rancang bangun sistem pengukuran sedimentasi...

i

TUGAS AKHIR - TT 090361 RANCANG BANGUN SISTEM PENGUKURAN SEDIMENTASI LUMPUR BERBASIS GELOMBANG ULTRASONIK DENGAN MIKROKONTROLLER ARDUINO Mochamad Sueb NRP 2411 031 019 Dosen Pembimbing : Detak Yan Pratama, ST,MSc. NIP. 19840101 2012121 002 Program Studi DIII Metrologi dan Instrumentasi Jurusan Teknik Fisika Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2014

ii

FINAL PROJECT - TT 090361 DESIGN OF MEASUREMENT SYSTEM OF SEDIMENTATION SLUDGE BASED ON ULTRASONIK WAVES AND ARDUINO MICROCONTROLLER Mochamad Sueb NRP 2411 031 019 Supervisor : Detak Yan Pratama, ST, MSc. NIP. 19840101 2012121 002 Diploma III of Metrology And Instrumentation Department of Engineering Physics Faculty of Industrial Technology Sepuluh Nopember Institute of Technology Surabaya 2014

vii

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT dan baginda besar rasulullah SAW atas segala rahmat dan anugerahnya sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini dengan judul :

“RANCANG BANGUN SISTEM PENGUKURAN SEDIMENTASI LUMPUR BERBASIS GELOMBANG

ULTRASONIK DENGAN MIKROKONTROLLER ARDUINO”

Tugas akhir ini disusun guna memenuhi persyaratan bagi

seorang mahasiswa untuk memperoleh gelar Ahli Madya bidang studi instrumentasi, program studi D-3 Metrologi dan Teknik Instrumentasi, jurusan Teknik Fisika, Fakultas Teknologi Industri, Institu Teknologi Sepuluh Nopember

Penulis mengucapkan banyak terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu baik secara langsung maupun secara tidak langsung dalam pengerjaan dan pembelajaran tugas akhir ini. Beberapa pihak tersebut antara lain: 1. Bapak Dr. Ir. Totok Soehartanto, DEA selaku Kepala Jurusan

Teknik Fisika ITS Surabaya. 2. Bapak Dr. Ir. Purwadi Agus Darwito, M.Sc selaku Ketua

Program Studi Diploma III Metrologi dan Teknik Instrumentasi, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

3. Bapak Ir. Ya'umar, MT selaku Dosen Wali dan yang telah memberikan arahan selama menjalani masa perkuliahan hingga menyelesaikan tugas akhir ini.

4. Bapak Detak Yan Pratama ST MSc. selaku Dosen Pembimbing yang setia mendampingi, membimbing, mengkritisi, dan memotivasi pengerjaan tugas akhir ini.

5. Bapak dan Ibu dosen penguji Jurusan Teknik Fisika beserta karyawan atas ilmu dan dedikasinya.

viii

6. Teman teman D3 Metrologi dan Teknik Instrumentasi angkatan 2011, 2012, 2013, dan para senior 2010 laboratorium fisis yang selalu mendukung dalam segala hal. Penulis menyadari bahwa tugas akhir ini tidaklah sempurna,

tetapi penulis berharap ini dapat memberikan kontribusi yang berarti dan dapat menambah wawasan bagi pembaca. Semoga awal dari permulaan yang panjang ini dapat membawa manfaat dan hikmat bagi kita semua dan juga semoga hari esok lebih baik dari hari ini.

Surabaya, 17 Juli 2014

Penulis

ix

DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL i LEMBAR PENGESAHAN iii ABSTRAK v ABSTRACT vi KATA PENGANTAR vii DAFTAR ISI ix DAFTAR GAMBAR xi DAFTAR TABEL xii BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang 1 1.2 Perumusan Masalah 1 1.3 Tujuan 2 1.4 Manfaat 2 1.5 Batasan Masalah 2

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Sedimentasi 3 2.2 Tipe Sedimentasi 4 2.3 Arduino UNO 4 2.3.2 Arduino UNO 6 2.3.3 Komunikasi 8 2.3.4 Chip 8 2.3.5 Koneksi USB 8 2.3.6 Fasilitas chip 9 2.3.7 Ukuran Board 9 2.3.8 Bahasa Pemograman 9 2.3.9 Library 9 2.3.10 Pengembangan Aplikasi 9 2.4 Sensor Ultrasonik HC SR04 10 2.5 Potensiometer 10k 10

BAB III PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ALAT

3.1 Perancangan Dan Pembuatan Alat 13 3.2 Perancangan Sistem 14 3.3.1 Perancangan Sistem Mekanik 14

x

3.3.2 Perancangan system elektrik 14 3.3 Desain Alat Ukur Sedimentasi Lumpur 14 3.4 Software Arduino UNO 19

BAB IV ANALISA DAN PEMBAHASAN 4.1 Analisa Data Dan Pembahasan 21

BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan 39

DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

xi

DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Batuan Sedimen 3 Gambar 2.2 Board Arduino Uno 5 Gambar 2.3 Sensor Ultrasonic HC-SR04 10 Gambar 2.4 Potensiometer 10k 11 Gambar 2.6 Diagram Blok Sistem Pengukuran 13 Gambar 3.1 Flowchart Perancangan Alat 13 Gambar 3.2 Desain Alat Ukur Sedimentasi Lumpur 15 Gambar 3.3 Diagram Blok Sistem Pengukuran

