RANCANGBANGUN SIMULATOR PEMBACA PH LIMBAH INDUSTRI CAIR BERBASIS MIKROKONTROLER ATMEGA8535

SEMINAR NASIONAL V SDM TEKNOLOGI NUKLIR YOGYAKARTA, 5 NOVEMBER 2009 ISSN 1978-0176

RANCANGBANGUN SIMULATOR PEMBACA PH LIMBAH INDUSTRI CAIR BERBASIS MIKROKONTROLER ATMEGA8535 SUBARI SANTOSO, SUKARMAN, TRI SAKTI SUSILOWATI STTN-BATAN Yogyakarta Abstrak RANCANGBANGUN SIMULATOR PEMBACA PH LIMBAH INDUSTRI CAIR BERBASIS MIKROKONTROLER. Telah dibuat sebuah simulasi sistem pembaca limbah industry cair yang terdiri dari sistem minimum AVR ATMEGA8535, keypad matrik 3x4, penampil LCD, relay, dan catu daya. Perancangan sistem dengan input berupa tegangan analog yang diubah menjadi sinyal digital kemudian dikonversikan ke dalam nilai pH dan data yang didapatkan ditampilkan ke dalam LCD karakter 16x2. Hasil konversi nilai pH 0-14 didapatkan dari tegangan analog ADC yang dirubah menjadi digital. Jika nilai pH 9,1-14 maka relay1 dan kipas1 akan aktif, jika nilai pH = 9 maka relay6 akan aktif, jika nilai pH 7,1-8,9 maka relay3 dan kipas2 akan aktif, jika nilai pH= 7 maka relay5 akan aktif dan untuk pH kurang dari 7 maka relay2, relay4, kipas1 dan kipas2 akan aktif. Sistem ini dilengkapi dengan fasilitas printer dengan cara mengirim data ke computer dengan port serial. Sebagai simulasi dari dari alat ini digunakan kipas untuk sistem pengaduk dan lampu pilot yang digunakan untuk simulasi residu asam 1 dan residu asam 2, residu basa 1 dan residu basa 2, solenoid valve, dan sistem pembuangan. Berdasarkan hasil pengujian simulasi pembaca pH dapat berjalan baik sesuai yang diinginkan. Kata Kunci : Limbah Industri Cair, Mikrokontroler ATMEGA8535

Abstract DESIGN AND CONSTRUCTION SIMULATOR OF MICROCONTROLLER-BASED LIQUID INDUSTRIAL WASTE PH READER. A simulation of liquid industrial waste pH reader has been made, consisting of minimum system AVR ATMEGA8535, 3x4 matrix keypad, LCD display, relay and power supply. System design used analog voltage changed to be digital signal that is converted into pH value and data that can be displayed in 16x2 character LCD. Value of conversion result pH 0-14 was obtained by yielding voltage from analog to digital. If pH value 9.1-14 then relay1 and fan1 will be active, if pH value 9 then relay6 will be active, if pH value 7.1-8.9 then relay3 and fan2 will be active, if pH value 7 then relay5 will be active, and then if value pH less than 7 then relay2, relay4, fan1 and fan2 will be active. The system is equipped with printing system by transmitting data to computer with serial port. Simulation of the devise used fan for mixing system and pilot lamp to acid residue simulation 1 and acid residue 2, base residue 1 and base residue 3, solenoid valve, and discharge system. According from the result simulation of pH reader can run compatible with condition determined. Keywords : Liquid Industrial Waste, Microcontroller ATMEGA8535

PENDAHULUAN Era globalisasi di Indonesia mengakibatkan perkembangan industri sangat pesat. Tetapi dari perkembangan yang sangat pesat ini mengakibatkan pencemaran Subari Santoso, dkk

375

lingkungan meningkat karena sistem pembuangan limbah yang belum sesuai. Limbah industri khususnya limbah cair yang berasal dari industri kimia tekstil, mempunyai Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir-BATAN


