II.
TINJAUAN PUSTAKA
2. 1. Irigasi 2.1.1 Pengertian Irigasi Irigasi adalah upaya pemberian air dalam bentuk lengas (kelembaban) tanah sebanyak keperluan untuk tumbuh dan berkembang bagi tanaman. Pengertian lain dari irigasi adalah penambahan kekurangan kadar air tanah secara buatan yakni dengan memberikan air secara sistematis pada tanah yang diolah. Jaringan irigasi merupakan prasarana irigasi yang terdiri atas bangunan dan saluran air beserta perlengkapnya. Sistem jaringan irigasi dapat dibedakan antara jaringan irigasi utama dan jaringan irigasi tersier. Jaringan irigasi utama meliputi bangunan-bangunan utama yang dilengkapi dengan saluran pembawa, saluran pembuang. dan bangunan pengukur. Jaringan irigasi tersier merupakan jaringan irigasi di petak tersier, beserta bangunan pelengkap lainnya yang terdapat di petak tersier (Kartasapoetra, 1991). Berdasarkan letak dan fungsinya saluran irigasi teknis dibedakan menjadi : a) Saluran Primer (Saluran Induk) yaitu saluran yang lansung berhubungan dengan saluran bendungan yang fungsinya untuk menyalurkan air dari waduk ke saluran lebih kecil. b) Saluran Sekunder yaitu cabang dari saluran primer yang membagi saluran induk kedalam saluran yang lebih kecil (tersier). c) Saluran Tersier yaitu cabang dari saluran sekunder yang langsung berhubungan dengan lahan atau menyalurkan air ke saluran-saluran kwarter. d) Saluran kwarter yaitu cabang dari saluran tersier dan berhubungan langsung dengan lahan pertanian. (Najiyati, 1993)
2.1.2 Irigasi di Indonesia Peranan irigasi dalam meningkatkan dan menstabilkan produksi pertanian tidak hanya bersandar pada produktivitas saja tetapi juga pada kemampuannya untuk meningkatkan faktorfaktor pertumbuhan lainnya yang berhubungan dengan input produksi. Irigasi mengurangi resiko kegagalan panen karena ketidakpastian hujan dan kekeringan, membuat unsur hara yang tersedia menjadi lebih efektif, menciptakan kondisi kelembaban tanah optimum untuk pertumbuhan tanaman, serta hasil dan kualitas tanaman yang lebih baik. Metoda penggunaan air irigasi untuk tanaman dapat digolongkan ke dalam: (a) irigasi permukaan (surface irrigation), (b) irigasi bawah-permukaan tanah (sub-surface irrigation), (c) irigasi curah (sprinkler), dan (d) irigasi tetes (drip atau trickle irrigation). Irigasi curah dan tetes disebut juga irigasi bertekanan (pressurized irrigation). Pemilihan metoda irigasi tersebut tergantung pada: (a) air yang tersedia, (b) iklim, (c) tanah, (d) topografi, (e) kebiasaan, dan (f) jenis dan nilai ekonomi tanaman. Pada irigasi permukaan berdasarkan perbedaan status kelembaban tanah dan keperluan air tanaman dibedakan menjadi dua hal yakni: (a) irigasi padi sawah dan (b) irigasi untuk tanaman bukan-padi sawah (upland crops). Sebagian besar irigasi di Indonesia termasuk pada irigasi
3
permukaan. Irigasi bertekanan, sprinkler dan tetes banyak digunakan di perusahaan agro-industri. Irigasi curah digunakan pada perkebunan tebu, kopi, nenas, bawang, dan jagung. Irigasi tetes digunakan pada pertanian rumah kaca untuk melon, cabai, bunga krisan, dan sayuran. Akhir-akhir ini berkembang di masyarakat suatu teknologi budidaya sawah yang hemat air, hemat biaya, dan berproduksi tinggi yakni teknologi SRI (sistem of rice intensification). SRI dikembangkan sejak tahun 1980 oleh Fr. Henri de Laulanie, S.J, seorang pendeta Perancis yang bertugas di Madagaskar sejak tahun 1961.
