proposal perancangan prototipe resistivity meter digital

8/20/2019 proposal perancangan prototipe resistivity meter digital

1/37

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 LATAR BELAKANG

Geolistrik merupakan salah satu metode geofisika yang dimanfaatkan

dalam eksplorasi sumber daya alam bawah permukaan. Prinsip kerja metode

geolistrik adalah mempelajari aliran listrik di dalam bumi dan cara mendeteksinya

di permukaan bumi. Ide dasar dari metode ini sangatlah sederhana, yaitu dengan

menganggap bumi sebagai suatu resistor.

Metode geolistrik resistivitas berdasarkan tujuan penelitiannya dibagi

menjadi 2 dua! kelompok besar, yaitu metode resistivity mapping dan metode

resistivity sounding . Metode ini banyak digunakan dalam eksplorasi mineral

maupun masalah lingkungan "eynold, #$$%!. Metode pengukuran kelistrikan

yang digunakan dalam geolistrik meliputi metode Self Potential (SP), resisitivitas ,

Elektromagnetik (EM), Induced Polarization (IP) dan lain&lain.

Metode geolistrik resistivitas bertumpu pada analisa distribusi resistivitas

batuan. 'ata yang diperoleh merupakan data nilai resistivitas bawah permukaanuntuk selanjutnya dilakukan perhitungan inverse sehingga diperoleh variasi

resistivitas dari suatu pelapisan tanah yang berasosiasi dengan struktur geologi di

bawah permukaan (oke, #$$)!. Metode ini memiliki banyak konfigurasi

elektroda, diantaranya yang sering digunakan adalah konfigurasi *enner,

konfigurasi +chlumberger, konfigurasi *enner&+chlumberger, konfigurasi mise-a-

lamasse dan konfigurasi 'ipole&dipole.

ilai resistivitas yang diperoleh dari pengukuran menggunakan metode

geolistrik resistivitas memiliki manfaat yang sangat besar dalam perkembangan

keilmuan, diantaranya adalah sebagai berikut-

#. Regional eology untuk mengetahui struktur, stratigrafi dan sedimentasi.

2. idrogeologi/Geohidrologi untuk mengetahui muka air tanah, akuifer,

stratigrafi , intrusi air laut.

0. Geologi 1eknik untuk mengetahui struktur, startigrafi, permeabilitas dan

porositas batuan, batuan dasar, pondasi, kontruksi bangunan teknis.

1


2/37

. Pertambangan untuk mengetahui endapan plaser, stratigrafi, struktur,

penyebaran endapan mineral.

). 3rkeologi untuk mengetahui dasar candi, candi terpendam, tanah galian lama.

4. Panas bumi geot!ermal ! mengetahui kedalaman, penyebaran, lo" resistivity

daerah panas bumi.

%. Minyak untuk mengetahui struktur, minyak, air dan kontak air dan minyak

serta porositas , "ater content ("ell logging geop!ysic)#

Penulis melihat bahwa nilai resistivitas merupakan salah satu faktor yang

sangat penting bagi kegiatan eksplorasi geofisika, maka penulis mencoba untuk

merancang sebuah prototipe alat ukur resistivitas tanah atau resistivity meter

menggunakan konfigurasi *enner. 'engan adanya prototipe resistivity meter digital, penulis berharap alat tersebut dapat digunakan untuk melakukan

pengukuran resistivitas atau tahanan jenis pada lapisan bawah permukaan

sehingga dapat dikembangkan lebih lanjut untuk eksplorasi geofisika.

Pada kesempatan ini penulis akan mengambil judul 5P6"373G3 '3

P6M89313 P":1:1IP6 "6+I+1I;I1< M616" 'IGI13(=. 'iharapkan dengan

perancangan prototipe resistivity meter digital digital ini dapat membantu +ekolah 1inggi

Meteorologi >limatologi dan Geofisika +1M>G! khususnya dan 8adan Meteorologi

>limatologi dan Geofisika 8M>G! pada umumnya dalam mengembangkan penelitian

geolistrik.

1.2 RUMUSAN MASALAH'alam tulisan ini, penulis merumuskan beberapa masalah diantaranya

adalah

#. 8agaimana cara merancang dan membuat alat ukur tahanan jenis tanah atau

resistivity meter ?

2. 8agaimana cara membuat program pada mikrokontroler agar dapat

mengeluarkan output hasil pengukuran resistivitas tanah pada suatu tempat

yang selanjutnya dapat dilihat pada $i%uid &rystal 'isplay (7'! dan juga

dapat dimonitor melalui P7.

0. 8agaimana membuat sistem akuisisi dalam P7 menggunakan program

(ab;I6*.

1.3 BATASAN MASALAH


3/37

3gar dalam penulisan ini lebih sistematis dan pembahasan tidak melenceng

dari topik pembahasan, maka penulis membatasi penulisan pada-

#. 1idak membahas mengenai struktur batuan dan tanah.

# Metode yang digunakan untuk mengetahui kualitas data adalah komparasi.

1.4 TUJUAN1ujuan yang ingin dicapai oleh penulis adalah

#. 9ntuk mengetahui bagaimana merancang dan membuat prototipe resistivity

meter digital atau alat ukur tahanan jenis tanah.

2. 9ntuk mengetahui bagaimana merancang dan membuat program akuisisi

menggunakan (ab;I6* di dalam Personal &omputer (P&) untuk menampilkan data hasil pengukuran.

0. 9ntuk mengetahui metode dan cara pengukuran tahanan jenis tanah pada

suatu tempat.

1.5 MANFAATManfaat yang dapat diambil dari penulisan ini adalah

# 9ntuk menghasilkan pengetahuan tentang perancangan alat resistivity meter

digial dan perancangan tampilan pada P7 menggunakan (ab;I6*.

# 9ntuk mengetahui nilai tahanan jenis tanah pada suatu tempat.

1.6 METODOLOGI PENELITIAN'alam menyususun penelitian ini, penulis menggunakan metodologi

sebagai berikut -

# +tudi literatur dan diskusi

Pada tahap pertama perancangan ini penulis akan mempelajari literatur yang

berhubungan dengan perancangan alat ukur resistivitas tanah dan komponen

pendukung yang digunakan. Penulis juga berdiskusi dengan dosen & dosen

dan teman&teman untuk memperkaya wawasan penulisan.

