plagiat merupakan tindakan tidak terpuji plagiat

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
TUGAS AKHIR
SISTEM PENGENDALIAN PH
PADA PEMBUATAN AIR ALKALI
Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat
Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
Program Studi Teknik Elektro
Oleh:
FERDINANDUS WIBISANA
NIM : 105114021
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
2015
i
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
FINAL PROJECT
PH CONTROL SYSTEM
IN THE PRODUCTION OF ALKALINE WATER
Presented as Partial Fulfillment of the Requirements
To Obtain the Sarjana Teknik Degree
In Electrical Engineering Study Program
FERDINANDUS WIBISANA
NIM : 105114021
ELECTRICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM
DEPARTMENT OF ELECTRICAL ENGINEERING
FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY
SANATA DHARMA UNIVERSITY
YOGYAKARTA
2015
ii
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
HALAMAN PERSETUJUAN
TUGAS AKHIR
SISTEM PENGEhIDALIAN PH PADA PEMBUATAhI AIR ALKALI
(PH CONTROL SYSTEM IN THE PRODUCNON OF ALKALINE
WATERI
6
ffi-E
Lar{fr/Wibisana
@as
*r.o-t
Pe,nnbimbing
Tansgal
: 27 Arqt, Jon
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
t I
r
l,
r
I
r riir
\ I \.).\F,,ll1\
l{
slsTl.\t t)[ \(;1."\t] \t I \\ PU
ill \ l'[.\lltt \ I \\ \il{ \t.K \ l
i ) rrit
i' ertlrtt;rrt,itr
\l\i
i
" \\ iiri.ail;r
iriil l.iir-l
ri;tit dillcrt;ililtrk,rri tii rlep;rri {};iilti,i ir.'rtriil
i),litil iitti{!lii lir \lli.iii. lili i
i)irr .ltrrr,r{iikilrl r}idni!'riiiiii -\ r1i.tl
t 1,,.i:t.lli l),$ril i,t IrtiiiLi
;;"rJiili:
!\!:
i; i :1",..it l. \1 iill:
!; i, j
\r'Lrci
\ l.t::.!li
l;
t.
1
ii \\r;:, ii.r:,',r \ 1 \1 i
i; 1,, i';:irr.r \ii \flir.ill,
\1
I
\ '.:,:ri..,', ,
I
.^-{l
t ',L,,
/f
r,.,,.,.'.:' :'.
i tr:r'l:- \ i:;. ..r', ir'\."
/ar"
v l/--t..;
!\rl:i+;-'
'\'.ft
a+,
-
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
PERNYATAAN KEASLIAN KARYA
"Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa tugas akhir yang
saya tulis ini
tidak memuatkarya atau bagian karya orang lain,
kecuali yang telah disebutkan dalam kutipan dan daftar pustaka,
sebagaimana layaknya karya ilmiah.,'
Yogyakarta3?aeustus
Z0 t S
T"'1"
-./-
Ferdinandus Wibisana
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
HALAMAN PERSEMBAHAN DAN MOTTO HIDUP
Karya ini kupersembahkan untuk…..
Allah Bapa, Tuhan Yesus Kristus, Bunda Maria atas semua
curahan karunia-Nya.
Bapak Ramli atas segala nasehat, dukungan, dan curahan kasih
sayang kepada anaknya ini.
Ibu Suryati Asan atas kasih sayang , kesabarannya, perhatian yang
tulus dan selalu mendoakan anaknya ini.
Adikku Devita Wibisana yang selalu memberikan semangat dan
dukungan bagi kakaknya ini.
Teman – teman seperjuangan Teknik Elektro 2010 yang selalu
berbagi semangat, canda, ejekan, dan motivasi.
Dan semua pihak yang ikut memberikan bantuan baik secara
langsung maupun tidak langsung.
“Jika anda jatuh ribuan kali, berdirilah jutaan kali
karena anda tidak tahu seberapa dekat anda dengan
kesuksesan.”
Terima kasih Semua………..
vi
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
HALAMAN PERNYATAAN PERSETUJUAN
PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK
KEPENTINGAN AKADEMIS
Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma
Nama
:
: Ferdinandus Wibisana
Nomor Mahasiswa : 105114021
Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada
Universitas Sanata Dharma karya ilmiah saya yang berjudul
Perpustakaan
:
SISTEM PENGENDAIAN PH
PADA PEMBUATAN AIR ALKALI
beserta perangkat yang diperlukan (bila ada). Dengan demikian saya memberikan kepada
Perpustakaan Universitas Sanata Dhanna hak untuk menyimpan, mengalihkan dalam
bentuk media lain, mengelolanya dalam bentuk pangkalan data, mendistribusikan secara
terbatas, dan mempublikasikannya di intemet atau rnedia lain untuk kepentingan akademis
tanpa perlu meminta
ijin dari
saya maupun memberikan royalty kepada saya selama tetap
mencantumkan nama saya sebagai penulis.
Demikian pernyataan ini yang saya buat dengan sebenarnya.
YogyakartaltAgustus 20 I 5
T"fu
Ferdinandus Wibisana
vil
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
INTISARI
Air merupakan komponen terbesar dalam tubuh manusia. Secara umum kandungan
air dalam tubuh manusia berkisar antara 55% - 65%. Air juga merupakan zat gizi yang
penting bagi kesehatan tubuh karena berperan sebagai pelarut, pengatur suhu tubuh,
penyedia mineral dan elektrolit serta menjaga keseimbangan kadar keasaman dalam tubuh.
Salah satu peran air dalam tubuh yaitu menjaga keseimbangan kadar keasaman dalam
tubuh. Kadar keasaman tubuh dapat dipengaruhi oleh makanan yang dikonsumsi dan juga
gaya hidup. Salah satu cara utuk menjaga kadar keasaman dalam tubuh yaitu dengan
mengkonsumsi air alkali. Oleh karena itu penulis bermaksud membuat alat yang dapat
memproduksi air alkali dengan pH yang diatur di atas 8.
Sistem pengendalian pH pada pembuatan air alkali ini menggunakan sensor pHBTA Vernier sebagai alat ukur kadar keasaman pada air alkali. Proses pembuatan air alkali
menggunakan proses elektrolisis. Hasil pengukuran kadar keasaman akan ditampilkan pada
LCD character setiap dua menit sampai air alkali dihasilkan. Air alkali yang ingin
dihasilkan memiliki range pH 8 – 8,5.
Sistem pengendalian pH pada pembuatan air alkali ini sudah dapat bekerja dengan
baik. Pada alat perancangan air aqua dan air isi ulang yang diproses sudah dapat menjadi
air alkali dengan pH 8,13 untuk air aqua dan 8,04 untuk air isi ulang meskipun jika diukur
dengan pH meter referensi masih bernilai 7.8. Alat ini juga sudah dapat melakukan
pengukuran kadar keasaman pada berbagai macam sampel air. Alat ini membutuhkan
waktu lebih dari 12 jam untuk dapat menghasilkan air alkali dengan pH diatas 8.
.
Kata kunci: alat ukur kadar keasmanan, sensor vernier pH - BTA, air alkali, elektrolisis.
viii
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
ABSTRACT
Water is the largest component in the human body. In general, the water content in
the human body ranges from 55% - 65%. Water is also an important nutrient for health
because it acts as a solvent, regulating body temperature, a provider of minerals and
electrolytes as well as maintaining the balance of acidity in the body. One role of water in
the body is to maintain the balance of acidity in the body. The acidity of the body can be
affected by food intake and lifestyle. One way to guard the acidity in the body is by
consuming alkaline water. Therefore, the authors intend to create a tool that can produce
alkaline water with a pH that is set above 8.
PH control system in the production of alkaline water using pH-BTA Vernier
sensors as a measure of acidity in alkaline water. The process of making alkaline water
using electrolysis process. Acidity measurement results will be displayed on the LCD
character every two minutes until the alkaline water produced. To generate alkaline water
has a pH range of 8 to 8.5.
PH control system in the production of alkaline water can already be working
properly. On the design tool aqua water and refill the water that has been processed can be
alkaline water with a pH of 8.13 to 8.04 for the aqua water and refill water even if
measured by the pH meter is still worth 7.8 reference. This tool also can perform
measurements of acidity on a wide variety of water samples. This tool takes more than 12
hours to be able to produce alkaline water with a pH above 8.
Keywords: Measuring instrument that levels of acidity, pH sensors vernier - BTA,
alkaline water, electrolysis.
ix
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
KATA PENGANTAR
Puji dan Syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yesus Kristus atas segala rahmat
dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini dengan baik. Penulis
menyadari bahwa keberhasilan menyelesaikan skripsi ini tidak lepas dari bantuan dan
bimbingan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, pada kesempatan ini penulis mengucapkan
terima kasih kepada:
1. Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
2. Ketua Program Studi Teknik Elektro Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
3. B. Wuri Harini, S.T., M.T., dosen pembimbing yang dengan penuh pengertian dan
ketulusan hati memberi bimbingan, kritik, saran, serta motivasi dalam penulisan
skripsi ini.
4. Ir. Tjendro, M.Kom dan Ir. Th. Prima Ari Setiyani, M.T., dosen penguji yang telah
memberikan masukan, bimbingan, dan saran dalam merevisi skripsi ini.
5. Kedua orang tua dan adik saya, atas dukungan, doa, cinta, perhatian, kasih sayang
yang tiada henti.
6. Staff sekretariat Teknik Elektro, atas bantuan dalam melayani mahasiswa.
7. Teman-teman seperjuangan angkatan 2010 Teknik Elektro dan semua teman yang
mendukung saya dalam menyelesaikan skripsi ini.
8. Semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu atas semua dukungan yang
telah diberikan dalam penyelesaian skripsi ini.
Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan laporan akhir ini masih mengalami
kesulitan dan tidak lepas dari kesalahan. Oleh karena itu, penulis mengharapkan masukan,
kritik dan saran yang membangun agar skripsi ini menjadi lebih baik. Dan semoga skripsi
ini dapat bermanfaat sebagaimana mestinya.
Penulis
Ferdinandus Wibisana
x
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ................................................................................................ i
HALAMAN PERSETUJUAN ............................................................................. iii
HALAMAN PENGESAHAN ............................................................................... iv
PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ............................................................. v
HALAMAN PERSEMBAHAN DAN MOTTO HIDUP............................. vi
LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA
ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS ...................................... vii
INTISARI .................................................................................................................... viii
ABSTRACT ................................................................................................................ ix
KATA PENGANTAR ............................................................................................. x
DAFTAR ISI .............................................................................................................. xi
DAFTAR GAMBAR ............................................................................................... xiv
DAFTAR TABEL ..................................................................................................... xvi
BAB I PENDAHULUAN
1.1.
Latar Belakang.................................................................................................. 1
1.2.
Tujuan dan Manfaat Penelitian......................................................................... 3
1.3.
Batasan Masalah ............................................................................................... 3
1.4.
Metodologi Penelitian ...................................................................................... 3
BAB II DASAR TEORI
2.1.
Derajat Keasaman (pH) .................................................................................... 5
2.2.
Proses Elektrolisis ............................................................................................ 7
2.3.
Sensor PH – BTA Vernier ................................................................................ 8
2.4.
Mikrokontroler ATMega8535 .......................................................................... 11
2.5.
ADC ( Analog Digital Converter ) ................................................................... 12
2.6.
LCD ( Liquid Crystal Display )........................................................................ 15
2.7.
Voltage Regulator............................................................................................. 16
2.8.
Motor DC.......................................................................................................... 18
xi
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
2.9.
IC L298............................................................................................................. 20
2.10.
Limit Switch ...................................................................................................... 21
2.11.
Kontrol On - Off ............................................................................................... 22
BAB III PERANCANGAN
3.1.
Arsitektur Umum.............................................................................................. 23
3.2.
Perancangan Hardware .................................................................................... 24
3.2.1. Perancangan Mekanik ............................................................................ 24
3.2.2. Perancangan LCD Character ................................................................. 27
3.2.3. Perancangan Input-Output Sistem Mikrokontroler ATMega 8535........ 28
3.2.4. Perancangan Rangkaian Sensor pH meter.............................................. 29
3.2.5. Perancangan Driver Motor ..................................................................... 30
3.2.6. Perancangan Rangkaian Elektrolisis ...................................................... 31
3.2.7. Perancangan Limit Switch....................................................................... 31
3.2.8. Perancangan Rangkaian Catu Daya........................................................ 32
3.3.
Perancangan Software....................................................................................... 35
3.4.
Perhitungan Nilai ADC ................................................................................... 35
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1.
Gambar Fisik Hardware................................................................................. 40
4.1.1. Kotak Sistem ........................................................................................ 40
4.1.2. Wadah Air ............................................................................................ 42
4.1.3. Kotak Mekanik Pengukuran Kadar Keasaman..................................... 43
4.2.
Pengujian Sistem Alat..................................................................................... 44
4.2.1. Pengujian Alat Hasil Perancangan dengan Sampel Tertentu................ 44
4.2.2. Pengujian Alat Hasil Perancangan........................................................ 45
4.3.
Pengujian Hardware ....................................................................................... 46
4.3.1. Pengujian Sistem Mikrokontroler.......................................................... 46
4.3.2. Pengujian Catu Daya ............................................................................. 48
4.4.
Pengujian ADC ............................................................................................... 48
4.5.
