Amas Rosmawati, kalian yang selalu membimbingku dalam keterpurukanku. Ponakanku tersayang, Desi Purnama Sari, Rizqi Ramadhan dan Dilazio yang selalu membuatku tertawa bila bersama mereka. 10. Ibu Diah Widjaja,S.Pd. dan bapak Drs.Asep Hidayat sebagai guru Fisika sewaktu penulis masih di SMAN 1 Leuwiliang, serta ibu Dra.Hj. Komariah sebagai kepala sekolah yang telah memberikan arahan dan motivasinya. 11. Teman-teman organisasi di Himpunan Mahasiswa Fisika ( HIMAFI ) IPB. “Terimakasih kalian telah menjadi rekan kerjaku. Maafkan atas raport merah diriku!” 12. Sahabat seperjuangan di Physicsholic’40. “Hai sahabat,…namamu akan selalu terukir dihatiku…walaupun engkau telah jauh disana… 13. MaFiA 37,38,39, 41,42,dan 43. “Terimakasih karena engkau sudah bersedia jadi temanku…” 14. Teman-teman di Ilmukomputer.com, Jasakom.com Community, Echo.or.id Community, Bogor.Linux.or.id Community (KPLI Bogor) , Friendster.com dan Facebook.com. “Terimakasih atas ilmu yang telah kalian berikan,…semoga Alloh membalas segala kebaikan kalian… Amien!” 15. Ringgo, Supermassive Black Hole, Portege dan Fenders, yang senantiasa menemaniku dalam mengerjakan tugas-tugas dan saat kesendirianku . 16. Teman-teman eks “Seven Soul”. “Senang bisa kenal dan berkumpul bersama kalian!” 17. Teman-teman dikostan Priyo ”P2W ”, “Mamang” Dhori, “Kopral” Zoelfa dan “Abah” Apip. “Thanks brow atas bantuan dan motivasinya,…” 18. Eks Praktikanku. TPB 43 kelas A26, A28, B16, B18; TPB 42 kelas A06, A13, A25, A26, B07, B24, B15, B16; TPB 41 kelas Bio41, Kim41, Ilkom41, Eltek41, IlmuTanah41, Agr41, Horti41. Dan yang tidak bisa disebutkan,… ” Thanks for all,… kalian sudah menjadi bagian kenangan terindah dalam hidupku… Guud luck forevah buat kalian…!!! I miss u, brow….”

vi

19. Teman-teman ditempat kerja, Dicky “Dikun” dan “bos Wal” khususnya… “Thanks untuk bantuan tenaga, ilmu & do’anya! 20. Pembaca tentunya, yang telah bersedia meluangkan waktu untuk membaca tulisan ini. Penulis menyadari bahwa tulisan ini sangat jauh dari sempurna. Untuk itu penulis menerima segala kritik dan saran yang membangun. Semoga tulisan ini dapat memberikan manfaat bagi Anda yang membacanya dan dapat memberikan suatu sumbangan bagi hasanah ilmu pengetahuan Indonesia. Bogor, Juni 2009

Muhamad Azis "Katakanlah bahwa ilmu pengetahuan itu LAYAK untuk semua orang, dan MUDAH untuk didapatkan. Yang membuat sulit adalah cara kita mendapatkan SISTEM untuk mendapatkannya. Senantiasa berusaha, berdo’a, dan bertawakal-lah dalam mencapainya serta diiringi dengan rasa syukur selalu kepada-NYA " [zhi.quark]

vii

DAFTAR ISI

Halaman ABSTRAK .............................................................................................................................. ii HALAMAN JUDUL............................................................................................................... iii RIWAYAT HIDUP................................................................................................................. iv HALAMAN PENGESAHAN................................................................................................. v PRAKATA.............................................................................................................................. vi DAFTAR ISI........................................................................................................................... viii DAFTAR GAMBAR .............................................................................................................. x DAFTAR TABEL................................................................................................................... xii DAFTAR LAMPIRAN........................................................................................................... xii PENDAHULUAN................................................................................................................... 1 Latar Belakang .................................................................................................................. 1 Tujuan Tugas Akhir .......................................................................................................... 1 Tujuan Umum ........................................................................................................... 1 Tujuan Khusus .......................................................................................................... 1 Hipotesa............................................................................................................................. 1 TINJAUAN PUSTAKA.......................................................................................................... 1 A. Prinsip Dasar Kapasitor dan Karakterisasinya ............................................................. 1 Kapasitas Kapasitor (Kapasitansi) ........................................................................... 1 Kapasitor Leyden Jar ................................................................................................ 1 Kapasitansi Kapasitor Leyden Jar............................................................................. 2 B. Bahan Dielektrik .......................................................................................................... 3 Pengaruh Bahan Dielektrik Terhadap Kapasitansi Kapasitor Leyden Jar................. 4 Tinjauan Molekuler Bahan Dielektrik ..................................................................... 4 C. Mikrokontroler............................................................................................................. 5 Mikrokontroler Keluarga AVR................................................................................. 5 1. Arsitektur ATmega8535 .................................................................................. 5 2. Fitur ATmega8535 ........................................................................................... 6 3. Konfigurasi Pin ATmega8535 ......................................................................... 6 4. Peta Memori ATmega8535 .............................................................................. 7 5. Status Register.................................................................................................. 7 6. Pengarah Assembler......................................................................................... 7 Alasan Pemilihan AVR ATmega8535 ...................................................................... 8 Bahasa Pemrograman Mikrokontroler ...................................................................... 9 D. IC Timer555 ................................................................................................................ 9 1. Rangkaian Timer Monostable .............................................................................. 9 2. Rangkaian Oscillator Astable .............................................................................. 10 E. LCD (Liquid Crystal Display) ..................................................................................... 11 METODE PELAKSANAAN.................................................................................................. 13 Waktu dan Tempat Pelaksanaan........................................................................................ 13 Metode Pelaksanaan ......................................................................................................... 13 A. Pembuatan Kapasitor Uji....................................................................................... 13 1. Pembuatan Kapasitor Leyden Jar................................................................... 13 2. Pengujian Kapasitor Uji (Menggunakan Kapasitansi-meter)......................... 13 Pengujian Kapasitansi Leyden Jar dengan Pelarut ..................................... 13 Pembuatan Larutan NaCl ............................................................................ 13 Pengujian Kapasitansi Leyden Jar ketika Ditambahkan Garam NaCl........ 13 B. Pembuatan Alat Ukur Kapasitansi Kapasitor Leyden Jar....................................... 14 Jangkauan (Range) Alat Ukur ........................................................................... 14 Diagram Blok Sistem......................................................................................... 14 C. Pengujian Sistem Secara Keseluruhan .................................................................. 14 D. Analisa Pengukuran ............................................................................................... 14 Variasi Variabel Pengukuran ............................................................................. 14 Pengambilan Data Pengukuran .......................................................................... 14

viii

Instrumen Pelaksanaan ..................................................................................................... Perangakat Keras ......................................................................................................... Perangkat Lunak ......................................................................................................... HASIL DAN PEMBAHASAN............................................................................................... Tahap Pelaksanaan ........................................................................................................... A. Pembuatan Kapasitor Uji ....................................................................................... 1. Prosedur Pembuatan Kapasitor Leyden Jar ................................................... 2. Pengujian Kapasitansi Leyden Jar (Menggunakan Kapasitansi-meter)......... Pengujian Kapasitansi Leyden Jar dengan Pelarut ...................................... Pembuatan Larutan NaCl .............................................................................. Pengujian Kapasitansi Leyden Jar ketika Ditambahkan Garam NaCl ......... B. Pembuatan Alat Ukur kapasitansi kapasitor Leyden Jar ........................................ Jangkauan (Range) Alat Ukur ........................................................................... Diagram Blok Sistem......................................................................................... Penjelasan Diagram Blok Sistem....................................................................... 1. Catu Daya (Power Supply)....................................................................... 2. Rangkaian Sensor (Leyden Jar) dan Oscillator Astable (Timer555) ...... 3. Rangkaian Pemroses Data (ATmega8535) .............................................. 4. Rangkaian Penampil Data (LCD) ............................................................ 5. Rangkaian Input Perintah (Keypad) ....................................................... C. Pengujian Sistem Secara Keseluruhan ................................................................... Rangkaian Sistem Keseluruhan ....................................................................... Penjelasan Sistem .............................................................................................. Cara Menggunakan Alat Ukur Larutan Garam ................................................ Kelebihan Alat Ukur.......................................................................................... Perawatan Alat Ukur.......................................................................................... D. Analisa Pengukuran................................................................................................ Hubungan Antara Konsentrasi Larutan Garam NaCl Terhadap Kapasitansi Kapasitor Leyden Jar ......................................................................................... Analisa Matematik Hubungan antara Kapasitansi Kapasitor Leyden Jar terhadap Konsentrasi NaCl dengan Menggunakan Alat Ukur yang Sudah Dibuat ................................................................................................................ E. Hasil Pengujian Alat Ukur secara Matematis ......................................................... SIMPULAN ............................................................................................................................ SARAN ................................................................................................................................... DAFTAR PUSTAKA .............................................................................................................

14 14 14 15 15 15 15 15 15 16 16 18 18 18 18 18 19 20 21 22 22 22 23 23 24 24 24 24 25 26 27 27 28

ix

DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 1 Kapasitor Leyden Jar............................................................................................ 2 Gambar 2 Penampang melintang kapasitor Leyden Jar ....................................................... 2 Gambar 3 Skema sebuah mikrokontroler .............................................................................. 5 Gambar 4 Arsitektur ATmega8535....................................................................................... 6 Gambar 5 Mikrokontroler ATmega8535............................................................................... 6 Gambar 6 Pin-pin pada mikrokontroler ATmega8535.......................................................... 6 Gambar 7 Memori program ATmega8535............................................................................ 7 Gambar 8 Memori data ATmega8535................................................................................... 7 Gambar 9 Status register ATmega8535 ................................................................................ 7 Gambar 10 Pin-pin pada IC 555.............................................................................................. 9 Gambar 11 Rangkaian timer monostable ................................................................................ 10 Gambar 12 Rangkaian oscillator astable ................................................................................ 11 Gambar 13 Susunan alamat pada LCD ................................................................................... 12 Gambar 14 Contoh hubungan pin-pin pada LCD dan mikrokontroler ATmega8535 ............. 12 Gambar 15 Diagram blok sistem............................................................................................. 14 Gambar 16 Grafik kapasitansi Leyden Jar terhadap konsentrasi NaCl ................................... 17 Gambar 17 Grafik kapasitansi Leyden Jar terhadap konsentrasi NaCl ................................... 17 Gambar 18 Grafik kapasitansi Leyden Jar terhadap konsentrasi NaCl ................................... 17 Gambar 19 Grafik kapasitansi Leyden Jar terhadap konsentrasi NaCl ................................... 17 Gambar 20 Diagram blok sistem yang telah dibuat ................................................................ 18 Gambar 21 Rangkaian catu daya............................................................................................. 18 Gambar 22 Rangkaian oscillator astable ................................................................................ 19 Gambar 23 Komponen bagian dalam dari IC Timer555 ......................................................... 19 Gambar 24 Rangkaian LCD.................................................................................................... 21 Gambar 25 Keypad 4x3.......................................................................................................... 22 Gambar 26 Rangkaian sistem keseluruhan............................................................................. 23 Gambar 27 Grafik kapasitansi Leyden Jar terhadap konsentrasi NaCl ................................... 24 Gambar 28 Grafik kapasitansi Leyden Jar terhadap konsentrasi NaCl ................................... 25 Gambar 29 Grafik kapasitansi Leyden Jar terhadap konsentrasi NaCl ................................... 25 Gambar 30 Grafik kapasitansi Leyden Jar terhadap konsentrasi NaCl ................................... 25 Gambar 31 Diagram blok sistem yang telah dibuat ................................................................ 26 Gambar 32 Diagram alir tugas akhir ....................................................................................... 30 Gambar 33 Diagram alir program ........................................................................................... 33 Gambar 34 Grafik kapasitansi Leyden Jar terhadap konsentrasi NaCl ................................... 40 Gambar 35 Grafik kapasitansi Leyden Jar terhadap konsentrasi NaCl ................................... 41 Gambar 36 Grafik frekuensi oscillator astable terhadap konsentrasi NaCl............................ 42 Gambar 37 Grafik frekuensi oscillator astable terhadap konsentrasi NaCl............................ 43 Gambar 38 Grafik kapasitansi Leyden Jar terhadap frekuensi oscillator astable ................... 44 Gambar 39 Grafik kapasitansi Leyden Jar terhadap frekuensi oscillator astable ................... 44 Gambar 40 Grafik kapasitansi Leyden Jar terhadap Konsentrasi NaCl .................................. 45 Gambar 41 Grafik kapasitansi Leyden Jar terhadap Konsentrasi NaCl .................................. 46 Gambar 42 Kapasitor uji (Leyden Jar) yang telah dibuat........................................................ 47 Gambar 43 Alat ukur kapasitansi kapasitor Leyden Jar yang telah dibuat.............................. 47 Gambar 44 Skema rangkaian alat ukur kapasitansi kapasitor Leyden Jar yang telah dibuat .. 48 Gambar 45 Proses penimbangan NaCl dengan neraca analitik ............................................... 48 Gambar 46 Contoh proses pengambilan data penimbangan NaCl dengan neraca analitik ..... 49 Gambar 47 Massa NaCl yang telah ditimbang........................................................................ 49 Gambar 48 Proses memasukkan NaCl yang telah ditimbang ke dalam Leyden Jar yang berisi pelarut ......................................................................................................... 49 Gambar 49 Proses pengadukan untuk mempercepat kelarutan ............................................... 50 Gambar 50 Contoh proses pengambilan data kapasitansi Leyden Jar dengan Kapasitansi-meter................................................................................................. 50 Gambar 51 Tampilan yang menggambarkan bahwa alat telah siap digunakan....................... 50

x

Gambar 52 Mengukur kapasitansi awal Leyden Jar (ketika hanya berisi pelarut) ................. Gambar 53 Contoh proses pengambilan data kapasitansi awal Leyden Jar dengan alat ukur yang telah dibuat ................................................................................... Gambar 54 Proses memasukkan NaCl yang telah ditimbang ke dalam Leyden Jar yang berisi pelarut................................................................................................ Gambar 55 Proses pengadukan untuk mempercepat kelarutan ............................................... Gambar 56 Contoh proses pengambilan data kapasitansi Leyden Jar setelah ditambahkan garam NaCl dengan alat yang telah dibuat...........................................................

51 51 51 52 52

xi

DAFTAR TABEL

Halaman Tabel 1 Konstanta Dielektrik untuk beberapa bahan............................................................... 4 Tabel 2 Susunan kaki LCD M1632 ........................................................................................ 12 Tabel 3 Presisi ragam pengukuran kapasitansi kapasitor Leyden Jar ..................................... 25 Tabel 4 Komponen rangkaian ................................................................................................. 31 Tabel 5 Komponen tambahan ................................................................................................. 31 Tabel 6 Software pendukung................................................................................................... 32 Tabel 7 Pembuatan larutan NaCl dengan variasi konsentrasi ................................................. 38 Tabel 8 Data hasil pengukuran kapasitansi awal..................................................................... 38 Tabel 9 Data hasil pengujian sistem keseluruhan.................................................................... 39

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1 Lampiran 2 Lampiran 3 Lampiran 4 Lampiran 5 Lampiran 6

Halaman Diagram Alir Tugas Akhir ................................................................................ 30 Hardware dan Software ...................................................................................... 31 Diagram Alir Program ........................................................................................ 33 Skrip Kode Program .......................................................................................... 34 Data Pengukuran................................................................................................. 38 Gambar Sistem yang Telah Dibuat ..................................................................... 47

xii

PENDAHULUAN

Tujuan Tugas Akhir Tujuan Umum

Latar Belakang Kapasitor merupakan komponen elektronika yang berfungsi untuk menyimpan muatan listrik atau energi listrik. Kapasitor yang banyak digunakan sekarang merupakan perkembangan dari kapasitor primitif yang kemudian menjadi cikal bakal kapasitor yang ada sekarang. Kapasitor ini dikenal dengan istilah Leyden Jar. Kemampuan kapasitor untuk menyimpan muatan (kapasitansi) bergantung pada ukuran, bentuk dan posisi relatif dari dua plat konduktor serta bahan penyekat antara dua plat konduktor tersebut yang disebut sebagai bahan dielektrik. Bahan dielektrik ini dapat berupa padatan atau cairan yang memiliki fungsi mampu menyimpan muatan listrik. Sebagian besar bahan biologis merupakan dielektrik dan memiliki nilai konstanta dielektrik tersendiri yang ditentukan oleh banyak variabel, seperti frekuensi, kelembaban bahan, temperatur, dimensi dari bahan, kerapatan, berat jenis bahan, faktor loss dielektrik dan komposisi bahan Pengetahuan mengenai nilai konstanta dielektrik suatu bahan organik juga sangat berguna terutama untuk analisis kandungan ionik dan komposisi kimia yang umumnya dipakai untuk menentukan mutu bahan pangan organik.(Stuart O Nelson,1982) Pengetahuan nilai kapasitansi penting untuk diketahui oleh seorang peneliti, misalnya bidang kedokteran. Salah satunya yaitu kondisi konsentrasi larutan garam yang terkandung dalam darah akan menunjukkan kondisi kesehatan seseorang. Konsentrasi larutan garam tersebut dapat diketahui dengan melakukan pengukuran kapasitansinya.(R. Harry Arjadi, 2003) Mengacu pada hal tersebut, maka dilakukan penelitian awal tentang sistem pengukuran kapasitansi larutan garam. Sejauh ini metode yang digunakan dalam pengukuran kapasitansi biasanya masih terbatas baik pada prinsip yang digunakan dalam pengukuran maupun peralatan yang digunakan. Oleh karena itu pada tugas akhir ini dibuat suatu sistem pengukuran kapasitansi dari suatu larutan garam menggunakan mikrokontroler ATmega8535 sebagai pengendali utama sistem, dimana nilai kapasitansi yang diukur dapat ditampilkan melalui layar LCD.