2 Perancangan perangkat keras

"angkaian yang akan dirancang meliputi rangkaian mikrokontroler, Real

*ime &lock "17!, rangkaian relay, multiple@er/demultiple@er, dan display.

0 Perancangan perangkat lunak

Perancangan perangkat lunak menggunakan 3rduino +oftware I'6! dan

program (ab;I6*.

Pengujian alat


4/37

Pengujian alat dilakukan dengan metode komparasi, yaitu membandingkan

antara nilai resistivitas dari hasil pengukuran oleh prototipe dengan hasil

pengukuran oleh alat operasional. Pengukuran dilakukan pada tempat yang

sama.

1.7 SISTEMATIKA PENULISANPenulis akan membagi materi menjadi lima bab pada penulisan ini. Isi dari

kelima bab tersebut adalah sebagai berikut -

838 I P6'39(93

8ab ini membahas mengenai latar belakang masalah, rumusan masalah, tujuan

dan manfaat penelitian, batasan masalah, metodologi penelitian serta sistematika

penulisan.

838 II (3'3+3 16:"I

8ab ini membahas mengenai tinjauan pustaka, pengertian umum tentang

resistivitas tanah, metode pengukuran resistivitas tanah, mikrokontroler, (7'

2A@, "17, storage dan soft"are berupa (ab;I6*.

838 III P6"373G3 '3 IMP(6M613+I 3(31

8ab ini membahas mengenai perencanaan dari perancangan alat, meliputi proses

dari perancangan blok diagram, komponen modul! yang digunakan, perancangan

hardware dan software, diagram alir serta implementasi alat hasil rancangan

dengan tampilan data.

838 I; P6G9BI3 '3 33(I+I+

8ab ini membahas mengenai alasan dilakukan pengujian, metode atau! cara

pengujian pada alat yang dirancang dan hasil pengujian serta dilakukan analisa

dari hasil yang didapatkan.

838 ; >6+IMP9(3 '3 +3"3

>esimpulan yang diperoleh dari hasil analisa serta saran untuk penelitian

selanjutnya agar diperoleh sistem yang lebih baik.


5/37

BAB II

LANDASAN TEORI

Pada bab ini penulis akan menjelaskan tentang tinjauan pustaka dan

landasan teori secara umum serta perangkat keras maupun lunak yang digunakan

dalam penelitian yang berjudul 5P6"373G3 '3 P6M89313

P":1:1IP6 "6+I+1I;I1< M616" 'IGI13(=.

2.1 KAJIAN PUSTAKA

Pengukuran resistansi menggunakan metode empat! probe pertama kali

dilakukan oleh *eibel #$#4! untuk mengukur resistivitas pada bumi. Penelitian

terus berkembang sehingga pada saat ini telah banyak diproduksi alat ukur

tahanan jenis tanah, tetapi alat&alat tersebut memiliki harga yang sangat mahal.

Melihat permasalahan tersebut, membuat banyak peneliti merancang sebuah alat

ukur tahanan tanah yang memiliki harga lebih murah dan terjangkau.

Penelitian ini digunakan penulis untuk melakukan sebuah penelitian yaitu

membuat sebuah rancang bangun alat ukur tahanan jenis tanah portable dengan

menggunakan empat! probe. Perancangan serupa juga telah dilakukan oleh

*ahyudiyanto 2A#A!, dengan melakukan penelitian untuk membuat sebuah

rancang bangun alat ukur resistansi substrat tanah menggunakan probe sebanyak

empat buah dan mikrokontroler 3tmega02 dengan tampilan (7'. Prosedur

pengukuran dilakukan dengan menggunakan 2 pasang probe terpisah untuk

mengukur arus dan tegangan dimana membuat pengukuran lebih akurat pada

substrat tanah.

Perancangan yang dilakukan oleh *ahyudiyanto 2A#A! tersebut

mempunyai fokus untuk mengetahui kualitas tanah yang digunakan dalam

penanaman tanaman padi melalui pengukuran tahanan jenis tanah. 8erbeda dari

peneliti sebelumnya, pada perancangan prototipe resistivity meter digital, penulis

mempunyai fokus untuk merancang sebuah prototipe alat ukur tahanan jenis tanah

dalam kaitannya dengan penelitian geolistrik. Prototipe ini dirancang dengan


6/37

L

A

akurasi yang lebih baik dan rentang pengukuran yang lebar sehingga diharapkan

dapat memberikan hasil pengukuran yang baik.

2.2 RESISTIVITAS

"esistivitas adalah suatu besaran atau parameter yang digunakan untuk

menunjukkan tingkat hambatan suatu material terhadap kuat arus listrik.

"esistivitas sendiri memiliki pengertian yang berbeda dengan resistansi

hambatan!, dimana resistansi tidak hanya bergantung pada bahan tetapi juga

bergantung pada faktor geometri atau bentuk bahan, sedangkan resistivitas tidak

bergantung pada faktor geometri. 9ntuk mengetahui hubungan antara resistivitas

dan resistansi, maka dapat dilakukan sebuah analisa sederhana pada sebuah

silinder dengan panjang (, luas penampang 3, dan resistansi " seperti ditunjukan

pada gambar di bawah ini.

Gambar 2.#

3nalisa Perbedaan "esistansi 'an "esistivitas Menggunakan 1abung

+ilinder

'ari gambar di atas, maka dapat dirumuskan -

R= ρ L

A(1)

"umus tersebut secara fisis dapat diartikan jika panjang silinder konduktor

(! dinaikkan, maka resistansi akan meningkat, dan apabila diameter silinder

konduktor diturunkan yang berarti luas penampang 3! berkurang maka resistansi

juga meningkat. 'i mana C adalah resistivitas tahanan jenis! dalam Dm.

+edangkan menurut hukum :hm, resistivitas " dirumuskan -


7/37

R=V

I (2)

; adalah beda potensial dan I adalah arus, sehingga didapatkan nilairesistivitas C!, seperti ditunjukan pada rumus di bawah ini.

ρ=VA

IL(3)

"umus yang lebih sering menggunakan adalah sifat konduktivitas E!

batuan yang merupakan kebalikan dari resistivitas C! dengan satuan mhos/m.

