RANCANG BANGUN PEREKAM DATA KELEMBABAN RELATIF DAN SUHU UDARA BERBASIS MIKROKONTROLER
Oleh: Acta Withamana C64104073
PROGRAM STUDI ILMU DAN TEKNOLOGI KELAUTAN FAKULTAS PERIKANAN DAN ILMU KELAUTAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR 2009
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini saya menyatakan bahwa Skripsi yang berjudul:
RANCANG BANGUN PEREKAM DATA KELEMBABAN RELATIF DAN SUHU UDARA BERBASIS MIKROKONTROLER adalah benar merupakan hasil karya sendiri dan belum diajukan dalam bentuk apapun kepada perguruan tinggi mana pun. Semua sumber data dan informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka dibagian akhir skripsi ini
Bogor, Januari 2009
Acta Withamana C64104073
ii
RINGKASAN ACTA WITHAMANA. Rancang Bangun Perekam Data dan Suhu Udara Berbasis Mikrokontroler. Dibimbing oleh INDRA JAYA dan AYI RAHMAT. Penelitian dilaksanakan pada bulan Juli hingga Desember 2008. Pembuatan dan perancangan instrumen serta uji coba skala laboratorium dilakukan di Laboratorium Akustik dan Instrumentasi Kelautan, Departemen Ilmu dan Teknologi Kelautan, Institut Pertanian Bogor. Uji coba skala lapangan dilakukan di Stasiun Lapang Klimatologi Darmaga, Badan Meteorologi, Klimatologi, dan Geofisika (BMKG). Pembuatan perangkat keras terdiri dari 5 bagian utama, yaitu: catu daya, mikrokontroler Atmega32, sensor kelembaban relatif dan suhu udara Sensirion SHT11, RTC DS1307, serta media penyimpanan SD card. Perancangan PCB instrumen dilakukan menggunakan program EAGLE 5.12. PCB yang sudah terpasang komponen dimasukkan ke dalam sebuah casing plastik untuk melindungi komponen. Alat perekam data bekerja menggunakan baterai Alkaline berukuran AA sebanyak 4 buah. Perancangan firmware dilakukan menggunakan bahasa pemrograman BASIC yang dibuat menggunakan perangkat lunak BASCOM-AVR 1.11.9.0. Firmware tersebut diunduh ke Atmega32 menggunakan AVROSPII. Pengujian skala laboratorium dilakukan selama 7x24 jam untuk mengetahui kinerja dari alat perekam data. Interval pengambilan sampel sebesar 1 menit. Selanjutnya dilakukan pengujian skala lapangan selama 8x 24 jam untuk membandingkan hasil pengukuran alat perekam data dengan alat ukur yang sudah ada. Pengambilan data dilakukan dengan interval 1 menit untuk alat perekam data, sedangkan pengambilan data BMKG dilakukan setiap 1 jam menggunakan termometer basah dan kering. Data hasil uji coba skala laboratorium yang diperoleh dibuat grafiknya dengan rentang waktu perhari. Pengolahan data dilakukan menggunakan Microsoft Excel 2007 dan MATLAB R2008b. Hasil uji coba skala laboratorium menunjukan ada data perekaman yang terputus. Hal ini mungkin disebabkan akibat komunikasi mikrokontroler dengan DS1307 terganggu, komunikasi mikrokontroler dengan SD card terganggu serta keterbatasan mikrokontroler dalam manajemen memori. Data hasil uji coba skala lapangan yang diperoleh dibuat grafik perhari untuk masing-masing parameter. Dalam grafik juga diplotkan data BMKG yang dimulai dari pukul 07.00 hingga 22.00. Perbedaan nilai antara hasil pengukuran alat perekam data dan pengukuran BMKG diplotkan dalam grafik error RH dan error suhu udara. Selisih terbesar RH dari semua hari pengamatan adalah sebesar -20,4%, sedangkan selisih suhu udara terbesar sebesar 7,3ยฐC. Faktor-faktor yang mungkin menyebabkannya adalah kesalahan pengukuran sensor suhu udara dan kelembaban relatif SHT11, serta desain PCB dan casing yang tidak bisa melepas panas dengan baik sehingga mempengaruhi Sensirion SHT11.
iii
RANCANG BANGUN PEREKAM DATA KELEMBABAN RELATIF DAN SUHU UDARA BERBASIS MIKROKONTROLER
SKRIPSI
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Perikanan pada Fakultas Perikanan dan Ilmu Kelautan Institut Pertanian Bogor
Oleh: Acta Withamana C64104073
PROGRAM STUDI ILMU TEKNOLOGI KELAUTAN FAKULTAS PERIKANAN DAN ILMU KELAUTAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR 2009
Judul Penelitian Nama Mahasiswa Nomor Pokok
: RANCANG BANGUN PEREKAM DATA KELEMBABAN RELATIF DAN SUHU UDARA BERBASIS MIKROKONTROLER : Acta Withamana : C64104073
Disetujui,
Pembimbing I
Pembimbing II
Prof. Dr. Indra Jaya NIP. 131 578 799
Ayi Rahmat, M.Si NIP. 132 321 426
Mengetahui, Dekan Fakultas Perikanan dan Ilmu Kelautan
Prof. Dr. Indra Jaya NIP. 131 578 799
Tanggal Lulus : 3 Februari 2009
KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis panjatkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa, karena atas segala rahmat, hidayah, dan izin-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul โRancang Bangun Perekam Data Kelembaban Relatif dan Suhu Udara Berbasis Mikrokontrolerโ. Skripsi ini disusun dalam rangka menyelesaikan tugas akhir sebagai prasyarat kelulusan. Penulis mengucapkan terima kasih kepada Prof. Dr. Indra Jaya dan Ayi Rahmat, M.Si selaku dosen pembimbing yang telah memberikan arahan dan bimbingan kepada penulis selama penyusunan skripsi ini. Terima kasih juga diucapkan kepada Prof. Dr. Ir. Mulia Purba, M.Sc atas kesediaannya sebagai dosen penguji dan Dr. Henry M. Manik, M.T. selaku komisi pendidikan departemen ITK. Penulis juga berterima kasih kepada keluarga, khususnya ibunda, ayah, kakak dan semua sanak saudara serta kepada keluarga besar Haryanto R. Putro yang telah banyak memberikan semangat dan dorongan kepada penulis. Tak lupa Penulis mengucapkan terima kasih kepada seluruh Keluarga Besar ITK, khususnya rekan-rekan ITK Angkatan 41. Ucapan terima kasih khusus diberikan kepada Ajeng Fiori Sagita yang telah memberi warna baru kehidupan penulis. Penulis juga berterima kasih kepada Badan Meteorologi, Klimatologi, dan Geofisika Darmaga atas izin penggunaan stasiun lapang serta data yang dibutuhkan. Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih terdapat kekurangan, oleh karena itu saran dan kritik yang bersifat membangun sangat diharapkan untuk menuju suatu yang lebih baik.
Bogor, Januari 2009
ACTA WITHAMANA
vi
DAFTAR ISI Halaman DAFTAR ISI ........................................................................................................ vii DAFTAR TABEL................................................................................................. ix DAFTAR GAMBAR ............................................................................................. x DAFTAR LAMPIRAN ...................................................................................... xiii 1. PENDAHULUAN............................................................................................. 1 1.1. Latar belakang ............................................................................................. 1 1.2. Tujuan penelitian ......................................................................................... 2 2. TINJAUAN PUSTAKA ................................................................................... 3 2.1. Kelembaban relatif ...................................................................................... 3 2.2. Suhu udara ................................................................................................... 4 2.3. Perekam data ............................................................................................... 4 2.4. Mikrokontroler ............................................................................................ 5 2.5. Sensor .......................................................................................................... 9 2.5.1. Pengembangan sensor kelembaban ................................................... 11 2.5.2. Sensor kelembaban relatif Sensirion SHT11 ..................................... 14 2.6. Media penyimpanan .................................................................................. 18 2.7. Real-Time Clock DS1307 dengan antarmuka I2C ..................................... 19 2.8. Catu daya ................................................................................................... 25 2.8.1. Baterai ................................................................................................ 25 2.8.2. Regulator tegangan linear .................................................................. 27 3. BAHAN DAN METODE ............................................................................... 29 3.1. Waktu dan lokasi penelitian ...................................................................... 29 3.2. Alat dan bahan ........................................................................................... 29 3.3. Rancang bangun perangkat keras .............................................................. 30 3.3.1. Rancangan sirkuit dasar mikrokontroler dan indikator LED ............. 31 3.3.2. Rancangan catu daya ......................................................................... 33 3.3.3. Rancangan rangkaian dasar Sensirion SHT11 dan ATmega32 ......... 34 3.3.4. Rancangan rangkaian dasar DS1307 dan ATmega32 ....................... 35 3.3.5. Rancangan rangkaian dasar SD card VGEN 1GB dengan ATmega32 .......................................................................................... 36 3.3.6. Pembuatan PCB (Printed Circuit Board) .......................................... 38 3.3.7. Pemasangan komponen ..................................................................... 41 3.3.8 Casing dan peletakkan komponen ...................................................... 43 3.4. Rancang bangun perangkat lunak.............................................................. 45 3.4.1. Diagram alir program perekam data .................................................. 45 3.4.2. Pembuatan firmware .......................................................................... 49 3.4.3. Kompilasi firmware ........................................................................... 51 vii
3.4.4. Memprogram mikrokontroler ATmega32 ......................................... 51 3.5. Pengoperasian alat perekam data .............................................................. 51 3.6. Uji coba alat............................................................................................... 54 3.6.1. Uji coba skala laboratorium ............................................................... 54 3.6.2. Uji coba skala lapangan ..................................................................... 55 4. HASIL DAN PEMBAHASAN ...................................................................... 56 4.1. Hasil uji coba skala laboratorium .............................................................. 56 4.2. Hasil uji coba skala lapangan .................................................................... 63 4.2.1. Perbandingan nilai RH dan suhu udara dengan data BMKG ............ 71 4.2.2. Error nilai RH dan suhu udara ........................................................... 79 4.3. Perbandingan alat perekam data dengan LogTag HAXO-8 ...................... 82 5. KESIMPULAN DAN SARAN ...................................................................... 83 5.1. Kesimpulan ................................................................................................ 83 5.2. Saran .......................................................................................................... 84 DAFTAR PUSTAKA .......................................................................................... 85 LAMPIRAN ......................................................................................................... 87 RIWAYAT HIDUP ............................................................................................. 95
viii
DAFTAR TABEL Halaman 1. Perintah pada Sensirion SHT11 ........................................................................ 16 2. Register-register pada DS1307 ......................................................................... 24 3. Daftar alat yang digunakan ............................................................................... 29 4. Daftar bahan yang digunakan............................................................................ 30 5. Tipe data beserta rentang nilainya pada BASCOM-AVR ................................ 49 5. Perbandingan spesifikasi alat perekam data dan HAXO-8 ............................... 82
ix
DAFTAR GAMBAR Halaman 1. Blok Diagram AVR ATmega32.......................................................................... 6 2. Konstruksi sensor kelembaban relatif kapasitif dengan 3 lapisan .................... 12 3. Hubungan antara kelembaban relatif dengan resistansi .................................... 13 4. Diagram sensor kelembaban absolut................................................................. 13 5. Blok diagram kelembaban relatif Sensirion SHT 11 ........................................ 14 6. Skema antarmuka sensor SHT11 dan Mikrokontroler ...................................... 15 7. Urutan sinyal untuk memulai transmisi ............................................................ 15 8. Urutan sinyal untuk mengukur kelembaban relatif ........................................... 16 9. Bentuk fisik dan dimensi SD card, MiniSD, dan MicroSD ............................... 18 10. Skema antarmuka komunikasi SPI.................................................................. 19 11. Blok diagram DS1307 ..................................................................................... 20 12. Bentuk fisik DS1307 beserta keterangan kaki-kakinya .................................. 21 13. Konfigurasi umum DS1307 dan mikrokontroler ............................................ 22 14. Urutan-urutan Slave Receiver Mode (Write Mode) ......................................... 23 15. Urutan-urutan Slave Transmiter Mode (Read Mode) ..................................... 23 16. Struktur umum baterai alkaline ....................................................................... 27 17. Tiga bagian dasar regulator linear ................................................................... 28 18. Blok diagram LP2950 ..................................................................................... 28 19. Skema perancangan perangkat keras .............................................................. 31 20. Skematik sirkuit dasar ATmega32 beserta indikator LED ............................. 31 21. Bentuk pin header berukuran 2x5 ................................................................... 32 22. Bentuk LED 3mm dalam berbagai macam warna .......................................... 32 23. Skematik rangkaian catu daya ......................................................................... 33 24. Skematik rangkaian dasar SHT11 dan ATmega32 ......................................... 34 25. Modul Innovative Electronics DT-Sense SHT11 ........................................... 35 26. Skematik rangkaian dasar DS1307 dengan ATmega32 .................................. 35 27. Bentuk dan dimensi Micro Lithium Cell CR1216........................................... 36 28. Kingfont Secure Digital Card Connector Metal Cover Type ......................... 36 29. Skematik rangkaian dasar ATmega32 dan soket SD card .............................. 37 30. Skematik lengkap perekam data suhu udara dan kelembaban relatif ............. 39 31. Gambar papan PCB bagian bawah (kiri) dan bagian atas (kanan).................. 39 32. Pemotongan PCB polos (kiri) dan penghalusan pinggir PCB (kanan) ........... 40 33. Peletakkan komponen pada bagian bawah PCB ............................................. 41 34. Pemasangan komponen pada bagian bawah PCB ........................................... 42 35. Peletakkan komponen pada bagian atas PCB ................................................. 42 36. Pemasangan komponen pada bagian atas PCB ............................................... 43 37. Dimensi casing perekam data suhu udara dan kelembaban relatif ................. 44 38. Casing perekam data suhu udara dan kelembaban relatif ............................... 44 39. PCB dan Baterai terangkai dalam casing ........................................................ 45 40. File SETTING.INI dibuka menggunakan Notepad ........................................ 52 41. File 1111870.TXT dibuka di Notepad ............................................................ 53 42. Text Import Wizard ......................................................................................... 54 43. Hasil uji coba skala laboratorium tanggal 6 September 2008......................... 56 44. Hasil uji coba skala laboratorium tanggal 7 September 2008......................... 57 x
45. Hasil uji coba skala laboratorium tanggal 8 September 2008......................... 58 46. Hasil uji coba skala laboratorium tanggal 9 September 2008......................... 58 47. Hasil uji coba skala laboratorium tanggal 11 September 2008....................... 59 48. Hasil uji coba skala laboratorium tanggal 12 September 2008....................... 60 49. Hasil uji coba skala laboratorium tanggal 27 September 2008....................... 61 50. Hasil uji coba skala laboratorium tanggal 28 September 2008....................... 62 51. Posisi alat perekam data (kotak merah) dalam sangkar Stasiun Lapang Klimatologi Badan Meteorologi dan Geofisika Darmaga ............................. 63 52. Posisi sangkar di Stasiun Lapang Klimatologi, BMKG Darmaga .................. 64 53. Hasil uji coba skala lapangan tanggal 8 November 2008 ............................... 65 54. Hasil skala uji coba skala lapangan tanggal 9 November 2008 ...................... 65 55. Hasil uji coba skala lapangan tanggal 10 November 2008 ............................. 66 56. Hasil uji coba skala lapangan tanggal 11 November 2008 ............................. 67 57. Hasil uji coba lapangan tanggal 12 November 2008 ...................................... 68 58. Hasil uji coba lapangan tanggal 14 November 2008 ...................................... 68 59. Hasil uji coba lapangan tanggal 15 November 2008 ...................................... 69 60. Hasil uji coba lapangan tanggal 16 November 2008 ...................................... 70 61. Hasil uji coba lapangan tanggal 25 November 2008 ...................................... 71 62. Perbandingan nilai RH alat perekam data dan BMKG 8 November 2008 ..... 72 63. Perbandingan nilai suhu udara alat perekam data dan BMKG 8 November 2008................................................................................................................ 72 64. Perbandingan nilai RH alat perekam data dan BMKG 9 November 2008 ..... 72 65. Perbandingan nilai suhu udara alat perekam data dan BMKG 9 November 2008................................................................................................................ 73 66. Perbandingan nilai RH alat perekam data dan BMKG 10 November 2008 ... 73 67. Perbandingan nilai suhu udara alat perekam data dan BMKG 10 November 2008................................................................................................................ 73 68. Perbandingan nilai RH alat perekam data dan BMKG 11 November 2008 ... 74 69. Perbandingan nilai suhu udara alat perekam data dan BMKG 11 November 2008................................................................................................................ 74 70. Perbandingan nilai RH alat perekam data dan BMKG 12 November 2008 ... 74 71. Perbandingan nilai suhu udara alat perekam data dan BMKG 12 November 2008................................................................................................................ 75 72. Perbandingan nilai RH alat perekam data dan BMKG 14 November 2008 ... 75 73. Perbandingan nilai suhu udara alat perekam data dan BMKG 14 November 2008................................................................................................................ 75 74. Perbandingan nilai RH alat perekam data dan BMKG 15 November 2008 ... 76 75. Perbandingan nilai suhu udara alat perekam data dan BMKG 15 November 2008................................................................................................................ 76 76. Perbandingan nilai RH alat perekam data dan BMKG 16 November 2008 ... 76 77. Perbandingan nilai suhu udara alat perekam data dan BMKG 16 November 2008................................................................................................................ 77 78. Perbandingan nilai RH alat perekam data dan BMKG 25 November 2008 ... 77 79. Perbandingan nilai suhu udara alat perekam data dan BMKG 25 November 2008................................................................................................................ 77 80. Grafik error suhu udara pada pengujian skala lapangan ................................. 80 81. Grafik error RH pada pengujian skala lapangan ............................................. 81
xi
DAFTAR LAMPIRAN Halaman 1. Contoh perhitungan konversi nilai digital menjadi besaran fisik..................... 88 2. Kode pemrograman inisialisasi Mikrokontroler ATmega32 ........................... 89 3. Kode pemrograman inisialisasi variabel, konstanta dan deklarasi sub program ...................................................................................................... 90 4. Kode pemrograman inisialisasi SD card dan membaca file konfigurasi pengguna .......................................................................................................... 91 5. Kode pemrograman membuat nama file acak berdasarkan tanggal dan waktu ................................................................................................................ 93 6. Kode pemrograman looping utama .................................................................. 94
xiii
1. PENDAHULUAN 1.1. Latar belakang Kelembaban relatif dan suhu udara merupakan salah satu parameter yang penting dalam pengukuran meteorologi. Kelembaban relatif menggambarkan rasio uap air yang terdapat dalam campuran udara-air dalam fasa gas pada suhu udara tertentu, sedangkan suhu udara merupakan jumlah panas yang terkandung di udara. Pengukuran kelembaban relatif dalam bidang perikanan dan kelautan, antara lain: perekam data RH lingkungan pantai dan lepas pantai secara in situ, manajemen cold storage untuk hasil perikanan tangkap, pengukuran dalam Hazard Analysis Critical Control Point (HACCP), analisis penyimpanan dalam kontainer, dan sebagainya. Alat ukur kelembaban relatif disebut Hygrometer. Hygrometer paling sederhana disebut psychrometer. Menurut Brock dan Richardson (2001), akurasi psychrometer akan menurun seiring turunnya suhu udara. Untuk mengotomatisasi psychrometer akan menghasilkan alat dengan ukuran yang besar sehingga menambah biaya secara keseluruhan. Pengembangan instrumentasi digital semakin canggih dari waktu ke waktu. Pengembangan sensor berbasis semikonduktor yang terkalibrasi dan memiliki akurasi tinggi semakin mudah didapat. Metode kesetimbangan penyerapan dari uap air banyak digunakan oleh beberapa sensor berbasis polimer. Sensor jenis ini merupakan jenis sensor yang berukuran kecil, paling efisien dari segi biaya, akurasi yang cukup baik, dan konsumsi daya yang sangat rendah (Brock dan Richardson, 2001).