pH yang berubah-ubah tergantung proses pengolahan tekstil yang dilakukan. Suasana asam atau basa pada proses industri kimia tekstil diperlukan untuk mempercepat proses dan mempertinggi mutu produksi, dan pada umumnya digunakan asam atau basa yang berlebihan. Sehingga limbah cair yang dibuang mempunyai kondisi keasaman atau kebasaan yang masih tinggi dan selalu berganti-ganti. Pengaturan pH limbah buangan dari industri kimia tekstil sangat penting, untuk menghindari pencemaran lebih lanjut. Bahaya yang ditimbulkan oleh lingkungan (air) yang tercemar bahan kimia ada yang dapat segera dirasakan tetapi ada juga yang baru dapat diketahui setelah jangka waktu yang lama, misalkan pencemaran logam–logam berat, seperti : Pb, Hg, Cd, Cr, As, Sb, Ti, V dan Be dapat menyebabkan gangguan kesehatan yang tidak akan bisa pulih dalam waktu yang singkat, bahkan kematian.Limbah yang dibuang ke lingkungan tanpa diolah terlebih dahulu dapat menyebabkan air di sekitarnya mempunyai derajat keasaman yang lebih tinggi dan hal ini akan menyebabkan kelestarian makhluk hidup yang ada, seperti ikan, hewan atau tumbuhtumbuhan bahkan dapat mempengaruhi kesehatan manusia. Di Indonesia masih banyak industri-industri yang belum melakukan otomatisasi di dalam proses pengolahan limbah. Pertumbuhan industri telah menimbulkan masalah lingkungan yang cukup serius. Buangan air limbah industri mengakibatkan

timbulnya pencemaran air sungai yang dapat merugikan masyarakat yang tinggal di sepanjang aliran sungai, seperti berkurangnya hasil produksi pertanian, menurunnya hasil tambak, maupun berkurangnya pemanfaatan air sungai oleh penduduk. Penelitian ini diharapkan dapat menghasilkan akurasi yang lebih baik dari pada sistem manual yang ada, juga dapat mengurangi campur tangan pengguna secara langsung sehingga kejenuhan bekerja dapat dikurangi dan dengan pengaturan pH secara otomatis akan didapatkan hasil pekerjaan yang efektif. Dilain pihak, perkembangan teknologi mikrokontroler dewasa ini sangat cepat sebagai teknologi yang relatif baru, yaitu teknologi semikonduktor dengan kandungan transistor yang lebih banyak namun hanya membutuhkan ruang yang kecil serta dapat diproduksi secara masal, membuat harga mikrokontroler lebih murah dibandingkan dengan PC. Dengan kelebihan memiliki ukuran yang kecil, mikrokontroler dapat diaplikasikan untuk merancang alat kontrol dengan harga yang relatif lebih murah. TATA KERJA DAN PERCOBAAN Prinsip Kerja Perangkat Keras Blok Diagram Rancang Bangun Sistem Pengatur pH Limbah Industri Cair Menggunakan Mikrokontroler ATmega 8535 seperti terlihat pada gambar 1.

Gambar 1. Blok Diagram Rancang Bangun Sistem Pengatur pH Limbah Industri Cair Menggunakan Mikrokontroler AVR ATmega 8535 Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir-BATAN

376

Subari Santoso, dkk


Prisip kerja Rancang Bangun Sistem Pengatur pH Limbah Industri Cair Menggunakan Mikrokontroler AVR ATmega 8535 adalah sebagai berikut : 1. Mikrokontroler digunakan sebagai pengolah utama program yang dibuat untuk mengatur on/off relay atau sistem 220VAC. Type yang dipilih adalah AVR ATMega8535 karena mudah didapatkan dan lebih murah juga memiliki fasilitas yang lengkap. ATMega memiliki teknologi RISC dengan kecepatan maksimal 16 MHz yang membuat ATMega lebih cepat bila dibandingkan dengan varian MCS 51. ATMega8535 merupakan mikrokontroler keluarga AVR keluaran ATMEL yang memiliki fitur yang cukup lengkap. Mulai dari kapasitas memori program dan memori data yang cukup besar, dan juga ADC internal, semuanya ada dalam ATMega8535. Sehingga dengan fitur yang cukup lengkap ini memungkinkan mikro kontroler keluarga AVR dengan lebih mudah difahami dan efisien, bahkan dapat dirancang suatu sistem untuk kepentingan komersial mulai dari sistem yang sederhana sampai dengan sistem yang relative kompleks hanya dengan menggunakan satu IC saja, yaitu dengan IC ATMEGA8535. 2. Rangkaian Penampil (Liquid Crystal Display) Berfungsi untuk menampilkan besaran pH yang terukur dan memberikan informasi Relay nomor berapa yang On atau off sebagai pengendali hardware. Adapun LCD adalah suatu display dari bahan cairan kristal yang pengoperasiannya menganut sistem dot matrix. LCD banyak diaplikasikan untuk alat-alat elektronika seperti kalkulator, laptop, hand phone dsb. Komunikasi data yang dipakai menggunakan mode teks, artinya semua informasi yang dikomunikasikan memakai kode American Standard Code for Information Interchange (ASCII). Huruf dan angka yang akan ditampilkan dalam Subari Santoso, dkk