Pengujian Software ......................................................................................... 52
4.5.1. Pengujian Kadar Keasaman Air ........................................................... 52
4.5.2. Pengujian Sistem .................................................................................. 53
4.6.
Pengujian ORP ................................................................................................ 58
xii
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1.
Kesimpulan...................................................................................................... 59
5.2.
Saran ................................................................................................................ 59
DAFTAR PUSTAKA .............................................................................................. 60
LAMPIRAN A Rangkaian Keseluruhan Perancangan Sistem ................................. L1
LAMPIRAN B Listing Program Sistem ................................................................... L2
xiii
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1.
Skala Indikator PH ................................................................................ 6
Gambar 2.2.
Proses Elektrolisis ................................................................................. 8
Gambar 2.3.
Sensor PH-BTA Vernier........................................................................ 10
Gambar 2.4.
Konfigurasi Pin Sensor PH-BTA Vernier ............................................. 10
Gambar 2.5.
Konfigurasi Pin Mikrokontroler ATMega 8535.................................... 12
Gambar 2.6.
Blok ADC .............................................................................................. 13
Gambar 2.7.
LCD 2x16 .............................................................................................. 15
Gambar 2.8.
Kaki IC 78xx ......................................................................................... 17
Gambar 2.9.
Rangkaian Regulator Tegangan +12 V ................................................. 17
Gambar 2.10.
Motor DC............................................................................................... 19
Gambar 2.11.
Konstruksi Motor DC ............................................................................ 19
Gambar 2.12.
Penampang IC L298 .............................................................................. 20
Gambar 2.13.
Rangkaian Limit Switch ......................................................................... 21
Gambar 2.14.
Simbol Limit Switch .............................................................................. 22
Gambar 2.15.
Limit Switch ........................................................................................... 22
Gambar 2.16.
Grafik Karakteristik Kontrol on-off....................................................... 22
Gambar 3.1.
Blok Diagram Perancangan Subsistem ................................................. 23
Gambar 3.2.
Kotak Sistem Tampak Samping ............................................................ 25
Gambar 3.3.
Kotak Sistem Tampak Atas ................................................................... 25
Gambar 3.4.
Wadah Air Sampel Tampak Depan ....................................................... 26
Gambar 3.5.
Kotak Mekanik Pengukuran Kadar Keasaman Tampak Samping ........ 26
Gambar 3.6.
Kotak Mekanik Pengukuran Kadar Keasaman Tampak Depan ............ 27
Gambar 3.7.
Rangkaian LCD Character 16 x 2......................................................... 28
Gambar 3.8.
Rangkaian Minimum Sistem Mikrokontroler ATMega8535 ................ 29
Gambar 3.9.
Rangkaian Sensor pH Meter.................................................................. 30
Gambar 3.10.
Rangkaian Driver Motor ....................................................................... 31
Gambar 3.11.
Rancangan Limit Switch ........................................................................ 32
Gambar 3.12.
Rangkaian Catu Daya ............................................................................ 34
Gambar 3.13.
Flowchart Program ................................................................................ 37
xiv
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
Gambar 3.14.
Grafik Hubungan Antara Vout Sensor pH dengan Nilai pH ................. 36
Gambar 3.15.
Grafik Hubungan Antara Nilai pH Terukur dengan Nilai ADC ........... 38
Gambar 3.16.
Grafik Hubungan Antara Nilai ADC dengan Nilai pH ......................... 39
Gambar 4.1.
Kotak Sistem Tampak Atas ................................................................... 40
Gambar 4.2.
Kotak Sistem Tampak Samping ............................................................ 41
Gambar 4.3.
Kotak Sistem Tampak Depan ................................................................ 41
Gambar 4.4.
Wadah Air.............................................................................................. 42
Gambar 4.5.
Kotak Mekanik Pengukuran Kadar Keasaman...................................... 43
Gambar 4.6.
Hasil Pengujian Rangkaian Sistem Mikrokontroler …... ...................... 47
Gambar 4.7.
Program Pengujian Sistem Mikrokontroler........................................... 47
Gambar 4.8.
Program Pengujian ADC ....................................................................... 49
Gambar 4.8.
(Lanjutan) Program Pengujian ADC ..................................................... 50
Gambar 4.9.
Pengujian Tegangan ADC ..................................................................... 50
Gambar 4.10.
Program Pengujian Kadar Keasaman Air.............................................. 52
Gambar 4.10.
(Lanjutan) Program Pengujian Kadar Keasaman Air............................ 53
Gambar 4.11.
Program Sistem ..................................................................................... 54
Gambar 4.11.
(Lanjutan) Program Sistem.................................................................... 55
Gambar 4.11.
(Lanjutan) Program Sistem.................................................................... 56
Gambar 4.11.
(Lanjutan) Program Sistem.................................................................... 57
Gambar 4.12.
Tampilan Awal pada LCD..................................................................... 57
Gambar 4.13.
Tampilan LCD Saat Proses Elektrolisis ................................................ 57
Gambar 4.14.
Tampilan LCD Saat Air Alkali Jadi ...................................................... 58
xv
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1.
Halaman
Derajat Keasaman (pH) Pada Air Minum Kemasan .................................. 6
Tabel 2.2.
Derajat Keasaman ( pH ) Pada Air Sumur ................................................. 6
Tabel 2.3.
Fungsi Pin LCD 2x16 ................................................................................ 15
Tabel 2.4.
Jenis-jenis IC Regulator 78xx .................................................................... 16
Tabel 2.5.
Tabel Logika Prinsip Kerja IC L298.......................................................... 20
Tabel 3.1.
Konfigurasi Mikrokontroler ATMega 8535............................................... 28
Tabel 4.1.
Keterangan Gambar Kotak Sistem............................................................. 41
Tabel 4.2.
Keterangan Gambar Wadah Air ................................................................. 42
Tabel 4.3.
Keterangan Gambar Kotak Mekanik Pengukuran Kadar Keasaman ........ 43
Tabel 4.4.
Hasil Pengujian Sampel ............................................................................. 44
Tabel 4.5.
Hasil Pengujian Air Aqua .......................................................................... 45
Tabel 4.6.
Hasil Pengujian Air Isi Ulang .................................................................... 45
Tabel 4.7.
Hasil Pengujian Rangkaian Catu Daya ...................................................... 48
Tabel 4.8.
Hasil Pengujian Tegangan ADC ................................................................ 51
Tabel 4.9.
Hasil Pengujian Nilai ADC ........................................................................ 51
xvi
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
BAB I
PENDAHULUAN
1.1.
Latar Belakang
Air merupakan komponen terbesar dalam tubuh manusia. Secara umum kandungan
air dalam tubuh manusia berkisar antara 55% - 65%. Kandungan air dalam setiap organ
tubuh manusia juga berbeda-beda, sebagai contoh kandungan air dalam otak manusia
sekitar 70%, darah sekitar 82% dan paru-paru sekitar 90% [1]. Air juga merupakan zat gizi
yang penting bagi kesehatan tubuh karena berperan sebagai pelarut, pengatur suhu tubuh,
penyedia mineral dan elektrolit serta menjaga keseimbangan kadar keasaman dalam tubuh.
Banyaknya air yang dibutuhkan seseorang berbeda-beda tergantung pada ukuran tubuh
orang tersebut dan aktivitas yang dilakukannya sehari-hari. Hal ini menunjukan betapa
pentingnya air bagi tubuh manusia.
Salah satu peran air dalam tubuh yaitu menjaga keseimbangan kadar keasaman
dalam tubuh. Kadar keasaman tubuh dapat dipengaruhi oleh makanan yang dikonsumsi
dan juga gaya hidup. Saat seseorang memakan makanan siap saji, kudapan, soda dan
alkohol, semuanya akan dicerna oleh tubuh. Proses pencernaan tersebut kemudian
menghasilkan senyawa asam yang menyebabkan meningkatnya kadar asam di dalam
tubuh. Faktor kurang olahraga, polusi serta gaya hidup yang buruk juga dapat
memperburuk keadaan. Saat tubuh memiliki kelebihan zat asam maka hal tersebut dapat
mengundang berbagai macam penyakit dari yang ringan hingga kronis, oleh karena itu
keseimbangan kadar asam dalam tubuh perlu dijaga agar tetap stabil [2].
Berkaitan dengan salah satu cara untuk menjaga kesehatan tubuh, salah satu
parameter yang paling penting adalah kadar keasaman air. Selain itu kadar keasaman (pH)
juga akan mempengaruhi beberapa kandungan material yang terdapat di dalam air yaitu
kadar karbon dioksida (CO2) dan oksigen (O2) terlarut.
Berdasarkan permasalahan di atas, salah satu cara untuk mengatasinya yaitu dengan
mengkonsumsi air alkali atau air yang bersifat basa. Karena pola hidup dan pola makan
manusia yang kurang baik dapat menyebabkan tubuh manusia berada dalam kondisi asam
sehingga dengan mengkonsumsi air alkali dapat menyeimbangkan kadar keasaman dalam
tubuh. Air alkali sendiri merupakan air bermuatan ion negatif yang bersifat basa dan
1
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
2
memiliki kandungan oksigen yang lebih tinggi dibandingkan dengan air biasa, sehingga
sangat baik bagi kesehatan tubuh manusia. Oleh sebab itu penulis ingin membuat alat yang
dapat memproduksi air alkali. Alat ini nantinya akan menghasilkan air alkali dengan kadar
keasaman (pH) di atas 7 sehingga air akan bersifat basa dan memiliki kandungan oksigen
(O2) yang lebih tinggi.
Ada beberapa penelitian yang telah dilakukan mengenai alat ukur tentang kadar
keasaman antara lain penelitian yang telah dilakukan oleh Rozeff Pramana dengan judul
penelitian “Pengontrolan PH Air Secara Otomatis Pada Kolam Ikan Kerapu Macan
Berbasis Arduino”[3] menggunakan metode penambahan larutan asam dan basa pada
sample air yang akan diukur. Selain itu peneliti menggunakan ATMega 328P sebagai
pengontrol sistem dan sensor Analog pH meter v1.0, sedangkan alat yang akan dibuat oleh
penulis menggunakan ATMega8535 sebagai pengontrol sistem dan sensor PH-BTA
Vernier. Sensor ini akan mengukur secara langsung kadar keasaman air tanpa tambahan
larutan asam maupun basa. Output dari sistem akan ditampilkan melalui LCD karakter
dalam bentuk nilai kadar keasaman, selain itu alat yang dirancang oleh penulis
menggunakan proses elektrolisis untuk menghasilkan air yang bersifat basa.
Penelitian lain yang berkaitan dengan alat ukur kadar keasaman adalah penelitian
yang berjudul “Aplikasi Mikrokontroler AT89S51 Sebagai Kontroler Proposional Pada
Pengaturan PH”[4] oleh Muammad Lazuardi. Perbedaan penelitian yang sudah ada
dengan alat yang akan dibuat penulis terletak pada pengontrol sistem yang digunakan.
Penulis menggunakan ATMega8535 sebagai pengontrol sistem. Penelitian ini juga
menggunakan tambahan cairan asam maupun basa untuk menjaga keseimbangan kadar
keasaman dalam air, sedangkan penulis menggunakan proses elektrolisis untuk menjaga
keseimbangan kadar keasaman dalam air.
Alat yang akan dibuat ini juga sudah mulai dijual dipasaran dengan nama
“Generator Air Alkali”[5]. Generator air alkali ini juga menggunakan proses elektrolisis
untuk menghasilkan air alkali. Perbedaan antara alat yang sudah ada dengan alat yang akan
dibuat oleh penulis terletak pada penambahan sensor pH meter. Penambahan sensor pH
meter ini untuk mengetahui kadar keasaman yang dihasilkan sudah tercapai atau belum.
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
1.2.
3
Tujuan dan Manfaat Penelitian
Tujuan penelitian dalam tugas akhir ini adalah untuk menghasilkan suatu alat yang
dapat memproduksi air alkali. Manfaat dari penelitian ini adalah untuk menghasilkan air
alkali yang dapat menjaga keseimbangan kadar keasaman di dalam tubuh sehingga dapat
menjaga daya tahan tubuh.
1.3.
Batasan Masalah
Batasan masalah dalam penelitian ini adalah :
a. Pengukuran dilakukan terhadap air minum kemasan aqua dan air minum isi ulang.
b. Air yang dihasilkan memiliki range pH 8 – 8,5.
c. Mengukur tingkat pH dalam air.
d. Pengukuran dilakukan menggunakan sensor PH-BTA Vernier dengan jangkauan
derajat keasaman dari 0 – 14 .
e. Pengolahan data menggunakan mikrokontroler ATMega8535.
f. Menggunakan LCD 16 X 2 untuk menampilkan data hasil pengukuran.
g. Kandungan ORP pada air juga akan diuji dengan ORP meter.
h. Kontrol elektroda menggunakan pengendali on - off
1.4.
