Journal of Control and Network Systems

Transkripsi

1 JCONES Vol. 3, No. 1 (2014) Journal of Control and Network Systems Situs Jurnal : PENGONTROL KUALITAS AIR TAMBAK MENGGUNAKAN METODE FUZZY LOGIC UNTUK BUDIDAYA UDANG WINDU Edy Poerwanto 1) Susijanto Tri Rasmana 2) Madha Christian Wibowo 3) Program Studi/Jurusan Sistem Komputer STMIK STIKOM Surabaya Jl. Raya Kedung Baruk 98 Surabaya, )poer.edy40@gmail.com, 2)pembimbing1@stikom.edu, 3)pembimbing2@stikom.edu Abstract: Some fish farmers have done a shrimp pond water circulation and turning water wheel, so as to keep the pond water conditions. Fish farmer s waterwheel turned on at all times, while for the water pump turned on when they found floating shrimp. This method would impact on growth shrimp can be detrimental to the shrimp. So monitoring and controlling the conditions of pond water pond water is continuously required to maintain water quality monitoring and process control pond. This system uses sensors temperature and ph as inputs the system, whereas for the actuator system using water mill, tap lime, and water pump. By using the ph sensor and temperature monitoring and process control an advanced water quality better. Actuators waterwheel, tap lime, and water pumps can alter water quality becomes better. By using tap lime and water pump changes the normal acid ph can be reached within 14 minutes. While the use of the water wheel can change the temperature of 39 C to 32 C in less than 16 minutes. Thus this system can facilitate farmers to anticipate significant changes in water quality, so that the fish farmers will get maximum results at harvest time. Keywords:Lime Faucets, Water Mill, Fuzzy logic, PH - BTA sensor, sensor LM35. Salah satu penyumbang devisa Indonesia dalam bidang perikanan adalah udang. Pada Maret 2012 Indonesia menduduki peringkat ketiga setelah Thailand dan Ekuador dengan nilai ekspor udang sebesar MT di pasar Amerika, ini belum termasuk ekspor untuk pasar di Jepang yang mencapai MT. Udang windu memerlukan kondisi lingkungan tambak baik. Kondisi lingkungan tambak bergantung pada kualitas air yang ditentukan oleh beberapa parameter diantaranya adalah temperatur, ph, salinitas, dan DO. (Indarwati, 2008) Dengan melakukan sirkulasi air menggunakan pompa air. Dapat meningkatkan kualitas air tambak, dikarenakan proses sirkulasi air akan membantu memperbaiki nilai DO, temperatur, salinitas, dan ph. Namun para pengusaha tambak menggunakan parameter ternak sebagai acuan untuk mengaktifkan pompa air. Para pengusaha tambak akanmenyalakan pompa air ketika mereka mendapati udang-udang mereka mengambang. Dengan metode ini tentunya akan menyebabkan pertumbuhan udang terganggu, karena kondisi air tambak yang sering mengalami perubahan, sehingga udang menjadi stres karena kekurangan oksigen. Berdasarkan permasalahan di atas diperlukan pemantau dan pengontrol kondisi air tambak secara real-time untuk mengetahui kondisi kualitas air tambak sehinga dapat dilakukan penanganan dengan cepat apabila terjadi perubahan kualitas air secara signifikan. Sistem ini menggunakan sensor temperatur dan sensor ph sebagai input. Sedangkan untuk aktuator akan menggunakan kincir air, keran kapur, dan pompa air. Sensor temperatur akan diolah oleh fuzzy sistem yang kemudian menggerakan kincir air. Sensor ph akan diolah oleh fuzzy sistem untuk menggerakan keran kapur dan pompa air. JCONES Vol. 3, No. 1 (2014) Hal: 46