!

B adalah rapat arus ampere/m2 ! dan 6 adalah medan listrik volt/m!. Mr.

"ob F Perry, #$$4- #!

2.3 PRINSIP DASAR METODA RESISTIVITAS

>onsep dasar dari metoda geolistrik adalah hukum ohm yang pertama kali

dicetuskan oleh George +imon :hm. 'ia menyatakan bahwa beda potensial yang

timbul di ujung&ujung suatu medium berbanding lurus dengan arus listrik yang

mengalir pada medium tersebut. +elain itu, dia juga menyatakan bahwa tahanan

listrik berbanding lurus dengan panjang medium dan berbanding terbalik dengan

luas penampangnya. ormulasi dari kedua pernyataan :hm di atas, dapat

dituliskan sebagai berikut-

\\

)!

3rus atau arus listrik I! merupakan banyaknya muatan H! atau perubahan

banyaknya muatan d H! yang mengalir pada sebuah penghantar dalam satuan

waktu t! atau perubahan waktu d t!.


8/37

C2surface

I =dQ

dt (6)

3rus listrik diasumsikan muatan positif yang bergerak ke arah terminalnegatif, sedangkan muatan negatif bergerak ke terminal positif. amun

kesepakatan menyatakan bahwa arus listrik bergerak dari muatan positif ke arah

muatan negatif.

Prinsip kerja resistivity meter adalah mengalirkan arus listrik searah direct

current, '7! ke dalam bumi melalui dua elektroda arus yang ditancapkan pada

dua titik permukaan tanah dan kemudian mengukur respon beda potensial yang

terjadi antara dua titik yang lain di permukaan bumi dimana dua elektroda

potensial ditempatkan dalam suatu susunan tertentu.

2.3.1 Ar! L"!#r"$ M%&'%()r *S"+%#r" B,-)

3rus listrik yang menembus permukaan bola berongga yang luasnya +,

tebalnya dr , dan beda potensial d antara bagian luar dan dalam adalah -

I=− A ρ

dV

dr (7)

karena luas permukaan bola + J Kr 2 , maka relasi itu menjadi -

I=−4 π r2

ρ

dV

dr (8)


9/37

Gambar 2.2

3rus (istrik Menyebar

1anda negatif menunjukan bahwa arus mengalir dari tempat berpotensial

tinggi ke rendah.

2.3.2 P,#%&!")- O-%/ E-%$#r,0) Ar! T&)- 0" P%r+$))& M%0"+

S%#%&)/ T)$ B%r/"&)

Gambar 2.0

Pola 3rus (istrik yang 'ipancarkan oleh 6lektroda 3rus 1unggal di

Permukaan medium +etengah 1ak 8erhingga

9ntuk pola arus seperti gambar di atas, berlaku hukum :hm seperti

ditunjukan pada rumus di bawah -

I=− A

ρ

dV

dr (9)

>arena luas setengah bola + .r , maka arus I menjadi -

I=−2 π ρ

r2 dV

dr (10) atau

dV=− ρ I dr

2π r2 (11)

sehingga potensial di suatu titik sejauh r dari pusat arus adalah -


10/37


11/37

A M N B

'engan demikian beda potensial antara titik M dan adalah -

Δ V❑=VM−VN=1 ρ2π [(1

r1−1

r 2 )−(1

r 3−1

r 4 )]❑

(15)

9ntuk konfigurasi *enner, r # J r J a dan r 2 J r 0 J 2a, maka persamaan #)!

menjadi -

ΔV❑=1 ρ

2π [(1a− 12a )−( 12a−1a )]= 1 ρ2πa❑

(16)

+ehingga

ρ=2 πa ( ΔV 1 )(17)

2.4 KONFIGURASI ELEKTRODA

"esistivitas batuan dapat diukur secara tidak langsung dengan memasukan

arus listrik ke dalam tanah melalui dua titik elektroda di permukaan tanah dan

mengukur beda potensial antar dua titik elektroda yang lain di permukaan.

Gambar 2.)

+usunan elektroda untuk pengukuran resistivitas


12/37

an = 1

n = 2

n = 3

C1 P1 P2 C2

C1 P1 P2 C2

a

n=5 n=6 n=7 n=8

6lektroda 3 dan 8 merupakan elektroda yang dilalui arus untuk proses

injeksi ke bawah permukaan, biasa disebut dengan elektroda arus current

electrode!. +edangkan elektroda M dan merupakan elektroda dimana beda

potensial yang timbul akibat arus yang di injeksikan di ukur, biasa disebut dengan

elektroda tegangan potential electrode!.

2.4.1 S,&0"&

+ounding adalah penyelidikan perubahan resistivitas bawah permukaan

kearah vertikal. 7aranya pada titik ukur yang tetap, jarak elektroda arus dan

tegangan diubah/divariasi. >onfigurasi elektroda yang biasa dipakai adalah

konfigurasi +clumberger.

Gambar 2.4

1eknik ;ertical +ounding

2.4.2 Tr)%r!"& )#) M)"&

*raversing atau Mapping adalah penyelidikan perubahan resistivitas

bawah permukaan kearah lateral horisontal!. Metode yang digunakan adalah

dengan mengatur jarak elektroda arus dan tegangan tetap sedangkan titik ukur

dipindah/digeser secara horiLontal. >onfigurasi yang biasa dipakai adalah

konfigurasi *enner atau 'ipole&dipole dua kutub!.


13/37

Gambar 2.% 1eknik (ateral Mapping

2.4.3 K,&"r)!" %&&%r

>onfigurasi *enner dikembangkan oleh *enner di 3merika yang keempat

buah elektrodanya terletak dalam satu garis dan simetris terhadap titik tengah.

Barak M pada konfigurasi *enner selalu sepertiga #/0! dari jarak 38. 8ila jarak

38 diperlebar, maka jarak M juga harus diubah sehingga jarak M tetap

sepertiga jarak 38.

>onfigurasi *enner memiliki kelebihan yaitu ketelitian pembacaan

tegangan pada elektroda M lebih baik dengan angka yang relatif besar karena

elektroda M yang relatif dekat dengan elektroda 38.

Gambar 2.