1
2
Pengembangan sebuah instrumen untuk mengukur kelembaban relatif dan disertai perekam data (data logger) diperlukan dalam bidang perikanan dan kelautan. Perekam data dengan menggunakan sensor berbasis semikonduktor dapat menutupi kekurangan psychrometer, baik dari segi biaya, ukuran, dan konsumsi daya. 1.2. Tujuan penelitian Tujuan dari penelitian ini adalah merancang instrumen perekam data digital kelembaban relatif dan suhu udara. Seiring dengan perkembangan teknologi semikonduktor yang semakin canggih, diharapkan instrumen ini memiliki akurasi yang cukup baik, dimensi yang kecil, mudah digunakan dan hemat daya.
2. TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Kelembaban relatif Menurut Brock dan Richardson (2001), kelembaban relatif adalah rasio yang digambarkan sebagai persentase antara tekanan uap air aktual e terhadap tekanan uap jenuh es, pada suhu udara T tertentu, sedangkan menurut Zamacona (2004), kelembaban relatif adalah persentase tekanan uap jenuh yang menggambarkan tekanan uap sebenarnya, dengan kata lain merupakan rasio kelembaban udara di atmosfer pada saat ini dengan kelembaban maksimum yang mampu ditampung oleh atmosfer. Kelembaban relatif atau relative humidity (biasa disingkat RH) menggunakan satuan persen dan dihitung dengan cara berikut:
dimana: ๐
๐
๐
๐
๐
๐
๐
๐
=
๐๐(๐ป๐ป2 ๐๐) ร 100% ๐๐โ (๐ป๐ป2 ๐๐)
(1)
adalah kelembaban relatif campuran udara-air (%);
๐๐(๐ป๐ป2 ๐๐) adalah tekanan parsial uap air dalam campuran;
๐๐โ (๐ป๐ป2 ๐๐) adalah tekanan uap jenuh air pada temperatur tersebut dalam campuran. Menurut Wexler (1970) dalam Brock dan Richardson (2001), ada 6 cara
mengukur kelembaban berdasarkan prinsip-prinsip fisika, yaitu: (1) penghilangan uap air dari udara yang basah, (2) penambahan uap air kedalam udara basah, (3) kesetimbangan penyerapan dari uap air, (4) pencapaian kesetimbangan dari uap menjadi carian atau uap menjadi benda padat, (5) pengukuran parameter fisik dari uap air, dan (6) melalui reaksi kimia.
3
4
Alat ukur kelembaban biasa disebut hygrometer. Hygrometer elekronik dikembangkan melalui metode kesetimbangan penyerapan dari uap air. Uap air yang diserap menyebabkan perubahan parameter elektris seperti hambatan atau kapasitansi. 2.2. Suhu udara Suhu merupakan ukuran panas atau dinginnya benda (Blundell dan Blundell, 2006). Kita dapat mengatakan suatu benda lebih panas apabila memiliki suhu yang lebih tinggi dibandingkan benda lain yang lebih dingin. Bahang dari suatu benda akan selalu mengalir ke benda yang lebih dingin. Dari sudut pandang pergerakan elektron, suhu merupakan salah satu perpindahan elektron. Dalam keadaan ideal, atom dalam suatu materi akan memiliki elektron yang berorbit pada orbit tertentu. Jika ada energi luar yang mempengaruhi atom, maka elektron akan berpindah level ke orbit lain (eksitasi). Akan tetapi keadaan tersebut tidak akan bertahan lama, karena elektron akan kembali ke orbitnya dan akan memberikan kembali energi dalam bentuk yang lain seperti panas, cahaya, radiasi lain. Suhu udara adalah jumlah bahang yang terkandung di udara (Ritter, 2007). Suhu atmosfer merupakan hubungan kompleks antara biosfer, litosfer dan atmosfer. Energi secara konstan berpindah dari permukaan ke udara diatasnya. 2.3. Perekam data Perekam data atau disebut juga data logger merupakan alat berukuran kecil yang dapat dihubungkan dengan sejumlah sensor, yang dapat menyuplik sinyal sensor, mengubah sinyal tersebut dari bentuk analog ke dalam bentuk digital,
5
melakukan olah sinyal digital berdasarkan kemauan pengguna, menyimpan data pada waktu yang telah ditentukan atau tergantung perintah eksternal serta mengirim data ke perangkat lain (Brock dan Richardson , 2001). Secara umum, perekam data sederhana terdiri dari mikrokontroler, sensor, dan media penyimpanan. Mikrokontroler merupakan bagian dari perekam data yang mengatur komunikasi antar perangkat. Sensor berfungsi untuk mengubah besaran fisik manjadi besaran elektronik. Media penyimpanan berfungsi untuk menyimpan data. 2.4. Mikrokontroler Mikrokontroler adalah rangkaian elektronik atau chip yang sangat terintegrasi untuk membuat sebuah alat kontrol. Biasanya terdiri dari CPU (Central Processing Unit), RAM (Random Access Memory), sebagian bentuk ROM (Read Only Memory), I/O (Input/Output) port, dan timers. Mikrokontroler digunakan untuk tugas yang sangat spesifik. Sehingga jumlah komponen dapat dan ongkos produksi dapat dikurangi. Salah satu mikrokontroler yang dapat digunakan adalah produksi Atmel keluarga AVR seri ATmega32. ATmega32 merupakan mikrokontroler 8-bit yang memiliki arsitektur RISC (Reduce Instruction Set Computer), frekuensi kerja hingga 16 Mhz, 32K Byte In-System Programable Flash, 1024 Byte EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), 2 Kilobyte SRAM internal, empat port I/O 8-bit, Master/Slave SPI Serial Interface, tegangan operasi 4,5 V-5,5V, serta konsumsi daya yang rendah. Gambar 1 menunjukan blok diagram AVR ATmega32.
6
Sumber : Atmel (2008) Gambar 1. Blok Diagram AVR ATmega32
7
Bagian-bagian utama dari mikrokontroler antara lain : (1) CPU Merupakan jantung utama dari mikrokontroler. Bagian ini mengambil instruksi di memori program, mengolahnya, lalu mengeksekusi perintah tersebut. CPU itu sendiri terdiri dari registers, arithmetic logic unit (ALU), instruction decoder, dan sirkuit kontrol. (2) Memori Program Tempat menyimpan perintah-perintah yang berbentuk program. Untuk mengakomodasi program berukuran besar, memori program dapat dipartisi menjadi memori program internal dan memori program eksernal pada beberapa jenis mikrokontroler. Memori program biasanya bersifat nonvolatile dan berupa tipe EEPROM, Flash, Mask ROM atau OTP (one-time programmable). (3) RAM Digunakan oleh mikrokontroler untuk menyimpan data. CPU menggunakan RAM untuk menyimpan variabel yang disusun bertumpuk (stack). Stack tersebut digunakan CPU untuk menyimpan alamat kembali suatu perintah setelah melewati sub rutin atau panggilan interrupt. (4) Pembangkit Clock Mikrokontroler mengeksekusi program dari memori program berdasarkan kecepatan tertentu. Kecepatan ini ditentukan oleh frekuensi dari pembangkit clock. Pembangkit clock bisa berupa rangkaian internal RCoscillator atau sebuah pembangkit eksternal seperti kristal quartz, sirkuit
8
resonansi LC, atau bahkan sebuah sirkuit RC. Ketika mikrokontroler diberikan tegangan, oscillator langsung beroperasi. (5) Port Serial Merupakan port yang digunakan mikrokontroler untuk berkomunikasi dengan perangkat eksternal lain dengan hubungan serial. Port ini dapat dioperasikan pada kecepatan transfer data tertentu. Ada dua jenis serial port, synchronous dan asynchronous. Data synchronous memerlukan sinyal clock dalam setiap bit sebagai informasi waktu, sedangkan asynchronous tidak memerlukan sinyal clock. (6) Port I/O Digital Port yang digunakaan untuk berkomunikasi dengan perangkat luar lain. Berbeda dengan port serial yang mentransfer data 1 bit dalam waktu tertentu, data dalam port I/O digital ditransfer sebagai byte secara paralel. Namun, secara software bisa diemulasikan untuk menerima data serial. (7) Port I/O Analog Masukan sinyal analog dilakukan melalui ADC (analog-to-digital converter) sehingga menjadi sinyal digital yang dapat diproses di mikrokontroler. Contoh aplikasi ADC adalah untuk mendapatkan nilai dari sensor suhu, tekanan, cahaya, dsb. Perubahan tergangan yang dihasilkan sensor tersebut akan dibaca oleh ADC. Keluaran sinyal analog dilakukan dengan melalui digital-to-analog converter (DAC). Biasanya DAC digunakan untuk melakukan kontrol terhadap motor, menghasilkan suara, dsb.
9
2.5. Sensor Sensor adalah perangkat yang mengubah fenomena fisik menjadi sinyal elektronik (Kenny, 2005). Sensor menerima rangsangan dan meresponnya dengan perubahan sinyal listrik. Dapat pula digambarkan sensor merupakan jembatan antara dunia sebenarnya dengan perangkat elektronik. Sensor tidak dapat berdiri sendiri. Biasanya sensor merupakan bagian dari satu sistem yang lebih besar yang memiliki rangkaian pengkondisi sinyal dan bermacam-macam pemrosesan sinyal analog atau digital. Berdasarkan rangkaian pengkondisi sinyal, sensor dapat dibagi menjadi dua, yaitu pasif dan aktif. Sensor aktif memerlukan pemicu eksternal yang berupa rangkaian penyangga sensor, sehingga selalu ada arus yang melewati sensor. Contoh sensor aktif adalah termistor, RTD (Resistance Temperature Detector), dan strain gages. Sensor pasif menghasilkan sinyal keluaran sendiri tanpa memerlukan rangkaian dan arus tambahan. Contohnya adalah thermocouple yang menghasilkan tegangan thermoelectric dan fotodioda yang menghasilkan photocurrent. Setiap sensor memiliki karakteristik tertentu. Karakter ini menentukan baik buruknya sebuah sensor pada aplikasi tertentu. Karakter ini pula menentukan rangkaian yang digunakan sebagai penyangga sensor. Beberapa karakter penting diataranya: (1) Transfer Function Hubungan fungsi antara sinyal masukan fisik dan sinyal keluaran elektris. Biasanya, hubungan ini digambarkan sebagai grafik antara sinyal masukan dan keluaran.
10
(2) Sensitivitas Merupakan rasio antara perubahan kecil dalam sinyal elektris terhadap perubahan kecil pada sinyal fisik. Dapat diekspresikan pula sebagai fungsi turunan Transfer Function terhadap sinyal fisik. Satuan yang biasa digunakan adalah volt/Kelvin, milivolt/kilopascal, dsb. Contoh, sebuah termometer akan memiliki sensitivitas tinggi apabila perubahan suhu kecil di lingkungan akan mengakibatkan perubahan tegangan yang tinggi. Karena perubahan tegangan yang signifikan memudahkan pengamatan terhada sinyal elektris. (3) Span atau Dynamic Range Rentang masukan sinyal fisik yang bisa dikonversi ke dalam bentuk sinyal elektris. Sinyal fisik diluar rentang ini diperkirakan memiliki akurasi yang sangat rendah. Satuan yang digunakan antara lain kelvin, pascal, newton, dsb. (4) Accuracy atau Uncertainty Merupakan perkiraan kesalahan terbesar antara sinyal keluaran sebenarnya dan sinyal keluaran ideal. Accuracy merupakan istilah kualitatif, berbeda dengan uncertainty yang bersifat kuantitatif. Contoh, sebuah sensor memiliki akurasi yang lebih tinggi ketika uncertainty sebesar 1% dibandingkan dengan uncertainty 3%. (5) Hysteresis Beberapa sensor tidak kembali ke nilai semula ketika terjadi rangsangan naik atau turun. Besarnya kesalahan yang diperkirakan dalam kuantitas yang diukur merupakan Hysteresis.
11
(6) Nonlinearity Terkadang juga disebut linearity, merupakan penyimpangan maksimum dari Transfer Function linear terhadap Dynamic Range. (7) Noise Beberapa sensor menghasilkan noise bersamaan dengan sinyal keluaran. Beberapa kasus menunjukan noise pada sensor lebih kecil dibandingkan dengan noise pada rangkaian elektronik selanjutnya. 2.5.1. Pengembangan sensor kelembaban Awalnya, pengukuran kelembaban dilakukan dengan mengukur perubahan kelembaban pada kain sutera, rambut manusia dan kemudian nilon serta bahan sintetis. Pengembangan semikonduktor yang pesat menghasilkan sensor kelembaban yang berbasis polimer. Sensor semikonduktor ini memiliki akurasi tinggi, tahan lama dan efektif dari segi biaya. Ada tiga jenis sensor kelembaban yaitu: sensor kelembaban relatif kapasitif, sensor kelembaban relatif resistif, serta sensor kelembaban konduktivitas panas. Sensor kelembaban relatif kapasitif ialah sensor yang apabila terjadi perubahan nilai kelembaban relatif di lingkungan, maka terjadi perubahan kapasitansi. Sensor ini memiliki kemampuan rentang pengukuran kelembaban relatif dari 0% hingga 100%, berbeda dengan sensor berbasis resistansi yang tidak mampu mengukur dibawah 20%. Karena pengaruh suhu tidak dominan, sensor ini mampu digunakan pada rentang suhu yang lebar tanpa kompensasi suhu aktif. Perubahan konstanta dielektrik hampir proporsional terhadap kelembaban relatif di lingkungan. Umumnya terjadi perubahan kapasitansi 0,2-0,5pF untuk setiap perubahan 1% kelembaban relatif.
12
Tipe sensor kelembaban relatif kapasitif juga mampu pulih secara penuh dari efek kondensasi dan tahan terhadap debu yang menempel di permukaan sensor. Karena kelebihan-kelebihan inilah sensor ini banyak digunakan baik pengukuran atmosferik maupun pengukuran proses. Salah satu bahan bahan yang digunakan oleh sensor kapasitif adalah polimer termoset. Sensor langsung mendeteksi perubahan kelembaban relatif lingkungan sebagai perubahan kapasitansi sensor dengan respon yang cepat, linearitas tinggi, hysteresis rendah, serta stabilitas jangka panjang yang baik. Gambar 2 menunjukan sensor kelembaban relatif kapasitif 3 lapis. Lapisan kapasitor dielektrik aktif pada elektroda platinum menyeimbangkan diri dengan gas disekitarnya. Porous platinum mencegah terjadinya respon dielektrik akibat pengaruh eksternal sementara lapisan polimer diatasnya melindungi dari kontaminan seperti debu, minyak, dan kotoran. Lapisan kontaminan yang tinggi menyebabkan lambatnya waktu respon dari sensor.