Metodologi Penelitian
Metodologi yang digunakan dalam penelitian tugas akhir ini adalah sebagai berikut:
a. Pengumpulan bahan – bahan referensi mengenai sebagian atau keseluruhan sistem
dari buku teks, jurnal, internet dan lain-lain.
b. Perancangan sistem hardware dan software. Tahap ini bertujuan untuk mencari
bentuk rancangan
yang tepat untuk sistem
mempertimbangankan berbagai
yang akan dibuat
dengan
aspek permasalahan dan kebutuhan yang
ditentukan dari sistem yang akan dibuat.
c. Pembuatan sistem hardware dan software. Sistem ini bekerja dengan proses
elektrolisis dengan menggunakan aliran arus listrik DC yang memiliki dua kutub
yang berbeda yaitu positif dan negatif. Air alkali yang dihasilkan terletak pada
kutub negatif kemudian air tersebut akan diukur kadar keasamannya. Sensor
vernier PH-BTA merupakan sensor pH yang akan mengukur kadar keasaman dari
air alkali yang dihasilkan, hasil pengukuran dari sensor akan diolah mikrokontroler
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
4
melalui channel ADC. Keluaran sensor yang berupa tegangan akan dikonversi
mikrokontroler menjadi kadar keasaman. Data keluaran dari mikrokontroler akan
ditampilkan ke LCD
d. Proses Pengambilan data. Pengambilan data dilakukan dengan melakukan
pengukuran kadar keasaman secara langsung antara air minum kemasan dengan air
isi ulang menggunakan sensor PH-BTA Vernier. Data yang sudah diambil akan
dibandingkan dengan standar kualitas air minum yang sudah ada sebagai
pembanding
e. Analisa dan penyimpulan hasil percobaan. Analisis data dengan membandingkan
data yang didapatkan dari hasil pengukuran sensor PH-BTA Vernier dengan
standar kualitas air minum yang sudah ada. Penyimpulan hasil percobaan dapat
dilakukan dengan menghitung error data yang sudah diambil dari hasil pengukuran.
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
BAB II
DASAR TEORI
Pada bab ini berisikan beberapa landasan dasar teori yang digunakan penulis sebagai
dasar dalam perancangan sistem pengendali pembuatan air alkali. Landasan dasar teori yang
digunakan penulis antara lain menjelaskan tentang derajat keasaman (pH), proses elektrolisis,
sensor PH-BTA Vernier, Mikrokontroler ATMega8535, ADC (Analog Digital Converter),
LCD (Liquid Crystal Display), rangkaian regulator dan motor dc.
2.1.
Derajat Keasaman (pH) [6]
Derajat keasaman atau yang biasa juga disebut dengan pH adalah suatu satuan ukur
yang menguraikan derajat tingkat kadar keasaman atau kadar alkali dari suatu larutan. Unit pH
diukur pada skala 0 sampai 14. Istilah pH berasal dari “p” lambang matematika dari negatif
logaritma dan “H” lambang kimia untuk unsur Hidrogen. Definisi yang formal tentang pH
adalah negatif logaritma dari aktivitas ion Hidrogen yang dapat dinyatakan dengan
persamaan 2.1, yaitu :
pH = -log [H+]
(2.1)
pH biasa digunakan untuk menyatakan tingkat keasaman atau basa yang dimiliki oleh suatu
zat, larutan atau benda. Derajat keasaman (pH) sendiri memiliki skala nilai dari 1 sampai 14.
Derajat keasaman (pH) normal memiliki nilai 7 sementara jika nilai derajat keasaman (pH)
lebih dari 7 atau konsentrasi [OH-] lebih besar dari pada [H+], maka zat tersebut bersifat basa.
Jika nilai derajat keasaman (pH) kurang dari 7 atau konsentrasi [H+] lebih besar dari pada
[OH-] maka zat tersebut bersifat asam.
Pengukuran pH dapat dilakukan menggunakan pH meter dan kertas indikator pH. Cara
menggunakan kertas indikator pH yaitu dengan mengamati perubahan warna pada level pH
yang bervariasi. Indikator ini mempunyai keterbatasan pada tingkat akurasi pengukuran dan
dapat terjadi kesalahan pembacaan warna yang disebabkan larutan sampel yang berwarna
5
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
6
ataupun keruh. Gambar 2.1. menunjukan skala indikator pH yang digunakan untuk pembacaan
nilai pH. Pengukuran yang lebih akurat biasa dilakukan dengan menggunakan pH meter.
Gambar 2.1. Skala indikator pH [7]
Tingkat derajat keasaman pada setiap air berbeda – beda, baik pada air minum
kemasan maupun air sumur. Pada table 2.1 dan table 2.2. menunjukan tingkat kadar keasaman
air minum kemasan dan air sumur.
Table 2.1. Derajat Keasaman (pH) Pada Air Minum Kemasan [8]
No
Merk Air Minum Kemasan
pH
1
Ades
6,11
2
Nestle
6,42
3
Aqua
6,47
4
Club
5,79
5
Pristine
8-8,5
Table 2.2 Derajat Keasaman (pH) Pada Air Sumur [9]
No
Lokasi
pH
1
Kota Yogyakarta
6,23 – 6,77
2
Kabupaten Sleman
6,51 – 7,13
3
Kabupaten Kulonprogo
6,35 – 6,7
4
Kabupaten Bantul
6,81 – 7,27
5
Kabupaten Gunung Kidul
6,6 – 6,83
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
2.2.
7
Proses Elektrolisis [10]
Peristiwa elektrolisis terjadi ketika arus listrik dialirkan melalui senyawa ionik dan
senyawa tersebut mengalami reaksi kimia. Larutan elektrolit dapat menghantar listrik karena
mengandung ion-ion yang dapat bergerak bebas. Ion-ion itulah yang menghantarkan arus
listrik melalui larutan. Hantaran listrik melalui larutan elektrolit membuat sumber arus searah
memberi muatan yang berbeda pada kedua elektroda. Katoda (elektroda yang dihubungkan
dengan kutub negatif) bermuatan negatif, sedangkan anoda (elektroda yang dihubungkan
dengan kutub positif) bermuatan positif. Spesi (ion, molekul atau atom) tertentu dalam larutan
akan mengambil elektron dari katoda, sementara spesi lainnya melepas elektron ke anoda.
Selanjutnya elektron akan dialirkan ke katoda melalui sumber arus searah.
Pada anoda terjadi reaksi oksidasi sedangkan pada katoda terjadi reaksi reduksi.
Elektrolit kuat mempunyai daya hantar yang relatif baik meskipun konsentrasinya relatif kecil,
sedangkan elektrolit lemah mempunyai daya hantar yang relatif buruk meskipun
konsentrasinya relatif besar. Pada proses elektolisis selain jenis larutan, jenis elektroda juga
mempengaruhi hasil elektrolisis. Disini elektroda dipilih berdasarkan kemampuannya untuk
menghantarkan listrik. Stainless steel merupakan salah satu elektroda yang dapat digunakan
dalam elektrolisis. Stainless steel adalah senyawa besi yang mengandung setidaknya
10,5% Kromium untuk mencegah proses korosi (pengkaratan logam). Kemampuan tahan karat
diperoleh dari terbentuknya lapisan film oksida Kromium, dimana lapisan oksida ini
menghalangi proses oksidasi besi (Ferum)[11].
Molekul air dapat diuraikan menjadi unsur-unsur asalnya dengan mengalirikan arus
listrik. Proses ini disebut elektrolisis air. Pada katoda, dua molekul air bereaksi dengan
menangkap dua elektron, tereduksi menjadi gas [H ] dan ion hidroksida [OH ]. Sementara itu
pada anoda, dua molekul air lain terurai menjadi gas oksigen [O ], melepaskan empat ion [H ]
serta mengalirkan elektron ke katoda. Ion [H ] dan [OH ] mengalami netralisasi sehingga
terbentuk kembali beberapa molekul air. Reaksi keseluruhan yang setara dari elektrolisis air
dapat dituliskan pada persamaan 2.2 sebagai berikut :
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
Anoda
:
Katoda
:
H O
2H + O + 2e
2H O
2H + O
H O
H + OH
8
(2.2)
Gambar 2.2. Proses Elektrolisis [12]
2.3.
Sensor PH-BTA Vernier
Alat ukur derajat keasaman (pH meter) adalah sebuah alat elektronik yang digunakan
untuk mengukur pH (derajat keasaman atau kebasaan) dari suatu cairan (meskipun probe
khusus terkadang digunakan untuk mengukur pH zat semi padat). Alat ukur kadar keasaman
(pH meter) biasa terdiri dari probe pengukur yang terhubung pada sebuah alat elektronik yang
mengukur dan menampilkan nilai pH.
Prinsip dasar pengukuran pH dengan menggunakan pH meter adalah potensial
elektrokimia yang terjadi antara larutan yang terdapat di dalam elektroda gelas yang telah
diketahui dengan larutan yang terdapat di luar elektroda gelas yang tidak diketahui. Hal ini
dikarenakan lapisan tipis dari gelembung kaca akan berinteraksi dengan ion hidrogen yang
ukurannya relatif kecil dan aktif.
Elektroda gelas tersebut akan mengukur potensial elektrokimia dari ion hidrogen atau
diistilahkan dengan potential of hidrogen. Untuk melengkapi sirkuit elektrik dibutuhkan suatu
elektroda pembanding. Sebagai catatan, alat tersebut tidak mengukur arus tetapi hanya
mengukur tegangan. Skema elektroda pH meter akan mengukur potensial listrik antara
Merkuri Klorid (HgCl) pada elektroda pembanding dan potassium chloride (KCl) yang
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
9
merupakan larutan di dalam gelas elektroda serta petensial antara larutan dan elektroda perak.
Tetapi potensial antara sampel yang tidak diketahui dengan elektroda gelas dapat berubah
tergantung sampelnya.
Oleh karena itu, perlu dilakukan kalibrasi dengan menggunakan larutan yang ekuivalen
yang lainnya untuk menetapkan nilai pH. Elektroda pembanding calomel terdiri dari tabung
gelas yang berisi potassium kloride (KCl) yang merupakan elektrolit yang berinteraksi dengan
HgCl diujung larutan KCl. Tabung gelas ini mudah pecah sehingga untuk menghubungkannya
digunakan keramik berpori atau bahan sejenisnya. Elektroda semacam ini tidak mudah
terkontaminasi oleh logam dan unsur natrium.
Elektroda gelas terdiri dari tabung kaca yang kokoh dan tersambung dengan
gelembung kaca yang tipis. Di dalamnnya terdapat larutan KCl yang buffer pH 7. Elektroda
perak yang ujungnya merupakan perak kloride (AgCl) dihubungkan ke dalam larutan tersebut.
Untuk meminimalisir pengaruh elektrik yang tidak diinginkan, alat tersebut dilindungi oleh
suatu lapisan kertas pelindung yang biasanya terdapat di bagian dalam elektroda gelas.
Pada kebanyakan pH meter modern sudah dilengkapi dengan thermistor temperature,
yakni suatu alat untuk mengkoreksi pengaruh temperatur. Antara elektroda pembanding
dengan elektroda gelas sudah disusun dalam satu kesatuan.
Alat ukur pH harus dikalibrasi sebelum dan setelah setiap pengukuran. Untuk
penggunaan normal, kalibrasi harus dilakukan pada awal pemakaian dengan menggunakan
standar pH atau sering disebut buffer pH. Standard pH adalah larutan yang nilai pH-nya telah
diketahui pada setiap perubahan suhu. Standar pH merupakan larutan buffer pH (penyangga
pH) dimana nilainya relatif konstan dan tidak mudah berubah.
Sensor pH (pH- BTA Vernier ) menghasilkan tegangan keluaran sebesar 1.75 Volt
pada saat pH 7. Tegangan keluaran dari sensor akan mengalami kenaikan sebesar 0.25 Volt
untuk setiap penurunan nilai pH sebesar 1. Tegangan keluaran sensor akan mengalami
penurunan sebesar 0.25 Volt untuk setiap kenaikan nilai pH sebesar 1. Sensor ini dapat
digunakan untuk mengukur pH dengan range dari 0 sampai 14 [13]. Sensor pH- BTA Vernier
ditunjukan seperti pada Gambar 2.3 dibawah ini.
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
10
Gambar 2.3. Sensor pH- BTA Vernier [14]
Sensor pH- BTA Vernier memiliki konfigurasi pin tipe BTA (British Telecom Analog)
– Right Hand seperti pada Gambar 2.4.
Gambar 2.4. Konfigurasi Pin Sensor pH- BTA Vernier [15]
Konfigurasi Pin Sensor pH- BTA Vernier [15] dapat dijelaskan sebagai berikut:
a. Pin 1 = Sensor output (+/-10V)
b. Pin 2 = GND
c. Pin 3 = Vres (resistance reference)
d. Pin 4 = AutoIDENT (not supported on all sensors)
e. Pin 5 = Power (+5VDC)
f.
Pin 6 = Sensor output (0-5V)
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
2.4.
11
Mikrokontroler ATMega8535
Mikrokontroler adalah sebuah sistem microprocessor dimana didalamnya sudah
terdapat CPU, ROM, RAM, I/O, Clock, dan peralatan internal lainnya yang sudah saling
terhubung dan terorganisasi (teralamati) dengan baik oleh pabrik pembuatnya dan dikemas
dalam satu chip yang siap pakai. Sehingga dapat langsung digunakan dengan memprogram isi
ROM sesuai aturan penggunaan oleh pabrik yang membuatnya. Mikrokontroler AVR dapat
dikelompokkan menjadi 4 kelas yaitu kelas ATtiny, kelas AT90xx, keluarga ATmega, dan
kelas AT86RFxx. Pada dasarnya yang membedakan masing-masing kelas adalah memori,
peripheral, speed, operasi tegangan, dan fungsinya. Sedangkan dari segi arsitektur dan
instruksi yang digunakan hampir sama [16]. Konfigurasi pin mikrokontroler ATMega8535
ditunjukan pada Gambar 2.5.