>onfigurasi *enner

>onfigurasi *enner mempunyai sebuah faktor geometri. aktor geometri

merupakan sebuah faktor yang mempunyai suatu harga dimana harga tersebut

hanya tergantung pada konfigurasi atau geometri dari elektroda&elektroda arus dan

tegangan. aktor geometri dari konfigurasi *enner adalah > J 2Ka


14/37

2.5 RESISTIVITAS MATERIAL MATERIAL BUMI

+ifat fisika batuan dan mineral apabila diukur dan diteliti memperlihatkan

variasi harga resistivitas yang sangat banyak. Mineral&mineral logam, memiliki

harga resistivitas berkisar pada#A& Nm yang merupakan harga resistivitas dari

perak asli hingga #A% Nm yang merupakan harga resistivitas dari belerang.

8atuan&batuan lain pun juga memiliki range resistivitas yang bervariasi karena

disebabkan oleh komposisi yang bermacam&macam.

8atuan dibedaka menjadi tiga kelompok besar berdasarkan nilai

resistivitasnya, yaitu-

• >onduktor - #A& Nm O /O#Nm

• +emi >onduktor - #Nm O /0#A% Nm

• Isolator -#A% Nm /

1elford *. 3nd +heriff, #$2!

Mineral&mineral yang terkandung di dalam bumi sebagian besar

membentuk batuan penghantar listrik yang tidak baik walaupun beberapa logam

asli dan grafit menghantarkan listrik. "esistivitas yang terukur pada material bumi

utamanya ditentukan oleh pergerakan ion&ion bermuatan dalam pori&pori fluida.

3ir tanah secara umum berisi campuran terlarut yang dapat menambah

kemampuannya untuk menghantar listrik, meskipun air tanah bukan konduktor

listrik yang baik.

;ariasi resistivitas material bumi ditunjukkan sebagai berikut-

BAHAN RESISTIVITAS *+

9dara Q

Pirit 0 @ #A

Galana 2 @ #A&0

>warsa @ #A#As.d. 2 @ #A#

>alsit #A#2 s. d. #A#0

8atuan Garam 0A s. d. #A#0

Mika $ @ #A#2s. d. #A#

Garnit #A2

s. d. #A4


15/37

Gabro #A0s. d. #A4

8asalt #A s. d. #A%

8atuan Gamping )A s. d. #A%

8atuan Pasir # s. d. #A

8atuan +erpih 2A s. d. #A0

'olomit #A2s. d. #A

Pasir # s. d. #A0

(empung # s. d. #A2

3ir 1anah A.) s. d. 0 @ #A2

3ir (aut A.2

1abel 2.#

;ariasi "esistivitas Material 8umi/8atuan 'joko +antoso, 2AA# - #A!

arga tahanan jenis batuan dipengaruhi oleh beberapa faktor, antara lain

jenis material, densitas, porositas, ukuran dan bentuk pori&pori batuan, kandungan

air, kualitas serta suhu sehingga menyebabkan tidak ada kepastian harga tahanan

jenis.

2.6 PERANGKAT KERAS

Perangkat keras atau !ard"are adalah komponen dari sebuah sistem yang

mempunyai sifat bisa dilihat dan diraba secara langsung atau berbentuk nyata 'i

bawah ini akan dijelaskan perangkat keras yang digunakan dalam penelitian ini.

2.6.1 M"$r,$,r,-%r

Mikrokontroler atau pengendali mikro adalah sebuah komputer kecil

5 special purpose computers=! di dalam sebuah Integrated &ircuit I7!. I7

tersusun atas beberapa komponen yaitu &entral Processing 1nit 7P9! , memori,

timer , saluran komunikasi serial dan parallel, port input2output , +nalog to 'igital

&onverter 3'7!, dll. Mikrokontroler digunakan sebagai pengendali sistem yang

mengatur semua proses.


16/37

Gambar 2.$ 8lok 'iagram Mikrokontroler

Merancang sebuah sistem yang berbasis mikrokontroler, diperlukan

perangkat keras dan perangkat lunak yaitu-

a. Microcontroller minimum system

Microcontroller minimum system atau sistem minimum mikrokontroler

adalah sebuah rangkaian paling sederhana dari sebuah mikrokontroler agar I7

mikrokontroler tersebut bisa beroperasi dan diprogram. +istem minimum

sering dihubungkan dengan beberapa komponen untuk menjadi sebuah

rangkaian. 8eberapa komponen yang digunakan seperti po"er supply,

osilator Internet Sevice Provider ( I+P!, rangkain reset dan lain&lain.

b. Soft"are pemrograman dan compiler , serta do"nloader

Soft"are pemrograman dan compiller digunakan untuk komunikasi antara

komputer dan mikrokontroler. 'o"nloader merupakan rangkaian

penghubung antara komputer danmikrokontroler yang berfungsi untuk

memasukkan listing program berupa bit&bit logika! ke dalam mikrokontroler.

$isting program yang dikirim oleh soft"are dari komputer ke dalam

mikrokontroler biasanya berbentuk file .he@ heksa desimal!. Soft"are yang

digunakan untuk menhunduh program file .he@! ke dalam mikrokontroler

adalah I+P Programer .

Mikrokontroller yang digunakan pada perancangan prototipe resistivity

meter digital ini adalah 3;" 31M6G3 2)4A.


17/37

Gambar 2.#A+truktur Pin 31Mega2)4A dengan menggunakan 3rduino

31Mega 2)4A memiliki spesifikasi yang cukup untuk digunakan pada

perancangan prototype ini. 8erikut adalah spesifikasi dari 31Mega 2)4A.

8ekerja pada tegangan );

1egangan input rekomendasi! %

1egangan input limit! 4&2A;

Pin I/: digital ) of which #) provide P*M output!

Pin input analog #4

Pin I/: arus '7 A m3

Pin arus '7 untuk 0,0 ; )A m3

Memori 2)4 >8 of which >8 used by bootloader

+"3M >8

66P":M >87lock +peed #4 ML

3;" 31Mega 2)4A tersebut telah tertanam/terpasang di dalam modul

arduino mega 2)4A. 3rduino Mega 2)4A adalah merupakan board mikrokontroler

berbasis 31Mega2)4A. Modul ini memiliki ) digital input/output di mana #

digunakan untuk P*M output dan #4 digunakan sebagai analog input, untuk


18/37

93"1, #4 ML osilator kristal, koneksi 9+8, po"er 3ack , I7+P eader, dan

tombol reset.