Sedimentasi Lumpur 15 Gambar 3.4 Rangkaian Komponen Elektrik Alat Ukur

Sedimentasi Lumpur 17 Gambar 3.5 Sistem Pengukuran Sidementasi Lumpur 18 Gambar 3.6 Software Arduino 19 Gambar 4.1 Grafik Hubungan tegangan (v) sebagai

fungsi jarak Ultrasonik HC SR04 22 Gambar 4.2 Grafik Hubungan tegangan (v) sebagai

fungsi jarak Potensiometer 10k. 23 Gambar 4.3 Grafik hubungan pengukuran

menggunakan sensor ultrasonik HC SR04 dengan jarak sebenarnya. 25

Gambar 4.4 Grafik hubungan pengukuran menggunakan potensiometer 10k dengan jarak sebenarnya. 27

Gambar 4.5 Grafik pengukuran sedimen dengan tinggi air 28cm. 29





xii

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Deskripsi Arduino UNO 6 Tabel 3.1 Keterangan Gambar sistem Alat ukur

sedimentasi lumpur 16 Tabel 3.2 Keterangan Konfigurasi Pin Sensor Ultrasonik

HC SR 04 Dengan Mikrokontroller Arduino 18 Tabel 3.3 Keterangan Konfigurasi Pin Potensiometer 10k Dengan Mikrokontroller Arduino 18 Tabel 4.1 Pengukuran tegangan (v) keluaran yang

dihasilkan sensor Ultrasonik HC SR04 21 Tabel 4.2 Pengukuran tegangan (v) keluaran

yang dihasilkan Potensiometer 10k. 23 Tabel 4.3 Perbandingan antara pengukuran


Tabel 4.4 Perbandingan antara pengukuran menggunakan Potensiometer 10k dengan jarak sebenarnya. 26

Tabel 4.5 Hasil Data Pengukuran sedimentasi Lumpur Dengan Tinggi Air 28cm 28





ix

DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Batuan Sedimen 3 Gambar 2.2 Board Arduino Uno 5 Gambar 2.3 Sensor Ultrasonic HC-SR04 10 Gambar 2.4 Potensiometer 10k 11 Gambar 2.6 Diagram Blok Sistem Pengukuran 13 Gambar 3.1 Flowchart Perancangan Alat 13 Gambar 3.2 Desain Alat Ukur Sedimentasi Lumpur 15 Gambar 3.3 Diagram Blok Sistem Pengukuran

Sedimentasi Lumpur 15 Gambar 3.4 Rangkaian Komponen Elektrik Alat Ukur

Sedimentasi Lumpur 17 Gambar 3.5 Sistem Pengukuran Sidementasi Lumpur 18 Gambar 3.6 Software Arduino 19 Gambar 4.1 Grafik Hubungan tegangan (v) sebagai

fungsi jarak Ultrasonik HC SR04 22 Gambar 4.2 Grafik Hubungan tegangan (v) sebagai

fungsi jarak Potensiometer 10k. 23 Gambar 4.3 Grafik hubungan pengukuran


Gambar 4.4 Grafik hubungan pengukuran menggunakan potensiometer 10k dengan jarak sebenarnya. 27






ix

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Deskripsi Arduino UNO 6 Tabel 3.1 Keterangan Gambar sistem Alat ukur

sedimentasi lumpur 16 Tabel 3.2 Keterangan Konfigurasi Pin Sensor Ultrasonik

HC SR 04 Dengan Mikrokontroller Arduino 18 Tabel 3.3 Keterangan Konfigurasi Pin Potensiometer 10k Dengan Mikrokontroller Arduino 18 Tabel 4.1 Pengukuran tegangan (v) keluaran yang

dihasilkan sensor Ultrasonik HC SR04 21 Tabel 4.2 Pengukuran tegangan (v) keluaran

yang dihasilkan Potensiometer 10k. 23 Tabel 4.3 Perbandingan antara pengukuran


Tabel 4.4 Perbandingan antara pengukuran menggunakan Potensiometer 10k dengan jarak sebenarnya. 26






1

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Dalam dunia industri, terdapat tempat penampungan air (waduk) yang berfungsi sebagai supplai air untuk pembangkit tenaga listrik. Pada musim penghujan secara alami tempat penampungan air tersebut akan mengalami pendangkalan akibat sendimentasi lumpur yang terjadi karena proses pemisahan padatan yang terkandung dalam limbah cair dan pembuangan sampah sembarangan yang terkena gaya gravitasi dalam air dan menyebabkan pendangkalan waduk sehingga akan mempengaruhi perubahan kapasitas air tampungan waduk tersebut. Sehingga diperlukan pengamatan level air supaya kapasitas air sesuai kebutuhan supplai air untuk pembangkit tenaga listrik. Selain itu pengamatan level air tersebut juga penting untuk mencegah terjadinya banjir.[3]

Sehingga dilakukan pengukuran dengan menggunakan alat echo sounder tersebut kemudian dioperasikan diatas perahu yang bergerak secara perlahan-lahan di atas jalur penampang pengukuran dari titik ikat / patok seberang menuju ke titik ikat / patok berdiri alat.[1]

Oleh karena itu, dibutuhkan alat yang bisa mengukur ketinggian sedimen pada penampungan air sebagai upaya efisiensi biaya dan waktu. Dalam Tugas Akhir ini yaitu rancang bangun sistem pengukuran sedimentasi lumpur pada tempat penampungan level air.

I.2 Permasalahan

Permasalahan yang diangkat dalam Tugas Akhir ini yaitu : a. bagaimana cara merancang dan membangun alat ukur

sendimentasi lumpur menggunakan hambatan potensio 10k dengan sensor ultrasonik HC SR04 ?

b. bagaimana prosedur dan metode pengukuran sendimentasi lumpur menggunakan menggunakan

2

hambatan potensio 10k de ngan sensor ultrasonik HC SR04 ?

c. bagaimana cara menentukan ketinggian sendimentasi lumpur dari hasil menggunakan hambatan potensio 10k dengan sensor ultrasonik HC SR04?