Tujuan umum yang ingin dicapai dari tugas akhir ini adalah membuat alat ukur kapasitansi kapasitor Leyden Jar dengan bahan dielektrik larutan garam berbasis mikrokontroler dan tampilan LCD. Tujuan Khusus Tujuan khusus yang ingin dicapai dari tugas akhir ini adalah menentukan hubungan antara konsentrasi larutan garam NaCl dengan nilai kapasitansi untuk variasi konsentrasi tertentu. Hipotesa Bahan dielektrik dapat meningkatkan kapasitansi kapasitor Leyden Jar. Larutan garam NaCl dalam hal ini berfungsi sebagai bahan dielektrik. Variasi konsentrasi larutan garam NaCl yang diberikan akan mengubah nilai kapasitansi kapasitor Leyden Jar. Setelah data pengukuran diekstrapolasi, diperoleh grafik hubungan antara konsentrasi larutan gram NaCl terhadap nilai kapasitansi. Grafik yang diperoleh berbeda untuk setiap pelarut yang digunakan.

TINJAUAN PUSTAKA A. Prinsip Dasar Karakterisasinya

Kapasitor

dan

Kapasitas Kapasitor (Kapasitansi) Kemampuan kapasitor untuk memperoleh dan menyimpan muatan listrik disebut kapasitas kapasitor atau kapasitansi. Satuan kapasitansi adalah farad (F). Pada kenyataannya, kapasitansi bernilai 1 F terlalu besar bagi kapasitor-kapasitor pada umumnya sehingga digunakan beberapa faktor pengali dengan nilai yang kecil seperti milifarad(mF), mikrofarad(μF),nanofarad(nF), dan pikofarad (pF). Pada aplikasinya kapasitansi didefinisikan sebagai perbandingan tetap antara muatan yang tersimpan dalam kapasitor Q dan beda potensial antara kedua plat konduktornya V. Secara matematis persamaannya dapat dinyatakan, C=

Q V

(1)

dengan C = kapasitansi (F) Q = muatan dalam kapasitor (C) V = beda potensial (V) Kapasitor Leyden Jar Kapasitor merupakan komponen elektronika yang berfungsi untuk menyimpan muatan listrik atau energi listrik. Kapasitor yang banyak digunakan sekarang merupakan perkembangan dari kapasitor primitif yang kemudian menjadi cikal bakal kapasitor yang ada sekarang. Kapasitor ini dikenal dengan istilah Leyden, yang diditemukan kali pertama oleh Pieter van Musschenbroek di Leyden, Belanda pada tahun 1745. Pada saat itu satuan yang digunakan adalah Jar, dimana 1 mikrofarad = 900 Jar atau 1 Jar = 1/9 nanofarad. Sehingga kapasitor ini lebih dikenal dengan nama Leyden Jar. (http://en.wikipedia.org, 2009). Berikut ini adalah gambar dari Leyden Jar.

Pada prakteknya ke dalam kapasitor Leyden Jar ini dimasukkan bahan dielektrik berupa cairan, misalnya air, larutan garam, dan larutan elektrolit yang merupakan cikal bakal elektrolit kapasitor (elco). Untuk lebih jelas mengenai cara pembuatan Leyden Jar dapat dilihat pada bagian pembahasan. Kapasitansi Kapasitor Leyden Jar Berikut gambar skema sebuah kapasitor Leyden Jar permukaan Gauss

-Q

+Q

b a L

Gambar 2 Penampang melintang kapasitor Leyden Jar

Menentukan medan listrik diantara kedua plat kapasitor Leyden Jar. Berdasarkan hukum Gauss, r r

∫ E.dA =

Gambar 1 Kapasitor Leyden Jar

Pada prinsipnya Leyden Jar adalah silinder yang terbuat dari bahan dielektrik (yang merupakan isolator, seperti kaca atau plastik) dengan dilapisi logam foil (misalnya: alumunium foil). Dimana logam foil ini nantinya berfungsi sebagai plat negatif, sementara itu batang logam yang dicelupkan kedalam bahan dielektrik berfungsi sebagai plat positif. Untuk membuat kapasitor ini relatif mudah, karena dapat menggunakan komponen utama yang mudah ditemukan dalam kehidupan sehari-hari, seperti botol dari gelas atau plastik yang disertai dengan tutupnya, kertas alumunium foil , batang logam dari alumunium, dan kabel secukupnya.

qenclose

ε0

(2)

qenclose adalah muatan total yang diselimuti oleh permukaan Gauss yang besarnya -Q (tanda – menyatakan muatan negatif dan tidak dimasukkan kedalam persamaan), sementara A adalah luas permukaan Gauss yang besarnya merupakan luas selimut tabung yaitu A=2πrL. Sehingga persamaan diatas menjadi,

∫ E.dA = ∫

E dA = E (2πrL) = E=

qenclose

ε0

Q

ε0 Q

ε0 Q 2πε 0 rL

(3)

Persamaan (3) diatas adalah persamaan yang menunjukkan besar kuat medan listrik diantara kedua plat kapasitor Leyden Jar.

2

Menentukan beda potensial listrik diantara kedua plat kapasitor Leyden Jar. Energi potensial listrik didefinisikan sebagai, rr U = − F .r (4) dimana U menyatakan energi potensial r listrik, F menyatakan vektor gaya yang diperlukan untuk memindahkan muatan uji, r dan r menyatakan vektor perpindahan muatan uji q’. Jika dinyatakan dalam bentuk derivatif persamaannya menjadi, r r dU = − F .dr (5) r r karena F = q '.E maka r r dU = −(q'.E ).dr Sementara potensial listrik V didefinisikan sebagai,

U V= q'

dU q'

(7)

r r − (q '.E ).dr dV = q' r r dV = − E.dr

Jika kedua ruas pada persamaan diintegralkan maka diperoleh, r r dV = − E.dr

∫

V=

∫

∫ dV = −∫ E.dr ⎛ Q ⎞ ⎟dr Vb − Va = − ⎜⎜ ⎟ ⎝ 2πε 0 rL ⎠

∫

Q ⎛1⎞ ⎜ ⎟dr 2πε 0 rL ⎝ r ⎠

∫

Q ⎛b⎞ ln⎜ ⎟ 2πε 0 L ⎝ a ⎠

(10)

Persamaan (10) diatas adalah persamaan yang menunjukkan beda potensial listrik diantara kedua plat kapasitor Leyden Jar. Menentukan kapasitansi Leyden Jar

Berdasarkan definisi, besarnya kapasitansi kapasiotor dapat dinyatakan sebagai, C=

Q V

(11)

Sehingga diperoleh besarnya kapasitansi Leyden Jar sebesar : C=

2πε 0 L ⎛b⎞ ln⎜ ⎟ ⎝a⎠

(12)

dengan C menyatakan besar kapasitansi Leyden Jar, L menyatakan panjang dari Leyden Jar , a dan b menyatakan jari-jari dari kedua plat yang digunakan. B. Bahan Dielektrik

(8) (8) (9)

dengan mengambil skalar-nya dan mengambil batas integral dari a ke b diperoleh,

Vb − V a = −

⎛b⎞ ln⎜ ⎟ 2πε 0 L ⎝ a ⎠ Q

(6)

Jika dinyatakan dalam bentuk derivatif persamaannya menjadi, dV =

V a − Vb =

Besar kapasitansi suatu kapasitor selain bergantung pada geometri juga bergantung pada bahan dielektrik yang digunakan. Secara umum, bahan dielektrik adalah bahan yang memisahkan kedua plat dari suatu kapasitor dan mampu menyimpan muatan listrik. Kapasitor yang menggunakan bahan dielektrik kaca, mika atau karet, akan memiliki kapasitansi yang lebih besar dibandingkan dengan kapasitor lain yang berukuran sama, tetapi menggunakan udara sebagai dielektriknya. Konstanta dielektrik didefinisikan sebagai perbandingan antara kapasitas kapasitor setelah disisipkan bahan dielektrik dengan kapasitas kapasitor sebelum disisipkan bahan dielektrik. Tabel berikut menunjukkan nilai konstanta dielektrik untuk beberapa bahan.

3

Tabel 1 Konstanta Dielektrik untuk beberapa bahan Bahan Dielektrik Udara vakum Udara (1 atm) Parafin Polystirene Karet Plastik Kertas Quartz Minyak Kaca Porselen Mika Air

konstanta dielektrik(k) 1.0000 1.0006 2.2 2.6 6.7 2-4 4.7 4.3 4 5 6-8 7 80

( Sumber : Physics for Scientists and Engineers with Modern Phisics,2000)

Pengaruh Bahan Dielektrik Terhadap Kapasitansi Kapasitor Leyden Jar

Besar kapasitansi Leyden Jar ketika kosong (medium udara) biasanya juga dinyatakan dengan notasi C0. Jika kedalam Leyden Jar (diantara kedua plat), ditambahkan bahan dielektrik maka besar kapasitansinya dapat dinyatakan sebagai Cb =

2πε b L ⎛b⎞ ln⎜ ⎟ ⎝a⎠

(13)

karena ε b = kε 0 sehingga C b = kC 0

(14)

dengan Cb menyatakan besar kapasitansi Leyden Jar setelah ditambahkan bahan dielektrik. Terlihat bahwa kapasitansi Leyden Jar akan semakin besar ketika ditambahkan bahan dielektrik sesuai dengan faktor k. Nilai k ini dikenal dengan istilah konstanta dari bahan dielektrik atau kontanta dielektrik. Tinjauan Molekuler Bahan Dielektrik

Ketika ruang diantara kedua plat konduktor pada sebuah kapasitor diisi dengan bahan dielektrik, maka kapasitansi akan naik sebanding dengan faktor k yang merupakan karakteristik dielektrik yang kemudian dikenal dengan nama konstanta dielektrik. Hal ini ditemukan secara eksperimen oleh Michael Faraday. Kenaikan kapasitansi ini disebabkan oleh melemahnya medan listrik diantara kedua plat konduktor akibat kehadiran bahan dielektrik. Bahan dielektrik dapat memperlemah medan listrik antar plat konduktor dari suatu kapasitor, karena dengan hadirnya medan listrik, molekul-molekul dalam bahan

dielektrik akan menghasilkan medan listrik tambahan yang arahnya berlawanan dengan medan listrik luar. Jika molekul-molekul dalam bahan dielektrik bersifat polar, bahan dielektrik tersebut akan memiliki momen dipol permanen. Dalam pengaruh medan listrik diantara plat konduktor, momen dipol menerima suatu gaya torka yang memaksa momen dipol tersebut menyearahkan diri dengan arah medan listrik. Kemampuan momen dipol untuk menyearahkan diri dengan medan listrik bergantung pada kuat medan dan temperatur. Pada temperatur tinggi, gerak termal molekul-molekul yang bersifat acak, cenderung menghambat proses penyearahan. Jika molekul-molekul bahan dielektrik bersifat nonpolar maka dalam suatu pengaruh medan listrik luar, molekul-molekul bahan dielektrik akan menginduksi momenmomen dipol yang searah dengan arah medan. Suatu bahan dielektrik dengan momen-momen dipol yang searah dengan medan listrik dikatakan terpolarisasi oleh medan, tidak peduli apakah polarisasi tersebut disebabkan oleh penyearahan momen-momen dipol permanen dari suatu molekul-molekul polar atau akibat terjadinya momen-momen dipol induksi dalam molekulmolekul nonpolar. Pada kedua kasus, dipoldipol molekuler menghasilkan suatu medan listrik tambahan yang arahnya berlawanan dengan medan awal, sehingga dapat melemahkan medan awal. Pengaruh total dari polaritas suatu bahan dielektrik homogen adalah hadirnya muatan permukaan pada bidang batas antara bahan dielektrik dan plat konduktor. Muatan permukaan yang terikat pada bahan dielektrik ini menghasilkan medan listrik yang berlawanan dengan arah medan listrik yang disebabkan oleh muatan-muatan bebas pada konduktor-konduktor. Akibatnya, medan listrik diantara plat konduktor menjadi lebih lemah . Densitas muatan pada permukaan bahan dielektrik disebabkan oleh pergeseran muatan-muatan molekul negatif dan positif disekitar permukaan akibat medan listrik luar dari kapasitor. Muatan-muatan pada bahan dielektrik disebut muatan terikat, karena muatan-muatan tersebut terikat pada molekul-molekul bahan dielektrik, sehingga tidak dapat bergerak seperti halnya muatanmuatan bebas dalam keping (plat) konduktor pada suatu kapasitor. Walaupun muatanmuatan terikat tidak ditemukan lagi jika medan listrik ditiadakan, muatan-muatan

4

terikat juga dapat menghasilkan suatu medan listrik seperti halnya muatan lain. (Tipler,1991) Dari uraian diatas dapat disimpulkan manfaat dari bahan dielektrik terhadap suatu kapasitor antara lain: Meningkatkan kapasitansi suatu kapasitor Memiliki arti fisis sebagai pemisah dua buah plat konduktor, yang seharusnya sangat berdekatan untuk menghasilkan kapasitansi yang besar karena kapasitansi berbanding terbalik dengan jarak pemisah. Bahan dielektrik dapat meningkatkan kuat dielektrik dari suatu kapasitor karena kuat dielektrik suatu dielektrik biasanya lebih besar dibanding udara. C. Mikrokontroler

Mikrokontroler merupakan sistem komputer yang seluruh atau sebagian besar elemennya dikemas dalam satu chip IC, sehingga sering juga disebut dengan single chip microcomputer. Mikrokontroler biasa dikelompokkan dalam satu keluarga, dimana masing-masing mikrokontroler memiliki spesifikasi tersendiri namun masih kompatibel dalam pemrogramannya. (Totok Budioko, 2005).

CPU MEMORY

Mikrokontroler

I/O CLOCK

Gambar 3 Skema sebuah mikrokontroler

Beberapa contoh keluarga mikrokontroler: ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾

Keluarga MCS-48 Keluarga MCS-51 Keluarga MC 68HC05 Keluarga MC 68HC08 Keluarga MC 68HC11 Keluarga PIC 8 Keluarga AVR

Mikrokontroler Keluarga AVR

AVR, kependekan dari Alf and Vegard’s Risc Processor, merupakan chip mikrokontroler yang diproduksi oleh Atmel. AVR dikelompokkan kedalam empat kelas, yaitu ATtiny, keluarga AT90Sxx, keluarga ATmega, dan keluarga AT86RFxx.

AVR termasuk kedalam jenis mikrokontroler RISC (Reduced Instruction Set Computing) 8 bit. Berbeda dengan mikrokontroler keluarga MCS-51 yang berteknologi CISC (Complex Instruction Set Computing). Pada mikrokontroler dengan teknologi RISC semua instruksi dikemas dalam kode 16 bit (16 bits words) dan sebagian besar instruksi dieksekusi dalam 1 clock, sedangkan pada teknologi CISC seperti yang diterapkan pada mikrokontroler MCS51, untuk menjalankan sebuah instruksi dibutuhkan waktu sebanyak 12 siklus clock. Perbedaan yang terdapat pada masingmasing kelas adalah kapasitas memori, peripheral, dan fungsinya. Dalam hal arsitektur maupun instruksinya, hampir tidak ada perbedaan sama sekali. Sebagai contoh, ATmega8535 dapat beroperasi pada kecepatan maksimal 16MHz serta memiliki 6 pilihan mode sleep untuk menghemat penggunaan daya listrik. Sementara dari segi arsitektur dan instruksi yang digunakan mereka bisa dikatakan hampir sama. Pada tugas akhir ini dipilih ATmega8535 dengan berbagai pertimbangan tertentu. Berikut sekilas tentang spesifikasi ATmega8535. (http://www.scribd.com,2009) 1. Arsitektur ATmega8535

Arsitektur ATmega8535 terdiri dari : Saluran IO sebanyak 32 buah, yaitu Port A, Port B, Port C dan Port D ADC 10 bit sebanyak 8 channel 3 buah timer (counter) 32 buah register 6 Sleep Modes : Idle, ADC Noise Reduction, Power-save, Power-down, Standby and Extended Standby Watchdog Timer dengan oscillator internal Sumber Interrupt internal dan eksternal EEPROM on board sebanyak 512 byte SRAM sebanyak 512 byte Memori Flash sebesar 8 kilobyte Komparator analog (Analog Comparator) Port SPI (Serial Pheriperal Interface) Port USART (Universal Shynchronous Ashynchronous Receiver Transmitter) Tegangan operasi 4.5 sampai 5.5V dan frekuensi operasi 0 sampai 16MHz

5

komparator analog dan interrupt eksternal serta komunikasi serial RESET merupakan pin yang digunakan untuk mereset mikrokontroler XTAL1 dan XTAL2 merupakan pin masukan clock eksternal AVCC merupakan pin masukan untuk tegangan ADC AREF merupakan pin masukan tegangan referensi untuk ADC

Gambar 5 Mikrokontroler ATmega8535

Gambar 4 Arsitektur ATmega8535

ATmega8535 memiliki ruang pengalamatan memori data dan memori program yang terpisah. Memori data terbagi menjadi 3 bagian yaitu : 32 buah register umum, 64 buah register I/O, dan 512 byte SRAM internal. Register untuk keperluan umum menempati space data pada alamat terbawah yaitu $00 sampai $1F.

2. Fitur ATmega8535

Fitur ATmega8535 antara lain : Sistem processor 8 bit berbasis RISC dengan kecepatan maksimal 16 MHz. Ukuran memori flash 8KB, SRAM sebesar 512 byte, EEPROM sebesar 512 byte. ADC internal dengan resolusi 10 bit sebanyak 8 channel Port komunikasi serial USART dengan kecepatan maksimal 2.5 Mbps Mode Sleep untuk penghematan penggunaan daya listrik 3. Konfigurasi Pin ATmega8535

Konfigurasi pin ATmega8535 antara lain: VCC merupakan pin yang berfungsi sebagai pin masukan catu daya GND merupakan pin ground Port A (PA0...PA7) merupakan pin I/O dan pin masukan ADC Port B (PB0...PB7) merupakan pin I/O dan pin yang mempunyai fungsi khusus yaitu sebagai Timer (Counter), komparator analog dan SPI Port C (PC0...PC7) merupakan port I/O dan pin yang mempunyai fungsi khusus, yaitu komparator analog dan Timer Oscillator Port D (PD0...PD1) merupakan port I/O dan pin fungsi khusus yaitu

Gambar 6 Pin-pin pada mikrokontroler ATmega8535

Sementara itu register khusus untuk menangani I/O dan kontrol terhadap mikrokontroler menempati 64 alamat berikutnya, yaitu mulai dari $20 sampai $5F. Register tersebut merupakan register yang khusus digunakan untuk mengatur fungsi terhadap berbagai peripheral mikrokontroler, seperti kontrol register, timer (counter), fungsi fungsi I/O, dan sebagainya. Register khusus alamat memori secara lengkap dapat dilihat Gambar 6. Alamat memori berikutnya digunakan untuk SRAM 512 byte, yaitu pada lokasi $60 sampai dengan $25F.