Gambar 2.##

8entuk isik 3rduino Mega2)4A

2.6.2 R%-)'"elay merupakan sebuah saklar yang dikendalikan oleh arus. "elay

memiliki sebuah kumparan tegangan rendah yang dililitkan pada sebuah inti.

+ebuah armatur besi terdapat di dalam relay yang akan tertarik menuju inti apabila

arus mengalir melewati kumparan. 3rmatur ini terpasang pada suatu tuas

berpegas. >etika armatur tertarik menuju inti, kontak jalur bersama akan berubah

posisinya dari kontak normal tertutup ke kontak normal terbuka 8ishop, 2AA2

dalam urmawaRdah, 2A##!. Prinsip kerja dari relay dapat dilihat seperti pada

gambar di bawah ini.

Gambar 2.#2

8lok 'iagram Prinsip >erja "elay


19/37

"elay berfungsi untuk menghubungkan atau memutus aliran arus listrik

yang dikontrol dengan memberikan tegangan dan arus tertentu pada koilnya.

Gambar 2. merupakan relay yang digunakan pada penelitian ini.

Gambar 2.#0

Modul "elay #4 7hannel

"elay dengan #4 channel tersebut digunakan sebagai trigger terhadap

po"er supply untuk mengalirkan arus ke setiap probe/konduktor yang berjumlah

#4 buah. Power supply selain sebagi sumber tegangan untuk sistem, juga

digunakan sebagai sumber arus untuk di alirkan ke bawah permukaan tanah.

"elay berperan sebagai pengatur kapan sebuah probe/konduktor dapat aktif yaitu

mengalirkan arus ke bawah permukaan tanah dan kapan probe/konduktor tersebut

pasif yaitu tidak mengalirkan arus.

2.6.3 M-#"-%8%r 0)& D%+-#"-%8%r

Multiple@er adalah suatu rangkaian yang mempunyai banyak input dan

hanya mempunyai satu output. 'engan menggunakan selektor, dapat dipilih salah

satu inputnya untuk dijadikan output. +ehingga dapat dikatakan bahwa

multiple@er ini mempunyai n&input, m&selector , dan # output. 8iasanya jumlah

inputnya adalah 2m selektornya.


20/37

Gambar 2.#

8lok 'iagram (ogika Multiple@er

Multiple@er bekerja seperti sebuah saklar switch! multi posisi yang

dikontrol secara digital, dimana kode digital yang diberikan ke input & input select

mengontrol input & input data mana yang di switch ke output. misalnya, pada

multiple@er dua input, output L akan sama dengan input data Io untuk kode input

select berlogik #, S akan sama dengan I# untuk kode input select berlogik A.

'engan kata lain multiple@er memiilih # dari data input dan menyalurkan data

yang terpilih ke suatu chanel output tunggal.

'emultiple@er adalah rangkaian logika yang menerima satu input data dan

mendistribusikan input tersebut ke beberapa output yang tersedia. >endali pada

demultiplekser akan memilih saklar mana yang akan dihubungkan. Pemilihan

keluarannya dilakukan melalui masukan penyeleksi. +eleksi data&data input

dilakukan oleh selector line, yang juga merupakan input dari demultiplekser

tersebut. Pada demultiplekser saluran kendali sebanyak TnT saluran dapat

menyeleksi saluran keluaran.

Gambar 2.#) 'iagram 8lok (ogika 'emultiple@er

Masukan data pada demultiplekser dapat terdiri dari beberapa bit.

>eluarannya terdiri dari beberapa jalur, masing&masing jalur terdiri dari satu atau

lebih dari satu bit. Masukan selector terdiri dari satu atau lebih dari satu bit

tergantung pada banyaknya jalur keluaran.


21/37

Perancangan prototipe resistivity meter digital ini menggunakan modul

yang dapat berperan sebagai multiple@er dan demultiple@er. Modul tersebut

menggunakan I7 Mu@/'emu@ 7'%7A4%. Modul ini memiliki #4 channel

analog sehingga cukup untuk digunakan dalam perancangan ini.

Gambar 2.#48entuk isik Modul Multiple@er/'emultiple@er

2.6.4 Real Time Clock *RT9

"17 adalah modul elektronik berupa I7 yang dapat menghitung waktu

mulai detik, menit, jam, tanggal, bulan, serta tahun! dengan akurat dan

menjaga/menyimpan data waktu tersebut secara real time. "17 tersebut bekerja

real time, sehingga setelah proses hitung waktu dilakukan keluaran datanya

langsung disimpan atau dikirim ke peralatan lain melalui sistem antarmuka. "17

dilengkapi dengan baterai sebagai penyuplai tegangan pada I7, sehingga "17

akan tetap bekerja walaupun peralatan yang dihubungkan dengan "17 dimatikan.

"17 dinilai cukup akurat sebagai pewaktu timer ! karena menggunakan osilator

kristal.

Gambar 2.#%

Modul "17 I7 '+020#

Modul "17 yang digunakan pada perancangan ini yaitu menggunakan I7

'+020# merupakan salah satu tipe I7 "17 yang dapat bekerja dalam daya listrik

rendah dengan presisi yang sangat tinggi dalam mencacah waktu. Modul ini juga


22/37

sudah dilengkapi dengan I7 312702 yang memberikan 66P":M Electrically

Erasa4le Programma4le Read-5nly Memory! tambahan sebesar >8 02.%4

bit! yang dapat digunakan untuk berbagai keperluan, misalnya untuk menyimpan

jadwal time schedule!, menyimpan setelan waktu alarm, menyimpan data hari

libur pada kalender, merekam absensi, dan sebagainya.

2.6.5 L":"0 9r'!#)- D"!-)' *L9D 2; 8 4

$i%uid &rystal 'isplay ((7'! adalah alat atau modul untuk menampilkan

karakter yang diinginkan. (7' menggunakan dua buah lembaran bahan yang

dapat mempolarisasikan kristal cair di antara kedua lembaran tersebut. 3rus listrik

yang melewati cairan menyebabkan kristal merata sehingga cahaya tidakdapat

melalui setiap kristal, karenanya seperti pengaturan cahaya menentukanapakah

cahaya dapat melewati atau tidak. +ehingga dapat mengubah bentukkristal

cairannya membentuk tampilan angka atau huruf pada layar.