2.1.3 Kebutuhan Air Tanaman dan Pemakaian Air Penggunaan konsumtif adalah jumlah total air yang dikonsumsi tanaman untuk penguapan (evaporasi), transpirasi dan aktivitas metabolisme tanaman. Kadang-kadang istilah itu disebut juga sebagai evapotranspirasi tanaman. Jumlah evapotranspirasi kumulatif selama pertumbuhan tanaman yang harus dipenuhi oleh air irigasi, dipengaruhi oleh jenis tanaman, radiasi surya, sistim irigasi, lamanya pertumbuhan, hujan dan faktor lainnya. Jumlah air yang ditranspirasikan tanaman tergantung pada jumlah lengas yang tersedia di daerah perakaran, suhu dan kelembaban udara, kecepatan angin, intensitas dan lama penyinaran, tahapan pertumbuhan, tipe dedaunan. Terdapat dua metoda untuk mendapatkan angka penggunaan konsumtif tanaman, yakni (a) pengukuran langsung dengan lysimeter bertimbangan (weighing lysimeter) atau tidak bertimbangan dan (b) secara tidak langsung dengan menggunakan rumus empirik berdasarkan data unsur cuaca. Secara tidak langsung dengan menggunakan rumus empirik berdasarkan data unsurcuaca, pertama menduga nilai evapotranspirasi tanaman acuan1 (ETo). ETo adalah jumlah air yang dievapotranspirasikan oleh tanaman rumputan dengan tinggi 15~20 cm, tumbuh sehat, menutup tanah dengan sempurna, pada kondisi cukup air. Ada berbagai rumus empirik untuk pendugaan evapotranspirasi tanaman acuan (ETo) tergantung pada ketersediaan data unsur cuaca, antara lain: metoda Blaney-Criddle, Penman, Radiasi, Panci evaporasi (FAO, 1987). Akhir-akhir ini (1999) FAO merekomendasikan metoda Penman-Monteith untuk digunakan jika data iklim tersedia (suhu rerata udara harian, jam penyinaran rerata harian, kelembaban relatif rerata harian, dan kecepatan angin rerata harian). Selain itu diperlukan juga data letak geografi dan elevasi lahan di atas permukaan laut. Selanjutnya untuk mengetahui nilai ET tanaman tertentu maka ETo dikalikan dengannikai Kc yakni koefisien tanaman yang tergantung pada jenis tanaman dan tahap pertumbuhan. Nilai Kc tersedia untuk setiap jenis tanaman. ETc = Kc x ETo .../1/ Keperluan air untuk ETc ini dipenuhi oleh air hujan (efektif) dan kalau tidak cukup olehair irigasi. Keperluan air irigasi atau KAI dinyatakan dengan persamaan: KAI = ETc - He .../2/ Hujan efektif (He) adalah bagian dari total hujan yang digunakan untuk keperluan tanaman.
2.1.4 Kebutuhan Air Pada Berbagai Tahap Pertumbuhan Tanaman Padi Tahap pertumbuhan padi dibagi menjadi: (a) pesemaian (10-30 hss)(seedling atau juvenile period), (b) periode pertumbuhan vegetatif (0-60 hst), (c) periode reproduktif atau generatif (50-100 hst) dan (d) periode pematangan (100-120 hst).
4
Periode pesemaian Periode ini merupakan awal pertumbuhan yang mencakup tahap perkecambahan benih serta perkembangan radicle (akar muda) dan plume (daun muda). Selama periode ini air yang dikonsumsi sedikit sekali. Apabila benih tergenang cukup dalam pada waktu cukup lama sepanjang periode perkecambahan, maka pertumbuhan radicle akan terganggu karena kekurangan oksigen. Pertumbuhan vegetatif Periode ini merupakan periode berikutnya setelah tanam (transplanting) yang mencakup (a) tahap pemulihan dan pertumbuhan akar (0-10 hst), (b) tahap pertumbuhan anakan maksimum (10-50 hst) (maximum tillering) dan (c) pertunasan efektif dan pertunasan tidak efektif (35-45 hst). Selama periode ini akan terjadi pertumbuhan jumlah anakan. Segera setelah tanam, kelembaban yang cukup diperlukan untuk perkembangan akarakar baru. Kekeringan yang terjadi pada peiode ini akan menyebabkan pertumbuhan yang jelek dan hambatan pertumbuhan anakan sehingga mengakibatkan penurunan hasil. Pada tahap berikutnya setelah tahap pertumbuhan akar, genangan dangkal diperlukan selama periode vegetatif ini. Beberapa kali pengeringan (drainase) membantu pertumbuhan anakan dan juga merangsang perkembangan sistim akar untuk berpenetrasi ke lapisan tanah bagian bawah. Fungsi respirasi akar pada periode ini sangat