Sumber : Fontes (2005) Gambar 2. Konstruksi sensor kelembaban relatif kapasitif dengan 3 lapisan Sensor kelembaban relatif resistif ialah sensor yang apabila terjadi perubahan nilai kelembaban relatif di lingkungan, maka terjadi perubahan impedansi. Biasanya hubungan antara kelembaban relatif dan impedansi bersifat eksponensial
13
terbalik seperti yang ditunjukan Gambar 3. Umumnya bahan yang digunakan adalah polimer konduktif dan garam. Pengembangan terakhir dari sensor menggunakan lapisan keramik untuk melindungi sensor dari kondensasi.
Sumber: Roveti (2001) Gambar 3. Hubungan antara kelembaban relatif dengan resistansi Sensor kelembaban konduktivitas panas atau biasa disebut sensor kelembaban absolut. Sensor ini mengukur perbedaan konduktivitas panas pada udara kering dan udara yang memiliki uap air. Sensor ini terdiri dari dua termistor NTC (Negative Temperature Coefficient) pada rangkaian jembatan DC. Satu buah termistor dibungkus oleh nitrogen kering, sedangkan satunya lagi diletakkan di lingkungan terbuka seperti yang ditunjukan Gambar 4.
Sumber: Roveti (2001) Gambar 4. Diagram sensor kelembaban absolut
14
2.5.2. Sensor kelembaban relatif Sensirion SHT11 Sensirion SHT11 merupakan sensor kelembaban relatif dan suhu yang memiliki keluaran data digital. Prinsip kerja yang digunakan pada sensor Sensirion SHT11 adalah sensor berbasis kapasitif. Sensor ini telah terkalibrasi dan memiliki rangkaian pengondisi sinyal serta 14-bit ADC yang terintegrasi. Data suhu yang diperoleh digunakan juga sebagai parameter untuk kompensasi kelelmaban relatif serta untuk menentukan titik embun (dewpoint). Terdapat pula pemanas internal untuk mengkalibrasi sensor dan pemulihan sensor ketika kelembaban relatif mencapai 100%, yang berarti terbentuk embun pada permukaan sensor. Komunikasi yang digunakan menggunakan antarmuka twowire serial. Ukurannya yang kecil dan konsumsi daya yang sangat rendah menjadikan sensor ini cocok digunakan pada sistem yang kompak. Gambar 5 menunjukan blok diagram dari sensor kelembaban relatif Sensirion SHT11.
Sumber: Sensirion (2007) Gambar 5. Blok diagram kelembaban relatif Sensirion SHT 11 Ada 4 pin yang digunakan pada sensor kelembaban relatif Sensirion SHT11, yaitu: VDD, GND, DATA, SCK. VDD dan GND merupakan pin catu daya untuk SHT11. Catu daya yang dapat digunakan 2,4 V hingga 5,5V. Pin SCK dan DATA adalah untuk antarmuka dengan perangkat lain. Antarmuka komunikasi
15
yang digunakan Sensirion SHT 11 adalah two-wire serial. Jenis komunikasi ini memerlukan kaki SCK sebagai sumber clock dan DATA sebagai jalur mengirim dan menerima data. Gambar 6 menunjukan skema antarmuka antara SHT11 dengan mikrokontroler.
Sumber: Sensirion (2007) Gambar 6. Skema antarmuka sensor SHT11 dan Mikrokontroler Untuk mengirimkan perintah kepada SHT11 kita perlu mengetahui metode data serial yang digunakan. Untuk mengetahuinya, kita dapat melihat lembar data SHT11. Untuk memulai transmisi, di lakukan dengan membuat LOW jalur DATA ketika SCK pada kondisi HIGH, lalu membuat jalur DATA menjadi HIGH ketika SCK menjadi HIGH kembali. Gambar 7 menunjukan urutan sinyal DATA dan SCK ketika memulai transmisi.
Sumber: Sensirion (2007) Gambar 7. Urutan sinyal untuk memulai transmisi Setelah memulai transmisi, kita bisa mengirimkan perintah kepada SHT11. Terdapat 3 (tiga) bit alamat dan 5 (lima) bit perintah. Tiga bit alamat yang bisa digunakan hanya โ000โ, sedangkan lima bit perintah ditunjukan pada Tabel 1 berikut.
16
Tabel 1. Perintah pada Sensirion SHT11 Perintah Mengukur Suhu Mengukur Kelembaban Membaca Register Status Menulis Register Status Soft Reset, me-reset antarmuka, mengembalikan nilai status register ke awal Sumber: Sensirion (2007)
Kode 00011 00101 00111 00110 11110
Setelah mengirimkan perintah mengukur suhu atau kelembaban, mikrokontroler harus menunggu untuk mendapatkan hasil pengukuran. Waktu maksimum yang dibutuhkan adalah sebesar 20/80/320ms untuk pengukuran 8/12/14bit. Urutan sinyal untuk pengukuran kelembaban relatif tanpa kompensasi suhu dicontohkan pada Gambar 8.
Sumber: Sensirion (2007) Gambar 8. Urutan sinyal untuk mengukur kelembaban relatif Gambar 8 diatas menunjukan bahwa hasil dari pengukuran didapatkan nilai digital kelembaban sebebesar โ1001โ0011โ0001โ. Nilai digital ini dikonversi menjadi bilangan desimal. Untuk mengonversi nilai desimal sensor menjadi besaran fisik diperlukan persamaan : ๐
๐
๐
๐
๐ฟ๐ฟ๐ฟ๐ฟ๐ฟ๐ฟ๐ฟ๐ฟ๐ฟ๐ฟ๐ฟ๐ฟ = ๐ถ๐ถ1 + (๐ถ๐ถ2 ร ๐๐๐๐๐
๐
๐
๐
) + ๏ฟฝ๐ถ๐ถ3 ร ๐๐๐๐๐
๐
๐
๐
2 ๏ฟฝ
(2)
17
dimana : RHLINEAR = Kelembaban relatif tanpa kompensasi suhu SORH
= Sensor Output, nilai desimal dari sensor yang didapat
C1 = -4 ; C2= 0,0405 ; C3=-2,8*10-6 Hasil dari RHLINEAR ini harus dikompensasi dengan suhu agar hasilnya lebih akurat. Kompensasi suhu ini dikenal juga dengan Automatic Temperature Compensation (ATC). Fungsi dari ATC ini adalah agar sensor dapat mengukur kelembaban relatif lebih akurat pada rentang suhu yang lebar. Kelembaban relatif dengan kompensasi suhu bisa diperoleh dengan persamaan:
dimana : RHTrue
๐
๐
๐
๐
๐๐๐๐๐๐๐๐ = (๐๐๐ถ๐ถ โ 25) ร (๐ก๐ก1 + ๐ก๐ก2 ร ๐๐๐๐๐
๐
๐
๐
) + ๐
๐
๐
๐
๐ฟ๐ฟ๐ฟ๐ฟ๐ฟ๐ฟ๐ฟ๐ฟ๐ฟ๐ฟ๐ฟ๐ฟ = Nilai RH terkompensasi suhu
RHLINEAR = Nilai RH tanpa dikompensasi suhu Tc
= Suhu lingkungan dalam derajat Celsius
t1 = 0,01 ; t2 = 0,00008 Nilai RHTrue inilah yang akan disimpan dalam media penyimpanan. Contoh perhitungan konversi nilai digital menjadi besaran fisik dapat dilihat pada Lampiran 1. Nilai suhu yang didapat juga digunakan untuk menghitung parameter tambahan yaitu dewpoint. Dewpoint atau titik embun adalah suhu dimana udara harus didinginkan sampai mencapai titik jenuh (NWS, 2005).
(3)
18
2.6. Media penyimpanan Media penyimpanan dalam perekam data berbasis mikrokontroler berupa media penyimpanan digital. Secure Digital Card (SD card) merupakan salah satu media penyimpanan yang banyak digunakan. SD card dikembangkan oleh Sandiskยฎ, Matsushitaยฎ, dan Toshibaยฎ sebagai media penyimpanan perangkat portabel. Saat ini media penyimpanan ini digunakan berbagai macam perangkat, seperti kamera digital, telepon genggam, Personal Digital Assistance (PDA), dsb. Kapasitas yang dimiliki mulai dari 8MB hingga 2GB untuk generasi awal dan 4GB hingga 32GB pada generasi akhir yang disebut SDHC card. SD card memiliki dimensi 32mm ร 24mm ร 2,1mm (panjang ร lebar ร tebal). Pengembangan lebih lanjut dari media penyimpanan ini menghasilkan dimensi yang lebih kecil dan kompak seiring dengan perkembangan jaman yang berupa MiniSD dan MicroSD seperti yang ditunjukan Gambar 9.
Sumber: Davis (2008) Gambar 9. Bentuk fisik dan dimensi SD card, MiniSD, dan MicroSD Ada tiga macam cara berkomunikasi dengan SD card, yaitu : (1). One-bit SD mode; (2). Four-bit SD mode; (3). SPI (Serial Peripheral Interface) mode. Cara komunikasi yang terakhir merupakan cara termudah karena protokolnya mudah
19
dipelajari, tersedia dokumentasi, dan berlisensi gratis. Sehingga komunikasi yang umum digunakan menggunakan mikrokontrer adalah SPI mode. Serial Peripheral Interface (SPI) merupakan jalur data serial synchronous yang biasa terdapat dapat pada mikroprosesor Motorola. Jalur data ini menjadi sangat populer sehingga mikrokontroler lain juga mendukung, termasuk AVR. SPI sanggup mengirim data hingga kecepatan 3Mhz. Skema SPI terdiri dari SPI Master dan SPI Slave seperti yang ditunjukan Gambar 10. SPI mode memerlukan 4 pin jalur data, yaitu : โข
SCLK : Serial Clock
โข
MOSI/SIMO : Master Output/Slave Input
โข
MISO/SOMI : Master Input/Slave Output
โข
SS : Slave Select
SCLK
Master
MOSI MISO
Slave
SS
Sumber: Kalinsky dan Kalinsky (2002) Gambar 10. Skema antarmuka komunikasi SPI Pada alat perekam data ini, SPI Master adalah Mikrokontroler dan SPI Slave adalah SD card. 2.7. Real-Time Clock DS1307 dengan antarmuka I2C DS1307 merupakan Real-Time Clock buatan Dallas-Maxim Semiconductorยฎ. Bisa dikatakan DS1307 merupakan kalender dan jam digital. Fitur utama DS1307 adalah mampu menghitung detik, menit, jam, tanggal, tahun dengan koreksi tahun
20
kabisat hingga tahun 2100, data bisa disimpan dengan bantuan baterai cadangan, dan antarmuka I2C. Gambar 11 menunjukkan blok diagram dari DS1307. I2C atau Inter Intergated Circuit dikembangkan Philips Semikonductor ยฎ hampir 20 tahun silam untuk memudahkan komunikasi antar komponen dalam sebuah papan PCB. Pengembangan awal kecepatan maksimum hanya 100kbit per detik karena kecepatan saat itu tidaklah penting. Namun, sejak 1998 kecepatan transfer data mencapai 3,4Mbit per detik. Banyak piranti digital dari berbagai produsen yang telah menggunakan I2C dan produk turunannya seperti SMBus, TWI Bus, PMBus.
Sumber: Dallas-Maxim Semiconductor (2008) Gambar 11. Blok diagram DS1307 Kelebihan dari I2C diantaranya adalah: hanya membutuhkan dua jalur untuk komunikasi; komunikasi master-slave yang sederhana; tidak memerlukan baudrate seperti halnya RS-232, master yang menghasilkan pulsa clock; setiap perangkat memiliki penanda digital (ID) yang unik; serta mampu terdapat lebih dari satu master dalam jalur data.
21
DS1307 yang digunakan memiliki paket DIL8 (Dual In Line 8) seperti yang ditunjukan Gambar 12. DS1307 membutuhkan catu daya 5 volt yang dihubungkan pada kaki Vcc dan GND. Rangkaian utamanya hanya membutuhkan kristal eksternal 32,768KHz yang dihubungkan pada kaki X1 dan X2 dan sebuah baterai 3V untuk menyimpan data di NVRAM (Non-Volatile Random Access Memory) pada VBAT dan GND.
Sumber: Dallas-Maxim Semiconductor (2008) Gambar 12. Bentuk fisik DS1307 beserta keterangan kaki-kakinya Jalur data I2C memiliki tipe open drain, artinya perangkat hanya bisa menarik jalur data menjadi LOW. Oleh karena itu, diperlukan pull-up resistor pada SDA dan SCL untuk menarik jalur data manjadi HIGH ketika tidak ada perangkat yang berkomunikasi. Pull-up resistor adalah resistor yang dihubungkan antara jalur data dan Vcc. Gambar 13 menunjukan rangkaian yang umum untuk menghubungkan DS1307 dengan mikrokontroler. RPU merupakan pull-up resistor, besar nilai resistor biasanya sebesar 4K7โฆ untuk mikrokontroler dengan catu daya 5Volt. Kaki SQW/OUT sendiri bisa diatur untuk menghasilkan gelombang kotak. Apabila fitur tersebut tidak digunakan, maka tidak perlu dipasang resistor. CRYSTAL merupaka kristal eksternal 32,768KHz yang dibutuhkan oleh DS1307. Sebaiknya kristal ini diperkuat posisinya dengan menyolder ke jalur ground untuk mengurangi derau.
22
Sumber: Dallas-Maxim Semiconductor (2008) Gambar 13. Konfigurasi umum DS1307 dan mikrokontroler DS1307 bisa beroperasi dalam 2 cara, yaitu Slave Receiver Mode (Write Mode) dan Slave Transmiter Mode (Read Mode). Komunikasi serial I2C selalu diawali dengan kondisi START dan diakhiri STOP. Kondisi START adalah ketika terjadi perubahan kondisi dari HIGH ke LOW pada SDA ketika SCL pada kondisi HIGH. Sedangkan kondisi STOP adalah ketika terjadi perubahan kondisi dari LOW ke HIGH pada SDA ketika SCL pada kondisi HIGH. Write mode merupakan cara mikrokontroler menulis data ke dalam DS1307, misal ingin mengatur tanggal dan jam. Setelah dikirim kondisi START, mikrokontroler mengirim 7 bit alamat DS1307 yaitu โ1101000โ yang diikuti oleh direction bit (R/W), 0 untuk menulis dan 1 untuk membaca. Setelah menerima alamat DS1307 dan direction bit 0, DS1307 mengirim sinyal acknowledge pada SDA. Lalu mikrokontroler akan mengirimkan data yang akan ditulis. Setiap byte yang diterima akan diakhiri dengan sinyal acknowledge. Apabila mikrokontroler sudah
23
selesai mengirim data, maka dikirim kondisi STOP. Gambar 14 merupakan urutan-urutan Slave Receiver Mode (Write Mode).
Sumber: Dallas-Maxim Semiconductor (2008) Gambar 14. Urutan-urutan Slave Receiver Mode (Write Mode) Read Mode merupakan cara agar data yang terdapat di DS1307 dibaca oleh mikrokontroler, misal ingin membaca waktu dan tanggal. Caranya sama saja seperti pada write mode, hanya saja diikuti direction bit 1. Apabila โ11010000โ dikirim, maka DS1307 masuk write mode. Apabila โ11010001โ dikirm, DS1307 akan masuk read mode. Terdapat tambahan sinyal not acknowledge (NACK) yang dikirim oleh mikrokontroler apabila telah menerima semua data dari DS1307 sebelum kondisi STOP. Gambar 15 menunjukan urutan-urutan Slave Transmiter Mode (Read Mode). Informasi waktu dan tanggal bisa didapat dengan mengakses register yang tepat. Register-register ini bisa dibaca atau ditulis menggunakan mikrokontroler. Tabel 2 menunjukan register-register yang bisa diakses pada DS1307.
Sumber: Dallas-Maxim Semiconductor (2008) Gambar 15. Urutan-urutan Slave Transmiter Mode (Read Mode)
24
Register DAY yang menunjukan hari bertambah ketika tengah malam. Nilai yang diperoleh berupa nilai 01-07 dan tidak mengikat kepada hari sebenarnya. Pengguna yang harus menentukan nilai beserta definisinya, misal 1 adalah Minggu maka 2 adalah senin dan seterusnya. Bit 6 dari register HOUR menentukan jam dalam tipe 12 jam atau 24 jam. Ketika bit 6 HIGH, maka akan masuk tipe 12 jam, sedang ketika LOW akan masuk tipe 24 jam. Waktu harus dimasukkan kembali ketika mengubah tipe jam yang digunakan. Register CH pada alamat 00H merupakan register enable oscillator yang akan menentukan jalannya waktu pada DS1307, sehingga ketika inisialisasi perlu diperiksa nilai dari register tersebut. Tabel 2. Register-register pada DS1307 Alamat
BIT 7
00H 01H
CH 0
02H
0
03H 04H
0 0
05H
0
06H 07H
OUT
BIT 6
BIT 5
BIT 4
10 Second 10 Minutes 10 12 Hour 10 Hour PM/ 24 AM 0 0 0 0 10 Date 10 0 0 Month 10 Year SQWE 0 0
BIT 3
BIT 2
0
BIT 1
BIT 0
Detik Menit
Hours
Jam
AM/PM
Hari Tanggal
01-07 01-31
Bulan
01-12
Year
00-99
Date
08H-3FH
Sumber: Dallas-Maxim Semiconductor (2008)
0
Rentang Nilai
Seconds Minutes
Day
Month 0
Fungsi
Year
RS1
RS0
Kontrol
Ram 56x8
00-59 00-59 1-12
00-23
00HFFH
Ketika membaca maupun menulis register diatas diperlukan tempat penyimpanan sementara pada mikrokontroler untuk mencegah kesalahan register internal. Tempat penyimpanan atau secondary buffer ini berupa alokasi memori yang ditaruh di mikrokontroler.
