Sistem monitoring pH dan suhu air dengan transmisi data nirkabel Adi Tomi 2206100721 TE 091399 – Tugas Akhir Program Studi Elektronika Elektro - ITS
LATAR BELAKANG
Pengukuran kadar keasaman (pH) dan suhu dalam air merupakan sesuatu yang sangat penting dalam Budidaya Ikan, Seperti pada proses pembenihan ikan tawar. Di dalam pembibitan budidaya ikan , ada jensi ikan yang memerlukan lingkungan dengan kadar pH tertentu. Selama ini para petani tambak melakukan pengecekan kadar pH air dengan menggunakan teknik manual (lidah sebagai sensornya). Pengecekan pH air pembibitan budidaya ikan dilakukan langsung di tempat, sehingga petani tambak harus datang ke tempat pembibitan dan mengecek satu persatu dari kolam- kolam pembibitan.
PERMASALAHAN Diketahu dari Hubungan antara pH air dan kehidupan ikan budidaya
Suhu kisaran 20ºC - 30ºC untuk ikan tawar Menjaga kestabilan kadar keasaman (pH) dan suhu air kolam tersebut agar benih ikan tidak mudah mati dan mempunyai kualitas yang bagus sehingga mampu meningkatkan produktivitas ikan
BATASAN MASALAH
Pengontrol sistem yang dibuat menggunakan mikrokontroler ATMega 8 Menggunakan wireless RF Modules Xbee Pro type 802.15.4. Menggunakan memory PC tertentu sebagai media penyimpan. Power supply yang digunakan pada sistem monitoring membutuhkan Listrik PLN. Area kolam pembenihan ikan yang di ukur dengan area tertentu dan dengan asumsi kadar pH merata pada air.
TUJUAN
Membuat suatu sistem yang mampu mengukur kadar keasaman (pH) dan suhu air dengan transmisi data nirkabel.
DIAGRAM BLOK SISTEM
Bagian- bagian hardware
Bagian wireless yang terhubung ke PC
Bagian wireless yang terhubung sensor dan pengontrol pH
POMPA ANGIN
Dalam proses control terjadi penambahan larutan asam dan larutan basa. Untuk mempercepat proses pencampuran larutan digunakan pompa angin. Pompa angin yang digunakan ditunjukkan pada
Sensor pH (1)
prinsipnya sistem sensor pH (pH meter) terdiri dari elektroda pH yang digunakan untuk mendeteksi banyaknya ion H+ dari suatu cairan. Elektroda ini memonitor perubahan voltase yang disebabkan oleh perubahan aktivitas ion hidrogen (H+) dalam larutan.
Sensor pH (2)
Keluaran dari pH meter sudah dikalibrasi dalam mV dan kondisi ideal dari elektroda pH pada suhu 25˚C. Dengan memonitor perubahan tegangan yang disebabkan oleh perubahan aktifitas ion hidrogen (H+) dalam larutan maka pH larutan dapat diketahui. Tegangan keluaran dari elektroda akan menunjukkan 0mV ketika dipakai untuk mengukur pH 7.00 (netral).
LM35
Adapun karakteristik dari IC LM35 adalah sebagai berikut : 1. Dapat dikalibrasi langsung ke dalam besaran Celcius. 2. Faktor skala linier + 10mV/ °C. 3. Tingkat akurasi 0,5°C. saat suhu kamar (25°C). 4. Jangkauan suhu antara -55°C sampai 150°C. 5. Bekerja pada tegangan 4 volt hingga 30 volt. 6. Arus kerja kurang dari 60µA. 7. Impedansi keluaran rendah 0,1Ω untuk beban 1 mA.
wireless
Spesifikasi dari RF Modules ini adalah: Modul ini beroperasi pada Frekuensi 2,4 GHz Kinerja Didalam/Kota : hingga 300ft (100m) Diluar : hingga 1 mil (1600 m) (garis lurus tanpa halangan) RF data rate : hingga 250.000 bps
Rangkaian Amplifier pada sensor pH(1)
1. 2.
Dimana rangkaiannya adalah sebagai berikut : Noninverting Op Amp Differential Amplifier
Rangkaian Amplifier pada sensor pH(2) Rumus Noninverting Op Amp
Rumus Differential Amplifier
Gain 5 kali
Tujuan dari rangkian differential amplifier pada Tugas Akhir ini adalah untuk menghilangkan tegangan negatif, yang selanjutnya tegangan out put dari rangkian differential amplifier akan diproses pada ADC mikro ATMega8.
Rangkaian Amplifier pada sensor LM35
Dua buah resistor 150K yang diparalel membentuk resistor 75K yang diseri dengan kapasitor 1uF. Rangkaian RC-Seri ini merupakan rekomendasi dari pabrik pembuat LM35. Sedangkan resistor 1K5 dan kapasitor 1nF membentuk rangkaian passive low-pass filter dengan frekuensi 1 kHz. Tegangan keluaran filter kemudian diumpankan ke penguat tegangan tak-membalik dengan faktor penguatan yang dapat diatur menggunakan resistor variabel.