2 METODE Penjelasan mengenaui penilitian ini secara kesuluruhan dapat dilihat pada Gambar 1. Sensor Temperatur Sensor ph Perhitungan Temperatur ADC Sistem Minimum Perhitungan ph Sistem Minimum Fuzzy kincir LCD Monitoring Fuzzy keran Gambar 1. Blok Diagram Kincir Air LCD Keran Kapur Pompa Air Pada Gambar 1 terdapat tiga bagian utama, yaitu input, proses (sistem minimum) dan output (aktuator). 1. Bagian input merupakan nilai aktual dari parameter yang diukur pada air tambak. 2. Bagian proses merupakan bagian yang ada didalam microcontroller terdiri atas 6 bagian: i. ADC sebagai pengubah data analog dari sensor menjadi data digital ii. Perhitungan temperatur merupakan proses pengonversi nilai analog dari sensor temperatur yang telah diubah oleh ADC. iii. Perhitungan ph merupakan proses pengkonversi nilai analog dari sensor ph yang telah diubah oleh ADC. iv. Fuzzy kincir untuk proses pengambilan keputusan aktuator kincir air. v. Fuzzy keran untuk proses pengambilan keputusan aktuator keran kapur dan control on-off terhadap pompa air. vi. LCD monitoring merupakan proses pemantauan dari nilai yang didapatkan dari perhitungan 2 parameter, yang akan ditampilkan pada LCD. 3. Bagian output terdiri dari 3 aktuator sebagai media untuk pengontrolan kualitas air tambak dan LCD sebagai alat untuk memantau parameter air tambak. i. Pompa air digunakan untuk mempercepat proses pencampuran kapur dengan metode kontrol on-off. ii. Kincir air dinyalakan menggunakan metode fuzzy yang didapat dari nilai temperatur. iii. Keran kapur menggunakan keran yang dikontrol dengan metode fuzzy untuk mengatur besar kecilnya pembukaan keran. iv. LCD merupakan alat pemantau yang akan menampilkan nilai temperatur dan ph. Sistem ini bekerja dengan menerima data dari sensor temperatur dan ph yang dimasukan kedalam microcrontroller melalui ADC. Sebelum masuk ke microcontroller,output sensor diberikan pull-down sebesar 10k untuk memberikan nilai 0 ketika pin ADC microcontroller tidak terhubung, selain itu penggunaaan resistor pull down 10k digunakan untuk membatasi arus input pada microcontroller. Data dari sensor ini digunakan untuk menggerakan aktuator kincir dan pompa, selain itu data juga akan ditampilkan kedalam LCD berupa nilai temperatur dan ph dari miniatur tambak. Perancangan Perangkat Keras Rangkaian Sistem Rangkaian sistem merupakan gabungan antara rangkaian sistem minimum, LCD, driver motor, dan driver relay.rangkaian ini berfungsi untuk mengontrol sistem. Gambar 2 menunjukan rangkaian sistem minimum, Gambar 3 menunjukan rangkaian LCD, Gambar 4 menunjukan rangkaian driver motor, dan Gambar 5 menunjukan rangkaian driver relay. Gambar 2. Rangkaian Sistem Minimum JCONES Vol. 3, No. 1 (2014) Hal: 47

3 10mV/ C. Keluaran dari sensor LM35 akan dikonversikan menjadi data digital oleh data ADC internal 10-bit pada microcontroller. Keluaran sensor LM35 sebagai masukan dari ADC internal microcontroller 10-bit dapat dilihat pada Gambar 6. Gambar 3. Rangkaian LCD Gambar 6. Sensor LM35 Gambar 4 Rangkaian Driver Motor Keran Kapur Pemberian larutan kapur digunakan untuk menaikan nilai ph.prosedur pemberian larutan kapur diberikan dengan mengontrol katup pada keran menggunakan fuzzy logic.pembuatan aktuator ini menggunakan sebuah keran, motor DC, potensiometer, sebuah wadah larutan kapur, dan gir.motor DC sebagai penggerak katup keran agar dapat membuka dan menutup, sedangkan potensiometer difungsikan sebagai indikator besaran dari pembukaan katup Keran kapur dapat dilihat pada Gambar 7. Gambar 5. Rangkaian Driver Relay Sensor ph Sensor ph digunakan untuk mengubah derajat keasaman menjadi tegangan, dalam hal ini adalah ion dan. Jika dalam suatu larutan ion lebih besar dibanding ion maka larutan tersebut bersifat asam dan apabila sebaliknya maka larutan tersebut bersifat basa. Pada penelitian ini menggunakan sensor Vernier ph-bta. Sensor ph BTA memiliki output analog dengan nilai 0.25V/pH. Sedangkan untuk probe, sensor ini dapat menghasilkn nilai 59mV/ph. Keluaran dari sensor ini akan dikonversi oleh ADC microcontroller 10bit melalui PORTA.2 yang diberi pull-down 10k. Sensor Temperatur Sensor yang digunakan pada peneilitian ini adalah LM35.Sensor ini memiliki ouput Gambar 7. Keran Kapur Pompa Air Pompa air merupakan alat yang digunakan untuk menydot air dan memindahkannya ke suatu tempat.pada sistem ini pompa air digunakan ketika keran kapur membuka.hal ini bertujuan untuk mempercepat pencampuran air kapur dengan air tambak. Pompa air ini nantinya akan mengambil air dari tambak kemudian disedot keluar dan dimasukan kedalam filter yang berada disamping tambak. Fungsi dari filter ini sendiri adalah untuk menggantikan fungsi sungai pada tambak nyata. Kincir Air Kincir air merupakan aktuator untuk menurunkan nilai temperatur pada miniatur JCONES Vol. 3, No. 1 (2014) Hal: 48