Konfigurasi pin ATMega8535[16] dapat dijelaskan sebagai berikut:
a. Pin 1 sampai 8 (PortB
), merupakan pin IO dua arah dan fungsi khusus sebagai pin
Timer/Counter, komparator analog dan SPI.
b. Pin 9 (reset), merupakan pin untuk me-reset mikrokontroler.
c. Pin 10 (VCC), merupakan pin untuk masukan catu daya.
d. Pin 11 dan 31 (GND), merupakan pin Ground.
e. Pin 12 (XTAL 2), merupakan pin untuk eksternal clock.
f. Pin 13 (XTAL 1), merupakan pin untuk eksternal clock.
g. Pin 14 sampai 21 (Port
), merupakan pin IO dua arah dan fungsi khusus.
h. Pin 22 sampai 29 (Port
), merupakan pin IO dua arah dan fungsi khusus.
i. Pin 30 (AVCC), merupakan pin masukan tegangan ADC.
j. Pin 32 (AREF), merupakan pin masukan untuk tegangan referensi eksternal ADC.
k. Pin 33 sampai 40 (Port
sebagai pin masukan ADC.
), merupakan pin IO dua arah dan berfungsi khusus
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
12
Gambar 2.5. Konfigurasi Pin Mikrokontroler ATMega 8535 [17]
2.5.
ADC (Analog Digital Converter) [18]
ADC mengkonversi tegangan input analog menjadi bilangan digital selebar 10 – bit.
GND (0 Volt) adalah nilai minimum yang mewakili ADC dan nilai maximum ADC diwakili
oleh tegangan pin Aref minus 1 LSB. Hasil konversi ADC disimpan dalam register pasangan
ADCH:ADCL. Blok ADC ditunjukan pada Gambar 2.6.
Fitur yang dimiliki ADC adalah sebagai berikut :
1.
Resolusi mencapai 10-bit.
2.
0.5 LSB Integral Non-linearity.
3.
Akurasi mencapai ± 2 LSB.
4.
Waktu konversi mencapai 13 – 260 µs.
5.
8 saluran ADC yang dapat digunakan secara bergantian.
6.
Optional Left Adjustment untuk pembacaan hasil ADC.
7.
0 – VCC Range input ADC.
8.
Disediakan 2.65V tegangan referensi internal ADC.
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
9.
13
Metode konversi kontinyu (free running) atau mode konversi tunggal (single
conversion).
10. Interupsi ADC complete.
11. Sleep Mode Noise canceler.
Gambar 2.6. Blok ADC [19]
Sinyal input dari pin ADC akan dipilih oleh multiplexer ( register ADMUX) untuk
diproses oleh ADC, karena converter ADC dalam chip hanya satu buah sedangkan saluran
input-nya ada delapan maka dibutuhkan multiplexer untuk memilih input pin ADC secara
bergantian. ADC mempunyai rangkaian untuk mengambil sampel dan hold (menahan)
tegangan input ADC sehingga dalam keadaan konstan selama proses konversi. ADC
mempunyai catu daya yang terpisah yaitu pin AVCC-AGDN. AVCC tidak boleh berbeda
±0.3V dari VCC. Sinyal input ADC tidak boleh boleh melebihi tegangan referensi. Nilai
digital sinyal input ADC ditunjukan dengan perhitungan yang ditampilkan pada persamaan
2.3. dan 2.4.
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
Kode digital resolusi 8- bit (256) =
256
Kode digital resolusi 10- bit (1024) =
Untuk mencari nilai
V =
:
xV
1024
14
(2.3)
(2.4)
(2.5)
Operasi ADC membutuhkan tegangan referensi Vref dan clock FADC (register
ADCSRA). Tegangan referensi eksternal pada pin Aref tidak boleh melebihi AVCC.
Tegangan referensi eksternal dapat di – decouple pada pin Aref dengan kapasitor untuk
mengurangi derau. Atau dapat menggunakan tegangan referensi internal sebesar 2.56V (pin
Aref diberi kapasitor secara eksternal untuk menstabilkan tegangan refrensi internal). ADC
mengkonversi tegangan input analogmenjadi bilangan digital selebar 10 – bit. GND (0 Volt)
adalah nilai minimum yang mewakili ADC dan nilai maximum ADC diwakili oleh tegangan
pin Aref minus 1 LSB. Hasil konversi ADC disimpan dalam register pasangan ADCH:ADCL.
Mode operasi ADC dibagi menjadi dua kategori yaitu mode konversi tunggal dan mode free
running.
Mode konversi tunggal dilakukan untuk sekali pembacaan sampel tegangan input, jika
ingin membaca lagi maka harus disampel lagi sehingga mengkonversi tegangan input untuk
saat – saat yang dibutuhkan saja. Mode konversi tunggal dipilih dengan menge–clearbitADFR dalam register ADCSRA. Mode konversi tunggal memulai konversi ketika bit-ADSC
di-set, dan bit tersebut tetap set sampai satu kali konversi selesai (complete), setelah
(complete) itu maka otomatis CPU bit-ADSC akan clear. Ketika konversi sedang berlangsung
dan pengguna mengubah saluran (channel) input ADC maka hal tersebut tidak akan diubah
oleh CPU hingga konversi ADC saluran tersebut selesai.
Mode free running konversi dilakukan terus menerus secara kontinyu, ADC membaca
sampel tegangan input lalu dikonversi hasilnya masukkan ke registerADCH:ADCL terus
menerus. Ketika membaca ADC selagi ADC mengkonversi tegangan sedang berlangsung,
maka yang terbaca adalah hasil ADC yang terakhir yang dibaca oleh ADC. Mode free
runningdipilih dengan meng – set bit-ADFR dalam register ADCSRA. Konversi pertama
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
15
dalam mode ini dimulai dengan meng – set bit-ADSC. Dalam mode ini ADC bekerja secara
independen (tidak bergantung) dari flag interupsi ADC, dimana ADIF set atau clear dianggap
sama saja.
2.6.
LCD (Liquid Crystal Display)
LCD (Liquid Crystal Display) merupakan salah satu komponen elektronika yang
berfungsi untuk menampilkan suatu karakter yang diberikan oleh sistem. LCD digunakan
untuk mempermudah pembacaan hasil yang diperoleh dari sistem. LCD yang digunakan
merupakan LCD karakter yang tampilannya terbatas pada tampilan karakter saja. LCD yang
digunakan adalah 2x16, dengan tampilan 2 baris dan 16 kolom yang berarti total karakter yang
dapat ditampilkan adalah 32 karakter dan juga LCD ini mempunyai 16 pin konektor. LCD
2x16 ditunjukan pada Gambar 2.7. dan fungsi pin LCD 2x16 pada Table 2.3.
Gambar 2.7. LCD 2x16 [20]
Table 2.3. Fungsi Pin LCD 2x16 [21]
PIN
SIMBOL
FUNGSI
1
Vss
GND
2
Vdd
+3V or +5V
3
Vo
Contrast Adjustment
4
RS
H/L Register Select Signal
5
R/W
H/L Read/Write Signal
6
E
H → L Enable Signal
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
2.7.
7
DB0
H/L Data Bus Line
8
DB1
H/L Data Bus Line
9
DB2
H/L Data Bus Line
10
DB3
H/L Data Bus Line
11
DB4
H/L Data Bus Line
12
DB5
H/L Data Bus Line
13
DB6
H/L Data Bus Line
14
DB7
H/L Data Bus Line
15
A/Vee
+ 4.2V for LED/Negative Voltage Output
16
K
Power Supply for B/L (0V)
16
Voltage Regulators[22]
IC secara luas dapat digunakan sebagai regulator tegangan. Unit regulator IC
mengandung rangkaian sumber referensi, penguat komparator, perangkat pengendali dan
perlindungan beban lebih. Keluaran unit regulator IC bisa berupa tegangan tetap positif,
tegangan tetap negatif atau tegangan variabel.
Tegangan tetap positif dapat menggunakn IC dengan seri 78xx. IC seri ini
menghasilkan keluaran dari +5 sampai +24. Gambar 2.8. menunjukkan kaki dari IC 78xx, dan
Tabel 2.4 menunjukkan jenis-jenis IC regulator 78xx.
Tabel 2.4. Jenis-jenis IC Regulator 78xx
IC part
7805
7806
7808
7810
7812
7815
7818
7824
Tegangan keluaran
(V)
+5
+6
+8
+10
+12
+15
+18
+24
Tegangan masukan
minimum (V)
7,3
8,3
10,5
12,5
14,6
17,7
21,0
27,1
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
17
Gambar 2.8. Kaki IC 78xx [23]
Gambar 2.9. memperlihatkan IC 7812 yang terhubung untuk menghasilkan tegangan
regulasi +12 volt. Tegangan masukan Vi difilter oleh kapasitor C1 dan dihubungkan ke
terminal IN IC. Terminal OUT IC menghasilkan tegangan regulasi +12 volt yang difilter oleh
kapasitor C2. Terminal IC yang ketiga dihubungkan ke ground (GND).
Gambar 2.9. Rangkaian Regulator Tegangan +12 V
Perhitungan nilai kapasitor C1 menggunakan persamaan 2.6, yaitu :
Dengan:
C
=
√ ∗ ∗
= kapasitor dalam Farad
= arus beban dalam Ampere
f
= frekuensi dalam Hz
(
)
(2.6)
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
(
)
= tegangan ripple rms dalam volt
Di mana nilai
(
) dapat dicari dengan menggunakan persamaan 2.7, yaitu :
(
dengan
18
)=
(
√
)
(2.7)
( − ) adalah tegangan ripple peak to peak yang merupakan selisih antara tegangan
masukan regulator dengan tegangan masukan minimum IC regulator yang digunakan atau
dapat dirumuskan pada persamaan 2.8 berikut :
( − )=
−
(2.8)
dengan:
= tegangan masukkan regulator dalam volt
= tegangan masukkan minimum IC regulator
Apabila tegangan masukan regulator berasal dari tegangan AC yang kemudian
disearahkan menggunakan dioda, nilai
=
dengan
dicari menggunakan persamaan 2.9, yaitu:
√2 − 1,4
(2.9)
merupakan nilai tegangan AC yang sudah diturunkan menggunakan trafo
step-down (volt) dan adanya nilai 1,4 karena menggunakan dioda sebagai penyearah[24].
2.8.
Motor DC [25]
Motor DC merupakan jenis motor yang menggunakan tegangan searah sebagai sumber
tenaganya. Dengan memberikan beda tegangan pada kedua terminal tersebut, motor akan
berputar pada satu arah, dan bila polaritas dari tegangan tersebut dibalik maka arah putaran
motor akan terbalik pula. Polaritas dari tegangan yang diberikan pada dua terminal
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
19
menentukan arah putaran motor sedangkan besar dari beda tegangan pada kedua terminal
menentukan kecepatan motor. Contoh salah satu jenis motor ditunjukkan pada Gambar 2.10.
Gambar 2.10. Motor DC
Motor DC memiliki 2 bagian dasar :
1.
Bagian yang tetap/stasioner yang disebut stator.
Stator ini menghasilkan medan magnet, baik yang dibangkitkan dari sebuah koil
(elektro magnet) ataupun magnet permanen.
2.
Bagian yang berputar disebut rotor.
Rotor ini berupa sebuah koil dimana arus listrik mengalir.
Gaya elektromagnet pada motor DC timbul saat ada arus yang mengalir pada
penghantar yang berada dalam medan magnet. Medan magnet itu sendiri ditimbulkan oleh
megnet permanen. Garis-garis gaya magnet mengalir diantara dua kutub magnet dari kutub
utara ke kutub selatan. Menurut hukum gaya Lourentz, arus yang mengalir pada penghantar
yang terletak dalam medan magnet akan menimbulkan gaya. Gaya F, timbul tergantung pada
arah arus I, dan arah medan magnet B. Konstruksi motor dc ditunjukkan pada Gambar 2.11.
Gambar 2.11. Konstruksi Motor DC
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
20
2.9. IC L298 [26]
IC H-Bridge driver motor DC L298 memiliki dua buah rangkaian H-Bridge di
dalamnya, sehingga dapat digunakan untuk men-drive dua buah motor DC . IC L298 masingmasing dapat mengantarkan arus hingga 2A. Namun, dalam penggunaannya, IC ini dapat
digunakan secara paralel, sehingga kemampuan menghantarkan arusnya menjadi 4A.
Prinsip kerja IC L298, IC ini memiliki empat channel masukan yang didesain untuk
dapat menerima masukan level logika TTL. Masing-masing channel masukan ini memiliki
channel keluaran yang bersesuaian. Gambar 2.12 memperlihatkan penampang IC L298.
Dengan memberi tegangan 5 volt pada pin enable A dan enable B, masing-masing channel
output akan menghasilkan logika high (1) atau low (0) sesuai dengan input pada channel
masukan. Untuk lebih jelasnya prinsip kerja IC L298 dapat dilihat pada Tabel 2.5.