377

bentuk kode ASCII, kode ini diterima dan diolah oleh mikroprosesor LCD menjadi titik-titik pada dot matrix yang terbaca sebagai huruf dan angka. Dengan demikian tugas mikrokontroler hanyalah mengi rim kode-kode ASCII untuk ditampilkan. 3. Rangkaian Penguat Arus dan Relay Rangkaian penguat arus berfungsi untuk on/off relay, rangkaian ini terdapat menyatu dengan board relay dan harus memenuhi persyaratan teknis agar dapat menggerakkan relay yang digunakan. Relay dapat digunakan untuk mengatur ON/OFF saklar pompa dan sistem pembuka / penutup kran bertegangan 220 volt. Relay adalah suatu alat yang terdiri dari coil dan kontak-kontak output yang merupakan komponen utama dari suatu logic function. Relay berfungsi untuk menghubungkan atau memutus arus aliran listrik yang dikontrol dengan memberikan arus dan tegangan tertentu pada koilnya. Ada 2 macam relay berdasarkan tegangan untuk menggerakkan koilnya yaitu AC dan DC. Pada kondisi operasi normal, relay-relay tersebut harus dalam keadaan energized dan bila terjadi kegagalan, shut down atau trip, relay-relay tersebut dalam keadaan de-energized (terputus nya tegangan). 4. Sistem Pembaca pH dan Pecetak. Sistem Pembaca pH mengguna kan Bahasa Pemrograman Mikro kontroler BASCOM – AVR Pemrograman mikrokontroler dilakukan menggunakan compiler BASCOM AVR, yaitu compiler yang menggunakan bahasa BASIC. Alasannya adalah bahasa BASIC relative lebih mudah dibanding dengan bahasa tingkat tinggi lainnya, kemudian compiler cukup lengkap karena telah dilengkapi simulator untuk LCD, dan monitor untuk komunikasi serial selanjutnya dicetak jika diperlukan. Dengan demikian, proses perancangan sistem yang dibuat akan lebih mudah. Bascom AVR merupakan salah satu bahasa pemrograman yang Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir-BATAN


dapat digunakan untuk membuat program yang akan dimuat dalam mikrokontroler keluarga AVR. Bascom AVR merupakan compiler yang terintegrasi mulai dari membuat, mengcompile, mendebug, hingga menanamkan file program dapat dilakukan dengan compiler ini. 5. Prinsip Kerja Perangkat Lunak Perangkat lunak yang digunakan adalah compiler BASCOM AVR dengan alasan karena mudah dipelajari dan cukup handal untuk pembuatan program aplikasi teknik.

Perangkat lunak dibuat untuk fungsifungsi sebagai berikut : 1. Mengatur aktif dan tidaknya sistem interface pembaca pH. 2. Mengontrol kerja mikro kontroler sebagai pengatur input / output data dalam interface sehingga dapat berkomunikasi dengan sistem mikro kontroler. 3. Mengatur operasi pengubah analog ke digital ketika dilakukan pembacaan input

simulator pH dan mampu berkomunikasi dengan gerakan on / off relay pengaduk, pompa, dan selenoid valve pemindah limbah industri cair dari kolam satu ke kolam berikutnya. Perancangan Perangkat Keras. Simulasi pembaca pH limbah industri cair, proses kerja dari alat simulasi pembaca pH limbah industri adalah menggunakan input berupa tegangan analog yang masuk ke dalam mikrokontroler melalui port ADC. Kemudian sinyal analog diolah menjadi sinyal digital oleh mikrokontroler dan diproses agar bisa tampil pada LCD dan menggerakkan relay. Perancangan perangkat keras sistem pembaca pH berbasis mikrokontroler secara keseluruhan digambarkan melalui gambar 2 dan gambar 3 untuk rangkaian elektronik mikrokontroler (minimum system).

Gambar 2. Blok diagram perangkat keras sistem pembaca pH berbasis mikrokontroler.

Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir-BATAN

378

Subari Santoso, dkk


Gambar 3. Rangkaian perangkat keras mikrokontroler

HASIL DAN PEMBAHASAN Pengujian ADC Pengujian ADC dilakukan dengan tujuan menguji unjuk kerja dari minimum sistem yang merupakan rangkaian gabungan dari ADC dan mikrokontroler. adapun cara pengujiannya adalah dengan memberikan input masukan pada input ADC kemudian input dicatu dengan tegangan 5 volt yang diberi potensiometer,

Subari Santoso, dkk

379

kemudian diatur tegangan yang akan digunakan sebagai input. Pada pengukuran dan pengujian port ADC yang dilakukan pada titik pengujian, didapatkan hasil seperti pada tabel 1 dan tabel 2 adalah konversi ADC ke nilai pH. Pengujian Keypad Keypad digunakan sebagai input dari simulasi pembaca pH limbah industri berbasis mikrokontroler ATMEGA8535, untuk Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir-BATAN


memberikan nilai set point untuk pH di kolam 1 dan kolam 2. Untuk kolam 1 nilai set point nya adalah 9 dan untuk kolam 2 nilai set pointnya adalah 7.

Tabel 1. Pengujian Port ADC

NO

Pengujian pada Relay

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 16 17

Perubahan kondisi on/off relay adalah karena perubahan nilai pH dari 0-14. Pada kondisi nilai pH 9,1 sampai 14 maka relay 1 (pompa residu asam 1) dan kipas 1 (sistem pengaduk kolam 1) akan aktif. Pada kondisi pH = 9 maka relay 6 (solenoid valve) akan aktif. Pada kondisi 7,1 sampai 8,9 maka relay 3 (pompa residu asam 2) dan kipas 2 (sistem pengaduk kolam 2) akan aktif. Pada nilai pH= 7 maka relay 5 (pompa pembuangan) akan aktif. Dan untuk pH kurang dari 7 maka relay 2 (pompa residu basa 1), relay 4 (pompa residu basa 2), kipas 1 (sistem pengaduk kolam 1) dan kipas 2 (sistem pengaduk kolam 2) akan aktif seperti terlihat pada tabel 3.

TEGANGAN INPUT (VOLT) 1,00 1,25 1,50 1,75 2,00 2,25 2,50 2,75 3,00 3,25 3,50 3,75 4,00 4,25 4,50 4,75 4,75 4,91

TEGANGAN LCD (VOLT) 1,008 1,255 1,506 1,758 2,004 2,255 2,502 2,754 3,000 3,257 3,508 3,750 4,001 4,253 4,509 4,756 4,756 4,915

Tabel 2. Konversi nilai ADC ke dalam nilai pH. NO 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

TEGANGAN INPUT (VOLT) 0,35 0,70 1,05 1,40 1,75 2,10 2,45 2,80 3,15 3,50 3,85 4,20 4,56 4,91

NILAI ADC 73 146 219 292 365 438 512 585 658 731 804 877 950 1024

Pengujian Port Serial Simulasi pembaca pH limbah industri berbasis mikrokontroler ATMEGA8535 juga dilengkapi dengan interface ke hyper terminal


TAMPILAN NILAI PH 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

untuk melakukan proses pencetakan melalui computer. Tampilan data yang berhasil dikirim ke hyper terminal terdapat pada gambar 4.

380

Subari Santoso, dkk

SEMINAR NASIONAL V SDM TEKNOLOGI NUKLIR YOGYAKARTA, 5 NOVEMBER 2009 ISSN 1978-0176 Tabel 3. Hasil pengujian pada relay.

NO

NILAI PH

RELAY 1 VOLT

1 2 3 4 5

1-6 7 8 9 10-14

0 0 0 0 9,86

RELAY 2 VOLT 9,36 0 0 0 0

RELAY 3 VOLT 0 0 9,96 0 0

RELAY 4 VOLT 9,42 0 0 0 0

RELAY 5 VOLT 0 10,26 0 0 0

RELAY 6 VOLT 0 0 0 10,20 0

ADUK 1 VOLT

ADUK 2 VOLT

9,29 0 0 0 9,88

9,30 0 9,94 0 0

Gambar 4. Tampilan data yang berhasil dikirim ke pencetak / printer.