I.3 Tujuan Tugas Akhir a. Merancang dan membangun alat ukur sendimentasi

lumpur menggunakan hambatan potensio 10k dengan sensor ultrasonik HC SR04.

b. Mengukur sendimentasi lumpur dengan menggunakan hambatan potensio 10k de ngan sensor ultrasonik HC SR04.

c. Menentukan ketinggian sendimentasi lumpur dari hasil menggunakan hambatan potensiometer 10k dengan sensor ultrasonik HC SR04.

I.4 Manfaat Dengan adanya rancang bangun sistem pengukuran sedimentasi lumpur menggunakan sensor ultrasonik HC SR04 dan hambatan berupa potensiometer 10k yaitu :

a. Dapat mengukur titik alat hingga sampai atas permukaan sedimen

b. Dapat mengukur kedalaman air sampai atas permukaan sedimen

c. Dapat mengukur tinggi sedimen

1.5 Batasan Masalah Batasan masalah yang digunakan pada penelitian ini

adalah: a. Menggunakan sensor ultrasonik HC SR04 dan hambatan

berupa potensio 10k. b. Pengujian alat dilakukan dibak penguji dengan ukuran

panjang = 70cm, 50cm dengan tinggi 40cm.

3

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Sedimentasi

Sedimentasi adalah proses terbawanya material hasil pelapukan dan erosi oleh air, angin, atau gletser untuk diendapkan di suatu wilayah. Proses sedimentasi berkaitan erat dengan peristiwa erosi. Karena itulah, sedimentasi dapat diartikan sebagai proses pengendapan hasil erosi oleh tenaga erosi pada tempat-tempat yang lebi rendah, berupa cekungan seperti danau, sungai, dan waduk. Banyaknya endapan sedimentasi hasil erosi menunjukkan tingkat sedimentasi yang tinggi. Akibat dari terjadinya proses sedimentasi adalah timbulnya pendangkalan pada sungai, danau, dan waduk. Selanjutnya, semua hasil pelapukan material yang diendapkan melalui proses sedimentasi lama-kelamaan akan menjadi batuan sedimen. [3]

Gambar 2.1 Batuan sedimen

Sedimentasi menyebabkan jarak antara muka air dan muka endapan semakin pendek sehingga menimbulkan

4

pendangkalan. Pendangkalan sungai membawa dampak serius. bencana banjir disebabkan oleh semakin sedikitnya volume air yang bisa ditampung oleh sungai, waduk, dan danau. Pada waduk yang berfungsi sebagai PLTA, sedimentasi akan mengurangi volume air sebagai sumber pembangkit listrik. 2.2 Tipe Sedimentasi

Berdasarkan pada jenis partikel dan kemampuan partikel untuk berinteraksi, sedimentasi dapat diklasifikasi ke dalam empat tipe yaitu:

a. Pengendapan partikel diskret, partikel mengendap secara individual dan tidak ada interaksi antar-partikel

b. Pengendapan partikel flokulen, terjadi interaksi antara-partikel sehingga ukuran meningkat dan kecepatan pengendapan pengendapan bertambah

c. Pengendapan pada lumpur bilogis, dimana gaya antara-partikel saling menahan partikel lainnya untuk mengendap

d. Terjadi pemampatan partikel yang telah mengendap yang terjadi karena berat partikel. [3]

2.3 Arduino Arduino Uno adalah board berbasis mikrokontroler pada

ATMega 328.Board ini memiliki 14 digital input / ouput pin (dimana 6 pin dapat digunakan sebagai ouput PWM), 6 input analog,16 MHz osilator kristal, koneksi USB, jack listrik dan tombol reset. Pin – pin ini berisi semua yang diperlukan untuk mendukung mikrokontroler, hanya terhubung ke komputer dengan kabel USB atau sumber tekanan bisa didapat dari adaptor AC – DC atau baterai untuk menggunakannya. Arduino Uno R3 berbeda dengan semua board sebelumnya karena Arduino Uno R3 ini tidak menggunakan chip driver FTDI USB-to-serial. Melainkan menggunakan fitur dari ATMega 16U2 yang diprogram sebagai converter USB to serial.[2]

Board Arduino Uno memiliki fitur – fitur baru sebagai berikut:

a. Pinout : menambahkan SDA dan SCL pin yang dekat ke pin aref dan dua pin baru lainnya ditempatkan dekat

5

ke pin RESET, dengan I/O REF yang memungkinkan sebagai buffer untuk beradaptasi dengan tegangan yang disediakan dari board sistem. Pengembangannya, sistem akan lebih kompatibel dengan prosesor yang menggunakan AVR, yang beroperasi dengan 5V dan dengan Arduino karena beroperasi dengan 3,3V. Yang kedua adalah pin yang tidak terhubung, yang disediakan untuk tujuan pengembangannya.

b. Sirkuit reset c. ATMega 16U2 ganti 8U yang digunakan sebagai

konverter USB-to-serial.