6

4. Peta Memori ATmega8535

Memori program yang terletak pada Flash PROM tersusun dalam word atau 2 byte karena setiap instruksi memiliki lebar 16-bit atau 32bit. ATmega8535 memiliki 4Kb x 16 Bit Flash PROM dengan alamat mulai dari $000 sampai $FFF. ATmega juga memiliki 12 bit Program Counter (PC) sehingga mampu mengalamati isi Flash.

Gambar 7 Memori program ATmega8535

Keterangan masing-masing bit adalah sebagai berikut : Bit 7 --> I (Global Interrupt Enable), Bit harus diset untuk mengenable semua jenis interupsi. Bit 6 --> T (Bit Copy Storage), Instruksi BLD dan BST menggunakan bit T sebagai sumber atau tujuan dalam operasi bit. Suatu bit dalam sebuah register GPR dapat disalin ke bit T menggunakan instruksi BST, dan sebaliknya bit T dapat disalin kembali kesuatu bit dalam register GPR dengan menggunakan instruksi BLD. Bi 5 --> H (Half Carry Flag) Bit 4 --> S (Sign Bit) merupakan hasil operasi EOR antara flag -N (negatif) dan flag V (komplemen dua overflow). Bit 3 --> V (Two's Component Overflow Flag) Bit ini berfungsi untuk mendukung operasi matematis. Bit 2 --> N (Negative Flag) Flag N akan menjadi set, jika suatu operasi matematis menghasilkan bilangan negatif. Bit 1 --> Z (Zero Flag) Bit ini akan menjadi Set apabila hasil operasi matematis menghasilkan bilangan 0. Bit 0 --> C (Carry Flag) Bit ini akan menjadi set apabila suatu operasi menghasilkan carry. 6. Pengarah Assembler

Pengarah assembler berguna untuk mengubah penunjuk kode assembly. Berikut adalah daftar beberapa sintaks pengarah assembler yang terdapat pada ATmega8535:

Gambar 8 Memori data ATmega8535

Selain itu ATmega8535 juga memilki memori data berupa EEPROM 8-bit sebanyak 512 byte. Alamat EEPROM dimulai dari $000 sampai $1FF. 5. Status Register

Status register adalah register berisi status yang dihasilkan pada setiap operasi yang dilakukan ketika suatu instruksi dieksekusi. SREG merupakan bagian dari inti CPU mikrokontroler.

Gambar 9 Status register ATmega8535

.cseg (code segment) pengarah ini berguna sebagai penunjuk bahwa kode atau ekspresi dibawahnya diletakkan pada memori program pengarah ini biasanya diletakkan setelah pengarah .deseg .db (data byte) pengarah ini memungkinkan dapat menyimpan konstanta seperti serial number, dan lookup table di memory program pada alamat tertentu. .dw (data word) pengarah ini seperti data byte, tetapi dalam ukuran word. .org digunakan untuk mengeset program counter pada alamat tertentu .byte digunakan untuk inisialisasi besar byte yang digunakan pada SRAM untuk label tertentu .dseg (data segment) pengarah ini berguna sebagai penunjuk bahwa kode dibawahnya berfungsi untuk melakukan seting SRAM

7

.def (define) pengarah ini memungkinkan suatu register dapat didefinisikan. .equ berguna untuk memberi nama suatu konstanta yang tidak dapat berubah. .set sama seperti .equ tetapi konstantanya dapat diubah. .endm (end macro) untuk mengakhiri macro. .include untuk mengincludekan sebuah file kedalam program agar program lebih cepat dimengerti atau memisahkan kode dalam dua file terpisah. .device sebagai penunjuk jenis AVR yang digunakan. .exit sebagai penunjuk agar berhenti melakukan assembly pada file saat ini. .list berguna membangkitkan file list. .listmac berguna agar penambahan macro ditampilkan pada file list yang dibangkitkan. .nolist berguna agar suatu runtun instruksi tidak dimasukkan dalam file list yang dibangkitkan Alasan Pemilihan AVR ATmega8535

Kebanyakan kalangan akademisi di beberapa Universitas masih banyak yang menggunakan mikrokontroler keluarga MCS51 (AT89S51/52), khususnya bagi mereka yang baru memulai dan mengenal mikrokontroler pada mata kuliah mikrokontrol. Hal ini yang menyebabkan banyak diantara mahasiswa yang masih menggunakan keluarga MCS-51 ketika mengambil tugas akhir. Padahal Atmel telah memperkenalkan mikrokontroler generasi baru yaitu tipe AVR sebagai ‘pengganti’ dari keluarga MCS-51. Berikut adalah beberapa pertimbangan pemilihan AVR ATmega8535 pada tugas akhir ini: 1. Kecepatan Untuk mengeksekusi 1 buah instruksi, mikrokontroler AVR hanya memerlukan 1 clock sedangkan MCS51 dalam hal ini AT89S51 memerlukan 12 clock. Jadi jelas AVR lebih cepat dari MCS51. 2. Bahasa Pemrograman Selain assembly AVR juga mendukung bahasa pemrograman tingkat tinggi seperti BASIC dan C. Memang bahasa assembly lebih dekat ke bahasa mesin sehingga lebih cepat eksekusinya. Tapi, khususnya untuk bahasa C, pihak Atmel telah mengoptimasi bahasa C yang dipakai untuk AVR sehingga lebih cepat dan efisien.

3. Memory yang lebih besar Keluarga AVR sudah banyak yang memiliki memori internal yang relatif besar. Misal untuk seri ATmega16 : 16 Kb (Flash memory), 512 Bytes (EEPROM), 1 Kb (RAM). sedangkan untuk AT89S51 memiliki 4 Kb (Flash memory), 128 bytes (RAM). Terlihat bahwa kapasitas memori AVR lebih besar daripada MCS51. AVR juga dilengkapi dengan EEPROM internal sehingga tidak diperlukan lagi EEPROM eksternal seperti halnya jika menggunakan MCS51. 4. Efisiensi Hardware Pemakaian AVR dapat menghemat penggunaan komponen pendukung seperti EEPROM eksternal, sehingga tidak diperlukan lagi EEPROM eksternal. Untuk sumber clock AVR telah menyediakannya secara terintegrasi. Karena didalam AVR sudah dilengkapi XTAL yang bisa diaktifkan maka tidak perlu memakai XTAL eksternal. Sementara untuk nilainya bisa diatur sendiri misalnya 4 MHz, 1 MHz dan lainnya. Sebagai catatan untuk kebutuhan akurasi XTAL eksternal masih perlu dipakai. Tapi jika akurasi tidak terlalu signifikan penulis rasa cukup XTAL internal. Bagi yang memerlukan ADC untuk konversi sinyal analog ke digital tidak perlu lagi memakai ADC eksternal (ADC 0804) karena sejak AVR seri ATmega 16 sudah ada ADC internal 10 bit. 5. Fitur-fitur tambahan Seperti yang telah dikemukakan sebelumnya mikrokontroler AVR memiliki fitur-fitur tambahan lainnya yang tidak terdapat di mikrokontroler AT89S51. Diantaranya - RTC dengan oscillator terpisah - PWM (Pulse Width Modulation) - ADC 10 bit internal - Master/slave SPI serial interface - On chip analog comparator Bahasa Pemrograman Mikrokontroler

Sebuah mikrokontroler tidak dapat bekerja bila tidak ada program yang diberikan terhadapnya. Program tersebut memberitahu mikrokontroler apa yang harus dilakukan. Instruksi-instruksi perangkat lunak berbeda untuk masing-masing jenis mikrokontroler, intruksi-instruksi ini hanya dapat dimengerti oleh jenis mikrokontroler yang bersangkutan.

8

Pada tugas akhir ini digunakan bahasa BASIC karena relatif mudah untuk dipahami, sementara compiler yang digunakan adalah BASCOM AVR dan Code Vision. Pada BASCOM AVR sudah ada fungsi-fungsi penting yang siap digunakan, misalnya untuk LCD, kendali port, delay dan lain-lain (www.mcselec.com, 2008). Selain itu BASCOM AVR juga berfungsi sebagai software antarmuka untuk mendownload program yang telah dibuat nantinya ke mikrokontroler. Sementara Code Vision hanya penulis gunakan sebagai software pembanding. Penulis juga menggunakan Win-AVR Studio sebagai software untuk simulasi program. D. IC Timer555

IC Timer555 termasuk komponen elektronika yang paling popular dan serba guna. IC timer jenis ini sudah dikenal dan masih populer sampai saat ini sejak puluhan tahun yang lalu. Tepatnya pada tahun 1971 IC Timer555 kali pertama dibuat oleh Signetics Corporation. IC timer555 memberi solusi praktis dan relatif murah untuk berbagai aplikasi elektronik yang berkenaan dengan pewaktuan (timing). Terutama dua aplikasinya yang paling populer adalah rangkaian Timer Monostable dan Oscillator Astable. Komponen utama dari IC Timer ini terdiri dari komparator dan flip-flop yang direalisasikan dengan banyak transistor.

membuat versi CMOS-nya dengan nama ICM7555. Walaupun namanya berbeda-beda, tetapi fungsi dan pin diagramnya saling kompatibel satu dengan yang lainnya (functional and pin-to-pin compatible). Hanya saja ada beberapa karakteristik spesifik yang berbeda misalnya konsumsi daya, frekuensi maksimum. Spesifikasi lebih detail biasanya dicantumkan pada datasheet masing-masing pabrikan. (http://en.wikipedia.org, 2009) 1. Rangkaian Timer Monostable

IC ini didesain sedemikian rupa sehingga hanya memerlukan sedikit komponen luar untuk bekerja. Diantaranya yang utama adalah resistor dan kapasitor luar (eksternal). IC ini memang bekerja dengan memanfaatkan prinsip pengisian (charging) dan pengosongan (discharging) dari kapasitor melalui resistor luar tersebut. Untuk menjelaskan prinsip kerjanya, coba perhatikan diagram gambar IC 555 dengan resistor dan kapasitor luar berikut ini. Rangkaian ini dikenal dengan rangkaian timer monostable (Gambar 11). Prinsipnya rangkaian ini akan menghasilkan pulsa tunggal dengan lama tertentu pada keluaran pin 3, jika pin 2 dari komponen ini dipicu. Perlu diperhatikan bahwa di dalam IC ini terdapat dua komparator yaitu Comp A (komparator A) dan Comp B (komparator B). Terdapat pula tiga resistor internal R yang besarnya sama. Dengan susunan seri yang demikian terhadap VCC dan ground, rangkaian resistor internal ini merupakan pembagi tegangan. Susunan ini memberikan tegangan referensi yang masing-masing besarnya 2/3 VCC pada input negatif komparator A dan 1/3 VCC pada input positif komparator B.

Gambar 10 Pin-pin pada IC 555

Prinsip kerja komponen jenis ini tidak berubah dari dulu hingga sekarang namun masing-masing pabrik membuatnya dengan desain IC dan teknologi yang berbeda-beda. Hampir semua pabrik membuat komponen jenis ini, walaupun dengan nama yang berbeda-beda. Misalnya National Semiconductor menyebutnya dengan LM555, Philips dan Texas Instrument menamakannya SE/NE555. Motorola / ON-Semi mendesainnya dengan transistor CMOS sehingga komsusi powernya cukup kecil dan menamakannya MC1455. Philips dan Maxim

9

maka persamaan (15) dapat disubstitusi dengan nilai ini sehingga = Vcc (1 − e −t / RC )

2V 3 cc

2 3

= (1 − e −t / RC )

e −t / RC =

1 3

In(e −t / RC ) = In 13 −t / RC = -1.0986123 t = 1.0986123RC t = 1.1RC (dibulatkan) (16)

Inilah persamaan untuk mengitung lamanya keluaran pulsa tunggal yang dapat dihasilkan pada rangkaian timer monostable dari IC 555. Gambar 11 Rangkaian timer monostable

Pada keadaan tanpa input, keluaran pin 3 adalah 0 (ground atau normally low). Transistor Q1 yang ada di dalam IC ini selalu ON dan mencegah kapasitor eksternal C dari proses pengisian (charging). Ketika ada sinyal trigger dari 1 ke 0 (VCC to ground) yang diumpankan ke pin 2 dan lebih kecil dari 1/3 VCC, maka serta merta komparator B men-set keluaran flip-flop. Ini pada gilirannya memicu transistor Q1 menjadi OFF. Jika transistor Q1 OFF akan membuka jalan bagi resistor eksternal R untuk mulai mengisi kapasitor C (charging). Pada saat yang sama output dari pin 3 menjadi high (VCC), dan terus high sampai satu saat tertentu yang diinginkan. Sebut saja lamanya adalah t detik, yaitu waktu yang diperlukan untuk mengisi kapasitor C mencapai tegangan 2/3 VCC. Tegangan C ini disambungkan ke pin 6 yang tidak lain merupakan input positif komparator A. Maka jika tegangan 2/3 VCC ini tercapai, komparator A akan me-reset flip-flop dan serta merta transistor internal Q1 menjadi ON kembali. Pada saat yang sama keluaran pin 3 dari IC 555 tersebut kembali menjadi 0 (ground). Berapa lama pulsa yang dihasilkan amat tergantung dari nilai resitor dan kapasitor eksternal yang pasangkan. Dari persamaan ekponensial pengisian kapasitor diberikan sebagai Vt = Vcc (1 − e −t / RC )

(15)

Vt adalah tegangan pada saat waktu t. Jika t adalah waktu eksponensial yang diperlukan untuk mengisi kapasitor sampai Vt = 2/3 VCC,

Karena frekuensi f = f =

1 maka T

1 1,1RC

(17)

2. Rangkaian Oscillator Astable

Sedikit berbeda dengan rangkaian timer monostable, rangkaian oscillator astable dibuat dengan mengubah susunan resistor dan kapasitor luar pada IC 555 Ada dua buah resistor Ra dan Rb serta satu kapasitor eksternal C yang diperlukan. (Gambar 12). Prinsipnya rangkaian oscillator astable dibuat agar memicu dirinya sendiri berulang-ulang sehingga rangkaian ini dapat menghasilkan sinyal osilasi pada keluarannya. Pada saat power supply rangkaian ini dihidupkan, kapasitor C mulai terisi melalui resistor Ra dan Rb sampai mencapai tegangan 2/3 VCC. Pada saat tegangan ini tercapai, dapat dimengerti komparator A dari IC 555 mulai bekerja mereset flip-flop dan seterusnya membuat transistor Q1 ON. Ketika transisor ON, resitor Rb seolah dihubung singkat ke ground sehingga kapasitor C membuang muatannya (discharging) melalui resistor Rb. Pada saat ini keluaran pin 3 menjadi 0 (ground). Ketika discharging, tegangan pada pin 2 terus turun sampai mencapai 1/3 VCC. Ketika tegangan ini tercapai, bisa dipahami giliran komparator B yang bekerja dan kembali memicu transistor Q1 menjadi OFF. Ini menyebabkan keluaran pin 3 kembali menjadi high (VCC). Demikian seterusnya berulang-ulang sehingga terbentuk sinyal osilasi pada keluaran pin 3.

10

duty cycle dari sinyal osilasi yang dihasilkan dihitung dari persamaan t1/T. Jadi jika diinginkan duty cycle osilator sebesar (mendekati) 50%, maka dapat digunakan resistor Ra yang relatif jauh lebih kecil dari 1 resistor Rb. Karena frekuensi f = maka T f =

1 t1 + t 2

=

1 t1 + t 2

=

1 0,693( Ra + Rb )C + 0,693RbC

f = Gambar 12 Rangkaian oscillator astable

Terlihat di sini sinyal pemicu (trigger) kedua komparator tersebut bekerja bergantian pada tegangan antara 1/3 VCC dan 2/3 VCC. Inilah batasan untuk mengetahui lebar pulsa dan periode osilasi yang dihasilkan. Misal diasumsikan t1 adalah waktu proses pengisian kapasitor yang di isi melalui resistor Ra dan Rb dari 1/3 VCC sampai 2/3 VCC. Diasumsikan juga t2 adalah waktu discharging kapasitor melalui resistor Rb dari tegangan 2/3 VCC menjadi 1/3 VCC. Dengan perhitungan eksponensial dengan batasan 1/3 VCC dan 2/3 VCC maka dapat diperoleh : Vt = Vcc (1 − 23 e −t / Rtotal C ) 2V 3 cc 2 3 2 e − t1 /( Ra + Rb )C 3

= Vcc (1 − 23 e −t1 /( Ra + Rb )C ) = 1 − 23 e −t1 /( Ra + Rb )C = 13

e −t1 /( Ra + Rb )C =

1 2

Ine −t1 /( Ra + Rb )C = In 12 −t1 /( Ra + Rb )C = − In2 t1 = In2( Ra + Rb )C t1 = 0,693( Ra + Rb )C

(20)

Satu hal yang menarik dari komponen IC 555, baik aplikasi rangkaian timer monostable maupun rangkaian oscillator astable, yaitu tidak tergantung dari berapa nilai tegangan kerja VCC yang diberikan. Tegangan kerja IC 555 bisa bervariasi antara 5 sampai 15 VDC. Tingkat keakuratan waktu (timing) yang dihasilkan tergantung dari nilai dan toleransi dari resistor dan kapasitor eksternal yang digunakan.Untuk rangkaian yang tergolong time critical, biasanya digunakan kapasitor dan resistor yang presisi dengan toleransi yang kecil. Pada beberapa aplikasi elektronik, biasanya juga ditambahkan kapasitor 10 nF pada pin 5 ke ground untuk menjamin kestabilan tegangan referensi 2/3 VCC. Banyak aplikasi lain yang bisa dibuat dngan IC 555, salah satu aplikasi yang populer lainnya adalah rangkaian PWM (Pulse Width Modulation). Rangkaian PWM mudah direalisasikan dengan sedikit mengubah fungsi dari rangkaian timer monostable, yaitu dengan memicu pin trigger (pin 2) secara kontinyu sesuai dengan perioda clock yang diinginkan, sedangkan lebar pulsa dapat diatur dengan memberikan tegangan variabel pada pin control voltage (pin5). Di pasaran banyak juga jumpai dua timer555 yang dikemas didalam satu IC misalnya IC LM556 atau MC1456.