25
2.8. Catu daya Setiap komponen elektronik memerlukan sumber tenaga untuk bekerja. Sumber tenaga ini umumnya berupa tegangan searah (DC). Sumber tegangan yang biasa digunakan ada dua macam, konverter AC/DC dan konverter DC/DC. Konverter AC/DC mengubah tegangan bolak-balik (AC) menjadi tegangan DC sesuai kebutuhan komponen elektronik. Konverter DC/DC mengubah tegangan dari sumber DC (misal : Baterai) menjadi tegangan yang dibutuhkan oleh komponen elektronik. Karena sistem yang dirancang bersifat portabel, maka sumber tenaga yang digunakan adalah baterai dengan tipe konversi DC/DC. 2.8.1. Baterai Baterai adalah alat yang mengonversi energi kimia dalam bahan aktif yang terkandung di dalamnya langsung menjadi energi listrik melalui reaksi reduksi oksidasi (Linden, 2002). Reaksi reduksi oksidasi (redoks) sendiri adalah sebuah proses berkurangnya bilangan oksidasi (reduksi) suatu zat dan terjadi penambahan bilangan oksidasi (oksidasi) pada zat lainnya (Park, 1998). Dalam reaksi ini terjadi perpindahan elektron dalam sirkuit elektronik. Lain halnya reaksi redoks yang terjadi di alam seperti karat dan pembakaran yang hanya menghasilkan panas. Terdapat dua macam baterai, yaitu baterai primer dan baterai sekunder. Baterai primer ialah baterai yang tidak dapat secara efektif diisi ulang. Baterai tipe ini dipakai sekali dan langsung dibuang. Kelebihan baterai ini adalah murah, biasanya ringan, memiliki waktu penyimpanan yang lama, kepadatan energi yang cukup baik, serta tidak perlu perawatan. Zat yang digunakan baterai ini antara lain adalah baterai zinc-karbon, magnesium-aluminum, alkaline-mangan, merkuri-
26
oksida, perak-oksida, zinc/air, lithium serta elektrolit-solid. Baterai sekunder adalah baterai yang energinya bisa diisi ulang ke kondisi semula. Cara pengisiannya adalah dengan mengalirkan arus berbalik arah terhadap arus ketika penghabisannya. Terdapat dua aplikasi utama baterai sekunder. Pertama, adalah sebagai penyimpan energi, dihubungkan dengan alat elektronik dan diisi menggunakan sumber energi utama. Energi yang tersimpan digunakan hanya pada saat dibutuhkan. Misalnya pada Uninterruptible Power Supply (UPS), kendaraan bermotor, kendaraan hibrida, dan sebagainya. Kedua, adalah baterai sekunder digunakan sebagai baterai utama pada sebuah alat, lalu diisi ulang ketika habis energinya. Baterai sekunder memiliki karakteristik bisa diisi ulang, memiliki densitas energi yang tinggi (walaupun umumnya lebih rendah dibandingkan baterai primer), kurva penghabisan yang rata, dan baik bekerja pada suhu yang rendah. Zat yang digunakan baterai ini antara lain lead-acid, valve regulated lead-acid, elektroda besi, nikel-kadmiun, nikel-metal hibrida, nikelzinc, nikel-hidrogen, perak oksida, lithium-ion. Aplikasi ini contohnya adalah peralatan elektronik portabel seperti pemutar MP3, kamera digital, mobile phone, dan sebagainya. Salah satu baterai yang mudah didapat adalah baterai alkaline-mangan. Baterai ini ditemukan tahun 1960 dan menjadi cukup dominan di pasaran. Baterai ini memiliki kelebihan densitas energi yang tinggi, tahanan internal yang rendah, memiliki waktu penyimpanan yang lama, tahan terhadap kebocoran, dan stabilitas dimensi yang baik. Baterai ini memiliki energi potensial pada rangkaian terbuka sebesar 1,5 Volt-1,65 Volt, tergantung dari kemurnian zat yang digunakan.
27
Bentuk dari baterai ini adalah silinder serta kancing. Struktur dari baterai alkaline-mangan berbentuk silinder dapat dilihat pada Gambar 16.
Sumber: Scarr et al. (2002) Gambar 16. Struktur umum baterai alkaline 2.8.2. Regulator tegangan linear Regulator tegangan berfungsi membuat mengubah tegangan searah input menjadi tegangan searah yang dibutuhkan oleh komponen. Ada dua macam regulator tegangan, linear dan switching. Regulator linear memiliki karakteristik noise yang kecil, membutuhkan komponen yang sedikit, tegangan output yang stabil, namun kurang efisien karena arus dibuang sebagai panas. Regulator switching memiliki karakteristik efisiensi yang sangat baik, noise tergantung dari desain keseluruhan serta membutuhkan komponen yang kompleks. Pada sistem portabel, rancangan regulator harus sederhana agar tidak memakan tempat. Oleh karena itu regulator linear cocok digunakan pada sistem bersumber tenaga baterai. Gambar 17 menunjukan tiga bagian dasar regulator linear.
28
Sumber: Zumbahlen (2008) Gambar 17. Tiga bagian dasar regulator linear Namun, efisiensi harus tinggi agar tidak menghabiskan energi baterai terlalu cepat. Oleh karena itu diperlukan regulator linear Low Drop Out (LDO). Regulator linear LDO memiliki karakteristik VMIN serta IGROUND yang kecil. Berarti konversi energi dari baterai tidak membuang energi terlalu banyak. Biasanya arus yang mampu disuplai regulator jenis ini tergolong kecil, namun cukup untuk mensuplai daya mikrokontroler dan komponen lainnya. Salah satu regulator linear LDO adalah LP2950, yang merupakan regulator 5Volt. Gambar 18 merupakan blok diagram LP2950.
Sumber: National Semiconductor (2005) Gambar 18. Blok diagram LP2950
3. BAHAN DAN METODE 3.1. Waktu dan lokasi penelitian Penelitian dimulai pada bulan Juli 2008 dan berakhir bulan Desember 2008 di Laboratorium Akustik dan Instrumentasi Kelautan, Departemen Ilmu dan Teknologi Kelautan, Fakultas Perikanan dan Ilmu Kelautan, Institut Pertanian Bogor. Pengujian skala lapangan dilakukan di Stasiun Lapang Klimatologi, Badan Meteorologi, Klimatologi, dan Geofisika Darmaga. 3.2. Alat dan bahan Alat yang digunakan dalam penelitian ini dapat dilihat pada Tabel 3. Tabel 3. Daftar alat yang digunakan No
Alat Seperangkat komputer personal dengan sistem operasi Windows XP
Fungsi Merancang perangkat keras dan lunak serta pengolahan data
2
Solder goot 35Watt
Menyolder antar komponen
3
HP Laserjet 1006
4
Multimeter Digital Sanwa CD 800a
5
Amplas
Mencetak desain PCB Mengukur voltase,hambatan, dan koneksi komponen. Menghaluskan PCB
6
Klinik-Robot AVR USB ISP
Memprogram ATmega32
7
Gerinda Listrik
Memotong PCB
8
Cutter
Memotong kertas transfer PCB
9
Pistol lem panas
Melekatkan PCB dengan casing
10
Obeng
Membuka dan memasang baut
11
Bor Listrik Kecil
Melubangi PCB
12
Mata bor
Berukuran 0,5; 0,8; 1mm
13
Amplas
Menghaluskan PCB
14
Matlab R2008b
Membuat grafik hasil perekaman
15
Microsoft Excel 2007
Mengolah data hasil perekaman
16
EAGLE 5.12
Membuat desain PCB
17
BASCOM โAVR 1.11.9.0
Membuat firmware
18
AVR OSPII
Mengunduh firmware ke mikrokontroler
1
29
30
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini dapat dilihat pada Tabel 4. Tabel 4. Daftar bahan yang digunakan No Bahan
Tipe/Nilai
Jumlah
1
Mikrokontroler
ATmega32 TQFP
1 buah
2
Modul DT-Sense
SHT11
1 buah
3
Real Time Clock
DS1307
1 buah
4
SD Card
VGEN 1 GB
1 buah
5
LDO Regulator
LP2950 dan AIC1734
1 buah
6
FeCL3
7
Baterai Alkaline
ABC ukuran AA
40 buah
8
Kertas transfer
Press nโ Peel Blue
2 lembar
9
Soket SD/MMC
Kingfont Metal Cover
1 buah
10
Box Plastik
Generik 10cm x 6cm x 3cm
1 buah
11
Tempat baterai
Ukuran AA isi 4 buah
1 buah
12
XTAL
8 MHz dan 32,768KHz
1 buah
13
LED
Ukuran 3mm
2 buah
14
Baterai micro lithium
CR1216
1buah
15
Pin header
Ukuran 2x40
1 buah
16
Saklar geser kecil
1 buah
17
Flux
1 botol
18
Resistor
19
Kapasitor
SMD 1K8โฆ, 1K2โฆ, 10Kโฆ, 4K7โฆ, 330โฆ 22pF, 10uF/16V
20
PCB Polos
double layer ukuran 20cm x 10cm
0,5 kg
5 buah 3 buah 1 buah
3.3. Rancang bangun perangkat keras Perangkat keras perekam data secara umum dibagi menjadi 5 bagian, yaitu: (1) Sirkuit dasar mikrokontroler dan indikator LED, (2) catu daya, (3) Rancangan rangkaian dasar Sensirion SHT11 dan ATmega32, (4) Rancangan rangkaian dasar DS1307 dan ATmega32, serta (5) Rancangan rangkaian dasar SD card VGEN 1GB dengan ATmega32. Secara umum skema perangkat keras ditunjukan pada Gambar 19.
31
Mikrokontroler
Catu Daya
SHT11
DS1307
Gambar 19. Skema perancangan perangkat keras 3.3.1. Rancangan sirkuit dasar mikrokontroler dan indikator LED Mikrokontroler memiliki sirkuit dasar yang telah ditetapkan oleh lembar data produsen. Sirkuit dasar yang dibutuhkan adalah, sumber clock eksternal dan InSystem Programming (ISP). ISP yang digunakan mengacu pada STK200 Atmel Starter Kit. Indikator LED dipasang untuk mengetahui status dari perekam data (Gambar 20).
Gambar 20. Skematik sirkuit dasar ATmega32 beserta indikator LED
32
ATmega32 memerlukan sumber clock eksternal agar bekerja lebih cepat memproses instruksi yang diperintahkan. Sumber clock berupa XTAL 8Mhz dengan kapasitor 22pF. Nilai XTAL diperoleh dari lembar data ATmega32 dengan nilai maksimum 16MHz. Begitu pula dengan nilai kapasitor pada XTAL yang memiliki rentang antara 12pF hingga 22 pF. ISP menggunakan konektor pin header berjumlah 5 pin dengan 2 baris (2x5) dengan jarak antar pin sejauh 2,54mm. Tersedia di pasaran pin header 2x40, sehingga untuk mendapatkan pin header 2x5 (Gambar 21) kita perlu memotong sesuai dengan kebutuhan.
Gambar 21. Bentuk pin header berukuran 2x5 Indikator LED digunakan untuk mengetahui kondisi dari perekam data (Gambar 22). Digunakan LED berwarna merah dan hijau berukuran 3mm dengan tipe trough-hole. R1 dan R2 digunakan untuk mendapatkan arus yang dibutuhkan oleh LED sebesar 20mA.
Gambar 22. Bentuk LED 3mm dalam berbagai macam warna
33
3.3.2. Rancangan catu daya Salah satu tujuan pembuatan perangkat ini adalah membuat perekam data yang memiliki dimensi kompak dan hemat daya. Jadi sumber catu daya yang digunakan adalah baterai jenis Alkaline sebanyak 4 (empat) buah. Baterai tersebut dirangkai seri sehingga menghasilkan voltase sebesar 6 Volt. Mikrokontroler ATmega32, DS1307, dan SHT11 membutuhkan catu sebesar 5 Volt, sedangkan SD card membutuhkan catu sebesar 3,3 Volt. Oleh karena itu dibutuhkan IC regulator tegangan LDO (Low Dropout Regulator) dengan tipe LP2950 untuk catu 5 Volt dan AIC1734 untuk catu 3,3 Volt. Gambar 23 adalah skematik rangkaian catu daya dengan dua buah regulator linear LDO.
Gambar 23. Skematik rangkaian catu daya Dengan 2 buah regulator LDO, tegangan baterai sebesar 6 Volt akan dikonversi menjadi 5 Volt dan 3,3 Volt. Regulator LP 2950 akan bekerja apabila tegangan input lebih besar 380mV pada beban maksimum 100mA, sedangkan AIC1734 akan bekerja apabila tegangan input lebih besar 480mV pada beban maksimum 300mA.
34
3.3.3. Rancangan rangkaian dasar Sensirion SHT11 dan ATmega32 Untuk menghubungkan sensor Sensirion SHT11 dan mikrokontroler ATmega32, digunakan jenis komunikasi Two-wire Serial Interface. Komunikasi ini membutuhkan 2 (dua) pin dari salah satu port mikrokontroler ATmega32. Port yang digunakan kali ini adalah Port A pin 6 untuk jalur SCK pada SHT11, dan Port A pin 7 untuk jalur DATA pada SHT11.
Gambar 24. Skematik rangkaian dasar SHT11 dan ATmega32 Pull-up resistor pada R1 dan Pull-down resistor pada R3. Fungsi dari Pull-up resistor adalah untuk membuat keadaan logika pada jalur DATA tetap pada kondisi HIGH ketika tidak ada sinyal dari ATmega32 (Gambar 24). Kebalikannya Pull-down resistor membuat keadaan logika pada jalur CLK menjadi LOW ketika tidak ada sinyal dari ATmega32. R2 berfungsi sebagai pengamanan apabila terjadi pengiriman sinyal dari ATmega32 dan SHT11 secara bersamaan. Sensor Sensirion SHT11 yang digunakan sudah berupa modul (Gambar 25). Modul yang digunakan buatan Innovative Electronics DT-Sense SHT11. Modul ini sudah memiliki pull-up resistor dan pull-down resistor.
35
Gambar 25. Modul Innovative Electronics DT-Sense SHT11 Modul ini memudahkan pemasangan sensor SHT11 pada PCB through-hole karena menggunakan pin header. Sensor SHT11 sendiri memiliki tipe paket Surface-mountable LCC (Leadless Chip Carier) yang sulit disolder. Sehingga kerusakan komponen akibat kesalahan penyolderan dapat diminimalisir 3.3.4. Rancangan rangkaian dasar DS1307 dan ATmega32 Jenis komunikasi DALLAS-MAXIM DS1307 Real-Time Clock (RTC) adalah I2C. ATmega32 memiliki hardware I2C pada Port C pin 1 sebagai SDA dan Port C pin 0 sebagai SCL (Gambar 26).
Gambar 26. Skematik rangkaian dasar DS1307 dengan ATmega32 RTC DS1307 membutuhkan 2 (dua) buah pull-up resistor pada kaki SDA dan SCL. Resistor ini digunakan untuk membuat kondisi logika pada jalur SDA dan SCL menjadi HIGH ketika tidak ada sinyal dari mikrokontroler. XTAL yang
36
digunakan memiliki nilai 32,768KHz, sesuai dengan lembar data DS1307. Agar dapat menyimpan tanggal dan waktu tetap berjalan, diperlukan sumber tenaga cadangan ketika catu utama dimatikan. Oleh karena itu digunakan Micro Lithium Cell bertipe CR1216 dengan tegangan 3Volt yang biasa digunakan untuk kalkulator (Gambar 27).
Gambar 27. Bentuk dan dimensi Micro Lithium Cell CR1216 3.3.5. Rancangan rangkaian dasar SD card VGEN 1GB dengan ATmega32 Komunikasi dengan SD card paling mudah adalah Serial Peripheral Interface atau biasa disebut juga dengan SPI. Bentuk antarmuka ini membutuhkan jalur MISO, MOSI, SCK, dan SS. Keempat jalur tersebut terdapat pada Port B pin 4 hingga Port B pin 6. Untuk menyambungkan SD card dengan mikrokontroler digunakan sebuah soket agar SD card dengan mudah dicabut dan diganti. Soket yang digunakan Kingfont Secure Digital Card Connector Metal Cover Type (Gambar 28).