tinggi sehingga ketersediaan udara (aerasi) dalam tanah dengan cara drainase (pengeringan lahan) diperlukan untuk menunjang pertumbuhan akar yang mantap. Selain itu drainase juga membantu menghambat pertumbuhan anakan tak-efektif (noneffective tillers). Periode reproduktif (generatif) Periode ini mengikuti periode anakan maksimum dan mencakup tahap perkembangan awal malai (panicle primordia) (40-50 hst), masa bunting (50-60 hst)(booting), pembentukan bunga (60-80 hst) (heading and flowering). Situasi ini dicirikan dengan pembentukan dan pertumbuhan malai. Pada sebagian besar dari periode ini dikonsumsi banyak air. Kekeringan yang terjadipada periode ini akan menyebabkan beberapa kerusakan yang disebabkan olehterganggunya pembentukan panicle, heading, pembungaan dan fertilisasi yang berakibat pada peningkatan sterilitas sehingga mengurangi hasil. Periode pamatangan (ripening atau fruiting) Periode ini merupakan periode terakhir dimana termasuk tahapan pembentukan susu(8090 hst) (milky), pembentukan pasta (90-100 hst) (dough), matang kuning (100-110 hst) (yellow ripe) dan matang penuh (110-120 hst) (full ripe). Selama periode ini sedikit air diperlukan dan secara berangsur-angsur sampai sama sekali tidak diperlukan air sesudah periode matang kuning (yellow ripe). Selama periode ini drainase perlu dilakukan, akan tetapi pengeringan yang telalu awal akan mengakibatkan bertambahnya gabah hampa dan beras pecah (broken kernel), sedangkan pengeringan yang terlambat mengakibatkan kondisi kondusif tanaman rebah. Pada periode vegetatif jumlah air yang dikonsumsi sedikit, sehingga kekurangan air pada periode ini tidak mempengaruhi hasil secara nyata asalkan tanaman sudah pulih dan sistim perakarannya sudah mapan. Tahapan sesudah panicle primordia, khususnya pada masa bunting, heading dan pembungaan memerlukan air yang cukup. Kekurangan air selama periode tersebut
5
menghasilkan pengurangan hasil tak terpulihkan. Dengandemikian perencanaan program irigasi di areal dimana jumlah air irigasinya terbatas untuk menggenangi sawah pada seluruh periode, prioritas harus diberikan untuk memberikan air irigasi selama periode pemulihan dan pertumbuhan akar serta seluruh periode pertumbuhan reproduktif.
2.1.5 Metoda pemberian air pada padi sawah Terdapat dua metoda pemberian air untuk padi sawah yakni: (a) Genangan terus menerus(continuous submergence) yakni sawah digenangi terus menerus sejak tanam sampai panen; (b) Irigasi terputus atau berkala (intermittent irrigation) yakni sawah digenangi dan dikeringkan berselang-seling. Permukaan tanah diijinkan kering padasaat irigasi diberikan. Keuntungan irigasi berkala adalah sebagai berikut: (a) menciptakan aerasi tanah, sehingga mencegah pembentukan racun dalam tanah (b) menghemat air irigasi (c) mengurangi masalah drainase Keuntungan irigasi kontinyu adalah: (a) tidak memerlukan kontrol yang ketat (b) pengendalian gulma lebih murah (c) operasional irigasi lebih mudah.
2. 2.
Sistem Kontrol
2.2.1 Pengertian Sistem Kontrol Sistem kendali atau sistem kontrol (control sistem) adalah suatu alat (kumpulan alat) untuk mengendalikan, memerintah, dan mengatur keadaan dari suatu sistem. Dalam industri, sistem kontrol merupakan sebuah sistem yang meliputi pengontrolan variabel-variabel seperti temperatur (temperature), tekanan (pressure), aliran (flow), level, dan kecepatan (speed). Untuk mengimplentasikan teknik sistem kontrol (Sistem Control Engineering) dalam industri diperlukan banyak keahlian atau keilmuan seperti dibidang: teknologi mekanik (mechanical engineering), teknik elektrik (electrical engineering), elektronik (electronics) dan sistem pneumatik (pneumatic sistems). Ada dua konsep dasar dalam sistem kontrol yang dikenal yaitu sistem kontrol lup terbuka (open-loop control sistem) atau umpan-maju (feedforward) dan sistem kontrol lup tertutup (closed-loop control sistem) atau umpan-balik (feedback) (Hordeski, 1994). 1.
2.