Gambar 2.12. Penampang IC L298
Tabel 2.5. Tabel Logika Prinsip Kerja IC L298
Enable A,B
1
0
Input 1,3
Output 1,3
Input 2,4
Output 2,4
0
0
0
0
1
1
1
1
0
X
0
x
1
X
1
x
Keterangan:
x : kondisi don’t care (tidak dihiraukan)
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
21
2.10. Limit Switch [27]
Limit switch merupakan jenis saklar yang dilengkapi dengan katup yang berfungsi
menggantikan tombol. Prinsip kerja limit switch sama seperti saklar Push ON yaitu hanya
akan menghubung pada saat katupnya ditekan pada batas penekanan tertentu yang telah
ditentukan dan akan memutus saat saat katup tidak ditekan. Limit switch termasuk dalam
kategori sensor mekanis yaitu sensor yang akan memberikan perubahan elektrik saat terjadi
perubahan mekanik pada sensor tersebut. Pada Gambar 2.13 merupakan rangkaian limit
switch yang menggunakan resistor. Nilai resistor yang digunakan didapat dari persamaaan
2.10, yaitu :
=
dengan :
(2.10)
R = nilai hambatan
Vcc = tegangan masukkan
Voperate =tegangan kerja mikrokontroler
Iactvie = arus kerja mikrokontroler
VCC
R
Output Limit Switch
GND
Gambar 2.13. Rangkain Limit Switch
Prinsip kerja limit switch diaktifkan dengan penekanan pada tombolnya pada
batas/daerah
yang telah ditentukan sebelumnya sehingga terjadi
pemutusan atau
penghubungan rangkaian dari rangkaian tersebut. Limit switch memiliki 2 kontak yaitu NO
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
22
(Normally Open) dan kontak NC (Normally Close) dimana salah satu kontak akan aktif jika
tombolnya tertekan. Simbol dan gambar dari limit switch ditunjukkan seperti pada Gambar
2.14 dan Gambar 2.15.
Gambar 2.14. Simbol Limit Switch
Gambar 2.15. Limit Switch
2.11. Kontrol On – Off [28]
Karakteristik kontroler on - off ini hanya bekerja pada 2 (dua) posisi, yaitu on dan off. Kerja
kontroler on - off banyak digunakan pada aksi pengontrolan yang sederhana karena harganya
murah. Karena sistem kerja yang digunakan adalah on - off saja, hasil output dari sistem
pengendalian ini akan menyebabkan proses variabel tidak akan pernah konstan. Besar kecilnya
fluktuasi proses variabel ditentukan oleh titik dimana kontroller dalam keadaaan on dan off.
Pengendalian dengan aksi kontrol ini juga menggunakan feedback. Gambar 2.16 di bawah ini
menunjukan karakteristik kontrol on - off yang hanya bekerja pada 2 posisi.
Gambar 2.16. Grafik karakteristik kontrol on - off
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
BAB III
RANCANGAN PENELITIAN
3.1.
Arsitektur Umum
Perancangan sistem ini dibagi menjadi dua bagian perancangan, yaitu perancangan
hardware dan perancangan software. Perancangan hardware yang akan dirancang oleh penulis
meliputi perancangan rangkaian sensor pH, LCD character, rangkaian sistem mikrokontroler,
rangkaian driver motor, rangkaian regulator, perancangan kotak sistem dan perancangan
tempat sample . Perancangan software berhubungan dengan program yang digunakan untuk
menjalankan sistem pengukuran kadar keasaman pada air alkali dan program yang digunakan
untuk mengendalikan motor yang digunakan untuk mengangkat wadah air.
Air sampel
Motor DC
Sensor pH-BTA
Vernier
LCD character
Mikrokontroler
Sensor Limit
Switch
LED
Rangkaian
Elektrolisis
Gambar 3.1. Blok Diagram Perancangan Subsistem
Sistem ini akan bekerja secara otomatis ketika sistem dinyalakan. Mikrokontroler
sebagai pusat sistem akan mengatur sistem secara keseluruhan. Mikrokontroler akan mengatur
lama waktu untuk melakukan proses elektrolisis. Sensor pH akan melakukan pengukuran
kadar keasaman pada air yang diuji. Air yang diuji akan berada di dalam wadah pengujian
yang kemudian akan diangkat menggunakan motor DC untuk memisahkan dengan proses
elektrolisis yang sedang berlangsung agar sensor pH dapat mengukur nilai pH. Hasil
23
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
24
pengukuran sensor pH berupa tegangan yang akan diolah oleh mikrokontroler menggunakan
fasilitas ADC yang kemudian akan dikonversi menjadi nilai kadar keasaman. Data hasil
pengukuran sensor kemudian akan ditampilkan pada LCD character. Apabila nilai pH yang
didapatkan kurang dari batas yang ditentukan yaitu antara 8 - 8,5 maka pengukuran akan terus
berlanjut. Sedangkan jika hasil yang didapatkan sudah mencapai batas antara 8 – 8,5 maka
pengukuran akan berhenti. Saat nilai pH yang diinginkan sudah tercapai maka proses
elektrolisis akan berhenti dan LED akan menyala sebagai tanda jika pH sudah mencapai batas
antara 8 – 8,5.
3.2.
Perancangan Hardware
3.2.1. Perancangan Mekanik
Perancangan hardware dibagi menjadi tiga, yaitu kotak sistem, wadah tempat sample
dan mekanik pengukuran kadar keasaman air. Kotak sistem akan digunakan sebagai tempat
mikrokontroler, catu daya dan LCD character. Kotak sistem ini terbuat dari acrylic yang
berukuran 13 x 13 x 13 cm. Wadah tempat pengukuran terbuat dari wadah air yang sudah
dijual di pasaran. Pada wadah ini akan terjadi proses elektrolisis. Wadah ini akan terdiri dari
dua kotak wadah yang terhubung dengan pipa. Pada masing-masing kotak akan dipasang
batang elektroda untuk mengaliri arus listrik dc. Kotak wadah pertama akan dialiri arus listrik
yang bermuatan negatif, sedangkan kotak wadah kedua akan dialiri arus listrik yang
bermuatan positif. Pada kotak pertama yang dialiri arus listrik yang bermuatan negatif akan
menghasilkan air yang bersifat basa, sedangkan pada kotak kedua yang dialiri listrik
bermuatan positif akan mengasilkan air yang bersifat asam.
Perancangan mekanik pengukuran kadar keasaman air terdiri sensor pH, motor dc,
katrol dan kotak wadah air. Prinsip kerja dari mekanik pengukuran kadar keasaman air ini
adalah motor dc akan menggerakkan katrol yang akan menarik tali yang terhubung dengan
wadah air yang berbentuk kotak. Kotak ini akan ditarik ke atas hingga keluar dari air setiap
sensor akan melakukan pengukuran kadar keasaman pada air. Karena metode yang digunakan
menggunakan proses elektrolisis dimana air akan dialiri arus listrik sehingga dalam melakukan
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
25
pengukuran, sensor pH tidak boleh terhubung langsung dengan air yang teraliri arus listrik
karena dapat menyebabkan sensor rusak ataupun pengukuran menjadi tidak tepat sehingga
diperlukan wadah yang akan membawa air keluar mendekati sensor pH. Perancangan
hardware dapat dilihat dari Gambar 3.2., Gambar 3.3., Gambar 3.4., Gambar 3.5., Gambar
3.6.
Gambar 3.2. Kotak Sistem Tampak Samping
Gambar 3.3. Kotak Sistem Tampak Atas
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
Gambar 3.4. Wadah Air Sample Tampak Depan
Gambar 3.5. Kotak Mekanik Pengukuran Kadar Keasaman Tampak Samping
26
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
27
Gambar 3.6. Kotak Mekanik Pengukuran Kadar Keasaman Tampak Depan
3.2.2. Perancangan LCD Character
LCD character digunakan untuk menampilkan hasil pengukuran dari pH meter. LCD
character yang digunakan adalah 16x2 yang dapat menampilkan 16 karakter dan 2 baris. LCD
ini mempunyai dua jenis tipe komunikasi data, yaitu komunikasi data dengan mode 4 bit atau
mode 8 bit. Jika menggunakan jalur data mode 4 bit, akan ada 7 jalur data yang terdiri dari 3
jalur untuk jalur kontrol dan 4 jalur untuk jalur data. Jika menggunakan jalur data mode 8 bit,
akan ada 11 jalur data yang terdiri dari 3 jalur untuk jalur kontrol dan 8 jalur untuk jalur data.
Tiga jalur kontrol ke LCD ini adalah EN (Enabel), RS(Register Select), dan R/W (Read/write).
Pada perancangan penulis menggunakan LCD character mode 4 bit yang ditunjukan
pada Gambar 3.7. Tegangan yang diperlukan untuk mengaktifkan rangkaian ini adalah sebesar
+5 volt. Pengaturan kontras LCD character menggunakan resistor variable sebesar 10kΩ.
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
28
Gambar 3.7. Rangkaian LCD Character 16 x2
3.2.3. Perancangan Input-Output Sistem Mikrokontroler ATMega 8535
Mikrokontroler ATMega 8535 memiliki empat port dan masing-masing port memiliki
delapan pin. Perancangan penggunaan port input dan port output pada mikrokontroler dapat
disesuaikan sesuai dengan kebutuhan. Pada perancangan ini port yang akan digunakan yaitu
port A, port B dan port D. konfigurasi port yang akan digunakan ditunjukkan pada Tabel 3.1.
Tabel 3.1. Konfigurasi Mikrokontroler ATMega8535
Port
Fungsi
Port A.0
Output dari Sensor pH Vernier BTA
Port A.2 s/d Port A.3
Limit Switch Atas dan limit Switch Bawah
Port A4
LED
Port B.0 s/d Port B7
Output LCD character
Port D.2 s/d Port D.7
Driver Motor DC
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
29
Gambar 3.8. Rangkaian Minimum Sistem Mikrokontroler ATMega8535
3.2.4. Perancangan Rangkaian Sensor pH meter
Sensor pH yang digunakan adalah sensor Vernier PH-BTA. Sensor ini mampu
membaca nilai pH dari 0 – 14 dimana saat pH bernilai 7 maka sensor akan menghasilkan
tegangan keluaran sebesar 1,75 Volt. Sensor ini memiliki kriteria dimana setiap penurunan
hasil pengukuran pH maka akan terjadi peningkatan nilai tegangan keluaran sebesar 0,25
Volt/pH dan setiap peningkatan hasil pengukuran pH maka akan terjadi penurunan tegangan
keluaran sebesar 0,25 Volt/pH. Sehingga tegangan keluaran minimum yang dapat dihasilkan
yaitu 0 Volt saat pH bernilai 14 sedangkan tegangan keluaran maksimum yang dapat
dihasilkan yaitu 3,5 Volt saat pH bernilai 0. Hasil output sensor kemudian akan diolah oleh
mikrokontroler yang kemudian nilainya akan ditampilkan pada layar LCD.
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
30
5V
sensor pH
output sensor
GND
Gambar 3.9. Rangkaian Sensor pH meter
Sensor vernier PH-BTA memiliki 6 konfigurasi pin, pada perancangan pin yang
digunakan hanya 3 pin yaitu pin 2 terhubung ground, pin 5 terhubung power (0-5V), dan pin 6
sebagai output sensor yang akan terhubung dengan mikrokontroler ATMega8535. Rangkaian
sensor pH meter ditunjukan pada Gambar 3.9.
3.2.5. Perancangan Driver Motor
Driver motor merupakan rangkaian yang berfungsi untuk meningkatkan arus keluaran
mikrokontroler ke motor dc. Motor dc yang akan dikendalikan oleh mikrokontroler
memerlukan arus sebesar 1A sedangkan mikrokontroler hanya memiliki arus keluaran yang
kecil, sehingga diperlukan driver motor untuk menguatkan arus. Rangkaian driver motor yang
dirancang seperti pada Gambar 3.10.
Pada perancangan driver motor ini digunakan IC L298 sebagai IC driver. IC ini
mampu menguatkan arus sampai 4A. Masukan dari IC L298 merupakan keluaran dari
mikrokontroler dengan InA1 dan InA2 merupakan masukan untuk motor penggerak katrol
penarik kotak wadah air. Untuk masukan ENA dan ENB merupakan masukan untuk mengatur
kecepatan motor. Kecepatan motor akan ditentukan dengan jumlah pulsa yang diberikan atau
PWM. Dioda yang digunakan ialah dioda dengan tipe 1N4001 sesuai dengan datasheet L298.
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
31
Gambar 3.10. Rangkaian Driver Motor
3.2.6. Perancangan Rangkaian Elektrolisis
Elektrolisis terjadi ketika arus listrik DC dialirkan melalui senyawa ionik dan senyawa
tersebut mengalami reaksi kimia. Aliran arus DC ini yang merubah kandungan kadar
keasaman dalam air sehingga air dapat bersifat asam ataupun basa. Pada perancangan
rangkaian elektrolisis ini digunakan rangkaian yang sama dengan rangkaian driver motor. Hal
ini dikarenakan IC L298 yang digunakan mempunyai dua buah rangkaian H-bridge di
dalamnya sehingga IC ini dapat menghasilkan dua buah keluaran. Keluaran arus masing –
masing dari IC ini adalah 2 A. Keluaran pertama digunakan untuk motor DC sedangkan
keluaran yang kedua digunakan untuk menjalankan proses elektrolisis. Gambar rangkainnya
ditunjukan pada Gambar 3.10.
3.2.7. Perancangan Limit Switch
Limit switch pada perancangan ini digunakan sebagai batas gerakan naik – turunnya
motor pembersih sensor. Berdasarkan persamaan 2.10. nilai resistor yang digunakan dalam
perancangan dapat dihitung sebagai berikut :
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
32
Vcc = 5 Volt
Voperate = 2.75 Volt
Iactive = 1.1 mA
R=
=
(
.