4 tambak.pada penenlitian ini kincir air memiliki luas penampang air sebesar yang terbagi menjadi 8 buah. Penggerak kincir air (aerator) ini menggunakan motor DC 12V dengan torsi 3 Kgf.cm atau N. Pada kecepatan 180 rpm kincir air ini dapat menambahkan luas penampang air sebesar. Sehingga jika temperatur lingkuan adalah 31 C, temperatur air adalah 34 C, luas penampang tambak adalah, dan volume tambak adalah maka akan dihasilkan perpindahan energi sebagai berikut. (1) (2) Keterangan: Ai adalahkemampuan kincir air menambah luas penampang Taadalah temperatur lingkungan( C) A adalahluaspenampang Tambak T adalah tempreatur air ( C) V adalahvolumetambak(m 3 ) Miniatur Tambak Miniatur tambak merupakan miniatur dari tambak yang telah disesuaikan dengan kondisi tambak dalam beberapa aspek.dengan ukuran 60x60 untuk tempat pemiliharan udang, tambak ini mampu menampung 60 ekor udang.pada tambak nyata dengan ukuran 1 Ha petani tambak biasanya memelihara ekor benur udang Windu.Miniatur ini juga dilengkapi dengan saringan air yang berukuran 15x60, saringan air ini dimisalkan sebagai sungau yang mengairi tambak apabila diperlukan penggantian air.miniatur tambak ditunjukan pada Gambar 8. Perancangan Program Perancangan program secara keseluruhan dibagi menjadi tiga bagian utama yaitu perancangan program mikrokontroler, perancangan aplikasi komputer, program aplikasi komputer, dan perancangan program web.perancangan secara keseluruhan bisa dilihat lebih jelas melalui flowchart pada Gambar 8. Mulai Baca Sensor Temperatur, Baca Sensor ph Perhitungan Nilai temperatur, Perhitungan Nilai ph Fuzzy Kincir Fuzzy Keran Putar Keran Tampil ph dan Temperatur Berhenti Fuzzy Kincir Mulai Fuzzyfikasi Dingin, hangat dan panas Tetap, lambat, dan cepat Fungsi Min Keluaran fuzzy mati, pelan, dan cepat Hasil dimasukan kedalam OCR1A Berhenti Fuzzy Keran Mulai Fuzzyfikasi Asam dan Normal Keluaran fuzzy Tutup dan Buka Hasil dikeluarkan Berhenti Putar Keran Mulai Adc potensio dikonversi ke 0%-100% Hasil Keran > Potensio Hasil Keran < Potensio Berhenti Putar Kiri Putar Kanan Gambar 9.Flowchart Perancangan Program Perhitungan Nilai Temperatur dan ph Data analog dari sensor temperatur dan ph dikalian dengan nilai maksimum masingmasing sensor dan dibagi oleh 1023, data kemudian disimpan dalam variable temp dan ph. Berikut adalah rumus perhitungan nilai temperatur dan ph..... (3)...(4) Fuzzy Kincir Metode fuzzy yang digunakan adalah metode fuzzy Sugeno, karena memiliki output berupa persamaan linear sehingga dapat lebih mudah apabila dituliskan dengan program. Sistem fuzzy yang digunakan memiliki dua buah input dan sebuah output. 1. Membership Function Temperatur Pada Membership Function temperatur memiliki 3 fungsi keanggotan yakni dingin, normal, dan panas.paramater yang digunakan dalam fungsi keanggotaan ini berdasarkan karasteristik temperature yang cocok untuk udang windu. Gambar 8.Miniatur Tambak JCONES Vol. 3, No. 1 (2014) Hal: 49