(18)

E. LCD (Liquid Crystal Display)

(19)

LCD merupakan salah satu bentuk tampilan keluaran yang memudahkan seseorang berkomunikasi. Berbentuk seperti tujuh segmen namun memiliki keunggulan dengan tampilan dotmatriknya. LCD pada

dengan cara yang sama diperoleh t 2 = 0,693Rb C

1 0,693( Ra + 2 Rb )C

Periode osilator adalah dapat diketahui dengan menghitung T = t1 + t2. Persentasi

11

dasarnya bekerja dari tegangan rendah, frekuensi rendah dan memerlukan arus yang sangat kecil Pada LCD terdiri dari sebuah ROM dan RAM pembangkit karakter di dalamnya dan RAM tampilan. Semua fungsifungsi tampilan dikendalikan dengan perintah khusus. (Tirtamihardja, 1996). LCD yang digunakan pada tugas akhir ini adalah M1632 yang diproduksi oleh Seiko Instrument Inc. Alasan pemilihan ini karena LCD ini relatif banyak digunakan dikalangan akademisi dan harganya relatif terjangkau oleh mahasiswa. LCD ini terdiri dari dua bagian, yang pertama merupakan panel LCD sebagai media penampil informasi dalam bentuk huruf atau angka dua baris, masing-masing baris dapat menampung 16 huruf atau angka. LCD yang digunakan pada tugas akhir ini terdiri dari tampilan 2x16 (2 baris x 16 kolom) dengan konsumsi daya rendah.

Gambar 13 Susunan alamat pada LCD

Alamat awal karakter 00H dan alamat akhir 39H. Jadi, alamat awal di baris kedua dimulai dari 40H. Jika ingin meletakkan satu karakter pada baris ke-2 kolom pertama, maka harus diset pada alamat 40H. Jadi, meskipun LCD yang digunakan 2x16 , 2x24, atau 2x40, maka penulisan programnya sama saja. CGRAM merupakan memori untuk menggambarkan pola sebuah karakter, dimana bentuk dari karakter dapat diubahubah sesuai dengan keinginan. Namun, memori akan hilang saat power supply tidak aktif sehingga pola karakter akan hilang. Berikut tabel pin untuk LCD M1632. Perbedaannya dengan LCD standar adalah pada kaki 1 VCC, dan kaki 2 ground. Ini kebalikan dengan LCD standar.

Agar dapat mengaktifkan LCD, proses inisialisasi harus dilakukan dengan cara mengatur bit RS dan meng-clear-kan bit E dengan delay minimal 15 ms. Kemudian mengirimkan data 30H dan ditunda lagi selama 5 ms. Proses ini harus dilakukan tiga kali, lalu mengirim inisial 20H dan interface data length dengan lebar 4 bit saja (28H). Setelah itu display dimatikan (08H) dan diclear-kan (01H). Selanjutnya dilakukan pengaturan display dan cursor, serta blinking apakah ON atau OFF. Berikut contoh penggalan kode program konfigurasi LCD yang dibuat oleh penulis pada tugas akhir ini, '###############_config LCD Config Lcd = 16 * 2 $lib "lcd4busy.Lbx" Const Const Const Const Const Const

_lcdport = Porta _lcdddr = Ddra _lcdin = Pina _lcd_e = 3 _lcd_rw = 2 _lcd_rs = 1

Cls Cursor Off ‘##########################

Gambar berikut menampilkan contoh hubungan pin-pin pada LCD dengan pin-pin pada mikrokontroler ATmega8535, biasa terdapat potensiometer untuk mengatur kontras/kecerahan dari LCD tersebut. Pada input LED, dipasang transistor sebagai penguat arus, sehingga dapat menampilkan cahaya LED yang cukup terang.

Tabel 2 Susunan Kaki LCD M1632

Gambar 14 Contoh hubungan pin-pin pada LCD dan mikrokontroler ATmega8535 (Sumber: Data Sheet LCD M1632, 2009)

12

Ada alternatif yang dapat membantu dalam pemrograman LCD yaitu menggunakan software. Pada tugas akhir ini penulis menggunakan BASCOM AVR, yang sudah dilengkapi fungsi-fungsi penting yang siap digunakan, misalnya untuk LCD, kendali port, delay dan lain-lain (www.mcselec.com), sehingga dapat membantu memudahkan penulis dalam memprogram. METODE PELAKSANAAN Waktu dan Tempat Pelaksanaan

Perancangan sistem pada tugas akhir ini dilaksanakan di Lab Mikrokontroler dan Lab Biofisika Departemen Fisika IPB. Waktu yang diperlukan penulis untuk menyelesaikan tugas akhir diperkirakan 4 bulan, meliputi persiapan (studi literatur, tinjauan lapangan dan pembuatan proposal), pelaksanaan (perancangan sistem, pengujian sistem dan analisis data) dan penyusunan laporan akhir. Metode Pelaksanaan

Metode pelaksanaan yang digunakan pada tugas akhir ini terdiri atas beberapa tahap, antara lain : A. Pembuatan Kapasitor Uji

Pada awalnya penulis menggunakan kapasitor keping (plat) sejajar sebagai kapasitor uji, namun dengan alasan tertentu penulis menggantinya dengan kapasitor Leyden Jar. Untuk lebih jelas mengenai cara pembuatan Leyden Jar dapat dilihat pada bagian pembahasan. 2. Pengujian Kapasitor Uji (Menggunakan Kapasitansi-meter) Leyden

Pembuatan Larutan NaCl Terdapat beberapa konsep untuk menyatakan ukuran kekentalan suatu larutan, salah satunya adalah dengan menyatakannya dalam molalitas. Molalitas didefinisikan sebagai perbandingan antara mol zat terlarut dengan massa pelarut. Secara matematis dapat dinyatakan sebagai berikut, n M = (21) p dengan M menyatakan molalitas larutan (molal), n menyatakan jumlah zat terlarut (mol) dan p menyatakan massa zat pelarut (kg). m maka persamaan tersebut karena n = Mr dapat dinyatakan sebagai, m × 1000 (22) Mr × p dengan m menyatakan massa zat terlarut (gram) , Mr menyatakan massa molekul relatif (gram/mol), dan p menyatakan massa zat pelarut (gram). M =

Pengujian kapasitansi Leyden Jar ketika Ditambahkan Garam NaCl

1. Pembuatan Kapasitor Leyden Jar

Pengujian kapasitansi dengan Pelarut

yaitu nilai kapasitansi dari Leyden Jar ketika hanya berisi pelarut (tanpa garam NaCl).

Jar

Pengujian ini dilakukan sebagai kontrol (pembanding), ketika larutan belum diberi garam. Pada pengujian ini digunakan Kapasitansi-meter untuk mengukur nilai kapasitansi-nya (C0). Pengujian dilakukan dengan menggunakan dua macam pelarut yaitu aquades dan air biasa. Pengulangan dilakukan sebanyak sepuluh kali, dengan tujuan untuk memastikan keakuratan dari pengukuran untuk kemudian diambil nilai rata-rata dan hasilnya dibaca sebagai C0,

Ketika pada Leyden Jar ditambahkan garam NaCl maka kapasitansi-nya akan bertambah, kemudian dengan menggunakan Kapasitansi-meter dihitung besarnya kapasitansi Leyden Jar (Cb). Catatan: Pada tugas akhir ini bahan dielektrik yang digunakan adalah larutan garam NaCl (sebenarnya memungkinkan pula untuk larutan lainnya) dengan variasi konsentrasi. Nilai Cb diukur menggunakan Kapasitansi-meter (dalam satuan nF) Pada tahap ini diperoleh data pengukuran yang menghubungkan antara konsentrasi larutan garam (dalam molal) dengan kapasitansi. Data yang diperoleh kemudian diekstrapolasi kedalam bentuk grafik. Hasil pengukuran kapasitansi menggunakan Kapasitansi-meter dan hubungannya dengan variasi konsentrasi larutan NaCl ini kemudian menjadi

13

referensi dalam menentukan karakterisasi alat ukur yang akan dibuat. Setelah memastikan proses pengukuran kapasitansi dengan Leyden Jar sudah berfungsi dengan baik, maka langkah selanjutnya adalah membuat alat ukur kapasitansi kapasitor Leyden Jar.

D. Analisa Pengukuran Variasi Variabel Pengukuran

Pada tahap ini dilakukan analisa pengukuran untuk memperoleh hubungan antara konsentrasi larutan garam dengan nilai kapasitansi-nya, yaitu dengan cara melakukan variasi variabel pengukuran berupa variasi konsentrasi larutan garam.

B. Pembuatan Alat Ukur Kapasitansi Kapasitor Leyden Jar Jangkauan (Range) Alat Ukur

Sebelum membuat alat ukur, maka harus ditentukan terlebih dahulu range dari alat ukur yang akan buat. Hasil pengujian kapasitansi Leyen Jar dengan menggunakan Kapasitansi-meter baik ketika diisi dengan pelarut maupun dengan penambahan garam NaCl menjadi acuan bagi penulis dalam menentukan range dari alat ukur yang akan dibuat. Karena pengukuran pada Leyden Jar menghasilkan kapasitansi dalam satuan nF, maka alat ukur yang dibuatpun menggunakan satuan nF. Diagram Blok Sistem

Diagram blok sistem yang dibuat adalah sebagai berikut: Sensor (Leyden Jar)

Pengambilan Data Pengukuran

Data yang diambil pada pengukuran ini berupa:

Instrumen Pelaksanaan

Perancangan alat ukur kapasitansi kapasitor Leyden Jar ini diimplementasikan dengan menggunakan perangkat lunak dan perangkat keras. Adapun perangkat utama yang digunakan pada sistem ini antara lain: Perangakat Keras

Oscillator Astable (Timer555)

Pemroses Data (ATmega8535)

Nilai kapasitansi kapasitor Leyden Jar setelah di tambahkan garam NaCl (ditampilkan oleh LCD) Grafik hubungan antara konsentrasi larutan garam NaCl dengan kapasitansi-nya (diperoleh dengan menggunakan software MS Excel dan SPSS)

Penampil Data (LCD)

Gambar 15 Diagram blok sistem

C. Pengujian Sistem Secara Keseluruhan

Pengujian ini dilakukan setelah alat ukur kapasitansi kapasitor Leyden Jar telah selesai dibuat. Pengujian mulai dari tahap menghidupkan alat ukur sampai pada proses pengukuran kapasitansi dari larutan yang akan diukur dan datanya dapat dicatat melalui tampilan LCD. Untuk lebih jelas mengenai cara menggunakan alat ukur yang telah dibuat dapat dilihat pada bagian pembahasan.

Personal Computer (PC) Spesifikasi komputer yang digunakan ini antara lain : Prosesor Intel Pentium 4 3.00 GHz, Memori 512 MB, Hardisk 80 GB, DVD/CD-RW Drive, dan Monitor 17 Inchi. ISP Downloader ATmega8535 Timer555 Keypad LCD

Keterangan : Untuk lebih detail mengenai daftar komponen yang digunakan dapat dilihat pada lampiran. Perangkat Lunak

Windows XP Proffesional SP2 sebagai sistem operasi. BASCOM AVR digunakan sebagai compiler dan downloader CodeVision versi Trial sebagai sebagai compiler dan downloader pembanding

14

Win-AVR-Studio sebagai simulator program Driver LPT sebagai driver ke port paralel Protel sebagai pembuat skema rangkaian MS Excel dan SPSS sebagai pengolah data

HASIL DAN PEMBAHASAN Tahap Pelaksanaan

Pelaksanaan tugas akhir ini terdiri atas beberapa tahap, antara lain : A. Pembuatan Kapasitor Uji 1. Prosedur

Pembuatan

Kapasitor

Leyden Jar

Pada prinsipnya Leyden Jar adalah silinder yang terbuat dari bahan dielektrik (yang merupakan isolator, seperti kaca atau plastik) dengan dilapisi logam foil (misalnya: alumunium foil). Untuk membuat kapasitor ini relatif mudah, karena dapat menggunakan komponen utama yang mudah ditemukan dalam kehidupan sehari-hari, seperti botol dari gelas atau plastik yang disertai dengan tutupnya, kertas alumunium foil , batang logam dari alumunium, dan kabel secukupnya. Berikut ini adalah tahap pembuatan kapasitor Leyden Jar yang penulis lakukan. Alat dan Bahan

Alat yang digunakan antara lain: penggaris, gunting, gergaji besi, bor (optional), dan solder (optional) Bahan yang diperlukan antara lain: botol bekas air mineral ukuran 250 ml beserta tutupnya, kertas alumunium foil secukupnya, pipa alumunium bekas antena, plastik transparan dan lem plastik

Prosedur Kerja

Kertas alumunium foil yang sudah dipotong dengan ukuran tertentu digunakan untuk menyelimuti bagian luar dari botol bekas air mineral. Kertas alumunium foil ini nantinya akan menjadi plat positif dari kapasitor yang akan dibuat. Untuk mendapatkan hasil yang optimal, kertas alumunium foil yang

digunakan dapat terdiri dari beberapa lapisan. Setelah itu pasang kabel penghubung pada kertas alumunium (bisa menggunakan solder atau cukup ditempelkan saja). Kemudian kertas alumunium tersebut dilapisi plastik yang bertujuan untuk menghindari kontak langsung dengan sistem disekitarnya. Lubangi bagian tutup botol dari air mineral dengan bor kemudian pasangkan pipa alumunium bekas antena yang telah dipotong dan disesuaikan ukurannya dengan kedalaman botol. Pipa alumunium ini nantinya akan menjadi plat negatif dari kapasitor yang akan dibuat. Setelah itu pasang kabel penghubung pada pipa alumunium (bisa menggunakan solder atau cukup ditempelkan saja) Terakhir tutup botol dengan tutup yang telah dilengkapi dengan pipa alumunium. Sampai tahap ini kapasitor Leyden Jar sudah siap untuk digunakan. Untuk alasan kepraktisan, penulis menggunakan capit buaya sehingga tidak terlalu khawatir jika kabel yang disolder lepas. 2. Pengujian Kapasitansi Leyden Jar (Menggunakan Kapasitansi-meter) Pengujian kapasitansi dengan Pelarut

Leyden

Jar

Pengujian ini dilakukan sebagai kontrol (pembanding), ketika larutan belum diberi garam. Pada pengujian ini digunakan Kapasitansi-meter untuk mengukur nilai kapasitansi-nya (C0). Pengujian dilakukan dengan menggunakan dua macam pelarut yaitu aquades dan air biasa. Pengulangan dilakukan sebanyak sepuluh kali, dengan tujuan untuk memastikan keakuratan dari pengukuran untuk kemudian diambil nilai rata-ratanya dan hasilnya dibaca sebagai C0, yaitu nilai kapasitansi dari Leyden Jar ketika hanya berisi pelarut (tanpa garam NaCl). Terdapat perbedaan nilai C0 yang dihasilkan oleh aquades dan air biasa. Dari hasil pengukuran dengan sepuluh kali ulangan diperoleh nilai rata-rata C0 oleh aquades sebesar 0.555 nF sementara nilai rata-rata C0 oleh air biasa sebesar 1.533 nF. Hal ini disebabkan pada air biasa memungkinkan adanya partikel lain (zat terlarut) yang mempengaruhi konsentrasi dari pelarut itu sendiri. Konsentrasi dari pelarut ini berpengaruh terhadap kemampuannya untuk

15

menyimpan energi listrik. Sehingga nilai C0 yang terbaca menjadi lebih besar. Pembuatan Larutan NaCl

Awalnya penulis menggunakan konsep molaritas untuk menyatakan kekentalan dari larutan NaCl, namun atas saran dari dosen pembimbing, penulis menggantinya dengan konsep molalitas. Berbeda dengan konsep molaritas, dimana untuk menentukannya zat terlarut (garam NaCl) dimasukkan terlebih kedalam labu takar lalu kemudian ditera, untuk menentukan molalitas ini massa pelarut (aquades dan air biasa) dibuat tetap, sementara yang dibuat berubah adalah massa zat terlarut (garam NaCl). Jika konsep molaritas yang digunakan, maka akan memungkinkan kesalahan inisialisasi dari alat ukur, karena isi Leyden Jar sempat dikeluarkan untuk kemudian diganti dengan larutan yang kadar konsentrasinya telah diubah. Namun jika konsep molalitas yang digunakan, untuk mengubah konsentrasi larutan garam cukup dengan menambahkan massa zat terlarut (garam NaCl) sesuai dengan persamaan untuk menentukan molalitas. Sehingga tidak perlu khawatir adanya kesalahan inisialisasi dari alat ukur. Hal ini yang menjadikan alasan dipilihnya konsep molalitas untuk menentukan konsentrasi dari larutan NaCl. Terdapat beberapa konsep untuk menyatakan ukuran kekentalan suatu larutan, salah satunya adalah dengan menyatakannya dalam molalitas. Molalitas didefinisikan sebagai perbandingan antara mol zat terlarut dengan massa pelarut. Secara matematis dapat dinyatakan sebagai berikut,

M =

m × 1000 Mr × p

(24)

dengan m menyatakan massa zat terlarut (gram) , Mr menyatakan massa molekul relatif (gram/mol), dan p menyatakan massa zat pelarut (gram). Misalnya pada pengujian ini penulis menggunakan pelarut aquades sebanyak 200mL (disesuaikan dengan kapasitas volume dari Leyden Jar). Setelah dilakukan penimbangan dengan menggunakan neraca analitik, volume 200mL aquades ini setara dengan 181.95 gram. Telah diketahui bahwa massa molekul relatif Mr dari NaCl sebesar 58.5 gram/mol, maka perhitungan molalitas dapat disederhanakan sebagai berikut, M =

m NaCl × 1000 58.5 × 181.95

m NaCl = 10.64 × M

(25)

Misal jika ingin memperoleh konsentrasi NaCl sebesar 0.1 molal, maka massa zat terlarut mNaCl yang harus ditambahkan ke pelarut murni adalah sebesar 1.064 gram, demikian seterusnya. Sementara jika menggunakan pelarut air biasa, volume 200mL ini setara dengan 184.33 gram. Sehingga perhitungan molalitasnya dapat disederhanakan sebagai berikut, M =

m NaCl × 1000 58.5 × 184.33

m NaCl = 10.78 × M

(26)

(23)

Misal jika ingin memperoleh konsentrasi NaCl sebesar 0.1 molal, maka massa zat terlarut mNaCl yang harus ditambahkan ke

dengan M menyatakan molalitas larutan (molal), n menyatakan jumlah zat terlarut (mol) dan p menyatakan massa zat pelarut (kg).