PENGUJIAN SENSOR PH
Pengujian sensor elektroda pH
menunjukkan bahwa hasil pengukuran tegangan sensor linier terhadap kadar pH larutan. Dimana untuk pH dibawah 7 memiliki tegangan positif, untuk pH 7 (netral) outputnya adalah mendekati 0 volt dan untuk pH diatas 7 memiliki tegangan keluaran yang bernilai negatif.
PENGUJIAN SENSOR LM35
Dari hasil pengujian didapat bahwa nilai VoutLM35 linear terhadap perubahan nilai suhu dan kenaikan 1 °C mendekati 10 mV, hal in i sesuai dengan data sheet dari LM35
PENGUJIAN WIRELESS (1)
Hasil Pengujian Pengiriman Data Di Dalam Ruangan
*) Pengujian dilakukan di dalam Lab Elektronika Industri lantai 4 ( penerima ).
PENGUJIAN WIRELESS (1)
*) Pengujian dilakukan di depan Lab Elektronika Industri lantai 4 ( penerima ).
Pengujian Rangkaian PWM
Duty cycle 85.7 %
Duty cycle 75%
Duty cycle 50 %
Duty cycle 0 %
Berdasarkan pengamatan didapat tH=2s dan tL=0.5s pada kondisi Valve mengeluarkan tetesan cairan yang paling minimal, sehingga duty cycle dapat dihitung melalui rumus :
Kontroler Window
Kontroler yang digunakan adalah kontroler window. Kontroler window bekerja seperti window komparator, Pada window comparator terdapat 2 variable yang disebut UTP (Upper Trip Point) dan LTP (Lower Trip Point). Di antara nilai ini, komparator akan memberikan nilai tegangan output positif. Namun pada TA ini kontroler Window dibuat dari mikrokontroler dengan UTP = 2.7 V dan LTP = 1.9 V.
Pengujian Rangkaian Kontroler (1)
Percoabaan dengan kondisi awal mendekati pH 7 kemudian diberikan cairan basa sehingga kondisi kadar pH naik di atas pH 9. Kontroler akan bekerja untuk mengkondisikan pH anatara 6,5 sampai pH 9. Hasil dari percobaan didapat kondisi cairan kembali medekati ke pH 7.
Hasil dari kontroler ketika menurunkan kadar pH
Pengujian Rangkaian Kontroler (2)
percoabaan berikutnya dengan kondisi awal mendekati pH 7 kemudian diberikan cairan asam sehingga kondisi kadar pH turun dibawh pH 6.5. Kontroler akan bekerja untuk mengkondisikan pH anatara 6,5 sampai pH 9. Hasil dari percobaan didapat kondisi cairan kembali medekati ke pH 7.
Hasil dari kontroler ketika menaikan kadar pH
Kesimpulan
Dari perancangan, realisasi, dan pengujian alat pada tugas akhir ini dapat disimpulkan beberapa hal seperti berikut ini: Wireless RF Modules Xbee Pro type 802.15.4 mampu mengirimkan data dengan jarak yang cukup jauh sekitar 48 m tanpa penghalang. Keberhasilan pengiriman sekitar 99% pada jarak kurang dari 48 m, dimana dalam pengambilan data tanpa ada penghalang. Nilai VoutLM35 linear terhadap perubahan nilai suhu dan kenaikan 1 °C mendekati 10 mV, hal ini sesuai dengan datasheet dari LM35 Menunjukkan bahwa hasil pengukuran tegangan sensor pH linier terhadap kadar pH larutan. Dimana untuk pH dibawah 7 memiliki tegangan positif, untuk pH 7 (netral) outputnya adalah mendekati 0 volt dan untuk pH diatas 7 memiliki tegangan keluaran yang bernilai negatif Kontroler window dengan mikrokontroler mampu mengkondisikan pH antara pH 6.5 sampai pH 9. Rangkaian PWM dapat bekerja dengan baik untuk mengendalikan bukaan katup.
Saran
Untuk pengembangan dan penyempurnakan dari desain yang telah dibuat maka penulis menyarankan untuk menggunakan sensor elektroda pH lebih dari satu, agar didapat pengukuranan yang merata pada permukaan cairan. Untuk mengembangkan alat ini penulis menyarankan penggunaan Power supply pada Transmitter menggunakan Accu atau solar cell dikarenakan pada implementasinya jauh dengan sumber listrik PLN. Disarankan menggunakan Valve yang dapat dioperasikan dengan tegangan kecil agar hemat dalam pemakaian listriknya. Disarankan untuk menggunakan wireless yang berbeda untuk mendapatkan pengiriman data yang lebih jauh lagi. Perlu dikembangkan lebih lanjut desain kontrol pH dengan menggunakan metode yang berbeda
Terimakasi