Sistem kontrol secara manual Sistem kontrol secara manual, proses pengaturannya dilakukan secara manual oleh operator dengan mengamati keluaran secara visual, kemudian dilakukan koreksi variabel-variabel kontrolnya untuk mempertahankan hasil keluarannya. Sistem kontrol itu sendiri bekerja secara open loop, yang berarti sistem kontrol tidak dapat melakukan koreksi variabel untuk mempertahankan hasil keluarannya. Perubahan ini dilakukan secara manual oleh operator setelah mengamati hasil keluarannya melalui alat ukur atau indikator. Sistem kontrol otomatis Sistem kontrol otomatis dapat melakukan koreksi variabel-variabel kontrolnya secara otomatis, dikarenakan ada untai tertutup (closed loop) sebagai umpan balik (feedback) dari
6
hasil keluaran menuju ke masukan setelah dikurangkan dengan nilai setpointnya. Pengaturan secara untai tertutup ini (closed loop) tidak memerlukan operator untuk melakukan koreksi variabel-variabel kontrolnya karena dilakukan secara otomatis dalam sistem kontrol dalam sistem kontrol itu sendiri (Siswoyo, 2007). Dengan demikian keluaran akan selalu dipertahankan berada pada kondisi stabil sesuai dengan set point yang ditentukan. Secara umum, sistem kontrol lup tertutup terdiri dari (Mahalik, 2004): Plant : sistem atau proses yang akan dikontrol yaitu aktuator Input : nilai referensi yang diinginkan atau disebut setpoint Alat ukur : alat pengukur yang berfungsi memberikan informasi keadaan yang sebenarnya disebut sensor Pengontrol : alat algoritma yang mampu merespon sinyal kontrol agar menghasilkan output yang respek terhadap setpoint dan mengukur present value sehingga menghasilkan isyarat error. Output : keluaran yang telah dikendalikan dan dihasilkan oleh sistem.
Gambar 2.1 kontrol lup tertutup Dalam sebuah kontrol otomatis suatu kondisi terkontrol (controlled condition) dapat berupa temperatur, tekanan, kelembaban, level, atau aliran. Hal ini mengartikan bahwa elemen pengukuran dapat berupa sensor temperatur, transduser tekanan atau tramitter, detektor level, sensor kelembaban atau sensor aliran. Sementara variabel manipulasinya dapat berupa uap air, air, udara, listrik, minyak atau gas, sedangkan perangkat terkontrol dapat berupa sebuah klep, damper (penghadang), pompa atau kipas angin.
2.2.2 Sensor Sensor adalah alat untuk mendeteksi/mengukur sesuatu, yang digunakan untuk mengubah variasi mekanis, magnetis, panas, sinar dan kimia menjadi tegangan dan arus listrik. Dalam lingkungan sistem pengendali dan robotika, sensor memberikan kesamaan yang menyerupai mata, pendengaran, hidung, lidah yang kemudian akan diolah oleh kontroler sebagai otaknya. Sensor dalam teknik pengukuran dan pengaturan secara elektronik berfungsi mengubah besaran fisik (misalnya : temperatur, gaya, kecepatan putaran) menjadi besaran listrik yang proposional. Sensor dalam teknik pengukuran dan pengaturan ini harus memenuhi persyaratanpersyaratan kualitas yakni :
7
Linieritas : Konversi harus benar-benar proposional, jadi karakteristik konversi harus linier. Tidak tergantung temperatur : Keluaran konverter tidak boleh tergantung pada temperatur di sekelilingnya, kecuali sensor suhu. Kepekaan : Kepekaan sensor harus dipilih sedemikian, sehingga pada nilai-nilai masukan yang ada dapat diperoleh tegangan listrik keluaran yang cukup besar. Waktu tanggapan : Waktu tanggapan adalah waktu yang diperlukan keluaran sensor untuk mencapai nilai akhirnya pada nilai masukan yang berubah secara mendadak. Sensor harus dapat berubah cepat bila nilai masukan pada sistem tempat sensor tersebut berubah. Batas frekuensi terendah dan tertinggi : Batas-batas tersebut adalah nilai frekuensi masukan periodik terendah dan tertinggi yang masih dapat dikonversi oleh sensor secara benar. Stabilitas waktu : Untuk nilai masukan (input) tertentu sensor harus dapat memberikan keluaran (output) yang tetap nilainya dalam waktu yang lama. Histerisis : Gejala histerisis yang ada pada magnetisasi besi dapat pula dijumpai pada sensor. Misalnya, pada suatu temperatur tertentu sebuah sensor dapat memberikan keluaran yang berlainan. (Septiawan, 2010) Empat sifat diantara syarat-syarat dia atas, yaitu linieritas, ketergantungan pada temperatur, stabilitas waktu dan histerisis menentukan ketelitian sensor.
2.2.3 Relay Relay merupakan salah satu perangkat elektronik yang sering digunakan dalam membuat suatu perangkat keras. Dalam dunia elektronika, relay dikenal sebagai komponen yang dapat mengimplementasikan logika switching. Sebelum tahun 70-an, relay merupakan “otak” dari rangkaian pengendali. Baru setelah itu muncul PLC yang mulai menggantikan posisi relay. Relay yang paling sederhana ialah relay elektromekanis yang memberikan pergerakan mekanis saat mendapatkan energi listrik (Wicaksono, 2010). Secara sederhana relay elektromekanis ini didefinisikan sebagai berikut : Alat yang menggunakan gaya elektromagnetik untuk menutup (atau membuka) kontak saklar. Saklar yang digerakkan (secara mekanis) oleh daya/energi listrik.