Gambar 2.2 Mikrokontroller Arduino Uno

6

Tabel 2.1 Deskripsi Arduino Uno

2.3.2 Catu Daya Arduino Uno dapat diaktifkan melalui koneksi USB

atau dengan catu daya eksternal. Sumber listrik dipilih secara otomatis. Eksternal (non-USB) daya dapat berupa baik AC-DC adaptor atau baterai. Adaptor ini dapat

7

dihubungkan dengan cara menghubungkan plug pusat positif 2.1 mm ke dalam board colokan listrik. Sedangkan untuk baterai dapat di hubungkan kedalam header pin GND dan Vin dari konektor Power. Board dapat beroperasi pada pasokan daya dari 6 – 20 volt. Jika diberikan dengan kurang dari 7V bagaimanapun, pin 5V dapat menyeluplai kurang dari 5 volt dan board mungkin tidak stabil. Jika menggunakan lebih dari 12V, regulator bisa panas dan merusak board. Rentang yang dianjurkan adalah 7V – 12V. Selain itu, beberapa pin memiliki fungsi khusus :

a. Serial : 0 ( RX) dan 1 ( TX). Digunakan untuk menerima (RX) dan mengirim (TX) data TTL serial. Pin ini terhubung ke pin yang sesuai dari chip ATMega 8U2 USB-to-Serial TTL.

b. Eksternal Interupsi : 2 dan 3. Pin ini dapat dapat dikonfigurasi untuk memicu interupsi pada nilai yang rendah, tepi naik atau jatuh, atau perubahan nilai. Lihat attchInterrupt() fungsi untuk rincian.

c. PWM : 3 ,5,6,9,10, dan 11. Menyediakan 8-bit output PWM dengan analog Write fungsi.

d. SPI : 1 0 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK). Pin ini mendukung komunikasi SPI menggunakanlibrary SPI.

e. LED : 1 3. Ada built-in LED terhubung ke pin digital 13. Ketika pin adalah nilai TINGGI. LED menyala, ketika pin adalah RENDAH, itu off.

Arduino Uno R3 memiliki 6 input analog diberi label A0 sampai A5, masing – masing menyediakan 10-bit resolusi (yaitu 1024 nilai yang berbeda). Secara default sistem mengukur dari ground sampai 5 vol t, meskipun mungkin untuk mengubah ujung atas rentang mengunakan pin AREF dan fungsi analog Reference. Selain itu, beberapa pin memiliki fungsi khusus :

8

a. TWI : A 4 atau SDA pin dan A5 atau SCL pin. Mendukung komunikasi TWI

b. AREF : Referensi tegangan untuk input analog. Digunakan dengan analogReference

c. RESET 2.3.3 Komunikasi

Arduino Uno memiliki sejumlah fasilitas untuk berkomunikasi dengan komputer, Arduino lain, atau mikrokontroler lainnya. ATmega328 menyediakan UART TTL (5V) komunikasi serial, yang tersedia di pin digital 0 (RX) dan 1 (TX). Sebuah ATmega16U2 pada board ini komunikasi serial melalui USB dan muncul sebagai com port virtual untuk perangkat lunak pada komputer. Firmware '16U2 menggunakan USB driver standar COM, dan tidak ada driver eksternal yang diperlukan. Namun pada Windows, file. Inf diperlukan. Perangkat lunak Arduino termasuk monitor serial yang memungkinkan data sederhana yang akan dikirim ke boardArduino. RX dan TX di board LED akan berkedip ketika data sedang dikirim melalui chip USB-to-serial dan koneksi USB ke komputer (tetapi tidak untuk komunikasi serial pada pin 0 dan 1). Fungsi ini digunakan untuk melakukan komunikasi interface pada sistem. ATmega328 juga mendukung komunikasi I2C (TWI) dan SPI. 2.3.4 Chip

Chip pada Arduino sudah dilengkapi dengan bootloader yang akan menangani proses upload dari komputer. Dengan adanya bootloader ini kita tidak memerlukan chip programmer lagi, kecuali untuk menanamkan bootloader pada chip yang masih blank. [2]

2.3.5 Koneksi USB Sambungan dari komputer ke board Arduino

menggunakan USB, bukan serial atau parallel port. Sehingga akan mudah menghubungkan Arduino ke PC

9

(Personal Computer) atau laptop yang tidak memeliki serial atau parallel port. [2]

2.3.6 Fasilitas chip Arduino menggunakan chip AVR ATmega

168/328 yang memiliki fasilitas PWM, komunikasi serial, ADC, timer, interrupt, SPI dan I2C. sehingga Arduino bisa digabungkan bersama modul atau alat lain dengan protokol yang berbeda-beda. [2] 2.3.7 Ukuran board

Ukuran board Arduino cukup kecil, sehingga sangat memudahkan untuk dibawa. [2] 2.3.8 Bahasa pemrograman

Walaupun bahasa pemrograman Arduino adalah bahasa C/C++, tetapi dengan penambahan library dan fungsi-fungsi standar membuat pemrograman Arduino lebih mudah dipelajari. Contoh, untuk mengirimkan nilai HIGH pada pin 10 pada Arduino, cukup menggunakan fungsi digitalWrite (10, HIGH); sedangkan jika menggunakan bahasa C aslinya adalah PORT B.[2] 2.3.9 Library

Arduino menyediakan library yang sangat banyak untuk menghubungkan Arduino dengan macam-macam sensor, aktuator maupun modul komunikasi. Misalnya library untuk mouse, keyboard, servo, GPS, dsb. Karena Arduino bersifat open source, maka library-library ini juga open source dan dapat di download secara gratis di website Arduino. [2]

2.3.10 Pengembangan aplikasi Dengan bahasa yang lebih mudah dan adanya

library dasar yang lengkap, maka mengembangkan aplikasi elektronik relatif lebih mudah. Contoh, jika ingin membuat aplikasi sensor suhu, cukup membeli sebuah IC sensor suhu (misalnya LM35) dan menyambungkan ke Arduino. Jika suhu tersebut ingin ditampilkan pada LCD, hanya perlu membeli sebuah LCD dan menambahkan library LCD pada program yang sama, dan seterusnya. [2]

10

2.4 Sensor Ultrasonik HC SR04 Gelombang ultrasonik adalah gelombang dengan besar

frekuensi diatas frekuensi gelombang suara yaitu lebih dari 20 KHz. Seperti telah disebutkan bahwa sensor ultrasonik terdiri dari rangkaian pemancar ultrasonik yang disebut transmitter dan rangkaian penerima ultrasonik yang disebut receiver. Sinyal ultrasonik yang dibangkitkan akan dipancarkan dari transmitter ultrasonik.[5]

Ketika sinyal mengenai benda penghalang, maka sinyal ini dipantulkan, dan diterima oleh receiver ultrasonik. Sinyal yang diterima oleh rangkaian receiver dikirimkan ke rangkaian mikrokontroler untuk selanjutnya diolah untuk menghitung jarak terhadap benda di depannya (bidang pantul).