Gambar 28. Kingfont Secure Digital Card Connector Metal Cover Type
37
Gambar 29. Skematik rangkaian dasar ATmega32 dan soket SD card Skematik rangkaian dasar (Gambar 29) merupakan hubungan antara mikrokontroler dan soket SD card. Resistor R1-R3 dan R6-R8 merupakan pembagi tegangan agar tegangan logika (logic level) dari mikrokontroler sesuai dengan tegangan logika SD card pada masing-masing pin. Mikrokontroler memiliki tegangan logika 5Volt pada kondisi HIGH. Sedangkan SD card 2,8Volt hingga 3,6Volt untuk memenuhi kondisi HIGH. Sehingga kondisi HIGH mikrokontroler tidak dapat didefinisikan dan berpotensi merusak SD card. Dengan menggunakan pembagi tegangan, maka sesuai rumus :
Keterangan:
๐๐๐๐๐๐๐๐ =
๐
๐
๐
๐
๐ฅ๐ฅ ๐๐๐๐๐๐ ๐
๐
๐
๐
+ ๐
๐
๐
๐
Ra = R6 hingga R8 dalam Ohm Rb = R1 hingga R3 dalam Ohm Vin = Tegangan masukan, dalam hal ini tegangan logika ATmega32 Vout = Tegangan Keluaran, dalam hal ini tegangan logika SD card
(4)
38
๐๐๐๐๐๐๐๐ =
1800 ๐ฅ๐ฅ 5 ๐๐๐๐๐๐๐๐ = 3 ๐๐๐๐๐๐๐๐ 1200 + 1800
Pin DAT0 tidak memerlukan resistor pembagi tegangan, karena tegangan logika ATmega32 didefinisikan HIGH dengan voltase 0,6 Volt hingga 5,5 Volt, sehingga kondisi HIGH SD card memenuhi kondisi HIGH mikrokontroler. Pin CDI# pada soket SD card adalah Card Detect Indication, berfungsi mengetahui apakah ada SD card di dalam soket. Pin ini dihubungkan ke Port A pin 4 untuk dideteksi perubahan logikanya. R12 dan R13 merupakan pull-up resistor agar logika pada pin tersebut HIGH pada saat tidak ada SD card di dalam soket. Ketika ada SD card masuk ke dalam soket CDI# akan terhubung ke GND sehingga R12 juga berfungsi agar tidak terjadi hubungan pendek. Karena CDI# terhubung ke GND, maka logika di pin tersebut akan menjadi LOW ketika ada SD card di dalam soket. 3.3.6. Pembuatan PCB (Printed Circuit Board) Printed Circuit Board (PCB) dibuat untuk memudahkan pemasangan komponen. Banyak teknik yang dipakai untuk membuat PCB, namun yang digunakan adalah metode transfer gambar menggunakan Press nโ Peel Blue Print. Langkah pertama yang dilakukan adalah membuat gambar rangkaian PCB. Untuk itu kita membutuhkan sebuah skematik lengkap berdasarkan rancangan rangkaian dasar yang telah dibuat. Rancangan sirkuit dasar, rancangan catu daya, serta semua rancangan dasar digabung menjadi satu kesatuan. Gambar 30 adalah skematik lengkap perekam data suhu udara dan kelembaban relatif berbasis mikrokontroler.
39
Gambar 30. Skematik lengkap perekam data suhu udara dan kelembaban relatif Setelah skematik terbentuk, dibuatlah gambar papan PCB (Gambar 31) sesuai dengan dimensi yang diinginkan menggunakan EAGLE 5.2. Semakin kecil dimensi, maka semakin tinggi portabilitas alat. Oleh karena itu, perekam data ini sebagian menggunakan komponen Surface Mount Device (SMD) yang berukuran sangat kecil. Gambar PCB yang dihasilkan terdiri dari 2 bagian, bagian atas atau top layer dan bagian bawah atau bottom layer. PCB polos yang digunakan harus bertipe double layer, yakni memiliki lapisan tembaga pada bagian atas dan bawah.
Gambar 31. Gambar papan PCB bagian bawah (kiri) dan bagian atas (kanan) Setelah desain gambar PCB jadi, kemudian gambar tersebut dicetak ke kertas transfer Press n Peel Blue Print menggunakan printer HPยฎ Laserjet 1006.
40
PCB polos double layer dipoting dengan dimensi berukuran 5,5cm x 4,5cm. Pemotongan PCB polos dilakukan menggunakan gerinda potong. Bagian pinggir PCB diperhalus menggunakan amplas dengan ukuran 240 (Gambar 32).
Gambar 32. Pemotongan PCB polos (kiri) dan penghalusan pinggir PCB (kanan) Permukaan PCB dihaluskan menggunakan amplas berukuran 1500 untuk menghilangkan oksidasi pada lapisan tembaga. Setelah kering, gambar dari kertas transfer dapat dipindahkan menggunakan setrika dengan panas maksimum. Bagian yang terdapat serbuk tinta merupakan bagian yang bersentuhan dengan papan PCB yang sudah dipotong. Gambar bagian bawah PCB ditransfer telebih dahulu karena memiliki jalur yang lebih rapat. Tempat komponen bertipe through-hole (komponen yang membutuhkan lubang pada PCB) dan via (titik yang menghubungkan jalur PCB bawah dan atas) kemudian dilubangi menggunakan bor listrik dengan mata bor 0,5 mm. Lubang pada bagian atas PCB harus dihaluskan menggunakan amplas berukuran 240 karena terdapat sisa pengeboran. Gambar bagian atas PCB selanjutnya ditransfer menggunakan proses yang sama. Setelah semua gambar ditransfer ke PCB, bagian tembaga yang tidak dibutuhkan dapat dihilangkan melalui proses etching. PCB dicelupkan kedalam larutan FeCl3 pekat dan diaduk perlahan hingga
41
tembaga yang tidak diperlukan larut semua. Sisa kertas transfer dihilangkan menggunakan amplas dengan ukuran 600. 3.3.7. Pemasangan komponen Setelah membuat PCB, komponen elektronik dipasang. Pada lapisan bawah PCB, sebagian besar komponen bertipe surface mount device (SMD). Pemasangan komponen ini membutuhkan ketelitian yang tinggi. Oleh karena itu, agar tidak terhalang komponen lain yang lebih besar, bagian ini dikerjakan terlebih dahulu. Gambar 33 menunjukan peletakkan komponen di bagian bawah PCB.
Gambar 33. Peletakkan komponen pada bagian bawah PCB Komponen SMD membutuhkan cara yang berbeda dalam penyolderan dibandingkan komponen biasa. Cairan flux diteteskan sedikit pada jalur tembaga untuk komponen SMD. Flux digunakan agar timah dengan mudah menempel pada jalur tembaga. Flux mudah menguap, oleh karena itu timah panas harus segera diberikan pada jalur tembaga. Setelah terdapat timah pada jalur tembaga, komponen SMD dapat diletakkan menggunakan pinset. Agar komponen tidak mudah bergeser, jalur tembaga yang terdapat timah dapat dipanaskan kembali pada satu sisi terlebih dahulu kemudian sisi yang lain. Gambar 34 adalah komponen yang telah terpasang pada bagian bawah PCB.
42
Bagian atas PCB sebagian besar memiliki komponen through-hole, artinya komponen dipasang pada lubang PCB. Hanya soket SD card dan beberapa resistor yang bertipe SMD.
Gambar 34. Pemasangan komponen pada bagian bawah PCB Peletakkan komponen pada bagian atas PCB dapat dilihat pada Gambar 35 dan Gambar 36 dibawah ini.
Gambar 35. Peletakkan komponen pada bagian atas PCB IC Real-Time Clock (RTC) DS1307 diletakan di bawah sensirion SHT11. Hal ini dilakukan agar ruang yang sedikit tersedia bisa dimanfaatkan semaksimal mungkn. Pin header ISP pada JP1 berukuran 2 x 5, sehingga pin header 2 x 40 harus dipotong dengan menggunakan cutter. Baterai CR1216 harus diperkuat
43
dengan lem panas agar tidak mudah bergeser dan menyebabkan hilangnya penyimpanan waktu dan tanggal pada DS1307.
Gambar 36. Pemasangan komponen pada bagian atas PCB 3.3.8 Casing dan peletakkan komponen Casing atau selubung merupakan tempat semua komponen dan baterai disimpan (Gambar 37 dan Gambar 38). Jenis bahan casing mempengaruhi aktivitas dari sensor Sensirion SHT11. Banyak material yang mampu menyerap kelembaban udara sehingga mempengaruhi waktu respon dan hysteresis. Menurut datasheet SHT11, material yang dapat digunakan adalah semua jenis metal, LCP, POM (Delrin), PVF , termoplastik yang meliputi PTFE , PE, PEEK, PP, PB, PPS, PSU, PVDF. Beberapa komponen perlu dilem untuk memperkuat konstruksinya. Bahan untuk mengelem komponen juga mempengaruhi kinerja sensor. Beberapa lem menghasilkan gas ketika proses pengeringan. Gas yang dihasilkan dapat mengkontaminasi Sensirion SHT11. Apabila menggunakan bahan seperti epoxy dan silikon, setelah kering sebaiknya sensor diletakan pada tempat yang berventilasi atau dipanggang pada suhu 50ยฐC selama 24 jam.
44
Casing yang digunakan berupa kotak plastik generik yang disesuaikan dengan kebutuhan. Beberapa penyesuaian antara lain lubang saklar geser, lubang soket SD card, lubang sensor SHT11, serta dua buah lubang LED. Pembuatan lubang dilakukan menggunakan bor listrik dengan mata bor 1,0mm dan cutter. Karena merupakan kotak generik, tempat peletakkan PCB tidak disediakan. Oleh karena itu untuk meletakkan komponen dilakukan menggunakan lem panas yang tidak menghasilkan gas dan kuat ketika kering. Bagian PCB juga mengalami sedikit pemotongan agar bisa masuk kedalam kotak plastik. Tempat baterai dibuat dari kotak baterai plastik ukuran AA x 4 yang dipotong sedemikian rupa hingga muat ke dalam casing (Gambar 39).
Lubang Sensor
Saklar Geser
Indikator LED
Tampak Atas
Slot SD card
Samping Kiri
Samping Kanan
Gambar 37. Dimensi casing perekam data suhu udara dan kelembaban relatif
Gambar 38. Casing perekam data suhu udara dan kelembaban relatif
45
Gambar 39. PCB dan Baterai terangkai dalam casing
3.4. Rancang bangun perangkat lunak Perangkat lunak berkaitan dengan kinerja perangkat keras. Perangkat lunak pada sistem mikrokontroler biasa juga disebut firmware. Bahasa pemrograman yang digunakan adalah bahasa BASIC. Kompiler yang digunakan adalah BASCOM-AVR 1.11.9.0. Firmware yang telah dibuat akan diunduh ke mikrokontroler menggunakan AVROSPII dan kabel data Klinik Robot AVR USB ISP Programmer. Perangkat lunak berfungsi untuk memberikan instruksi dan menjalankan mikrokontroler. Instruksi yang dilakukan adalah untuk mengambil informasi tanggal, waktu, suhu, RH, titik embun lalu merekamnya ke dalam SD card secara otomatis pada interval yang ditentukan sebelumnya oleh pengguna.
3.4.1. Diagram alir program perekam data Diagram alir dibuat untuk mempermudah perancangan dan pencarian kesalahan pada firmware. Diagram ini juga mempermudah orang lain memahami alur kerja dari alat yang dirancang. Berikut adalah diagram alir untuk alat perekam data suhu udara dan kelembaban relatif berbasis mikrokontroler.
46
Mulai
Inisialisasi Mikrokontroler Deklarasi Variabel LED Merah = 1 LED Hijau = 0 Port A.4 = 1
Port A.4 = 0? Ada SDcard?
Tidak
Ya LED Merah = 0 Tunggu 100ms LED Merah = 1 Tunggu 100ms LED Merah = 0 Tunggu 100ms Inisialisasi SD card
Mmc_stat = 1? SDcard Siap?
Tidak
Ya LED Merah = 1 Buka File Setting.ini Baca Besar Interval (Z) Sampling
Tidak mengatur tanggal dan waktu DS1307
Tidak
Apakah ada baris SETTIME? Ya Atur Tanggal dan Waktu DS1307 Tunggu 500ms, Tutup File Setting.ini
47
Tunggu 500ms, Hapus file Setting.ini
Tulis file Setting.ini baru LED Merah = 0 Buat Nama File berdasarkan tanggal dan waktu (filestr)
Buat file baru dengan ekstensi filestr.txt
Tulis keterangan kolom pada baris pertama (Tanggal,Waktu,Suhu(C), RH, Dewpoint) dengan jarak 1 spasi.
Cari Nilai Waktu Sekarang dari DS1307 Cari Nilai RH dan hitung Dewpoint dari SHT11
Tulis filestr.txt nilai Tanggal,Waktu,Suhu(C), RH, Dewpoint pada baris berikutnya
Cari Nilai Waktu Sekarang dari DS1307
A = nilai menit V = nilai detik Y = A + Interval (Z)
48
Mulai Looping
LED Hijau = 1 D = 59 - Y
Cari Nilai Waktu Sekarang dari DS1307
Y=Z-D
Ya
Apakah Menit sekarang = 59 Dan detik sekarang = V ?
Tidak LED Merah = 1 Apakah Menit sekarang = Y Dan detik sekarang = V ?
Ya
Cari Nilai Waktu Sekarang dari DS1307
Cari Nilai RH dan hitung Dewpoint dari SHT11
Buka filestr.txt
Tulis filestr.txt nilai Tanggal,Waktu,Suhu(C), RH, Dewpoint pada baris berikutnya
Tutup filestr.txt LED Hijau = 0
Akhir Loop
LED Merah = 0
49
3.4.2. Pembuatan firmware Pembuatan firmware dilakukan menggunakan BASCOM-AVR 1.11.9.0. Cara pembuatannya adalah menuliskan kode pemrograman sesuai diagram alir, lalu dikompilasi. Kode pemrograman bisa dibagi menjadi beberapa bagian agar mudah dipahami, antara lain : A. Inisialisasi Mikrokontroler ATmega32 Baris pertama kode pemrograman harus merupakan inisialisasi awal mikrokontroler. Inisialisasi ini meliputi jenis mikrokontroler yang digunakan, serta beberapa fitur yang akan dipakai seperti, frekuensi osilator eksternal yang digunakan, antarmuka I2C, UART untuk debugging program, definisi port, library yang digunakan. Kode yang dituliskan untuk inisialisasi mikrokontroler alat perekam data ini dapat dilihat pada Lampiran 2. B. Inisialisasi variabel, konstanta, dan deklarasi sub program Variabel pada BASIC perlu ditentukan dimensinya. Dimensi yang dimaksud adalah tipe data yang dibutuhkan variabel tersebut. Pemilihan tipe data didasarkan pada rentang nilai yang akan diperlukan variabel tersebut serta ketelitiannya (Tabel 5). Tabel 5. Tipe data beserta rentang nilainya pada BASCOM-AVR Jenis Rentang Nilai Bit 1 atau 0 Byte 0 hingga 255 Integer -32,768 hingga +32,767 Word 0 hingga 65535 Long -2147483648 hingga 2147483647 Single 1.5Eโ45 hingga 3.4E+38 Double 5.0E-324 hingga 1.7E+308 String Karakter ASCII maks. 254 byte
50
Sub program, merupakan bagian dari program utama yang bisa dipanggil untuk melakukan tugas spesifik. Pada bahasa BASIC, sub program ini harus dideklarasikan terlebih dahulu. Lampiran 3 merupakan kode pemrograman inisialisasi variabel, konstanta, dan deklarasi sub program. C. Inisialisasi SD card dan membaca file konfigurasi pengguna Alat perekam data ini bisa diatur melalui sebuah file bernama SETTING.INI yang dibuat pengguna di dalam SD card. Pengaturan yang bisa dilakukan meliputi interval pengambilan data dengan rentang 1 menit hingga 59 menit, pengaturan tanggal, serta pengaturan waktu. Inisialisasi SD card dilakukan terlebih dahulu, lalu dilakukan pembacaan file SETTING.INI. Kode program yang digunakan untuk inisialisasi SD card dan membaca file SETTING.INI dapat dilihat pada Lampiran 4. D. Membuat nama file acak berdasarkan tanggal dan waktu Hasil dari alat perekam data ini akan disimpan dalam sebuah file dengan ekstensi .TXT. Untuk mencegah terjadinya file dengan nama yang sama, diperlukan nama yang acak. Tanggal dan waktu memiliki susunan angka yang unik dan berbeda setiap waktunya. Kode pada Lampiran 5 akan membuat nama file dengan variabel Filestr berdasarkan tanggal dan waktu. E. Looping Utama Setiap program pasti memiliki rutin atau perintah yang dilakukan secara terus-menerus, biasa dinamakan looping. Looping utama dari program alat perekam data ini dapat dilihat pada Lampiran 6.