(7' telah banyak digunakan dalam perancangan suatu sistem dengan

menggunakan mikrokontroler sebagai penampil data.

Gambar 2.#

8entuk isik (7' 2A@

2.6.6 M"


23/37

bagian yang penting dalam komputer modern dan letaknya di dalam 7P9 7entral

Processing 9nit!.

Perancangan prototipe resistivity meter digital ini menggunakan Mikro +'

/ +' card sebagai media untuk menyimpan data pengukuran. Mikro +' / +' card

adalah jenis kartu memori flash yang berukuran paling kecil yang dikembangkan

oleh +' 7ard 3ssociation yang berfungsi untuk menyimpan data&data pada

porta4le device. Micro+' digunakan sebagai penyimpan data di luar internal

perangkat. 'alam penggunaannya micro+' membutuhkan slot sebagai antar

muka antara micro+' dengan perangkat lain yang saling terhubung.

Gambar 2.#$

8entuk isik Mikro +' dan +' card

2.7 PERANGKAT LUNAK * SOFTWARE)Soft"are atau perangkat lunak adalah suatu interface dari seperangkat

instruksi yang disusun menjadi sebuah program untuk memerintahkan

mikrokontroler atau perangkat !ard"are melakukan suatu pekerjaan. Pada

penelitian ini software yang digunakan adalah 3rduino I'6 dan (ab;I6* 2A#).

2.7.1 Ar0"&, IDE3rduino I'6 adalah software yang digunakan untuk mengembangkan dan

mengisi program ke dalam 3rduino. 3rduino I'6 ini dapat digunakan pada :+

*indows, *indows, Mac :+ dan (inu@. 3plikasi ini digunakan untuk membuat,

membuka, dan mengedit source code arduino. +ource code tersebut berisikan

logika dan algoritma yang akan diupload ke dalam I7 mikrokontroller yang

tertanam di modul arduino.


24/37

Gambar 2.2A

1ampilan 3rduino I'6

Interface 3rduino I'6 tampak seperti gambar di atas. 'ari kiri ke kanan

dan atas ke bawah, bagian&bagian I'6 3rduino terdiri dari-

#. ;erify - pada versi sebelumnya dikenal dengan istilah &ompile. +ebelum

aplikasi diupload ke board 3rduino, biasakan untuk memverifikasi terlebih

dahulu sketch yang dibuat. Bika ada kesalahan pada sketch, nanti akan muncul

error. Proses erify2&ompile mengubah sketch ke binary code untuk diupload

ke mikrokontroller.

2. 9pload - tombol ini berfungsi untuk mengupload sketch ke 4oard 3rduino.

*alaupun kita tidak mengklik tombol verify, maka sketch akan di&compile,

kemudian langsung diupload ke board. 8erbeda dengan tombol verify yang

hanya berfungsi untuk memverifikasi source code saja.0. 6e" Sketc! - Membuka "indo" dan membuat sketc! baru.

. 5pen Sketc! - Membuka sketc! yang sudah pernah dibuat. Sketc! yang dibuat

dengan I'6 3rduino akan disimpan dengan ekstensi file .ino.

). Save Sketc! - menyimpan sketc!, tapi tidak disertai mengcompile.

4. +erial Monitor - Membuka interface untuk komunikasi serial, nanti akan kita

diskusikan lebih lanjut pada bagian selanjutnya.

%. >eterangan 3plikasi - pesan&pesan yang dilakukan aplikasi akan muncul di

sini, misal 7&ompiling T dan T 'one 1ploading T ketika kita mengcompile dan

mengupload sketc! ke board 3rduino.


25/37

. >onsol - Pesan&pesan yang dikerjakan aplikasi dan pesan&pesan tentang

sketch akan muncul pada bagian ini. Misal, ketika aplikasi mengcompile atau

ketika ada kesalahan pada sketch yang kita buat, maka informasi error dan

baris akan diinformasikan di bagian ini.

$. 8aris +ketch - bagian ini akan menunjukkan posisi baris kursor yang sedang

aktif pada sketc!#

#A. Informasi Port - bagian ini menginformasikan port yang dipakah oleh board

3rduino.

2.7.2 L)(VIE

$a4oratory irtual Instrument Engineering 8ork4enc! (ab;I6*!

merupakan software yang khusus digunakan untuk pemrosesan dan visualisasidata dalam bidang akusisi data, kendali dan intrumentasi, serta otomatisasi

industri. +oftware ini pertama kali dikembangkan oleh perusahaan 6ational

Instruments I! pada tahun #$4.

Gambar 2.2# 1ampilan 'epan (ab;I6*

8eberapa kelebihan (ab;iew dibandingkan dengan bahasa pemrograman

lainnya adalah-

#. 8ahasa pemrograman (ab;I6* jelas dan mudah dipahami, karena berbentuk

grafis, dengan instruksi berbentuk ikon&ikon, yang dihubungkan dengan

garis/kawat untuk menunjukan aliran data, mirip seperti flowchart.


26/37

2. Pembuatan program mudah, yaitu hanya dengan menarik keluar ikon

instruksi yang sudah tersedia di palet kotak intruksi!, dan

menghubungkannya dengan kawat ke ikon yang lain. >awat ini sama seperti

variabel pada bahasa pemrograman teks. 'engan cara ini, (ab;I6*

menyederhanakan pemrograman, karena kawat hanya akan terhubung apabila

tipe datanya sesuai sehingga menghilangkan kebutuhan manajemen memori

dan deklarasi tipe data setiap variabel seperti dalam 8ahasa pemrograman

teks.

0. (ab;I6* didesain sebagai sebuah bahasa pemrograman parallel multicore!

yang mampu menangani beberapa insteuksi sekaligus dalam waktu

bersamaan. al ini sangat sulit dilakukan dalam bahasa pemrograman teks,karena biasanya bahasa pemrograman teks mengeksekusi instruksinya secara

berurutan per baris, satu demi satu. 'engan (ab;I6*, pengguna dapa

membuat aplikasi eksekusi parallel ini secara mudah dengan menempatkan

beberapa struktur loop secara terpisah dalam block diagram.