Pengujian Kapasitansi Leyden Jar ketika Ditambahkan Garam NaCl

M =

n p

m maka persamaan tersebut Mr dapat dinyatakan sebagai,

karena n =

pelarut murni adalah sebesar 1.078 gram, demikian seterusnya (data lengkapnya dapat dilihat pada lampiran).

Ketika pada Leyden Jar ditambahkan garam NaCl maka kapasitansi-nya akan bertambah, kemudian dengan menggunakan Kapasitansi-meter dihitung besarnya kapasitansi Leyden Jar (Cb).

16

Catatan: Pengujian dilakukan dengan memvariasikan konsentrasi larutan (dalam satuan molal), yaitu dengan menambahkan garam NaCl kedalam Leyden Jar pada dua pelarut berbeda (aquades dan air biasa)

Kapasitansi Leyden Jar (nF)

Grafik Kapasitansi Le yde n Jar te rhadap Konse ntrasi NaCl (pende katan fungsi logaritmik)

2.000 1.800 1.600 1.400 1.200 1.000 0.800 0.600 0.400 0.200 0.000

C = 0.1799In(M) + 1.8505 R2 = 0.965

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

Konse ntrasi NaCl (molal)

Nilai Cb diukur menggunakan Kapasitansi-meter (dalam satuan nF)

Pada tahap ini diperoleh data pengukuran yang menghubungkan antara konsentrasi larutan garam (dalam molal) dengan kapasitansi. Data yang diperoleh kemudian diekstrapolasi kedalam bentuk grafik. Berikut grafik yang menunjukkan hubungan antara konsentrasi larutan NaCl dengan kapasitansi kapasitor Leyden Jar setelah ditambahkan garam NaCl dengan pelarut aquades. Grafik Kapasitansi Le yden Jar te rhadap Konsentrasi NaCl (pendekatan fungsi polinom)

Gambar 17 Grafik kapasitansi Leyden Jar terhadap konsentrasi NaCl

Dari grafik tersebut diperoleh persamaan grafik C = 0.1799In(M) + 1.8505 dengan nilai ragam (R2) sebesar 0.965. Sementara untuk pelarut air biasa diperoleh grafik sebagai berikut, Grafik Kapasitansi Leyde n Jar te rhadap Konse ntrasi NaCl (pe ndekatan fungsi polinom)

2.50 Kapasitansi Leyden Jar (nF)

2.00 1.50 C = -27.149M6 + 92.904M5 - 123.82M4 + 81.13M3 - 27.548M2 + 5.052M + 1.5348 R2 = 0.997

1.00 0.50 0.00

0.2

1.500

0.6

0.8

1.0

1.2


1.000 0.500

0.4


C = -117.42M6 + 392.93M5 - 511.62M4 + 326.67M3 - 106.35M2 + 17.121M + 0.4902 R2 = 0.994

0.000 0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2



Diperoleh grafik hubungan antara konsentrasi NaCl (sumbu X) dengan kapasitansi kapasitor Leyden Jar (sumbu Y) seperti pada Gambar dengan persamaan C = -117.42M6 + 392.93M5 511.62M4 + 326.67M3 - 106.35M2 + 17.121M + 0.4902 dengan nilai ragam (R2) sebesar 0.994. Persamaan grafik yang diperoleh berupa persamaan polinom yang terlihat cukup komplek sehingga penulis mencoba untuk menyederhanakan persamaan tersebut dengan melakukan pendekatan secara logaritmik. Pendekatan logaritmik memiliki syarat absis (sumbu X) yang tidak nol, artinya untuk melakukan pendekatan ini nilai konsentrasi acuan dari larutan tidak boleh 0.0 molal. Jadi grafik yang diperoleh lebih tepatnya mempresentasikan hubungan antara kenaikan konsentrasi larutan garam NaCl dengan nilai kapasitansi-nya. Berikut grafiknya,

Persamaan grafik yang diperolehpun mirip dengan pada pelarut aquades yaitu persamaan polinom dengan persamaan C = -27.149M6 + 92.904M5 - 123.82M4 + 81.13M3 - 27.548M2 + 5.052M + 1.5348 dengan nilai ragam (R2) sebesar 0.997. Dengan melakukan pendekatan logaritmik diperoleh grafik sebagai berikut, Grafik Kapasitansi Leyde n Jar te rhadap Konse ntrasi NaCl (pendekatan fungsi logaritmik)

2.15 Kapasitansi Leyden Jar (nF)


0.0

2.000

2.10 2.05 C = 0.1237In(M) + 2.1246 R2 = 0.974

2.00 1.95 1.90 1.85 1.80 0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2



Dari grafik tersebut diperoleh persamaan grafik C = 0.1237In(M) + 2.1246 dengan nilai ragam (R2) sebesar 0.974. Hasil pengukuran kapasitansi kapasitor Leyden Jar menggunakan Kapasitansi-meter dan hubungannya dengan variasi konsentrasi larutan NaCl yang digunakan ini kemudian menjadi referensi dalam menentukan karakterisasi

17

alat ukur yang akan dibuat. Setelah memastikan proses pengukuran kapasitansi kapasitor Leyden Jar sudah berfungsi dengan baik, maka langkah selanjutnya adalah membuat alat ukur kapasitansi kapasitor Leyden Jar.

Diagram blok sistem yang telah dibuat adalah sebagai berikut: Sensor (Leyden Jar)

kapasitansi

Jangkauan (Range) Alat Ukur

1,63 × 10 −3 f

(28)

karena frekuensi dari oscillator astable yang digunakan bekerja pada range kHz=103Hz, maka jelas bahwa orde dari kapasitansi C9 dipastikan dalam µF. Sementara hasil pengujian awal kapasitansi Leyden Jar dengan menggunakan Kapasitansi-meter menghasilkan nilai kapasitansi dalam satuan nF sehingga untuk mengubah dari µF menjadi nF penulis menggunakan menggunakan konstanta pembagi 1000 pada chip program. Dari hasil ini penulis membatasi range pengukurannya dari 0.00 nF sampai 9.99 nF. Salah satu pertimbangannya yaitu jumlah karakter yang tersedia pada LCD yang digunakan.

Diagram blok diatas hanya menampilkan blok utama dari suatu sistem pengukuran yang telah dibuat. Berikut akan dijelaskan tidak hanya blok utama tapi juga blok pendukung lainnya seperti catu daya (power supply) dan keypad. 1. Catu Daya (Power Supply)

Perangkat elektronika mestinya dicatu oleh sumber arus searah DC (Direct Current) yang stabil agar dapat bekerja dengan baik. Baterai atau accu adalah sumber catu daya DC yang paling baik. Awalnya sumber arus yang digunakan adalah sumber arus bolak-balik AC (Alternating Current) dari pembangkit tenaga listrik. Sehingga untuk itu diperlukan suatu perangkat catu daya yang dapat mengubah arus AC menjadi DC. Berikut adalah gambar rangkaian catu daya yang dibuat oleh penulis. TIP2955 D1 T2 STEP DOWN

VCC

TR1

IN 5402 9

R3

CT 9 SOURCE VOLTAGE 220 VAC D2

+

47

U0 LM7805CT 1

Vin

+5V

C5 330nF

3

1000uF/25V

C9 =

adalah kapasitansi Ra = 220 Ω dan Ω. Jika nilai-nilai dalam persamaan

Penjelasan Diagram Blok Sistem

470uF

Dalam hal ini C9 Leyden Jar, RSEN1 = 2RSEN2= 2Rb = 660 tersebut dimasukkan maka akan dihasilkan

(27)

Gambar 20 Diagram blok sistem yang telah dibuat

GND

1,44 ( RSEN 1 + 2 RSEN 2 ) f

Penampil Data (LCD)

2

C9 =


2200uF

Sebelum membuat alat ukur, maka harus ditentukan terlebih dahulu range dari alat ukur yang akan buat. Hasil pengujian kapasitansi Leyen Jar dengan menggunakan Kapasitansi-meter baik ketika diisi dengan pelarut maupun dengan penambahan garam NaCl menjadi acuan bagi penulis dalam menentukan range dari alat ukur yang akan dibuat. Karena pengukuran pada Leyden Jar menghasilkan kapasitansi dalam satuan nF, maka alat ukur yang dibuatpun menggunakan satuan nF. Telah diketahui bahwa kapasitansi yang terbaca oleh sistem dihasilkan oleh frekuensi dari oscillator astable, sesuai persamaan


C4

B. Pembuatan Alat Ukur kapasitor Leyden Jar

Diagram Blok Sistem

J1

C7

5 VDC

+

1 2

C6

IN 5402

Gambar 21 Rangkaian catu daya

Pada rangkaian diatas, dioda D1 berperan hanya untuk merubah dari arus AC menjadi DC dan meneruskan tegangan positif ke beban R2. Ini yang disebut dengan penyearah setengah gelombang (half wave). Untuk mendapatkan penyearah gelombang penuh (full wave) diperlukan

18

transformator dengan center tap (CT). Tegangan positif fasa yang pertama diteruskan oleh D1 sedangkan fasa yang berikutnya dilewatkan melalui D2 ke beban R2 dengan CT transformator sebagai common ground. Dengan demikian beban R2 mendapat suplai tegangan gelombang penuh. Pada bagian ini masih terdapat tegangan ripple, sehingga diperlukan kapasitor C4, yang berfungsi sebagai perata tegangan. Namun pada akhirnya, untuk alasan kepraktisan dari alat yang dibuat, maka pada tugas akhir ini digunakan sumber DC, yaitu dengan menggunakan dua buah baterai 9V DC sebagai pengganti sumber tegangan. 2. Rangkaian Sensor (Leyden Jar) dan Oscillator Astable (Timer555)

Prinsipnya rangkaian oscillator astable dibuat agar memicu dirinya sendiri berulang-ulang sehingga rangkaian ini dapat menghasilkan sinyal osilasi pada keluarannya. Pada saat power supply rangkaian ini di hidupkan, kapasitor C9 (kapasitansi sensor Leyden Jar) mulai terisi melalui resistor RSEN1 dan RSEN2 sampai mencapai tegangan 2/3 VCC. VCC

RSEN1 220

2 5 C9 SENSOR

VCC

R TRIG CVolt

IC2 Timer555 Q DIS

GND

4

THR

3

PB1

7 6

1

330 RSEN2

8

VCC

Gambar 22 Rangkaian oscillator astable

Gambar 23 Komponen bagian dalam dari IC Timer555

Sekarang tinjau komponen bagian dalam dari IC 555 (Gambar 23).Pada saat tegangan ini tercapai, komparator A dari IC 555 mulai bekerja mereset flip-flop dan seterusnya membuat transistor Q1 ON. Ketika transisor ON, resitor RSEN2 seolah dihubung singkat ke ground sehingga kapasitor C9 membuang muatannya (discharging) melalui resistor RSEN2. Pada saat ini keluaran pin 3 menjadi 0 (ground). Ketika discharging, tegangan pada pin 2 terus turun sampai mencapai 1/3 VCC. Ketika tegangan ini tercapai, bisa dipahami giliran komparator B yang bekerja dan kembali memicu transistor Q1 menjadi OFF. Ini menyebabkan keluaran pin 3 kembali menjadi high (VCC).Demikian seterusnya berulang-ulang sehingga terbentuk sinyal osilasi pada keluaran pin 3. Terlihat di sini sinyal pemicu (trigger) kedua komparator tersebut bekerja secara bergantian pada tegangan antara 1/3 VCC dan 2/3 VCC. Inilah batasan untuk mengetahui lebar pulsa dan periode osilasi yang dihasilkan. Misal diasumsikan t1 adalah waktu proses pengisian kapasitor yang di isi melalui resistor RSEN1 dan RSEN2 dari 1/3 VCC sampai 2/3 VCC. Diasumsikan juga t2 adalah waktu discharging kapasitor melalui resistor RSEN2 dari tegangan 2/3 VCC menjadi 1/3 VCC. Dengan perhitungan eksponensial dengan batasan 1/3 VCC dan 2/3 VCC maka dapat diperoleh :

19

tegangan kerja VCC yang diberikan. Tegangan kerja IC 555 bisa bervariasi antara 5 V sampai 15 V DC. Tingkat keakuratan waktu (timing) yang dihasilkan tergantung dari nilai dan toleransi dari resistor dan kapasitor yang digunakan. Untuk rangkaian yang tergolong time critical, biasanya digunakan kapasitor dan resistor yang presisi dengan toleransi yang kecil.

Vt = Vcc (1 − 23 e −t / RtotalC ) 2V 3 cc 2 3

= Vcc (1 − 23 e −t1 /( RSEN 1 + RSEN 2 )C9 ) = 1 − 23 e −t1 /( RSEN 1 + RSEN 2 )C9

2 e − t1 /( RSEN 1 + RSEN 2 )C9 3

= 13

e −t1 /( RSEN 1 + RSEN 2 )C9 =

1 2

lne −t1 /( RSEN 1 + RSEN 2 )C9 = In 12

3. Rangkaian Pemroses Data (ATmega8535)

−t1 /( RSEN 1 + RSEN 2 )C9 = − In2 t1 = In2( RSEN 1 + RSEN 2 )C9 t1 = 0,693( RSEN 1 + RSEN 2 )C9

(29)

dengan cara yang sama diperoleh t 2 = 0,693RSEN 2 C9

f =

(30)

Periode osilator dapat diketahui dengan menghitung T = t1 + t2. Persentasi duty cycle dari sinyal osilasi yang dihasilkan dihitung dari rumus t1/T. Jadi jika diinginkan duty cycle osilator sebesar (mendekati) 50%, maka dapat digunakan resistor RSEN1 yang relatif jauh lebih kecil dari resistor RSEN2. Karena 1 frekuensi f = maka T f =

1 t1 + t 2

=

1 t1 + t 2

f =

1 0,693( RSEN 1 + 2 RSEN 2 ) C9

f =

1,44 ( RSEN 1 + 2 RSEN 2 ) C9

Nilai frekuensi yang dihasilkan oleh Timer555 kemudian dikonversi ke nilai kapasitansi sesuai dengan persamaan:

Dari persamaan diatas, C9 adalah nilai kapasitansi dari Leyden Jar, nilai kapasitansi ini akan berubah seiring dengan variasi konsentrasi larutan garam, yang berarti akan berpengaruh juga terhadap nilai frekuensi yang dihasilkan. Secara teoritis, semakin besar konsentrasi larutan garam, maka akan semakin besar nilai kapasitansi dari Leyden Jar, yang berarti akan menurunkan nilai frekuensi yang dihasilkan. Satu hal yang menarik dari IC 555 ini yaitu tidak tergantung dari berapa nilai

1,44 ( RSEN 1 + 2 RSEN 2 ) C9

(31)

sehingga besarnya kapasitansi C dapat dinyatakan sebagai C9 =

1,44 ( RSEN 1 + 2 RSEN 2 ) f

(32)

Dalam hal ini C9 adalah kapasitansi Leyden Jar, RSEN1 = Ra = 220 Ω dan 2RSEN2= 2Rb = 660 Ω. Persamaan diatas kemudian diubah kedalam bentuk program. Namun agar Timer555 dapat berfungsi sebagai oscillator dimana nilai frekuensi yang dihasilkannya akan diteruskan ke program selanjutnya, maka harus diberikan konfigurasi dan terlebih dahulu mendeklarasikan variabel Freq. Berikut penggalan kode programnya, '########################_freq Config Timer1 = Counter , Edge = Falling,Prescale = 1,noise cancel = 1 Stop TIMER1 Dim Freq as Word Goto Begin Begin: dim dim dim dim dim

C as Single C0 as single C1 as Single freq_Khz as Single k as single

dim s as String dim t as String dim u as String dim v as String dim garam as bit 'const 2Rb = 660 'const Ra = 220 const R = 880

* * * *

6 6 6 6

20

do Do cls lcd "

Standby"

Do keyup do key loop until nokey = 0 if kruis =1 then set garam exit do elseif star = 1 then reset garam exit do endif loop cls keyup Do Counter1 = 0 freq = 0 Start Counter1 Waitms 10 waitus 200 Stop Counter1 freq = Counter1 freq_Khz = freq / 10 If Freq_khz > 240 Then Freq_khz = 0 S = Fusing(freq_khz , "#.##") locate 1, 6 lcd S;" KHz " Key waitms 200 Loop Until Kruis = 1 freq_Khz = freq_Khz * R C = 1.44 / Freq_KHz C = C * 1000 if garam = 0 then c0 = c c1 = c k = c1 / c0 's = fusing(freq_khz, "#.##") t = fusing(k, "#.###") u = fusing(C0, "#.##") v = fusing(C1, "#.##") elseif garam = 1 then C1 = C K = C1 / C0 's = fusing(freq_khz, "#.##") t = fusing(k, "#.###") u = fusing(C0, "#.##") v = fusing(C1, "#.##") end IF cls locate 1, 1 lcd "f=";s locate 1, 10 lcd "C0=";u locate 2,1 lcd "k=";t locate 2, 10 lcd "C =";v keyup

key loop until Kruis = 1 loop

Variasi konsentrasi larutan garam pada Leyden Jar akan mengakibatkan nilai frekuensi yang dihasilkan oleh Timer555 berubah. Ketika Leyden Jar dihubungkan dengan alat ukur, Timer555 akan menghasilkan nilai frekuensi tertentu. Awalnya nilai frekuensi ini akan turun-naik sampai diperoleh keadaan stabil. Setelah nilai frekuensi relatif stabil, maka diberikan instruksi pada program agar menghentikan pembacaan frekuensi (menghentikan counter) yaitu dengan member logika 1 pada star (keypad star ditekan). Pada tahap ini mikrokontroler akan memproses perintah dan melakukan record awal data. Setelah proses record awal selesai kemudian proses berikutnya adalah pengambilan data yaitu dengan cara memberikan logika 1 pada kruis (keypad kruis ditekan). Ketika logika kruis bernilai 1, maka program akan memerintahkan agar data di tampilkan di LCD. Kemudian pada LCD akan ditampilkan data berupa nilai frekuensi f, kapasitansi awal dari Leyden Jar C0, kapasitansi setelah konsentrasi larutan dari Leyden Jar berubah Cb, dan faktor peningkatan kapasitansi k. Pada tahap ini nilai Cb sama dengan nilai C0 (karena belum dilakukan variasi konsentrasi), sehingga diperoleh nilai k=1. Pada saat konsentrasi sudah diubah besarnya, maka ketika logika kruis bernilai 1 maka pembacaan yang dihasilkan akan dibandingkan dengan record sebelumnya. Pada tahap ini nilai Cb tidak lagi sama dengan C0, sehingga diperoleh nilai k>1. Perlu dicatat bahwa pembacaan record awal ini hanya perlu dilakukan satu kali. 4. Rangkaian Penampil Data (LCD) 5K VR1

VCC

LCD1 PA1 PA2 PA3 PA4 PA5 PA6 PA7

RS RW En D4 D5 D6 D7

VO LCD 16 x 2 4 BIT An Ca LCD16X2(4BIT) VR2 500

Gambar 24 Rangkaian LCD

Agar dapat mengaktifkan LCD, proses inisialisasi harus dilakukan dengan cara mengatur bit RS dan meng-clear-kan bit E dengan delay minimal 15 ms.