Gambar 2.2 Relay yang beredar dipasaran Sumber : Kilian, 1996 Secara umum, relay digunakan untuk memenuhi fungsi – fungsi berikut :
8
Remote control : dapat menyalakan atau mematikan alat dari jarak jauh. Penguatan daya : menguatkan arus atau tegangan (Contoh : starting relay pada mesin mobil). Pengatur logika kontrol suatu sistem. Prinsip Kerja dan Simbol Relay terdiri dari coil dan contact. Perhatikan gambar 2.3, coil adalah gulungan kawat yang mendapat arus listrik, sedang contact adalah sejenis saklar yang pergerakannya tergantung dari ada tidaknya arus listrik di coil. Contact ada 2 jenis : Normally Open (kondisi awal sebelum diaktifkan open), dan Normally Closed (kondisi awal sebelum diaktifkan close). Secara sederhana berikut ini prinsip kerja dari relay : ketika Coil mendapat energy listrik (energized), akan timbul gaya elektromagnet yang akan menarik armature yang berpegas, dan contact akan menutup.
Gambar 1.3 Skema relay elektromekanik Sumber : Kilian, 1996 Selain berfungsi sebagai komponen elektronik, relay juga mempunyai fungsi sebagai pengendali sistem, sehingga relay mempunyai 2 macam simbol yang digunakan pada : Rangkaian listrik (hardware) Program (software) Simbol yang digunakan pada relay adalah:
Gambar 2.4 Rangkaian dan simbol logika relay Sumber : Kilian, 1996
9
Simbol selalu mewakili kondisi relay tidak dienergized. Relay Sebagai Pengendali Salah satu kegunaan utama relay dalam dunia industri ialah untuk implementasi logika kontrol dalam suatu sistem. Sebagai “bahasa pemrograman” digunakan konfigurasi yang disebut ladder diagram atau relay ladder logic. Relay ladder logic (ladder diagram) memiliki: Diagram wiring yang khusus digunakan sebagai bahasa pemrograman untuk rangkaian kontrol relay dan switching. LD Tidak menunjukkan rangkaian hardware, tapi alur berpikir. LD Bekerja berdasar aliran logika, bukan aliran tegangan/arus. Relay Ladder Logic terbagi menjadi 3 komponen yaitu: 1. Input : pemberi informasi 2. Logic : pengambil keputusan 3. Output : usaha yang dilakukan
Gambar 2.5 Diagram sederhana sistem kontrol berbasis relay Dari Gambar 2.5 nampak bahwa sistem kendali dengan relay ini mempunyai input device (misalnya: berbagai macam sensor, switch) dan output device (misalnya : motor, pompa, lampu). Dalam rangkaian logikanya, masing-masing input, output, dan semua komponen yang dipakai mengikuti standard khusus yang unik dan telah ditetapkan secara internasional. Pada Gambar 2.6 dapat dilihat aplikasi relay untuk membentuk gerbang – gerbang logika sederhana (AND, OR, NOT, dan latching
10
Gambar 2.6 Relay untuk membentuk gerbang logika Sumber : Kilian, 1996 Sebagai pengendali, relay dapat mengatur komponen-komponen lain yang membentuk suatu sistem kendali di industri, di antaranya : switch, timer, counter, sequencer, dan lain-lain.
2. 3.