Gambar 2.3 Sensor Ultrasonic HC-SR04

2.5 Potensiometer 10k Potensiometer atau Potensio adalah Resistor yang

mempunyai 3kaki dengan penghubung atau kontak antara kaki-kaki didalamnya yang dapat diatur / setel ataupun adjust nilai resistansinya. Potensiometer merupakan komponen elektronika yang biasanya digunakan alat pengontrol atau pengendali

11

perangkat elektronik, potensiometer j enis i ni karena cu kup memiliki linearitas output terhadap besaran yang diukurnya.

Gambar 2.4 Potensiometer 10k

12

Halaman Ini Sengaja Dikosongkan

13

BAB III PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ALAT

3.1 Perancangan Dan Pembuatan Alat

Dalam pelaksanakan Tugas Akhir ini, digunakan tahapan metodologi sebagai berikut:

Gambar 3.1 Flowchart Perancangan Alat

Mulai

Studi Literatur

Uji Mekanik

Gagal

Berhasil

Perancangan Mekanik: - pelampung - Arduino - Potensiometer 10k - Sensor Ultrasonik

Perancangan Elektrik: - Arduino - Sensor Ultrasonik - Potensiometer 10k

Uji Elektrik

PenggabunganSistem: - Sistem Mekanik - Sistem Elektrik

Uji Sistem

Selesai

Pengambilan Data Sensor

Gagal

Berhasil

Gagal

Berhasil

Penampilan Data Ketinggian sedimen

14

3.2 Perancangan Sistem Perancangan alat pengukuran ketinggian sedimentasi pada

lumpur ini terdiri dari perancangan sistem mekanik dan elektrik: 3.2.1 Perancangan Sistem Mekanik

Melakukan perancangan alat yang meliputi penentuan sistem kerja pengukuran dan desain perangkat seperti komponen mekanik serta material yang digunakan. Dalam proses perancangan mekanik ini terdiri dari:

• Pelampung sebagai tempat penampung komponen elektronik

3.3.2 Perancangan Sistem Elektrik Pembuatan sistem alat pengukuran ketinggian

sedimentasi lumpur pada sungai atau waduk terdiri dari komponen elektrik, yaitu pemasangan potensiometer 10k, sensor ultrasonik,dan USB pada laptop sebagai power suply sekaligus mengirim data program. Kemudian setelah terpasang semua disambungkan oleh komponen elektrik berupa kontroler Arduino UNO ATmega 328. Kemudian di displaykan menggunakan software arduino.

3.3 Desain Alat Ukur Sedimentasi Lumpur Adanya pengukur ketinggian sedimentasi lumpur secara

realtime berbasis sistem pengukuran, menjadikan alat pengukur ketinggian pada waduk atau sungai untuk mengecek ketinggian lumpur.Untuk itu, alat ini didukung oleh beberapa komponen pendukung dengan fungsi masing-masing. Dari Flowchart Perancangan Alat yaitu mengidentifikasi dan perumusan masalah pada penyusunan alat ukur sedimentasi lumpur pada waduk atau pun sungai, dari identifikasi tersebut dibuatlah alat ukur sedimentasi lumpur. Dalam alat ukur tersebut dibutuhkan komponen yang dibutuhkan yaitu seperti pelampung, arduino, potensiometer 10k, dan sensor ultrasonik. Setelah mendapatkan komponen yang dibutuhkan kemudian melakukan perancangan mekanik, setelah perancangan mekanik kemudian dites supaya pelampung menerima beban komponen tersebut tidak tenggelam dalam air.setelah sukses melakukan perancangan mekanik

15

kemudian perancangan elektrik, setelah semua terpasang kemudian uji sistem alat sedimentasi lumpur bak uji.

Gambar 3.2 Desain alat ukur sedimentasi lumpur

Dari gambar alat ukur sedimentasi lumpur terdapat diagram blok sistem pengukuran seperti dibawah ini.

Gambar 3.3 Diagram blok sistem pengukuran sedimentasi lumpur.

16

Berikut dijelaskan secara ringkas mengenai keterangan dari gambar diatas.

Tabel 3.1 Keterangan Gambar.

No Detail Gambar

Nama Komponen

Fungsi komponen pada alat

1

Pelampung

Sebagai ruang (wadah) di mana menampung komponen alat sistem pengukuran.

2

Potensiometer 10k

Hambatan pada potensiometer digunakan untuk mengukur permukaan hingga kepermukaan sedimen.

3

Arduino Uno ATmega328

Berfungsi sebagai controller pada komponen alat pengukuran.

4

Sensor ultrasonic HC SR04

Sebagai pengukur permukaan alat hingga permukaan air dengan gelombang ultrasonik minimal jarak pengukuran 3cm.

17

Gambar 3.4 Rangkaian komponen elektrik alat ukur sedimentasi lumpur

Dalam gambar 3.4 Rangkaian elektrik komponen alat ukur sedimentasi lumpur terdapat 3 komponen elektrik yaitu potensiometer 10k, sensor ultrasonik HC SR04 yang terhubung dengan mikrokontroller arduino uno, potensiometer 10k dan sensor ultrasonik HC SR04 terhubung dengan mikrokontroller arduino sesuai input output yang digunakan dalam pemograman arduino. Berikut dijelaskan secara ringkas mengenai keterangan konfigurasi pin dari gambar diatas.