21

Kemudian mengirimkan data 30H dan ditunda lagi selama 5 ms. Proses ini harus dilakukan tiga kali, lalu mengirim inisial 20H dan interface data length dengan lebar 4 bit saja (28H). Setelah itu display dimatikan (08H) dan di-clear-kan (01H). Selanjutnya dilakukan pengesetan display dan cursor, serta blinking apakah ON atau OFF. Berikut penggalan kode program konfigurasi LCD yang dibuat pada tugas akhir ini:

push button di setiap tombol. Push button disini mempunyai tiga masukan yakni untuk kolom, baris, dan common (pada perancangan disini common dihubungkan ke ground). Dengan diaturnya common dan ground, maka ketika tombol ditekan otomatis ketiga masukan terhubung, dengan kata lain kolom dan baris berlogika 0. Perubahan logika inilah yang diproses oleh mikrokontroler. Berikut adalah skematik dari keypad,

'#######################_config LCD Config Lcd = 16 * 2 $lib "lcd4busy.Lbx" Const Const Const Const Const Const


Cls Cursor Off

Ada alternatif yang dapat membantu dalam pemrograman LCD yaitu menggunakan software. Pada tugas akhir ini penulis menggunakan BASCOM AVR, yang sudah dilengkapi fungsifungsi penting yang siap digunakan, misalnya untuk LCD, kendali port, delay dan lain-lain (www.mcselec.com), sehingga dapat membantu memudahkan penulis dalam memprogram. Selain menggunakan BASCOM AVR, pada tugas akhir ini penulis juga menggunakan software Code Vision. Dalam Code Vision telah disediakan wizard (Code Wizard AVR) yang berfungsi men-generate baris kode untuk mendefiniskan LCD. Menggunakan rutin LCD yang sudah built in dari compiler tertentu dapat mempermudah pekerjaan dan menghemat waktu. Jika LCD yang digunakan hanya digunakan sesaat, misalnya hanya untuk debug data dari sensor atau bagian sistem yg tidak signifikan, maka penulis menyarankan untuk menggunakan rutin bawaan dari compiler dengan komunikasi 4 bit.

Key1 PC0 PC1 PC2 PC3 PC4 PC5 PC6

B1 B2 B3 B4 K1 K2 K3

KEYPAD3X4 1

2

3

4

5

6

7

8

9

*

0

#

Gambar 25 Keypad 4x3

Pada awalnya keypad 4x3 digunakan oleh penulis untuk memasukkan nilai frekuensi yang diinginkan dari alat ukur, namun setelah dicermati lebih lanjut, penentuan nilai awal dari frekuensi pada alat ukur tersebut sebenarnya kurang tepat, mengingat kapasitas kapasitor yang diukur berupa larutan sehingga membutuhkan waktu yang cukup untuk menunggu garam agar larut dalam air. Ini mengakibatkan adanya penyesuaian dari dari alat ukur terhadap nilai frekuensi yang terbaca sebenarnya. Karena keypad tersebut telah terpasang pada PCB, kemudian untuk memanfaatkan komponen yang ada, penulis masih menggunakan keypad tersebut sebagai tombol untuk memproses data. Penulis hanya menggunakan dua buah tombol yaitu star (*) dan kruis (#). Karena pada alat ukur yang dibuat akan dilakukan dua proses sekaligus yaitu proses record dan proses pengambilan data untuk ditampilkan ke LCD, maka diperlukan program tambahan untuk keypad. Untuk kode programnya dapat dilihat pada lampiran. C. Pengujian Sistem Secara Keseluruhan

5. Rangkaian Input Perintah (Keypad)

Keypad disini menggunakan sistem matrik dimana kolom dan baris yang sama dirangkai seri satu sama lainnya. Pada perancangannya menggunakan saklar

Rangkaian Sistem Keseluruhan

Berikut gambar dari rangkaian sistem secara keseluruhan,

22

5K VR1

IC1 VCC

RSEN1 220

PB0 PB1 PB2 PB3 PB4 PB5 PB6 PB7

1 2 3 4 5 6 7 8

PD0 PD1 PD2 PD3 PD4 PD5 PD6 PD7

14 15 16 17 18 19 20 21

PB0 (T0) PB1 (T1) PB2 (AIN0) PB3 (AIN1) PB4 (SS) PB5 (MOSI) PB6 (MISO) PB7 (SCK)

PA0 PA1 PA2 PA3 PA4 PA5 PA6 PA7

(ADC0) (ADC1) (ADC2) (ADC3) (ADC4) (ADC5) (ADC6) (ADC7)

40 39 38 37 36 35 34 33


29 28 27 26 25 24 23 22

PC7 PC6 PC5 PC4 PC3 PC2 PC1 PC0

LCD1

PA1 PA2 PA3 PA4 PA5 PA6 PA7


VCC

LCD 16 x 2 4 BIT

VCC

8 5

R TRIG CVolt

Q DIS

GND

2

IC2 Timer555

THR

PB1

3 7

DZ0

6

5.1V X2 X1

12 13

PD0 (RXD) PD1 (TDX) PD2 (INT0) PD3 (INT1) PD4 (OC1B) PD5 (OC1A) PD6 (ICP) PD7 (OC2)

(TOSC2) PC7 (TOSC1) PC6 PC5 PC4 PC3 PC2 PC1 PC0

X2 X1

AREF AGND

1

4

RST

9

RESET

AVCC

AT MEGA 8535 C1 X1 Y1 11.0592 X2

VCC 30pF C2

VR2 500 VCC

P4 1 2 3 4 5 6

PB5 PB6 PB7 RST

32 AREF 31 30

VCC

R1

AREF

100 SW0

PC0 PC1 PC2 PC3 PC4 PC5 PC6

B1 B2 B3 B4 K1 K2 K3

VR0 10K

KEYPAD3X4 1

2

3

4

5

6

7

8

9

*

0

#

C8 10uF

RST

RST C3

Key1

ISP PROG VCC

30pF

TIP2955 D1

VCC

Vin

+5V

C5 330nF

3 470uF

+

U0 LM7805CT 1

GND

2200uF D2

C4

CON3

47

2

R3

1 2 3

1000uF/25V

TR1

IN 5402 J?

J1

C7

5 VDC

+

1 2

C6

IN 5402

Gambar 26 Rangkaian sistem keseluruhan

Penjelasan Sistem

Ketika konsentrasi larutan garam semakin tinggi maka akan menyebabkan frekuensi yang dihasilkan oleh rangkaian Timer555 menjadi menurun, frekuensi yang dihasilkan ini kemudian oleh ATmega8535, dengan menggunakan bahasa BASIC-AVR, diproses menjadi nilai kapasitansi sesuai dengan persamaan. C9 =

VCC

Cara Menggunakan Alat Ukur Kapasitansi Kapasitor Leyden Jar

An Ca LCD16X2(4BIT)

330 RSEN2

C9 SENSOR

VO

1,44 (R SEN1 + 2R SEN2 )f

(33)

Dari persamaan diatas, C9 adalah nilai kapasitansi dari Leyden Jar, nilai kapasitansi ini akan berubah seiring dengan berubahnya frekuensi. Setelah melalui tahap pemrosesan oleh ATmega8535, nilai kapasitansi ini kemudian diteruskan ke LCD. Secara teoritis, semakin besar konsentrasi larutan garam, frekuensi yang dihasilkan oleh Timer555 akan semakin kecil, sehingga nilai kapasitansi dari Leyden Jar akan semakin besar, dan nilai faktor peningkatan kapasitansi yang terukur akan semakin besar. Proses kalibrasi sistem ini adalah dengan memanfaatkan kelebihan dari sistem yang menggunakan mikroprogram (software sebagai pemrogramannya). Sehingga dalam kalibrasinya penulis membandingkan data yang terbaca oleh alat ukur dengan data yang dihitung dengan Kapasitansi-meter (lihat Lampiran 5).

Berikut adalah langkah-langkah dalam menggunakan alat ukur yang telah dibuat: 1. Isi Leyden Jar dengan 200mL pelarut (aquades atau air biasa) 2. Hidupkan alat ukur yaitu dengan menekan tombol ON/OFF. Pada layar LCD akan terdapat tulisan “standby”, yang menunjukkan bahwa alat ukur telah siap untuk digunakan. 3. Hubungkan penjepit buaya dari alat ukur pada polaritas Leyden Jar (boleh terbalik). 4. Kemudian tekan tombol star (*) , setelah itu pada layar LCD akan tampak nilai dari frekuensi yang terbaca. Tunggu beberapa saat hingga pembacaan frekuensi menjadi stabil (kurang lebih 30 detik) 5. Setelah itu tekan tombol kruis (#), sehingga pada layar LCD akan ditampilkan nilai f, C0, Cb, dan k. 6. Setelah terbaca nilai-nilai tersebut kemudian catat hasilnya pada buku kerja. 7. Setelah itu tekan tombol kruis (#), sehingga pada layar LCD akan terdapat tulisan “standby”, yang menunjukkan bahwa alat ukur telah siap digunakan untuk pengukuran selanjutnya. 8. Setelah itu lepaskan penjepit buaya dari Leyden Jar. selanjutnya melakukan 9. Langkah variasi konsentrasi. Caranya dengan membuka penutup Leyden Jar untuk kemudian tambahkan zat terlarut (garam NaCl) sesuai dengan nilai konsentrasi yang diinginkan (lihat cara pembuatan larutan NaCl!) 10. Kemudian dicatat hasilnya pada buku kerja. 11. Setelah itu dibuat grafik hubungan antara konsentrasi terhadap kapasitansi.

23

Kelebihan Alat Ukur

Alat ukur yang telah dibuat memiliki kelebihan sebagai berikut, Alat ukur yang dibuat bersifat portable, yaitu mudah digunakan, tidak menggunakan banyak tempat, dan dapat dibawa kemana-mana sehingga memungkinkan untuk melakukan proses pengukuran dimana saja (tentunya dengan kondisi tertentu). Alat yang dibuat diharapkan dapat digunakan sebagai alat bantu pengukuran dalam menentukan hubungan antara kapasitansi dengan konsentrasi bahan dielektrik berwujud cair. Biaya pembuatan alat ukur relatif terjangkau untuk kalangan akademisi, seperti mahasiswa.

tahap pemrosesan oleh ATmega8535, nilai kapasitansi ini kemudian diteruskan ke LCD. Secara teoritis, semakin besar konsentrasi larutan garam, frekuensi yang dihasilkan oleh Timer555 akan semakin kecil, sehingga nilai kapasitansi dari Leyden Jar akan semakin besar, dan nilai faktor peningkatan kapasitansi yang terukur akan semakin besar. Dari hasil pengujian sistem kapasitansi kapasitor Leyden Jar dengan menambahkan bahan dielektrik larutan NaCl 0.1 molal sampai dengan 1.0 molal didapatkan grafik hubungan antara konsentrasi NaCl dengan kapasitansi kapasitor Leyden Jar. Berikut grafik yang menunjukkan hubungan antara konsentrasi larutan NaCl dengan kapasitansi kapasitor Leyden Jar setelah ditambahkan garam NaCl dengan pelarut aquades.

Perawatan Alat Ukur

D. Analisa Pengukuran Hubungan Antara Konsentrasi Larutan Garam NaCl Terhadap Kapasitansi Kapasitor Leyden Jar

Pengujian sistem pengukur kapasitansi kapasitor Leyden Jar ini dilakukan dengan dengan memvariasikan konsentrasi larutan, yaitu dengan menambahkan garam NaCl kedalam kapasitor uji (Leyden Jar), dengan memberi variasi konsentrasi NaCl 0.0 molal sampai dengan 1.0 molal. Secara sederhana prosesnya dapat dijelaskan sebagai berikut. Ketika konsentrasi larutan garam semakin tinggi maka akan menyebabkan frekuensi yang dihasilkan oleh rangkaian Timer555 menjadi menurun, frekuensi yang dihasilkan ini kemudian oleh ATmega8535, dengan menggunakan bahasa BASIC-AVR, diproses menjadi nilai kapasitansi.Nilai kapasitansi ini akan berubah seiring dengan berubahnya frekuensi, yang berarti akan berpengaruh juga terhadap nilai faktor peningkatan kapasitansi yang terukur. Setelah melalui


Dari segi perawatan, jangan lupa untuk selalu membersihkan pipa alumunium (probe) dan botol pada Leyden Jar dengan menggunakan aquades (jika ada) atau air biasa setiap selesai menggunakan.

Grafik Kapasitansi Le yde n Jar te rhadap Konsentrasi NaCl (pe nde katan fungsi polinom)

2.00 1.80 1.60 1.40 1.20 1.00 0.80 0.60 0.40 0.20 0.00

C = -113.53M6 + 379.76M5 - 494.17M4 + 315.28M3 - 102.58M2 + 16.535M + 0.4937 R2 = 0.994

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2



Diperoleh grafik hubungan antara konsentrasi NaCl (sumbu X) dengan kapasitansi kapasitor Leyden Jar (sumbu Y) seperti pada Gambar dengan persamaan C = -113.53M6 + 379.76M5 494.17M4 + 315.28M3 - 102.58M2 + 16.535M + 0.4937 dengan nilai ragam (R2) sebesar 0.994. Persamaan grafik yang diperoleh berupa persamaan polinom yang terlihat cukup kompleks sehingga penulis mencoba untuk menyederhanakan persamaan tersebut dengan melakukan pendekatan secara logaritmik. Pendekatan logaritmik memiliki syarat absis (sumbu X) yang tidak nol, artinya untuk melakukan pendekatan ini nilai konsentrasi acuan dari larutan tidak boleh 0.0 molal. Jadi grafik yang diperoleh lebih tepatnya mempresentasikan hubungan antara kenaikan konsentrasi larutan garam NaCl dengan kapasitansi kapasitor Leyden Jar setelah ditambahkan garam NaCl . Berikut grafiknya,

24

(R2) pada kedua jenis pengukuran. Berikut tabel yang menunjukkan presesi dari pengukuran yang telah dilakukan,

Grafik Kapasitansi Leyde n Jar terhadap Konse ntrasi NaC l (pende katan fungsi logaritmik) Kapasitansi Leyden Jar (nF)

2.00 1.50 C = 0.180In(M) + 1.823 R2 = 0.965

1.00

Tabel 3

0.50

Presisi ragam pengukuran kapasitansi kapasitor Leyden Jar

0.00 0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

Konse ntrasi NaCl (mol al)


Dari grafik tersebut diperoleh persamaan grafik C = 0.180In(M) + 1.823 dengan nilai ragam (R2) sebesar 0.965. Sementara untuk pelarut air biasa diperoleh grafik sebagai berikut, Grafik Kapasitansi Leyde n Jar te rhadap Konsentrasi NaCl (pendekatan fungsi polinom)


2.00 1.50 C = -15.414M6 + 52.225M5 - 69.1M4 + 45.331M3 - 15.876M2 + 3.3141M + 1.4141 R2 = 0.998

1.00 0.50 0.00 0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2



Persamaan grafik yang diperolehpun mirip dengan pada pelarut aquades yaitu persamaan polinom dengan persamaan C =-15.414M6 + 52.225M5 - 69.1M4 + 45.331M3 - 15.876M2 + 3.3141M + 1.4141 dengan nilai ragam (R2) sebesar 0.998. Dengan melakukan pendekatan logaritmik diperoleh grafik sebagai berikut,


Grafik Kapasitansi Leyde n Jar te rhadap Konsentrasi NaCl (pe ndekatan fungsi logaritmik)

2.00 1.80 1.60 1.40 1.20 1.00 0.80 0.60 0.40 0.20 0.00

C = 0.122In(M) + 1.912 R2 = 0.982

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2



Dari grafik tersebut diperoleh persamaan grafik C = 0.122In(M) + 1.912 dengan nilai ragam (R2) sebesar 0.982. Data hasil yang telah diperoleh menggunakan alat ukur yang telah dibuat ini kemudian dibandingkan dengan data hasil yang diperoleh menggunakan Kapasitansi-meter. Salah satu parameter yang digunakan untuk menguji presisi dari alat ukur ini yaitu menguji ragam

Nilai ragam (R2) menunjukkan hubungan keterikatan/kebergantungan nilai variabel tetap terhadap nilai variabel bebas. Semakin besar nilai ragam maka semakin erat hubungan antara variabel bebas dan variabel tetap yang digunakan pada pengukuran. Pada umumnya, ketika konsentrasi larutan garam semakin tinggi maka nilai dari kapasitansi kapasitor Leyden Jar akan semakin besar, namun pada suatu waktu tertentu, kenaikan nilai konsentrasi ini tidak lagi mengakibatkan perubahan kenaikan harga kapasitansi hal ini disebabkan larutan sudah mengalami titik jenuh. Kondisi titik jenuh ini disebabkan oleh massa zat terlarut (garam NaCl) yang semakin meningkat sementara massa pelarut (aquades dan air biasa ) dibuat tetap. Faktor yang mempengaruhi pengukuran nilai kapasitansi kapasitor Leyden Jar ini antara lain bahan silinder dari Leyden Jar yang digunakan sebagai sensor (yang secara langsung berpengaruh terhadap nilai frekuensi yang dihasilkan oleh IC Timer555), suhu dan tekanan lingkungan, kadar konsentrasi garam yang digunakan, dan spesifikasi dari komponen-komponen elektronika yang terintegrasi (dalam bentuk IC). Analisa Matematik Hubungan antara Kapasitansi Kapasitor Leyden Jar terhadap Konsentrasi NaCl dengan Menggunakan Alat Ukur yang Sudah Dibuat Dengan menggunakan pendekatan persamaan logaritmik, diperoleh persamaan grafik kapasitansi Leyden Jar terhadap konsentrasi NaCl sebagai berikut,