.
)
R = 2,045 KΩ
Gambar 3.11. Rangkaian Limit Switch
Nilai resistor ( R ) yang didapatkan adalah sebesar 2,045 KΩ tidak dijual di pasaran,
maka digunakan resistor 2,200 KΩ sebagai gantinya. Gambar rangkain limit switch yang akan
dirancang ditunjukkan Gambar 3.11.
3.2.8. Perancangan Rangkaian Catu Daya
Pada perancangan ini catu daya yang digunakan memiliki tegangan sebesar +5 volt dan
+12 volt yang berfungsi untuk menyuplai seluruh tegangan yang dibutuhkan sistem.
Rangkaian catu daya memperoleh sumber tegangan dari jala-jala listrik PLN, dimana jala-jala
listrik PLN menghasilkan tegangan AC 220 volt. Tegangan 220 volt ini harus diturukan
terlebih dahulu melalui trafo 1 A, dimana penurunan tegangan akan menjadi sekitar 15 volt.
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
33
Tegangan AC tersebut kemudian disearahkan menggunakan dioda bridge sehingga
menghasilkan gelombang penuh.
IC regulator diperlukan untuk menhasilkan tegangan keluaran sebesar +5 volt dan +12
volt. IC regulator yang digunakan adalah IC LM7805 dan LM7812. Rangkaian catu daya yang
digunakan dapat dilihat pada Gambar 3.12.
Nilai kapasitor C1 dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 2.6, dengan nilai
sebesar 1 A berdasarkan total arus dalam perancangan dan frekuensi 50 Hz. Nilai
dihitung menggunakan persamaan 2.7,
(
)
( − ) dihitung mengggunakan persamaan 2.8, dan
dihitung menggunakan persamaan 2.9. Berikut ini perhitungan yang dilakukan untuk
mencari nilai kapasitor C1.
a. LM7812
=
√2 − 1,4
= 15√2 − 1,4
= 19,81
( − )=
−
( − ) = 19,81 − 14,6
( − ) = 5,21
(
(
(
=
=
)=
)=
,
(
√
√
)
) = 1,504
√ ∗ ∗ (
√ ∗
∗ ,
)
= 1919 μ
Nilai kapasitor C1 yang didapatkan sebesar 1919 µF tidak dijual di pasaran, maka
digunakan kapasitor 2200 µF.
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
34
b. LM7805
=
√2 − 1,4
= 15√2 − 1,4
= 19,81
( − )=
−
( − ) = 19,81 − 7,3
( − ) = 12,51
(
(
(
=
=
(
)=
,
)=
√
√
)
) = 3,611
√ ∗ ∗
√ ∗
= 799 μ
(
)
∗ ,
Nilai kapasitor C2
yang didapatkan sebesar 799 μF tidak dijual di pasaran, maka
digunakan kapasitor 1000μF. Nilai kapasitor C1 dan C2 merupakan nilai kapasitor minimum
yang dibutuhkan oleh rangkaian regulator yang akan dirancang, sehingga digunakan kapasitor
yang lebih besar. Hal ini disebabkan semakin besar nilai kapasitor yang digunakan maka nilai
tegangan ripple yang dihasilkan akan semakin kecil.
Gambar 3.12. Rangkaian Catu Daya
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
3.3.
35
Perancangan Software
Pada perancangan software ini dibuat flowchart terlebih dahulu yang bertujuan untuk
mempermudah dalam pembuatan listing program yang akan digunakan. Seperti yang
ditunjukan pada Gambar 3.13 saat sistem mulai dijalankan, motor akan berputar clock wise
untuk menggerakan kotak wadah air ke atas sampai kotak mengenai limit switch atas dan
motor akan berhenti. Setelah wadah berhenti pada batas yang ditentukan maka akan dilakukan
proses pengukuran nilai pH. Nilai hasil pengukuran sensor pH diolah oleh mikrokontroler
melalui channel ADC. ADC akan mengolah keluaran dari sensor pH yang berupa tegangan
input analog yang kemudian akan dikonversikan menjadi nilai pH. Nilai pH yang sudah
dikonversi oleh ADC akan dikirim dan ditampilkan pada LCD. Jika hasil yang didapat sudah
mencapai batas pH yang diinginkan yaitu 8 – 8,5 maka proses akan selesai dan hasilnya akan
ditampilkan pada LCD. Jika belum mencapai batas pH, maka motor akan berputar counter
clock wise dan membawa wadah air turun kebawah sampai mengenai limit switch bawah dan
motor akan berhenti kurang lebih lima menit dan kemudian akan mengulang proses sampai
mencapai nilai pH antara 8 – 8,5. Saat nilai pH sudah mencapai batas antara 8 – 8,5 maka
proses elektrolisis akan berhenti dan LED akan menyala sebagai tanda jika nilai pH sudah
tercapai.
3.4.
Perhitungan Nilai ADC
Sensor pH yang digunakan adalah sensor Vernier PH-BTA. Sensor ini mampu
membaca nilai pH dari 0 – 14 dimana saat pH bernilai 7 maka sensor akan menghasilkan
tegangan keluaran sebesar 1,75 Volt. Sensor ini memiliki kriteria dimana setiap penurunan
hasil pengukuran pH maka akan terjadi peningkatan nilai tegangan keluaran sebesar 0,25
Volt/pH dan setiap peningkatan hasil pengukuran pH maka akan terjadi penurunan tegangan
keluaran sebesar 0,25 Volt/pH. Sehingga tegangan keluaran minimum yang dapat dihasilkan
yaitu 0 Volt saat pH bernilai 14 sedangkan tegangan keluaran maksimum yang dapat
dihasilkan yaitu 3,5 Volt saat pH bernilai 0. Berdasarkan pada tegangan keluaran yang
dihasilkan oleh sensor yaitu dari 0 – 3,5 Volt, maka pada perancangan ini diperlukan
rangkaian non inverting dengan gain
,
agar tegangan keluaran sensor mendekati 5 Volt.
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
36
Gambar 3.14. menunjukkan grafik hubungan antara tegangan keluaran sensor pH dengan nilai
pH.
6
Vout Sensor pH
5
4
3
2
1
0
0
2
4
6
8
10
12
14
16
Nilai pH
Gambar 3.14. Grafik Hubungan Antara Vout Sensor pH Dengan Nilai pH
Tegangan keluaran sensor akan diolah oleh mikrokontroler melalui kanal ADC. Pada
perancangan ini digunakan mikrokontroler ATMega8535 yang mempunyai 8 kanal ADC yang
terletak pada port A.0 sampai port A.7. ADC pada perancangan ini menggunakan tegangan
masukan sebesar +5 volt yang diambil dari pin AVCC dan tegangan referensi +5 volt yang
diambil dari pin AREF.
Resolusi yang digunakan pada perancangan ini adalah 10 bit. Perhitungan nilai ADC
untuk perancangan ini menggunakan persamaan 2.4. Tegangan masukan dari sensor sebesar
5v (untuk nilai pH = 0), 2,5v (untuk nilai pH = 7), 0v (untuk nilai pH = 14), dan tegangan
referensi sebesar 5v. Nilai ADC yang dihasilkan dapat ditentukan dengan perhitungan berikut:
Nilai ADC (pH = 0) =
=
x 1024
x 1024
= 1024
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
37
Mulai
Inisialisasi port
mikrokontroler
atmega 8535
Elektrolisis ON
Motor clock wise
T
Limit switch
atas ON?
Y
Motor behenti
Sensor melakukan pengukuran nilai pH
Tampilkan nilai pH di LCD
Apakah
8≤ pH ≤8,5
Y
LED menyala
T
Motor counter clock wise
T
Limit switch
bawah ON?
Y
Motor berhenti
delay 5 menit
Gambar 3.13. Flowchart Progarm
Elektrolisis OFF
Selesai
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
Nilai ADC (pH = 7) =
=
38
x 1024
,
x 1024
= 512
Nilai ADC (pH = 14) =
=
x 1024
x 1024
=0
Dari perhitungan nilai ADC masing – masing nilai pH didapatkan grafik hubungan
antara nilai Vout sensor pH dengan nilai ADC yang dihasilkan oleh mikrokontroler yang
ditunjukan dengan grafik pada Gambar 3.15.
1200
Nilai ADC
1000
800
600
400
200
0
0
1
2
3
4
5
6
Vout Sensor pH
Gambar 3.15. Grafik Hubungan Antara Vout sensor pH Dengan Nilai ADC
Perhitungan tegangan (
) dengan resolusi 10 bit pada perancangan ini mengacu pada
persamaan 2.5. Jika nilai ADC sebesar 1024 dan tegangan referensi 5v, maka tegangan (
yang didapat adalah sebagai berikut:
)
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
=
=
39
x Vref
x5
=5v
Nilai digital di atas yang akan diolah oleh mikrokontroler. Nilai tegangan (
) inilah
yang akan dihitung untuk mendapatkan nilai pH yang sudah ditentukan yaitu pada saat
volt maka nilai pH = 0. Dari perhitungan nilai tegangan (
=5
) akan didapatkan grafik hubungan
antara nilai ADC dengan nilai pH terukur seperti pada Gambar 3.16.
16
14
y = -0.013671875x + 14
Nilai pH
12
10
8
6
4
2
0
0
200
400
600
800
1000
1200
Nilai ADC
Gambar 3.16. Grafik Hubungan Antara Nilai ADC Dengan Nilai pH
Dari grafik hubungan antara nilai ADC dengan nilai pH didapatkan persamaan yang
akan digunakan untuk perhitungan nilai pH dalam perancangan sebagai berikut:
Nilai pH = -0.013671875(nilai ADC) + 14
(3.1)
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
Bab ini berisi tentang pembahasan yang meliputi pembahasan tentang hardware yang
telah dibuat, hasil pengujian rangkaian yang dibuat berdasarkan perancangan hasil
pengambilan data beserta pembahasan tentang data yang sudah diperoleh dan pembahasan
tentang software yang telah dibuat.
4.1.
Gambar Fisik Hardware
4.1.1. Kotak Sistem
Kotak sistem yang dibuat sedikit berbeda dengan hasil perancangan yang dibuat seperti
pada Gambar 3.2. Hal ini dikarenakan kotak sistem yang dibuat belum memperhitungkan
besar komponen elektronik, letak dan posisi komponen. Sehingga kotak sistem ini dibuat lebih
besar dari perancangan dan mendapat tambahan tombol reset serta LED indikator pada bagian
atas.
Gambar 4.1. Kotak Sistem Tampak Atas
40
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
Gambar 4.2. Kotak Sistem Tampak Samping
Gambar 4.3. Kotak Sistem Tampak Depan
Tabel 4.1. Keterangan Gambar Kotak Sistem
No.
Keterangan
1
LED Indikator
2
LCD
3
Tombol Reset
4
Port AC
5
Saklar On/Off
6
Port Motor DC
7
Port Elektrolisis
8
Sensor pH
41
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
42
4.1.2. Wadah Air
Perancangan wadah air yang dibuat seperti pada Gambar 3.4. tidak jauh berbeda
dengan hasil yang dibuat seperti pada Gambar 4.4. Pada wadah air yang dibuat diberikan
tambahan keran air pada pipa yang menghubungkan kedua wadah air. Keran air ini berfungsi
untuk membuka atau menutup aliran air pada kedua wadah karena saat air alkali sudah
dihasilkan, kadar keasaman pada masing-masing wadah air akan berbeda. Keran air ini dibuka
saat akan membuat air alkali dan ditutup saat air alkalinya sudah jadi.
Gambar 4.4. Wadah Air
Tabel 4.2. Keterangan Gambar Wadah Air
No.
Keterangan
1
Keran Air
2
Wadah Air 1(Tempat Air Alkali)
3
Keran Penghubung
4
Wadah Air 2
5
Stainless Steel(Kutub Negatif)
6
Stainless Steel(Kutub Positif)
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
43
4.1.3. Kotak Mekanik Pengukuran Kadar Keasaman
Perancangan kotak mekanik pengukuran kadar keasaman dibuat sedikit berbeda
dengan Gambar 3.5. Hal ini dikarenakan belum memperitungkan wadah air yang akan
digunakan, sehingga pada pembuatan kotak mekanik pengukuran kadar keasaman diberikan
tambahan kotak yang digunakan untuk menyangga motor DC dan sensor pH seperti yang
ditunjukan pada Gambar 4.5.
Gambar 4.5. Kotak Mekanik Pengukuran Kadar Keasaman
Tabel 4.3. Keterangan Gambar Kotak Mekanik Pengukuran Kadar Keasaman
No.
Keterangan
1
Wadah Air
2
Kotak Penyanggah Sensor
3
Sensor pH Vernier
4
Motor DC
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
4.2.
44
Pengujian Sistem Alat
Pengujian sistem yang dilakukan yaitu pengujian sensor dengan sample tertentu.
Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui apakah sensor sudah bekerja dengan baik atau
belum. Data hasil pengujian sensor pH yang dirancang akan dibandingkan dengan sensor yang
sudah ada di pasaran. Hal ini bertujuan untuk mengetahui error yang dihasilkan alat yang
sudah dirancang. Perhitungan error yang terjadi diperoleh dengan menggunakan persamaan
berikut:
100 %
Error ( % ) =
(4.1)
4.2.1. Pengujian Alat Hasil Perancangan dengan Sampel Tertentu
Pengujian alat hasil perancangan dilakukan dengan menggunakan sampel tertentu,
sampel yang digunakan meliputi air minum kemasan aqua, air tanah, dan larutan buffer
dengan kadar keasaman 4 dan 6,86. Pengukuran sampel dilakukan dengan menggunakan alat
hasil perancangan dengan arus sebesar 1.24 A dan dan tegangan 15.6 V, kemudian hasil dari
nilai pH terukur akan dibandingkan dengan pengukuran dari alat pH meter referensi yaitu
sensor HANNA. Dari kedua alat tersebut akan didapatkan perbedaan hasil pengukuran nilai
pH. Dari perbedaan nilai hasil pengukuran antara kedua alat kemudian akan dicari nilai error
dari percobaan pengukuran sampel yang dilakukan. Perhitungan nilai error yang didapatkan
dihitung dengan menggunakan persamaan 4.1.
Tabel 4.4. Hasil Pengujian Sampel
No.
1
2
3
4
5
Nilai pH Terukur
Error (%)
Alat Referensi Rata-rata Alat Perancangan Rata-rata
Buffer pH 4
4
4
4
4
4.4 4.4 4.4
4.4
10
Buffer pH 6.86 6.8 6.8 6.8
6.8
7.2 7.2 7.2
7.2
5.88235
Air Aqua
7.1 7.1 7.1
7.1
7.2 7.3 7.3 7.26667
2.34742
Air Isi Ulang 6.9 6.9 6.9
6.9
7.1 7.2 7.3
7.2
4.34783
Air Tanah
6.5 6.5 6.5
6.5
7
6.9 6.9 6.93333
6.66667
Rata-Rata Error(%)
5.84885
larutan
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
45
4.2.2. Pengujian Alat Hasil Perancangan
Pengukuran air sampel yang diproses dilakukan menggunakan alat yang dirancang dan
dibandingkan dengan pengukuran dari alat pH meter referensi yaitu sensor HANNA.
Perhitungan nilai error yang didapatkan dihitung dengan menggunakan persamaan 4.1.
Tabel 4.5. Hasil Pengujian Air Aqua
Nilai pH Terukur
Error(%)
Alat Referensi Alat Perancangan
6.8
7.14
5
6.9
7.23
4.78261
6.9
7.31
5.94203
7.1
7.48
5.35211
7.3
7.61
4.24658
7.3
7.63
4.52055
7.4
7.67
3.64865
7.6
7.78
2.36842
7.8
7.91
1.41026
7.8
7.94
1.79487
7.8
7.95
1.92308
7.8
8.13
4.23077
Rata-rata Error(%)
3.76833
No Waktu(Jam)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
Tabel 4.6. Hasil Pengujian Air Isi Ulang
Nilai pH Terukur
Error(%)
Alat Referensi Alat Perancangan
6.8
7.08
4.11765
6.8
7.16
5.29412
6.9
7.23
4.78261
7
7.41
5.85714
7.2
7.57
5.13889
7.3
7.62
4.38356
7.3
7.73
5.89041
7.5
7.75
3.33333
7.7
7.86
2.07792
7.7
7.94
3.11688
7.8
7.97
2.17949
7.8
8.04
3.07692
Rata-rata Error(%)
4.10408
No Waktu(Jam)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
46
Dari hasil pengujian sampel, alat yang dbuat sudah dapat bekerja dengan baik dan
dapat menghasilkan air alkali dengan kadar keasaman 8.13 untuk air aqua dan 8.04 untuk air
isi ulang dengan waktu 11 jam. Meskipun pada pengujian menggunakan alat referensi air
alkali baru mencapai kadar keasaman 7.8, sehingga jika diinginkan air alkali yang sesuai
dengan alat referensi diperlukan waktu elektrolisis yang lebih lama. Dari hasil tersebut juga
masih terdapat error atau perbedaan dalam pengukuran dengan rata-rata error 3.76% pada air
aqua dan 4.1% pada air isi ulang. Hal ini disebabkan oleh beberapa faktor seperti penetralan
sensor, jarak waktu antar pengukuran, dan suhu air.
Proses penetralan sensor sangat berpengaruh pada proses pengukuran karena setelah
sensor melakukan pengukuran cairan dari sampel yang diukur masih tetap menempel pada
probe sensor sehingga jika sensor tidak disterilkan terlebih dahulu akan berpengaruh pada
pengukuran kadar keasaman terutama pada kadar keasaman yang memiliki rentang yang
cukup jauh.
Jarak waktu antar pengukuran sampel dan suhu juga dapat mempengaruhi. Jarak waktu
yang dimaksud adalah jarak waktu pengukuran pertama dengan kedua dan seterusnya. Karena
setelah melakukan pengukuran sensor hanya didiamkan saja sehingga dapat memungkinkan
suhu pada probe berubah sehingga mempengaruhi pengukuran selanjutnya.
4.3.
Pengujian Hardware
4.3.1. Pengujian Sistem Mikrokontroler
Pengujian rangkaian sistem mikrokontroler ini dilakukan untuk mengetahui
mikrikontroler sudah bekerja dengan baik atau tidak. Pengujian dilakukan dengan membuat
program untuk menampilkan tulisan pada LCD character dan men-download program
tersebut pada mikrokontroler AVR ATMega 8535. PORTB digunakan sebagai output untuk
menampilkan tulisan pada LCD character. Tulisan yang akan ditampilkan pada LCD
character yaitu “ALAT UKUR KADAR KEASAMAN”. Program yang dituliskan pada
software dengan bahasa C yaitu seperti yang ditunjukan pada Gambar 4.7. berikut:
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
Gambar 4.6. Hasil Pengujian Rangkaian Sistem Mikrokontroler
#include <mega8535.h>
#include <delay.h>
#include <alcd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <math.h>
char buf[16];
// Alphanumeric LCD Module functions
void main(void)
{
// Declare your local variables here
// RS – PORTB Bit 0
// RD – PORTB Bit 1
// EN – PORTB Bit 2
// D4 – PORTB Bit 4
// D5 – PORTB Bit 5
// D6 – PORTB Bit 6
// D7 – PORTB Bit 7
// Characters/line: 16
lcd_init(16);
lcd_gotoxy(0,0);
lcd_putsf(“ALAT UKUR”);
lcd_gotoxy(0,1);
lcd_putsf(“KADAR KEASAMAN”);
delay_ms (2000);
while (1)
{
// Place your code here
}
}
Gambar 4.7. Program Pengujian Sistem Mikrokontroler
47
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
48
Berdasarkan Gambar 4.6 terlihat bahwa rangkaian sistem mikrokontroler dapat bekerja
dengan baik, karena rangkaian ini dapat menampilkan tulisan pada LCD character sesuai
dengan yang dituliskan pada program.
4.3.2. Pengujian Catu Daya
Pengujian catu daya dilakukan untuk mengetahui tegangan yang dihasilkan dan
rangkaian pada alat hasil perancangan apakah sudah bekerja dengan baik atau belum. Proses
pengujian rangkaian catu daya pada alat hasil perancangan dilakukan dengan cara mengukur
tegangan keluaran pada pin output dari IC 7805 dan 7812, dimana nantinya tegangan yang
terukur dibandingkan dengan nilai tegangan dari datasheet yang sudah ada. Tabel 4.5
menunjukan hasil pengujian catu daya yang sudah dibuat.
Tabel 4.7. Hasil Pengujian Rangkaian Catu Daya
Titik Uji
Datasheet
Data Pengamatan
LM7805
4.8V – 5.2V
5.01V
LM7812
11.5V – 12.5V
12.26 V
Dari Tabel 4.5 terlihat bahwa rangkaian catu daya yang dibuat dari perancangan
sebelumnya dapat bekerja dengan baik, hal ini terlihat dari tegangan output pada pin IC masih
berada dalam rentang nilai tegangan keluaran yang berdasarkan pada datasheet.
4.4.
Pengujian ADC
Pengujian ADC dilakukan dengan tujuan untuk mengetahui apakah tegangan keluaran
sensor yang dikonversi oleh ADC mikrokontroler sudah sesuai atau belum. Pengujian ADC
dilakukan dengan menggunakan program konversi nilai tegangan analog menjadi data digital,
dimana hasil konversinya akan ditampilkan pada LCD character. Nilai tegangan analog yang
diperoleh berasal dari potensiometer 50 KΩ yang diukur menggunakan multimeter digital dan
dihubungkan ke mikrokontroler channel ADC (PORTA.0).
Program yang dituliskan pada software adalah seperti Gambar 4.8. sebagai berikut:
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
#include <mega8535.h>
#include <delay.h>
// Alphanumeric LCD Module functions
#include <alcd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <math.h>
char buf[16];
float sensor, tegangan;
#define ADC_VREF_TYPE 0x40
// Read the AD conversion result
unsigned int read_adc(unsigned char adc_input)
{
ADMUX=adc_input | (ADC_VREF_TYPE & 0xff);
// Delay needed for the stabilization of the ADC input voltage
delay_us(10);
// Start the AD conversion
ADCSRA|=0x40;
// Wait for the AD conversion to complete
while ((ADCSRA & 0x10)==0);
ADCSRA|=0x10;
return ADCW;
}
void main(void)
{
lcd_init(16);
sensor=read_adc(0);
tegangan=(sensor*4.18/1023);
lcd_gotoxy(0,0);
Gambar 4.8. Program Pengujian ADC
49
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
50
lcd_putsf("Tegangan=");
ftoa(tegangan,3,buf);
lcd_puts(buf);
lcd_putsf("V");
lcd_gotoxy(0,1);
lcd_putsf("ADC=");
ftoa(sensor,1,buf);
lcd_puts(buf);
delay_ms (2000);
while (1)
{
}
}
Gambar 4.8. (Lanjutan) Program Pengujian ADC
Kemudian hasil konversi tegangan dibandingkan dengan nilai pada multimeter
sedangkan, nilai ADC dibandingkan dengan perhitungan teori. Perhitungan nilai ADC secara
teori menggunakan persamaan 2.5 dengan tegangan referensi sebesar 4,18 V. Nilai error
tegangan dan nilai error pada nilai ADC dihitung dengan menggunakan persamaan 4.1. Hasil
pengujian ADC ditunjukan pada Tabel 4.1.
=
|
|
× 100%
Gambar 4.9. Pengujian Tegangan ADC
(4.1)
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
Table 4.8. Hasil Pengujian Tegangan ADC
No. Tegangan Multimeter (V) Tegangan LCD (V) Error (%)
1
0.5
0.49
2.04
2
1.04
1.05
0.952
3
1.51
1.52
0.657
4
2.07
2.06
0.485
5
2.51
2.53
0.79
6
3.02
3.04
0.657
7
3.56
3.58
0.558
8
4
4.03
0.744
0.861
Rata-rata Error(%)
Tabel 4.9. Hasil Pengujian Nilai ADC
No. Tegangan Multimeter (V)
Hasil Konversi
Error (%)
Digital LCD Konversi Multimeter
1
0.5
122
123
1.58
2
1.04
259
257
0.44
3
1.51
376
374
0.42
4
2.07
510
513
0.63
5
2.51
626
622
0.58
6
3.02
752
748
0.42
7
3.56
887
882
0.49
8
4
997
991
0.52
Rata-rata Error(%)
0.641
51
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
4.5.
52
Pengujian Software
4.5.1. Pengujian Kadar Keasaman Air
Listing program pengujian kadar keasaman air berisi program untuk menampilkan
kadar keasaman air yang diukur oleh sensor pH yang ditampilkan pada layar LCD sehingga
dapat dibaca oleh user. Listing program ditunjukan seperti Gambar 4.10. berikut :
#include <mega8535.h>
#include <delay.h>
// Alphanumeric LCD Module functions
#include <alcd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <math.h>
char buf[16];
float sensor, v1;
#define ADC_VREF_TYPE 0x40
// Read the AD conversion result
unsigned int read_adc(unsigned char adc_input)
{
ADMUX=adc_input | (ADC_VREF_TYPE & 0xff);
// Delay needed for the stabilization of the ADC input voltage
delay_us(10);
// Start the AD conversion
ADCSRA|=0x40;
// Wait for the AD conversion to complete
while ((ADCSRA & 0x10)==0);
ADCSRA|=0x10;
return ADCW;
}
Gambar 4.10. Program Pengujian Kadar Keasaman Air
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
53
void main(void)
{
lcd_init(16);
sensor=read_adc(0);
v1=14+(-0.01616628176*sensor);
lcd_clear();
lcd_gotoxy(0,0);
lcd_putsf("PH=");
ftoa(v1,2,buf);
lcd_puts(buf);
while (1)
{
}
}
Gambar 4.10. (Lanjutan) Program Pengujian Kadar Keasaman Air
Proses pengujian kadar keasaman air yaitu dengan cara user mencelupkan sensor pH
yang dirancang kedalam sampel air yang akan diukur. Output sensor pH yang dirancang
terhubung dengan port A.0 yang berfungsi untuk memproses ADC. Saat melakukan
pengukuran, sensor akan membaca tegangan analog pada sampel air, kemudian outputnya
akan diproses didalam mikrokontroler melalui port A.0. Output sensor tersebut kemudian akan
digunakan untuk perhitungan nilai pH yang kemudian akan ditampilkan pada layar LCD.