51
3.4.3. Kompilasi firmware Kompilasi dilakukan setelah kode pemrograman ditulis tanpa ada kesalahan. Untuk mengetahui adanya kesalahan pada program, bisa dilakukan pengecekan melalui menu Program > Check Syntax atau tekan Ctrl+F7. Setelah tidak ada kesalahan kita bisa melakukan kompilasi melalui menu Program > Compile atau tekan F7. Perlu diperhatikan file CONFIG_MMC.bas dan CONFIG_AVRDOS.bas harus disalin dari folder contoh-contoh program BASCOM-AVR. Kedua file ini merupakan rutin utama akses SD card dan sistem file FAT16 yang digunakan pada SD card. Setelah kompilasi, akan terbentuk file dengan ekstensi .hex pada folder diletakannya file kode pemrograman utama. 3.4.4. Memprogram mikrokontroler ATmega32 Setelah firmware terbentuk, maka siap diprogram ke dalam mikrokontroler ATmega32. Pemrograman ini juga biasa disebut Flashing. Program yang dilakukan untuk melakukan proses flashing adalah AVR-OSPII. Pemrograman dilakukan menggunakan Klinik Robot AVR USB ISP Programmer. 3.5. Pengoperasian alat perekam data Alat perekam data suhu udara dan kelembaban relatif diatas permukaan laut berbasis mokrokontroler ini dirancang agar mudah digunakan. Pengguna hanya tinggal menggeser saklar ke posisi ON dan alat langsung bekerja. Ada beberapa parameter yang perlu diatur sebelum alat digunakan. Parameter tersebut adalah interval pengambilan data dan konfigurasi waktu dan tanggal. Parameterparameter tersebut bisa diatur melalui sebuah file pada SD card bernama SETTING.INI. SD card bisa diakses lewat komputer melalui sebuah card reader.
52
File ini bisa dibuka dengan editor teks biasa seperti Notepad pada Windows XP seperti yang ditunjukan Gambar 40.
Gambar 40. File SETTING.INI dibuka menggunakan Notepad Baris pertama mengatur lama interval, nilai dari interval ini berkisar dari 1 hingga 59 menit. Apabila tidak dalam berada nilai tersebut, interval akan diatur selama 5 menit. Baris kedua mengatur apakah waktu dan tanggal perlu diatur ulang, SETTIME apabila ingin mengatur tanggal dan waktu dan NOSETTIME untuk sebaliknya. Apabila SETTIME ditentukan pada baris kedua, maka nilai Time dan Date harus diisi sesuai format yang ada. Setelah mengatur file SETTING.INI pada komputer, masukkan SD card pada alat perekam data. Saklar digeser ke posisi ON, maka LED merah akan menyala. Indikator LED merah akan menyala terus hingga ada SD card yang terdeteksi pada soket. Setelah SD card terdeteksi, LED merah akan berkedip dua kali. Perekam data akan menginisialisasi SD card dan melakukan pembacaan file SETTING.INI. LED merah akan berkedip lagi sekali dengan interval sekitar 500ms. Perekam data akan menghapus file SETTING.INI dan menuliskan kembali ke kondisi semula. Hal ini dilakukan untuk mengubah baris kedua, apabila pengguna lupa mengatur file SETTING.INI maka alat perekam data tidak mengatur waktu dan tanggal kembali. Sebaliknya nilai interval akan diisi dengan
53
nilai yang sama dengan nilai terakhir yang dimasukkan oleh pengguna. LED merah akan berkedip lagi sebanyak satu kali, lalu diikuti dengan matinya LED merah dan berkedipnya LED hijau. LED hijau akan berkedip sebanyak satu kali setiap detik. Ketika LED merah dan LED hijau menyala bersamaan, berarti alat perekam data sedang menulis file pada SD card. Indikator LED merah juga berarti bahwa alat sedang mengakses SD card. Apabila SD card sedang diakses alat perekam data jangan dimatikan, karena dapat merusak struktur file pada SD card. Alat perekam data hanya dapat dimatikan ketika LED hijau saja yang berkedip. Hasil dari perekam data ini berupa file dengan ekstensi .TXT pada SD card. Nama file ditentukan berdasarkan waktu dan tanggal ketika alat dinyalakan. Apabila alat dinyalakan tanggal 11/11/2008 pukul 7:00, maka nama file yang terbentuk 1111870.TXT. File dapat diakses menggunakan komputer yang dilengkapai card reader dan dibuka menggunakan editor teks seperti Notepad (Gambar 41).
Gambar 41. File 1111870.TXT dibuka di Notepad Untuk pengolahan lebih lanjut, file ini bisa dibuka di Microsoft Excel. Untuk memasukkan data Tanggal, Waktu, Suhu(C), RH, Dewpoint ke dalam beberapa kolom, dapat dilakukan Text Import Wizard (Gambar 42) dengan spasi sebagai
54
delimiters. Dewpoint merupakan salah satu parameter yang didapat dari perhitungan antara RH dan Suhu, sehingga bisa juga dikatakan Calculated Dewpoint.
Gambar 42. Text Import Wizard
3.6. Uji coba alat Uji coba alat terdiri dari 2 tahap, yaitu : uji coba skala laboratorium dan uji coba skala lapangan. 3.6.1. Uji coba skala laboratorium Uji coba skala laboratorium meliputi pengujian kinerja instrumen selama 7x24. Interval yang digunakan sebesar 1 menit untuk setiap pengambilan data. Data yang direkam akan dibuat grafik hariannya lalu dianalisa untuk mengetahui kinerja alat perekam data ini. Grafik dibuat menggunakan perangkat lunak Matlab R2008b dengan melakukan penghalusan kurva. Penghalusan kurva dilakukan untuk meminimalisir derau sehingga tampilan mudah dibaca. Metode penghalusan yang digunakan adalah moving average dengan nilai rentang (span) sebesar 30 menit.
55
3.6.2. Uji coba skala lapangan Uji coba skala lapangan meliputi kinerja instrumen di lapangan dan hasilnya dibandingkan dengan alat ukur kelembaban relatif yang ada. Alat ukur pembanding yang digunakan berupa perhitungan dari termometer basah dan termometer kering di Stasiun Lapang Klimatologi, Badan Meteorologi, Klimatologi, dan Geofisika (BMKG) Darmaga. Alat akan diletakan pada tempat yang sama secara berdampingan selama 8x24 jam. Interval yang digunakan untuk perekaman adalah sebesar 1 menit. Hasil yang didapat oleh perekam data akan dibandingkan dengan catatan harian BMKG, serta dibuat grafik hariannya. Penghalusan kurva dilakukan pula pada pengujian skala lapangan dengan metode yang sama dengan pengujian skala laboratorium.
4. HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1. Hasil uji coba skala laboratorium Uji coba skala laboratorium dilakukan di Laboratorium Akustik dan Instrumentasi Kelautan, Departemen Ilmu dan Teknologi Kelautan, Institut Pertanian Bogor. Dari hasil percobaan alat perekam data ini bisa merekam selama kurang lebih 45 jam sampai baterai habis digunakan. Hasil dari uji coba skala laboratorium ini akan berupa grafik dengan rentang waktu per hari (Gambar 43).
Gambar 43. Hasil uji coba skala laboratorium tanggal 6 September 2008 Grafik ini didapat dari file 598239.TXT yang merekam data dari tanggal 5 September 2008 pukul 23:19:01 hingga 8 September 2008 pukul 07:41:02. Hasil uji coba skala laboratorium tanggal 6 September 2008 yang diekstrak menunjukan adanya data yang tidak terekam selama 8 jam 50 menit. Hal ini ditunjukan dengan terputusnya garis pada Gambar 44. Perekaman data terputus pertama kali terjadi pada pukul 4:18:02 dini hari dan mulai merekam data kembali pukul 8:43:02 pagi hari. RH maksimum yang didapat sebesar 91,8% dan terendah 56
57
55,56%. Suhu udara maksimum sebesar 29,6ยฐC dan terendah 22,9ยฐC, sedangkan Calculated Dewpoint maksimum 23,2ยฐC dan terendah sebesar 18,7ยฐC.
Gambar 44. Hasil uji coba skala laboratorium tanggal 7 September 2008 Hasil uji coba skala laboratorium tanggal 7 September 2008 yang ditunjukan Gambar 44 diekstrak dari file 598239.TXT. Dari semua grafik yang ada, Gambar 44 merupakan perekaman data terburuk dengan lama data terputus sebanyak 13 jam 17 menit. Data terputus pertama kali pukul 01:12:02 lalu mulai merekam lagi pukul 05:37:02. Pukul 06:53:02 data terputus hingga merekam kembali pukul 11:20:02. Pukul 12:09:02 data terputus hingga pukul 16:34:02. RH tertinggi didapat sebesar 88,9% dan terendah 66,1%. Suhu udara memiliki rentang 29,2ยฐC hingga 24,4ยฐC serta 24,3ยฐC hingga 19,9ยฐC untuk Calculated Dewpoint. Gambar 45 yang merupakan hasil uji coba skala laboratorium tanggal 8 September 2008 diekstrak dari 2 buah file, yaitu 598239.TXT dan 8981134.TXT. File 8981134.TXT merekam data dari tanggal 8 September 2008 pukul 11:34:12 hingga 9 September 2008 pukul 10:01:13.
58
Gambar 45. Hasil uji coba skala laboratorium tanggal 8 September 2008 Data terputus selama 8 jam 18 menit. Terputusnya data diawali karena habisnya baterai pada saat perekaman data pada pukul 7:41:02. Setelah diganti baterainya pada pukul 11:34:12 alat mulai merekam data kembali hingga pukul 18:56:13. Data terputus kembali hingga pukul 23:23:13. RH tertinggi sebesar 86,6% dan terendah didapat sebesar 64,6%. Suhu tertinggi didapat sebesar 29,4ยฐC dan terendah 24,6ยฐC. Sedangkan Calculated Dewpoint tertinggi sebesar 23,8056ยฐC dan terendah 21,39ยฐC.
Gambar 46. Hasil uji coba skala laboratorium tanggal 9 September 2008
59
Gambar 46 merupakan hasil uji coba skala laboratorium tanggal 9 September 2008 yang diekstrak dari file 8981134.TXT dan 998108.TXT. 998108.TXT merupakan perekaman data dari tanggal 9 September 2008 pukul 10:08:37 hingga 10 September 2008 pukul 12:58:38. Data terputus selama 4 jam 32 menit. Baterai diganti pada waktu yang cukup tepat sehingga ada jeda sekitar 7 menit Jeda ini terjadi pukul 10:01:13 hingga 10:08:37 yang sulit terlihat pada grafik. Pukul 17:33:38 data terputus hingga pukul 21:58:38. RH tertinggi sebesar 89,6% dan terendah 65 %. Suhu udara maksimum sebesar 28,9ยฐC dan minimun 23ยฐC. Calculated Dewpoint didapat maksimum sebesar 25,3ยฐC dan minimum 21ยฐC.
Gambar 47. Hasil uji coba skala laboratorium tanggal 11 September 2008 Gambar 47 menunjukan hasil uji coba skala laboratorium tanggal 11 September 2008 diekstrak dari dua buah file 1098137.TXT dan 11981243.TXT. 1098137.TXT merupakan pengambilan data pada 10 September 2008 pukul 13:07:13 hingga 11 September 2008 pukul 12:40:1, sedangkan 11981243.TXT merupakan pengambilan data 11 September 2008 pukul 12:43:12 hingga 13 September 2008 pukul 08:18:13. Penggantian baterai dilakukan dengan jeda
60
sekitar 3 menit sehingga sulit terlihat pada Gambar 47. Data terputus selama 1 jam 37 menit. Pukul 22:26:13 data terputus hingga pukul 00:00:00. RH maksimum memiliki nilai sebesar 91,1% dan terendah sebesar 69,9%. Suhu udara maksimum bernilai 29,4ยฐC dan minimum 24,1ยฐC, sedangkan Calculated Dewpoint maksimum sebesar 24,9064ยฐC dan minimum sebesar 22,2ยฐC. Hasil uji coba skala laboratorium tanggal 12 September 2008 diekstrak dari file 11981243.TXT yang sama digunakan pada tanggal 11 September 2008. Perekaman data terputus selama 6 jam 49 menit. Data terputus pukul 08:19:13 hingga mulai merekam data kembali pukul 12:44:13. Data terputus kembali pukul 15:41:13 hingga 20:08:13 seperti tampak pada Gambar 48.
Gambar 48. Hasil uji coba skala laboratorium tanggal 12 September 2008 RH maksimum didapat sebesar 91 % dan minimum sebesar 65,4%. Suhu udara maksimum sebesar 28,9ยฐC dan terendah sebesar 24ยฐC, sedangkan Calculated Dewpoint tertinggi sebesar 24,6ยฐC dan terendah sebesar 21,6ยฐC. Hasil uji coba berikutnya adalah hasil uji coba laboratorium pada tanggal 27 September 2008. Daya tahan baterai lebih baik dibandingkan sebelumnya
61
dikarenakan adanya beberapa perbaikan pada alat perekam data. Perbaikan tersebut meliputi perbaikan LDO linear regulator, perbaikan penempatan pada casing, dan beberapa komponen yang longgar akibat proses bongkar pasang baterai. Hasil tanggal 27 September 2008 ini diekstrak dari file 26981027.TXT. File ini merekam data mulai 26 September 2008 pukul 10:27:02 dan berakhir 29 September 2008 pukul 01:42:02. Perekaman sehari penuh dapat dilakukan tanpa ada data yang terputus seperti yang ditunjukan Gambar 49.
Gambar 49. Hasil uji coba skala laboratorium tanggal 27 September 2008 RH tertinggi didapat sebesar 84,6% dan terendah 31,6%. Suhu udara tertinggi sebesar 42,7ยฐC dan terendah sebesar 23,4ยฐC. Didapat nilai maksimum sebesar 26,2ยฐC dan minimum sebesar 16ยฐC untuk Calculated Dewpoint. Gambar 50 menunjukan hasil uji coba skala laboratorium tanggal 28 September 2008 diekstrak dari file 26981027.TXT. Perekaman data terputus selama 4 jam 27 menit. Data terputus pukul 18:50:02 hingga 23:17:02 lalu mulai merekam kembali. Perekaman terakhir menunjukan fluktuasi yang cukup signifikan.
62
Gambar 50. Hasil uji coba skala laboratorium tanggal 28 September 2008 RH tertinggi diperoleh sebesar 100% dan terendah 30,2%. Suhu udara tertinggi diperoleh sebesar 43,3ยฐC dan terendah 22,9ยฐC. 28,8ยฐC merupakan Calculated Dewpoint tertinggi dan 19,4ยฐC merupakan yang terendah. Dari 8 grafik terlihat bahwa alat perekam data kelembaban relatif dan suhu udara berbasis mikrokontroler belum sempurna dalam merekam data. Terputusnya perekaman data dimungkinkan terjadi karena beberapa faktor. Pertama, gangguan komunikasi antara mikrokontroler dengan RTC DS1307. DS1307 merupakan pewaktu digital. Apabila mikrokontroler tidak bisa memebaca nilai jam pada DS1307, maka data tidak akan terekam. Gangguan ini bisa berupa buruknya koneksi jalur tembaga pada PCB. Jalur tembaga pada PCB tidak diberi lapisan pelindung dari oksidasi. Gangguan berikutnya bisa berupa kualitas solder yang kurang baik karena penyolderan dilakukan menggunakan tangan. Kedua, gangguan komunikasi antara mikrokontroler dengan SD card. Selain gangguan buruknya jalur tembaga dan penyolderan yang buruk, bisa juga karena
63
gangguan elektromagnetik pada jalur sinyal. Jalur sinyal SD card dekat dengan jalur catu daya yang dapat menimbulkan gangguan elektromanetik. Ketiga, keterbatasan kemampuan mikrokontroler dalam manajemen memori Static Random Access Memory (SRAM). Perbaikan pada LDO linear regulator mampu memberikan tambahan waktu perekaman data. Hal ini bisa dilihat dari besarnya file 598239.TXT sebesar 77KB sebelum LDO linear regulator diperbaiki, sedangkan 26981027.TXT sebesar 131KB setelah diperbaiki.
4.2. Hasil uji coba skala lapangan Uji coba skala lapangan dilakukan di Stasiun Lapang Klimatologi, Badan Meteorologi, Klimatologi, dan Geofisika Darmaga. Alat perekam data diletakan dalam sangkar berdampingan dengan termometer bola basah dan termometer bola kering. Interval pengambilan data sebesar 1 menit, sedangkan data pembanding BMKG diambil dengan interval 1 jam. Penggantian baterai dilakukan dua hari sekali lalu dinyalakan kembali pukul 7:00 pagi WIB. Gambar 51 menunjukan posisi alat perekam data dalam sangkar.
Gambar 51. Posisi alat perekam data (kotak merah) dalam sangkar Stasiun Lapang Klimatologi Badan Meteorologi dan Geofisika Darmaga
64
Sangkar diletakan pada sebuah lapangan rumput terbuka, sehingga perubahan suhu udara dan kelembaban relatif di lingkungan sekitar langsung teramati (Gambar 52).