25

a. pelarut aquades C = 0.180ln(M)+1.823

(33)

sehingga

E. Hasil Pengujian Matematis

Alat Ukur secara

Perhatikan kembali diagram blok sistem yang telah dibuat,

C 1 = 0.180ln (M 1 ) + 1.823

MÆfÆC

C 2 = 0.180ln (M 2 ) + 1.823

Sensor (Leyden Jar)

maka ΔC = C 2 - C1 = (0.180ln(M 2 ) + 1.823) -


(0.180ln(M1 ) + 1.823) = 0.180ln (M 2 ) - 0.180ln (M 2 )

⎛M ΔC = 0.180ln⎜⎜ 2 ⎝ M1

⎞ ⎟⎟ ⎠

(34)

Misalkan konsentrasi awal M1= 0.1 molal dan setelah bertambah M2= 0.2 molal (kenaikan 0.1 molal) maka besar kenaikan kapasitansi-nya sebesar 0.125 dengan perhitungan sebagai berikut, ⎛ 0.2 ⎞ ΔC = 0.180ln ⎜ ⎟ = 0.180ln (2 ) = 0.125 ⎝ 0.1 ⎠

b. pelarut air biasa C = 0.122ln (M) + 1.912

(35)

sehingga

C(f)

Penampil Data (LCD)

f, C0, Cb, k

Gambar 31 Diagram blok sistem yang telah dibuat

Dari diagram blok diatas dapat diperoleh persamaan umum kapasitansi yang dapat dinyatakan sebagai fungsi dari M dan f sebagai berikut, C = C (M , f )

(37)

Jika C hanya ingin dinyatakan dalam satu variabel bebas M, maka persamaannya dapat dinyatakan dalam bentuk fungsi komposisi sebagai berikut,

C = C ( M ) = C ( f ( M ))

C = 0.122ln (M 2 ) + 1.912

maka ΔC = C 2 - C1 = ( 0.122ln (M 2 ) + 1.912 ) -

( 0.122ln (M1 ) + 1.912 ) = 0.122ln(M 2 ) - 0.122ln(M 1 )

⎞ ⎟⎟ ⎠


C = C ( M ) = (C o f )( M )

C = 0.122ln (M 1 ) + 1.912

⎛M ΔC = 0.122ln⎜⎜ 2 ⎝ M1

f(M)

(36)

Misalkan konsentrasi awal M1= 0.1 molal dan setelah bertambah M2= 0.2 molal (kenaikan 0.1 molal) maka besar kenaikan kapasitansi-nya sebesar 0.085 dengan perhitungan sebagai berikut, ⎛ 0.2 ⎞ Δk = 0.122ln⎜ ⎟ = 0.122ln (2 ) = 0.085 ⎝ 0.1 ⎠

(38)

Persamaan diatas dapat digunakan sebagai analisa persamaan grafik C(M) dari hasil yang telah diperoleh. Mulamula hasil pengukuran menghasilkan persamaan grafik fungsi f(M).Persamaan grafik fungsi ini kemudian dimasukkan ke persamaan grafik fungsi berikutnya yaitu persamaan grafik fungsi C(f). Dengan menggunakan aljabar (penulis menggunakan software) kemudian dapat diperoleh persamaan grafik fungsi C(M). Hasil perhitungan secara matematis ini kemudian dibandingkan dengan grafik persamaan fungsi C(M) yang diperoleh secara langsung dari pengukuran. Misalkan untuk larutan dengan pelarut aquades, dari hasil pengukuran diperoleh persamaan grafik fungsi (pendekatan logaritmik) f (M) = -3.512ln(M) + 27.809, dan C (f) = -0.993ln(f) + 5.079.

26

Kemudian dengan menerapkan aturan fungsi komposisi (penulis menggunakan software) diperoleh persamaan grafik fungsi C(M) = 0.111ln(M) + 1.773. Sementara dari hasil pengukuran kapasitansi yang diperoleh secara langsung dengan mengekstrapolasi nilai terhadap konsentrasi NaCl diperoleh persamaan grafik fungsi (menggunakan pendekatan logaritmik) C = 0.180ln(M)+ 1.823. Terlihat ada kesesuaian antara kedua persamaan tersebut, kalaupun ada perbedaan dapat disebabkan karena metode cara penentuan persamaan grafik fungsi tersebut yang berbeda. Analisa yang telah dilakukan mengantarkan penulis untuk dapat menyatakan persamaan umum kapasitansi kapasitor Leyden Jar sebagai fungsi dari konsentrasi NaCl. Jika dipilih pendekatan logaritmik, secara umum persamaan fungsi C sebagai fungsi dari konsentrasi M dapat dinyatakan sebagai berikut, C = b.ln(M) + C 0

(39)

dimana C adalah kapasitansi yang akan diukur, M adalah konsentrasi dari larutan, C0 adalah kapasitansi mula-mula, dan b menyatakan konstanta dari fungsi logaritmik yang diperoleh dari hasil pengukuran. Nilai b dan C0 ini tergantung dari jenis pelarut dan zat terlarut dari larutan yang akan ditentukan kapasitansinya. Sementara hubungan kenaikan kapasitansi ΔC terhadap nilai konsentrasi larutan garam dapat dinyatakan dengan persamaan umum sebagai berikut,

⎛M ⎞ ΔC = b.ln⎜⎜ 2 ⎟⎟ ⎝ M1 ⎠ dengan ΔC = C − C 0 , dimana M1 konsentrasi awal (tidak boleh 0.0 karena menyebabkan persamaan tidak terdefinisi), dan M2 konsentrasi setelah berubah.

(40) adalah molal, diatas adalah

Sebaliknya jika kita ingin menentukan konsentrasi larutan yang diukur M2, sementara besar M1, b dan ΔC diketahui, maka persamaan (40) dapat dinyatakan sebagai, M2 = e

ΔC b .M

1

Jika persamaan (40) dinyatakan dalam bentuk derivatif maka, dC = b.

1 dM M

Jika kita integralkan kedua persamaan (42) maka diperoleh,

(42) ruas

1

∫ dC = b.∫ M dM 1 dC = b

∫

1

∫ M dM

(43)

Jika diambil batas integral dari C0 sampai C untuk ruas kiri dan dari M1 sampai M2 untuk ruas kanan maka akan diperoleh kembali persamaan (40). Bentuk umum dari persamaan empirik yang diperoleh ini kemudian penulis jadikan sebagai hipotesa (‘teori’) penulis terhadap hasil pengujian alat ukur secara keseluruhan. Sehingga memungkinkan nantinya dapat digunakan oleh khalayak umum dalam menentukan hubungan antara kapasitansi dengan konsentrasi bahan dielektrik berwujud cair.

SIMPULAN Data pengujian sistem secara keseluruhan menunjukkan adanya hubungan antara konsentrasi larutan garam NaCl dengan nilai kapasitansi kapasitor Leyden Jar. Analisa dari grafik yang diperoleh menggunakan dua pendekatan, yaitu pendekatan secara polinom dan logaritmik. Keduanya memperlihatkan adanya kesesuaian pada range pengukuran tertentu, sehingga diperoleh bentuk umum persamaan matematik kapasitansi kapasitor Leyden Jar dengan bahan dielektrik larutan garam NaCl terhadap konsentrasi-nya yang dapat dinyatakan sebagai fungsi komposisi. Secara umum, ketika konsentrasi larutan garam semakin tinggi maka nilai dari kapasitansi kapasitor Leyden Jar akan semakin besar, namun pada suatu waktu tertentu, kenaikan nilai konsentrasi ini tidak lagi mengakibatkan perubahan kenaikan harga kapasitansi kapasitor Leyden Jar hal ini disebabkan larutan sudah mengalami titik jenuh.

(41)

27

Faktor yang mempengaruhi pengukuran nilai kapasitansi kapasitor Leyden Jar ini antara lain bahan silinder dari Leyden Jar yang digunakan sebagai sensor (yang secara langsung berpengaruh terhadap nilai frekuensi yang dihasilkan oleh IC Timer555), suhu dan tekanan lingkungan, kadar konsentrasi garam yang digunakan, dan spesifikasi dari komponen-komponen elektronika yang terintegrasi (dalam bentuk IC). Secara umum sistem ini mampu untuk melakukan pengukuran kapasitansi kapasitor Leyden Jar dengan bahan dielektrik larutan garam NaCl secara baik dengan batas pengukuran dari 0.00 nF sampai 9.99 nF.

SARAN Berikut saran dari penulis mengenai sistem yang telah dibuat, Menganalisa lebih lanjut mengenai nilai kapasitansi untuk berbagai jenis larutan, sehingga range dari alat ukur yang dibuat bisa lebih fleksibel. Sehingga memungkinkan untuk memilih range pengukuran sesuai dengan yang diinginkan. Dalam memprogram chip ATmega8535 dicoba menggunakan bahasa pemrograman lain seperti bahasa C. Dicoba untuk menguji hubungan antara kapasitansi dengan konsentrasi bahan dielektrik berwujud cair lainnya seperti larutan gula. Memilih tabung silinder dari bahan alumunium, misalnya tabung yang biasa ditemukan pada kemasan minuman kaleng. Hal ini dapat meningkatkan akurasi pengukuran hubungan antara nilai kapasitansi dari Leyden Jar terhadap konsentrasi bahan yang digunakan. Sehingga memungkinkan dapat mengetahui nilai konstanta dielektrik dari bahan yang digunakan.

DAFTAR PUSTAKA

Budioko,Totok.2005. Belajar dengan Mudah dan Cepat Pemrograman Bahasa C dengan SDCC pada Mikrokontroler AT89C0X51/ AT89C51/52. Jogjakarta: Gava Media. Giancoli, Douglas. 2000. Physics for Scientists and Engineers with Modern Phisics, Third Edition. New Jersey: Prentice Hall. Nelson, S.O .1982. Factors Affecting The Dielectric Properties of Grain. Transactions of The ASAE 25 (4) : 10451049. Sutrisno. 1986. Elektronika Teori dasar dan penerapannya jilid 2. Bandung: Institut Teknologi Bandung. Tipler, Paul A. 1991. Fisika untuk Sains dan Teknik. Jakarta: Erlangga. Tirtamihardja, SH. 1996. Elektronika Digital Edisi pertama. Yogyakarta: Andi Offset. ---.BASCOM AVR Tutorial. http://www.bahramelectronic.tk. (20 januari 2009) ---.Belajar AVR Studio. http://www. AVRku.blogspot.com. (16 februari 2009 ) ---.Cara Kerja IC Timer. http://uneg-unegku. blogspot.com/2006/06/ic-timer-555.html. (3 maret 2009) ---.Cara Membuat Kapasitor. http://www. instructables.com/id/DIY-Capacitor/DIYCapacitor.pdf (4 januari 2009) ---.Experiments which Dissect The Leyden Jar and Show The Importance of The Dielectric.http://www.tufts.edu/as/wright _center/personal_pages/bob_m/04_Frankl in_Lab_Part_IV.pdf (24 januari 2009) ---.IC Timer 555. http://en.wikipedia.org/ wiki555_timer_IC (12 februari 2009) ---.Leyden Jar. http://en.wikipedia.org/wiki/ Leyden_jar (24 januari 2009) ---.Leyden Jar Capacitor.http://www. alaska.net/~natnkell/leyden.htm (24 januari 2009) ---.Pemrograman LCD dengan Mikrokontroller AVR ATmega8535. www.iddhien.com (27 februari 2009) ---.Pemrograman Mikrokontroler ATmega8535.http://www.scribd.com/doc/ 11571142/Pemrograman-MikrokontrolerATmega8535 (12 februari 2009) ---.Perbandingan ATMega8535 dan MCS51. http://alhakim.wordpress.com (30 maret 2009)

Arjadi , R. Harry. 2003. Perancangan Sistem Pengukuran Larutan Garam Dengan Prinsip Kapasitansi. Penerbit : KIM LIPI.

28

LAMPIRAN

Lampiran 1 Diagram Alir Tugas Akhir

Persiapan ( studi literatur, tinjauan lapangan dan pembuatan proposal )

Siap ?

tidak

ya Pembuatan Alat Ukur Kapasitansi Kapasitor Leyden Jar dengan Bahan Dielektrik Larutan Garam Berbasis Mikrokontroler dan Tampilan LCD

tidak Berhasil ? ya Pengambilan Data dan Analisis Data

Penyusunan Laporan

Gambar 32 Diagram alir tugas akhir

30

Lampiran 2 Hardware dan Software Tabel 4 Komponen rangkaian

No

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29

Nama Komponen

Resistor Resistor Resistor Resistor Resistor Variabel Resistor Variabel Resistor Variabel Kapasitor Kapasitor Kapasitor Kapasitor Kapasitor Kapasitor Kapasitor Kapasitor Kapasitor Transistor CPU Integrated Circuit Integrated Circuit LCD Oscillator (Kristal) Keypad Reset Dioda Dioda Konektor Konektor Konektor

Simbol pada Rangkaian RSEN1 RSEN2 R1 R2 VR0 VR1 VR2 C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 C9 TR1 IC1 IC2 IC3 LCD1 Y1 KEY1 RST D1 D2 CON1 CON2 CON3

Nilai/Tipe

220 Ω 330 Ω 100 Ω 47 Ω 10 kΩ 5 kΩ 500 Ω 33 pF 33 pF 100 nF 2200 μF 330 nF 470 nF 1000 μF 10 μF Leyden Jar TIP2955 ATmega8535 Timer555 LM7805CV LCD 2x16 11.0592 Keypad 4x3 Push Button IN5402 IN5402 6 pin 2 pin 3 pin

Keterangan

Ke ISP Downloader Ke sensor Ke Vcc

Tabel 5 Komponen tambahan

No 1 2 3 4 5

Nama Komponen Capit buaya Kabel PCB Batu Baterai 9VDC ISP Downloader

Jumlah 1 pasang Secukupnya 1 set (pesan dari pabrik) 2 buah 1 set

Keterangan Penjepit Sebagai konektor Sebagai chasis komponen Sebagai sumber tegangan Sebagai ISP Downloader

31

Tabel 6 Software pendukung

No 1

Nama Software WindowsXP SP2

Fungsi Operating System

2

BASCOM AVR

Compiler BASIC & Downloader

3

CodeVision versi Trial

Compiler BASIC & Wizard Code

4

Win-AVR Studio

Simulasi

5

Driver LPT

Driver port paralel

6

Protel

Membuat skema rangkaian

7

MS Excel & SPSS

Pengolah Data

Keterangan Sebagai sistem operasi Software yang digunakan sebagai compiler dan downloader Software yang digunakan sebagai pembanding Software yang digunakan untuk simulasi program Interfacing port parallel pada ISP downloader Software yang digunakan untuk menggambar rangkaian elektronika sebelum dicetak ke PCB Software yang digunakan untuk mengolah data dan grafik dari hasil pengukuran

32

Lampiran 3 Diagram Alir Program

Mulai Inisialisasi LCD: tampilan awal LCD = “standby”

Berhasil?

tidak

ya Aktifkan oscillator astable: Tekan star (*) (logika 1)

Ubah nilai f ke C0 dan Cb

Berhasil?

tidak

ya Record Data : Tekan kruis (#) (logika 1) Tampilkan ke LCD : Nilai f , C0, Cb, dan k Variasi konsentrasi larutan pada Leyden Jar Ubah nilai f ke C0 dan Cb

Berhasil?

tidak

ya Bandingkan

Berhasil?

tidak

ya Record Data : Tekan kruis (#) (logika 1) Tampilkan ke LCD : Nilai f , C0, Cb, dan k

Gambar 33 Diagram alir program

33

Lampiran 4 Skrip Kode Program Berikut adalah skrip kode program lengkap yang digunakan pada tugas akhir ini, '###################################################### 'nama program : ta_inst09 'judul skripsi : Pembuatan Alat Ukur Kapasitansi Kapasitor Leyden Jar dengan Bahan Dielektrik Larutan Garam Berbasis Mikrokontroler dan Tampilan LCD. 'penulis : Muhamad Azis 'nrp : G74103006 'chip : ATmega8535 'frekuensi : 1MHz internal 'deskripsi : memproses frekuensi dari oscillator astable IC Timer555 ' menjadi nilai kapasitansi untuk menentukan konstanta ' dielektrik 'selesai : Februari 2009 'contact person : [email protected] '###################################################### $regfile = "m8535.dat" '##########################_config LCD Config Lcd = 16 * 2 $lib "lcd4busy.Lbx" Const Const Const Const Const Const


Cls Cursor Off '#########################_Keypad Config Config Config Config

Portc.1 Portc.6 Portc.5 Portc.3

= = = =

Input Input Input Input

Config Portc.2 = Output Config Portc.0 = Output Config Portc.4 = Output Baris1 Baris2 Baris3 Baris4

Alias Alias Alias Alias

Pinc.1 Pinc.6 Pinc.5 Pinc.3

Kolom1 Alias Portc.2 Kolom2 Alias Portc.0 Kolom3 Alias Portc.4 Dim Flagkey1 As Byte One Alias Flagkey1.0 Two Alias Flagkey1.1 Three Alias Flagkey1.2 Four Alias Flagkey1.3 Five Alias Flagkey1.4 Six Alias Flagkey1.5 Seven Alias Flagkey1.6 Eight Alias Flagkey1.7 Dim Flagkey2 As Byte Nine Alias Flagkey2.0 Star Alias Flagkey2.1 Zero Alias Flagkey2.2 Kruis Alias Flagkey2.3 Nokey Alias Flagkey2.4