. +ifat modular (ab;I6* memungkinkan pengguna untuk membuat program

yang kompleks dan rumit menjadi sederhana, yaitu dengan cara membuat

subprogram, atau di (ab;I6* disebut sub;I.

BAB III

PERAN9ANGAN DAN IMPLEMENTASI ALAT

Pada bab ini penulis akan menjelaskan tentang perancangan !ard"are,

blok diagram alat, perancangan soft"are, casing, sistematika perancangan, serta

implementasi alat dan tampilan display prototipe resistivity meter digital.


27/37

INPUT PROSESOUTPUT

P R OB E

DISP

L

Power Suppl

M o ! ul S w" # c $

MI%ON

R&C

MEMORI

M '( ) DE M '(

3.1 PERAN9ANGAN HARDARE

Perancangan !ard"are menjelaskan mengenai blok diagram perancangan

alat secara keseluruhan yang terdiri dari mikrokontroler 3rduino Mega 2)4A, "17'+020#, memori mikro +' card, modul switch/relay, multiple@er/demultiple@er,

probe/konduktor dan rangkaian (7' 2A@ serta sistem antarmuka yang

digunakan.

3.1.1 B-,$ D")r)+ A-)#

8lok diagram alat merupakan gambaran dari perancangan suatu alat,

karena dari blok diagram inilah dapat diketahui cara kerja rangkaian alat secara

keseluruhan, sehingga keseluruhan blok diagram rangkaian akan menghasilkan

suatu sistem yang dapat difungsikan dan dapat bekerja sesuai dengan yang

diinginkan oleh perancang.

Gambar 0.# 8lok 'iagram Perancangan 3lat

ungsi dari setiap komponen pada perancangan alat adalah sebagai berikut-

# Probe/>onduktor - 8erfungsi untuk

melakukan injeksi arus ke bawah permukaan

tanah melalui probe 3 dan 8. Probe/konduktor


28/37

ini juga berfungsi untuk menghantarkan beda

potensial yang timbul melalui probe M dan .

2 Modul +witch - 8erfungsi sebagai

switch untuk mengatur aliran arus dari power

supply yang dikendalikan oleh mikon ke

beberapa probe yang selanjutnya di injeksikan

ke bawah permukaan.

0 Multiple@er/'emultiple@er - 8erfungsi untuk

mengatur aliran beda tegangan yang timbul

pada probe M dan untuk selanjutnya akan

dibaca dan diolah di mikrokontroler.

Mikrokontroler - +ebagai penerima

pengolah data output dari sensor. +elain itu

mikrokontroler berfungsi juga untuk mengatur

dan menampilakan hasil pengukuran ke (7'.

) "17 '+020#! - +ebagai tanda waktu

tanggal yang akan ditampilkan pada (7' dan

display pada P7.

4 7atu 'aya - +ebagai sumber listrik untuk

menjalankan sistem. 7atu daya pada sistem ini

juga berperan sebagai sumber arus yang akan di

injeksikan ke bawah permukaan tanah melalui

probe 3 dan 8 yang alirannya diatur oleh

switch.

% (7' 2A @ - +ebagai output untuk

menampilkan data hasil pengukuran dari sensor

yang telah diperoses dalam mikrokontroler. 'isplay P7 - +ebagai output untuk

menampilkan hasil pengukuran pada P7

menggunakan program (ab;I6*.

$ Memori - 9ntuk menyimpan data hasil

pengukuran sebagai backup agar tidak terjadi

hilangnya data..

3.1.2 K,&!% D)!)r P%r)&


29/37

>onsep dasar perancangan alat ini adalah dengan mengacu pada metode

resistivitas konfigurasi wenner, dimana pengukuran menggunakan empat probe

dengan dua probe sebagai media untuk injeksi arus ke bawah permukaan tanah

dan dua probe lain sebagai media untuk menghantarkan beda potensial yang

timbul akibat injeksi arus. Peneliti ingin membuat prototype ini agar dapat

mengukur nilai resistivitas yang lebih bervariasi dengan jarak yang lebih jauh,

sehingga pada perancangan ini menggunakan sebanyak #4 probe. Probe&probe

tersebut akan saling bergantian untuk mengukur nilai resistivitas pada tempat

tersebut.

3rus yang bersumber dari power supply disambungkan dengan modul

switch/relay. Mikrokontroler akan mengatur relay mana yang akan aktif sehinggaarus akan dialirkan menuju probe 3 dan 8 yang berperan sebagai konduktor untuk

injeksi arus ke bawah permukaan. 3rus yang yang diinjeksikan bernilai konstan

atau dengan kata lain sama untuk setiap probe. "esistivitas yang beragam

terkandung pada material dibawah tanah, sehingga menyebabkan adanya beda

potensial. 8eda potensial tersebut selanjutnya dideteksi oleh probe M dan untuk

selanjutnya menuju multiple@er/demultiple@er. Multiple@er/demultiple@er akan

mengalirkan beda potensial yang timbul menuju mikrokontroler untuk selanjutnya

dibaca dan diolah oleh mikon.

Mikrokontroler akan melakukan akuisisi data yang dapat terukur, untuk

kemudian ditampilkan ke (7' dan juga dapat dilakukan monitoring

menggunakan display yang telah dibuat menggunakan (ab;iew pada P7. 'ata

juga akan secara otomatis tersimpan ke dalam memori berupa mikro +'card.

Mikrokontroler secara otomatis akan memindahkan atau menggeser probe,

sehingga yang pada awalnya probe # dan merupakan probe 3 dan 8 serta probe

2 dan 0 merupakan probe M dan akan bergeser. Probe 2 dan ) akan menjadi probe 3 dan 8 sedangkan probe 0 dan aka menjadi probe M dan . begitu

seterusnya hingga probe terakhir. 'ata yang tercatat akan dapat terlihat secara

lengkap pada display yang ada di P7, sedangkan (7' hanya akan menampilkan

hasil pengukuran pada saat itu.