Mikrokontroler
2.3.1 Pengertian Mikrokontroler Mikrokontroler adalah sebuah sistem komputer fungsional dalam sebuah chip. Di dalamnya terkandung sebuah inti prosesor, memori (sejumlah kecil RAM, memori program, atau keduanya), dan perlengkapan input output. Dengan kata lain, mikrokontroler adalah suatu alat elektronika digital yang mempunyai masukan dan keluaran serta kendali dengan program yang bisa ditulis dan dihapus dengan cara khusus, cara kerja mikrokontroler sebenarnya membaca dan menulis data. Mikrokontroler merupakan komputer didalam chip yang digunakan untuk mengontrol peralatan elektronik, yang menekankan efisiensi dan efektifitas biaya. Secara harfiahnya bisa disebut “pengendali kecil” dimana sebuah sistem elektronik yang sebelumnya banyak memerlukan komponen-komponen pendukung seperti IC TTL dan CMOS dapat direduksi/diperkecil dan akhirnya terpusat serta dikendalikan oleh mikrokontroler ini. Mikrokonktroler digunakan dalam produk dan alat yang dikendalikan secara automatis, seperti sistem kontrol mesin, remote controls, mesin kantor, peralatan rumah tangga, alat berat, dan mainan. Dengan mengurangi ukuran, biaya, dan konsumsi tenaga dibandingkan dengan mendesain menggunakan mikroprosesor memori, dan alat input output yang terpisah, kehadiran mikrokontroler membuat kontrol elektrik untuk berbagai proses menjadi lebih ekonomis. Beberapa keuntungan menggunakan mikrokontroler : Sistem elektronik akan menjadi lebih ringkas Rancang bangun sistem elektronik akan lebih cepat karena sebagian besar dari sistem adalah perangkat lunak yang mudah dimodifikasi Pencarian gangguan lebih mudah ditelusuri karena sistemnya yang kompak Namun demikian tidak sepenuhnya mikrokontroler bisa mereduksi komponen IC TTL dan CMOS yang seringkali masih diperlukan untuk aplikasi kecepatan tinggi atau sekedar menambah jumlah saluran masukan dan keluaran (I/O). Dengan kata lain, mikrokontroler adalah versi mini atau mikro dari sebuah komputer karena mikrokontroler sudah mengandung beberapa periferal yang langsung bisa dimanfaatkan, misalnya port paralel, port serial, komparator,
11
konversi digital ke analog (DAC), konversi analog ke digital dan sebagainya hanya menggunakan sistem minimum yang tidak rumit atau kompleks. Agar sebuah mikrokontroler dapat berfungsi, maka mikrokontroler tersebut memerlukan komponen eksternal yang kemudian disebut dengan sistem minimum. Untuk membuat sistem minimal paling tidak dibutuhkan sistem clock dan reset, walaupun pada beberapa mikrokontroler sudah menyediakan sistem clock internal, sehingga tanpa rangkaian eksternal pun mikrokontroler sudah beroperasi.Untuk merancang sebuah sistem berbasis mikrokontroler, kita memerlukan perangkat keras dan perangkat lunak, yaitu: 1. 2.
Sistem minimal mikrokontroler Software pemrograman dan kompiler, serta downloader
Yang dimaksud dengan sistem minimal adalah sebuah rangkaian mikrokontroler yang sudah dapat digunakan untuk menjalankan sebuah aplikasi. Sebuah IC mikrokontroler tidakakan berarti bila hanya berdiri sendiri. Pada dasarnya sebuah sistem minimal mikrokontroler AVR memiliki prinsip yang sama, yang terdiri dari 4 bagian, yaitu : 1. 2. 3. 4.
Prosesor, yaitu mikrokontroler itu sendiri Rangkaian reset agar mikrokontroler dapat menjalankan program mulai dari awal Rangkaian clock, yang digunakan untuk memberi detak pada CPU Rangkaian catu daya, yang digunakan untuk memberi sumberdaya
Pada mikrokontroler jenis-jenis tertentu (AVR misalnya), poin-poin pada nomor 2 dan 3 sudah tersedia didalam mikrokontroler tersebut dengan frekuensi yang sudah diseting dari vendornya (biasanya 1MHz, 2MHz, 4MHz dan 8MHz), sehingga pengguna tidak perlu memerlukan rangkaian tambahan, namun bila ingin merancang sistem dengan spesifikasi tertentu (misal ingin komunikasi dengan PC atau handphone), maka pengguna harus menggunakan rangkaian clock yang sesuai dengan karakteristik PC atau HP tersebut, biasanya menggunakan kristal 11,0592 MHz, untuk menghasilkan komunikasi yang sesuai dengan baud rate PC atau HP tersebut.
2.3.2 Jenis-jenis Mikrokontroler Secara teknis hanya ada 2 macam mikrokontroller. Pembagian ini didasarkan pada kompleksitas instruksi-instruksi yang dapat diterapkan pada mikrokontroler tersebut. Pembagian itu yaitu RISC dan CISC. RISC (Reduced Instruction Set Computer). Memiliki instruksi terbatas, tetapi memiliki fasilitas yang lebih banyak. CISC (Complex Instruction Set Computer). Memiliki instruksi lebih lengkap tapi dengan fasilitas secukupnya. Jenis-jenis mikrokontroler yang umum digunakan adalah : 1. MCS51 Mikrokontroler ini termasuk dalam mikrokontroler CISC. Sebagian besar instruksinya dijalankan dalam 12 siklus. Mikrokontroler ini berdasarkan arsitektur Harvard dan meskipun awalnya dirancang untuk aplikasi mikrokontroler chip tunggal, sebuah mode perluasan telah mengizinkan sebuah ROM luar 64KB dan RAM luar 64KB diberikan alamat
12
2.
3.