4.5.2. Pengujian Sistem
Listing program pengujian sistem berisi program sistem secara keseluruhan meliputi
proses elektrolisis, pengukuran kadar keasaman dan motor DC. Listing program sistem
ditunjukan seperti Gambar 4.11. berikut :
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
#include <mega8535.h>
#include <delay.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <math.h>
char buf[16];
int i ;
float sensor, v1;
// Alphanumeric LCD Module functions
#include <alcd.h>
#define ADC_VREF_TYPE 0x40
// Read the AD conversion result
unsigned int read_adc(unsigned char adc_input)
{
ADMUX=adc_input | (ADC_VREF_TYPE & 0xff);
// Delay needed for the stabilization of the ADC input voltage
delay_us(10);
// Start the AD conversion
ADCSRA|=0x40;
// Wait for the AD conversion to complete
while ((ADCSRA & 0x10)==0);
ADCSRA|=0x10;
return ADCW;
lcd_init(16);
lcd_gotoxy(0,0);
lcd_putsf("ALAT UKUR");
lcd_gotoxy(0,1);
lcd_putsf("KADAR KEASAMAN");
delay_ms(500);
Gambar 4.11. Program Sistem
54
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
lcd_clear();
lcd_gotoxy(0,0);
lcd_putsf("FERDINANDUS W");
lcd_gotoxy(0,1);
lcd_putsf("105114021");
delay_ms(500);
lcd_clear();
do
{
PORTD.2=1;
PORTD.3=0;
OCR1B=255;
i=0;
while(i<12)
{
PORTD.0=0;
PORTD.1=0;
OCR1A=0;
delay_ms(850);
i++;
}
PORTD.0=1;
PORTD.1=0;
OCR1A=203;
delay_ms(190);
PORTD.0=0;
PORTD.1=0;
OCR1A=0;
delay_ms(1000);
Gambar 4.11. (Lanjutan) Program Sistem
55
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
sensor=read_adc(0);
v1=14+(-0.01616628176*sensor);
lcd_clear();
lcd_gotoxy(0,0);
lcd_putsf("PH=");
ftoa(v1,2,buf);
lcd_puts(buf);
lcd_gotoxy(0,1);
delay_ms(400);
PORTD.0=0;
PORTD.1=1;
OCR1A=194;
delay_ms(180);
PORTD.0=0;
PORTD.1=0;
OCR1A=0;
//lcd_clear();
}
while(v1<8);
PORTD.2=0;
PORTD.3=0;
OCR1B=0;
delay_ms(500);
lcd_clear();
lcd_gotoxy(0,0);
lcd_putsf("Air Alkali");
lcd_gotoxy(0,1);
lcd_putsf("Sudah Jadi");
Gambar 4.11. (Lanjutan) Program Sistem
56
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
57
PORTA.2=0xff;
while (1)
{
// Place your code here
}
}
Gambar 4.11. (Lanjutan) Program Sistem
Program sistem ini merupakan proses keseluruhan dari alat yang dirancang untuk
memproses air menjadi air alkali. Pada saat alat dinyalakan, alat akan menampilkan tampilan
awal sesuai yang ada didalam program seperti yang ditampilkan pada Gambar 4.12.
Gambar 4.12. Tampilan Awal pada LCD
Gambar 4.13. Tampilan LCD Saat Proses Elektrolisis
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
58
Gambar 4.14. Tampilan LCD Saat Air Alkali Jadi
Kemudian proses elektrolisis akan berjalan sampai air menjadi air alkali. Selama
proses elektrolisis tersebut sensor pH akan terus melakukan pengukuran kadar keasamannya
dengan interval waktu sekitar dua menit. Interval waktu yang dua menit ini digunakan sebagai
pengganti limit switch yang akan diletakan di dalam air dan di atas air, karena air teraliri
listrik dc sehingga untuk mencengah error maka limit switc digantikan dengan fungsi delay
pada mikrokontroler. Pada saat delay sudah mencapai dua menit, motor dc akan menggerakan
wadah kecil yang berisi air yang akan mendekati sensor yang kemudian sensor akan membaca
tegangan analognya. Output analog dari sensor diproses di mikrokontroler melalui port A.0
yang kemudian akan diproses menggunakan fasilitas ADC. Hasil ADC yang didapat kemudian
akan dihitung menggunakan perhitungan yang sudah didapat yang kemudian hasil dari kadar
keasaman akan ditampilkan pada LCD. Jika hasil kadar keasaman yang didapatkan sudah
bernilai 8 atau lebih maka proses akan selesai dan LED akan menyala sebagai tanda air alkali
sudah jadi. Jika hasil kadar keasaman yang didapatkan masih kurang dari 8 maka proses akan
terus berulang hingga mencapai 8 atau lebih.
4.6. Pengujian ORP
Pengujian ORP(Oxidation Reduction Potential) bertujuan untuk mengetahui tingkat
oksidasi pada air alkali yang dihasilkan dari alat yang dirancang sudah mencapai standar
minimum air minum atau belum. Penulis tidak jadi mengukur kandungan ORP pada air alkali
yang dihasilkan dikarenakan tidak memiliki alat ukur untuk menguji kandungan ORP,
sehingga pengujian ORP ini dihilangkan pada penulisana ini.
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1.
Kesimpulan
Berdasarkan hasil percobaan dan pengujian yang diperoleh dari hasil penelitian sistem
pengendalian pH pada pembuatan air alkali, maka dapat disimpulkan bahwa:
1. Alat ukur kadar keasaman sudah dapat bekerja dengan baik dalam melakukan
pengukuran berbagai sampel.
2. Alat yang dibuat sudah mampu menghasilkan air alkali dengan kadar keasaman
dengan rentang 8.04 – 8.13 meskipun jika diukur dengan pH meter referensi masih
bernilai 7.8.
3. Pembuatan air alkali menggunakan proses elektrolisis membutuhkan waktu yang
cukup lama, lebih dari 11 jam.
4. Air alkali yang dihasilkan dari air aqua yang diuji memiliki kadar keasaman yang
lebih besar dibanding yang dihasilkan air isi ulang yang diuji yaitu 8.13 untuk air
aqua dan 8.04 untuk air isi ulang.
5.2.
Saran
Alat pengendalian ph pada pembuatan air alkali ini masih terdapat banyak kekurangan,
sehingga perlu pengembangan lebih lanjut. Saran bagi pengembangan alat ukur ini selanjutnya
meliputi :
1. Alat ukur kadar keasaman sebaiknya disterilkan dahulu menggunakan aquades
sebelum dan sesudah melakukan pengukuran supaya tidak terjadi kesalahan dalam
pengukuran.
2. Jarak waktu pengukuran kadar keasaman pertama dan selanjutnya dipersingkat
agar tidak terjadi perubahan suhu pada probe sensor.
59
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
DAFTAR PUSTAKA
[1.]
http://www.kolomsehat.com/arti-penting-dan-manfaat-air-bagi-kesehatan-tubuh/
diakses 22 September 2014
[2.]
http://www.kolomsehat.com/tubuh-mengandung-banyak-asam-mengundang-penyakit/
diakses 22 September 2014
[3]
http://jurnal.umrah.ac.id/?p=2843, diakses 22 September 2014
[4]
eprints.undip.ac.id/25588/1/ML2F098642.pdf, diakses 22 September 2014
[5]
http://www.airalkali.net/p/generator-air-alkali.html, diakses 9 Januari 2015
[6]
Bayu, Ratna, Rancang Bangun Model Mekanik Alat Untuk Mengukur Kadar Keasaman
Susu Cair, Sari Buah, dan Soft Drink. http://repo.eepis-its.edu/290/ diakses 26 September
2014
[7]
http://www.collective-evolution.com/2011/12/20/the-cancer-myth-part-2/ph-scale/
diakses 26 September 2014
[8]
http://juwilda.wordpress.com/2010/10/15/ph-dan-kadar-o2-pada-air-minum-isi-ulangdan-air-minum-kemasan/, diakses 9 Januari 2015
[9]
http://blh.jogjaprov.go.id/data-kualitas-air-sumur/, diakses 18 Februari 2015
[10]
Achmad Suyuty, Studi Eksperimen Konfigurasi Sel Elektrolisis untuk Memaksimalkan
pH larutan dan Gas Hasil Elektrolisis Dalam Rangka Peningkatan Performa dan Reduksi
-
Motor Diesel. http://digilib.its.ac.id/public/ITS-Undergraduate-15543-
4206100006-Paper diakses 27 September 2014
[11]
http://id.wikipedia.org/wiki/Baja_tahan_karat, diakses 3 Februari 2015
[12]
http://www.chem-is-try.org/materi_kimia/kimia-kesehatan/reaksi-kimia-kimia-kesehatanmateri_kimia/sel-elektrolisa/ diakses 27 September 2014
[13]
-----, 2012, Data Sheet pH sensor (pH-BTA), VERNIER
[14]
http://www.vernier.com/products/sensors/ph-sensors/ph-bta/, diakses 27 September 2014
[15]
http://www.vernier.com/support/sensor-pinouts/, diakses 27 September 2014
[16]
Ary, Heryanto., dkk, 2008,
Pemrograman Bahasa C Untuk Mikrokontroler
ATMega8535, Yogyakarta: Andi
[17]
http://www.immersa-lab.com/pengenalan-mikrokontroler.htm 16 Oktober 2014
[18]
Winoto, Ardi, 2008, Mikrokontroler AVR Atmega8/32/16/8535 dan pemrograman
dengan Bahasa C pada WinAVR, Bandung : Informatika.
60
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
[19]
http://winavr.scienceprog.com/atmel-avr-microcontrollers/analog-to-digital-conversionin-avr.html diakses 16 Oktober 2014
[20]
http://www.gravitech.us/16chbllcdwib.html diakses 18 Oktober 2014
[21]
-----, 2002, Data Sheet 16 x 2 LCD Character, Vishay
[22]
Boylestad Robert, Louis Nashelsky, 1996, Electronic Devices and Circuit Theory sixth
edition, New Jersey : Prentice Hall
[23]
-----, 2006, LM78XX / LM78XXA 3-Terminal 1 A Positive Voltage Regulator, Fairchild
Semiconductor
[24]
-----, 2009, Data Sheet Low Power RS-485/RS-422 transceiver, STMicroelectronics
[25]
http://www.meriwardanaku.com/2011/11/prinsip-kerja-motor-arus-searah-dc.html,
diakses 4 November 2014
[26]
http://dosen.narotama.ac.id/wp-content/uploads/2012/01/Sejarah-Robot.pdf,
diakses 4 November 2014
[27]
http://elektronika-dasar.web.id/komponen/limit-switch-dan-saklar-push-on/,
diakses 4 November 2014
[28]
Nanda Rezki, Rancang Bangun Prototipe Pengurang Bahaya Gas Polutan Dalam
Ruangan Dengan Merode Elektrolisis Berbasis Mikrokontroler,
repository.unand.ac.id/18794/1/JURNAL.pdf, diakses 16 Januari 2015
61
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
LAMPIRAN A
Rangkaian Keseluruhan Perancangan Sistem
L1
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
LAMPIRAN B
Listing Program Sistem
#include <mega8535.h>
#include <delay.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <math.h>
char buf[16];
int i ;
float sensor, v1;
// Alphanumeric LCD Module functions
#include <alcd.h>
#define ADC_VREF_TYPE 0x40
// Read the AD conversion result
unsigned int read_adc(unsigned char adc_input)
{
ADMUX=adc_input | (ADC_VREF_TYPE & 0xff);
// Delay needed for the stabilization of the ADC input voltage
delay_us(10);
// Start the AD conversion
ADCSRA|=0x40;
// Wait for the AD conversion to complete
while ((ADCSRA & 0x10)==0);
ADCSRA|=0x10;
return ADCW;
lcd_init(16);
lcd_gotoxy(0,0);
L2
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
lcd_putsf("ALAT UKUR");
lcd_gotoxy(0,1);
lcd_putsf("KADAR KEASAMAN");
delay_ms(500);
lcd_clear();
lcd_gotoxy(0,0);
lcd_putsf("FERDINANDUS W");
lcd_gotoxy(0,1);
lcd_putsf("105114021");
delay_ms(500);
lcd_clear();
do
{
PORTD.2=1;
PORTD.3=0;
OCR1B=255;
i=0;
while(i<12)
{
PORTD.0=0;
PORTD.1=0;
OCR1A=0;
delay_ms(850);
i++;
}
PORTD.0=1;
PORTD.1=0;
OCR1A=203;
delay_ms(190);
L3
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
PORTD.0=0;
PORTD.1=0;
OCR1A=0;
delay_ms(1000);
sensor=read_adc(0);
v1=14+(-0.01616628176*sensor);
lcd_clear();
lcd_gotoxy(0,0);
lcd_putsf("PH=");
ftoa(v1,2,buf);
lcd_puts(buf);
lcd_gotoxy(0,1);
delay_ms(400);
PORTD.0=0;
PORTD.1=1;
OCR1A=194;
delay_ms(180);
PORTD.0=0;
PORTD.1=0;
OCR1A=0;
//lcd_clear();
}
while(v1<8);
PORTD.2=0;
PORTD.3=0;
OCR1B=0;
delay_ms(500);
lcd_clear();
lcd_gotoxy(0,0);
L4
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
lcd_putsf("Air Alkali");
lcd_gotoxy(0,1);
lcd_putsf("Sudah Jadi");
PORTA.2=0xff;
while (1)
{
// Place your code here
}
}
L5