18

Tabel 3.2 Keterangan Konfigurasi Pin Sensor Ultrasonik HC SR 04 Dengan Mikrokontroller Arduino

PIN Sensor ultrasonik HC

SR04 Mikrokontroller

Arduino Ground Coklat GND pin Analog Echo Merah Pin Digital 7 Trig Oranye Pin Digital 8 vcc Kuning Vcc pin 5v Analog

Tabel 3.3 Keterangan Konfigurasi Pin Potensiometer 10k Dengan

Mikrokontroller Arduino

PIN Potensiometer 10k Mikrokontroller

Arduino Ground Hitam GND pin Analog

Vcc Kuning Vin pin Analog Output Merah A2 pin Analog

Gambar 3.5 Sistem Pengukuran Sedimentasi lumpur

19

Keterangan Sistem pengukuran : X = permukaan air Y = kedalaman air XY = didapat dari pengukuran potensio Z = Tinggi air tanpa sediment (sudah diketahui) Kedalaman air = XY – Y Sedimen = Z – Y 3.4 Software Arduino UNO

Software ini berfungsi untuk mengintegrasikan data pengukuran pada Arduino Uno ATmega328 dengan Laptop agar dapat didisplaykan. Pada software ini berisi program yang digunakan untuk menampilkan hasil pengukuran dari potensiometer 10k dan sensor ultrasonic HC SR04. Jika pada saat program yang telah dibuat dirunning tidak ada error maka program dapat berjalan. Berikut ini adalah gambar dari software Arduino dapat dilihat pada gambar 3.6.

Gambar 3.6 Software Arduino.

20


21

BAB IV

ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN

4.1 Analisa Data Dan Pembahasan Setelah dilakukan pengujian di lakukan pengukuran, hasil

data yang diperoleh diolah dan dianalisis sedemikian rupa untuk didapatkan kesimpulan sesuai tujuan penelitian yang telah ditetapkan, Hasil olah data disajikan secara singkat dan padat. Hasil pengolahan data pelengkap yang lebih detil akan dilampirkan di bagian akhir laporan ini.

Pengujian alat ukur sedimentasi lumpur dengan hambatan potensio 10k dan sensor ultrasonik HC SR04 dengan range minimal 3cm sampai 300cm, dimana setiap titik pengukuran diukur sebanyak 10kali. Sebelum melakukan pengukuran sedimentasi lumpur, dilakukan pengambilan data pada sensor ultrasonik HC SR04 dan potensiometer 10k.

Tabel 4.1 Pengukuran tegangan (v) keluaran yang dihasilkan

sensor Ultrasonik HC SR04.

Jarak (cm) Berdasarkan Jarak Pengukuran ke- (V) Rata-rata I II III

5 0.08 0.09 0.08 0.08 10 0.16 0.16 0.17 0.16 15 0.25 0.23 0.24 0.24 20 0.33 0.33 0.33 0.33 25 0.41 0.41 0.42 0.41 30 0.51 0.51 0.52 0.51 35 0.58 0.58 0.58 0.58 40 0.66 0.67 0.66 0.66

22

Gambar 4.1 Grafik Hubungan tegangan (v) sebagai fungsi jarak Ultrasonik HC SR04.

Dari data gambar 4.1 menampilkan bahwa tegangan yang

dikeluarkan untuk mengukur jarak yang dibutuhkan. Sedangkan perhitungan hubungan antara tegangan dan jarak sesuai dengan spesifikasi alat adalah sebagai berikut : Vout arduino = 5volt Sensor ultrasonik = 300cm

Tegangan /cm = = 0,01666666667 =0,0167 Volt

Hasil dari data perhitungan diatas bahwa jarak 1cm dari

jarak maksimal pengukuran ultrasonic 300cm dibutuhkan 0,0167 volt.

23

Tabel 4.2 Pengukuran tegangan (v) keluaran yang dihasilkan Potensiometer 10k.

Jarak (cm) Berdasarkan Jarak Pengukuran ke- (V) Rata-rata I II III

5 0.12 0.11 0.11 0.11 10 0.28 0.29 0.31 0.29 15 0.48 0.49 0.48 0.48 20 0.67 0.66 0.66 0.66 25 0.83 0.83 0.86 0.84 30 1.04 1.04 1.04 1.04 35 1.22 1.22 1.23 1.22 40 1.41 1.41 1.41 1.4

Gambar 4.2 Grafik Hubungan tegangan (v) sebagai fungsi jarak Potensiometer 10k.

24

Dari data gambar 4.2 menampilkan bahwa tegangan yang dikeluarkan untuk mengukur jarak yang dibutuhkan. Sedangkan perhitungan hubungan antara tegangan dan jarak sesuai dengan spesifikasi alat.adalah sebagai berikut : Vout arduino = 5 Volt Potensiometer 10k = 1023 bit

Tegangan / cm = = 0,00487585533 = 0,004875 volt

Persamaan diatas dimasukan ke dalam program sehingga dapat dilakukan validasi.

Tabel 4.3 Perbandingan antara pengukuran menggunakan sensor

ultrasonik HC SR04 dengan jarak sebenarnya.

Jarak Pengukuran jarak ke - (cm) Rata-rata Eror

I II III

5 5.03 5.09 5.09 5.07 0.07

10 9.88 9.98 10.09 9.98 -0.016

15 14.85 14.97 14.85 14.89 -0.11

20 20.02 19.81 20.02 19.95 -0.05

25 24.91 25.01 25.12 25.01 0.01

30 30.15 30.11 30.15 30.13 0.13

35 34.97 34.97 34.91 34.95 -0.05

40 40,02 40,02 39.97 39.97 -0.03

25

Gambar 4.3 Grafik hubungan pengukuran menggunakan sensor ultrasonik HC SR04 dengan jarak sebenarnya.