2.4
dengan cara jalur pemilihan chip yang terpisah untuk akses program dan memori data. Salah satu kemampuan dari mikrokontroler 8051 adalah pemasukan sebuah mesin pemroses boolean yang mengijikan operasi logika boolean tingkatan-bit dapat dilakukan secara langsung dan secara efisien dalam register internal dan RAM. Karena itulah MCS51 digunakan dalam rancangan awal PLC (programmable Logic Control). AVR Mikrokonktroler Alv and Vegard’s Risc processor atau sering disingkat AVR merupakan mikrokonktroler RISC 8 bit. Karena RISC inilah sebagian besar kode instruksinya dikemas dalam satu siklus clock. AVR adalah jenis mikrokontroler yang paling sering dipakai dalam bidang elektronika dan instrumentasi. Secara umum, AVR dapat dikelompokkan dalam 4 kelas. Pada dasarnya yang membedakan masing-masing kelas adalah memori, peripheral dan fungsinya. Keempat kelas tersebut adalah keluarga ATTiny, keluarga AT90Sxx, keluarga ATMega dan AT86RFxx. PIC Pada awalnya, PIC merupakan kependekan dari Programmable Interface Controller. Tetapi pada perkembangannya berubah menjadi Programmable Intelligent Computer. PIC termasuk keluarga mikrokonktroler berarsitektur Harvard yang dibuat oleh Microchip Technology. Awalnya dikembangkan oleh Divisi Mikroelektronik General Instruments dengan nama PIC1640. Sekarang Microhip telah mengumumkan pembuatan PIC-nya yang keenam. PIC cukup popular digunakan oleh para developer dan para penghobi ngoprek karena biayanya yang rendah, ktersediaan dan penggunaan yang luas, database aplikasi yang besar, serta pemrograman (dan pemrograman ulang) melalui hubungan serial pada komputer.
Smartdatalog
Smartdatalog merupakan sebuah data logger yang mana seluruh setting dan kalibrasi pengukuran dapat dilakukan dengan mempergunakan PC/Notebook, baik secara off-line maupun online (remote). Untuk itu pada produk ini telah dilengkapi dengan sebuah software yang berfungsi sebagai interface antara user dengan data logger. Hubungan antara PC/Notebook dengan Smartdatalog dapat dilakukan melalui kabel, ataupun melalui modem GSM. Smartdatalog software merupakan sebuah perangkat lunak yang berfungsi untuk mengakses data logger. Akses data dapat dilakukan baik secara remote mempergunakan media jaringan GSM, maupun secara off line mempergunakan kabel. Untuk akses data logger secara remote, maka terdapat dua pilihan yaitu mempergunakan metode dial up atau menggunakan layanan SMS (Smartdatalog versi AVR-022), sedangkan untuk Smartdatalog versi AVR-256 terdapat fasilitas pengiriman data melalui GPRS. Beberapa fasilitas yang terdapat didalam perangkat lunak ini antara lain : Remote Setting setiap Kanal pada data logger (dapat dilakukan secara remote mempergunakan dial up dan SMS) Setting RTC data logger (dapat dilakukan secara remote mempergunakan dial up) Setting Alarm untuk setiap kanal (dapat dilakukan secara remote menggunakan dial up), sedangkan sinyal alarm dapat diterima melalui SMS. Kalibrasi sensor (dapat dilakukan secara remote mempergunakan dial up) Download data (dapat dilakukan secara remote mempergunakan dial up) Request Data pengukuran terbaru (dapat dilakukan secara remote mempergunakan SMS)
13
Request Sepuluh data pengukuran terbaru mempergunakan SMS) Konversi data dari format teks ke format excel
(dapat
dilakukan
secara
remote
Banyak aplikasi yang dapat dilakukan dengan memanfaatkan Smartdatalog. Aplikasi standar yang umum digunakan adalah menjadikan Smartdatalog sebagai unit pengukur/pemantau suatu objek, menyimpan semua data pengukuran dan mengirimkannya ke pusat pengolahan data. Agar Data Logger dapat diakses secara remote oleh PC atau Notebook, maka data logger harus terhubung lebih dahulu ke sebuah Modem GSM. Data Logger telah menyediakan fasilitas agar dapat diakses secara remote, hal ini berkaitan dengan beberapa keperluan yaitu : 1. Terhubung ke Modem GSM, untuk hal-hal yang berkaitan dengan : a. Download data dari data logger secara dial up. b. Setting data logger melalui layanan SMS c. Permintaan data pengukuran melalui layanan SMS. d. Permintaan informasi kondisi data logger melalui layanan SMS. 2.
Terhubung ke Modem GPRS, untuk hal-hal yang berkaitan dengan : a. Pengambilan data pengukuran secara kontinyu melalui layanan GPRS
2.4.1 Menu Pengoperasian 1.
2.
3.
4.