3.1.3 D")r)+ A-"r P%r)&


30/37


31/37

Gambar 0.2

'iagram 3lir +istem

Penjelasan diagram alir pada gambar 0.2 sebagai berikut-

# (angkah pertama yang dilakukan untuk instalasi adalah pemasangan

probe/konduktor berjumlah #4 buah secara sejajar garis lurus dan

mempunyai jarak yang sama pada masing&masing probe/konduktor.

2 Menguhubungkan setiap probe/konduktor dengan digitiLer menggunakan

media kabel.0 Menghubungkan power supply berupa aki kering pada digitiLer.

Mengaktifkan digitiLer dengan menekan saklar sehingga muncul indicator

dari led dan (7'.

) Melakukan tes koneksi dari setiap probe/konduktor yang terhubung dengan

digitiLer. 3pabila koneksi terjadi gangguan atau kurang bagus dapat kita

pastikan bahwa sambungan kabel antara probe dan digitiLer terjadi masalah,

sehingga perlu dilakukan pengecekan.


32/37

4 Pengukuran dapat dilakukan apabila semua koneksi telah terhubung dengan

bagus.

% 'ata hasil pengukuran akan diolah di dalam digitiLer untuk selanjutnya akan

dihasilkan nilai resistivitas dan parameter&parameter yang dibutuhkan unttuk

dilakukan analisa.

>eluaran dari digitiLer akan disimpan pada memori/storage.

$ (7' dan P7 akan menampilkan data&data pengukuran sehingga user dapat

melakukan monitoring.

3.2 PERAN9ANGAN SOFTARE+oftware atau perangkat lunak yang digunakan adalah pemrograman

3rduino I'6 dan (ab;I6*. 'engan menggunakan program ini maka

mikrokontroler dapat membaca, mengolah dan menampilkan data hasil

pengukuran resistivitas tanah ke (7' 2A@ dan P7 secara real time. Perancangan

software terdiri dari perancangan program mikrokontroler 3;" 31Mega 2)4A dan

Perancangan aplikasi (ab;I6*.

3.2.1 P%r)&


33/37


34/37

Gambar 0.0

'iagram 3lir Perancangan Mikrokontroler

Penjelasan flowchart pada gambar 0.2 sebagai berikut -

#. Mikrokontroler akan memberikan perintah ke modul power supply agar

mengalirkan arus ke probe/konduktor melalui modul relay. 3rus yang

dialirkan bernilai konstan. Mikon akan memberikan sinyal kepada modul

relay, yaitu sinyak untuk menentukan channel berapa saja yang aktif dan

channel berapa yang non aktif.2. "elay akan menginisiasi probe/konduktor mana yang aktif sehingga pada

probe tersebut akan dialiri arus yang selanjutnya akan diinjeksinya ke bawah

permukaan tanah.

0. Proses injeksi arus dimulai dengan mengalirkan arus ke probe 3 dan 8 atau

probe nomor satu dan empat.

. 'ari injeksi arus pada probe 3 dan 8 tersebut akan menghasilkan beda

potensial yang terdeteksi oleh probe M dan atau probe nomor dua dan tiga.


35/37

). Mikorokontroler akan membaca nilai arus yang diinjeksikan dan beda

potensial yang timbul untuk selanjutnya diolah. 3pabila arus dan beda

potensial tidak terbaca, hal tersebut mengisyaratkan bahwa ada pemasangan

probe atau sambungan dari mikon ke probe yang kurang bagus.

4. Mikrokontroler akan mengolah data hasil pengukuran untuk selanjutnya akan

dihasilkan nilai resistivitas dan juga parameter&parameter yang dibutuhkan.

%. asil dari pengolahan oleh mikon akan disimpan di dalam memori berupa

mikro +' card.

. (7' akan menampilkan parameter yang terukur.

$. P7 juga akan menampilkan data&data hasil pengukuran berserta parameter

yang dibutuhkan secara lengkap, sehingga user dapat melakukan monitoring.

3.3 PERAN9ANGAN 9ASING

Perancangan casing dibuat untuk memberikan gambaran fisik dari

prototipe resistivity meter digital yang akan dibuat. 7asing perlu dibuat agar

komponen elektronik yang ada di dalamnya dapat terlindung dari gangguan dari

luar. "ancangan casing untuk prototipe resistivity meter digital yang akan dibuat

dapat dilihat seperti pada gambar 0. di bawah ini.

Gambar 0.

"ancangan 7asing Prototipe resistivity meter digital

7asing prototipe resistivity meter digital ini memuat beberapa komponen,

diantaranya adalah minimum sistem 31Mega 2)4A, "17, (7' 2A@, modul relay


36/37

#4 channel, multiple@er/demultiple@er, modul mikro +' card, dan rangkaian

regulator power supply.

8agian atas dari casing terdapat beberapa port diantaranya adalah port

untuk power, port untuk sambungan ke P7, dan port untuk sambungan ke tiap&tiap

probe. (7' 2A@ nantinya akan terpasang pada bagian atas dari casing agar

memudahkan user dalam melakukan monitoring. 8eberapa tombol juga terpasang

pada casing bagian atas agar mudah untuk dijangkau. 1ombol&tombol tersebut

diantaranya adalah tombol power, tombol reset, dan tombol start.

3.4 PERAN9ANGAN TAMPILAN(ab;I6* merupakan software yang digunakan untuk merancangan

rap!ical 1ser Interface G9I! pada prototipe resistivity meter digital ini. G9I

ini yang nanti akan digunakan untuk menampilkan data resistivitas dan parameter&

parameter yang dibutuhkan# 1ampilan (ab;I6* yang digunakan pada

perancangan ini dibuat secara sederhana sehingga memudahkan

pengamat/observer dalam memahami data hasil akuisisi. 'esain rancangan

(abview pada prototipe ditunjukan seperti gambar 0.) berikut.

Gambar 0.)

"ancangan 1ampilan pada P7

Gambar 0.) menggambarkan desain yang nanti akan menampilkan data

dan parameter yang diukur. 8eberapa parameter yang diukur yaitu arus, tegangan,

resistivitas, daya power supply, koordinat, elevasi, waktu dan beberapa unsur

lainnya. +eluruh data yang dihasilkana akan disimpan dalam sebuah file berformat


37/37

e@cel dengan nama file berdasarkan tanggal data dan berlokasi disebuah folder

khusus di komputer.

proposal perancangan prototipe resistivity meter digital

Documents