Dari data gambar diatas menampilkan hasil perbandingan

pengukuran sensor ultrasonic HC SR04 dengan jarak sebenarnya. Perhitungan akurasi jarak sebenarnya dengan pengukuran ultrasonik sebagai berikut.

Akurasi Kesalahan pengukuran = 1- Ʃ

= 1- Ʃ

= 1 - 0,0075

= 0,9925

% Akurasi kesalahan = 100 - (0,9925 x 100%) = 0,75%

Hasil perhitungan data diatas adalah akurasi dari hasil pengukuran ultrasonik HC SR04 dengan jarak sebenarnya.

26

Tabel 4.4 Perbandingan antara pengukuran menggunakan Potensiometer 10k dengan jarak sebenarnya.

Jarak Pengukuran jarak ke - (cm) Rata-

rata Eror I II III 5 5.04 4.09 5.04 4.72 -0.27

10 10.09 10.05 10.05 10.06 0.06 15 14.93 15.06 15.06 15.01 0.01 20 20.08 19.95 20.08 20.03 0.03 25 24.96 25.09 25.09 25.04 0.04 30 30.11 30.11 29.84 30.02 0.02 35 34.99 35.12 35.12 35.07 0.07 40 40.14 39.74 40.14 40.06 0.01

Perhitungan akurasi jarak sebenarnya dengan pengukuran

potensiometer 10k sebagai berikut. Akurasi Kesalahan Pengukuran = 1- Ʃ

= 1- Ʃ

= 1 - 0,00015

= 0,9985

% Akurasi kesalahan = 100 - (0,9915 x 100%) = 0,85%

Hasil perhitungan data diatas adalah akurasi dari hasil pengukuran Potensiometer 10k dengan jarak sebenarnya.

27

Gambar 4.4 Grafik hubungan pengukuran menggunakan potensiometer 10k dengan jarak sebenarnya.

Dari data gambar diatas menampilkan hasil perbandingan

pengukuran Potensiometer 10k dengan jarak sebenarnya. Dari pengukuran yang dilakukan yaitu dimulai dari jarak 5 cm hingga 40cm dengan range 5cm setiap 3kali pengukuran.

29

Gambar 4.5 Grafik pengukuran sedimen dengan tinggi air 28cm.

Dari data gambar diatas pengukuran sedimen dengan tinggi air 28cm yaitu menampilkan data kedalaman air dan ketinggian sedimentasi lumpur yang terukur. untuk mengetahui data tersebut dilakukan perhitungan sebagai berikut :

Kedalaman air = potensiometer 10k – ultrasonik HCSR04

= 39,61 – 12,68 = 26,93 cm

Sedimentasi lumpur = Ketinggian Air - kedalaman air

= 28 – 26,93 = 1,07 cm

31

Gambar 4.6 Grafik pengukuran sedimen dengan tinggi air 26cm.

Dari data gambar diatas pengukuran sedimen dengan tinggi air 26 cm yaitu menampilkan data kedalaman air dan ketinggian sedimentasi lumpur yang terukur. untuk mengetahui data tersebut dilakukan perhitungan sebagai berikut : Kedalaman air = potensiometer 10k – ultrasonik HCSR04

= 35,51 – 12,44 = 23,06 cm

Sedimentasi lumpur = Tinggi Air - kedalaman air

= 26 - 23,06 = 2,94 cm

33

Gambar 4.7 Grafik Pengukuran sedimen dengan tinggi air 24cm

Dari data gambar diatas pengukuran data dengan tinggi air 24 cm yaitu menampilkan data kedalaman air dan ketinggian sedimentasi lumpur yang terukur. untuk mengetahui data tersebut dilakukan perhitungan sebagai berikut :


= 34,05 – 12,47 = 21.57 cm


= 24 - 21,57 = 2,43 cm

35

Gambar 4.8 Grafik pengukuran sedimen dengan tinggi air 22cm

Dari data gambar diatas pengukuran sedimen dengan tinggi air 22 cm yaitu menampilkan data kedalaman air dan ketinggian sedimentasi lumpur yang terukur. untuk mengetahui data tersebut dilakukan perhitungan sebagai berikut :


= 31,94 – 12.84 = 19,11 cm


= 22 – 19,11= 2,89 cm

37

Gambar 4.9 Grafik pengukuran sedimen dengan tinggi air 20cm

Dari data gambar diatas pengukuran sedimen dengan tinggi air 20 cm yaitu menampilkan data kedalaman air dan ketinggian sedimentasi lumpur yang terukur. Untuk mengetahui data tersebut dilakukan perhitungan sebagai berikut :

Kedalaman air = potensiometer 10k – ultrasonik HC SR04

= 29,43 – 12,81 = 16,62 cm


= 20 - 16,62 = 3,38 cm

38

Halaman Sengaja Dikosongkan

39

BAB V PENUTUP

5.1 Kesimpulan

Adapun kesimpulan yang dapat diberikan dari Tugas Akhir ini adalah:

1. Telah dilakukan merancang dan membangun alat ukur sendimentasi lumpur menggunakan hambatan potensio 10k dengan sensor ultrasonik HC SR04.