34

Dim Datakey As Byte Dim Fkeyup As Bit Declare Sub Key Declare Sub Keyup '#######################################_freq Config Timer1 = Counter , Edge = Falling,Prescale = 1,noise cancel = 1 Stop TIMER1 Dim Freq as Word Goto Begin '#######################################_sub keypad Sub Keyup Fkeyup = 0 portc = 255 Reset Kolom1 Reset Kolom2 Reset Kolom3 While Fkeyup = 0 Waitms 1 If Baris1 = 1 And Baris2 = 1 And Baris3 = 1 And Baris4 = 1 Then Fkeyup = 1 Wend While Fkeyup = 0 Waitms 1 If Baris1 = 1 And Baris2 = 1 And Baris3 = 1 And Baris4 = 1 Then Fkeyup = 1 Wend Portc = 255 Do Loop Until Portc = 255 Flagkey1 = 0 Flagkey2 = 0 End Sub Sub Key Nokey = 0 Kolom1 = 0 Kolom2 = 1 Kolom3 = 1 If Baris1 = 0 Then Set One Datakey = 1 Exit Sub Elseif Baris2 = 0 Then Set Four Datakey = 4 Exit Sub Elseif Baris3 = 0 Then Set Seven Datakey = 7 Exit Sub Elseif Baris4 = 0 Then Set Star Exit Sub End If Kolom1 = 1 Kolom2 = 0 Kolom3 = 1 If Baris1 = 0 Then Set Two Datakey = 2 Exit Sub Elseif Baris2 = 0 Then Set Five Datakey = 5 Exit Sub Elseif Baris3 = 0 Then Set Eight Datakey = 8 Exit Sub

35

Elseif Baris4 = 0 Then Set Zero Datakey = 0 Exit Sub End If Kolom1 = 1 Kolom2 = 1 Kolom3 = 0 If Baris1 = 0 Then Set Three Datakey = 3 Exit Sub Elseif Baris2 = 0 Then Set Six Datakey = 6 Exit Sub Elseif Baris3 = 0 Then Set Nine Datakey = 9 Exit Sub Elseif Baris4 = 0 Then Set Kruis Exit Sub End If Nokey = 1 End Sub Begin: dim C as Single dim C0 as single dim C1 as Single dim freq_Khz as Single dim k as single dim s as String * 6 dim t as String * 6 dim u as String * 6 dim v as String * 6 dim garam as bit 'const 2Rb = 600 'const Ra = 220 const R = 880 Do cls lcd "Standby" Do keyup do key loop until nokey = 0 if kruis =1 then set garam exit do elseif star = 1 then reset garam exit do endif loop cls keyup Do Counter1 = 0 freq = 0 Start Counter1 Waitms 10 waitus 200 Stop Counter1 freq = Counter1 freq_Khz = freq / 10

36

If Freq_khz > 240 Then Freq_khz = 0 S = Fusing(freq_khz , "#.##") locate 1, 6 lcd S;" KHz " Key waitms 200 Loop Until Kruis = 1 freq_Khz = freq_Khz * R C = 1.44 / Freq_KHz C = C * 1000 if garam = 0 then c0 = c c1 = c k = c1 / c0 's = fusing(freq_khz, "#.##") t = fusing(k, "#.###") u = fusing(C0, "#.##") v = fusing(C1, "#.##") elseif garam = 1 then C1 = C K = C1 / C0 's = fusing(freq_khz, "#.##") t = fusing(k, "#.###") u = fusing(C0, "#.##") v = fusing(C1, "#.##") end IF cls locate 1, 1 lcd "f=";s locate 1, 10 lcd "C0=";u locate 2,1 lcd "k=";t locate 2, 10 lcd "C =";v keyup do key loop until Kruis = 1 loop

37

Lampiran 5 Data Pengukuran Tabel 7 Pembuatan larutan NaCl dengan variasi konsentrasi

Massa NaCl (gram) Pelarut Pelarut Aquades air biasa 0.000 0.000

No

M(molal)

0

0.0

1

0.1

1.064

1.078

2

0.2

2.128

2.156

3

0.3

3.192

3.234

4

0.4

4.256

4.312

5

0.5

5.320

5.390

6

0.6

6.384

6.468

7

0.7

7.448

7.546

8

0.8

8.512

8.624

9

0.9

9.576

9.702

10

1.0

10.640

10.780

Keterangan : Massa NaCl pada data diatas diperoleh dengan menggunakan persamaan (25) dan persamaan (26) Tabel 8 Data hasil pengukuran kapasitansi awal

Menggunakan alat ukur yang sudah dibuat No

Pelarut aquades

Pelarut air biasa

Menggunakan Kapasitansi-meter Pelarut aquades

Pelarut air biasa

f (kHz)

C0(nF)

f (kHz)

C0(nF)

C0(nF)

C0 (nF)

1

108.50

0.47

35.90

1.42

0.521

1.529

2

109.00

0.47

35.90

1.42

0.586

1.587

3

104.00

0.49

36.20

1.42

0.531

1.502

4

103.90

0.49

36.20

1.41

0.591

1.511

5

104.30

0.49

36.20

1.41

0.526

1.532

6

102.60

0.50

36.10

1.41

0.589

1.562

7

103.00

0.49

36.10

1.41

0.588

1.531

8

102.30

0.50

35.70

1.43

0.521

1.503

9

101.20

0.50

36.30

1.41

0.532

1.535

10 Rata -rata

101.80

0.50

36.30

1.41

0.563

1.538

104.06

0.49

36.09

1.41

0.555

1.533

Keterangan : Data diatas diambil dari percobaan menggunakan pelarut aquades dengan volume 200mL (setara dengan 181,95 gram) dan air biasa dengan volume 200mL (setara dengan 184,33 gram)

38

Tabel 9 Data Hasil Pengujian Sistem Keseluruhan A. Pelarut : aquades

No

M (molal)

Menggunakan Alat Uukur yang Sudah Dibuat

Menggunakan Kapasitansi-meter

f (kHz)

Cb (nF)

k

Cb (nF)

k

0

0.0

104.90

0.49

1.000

0.483

1.000

1

0.1

35.80

1.43

2.855

1.455

3.012

2

0.2

34.40

1.48

2.971

1.508

3.122

3

0.3

31.83

1.61

3.217

1.635

3.384

4

0.4

30.57

1.67

3.345

1.698

3.516

5

0.5

29.80

1.71

3.430

1.741

3.605

6

0.6

29.00

1.76

3.524

1.791

3.709

7

0.7

28.87

1.77

3.541

1.798

3.723

8

0.8

28.75

1.78

3.655

1.811

3.750

9

0.9

28.47

1.79

3.590

1.821

3.771

10

1.0

28.43

1.79

3.594

1.821

3.771

B. Pelarut : air biasa

No

M (molal)

Menggunakan Alat Uukur yang Sudah Dibuat

Menggunakan Kapasitansi-meter

f (kHz)

Cb (nF)

k

Cb (nF)

k

0

0.0

36.04

1.41

1.000

1.533

1.000

1

0.1

31.30

1.63

1.147

1.844

1.203

2

0.2

29.97

1.70

1.198

1.902

1.241

3

0.3

28.80

1.77

1.247

1.983

1.294

4

0.4

28.40

1.80

1.264

2.005

1.308

5

0.5

27.63

1.85

1.299

2.057

1.342

6

0.6

27.53

1.86

1.304

2.078

1.356

7

0.7

27.30

1.88

1.315

2.094

1.366

8

0.8

27.17

1.88

1.322

2.097

1.368

9

0.9

26.97

1.89

1.332

2.101

1.371

10

1.0

26.97

1.89

1.332

2.105

1.373

Keterangan : o Data diatas diambil dari percobaan yang dilakukan sebanyak 3 kali pengulangan untuk kemudian diambil nilai rata-ratanya o Nilai f yang diperoleh menggunakan alat yang sudah dibuat dihasilkan oleh rangkaian oscillator astable untuk kemudian hasilnya diproses oleh sistem sehingga diperoleh nilai Cb o Nilai C0 dari data diatas adalah nilai Cb ketika konsentrasi larutan 0.0 molal (lihat angka yang dicetak tebal!) o Nilai k (faktor peningkatan kapasitansi) diperoleh dengan membandingkan nilai Cb dengan Nilai C0 Dari data diatas diperoleh grafik sebagai berikut :

39

A. Grafik Hasil Pengukuran Menggunakan Kapasitansi-meter 1. Grafik Kapasitansi Leyden Jar terhadap Konsentrasi NaCl a. Pelarut Aquades


Grafik Kapasitansi Le yde n Jar te rhadap Konse ntrasi NaCl (pe nde katan fungsi polinom)

2.000 1.500 1.000 C = -117.42M6 + 392.93M5 - 511.62M4 + 326.67M3 - 106.35M2 + 17.121M + 0.4902 R2 = 0.994

0.500 0.000

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2



Grafik Kapasitansi Leyden Jar te rhadap Konse ntrasi NaCl (pendekatan fungsi logaritmik)

2.000 1.800 1.600 1.400 1.200 1.000 0.800 0.600 0.400 0.200 0.000

C = 0.1799In(M) + 1.8505 R2 = 0.965

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2



40

b. Pelarut Air Biasa Grafik Kapasitansi Le yde n Jar te rhadap Konse ntrasi NaCl (pe nde katan fungsi polinom)


2.50 2.00 1.50 C = -27.149M6 + 92.904M5 - 123.82M4 + 81.13M3 - 27.548M2 + 5.052M + 1.5348 R2 = 0.997

1.00 0.50 0.00 0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2


Grafik Kapasitansi Le yde n Jar te rhadap Konse ntrasi NaCl (pe nde katan fungsi logaritmik)


2.15 2.10 2.05 C = 0.1237In(M) + 2.1246 R2 = 0.974

2.00 1.95 1.90 1.85 1.80 0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2



41

B. Grafik Hasil Pengukuran Menggunakan Alat Ukur yang Telah Dibuat 1. Grafik frekuensi Oscillator Astable terhadap konsentrasi NaCl a. Pelarut Aquades

Grafik Fre kue nsi O scillator Astable te rhadap Konse ntrasi NaCl (pe nde katan fungsi polinom)

Frekuensi Oscillator Astable (kHz)

120.00 100.00 80.00 C = 8,373f 6 - 28,290f 5 + 37,310f 4 - 24,217f 3 + 8,006.9f 2 - 1,257.6f + 104.45 R2 = 0.993

60.00 40.00 20.00 0.00 0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

Konse ntrasi NaC l (molal)

Grafik Fre kuensi te rhadap Konse ntrasi NaC l (pe nde katan fungsi logaritmik)


40.00 35.00 30.00 f = -3.512In(M) + 27.809 R2 = 0.964

25.00 20.00 15.00 10.00 5.00 0.00 0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2


Gambar 36 Grafik frekuensi oscillator astable terhadap konsentrasi NaCl

42

b. Pelarut Air Biasa Grafik Fre kuensi O scillator Astable terhadap Konsentrasi NaCl (pende katan fungsi polinom)


40.00 35.00 30.00 25.00 C = 394.06f 6 - 1308.6f 5 + 1700.6f 4 - 1101.7f 3 + 381.66f 2 - 75.094f + 36.024 R2 = 0.998

20.00 15.00 10.00 5.00 0.00 0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

Konsentrasi NaCl (molal)

Grafik Fre kuensi te rhadap Konse ntrasi NaC l (pe nde katan fungsi logaritmik)


32.00 31.00 30.00 f = -1.9532In(M) + 26.656 R2 = 0.980

29.00 28.00 27.00 26.00 0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2


Gambar 37 Grafik frekuensi oscillator astable terhadap konsentrasi NaCl

43

2. Grafik Kapasitansi Leyden Jar terhadap Frekuensi Oscillator Astable a. Pelarut Aquades Grafik Kapasitansi Le yde n Jar te rhadap Fre kue nsi O scillator Astable (pe nde katan fungsi logaritmik)


2.00 1.50 C = -0.993In(f) + 5.079 R2 = 0.982

1.00 0.50 0.00 0.00

20.00

40.00

60.00

80.00

100.00

120.00

Fre kue nsi O scillator Astable (kHz )

Gambar 38 Grafik kapasitansi Leyden Jar terhadap frekuensi oscillator astable

b.Pelarut Air Biasa Grafik Kapasitansi Le yde n Jar te rhadap Fre kue nsi O scillator Astable (pe nde katan fungsi logaritmik)


2.00 1.50 C = -1.682In(f) + 7.431 R2 = 0.996

1.00 0.50 0.00 0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

30.00

35.00

40.00

Fre kue nsi O scillator Astable (kHz )

Gambar 39 Grafik kapasitansi Leyden Jar terhadap frekuensi oscillator astable

44

3. Grafik Kapasitansi Leyden Jar terhadap Konsentrasi NaCl a. Pelarut Aquades


Grafik Kapasitansi Leyde n Jar terhadap Konsentrasi NaCl (pe nde katan fungsi polinom)

2.00 1.80 1.60 1.40 1.20 1.00 0.80 0.60 0.40 0.20 0.00

C = -113.53M6 + 379.76M5 - 494.17M4 + 315.28M3 - 102.58M2 + 16.535M + 0.4937 R2 = 0.994

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

Konsentrasi NaCl (molal)

Grafik Kapasitansi Leyden Jar terhadap Konse ntrasi NaCl (pende katan fungsi logaritmik) Kapasitansi Leyden Jar (nF)

2.00 1.50 C = 0.180In(M) + 1.823 R2 = 0.965

1.00 0.50 0.00 0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1. 2



45

b.Pelarut Air Biasa Grafik Kapasitansi Le yde n Jar te rhadap Konse ntrasi NaCl (pe nde katan fungsi polinom)


2.00 1.50 C = -15.414M6 + 52.225M5 - 69.1M4 + 45.331M3 - 15.876M2 + 3.3141M + 1.4141 R2 = 0.998

1.00 0.50 0.00 0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.0

1.2



Grafik Kapasitansi Le yde n Jar te rhadap Konse ntrasi NaCl (pe nde katan fungsi logaritmik)

2.00 1.80 1.60 1.40 1.20 1.00 0.80 0.60 0.40 0.20 0.00

C = 0.122In(M) + 1.912 R2 = 0.982

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8



46

Lampiran 6 Gambar Sistem yang Telah Dibuat A. Gambar Kapasitor Uji (Leyden Jar) yang Telah Dibuat

Gambar 42 Kapasitor uji (Leyden Jar) yang telah dibuat

B. Gambar Alat Ukur Kapasitansi Leyden Jar yang Telah Dibuat

Gambar 43 Alat ukur kapasitansi kapasitor Leyden Jar yang telah dibuat

47

5K VR1

IC1 PB0 PB1 PB2 PB3 PB4 PB5 PB6 PB7

VCC

RSEN1 220

1 2 3 4 5 6 7 8

PB0 (T0) PB1 (T1) PB2 (AIN0) PB3 (AIN1) PB4 (SS) PB5 (MOSI) PB6 (MISO) PB7 (SCK)

PA0 (ADC0) PA1 (ADC1) PA2 (ADC2) PA3 (ADC3) PA4 (ADC4) PA5 (ADC5) PA6 (ADC6) PA7 (ADC7)

40 39 38 37 36 35 34 33


2

C9 SENSOR

TRIG CVolt

IC2 Timer555 Q DIS THR

PB1

3 7

DZ0

6

5.1V

PD0 PD1 PD2 PD3 PD4 PD5 PD6 PD7

14 15 16 17 18 19 20 21

X2 X1

12 13

PD0 (RXD) PD1 (TDX) PD2 (INT0) PD3 (INT1) PD4 (OC1B) PD5 (OC1A) PD6 (ICP) PD7 (OC2)

(TOSC2) PC7 (TOSC1) PC6 PC5 PC4 PC3 PC2 PC1 PC0

X2 X1

AREF AGND

1

5

R

VCC

4

GND

330 RSEN2

8

VCC

RST

9

X1 Y1 11.0592 X2

RESET

AVCC

AT MEGA 8535 C1 VCC 30pF C2

29 28 27 26 25 24 23 22


PC7 PC6 PC5 PC4 PC3 PC2 PC1 PC0

An Ca VR2 500

VCC

P4 1 2 3 4 5 6

PB5 PB6 PB7 RST

Key1

ISP PROG VCC

VCC

R1

AREF

100 SW0

VO LCD 16 x 2 4 BIT

LCD16X2(4BIT)

31

PC0 PC1 PC2 PC3 PC4 PC5 PC6

B1 B2 B3 B4 K1 K2 K3

VR0 10K

KEYPAD3X4 1

2

3

4

5

6

7

8

9

*

0

#

C8 10uF

RST

RST C3

30pF

PA1 PA2 PA3 PA4 PA5 PA6 PA7

32 AREF

30

VCC

LCD1

TIP2955 D1

Vin

+5V

C5 330nF

3

1000uF/25V

+

1

470uF

2200uF D2

C4

CON3

47

GND

R3

U0 LM7805CT

2

J? 1 2 3

VCC

TR1

IN 5402

J1

C7

5 VDC

+

1 2

C6

IN 5402

Gambar 44 Skema rangkaian alat ukur kapasitansi kapasitor Leyden Jar yang telah dibuat

C. Gambar Proses Pengukuran 1.

Proses pembuatan larutan NaCl

Gambar 45 Proses penimbangan NaCl dengan neraca analitik

48

Gambar 46 Contoh proses pengambilan data penimbangan NaCl dengan neraca analitik

Gambar 47 Massa NaCl yang telah ditimbang

Gambar 48 Proses memasukkan NaCl yang telah ditimbang ke dalam Leyden Jar yang berisi pelarut

49

Gambar 49 Proses pengadukan untuk mempercepat kelarutan

2.

Proses pengujian kapasitansi Leyden Jar dengan Kapasitansi-meter

Gambar 50 Contoh proses pengambilan data kapasitansi Leyden Jar dengan Kapasitansi-meter

3.

Proses pengujian kapasitansi Leyden Jar dengan alat yang sudah dibuat

Gambar 51 Tampilan yang menggambarkan bahwa alat telah siap digunakan

50

Gambar 52 Mengukur kapasitansi awal Leyden Jar (ketika hanya berisi pelarut)

Gambar 53 Contoh proses pengambilan data kapasitansi awal Leyden Jar dengan alat ukur yang telah dibuat

Gambar 54 Proses memasukkan NaCl yang telah ditimbang ke dalam Leyden Jar yang berisi pelarut

51

Gambar 55 Proses pengadukan untuk mempercepat kelarutan

Gambar 56 Contoh proses pengambilan data kapasitansi Leyden Jar setelah ditambahkan garam NaCl dengan alat yang telah dibuat

52

PEMBUATAN ALAT UKUR KAPASITANSI KAPASITOR LEYDEN JAR DENGAN BAHAN DIELEKTRIK LARUTAN GARAM BERBASIS MIKROKONTROLER DAN TAMPILAN LCD MUHAMAD AZIS

Recommend Documents