Gambar 52. Posisi sangkar di Stasiun Lapang Klimatologi, BMKG Darmaga
Pengambilan data suhu udara dan kelembaban relatif di BMKG dilakukan mulai pukul 07:00 hingga 22:00 dengan interval 1 jam. Pengukuran RH dilakukan dengan mengamati suhu termometer bola basah dan suhu termometer bola kering, lalu dilihat hubungannya di tabel psikometrik (Psychometric Table) sehingga didapat kelembaban relatifnya. Pengujian skala lapangan tanggal 8 November 2008 dimulai pukul 7:00 seperti ditunjukan pada Gambar 53. Data diekstrak dari file 811870.TXT yang merekam data mulai tanggal 8 November 2008 pukul 07:00:02 hingga 10 November 2008 pukul 19:16:02. Terdapat perekaman data yang terputus selama 4 jam 27 menit. Perekaman data terputus pada pukul 10:35:02 hingga 15:02:02. RH tertinggi didapat sebesar 83.8% dan terendah 64.9%. 31,33ยฐC merupakan suhu udara maksimum dan terendah sebesar 26,9ยฐC. Calculated Dewpoint mencapai maksimum dengan nilai 25,4ยฐC dan minimum 23,1ยฐC.
65
Gambar 53. Hasil uji coba skala lapangan tanggal 8 November 2008 Hasil uji coba skala lapangan tanggal 9 November 2008 ditunjukan pada Gambar 54 yang diekstrak dari file 811870.TXT. Perekaman data terputus selama 4 jam 25 menit yang dimulai pukul 07:01:02 hingga 11:26:02.
Gambar 54. Hasil skala uji coba skala lapangan tanggal 9 November 2008
66
RH terbesar didapat sebesar 100% dan terendah 60,2%. Suhu udara bernilai maksimum sebesar 32,8ยฐC dan minimum 24,6ยฐC, sedangkan Calculated Dewpoint didapat dengan rentang 29,2ยฐC hingga 21,1ยฐC. Terdapat beberapa fluktuasi yang signifikan yang mungkin disebabkan kondisi lingkungan yang sangat dinamis.
Gambar 55. Hasil uji coba skala lapangan tanggal 10 November 2008 Gambar 55 menunjukan hasil uji coba tanggal 10 November 2008. Data yang diekstrak diperoleh dari file 811870.TXT. File ini terakhir mencatat pada pukul 19:16:02 yang juga merupakan waktu habisnya baterai. Nilai RH maksimum didapat sebesar 100% dan minimum sebesar 61%. Suhu udara tertinggi sebesar 38,3ยฐC dan terendah sebesar 16,4ยฐC, sedangkan Calculated Dewpoint didapat tertinggi sebesar 36,6ยฐC dan terendah 13,7ยฐC. Fluktuasi nilai yang signifikan terjadi sekitar pukul 03:00 hingga 06:00 dan 13:00 hingga 15:00.
67
Gambar 56. Hasil uji coba skala lapangan tanggal 11 November 2008 Gambar 56 menunjukan hasil uji coba skala lapangan tanggal 11 November 2008 diekstrak dari file 1111870.TXT. Perekaman pada file tersebut dimulai tanggal 11 November 2008 pukul 07:00:02 hingga 13 November 2008 pukul 18:01:02. Terdapat perekaman data yang terputus dimulai pukul 16:46:02 selama 4 jam 27 menit hingga pukul 21:13:02. RH maksimum didapat sebesar 87,6% dan terendah sebesar 52,3%. Suhu udara tertinggi didapat sebesar 34,8ยฐC dan terendah 26,9ยฐC. Calculated dewpoint tertinggi diperoleh sebesar 26ยฐC dan terendah 21,6ยฐC. Gambar 57 menunjukan hasil uji coba lapangan tanggal 12 November 2008. Data diekstrak dari file 1111870.TXT dan merekam data dari pukul 00:00 hingga 20:03:02. Terdapat perekaman data yang terputus selama 3 jam 57 menit. Nilai RH maksimum menunjukan angka sebesar 100% dan terendah 41,8%. Suhu udara tertinggi sebesar 35,9ยฐC dan terendah didapat sebesar 24,1ยฐC. Hasil perhitungan dewpoint didapat niai maksimum 31,6ยฐC dan terendah sebesar
68
20,2ยฐC. Fluktuasi nilai terlihat jelas pada siang hari dan sangat jelas di akhir perekaman pada pukul 17:00.
Gambar 57. Hasil uji coba lapangan tanggal 12 November 2008 Hasil uji coba tanggal 14 November 2008 diekstrak dari file 1411873.TXT seperti yang ditunjukan Gambar 58.
Gambar 58. Hasil uji coba lapangan tanggal 14 November 2008
69
File ini merekam data mulai 14 November 2008 pukul 07:03:19 hingga 16 November 2008 pukul 19:16:20. Hasil uji coba menunjukan RH tertinggi diperoleh nilai sebesar 88,7% dan terendah 52,9%. Suhu udara diperoleh paling tinggi sebesar 33,9ยฐC dan terendah sebesar 27ยฐC. Calculated Dewpoint tertinggi dicatat sebesar 27,3ยฐC dan terendah bernilai 22ยฐC. Fluktuasi juga hanya terlihat pada pagi hari dan berangsur konstan.
Gambar 59. Hasil uji coba lapangan tanggal 15 November 2008 Menggunakan file 1411873.TXT, dapat diekstrak hasil pengukuran tanggal 15 November 2008. Tidak terjadi hilangnya perekaman data seperti yang ditunjukan Gambar 59. RH tertinggi didapat sebesar 90,7% dan terendah 51,7%. Suhu udara tercatat paling tinggi sebesar 33,2 ยฐC dan 24,4ยฐC. Untuk Calculated Dewpoint diperoleh maksimum sebesar 26,6ยฐC dan terendah 20,5ยฐC. Hasil relatif konstan dengan sedikit fluktuasi pada siang hari. Gambar 60 menunjukan hasil perekaman data tanggal 16 November 2008. Data diekstrak dari file yang sama dengan tanggal 14 November 2008. Perekaman
70
data yang terputus mulai pukul 1:20:20 selama 4 jam 25 menit hingga pukul 5:45:20 . Diperoleh hasil tertinggi sebesar 100% dan terendah sebesar 50,4% untuk pengukuran RH. Suhu udara diperoleh nilai maksimum 35,2ยฐC dan terendah 20ยฐC. Untuk Calculated Dewpoint didapat nilai tertinggi sebesar 37,6ยฐC dan terendah 18,7ยฐC. Terjadi pula lonjakan nilai dan fluktuasi pada akhir perekaman data sekitar pukul 17:00.
Gambar 60. Hasil uji coba lapangan tanggal 16 November 2008 Untuk melengkapi pengukuran, diambil kembali data tanggal 25 November 2008 seperti yang ditunjukan Gambar 61. File yang digunakan adalah 2511870.TXT lalu diekstrak datanya. Pada file ini terdapat perekaman dari tanggal 25 November 2008 pukul 07:00:39 hingga 27 November 2008 pukul 13:23:39. Didapat RH tertinggi sebesar 94,9% dan terendah sebesar 49,8%. Suhu udara didapat maksimum sebesar 35,33ยฐC dan terendah sebesar 26,7ยฐC. Calculated Dewpoint didapat tertinggi sebesar 26ยฐC dan terendah 22,2ยฐC. Fluktuasi nilai juga bisa dikatakan rendah dan cenderung konstan.
71
Gambar 61. Hasil uji coba lapangan tanggal 25 November 2008 Gambar 53 hingga Gambar 61 menunjukan bahwa masih terdapat perekaman data yang terputus pada uji coba skala lapangan. Terdapat fluktuasi yang signifikan pada tanggal 10,12 dan 16 November 2008. Faktor yang menyebabkannya adalah kondisi lingkungan pada saat itu memang fluktuatif. Karena pengambilan sampel alat perekam data sebesar 1 menit, fluktuasi tersebut terlihat lebih jelas. Apabila dibandingkan dengan pengujian skala laboratorium, maka terlihat perbedaan hasil pengukuran yang cenderung konstan dibandingkan pengukuran skala lapangan. 4.2.1. Perbandingan nilai RH dan suhu udara dengan data BMKG Nilai yang didapat dari alat perekam data kelembaban relatif dan suhu udara berbasis mikrokontroler dibandingkan dengan data BMKG. Hasil yang didapat untuk melihat besarnya perbedaan nilai yang diperoleh masing-masing alat.
72
Gambar 62. Perbandingan nilai RH alat perekam data dan BMKG tanggal 8 November 2008
Gambar 63. Perbandingan nilai suhu udara alat perekam data dan BMKG tanggal 8 November 2008
Gambar 64. Perbandingan nilai RH alat perekam data dan BMKG tanggal 9 November 2008
73
Gambar 65. Perbandingan nilai suhu udara alat perekam data dan BMKG tanggal 9 November 2008
Gambar 66. Perbandingan nilai RH alat perekam data dan BMKG tanggal 10 November 2008
Gambar 67. Perbandingan nilai suhu udara alat perekam data dan BMKG tanggal 10 November 2008
74
Gambar 68. Perbandingan nilai RH alat perekam data dan BMKG tanggal 11 November 2008
Gambar 69. Perbandingan nilai suhu udara alat perekam data dan BMKG tanggal 11 November 2008
Gambar 70. Perbandingan nilai RH alat perekam data dan BMKG tanggal 12 November 2008
75
Gambar 71. Perbandingan nilai suhu udara alat perekam data dan BMKG tanggal 12 November 2008
Gambar 72. Perbandingan nilai RH alat perekam data dan BMKG tanggal 14 November 2008
Gambar 73. Perbandingan nilai suhu udara alat perekam data dan BMKG tanggal 14 November 2008
76
Gambar 74. Perbandingan nilai RH alat perekam data dan BMKG tanggal 15 November 2008
Gambar 75. Perbandingan nilai suhu udara alat perekam data dan BMKG tanggal 15 November 2008
Gambar 76. Perbandingan nilai RH alat perekam data dan BMKG tanggal 16 November 2008
77
Gambar 77. Perbandingan nilai suhu udara alat perekam data dan BMKG tanggal 16 November 2008
Gambar 78. Perbandingan nilai RH alat perekam data dan BMKG tanggal 25 November 2008
Gambar 79. Perbandingan nilai suhu udara alat perekam data dan BMKG tanggal 25 November 2008
78
Berdasarkan tampilan Gambar 62 hingga Gambar 79 bisa dilihat bahwa alat perekam data memiliki garis tren yang mirip dengan data BMKG. Namun, nilai alat perekam data berbeda dengan nilai data BMKG. Ada beberapa faktor yang menyebabkan perbedaan nilai tersebut. Pertama, kesalahan pengukuran sensor suhu dan kelembaban relatif SHT11. Sensor SHT11 sudah terkalibrasi dari produsennya, namun ketika distribusi dan penyolderan mungkin ada bahan kimia yang masuk ke sensor. Kontaminasi ini bisa mengakibatkan kesalahan pembacaan sensor. Kedua, desain PCB dan casing yang tidak melepas panas dengan baik. Suhu udara cenderung selalu lebih tinggi dibandingkan data BMKG. Dalam penelitian ini analisis termal tidak dilakukan. Analisis termal berfungsi untuk mengetahui komponen mana saja yang menghasilkan panas paling banyak dan pengaruhnya kepada komponen lain. LDO Linear Regulator diperkirakan menghasilkan panas paling banyak karena membuang kelebihan arus sebagai panas. Letak dari regulator ini dekat dengan sensor, sehingga kemungkinan terjadinya transfer bahang ke sensor SHT11 cukup tinggi. Bahan casing yang terbuat dari plastik juga mempengaruhi sensor. Menurut The Engineering ToolBox (2005) bahan termoplastik (misal: PP, PE dan PTFE) memiliki konduktivitas termal berkisar antara 0,1 โ 0.51 W/mK pada suhu 25ยฐC. Semakin tinggi nilai konduktivitas, maka semakin baik sebuah bahan melepas panas. Bahan termoplastik sangat kecil sekali nilai konduktivitas termalnya dibandingkan Aluminum yang bisa mencapai 250 pada suhu 25ยฐC. Dapat disimpulkan bahan termoplastik tidak dapat melepas panas dengan baik.
79
4.2.2. Error nilai RH dan suhu udara Perbedaan nilai RH dan suhu udara akan diplotkan dalam sebuah grafik harian. Nilai yang didapat berdasarkan pengurangan nilai yang diperoleh oleh alat perekam data dengan nilai dari data BMKG. Karena interval pengambilan data BMKG satu jam, maka nilai yang diekstrak dari alat perekam data hanya waktu yang mendekati waktu pengambilan data BMKG. Selanjutnya besar perbedaan nilai ini disebut sebagai nilai Error RH dengan satuan % untuk parameter RH. Sedangkan untuk parameter suhu udara disebut nilai Error Suhu Udara dengan satuan ยฐC. Gambar 80 menunjukan grafik error suhu udara, sedangkan Gambar 81 menunjukan grafik error RH. Terdapat selisih yang besar antara data hasil rekaman dengan data BMKG. Nilai minus (-) menunjukan bahwa nilai data rekaman lebih kecil dibandingkan data BMKG. Sebaliknya, nilai (+) menunjukan bahwa nilai data rekaman lebih besar daripada nilai BMKG. Selisih terbesar RH dari semua hari pengamatan adalah sebesar -20,4%, sedangkan selisih suhu udara terbesar sebesar 7,3ยฐC. Nilai error suhu udara yang direkam cenderung mendekati nilai data BMKG pada sore hari sekitar pukul 18.00. Hal ini ditunjukan dengan nilai error yang semakin kecil. Faktor - faktor yang menyebabkanya diduga akibat penggunaan bahan casing yang tidak melepas panas dengan baik. Siang hari, sangkar terpapar cahaya matahari cukup tinggi sehingga casing mengalami pemanasan. Komponen LDO Linear Regulator juga melepas panas cukup banyak. Kondisi ini tidak didukung oleh kapasitas pelepasan panas oleh casing sehingga mempengaruhi pembacaan nilai sensor. Pada malam hari, kondisi udara lebih dingin dibandingkan siang hari sehingga pembacaan nilai suhu kembali normal.
7:00 9:00 11:00 13:00 15:00 17:00 19:00 21:00 7:00 9:00 11:00 13:00 15:00 17:00 19:00 21:00 7:00 9:00 11:00 13:00 15:00 17:00 19:00 21:00 7:00 9:00 11:00 13:00 15:00 17:00 19:00 21:00 7:00 9:00 11:00 13:00 15:00 17:00 19:00 21:00 7:00 9:00 11:00 13:00 15:00 17:00 19:00 21:00 7:00 9:00 11:00 13:00 15:00 17:00 19:00 21:00 7:00 9:00 11:00 13:00 15:00 17:00 19:00 21:00 7:00 9:00 11:00 13:00 15:00 17:00 19:00 21:00
Nilai Error Suhu (ยฐC) 8 7,3
6
4
2
0
-2
-4
-6
8 November 2008 9 November 2008 10 November 2008 11 November 2008 12 November 2008 14 November 2008 15 November 2008 16 November 2008 25 November 2008
Waktu
Gambar 80. Grafik error suhu udara pada pengujian skala lapangan 80
7:00 9:00 11:00 13:00 15:00 17:00 19:00 21:00 7:00 9:00 11:00 13:00 15:00 17:00 19:00 21:00 7:00 9:00 11:00 13:00 15:00 17:00 19:00 21:00 7:00 9:00 11:00 13:00 15:00 17:00 19:00 21:00 7:00 9:00 11:00 13:00 15:00 17:00 19:00 21:00 7:00 9:00 11:00 13:00 15:00 17:00 19:00 21:00 7:00 9:00 11:00 13:00 15:00 17:00 19:00 21:00 7:00 9:00 11:00 13:00 15:00 17:00 19:00 21:00 7:00 9:00 11:00 13:00 15:00 17:00 19:00 21:00
Nilai Error RH (%) 15
10
5
0
-5
-10
-15
-20 -20,4
-25
8 November 2008 9 November 2008 10 November 2008 11 November 2008 12 November 2008 14 November 2008 15 November 2008 16 November 2008 25 November 2008
Waktu
Gambar 81. Grafik error RH pada pengujian skala lapangan 81
82
4.3. Perbandingan alat perekam data dengan LogTag HAXO-8 LogTag HAXO-8 merupakan perekam data komersil suhu udara dan kelembaban relatif buatan MicroDAQ. Tabel 6 menunjukan perbandingan spesifikasi antara alat perekam data yang dibuat dengan HAXO-8. Tabel 6. Perbandingan spesifikasi alat perekam data dan HAXO-8 Spesifikasi Alat perekam data HAXO-8 Rentang Suhu Udara -40ยฐC hingga +123.8ยฐC -40ยฐC hingga +85ยฐC Rentang 0% hingga 100% RH 0% hingga 100% RH Kelembaban Relatif Catu Daya Baterai Alkaline AA 4 buah Lithium 3V rechargeable Daya tahan baterai 3 hari 2-3 tahun Media penyimpanan SD card Internal Kapasitas penyimpanan
Koneksi dengan PC Instalasi driver Dimensi (PxLxT)
Hingga 2GB
8000 parameter (+ 100KB)
Card Reader Tergantung card reader, umumnya tidak butuh 10cm x 6cm x 3cm
Kabel data Butuh 8,6cm x 5,45cm x 0,86cm
Jika dibandingkan dengan alat perekam data komersil yang ada, kelebihan dari alat perekam data yang dibuat adalah kapasitas penyimpanan yang tinggi dan kemudahan dalam memindahkan data. Kekurangan dari perekam data yang dibuat adalah daya tahan baterai yang sangat rendah, dimensi yang besar, serta perekaman yang masih terputus.