2. Pengukuran yang dilakukan untuk mengukur sedimentasi lumpur yaitu mengukur titik 0 pengukuran alat sampai kepermukaan sedimen dengan potensiometer 10k, kemudian sensor ultrasonic HC SR04 yaitu mengukur titik 0 pe ngukuran alat sampai permukaan air ,hasil pengukuran potensiometer10k dan sensor ultrasonik tersebut dapat diketahui kedalaman air, dari kedalaman air tersebut diketahui selisih kedalaman air dengan tinggi air sebenarnya tanpa sedimentasi lumpur,selisih tersebut adalah ketinggian sedimentasi lumpur yang diketahui.

3. Menentukan tinggi sedimentasi lumpur menggunakan hambatan potensiometer 10k dengan sensor ultrasonik yaitu dari nilai pengukuran potensiometer10k 39,61cm dan sensor ultrasonik tersebut 12,68 cm dari hasil nilai pengurangan pengukuran potensiometer dan sensor ultrasonik dapat diketahui kedalaman air yaitu 26,93. dari kedalaman air tersebut diketahui selisih kedalaman air dengan tinggi air sebenarnya tanpa sedimentasi lumpur yaitu 28cm, maka selisih tersebut adalah ketinggian sedimentasi lumpur yang diketahui yaitu 1,07 cm. Dari hasil pengukuran potensiometer 10k dan sensor ultrasonik terdapat akurasi kesalahan yaitu 0,85% dan 0,75%.

40


DAFTAR PUSTAKA

[1]. Triana Susanti (L2A 001 155), Muh. Hendrie S. (L2A 001 101), Evaluasi Sedimen Di Waduk Selorejo Dan Alternatif Penanganannya.pdf Kabupaten Malang

[2]. Heri-susanto, ” Perancangan Sistem Telemetri Wireless Untuk Mengukur Suhu Dan Kelembaban Berbasis Arduino Uno R3 Atmega328p Dan Xbee Pro. Pdf ”, http:// jurnal.umrah.ac.id Diakses pukul 10.15, 19 Juni 2014

[3]. Rahayu, ” materi_kimia-kimia industri limbah-industri/ sedimentasi-pengendapan-pada-pengolahan-limbah-cair”, http://www.chem-is-try.org, diakses jam 07.12, 07 juli 2014

[4]. Moch. Iskandar Riansyah, “ Rancang Bangun Robot Gripper Menggunakan Penggerak Motor Dc Secara Direct Coupling “.pdf, www.pens.ac.id 11.15, 19 Juni 2014

[5]. Ismi Laili Afwa, “Rancang Bangun Pengukur Ketinggian Permukaan Air Menggunakan Sensor Ultrasonik Dengan Telemetri Modul Xbee Rf.pdf ‘.http:// fisika. um. ac.id 11.15, 20 Juni 2014

http://library.binus.ac.id/

http://www.chem-is-try.org/

http://www.pens.ac.id/

LAMPIRAN A List Code Pengukur sedimentasi lumpur untuk Arduino: //*Copyright #define trigPin 8 #define echoPin 7 int potPin = 2; // select the input pin for the potentiometer void setup() { Serial.begin(9600); Serial.println(F("Pengukuran Bak dengan ketinggian 50 Cm")); Serial.println(); Serial.println(F(" Pengukuran Jarak Pengukuran Ultasonik Kedalaman air Ketinggi sedimen ")); Serial.println(F("dengan Potensiometer SRF04 (Cm)dan (volt) (cm) ")); Serial.println(F(" (Cm) dan (Volt) (Cm) ")); Serial.println(F("--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------")); pinMode(trigPin, OUTPUT); pinMode(echoPin, INPUT); } void loop() { float Ultrasonik, Jarak, val, JarakBandul, Voltase, Selisih, TinggiSedimen ; val = analogRead(potPin); // read the value from the sensor JarakBandul = (0.0488758*val*2.7 + 2); Voltase = (0.00488758*val*2.7); Selisih = (JarakBandul - Jarak); TinggiSedimen = (41 - Selisih + Jarak); digitalWrite(trigPin, LOW); delayMicroseconds(2);

digitalWrite(trigPin, HIGH); delayMicroseconds(10); digitalWrite(trigPin, LOW); Ultrasonik = pulseIn(echoPin, HIGH); Jarak = (Ultrasonik/2) /29.1; Selisih = (JarakBandul - Jarak); Voltase = (0.016666667* (Ultrasonik/2) /29.1); Serial.print("Hasil = "); Serial.print(JarakBandul); Serial.print(" Cm dan Tegangan = "); Serial.print(Voltase); Serial.print(" Volt"); Serial.print(" Hasil = "); Serial.print(Jarak); Serial.print(" Cm dan Tegangan = "); Serial.print(Voltase); Serial.print(" Volt"); Serial.print(" Kedalaman air = "); Serial.print(Selisih); Serial.print(" Cm"); Serial.print(" Ketinggian sedimen = "); Serial.print(TinggiSedimen); Serial.print(" Cm"); Serial.println(); delay(3000); }

LAMPIRAN B

LAMPIRAN C

LAMPIRAN D

BIODATA PENULIS

Mochamad Sueb, biasa dipanggil Sueb merupakan anak kedua dari tiga bersaudara. Dilahirkan di Surabaya, Jawa Timur pada 02 Juni 1991. Menempuh pendidikan mulai dari SD. Iskandar Said Surabaya kemudian melanjutkan pendidkan SMP Iskandar Said, SMK

Darma Siswa 1. Pada tahun 2011 penulis melanjutkan pendidikan di prodi D3 Metrologi dan Instrumentasi, jurusan Teknik Fisika, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya. Penulis tercatat sebagai asisten di Rekayasa Bahan, Teknik Fisika ITS. Apabila ada pertanyaan, kritik dan saran tentang Tugas Akhir ini, penulis dapat dihubungi melalui email [email protected].

rancang bangun sistem pengukuran sedimentasi...

Documents