KESIMPULAN 1. Telah dibuat dan diuji coba Simulasi Pembaca pH Limbah Industri Cair Berbasis Mikrokontroler yang dilengkapi dengan sistem ADC didalamnya sehingga lebih sederhana dan memudahkan pengoperasiannya. 2. Pada penelitian ini digunakan ADC dengan tegangan masukan sebesar 0-5 volt yang dikonversikan ke dalam nilai pH 0-14. Pada kondisi nilai pH 9,1 sampai 14 maka relay 1 ( pompa residu asam 1) dan kipas 1 (sistem pengaduk kolam 1) akan aktif. Pada kondisi Subari Santoso, dkk

381

pH = 9 maka relay 6 (solenoid valve) akan aktif. Pada kondisi 7,1 sampai 8,9 maka relay 3 (pompa residu asam 2) dan kipas 2 (sistem pengaduk kolam 2) akan aktif. Pada nilai pH= 7 maka relay 5 (pompa pembuangan) akan aktif. Dan untuk pH kurang dari 7 maka relay 2 (pompa residu basa 1), relay 4 (pompa residu basa 2), kipas 1 (sistem pengaduk kolam 1) dan kipas 2 (sistem pengaduk kolam 2) akan aktif. 3. Simulasi Pembaca pH Limbah Industri Cair ini dilengkapi dengan rangkaian port serial yang berfungsi untuk mengirim data Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir-BATAN

ke computer dan jika dibutuhkan dapat dicetak.

6.

Saran 1. ADC yang terdapat pada internal ATMEGA8535 memiliki 8 input, di dalam penelitian baru digunakan 1 input. Untuk kedepannya dibutuhkan 4 input pH meter untuk 2 kolam dan dibuat sistem penguat agar output pH menjadi 0-5 volt. 2. Digunakan sistem pengaduk, pompa residu asam, pompa residu basa , dan solenoid valve yang sebenarnya yang dilengkapi dengan sistem mekanik yang sesuai. 3. Untuk chasing dibuat lebih mendekati yang sebenarnya, konektorkonektor 220 VAC dan saklar-saklar yang bagus. 4. Penambahan software untuk 4 sensor pH dan sistem cetak yang bagus. Dibuat rangkaian penguat arus yang tangguh (maksimal 3A) sebelum masuk ke relay agar sistem tidak terpengaruh jika relay ON. 5. Melakukan studi banding di industri yang membuang limbah cair agar mengetahui kondisi sebenarnya.

SEMINAR NASIONAL V SDM TEKNOLOGI NUKLIR YOGYAKARTA, 5 NOVEMBER 2009 ISSN 1978-0176 ARIANTO SAM (2008). Pengertian Limbah dan Polusi. From http://sobatbaru.blogspot.com/2008/05/pen gertian-limbah-dan-polusi.html , 24 July 2009

7.

ANONIM (2007). Seputar Mikrokontroler. From http://www.kelas-mikrokontroler.com , 24 July 2009

8.

ISWANTO,2008,”Design dan Implementasi Sistem Embedded Mikrokontroller ATMega8535 dengan Bahasa Basic”,Penerbit Gava Media:Yogyakarta

9.

ANONIM (2006). 8-bit AVR Microcontroller with 8K Bytes in-System Programmable Flash. From http://www.atmel.com , 20 July 2009

10. ANONIM (2005). DT-I/O RelayBoard v2.0. . www.InnovativeElectronics.com , 5 May 2009

DAFTAR PUSTAKA 1.

TRIS HADIANTO,AM (2008). Penerapan pengolahan air limbah industri di indonesia tidak optimal. From http://www.kabarindonesia.com, 24 July 2009

2.

AGFIANTO EKO PUTRA, 2002, “Belajar Mikrokontroller AT89c51/ 52/55 Teori dan Aplikasi”. penerbit Gava Media:yogyakarta.

3.

SUBARI SANTOSO,DKK, 2006, “Rancangan Otomatisasi Pengatur Ph Limbah Industri Menggunakan Mikroprosessor Mpf-1”, Prosiding Seminar Nasional II SDM Teknologi Nuklir, STTN-BATAN Yogyakarta

4.

ANONIM (2009). Simulasi. From http://id.wikipedia.org/wiki/simulasi , 24 july 2009

5.

ANONIM (2005). Kamus Komputer dan Teknologi Informasi. FROM http://www.total.or.id/info.php?kk=sistem , 24 JULY 2009


382

Subari Santoso, dkk


Lampiran : Rancangbangun sistem pembaca pH limbah industri besbasis mikrokontroler ATMega 8535 ditampilkan dalam foto alat seperti terlihat pada gambar 5.

Gambar 5. Peraga Simulasi Pembaca pH Limbah Industri Cair.

Subari Santoso dkk

383

Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir - BATAN



384

Subari Santoso, dkk

RANCANGBANGUN SIMULATOR PEMBACA PH LIMBAH INDUSTRI CAIR BERBASIS MIKROKONTROLER ATMEGA8535

Recommend Documents