83
5. KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan Instrumen perekam data kelembaban relatif dan suhu udara berbasis mikrokontroler telah dikembangkan dalam penelitian ini, namun masih perlu disempurnakan. Walaupun fungsinya sebagai perekam data sudah bisa dibuktikan, namun terdapat beberapa masalah yang perlu diatasi. Data perekaman yang terputus salah satu masalah yang perlu dipecahkan. Faktor-faktor penyebab tidak terekamnya data antara lain : komunikasi mikrokontroler dengan DS1307 terganggu, komunikasi mikrokontroler dengan SD card terganggu, keterbatasan mikrokontroler dalam manejemen memori. Selisih antara nilai hasil perekaman juga termasuk besar. Selisih terbesar RH dari semua hari pengamatan adalah sebesar -20,4%, sedangkan selisih suhu udara terbesar sebesar 7,3ยฐC. Faktor-faktor yang mungkin menyebabkannya adalah kesalahan pengukuran sensor suhu udara dan kelembaban relatif SHT11 akibat masuknya kontaminan, serta desain PCB dan casing yang tidak bisa melepas panas dengan baik sehingga mempengaruhi Sensirion SHT11. Apabila dibandingkan dengan perekam data komersil HAXO-8, alat perekam data yang dikembangkan memiliki kelebihan berupa kapasitas penyimpanan dan kemudahan dalam transfer data. Kekurangan dari alat perekam data yang dibuat adalah rendahnya daya tahan baterai, dimensi yang besar serta terputusnya data perekaman.
83
84
5.2. Saran 1. Desain elektronik secara keseluruhan harus ditinjau kembali, terutama bagian catu daya, DS1307 dan SD card. 2. Perlunya pengkalibrasian ulang sensor suhu udara dan kelembaban relatif SHT1 , baik secara perangkat keras dengan melakukan pengeringan dan rehidrasi, maupun perangkat lunak. 3. Perlunya analisis termal agar Sensirion SHT11 tidak terpengaruh oleh radiasi panas komponen lain. 4. Perlunya menggunakan baterai yang bisa diisi ulang, walaupun akan menambah rangkaian secara keseluruhan. 5. Perbaikan antarmuka pengguna (User Interface) berupa manajemen file hasil rekaman yang lebih baik, misal membuat file berdasarkan hari perekaman.
85
DAFTAR PUSTAKA AIC. 2006. AIC1734 300mA Low Dropout Linear Regulator. http://www.analog.com.tw/ImgShow/DS-1734G-01.pdf. [31 Juli 2008] Atmel. 2008. 8-bit AVRยฎ Microcontroller with 32 KB In-System Programmable Flash. http://www.atmel.com/dyn/resources/prod_documents/doc2503.pdf. [31 Juli 2008] Blundell, S. J., dan K. M. Blundell. 2006. Concept in Thermal Physics. Hal. 3040. Oxford University Press US. New York, NY. 483h. Brock, F.V., dan S. J. Richardson. 2001. Meteorogical Measurement System. Oxford University Press US. New York, NY. 310 h. Dallas-Maxim Semiconductor. 2008. DS1307 64 x 8, Serial, I2C Real-Time Clock. http://datasheets.maxim-ic.com/en/ds/DS1307.pdf. [31 Juli 2008] Davis, L. 2008. Secure Digital Card Pinout. http://www.interfacebus.com/Secure_Digital_Card_Pinout.html. [31 Juli 2008] Fontes, J. 2005. Humidity Sensors. h.271-285. In. J.Wilson (ed.). Sensor Technology Handbook. Elsevier. Oxford. Gadre, D.V. 2001. Programing and Customizing The AVR Microcontroller. McGraw-Hill. New York, NY. 366h. Kalinsky, D., dan R. Kalinsky. 2002. Introduction to Serial Peripheral Interface. http://www.embedded.com/story/OEG20020124S0116. [5 Agustus 2008] Kenny, T. 2005. Sensor Fundamentals. h.1-20. In. J.Wilson (ed.). Sensor Technology Handbook. Elsevier. Oxford. Linden, D. 2002. Basic Concept. ch. 1.1-1.5. In Linden,D.,dan Thommas B.R.(ed.). Handbook of Batteries. Third Edition. McGraw-Hill. Boston. National Semiconductor. 2005. LP2950/LP2951. Series of Adjustable Micropower Voltage Regulator. http://www.national.com/ds/LP/LP2950.pdf. [31 Juli 2008] NWS. 2005. Dew Point. http://www.weather.gov/glossary/index.php?word=dew%20point. [4 Februari 2009]
86
Ramdani, T. 2006. Rancang Bangun Prototipe Irradiance-Meter Bawah Air. Skripsi (Tidak Dipublikasikan). Fakultas Perikanan dan Ilmu Kelautan. IPB. Bogor. Roveti, D. K. 2001. Choosing a Humidity Sensor: A Review of Three Technologies. http://www.sensorsmag.com/articles/0701/54/main.shtml. [2 Desember 2008] Sensirion. 2007. SHT1x/SHT7x Humidity and Temperature Sensor. http://www.sensirion.com/images/getFile?id=25. [31 Juli 2008] The Engineering ToolBox. 2005. Thermal Conductivity of some common materials. http://www.engineeringtoolbox.com/thermal-conductivityd_429.html. [4 Februari 2009] Park, J.L. 1998. The Meaning of Reduction and Oxidation. http://dbhs.wvusd.k12.ca.us/webdocs/Redox/Meaning-of-Redox.html. [2 Desember 2008] Ritter, M. 2007. Air Temperature Patterns. http://www.uwsp.edu/geo/faculty/ritter/geog101/uwsp_lectures/lecture_at mospheric_temperature.html. [14 November 2008] Scarr F.R., J. C. Hunter, dan P. J. Slezak. 2002. Alkaline-Manganese Dioxide Batteries. ch. 10.1-10.5. In Linden,D.,dan Thommas B.R.(ed.). Handbook of Batteries. Third Edition. McGraw-Hill. Boston. Webopedia. 2003. What is Microcontroller?. http://www.webopedia.com/TERM/m/microcontroller.html [31 Juli 2008] Yunus, A. 2003. Rancang Bangun Alat Pengukur Suhu dan Salinitas Digital Berbasis Mikrokontroler 89C51. Skripsi (Tidak Dipublikasikan). Fakultas Perikanan dan Ilmu Kelautan. IPB. Bogor. Zamacona, J. R. D., G. Calva, M. A. B. Saucedo, J. Castillo, dan S. Quintana. 2004. Meteorogical Unit for Didactic Uses (UMUD). Journal of Applied Research and Technology. 2(003): 255-260 Zumbahlen, M (ed.). 2008. Linear Circuit Design Handbook. Hal 684-700. Elsevier. Amsterdam. 943h.
LAMPIRAN
88
Lampiran 1. Contoh perhitungan konversi nilai digital menjadi besaran fisik
Apabila didapat nilai digital sebesarโ1001โ0011โ0001โ, maka dirubah menjadi bilangan desimal maka, hasilnya akan menjadi : (1 ร 211 ) + (0 ร 210 ) + (0 ร 29 ) + (1 ร 28 ) + (0 ร 27 ) + (0 ร 26 ) +
(1 ร 25 ) + (1 ร 24 ) + (0 ร 23 ) + (0 ร 22 ) + (0 ร 21 ) + (1 ร 20 ) =
(1 ร 2048) + (0 ร 1024) + (0 ร 512) + (1 ร 256) + (0 ร 128) + (0 ร 64) + (1 ร 32) + (1 ร 16) + (0 ร 8) + (0 ร 4) + (0 ร 2) + (1 ร 1) = ๐๐๐๐๐๐๐๐
Untuk mengonversi nilai sensor menjadi besaran fisik diperlukan persamaan (1), maka hasilnya menjadi: ๐
๐
๐
๐
๐ฟ๐ฟ๐ฟ๐ฟ๐ฟ๐ฟ๐ฟ๐ฟ๐ฟ๐ฟ๐ฟ๐ฟ = โ4 + (0,0405 ร 2353) + (โ2,8 ร 10โ6 ร 23532 ) = ๐๐๐๐, ๐๐๐๐๐๐๐๐% Misalkan suhu lingkungan sebesar 27,8ยฐC, maka menggunakan persamaan (3), RH terkompensasi suhu adalah : ๐
๐
๐
๐
๐๐๐๐๐๐๐๐ = (27,8 โ 25) ร (0,01 + 0,00008 ร 2353) + 75,7939 = ๐๐๐๐, ๐๐๐๐๐๐๐๐%
.
89
Lampiran 2. Kode pemrograman inisialisasi Mikrokontroler ATmega32 'Inisialisasi Mikrokontroler $regfile = "m32def.dat" $hwstack = 128 $swstack = 128 $framesize = 128 $crystal = 4000000 $baud = 9600 $external Waitms $lib "mcsbyte.lbx"
' Mikrokontroler ATmega32 ' Ruang untuk Hardware Stack ' Ruang untuk Software Stack ' Ruang untuk Frame ' Clock Eksternal (4 Mhz) ' UART Baudrate 9600 bps ' menggunakan rutin waitms ' rutin untuk konversi
'Library DS1307 $lib "ds1307clock.lib" $lib "i2c_twi.lbx"
' library DS1307 ' hardware TWI
'Konfigurasi Pin SDA dan SCL I2C Config Sda = PORTC.1 Config Scl = PORTC.0 'Alamat of ds1307 Const Ds1307w = &HD0 Const Ds1307r = &HD1 Config Clock = User Dim Weekday As Byte
' Alamat tulis DS1307 ' Alamat baca DS1307 ' Waktu menggunakan DS1307 ' Inisialisasi Variable weekday
'Definisi Port untuk SHT11 Sck Alias PORTA.6 Dataout Alias PORTA.7 Datain Alias PINA.7 DDRA = &B11111111 Config PINA.6 = Output Config PINA.7 = Output
'Semua port A sebagai Output 'SCK 'DATA
90
Lampiran 3. Kode pemrograman inisialisasi variabel, konstanta, dan deklarasi sub program 'Variable Kontrol Sampling Interval Dim A As Byte Dim D As Byte Dim Z As Byte Dim Y As Byte Dim V As Byte
'interval sampling
'Variabel SHT11 Dim Ctr As Byte Dim Dataword As Word Dim Command As Byte Dim Dis As String * 7 Dim Calc As Single Dim Calc2 As Single Dim Calc3 As Single Dim Rhlinear As Single Dim Rhlintemp As Single Dim Tempc As Single Dim Tempf As Single Dim Dp As Single Dim H As Single 'Konstanta SHT11 Const C1 = -4 Const C2 = 0.0405 Const C3 = -0.0000028 Const T1c = .01 Const T2 = .00008 Const T1f = .018 Const C4 = .4343 Const C5 = 17.62 Const C6 = 243.12 'Definisi Port Card Insertion dan indikator LED Redled Alias PORTA.5 Ins Alias PORTA.4 Config PINA.4 = Input Config PORTA.5 = Output Dim Mmc_stat As Bit Dim Btemp1 As Byte 'Deklarasi Sub Program Declare Sub Getsht11() Declare Sub Getdatetime() Declare Sub Gethumi() Declare Sub Logging() Declare Sub Settime() Declare Sub Setdate()
'memebaca data dari SHT11 'membaca tanggal dan waktu 'menghitung RH dan Dewpoint 'Merekam ke SD card 'menentukan waktu 'menentukan tanggal
91
Lampiran 4. Kode pemrograman inisialisasi SD card dan membaca file konfigurasi pengguna 'Rutin Deteksi SD card While Ins = 1 Redled = 1 Print "Card Not Detected" Wait 1 Wend Redled = 0 Waitms 200 Redled = 1 Waitms 200 Redled = 0 'Inisialisasi SD card $include "Config_MMC.bas" $include "Config_AVR-DOS.BAS" Mmc_stat = 0 If Gbdriveerror = 0 Then Btemp1 = Initfilesystem(1) If Btemp1 = 0 Then Mmc_stat = 1 Print "SD Card Ready" Else Print "SD Card Error" Print "Error Code: " ; Btemp1 End If End If Wait 1 'Inisialisasi awal waktu, tanggal dan interval sampling Dim _buff As String * 20 Dim S As String * 2 Dim Ff As Byte 'membaca baris pertama Ff = Freefile() Open "SETTING.INI" For Input As #2 ' membuka file SETTING.INI Line Input #2 , _buff S = Mid(_buff , 12 , 2) 'membaca interval sampling Z = Val(s) 'apabila 0 < interval < 59, maka interval akan menjadi 5 menit If Z > 0 And Z < 59 Then Z=Z Else Z=5 End If
92
Redled = 1 'membaca baris kedua Line Input #2 , _buff If _buff = "SETTIME" Then ' mengatur jam dan tanggal Print "Set Time and Date" Line Input #2 , _buff ' Membaca baris waktu S = Mid(_buff , 8 , 2) _hour = Val(s) S = Mid(_buff , 11 , 2) _min = Val(s) S = Mid(_buff , 14 , 2) _sec = Val(s) Call Settime() Line Input #2 , _buff ' Membaca baris tanggal S = Mid(_buff , 8 , 2) _day = Val(s) S = Mid(_buff , 11 , 2) _month = Val(s) S = Mid(_buff , 14 , 2) _year = Val(s) Call Setdate() Call Getdatetime() Print _day ; "/" ; _month ; "/" ; _year ; " " ; _hour ; ":" ; _min ; ":" ; _sec : Elseif _buff = "NOSETTIME" Then ' Membiarkan Waktu dan tanggal Print "Not set Time and Date" Call Getdatetime() Print _day ; "/" ; _month ; "/" ; _year ; " " ; _hour ; ":" ; _min ; ":" ; _sec : End If Waitms 500 Close #2 Waitms 500 'menghapus file SETTING.INI Kill "SETTING.INI" 'membuat file SETTING.INI baru Open "SETTING.INI" For Append As #2 Print #2 , "Interval : " ; Z Print #2 , "NOSETTIME" Print #2 , "Time : hh:mm:ss" Print #2 , "Date : dd-mm-yy" Close #2 Print "SETTING.INI has been modified" Redled = 0
93
Lampiran 5. Kode pemrograman membuat nama file acak berdasarkan tanggal dan waktu Dim Filestr As String * 11 Call Getdatetime() Filestr = Str(_day) Filestr = Filestr + Str(_month) Filestr = Filestr + Str(_year) Filestr = Filestr + Str(_hour) Filestr = Filestr + Str(_min) Filestr = Filestr + ".txt" Print "Logging to File : " ; Filestr Print "Sampling Interval : " ; Z ; " Minutes": Waitms 100
94
Lampiran 6. Kode pemrograman looping utama 'Rutin Utama Menulis ke SD card If Mmc_stat = 1 Then Open Filestr For Append As #1 Print #1 , "Tanggal" ; " " ; "Waktu" ; " " ; "Suhu(C)" ; " " ; "RH" ; " " ; "Dewpoint": Call Logging() Call Getdatetime() A = _min Y=A+Z V = _sec 'Looping utama menulis ke SD card Do D = 59 - Y Call Getdatetime() If _min = 59 And _sec = V Then Y=Z-D Elseif _min = Y And _sec = V Then Call Getdatetime() Call Logging() A = _min Y=A+Z End If Wait 1 Loop
95
RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan pada tanggal 15 Oktober 1986 di Bogor dari pasangan Haryanto R. Putro dan Ani Sumardini. Penulis merupakan anak pertama dari lima bersaudara. Pendidikan dasar penulis diselesaikan pada tahun 1998 di SD Negeri Polisi IV. Kemudian melanjutkan pendidikan tingkat menengah di SMP Negeri 1 Bogor dan lulus pada tahun 2001. Pendidikan tingkat atas kemudian dilanjutkan pada SMA Negeri 3 Bogor dan lulus pada tahun 2004. Semasa SMA penulis aktif di organisasi OSIS dan sempat menjadi juara 2 Lomba Murid Teladan Tingkat Kabupaten Bogor Timur. Setelah lulus SMA penulis diterima di Institut Pertanian Bogor, Fakultas Perikanan dan Ilmu Kelautan, Institut Pertanian Bogor. Selama kuliah penulis tidak hanya aktif dalam bidang akademik, namun juga organisasi. Penulis pernah menjabat sebagai Wakil Ketua Himpunan Mahasiswa Ilmu dan Teknologi Kelautan periode 2007/2008. Selain itu, penulis juga pernah menjadi ketua praktek lapang mata kuliah Biologi Laut pada tahun 2006. Penulis juga pernah diamanahkan sebagai asisten laboratorium mata kuliah Instrumentasi Kelautan tahun ajaran 2007/2008. Selain kegiatan di dalam kampus, penulis juga aktif sebagai panitia dalam acara Seminar Nasional Kelautan pada tahun 2008. Untuk menyelesaikan studi di Institut Pertanian Bogor, penulis membuat skripsi yang berjudul Rancang Bangun Perekam data kelembaban relatif dan suhu udara berbasis mikrokontroler.