Menu Koneksi : Menu Koneksi terdiri dari tiga menu pola hubungan/komunikasi data antara data logger dengan PC/Notebook. Ketiga menu tersebut adalah Menu Kabel, Menu Dial Up, dan Menu SMS. Menu Kabel dan Menu Dial Up, erat kaitannya dengan menu-menu yang lain yaitu : Download Data, Setting Kanal, dan On-Line Monitoring Display. Agar pengguna dapat mengakses data logger, maka salah satu menu, yaitu Kabel atau Dial Up harus dipilih terlebih dulu. Sedangkan menu SMS merupakan menu khusus untuk mengambil data dari data logger dengan menggunakan layanan SMS. Menu Kabel : Pada menu Koneksi jika pilihan Kabel dipilih, maka tampilan menu sebagai mana dibawah ini. Menu ini dipilih jika diinginkan hubungan antara data logger dengan PC/Notebook menggunakan sebuah kabel melalui serial port. Tekan tombol Connect agar kedua device dapat saling berhubungan. Jika hubungan telah terjadi, maka indikator status akan betuliskan : Terkoneksi Menu Dial Up : Jika pilihan menu Dial Up yang diaktifkan, maka tampilan display sebagaimana dibawah ini. Pilihan menu ini berfungsi untuk mengakses data logger secara remote menggunakan jaringan GSM. Sebelum menu ini diaktifkan, maka PC sebaiknya sudah terhubung dengan Modem GSM. Ketika tombol Dial diaktifkan, maka secara otomatis proses dial up akan dilakukan sampai terjadi koneksi antara PC/Notebook dengan data logger. Indikator terlah terjanya hubungan antara PC dengan data logger adalah tulisan Dial di Tombol dial akan berubah menjadi Connected dan indicator status menjadi Terkoneksi. Menu SMS : Komunikasi data antara data logger dengan PC/Notebook dapat dilakukan melalui layanan SMS. Akses data yang dapat dilakukan melalui SMS antara lain : o CHn : untuk meminta data logger mengirimkan data pengukuran dari kanal nomor “ n ”
14
MCHn : untuk meminta data logger mengirimkan 10 data pengukuran terakhir dari kanal nomor “ n “. o Info[spasi] M : Informasi kondisi memory data logger o Info[spasi]P : Informasi jumlah pulsa di St. Pantau Menu setting kanal : Menu Setting Kanal terdiri dari : ID Data Logger, Nama Stasiun, Kolom Setting, Kolom pencatat no kirim SMS untuk alarm, Tombol Simpan Setting, Tombol Reset Ke Setting Terakhir, Tombol Reset ke Default Terakhir. Setiap kanal (tergantung type data logger) dapat diatur sesuai dengan kondisi yang diinginkan, yang meliputi : o Range Input (4mA-20mA / 0V-5V) o Gradien o Konstanta o Satuan o Interval Penyimpanan Data o Alarm (Aktif / disable) Menu Setting RTC : berfungsi untuk menyamakan waktu antara RTC di data logger dengan waktu di PC. Cara menyamakan adalah cukup menekan tombol Samakan Waktu. Jika perintah gagal, maka sebuah pesan akan ditampilkan.. Menu Download data dan online display monitoring : Menu Download Data berfungsi untuk mengambil data yang tersimpan pada memory data logger. Sementara dengan online display monitoring maka selama data logger dan PC saling terhubung, maka semua kanal dapat termonitor secara real time dari layar monitor PC. o
5.
6.
7.
2.5
Root Mean Square Error (RMSE)
Root Mean Square Error (RMSE) merupakan tehnik yang sering digunakan untuk mengukur perbedaan antara nilai yang diprediksi oleh model atau penduga dan nilai-nilai yang diamati dari hal yang dimodelkan atau diperkirakan. RMSE merupakan tehnik mengukur yang baik untuk pengukuran yang presisi. Perbedaan individual ini disebut juga residual, dan rmsd berfungsi untuk agregat mereka menjadi ukuran tunggal daya prediksi (Anderson, 1992). RMSE dari sebuah estimator kuadrat dari mean square error.
dengan estimasi parameter θ didefinisikan sebagai akar
…../ 3 / Untuk estimator yang tidak bias, maka RMSE adalah akar kuadrat dari varians, yang dikenal sebagai standard error. Dalam beberapa disiplin, RMSE digunakan untuk membandingkan perbedaan antara dua hal yang mungkin bervariasi, baik yang diterima sebagai "standar". Misalnya, ketika mengukur jarak rata-rata antara dua benda oblong, dinyatakan sebagai vektor acak.
………/ 4 /
15
Formula berubah menjadi :
……/ 5 / Normalized Root Mean Square Error (NRMSE) NRMSE adalah RMSE dibagi dengan rentang nilai diamati, nilai yang sering dinyatakan sebagai persentase, di mana nilai-nilai yang lebih rendah mengindikasikan variance.
………/ 6 /
16