5 Tabel 1 RuleFuzzy Kincir T COOl WARM HOT T TETAP PELAN PELAN MAKSIMAL LAMBAT PELAN SEDANG MAKSIMAL Gambar 10 Membership function temperatur 2. Membership Function T Membership Function T merupakan perubahan temperatur dalam 10s. Jika perubahan temperatur cepat atau lambat, maka akan mempengaruhi nilai output. CEPAT PELAN SEDANG MAKSIMAL Fuzzy Keran Blok ini berisi tentang pengaturan seberapa besar keran akan dibuka agar kapur dapat mengalir ke tambak, dan mengubah nilai ph seperti yang diinginkan. Pada pengaturan ini menggunakan metode fuzzy sugeno, yang memiliki 2 buah input dan sebuah output. 1. Membership Function ph Pada Membership Function ph memiliki 3 fungsi keanggotan yakni asam, sedikit asam, dan normal.paramater yang digunakan dalam fungsi keanggotaan ini berdasarkan karasteristik ph yang cocok untuk udang windu. Gambar 11 Membership Function T 3. Membership Function Kincir Membership Function kincir merupakan kecepatan kincir air untuk mendinginkan temperatur air tambak. Semakin cepat kincir air maka luas penampang air akan semakin luas dan oksigen dari luar akan masuk kedalam air. Hal ini menyebabkan perubahan suhu pada air akan semakin cepat mendekati suhu diluar air. Gambar 12 Membership Function Kincir Pada sistem fuzzy kincir ada beberapa rule yang ditetepkan untuk mendapatkan output yang diinginkan. Berikut adalah rule yang telah ditetapkan. Gambar 13 Membership Function ph 2. Membership Function Keran Membership Function keran merupakan pembukaan keran untuk menyalurkan air kapur kedalam tambak. Semakin besar pemberian air kapur maka perubahan nilai ph menjadi basa akan semakin besar. Untuk proses defuzzyfikasi sistem ini menggunakan Persamaan Proses pembacaan pembukaan keran menggunakan potensiometer, hal ini menyebabkan pembukaan keran dibaca oleh microcontroller melalui ADC. Membership function keran dapat dilihat pada Gambar JCONES Vol. 3, No. 1 (2014) Hal: 50

6 Gambar 15 Membership Function Keran Pada sistem fuzzy keran ada beberapa rule yang ditetapkan untuk mendapatkan output yang diinginkan. Berikut adalah rule yang telah ditetapkan. Tabel 2 Rule Fuzzy Keran ph asan normal Keran Buka Tutup Setalah nilai dari system fuzzy ini didapatkan, maka function gerak_keran akan membandingkan antara posisi keran saat ini dan posisi keran yang dihasilkan melalui perhitungan fuzzy. Jika tidak sesuai maka motor akan bergerak ke kanan atau ke kiri agar nilai antara keran dan output fuzzy sama. Pengujian Sistem Pengujian sistem secara keseluruhan ini dilakukan dengan cara memberikan gangguan terhadap parameter yang dikontrol. Untuk temperatur gangguan yang diberikan berupa air yang telah dipanaskan mencapai temperatur 69 C dengan volume 20 liter ditambahkan ke dalam minimatur tambak dengan volume 126 liter dengan temperatur 30 C. Pada Tebel 4.5 OCR1A merupakan nilai dari kontrol pin yang menghasilkan PWM pada micrcontroller, nilai ini diisi dengan nilai fuzzy hasil perhitungan program. Sedangkan fuzzy perhitungan merupakan perhitungan fuzzy secara manual dengan menggunakan microsoft excel. Tabel 3 Hasil pengujian pemberian air panas pada miniatus tambak (1) Temperatur ( C) Temperatur ( C) OCR1A Fuzzy Perhitungan Tabel 3 Hasil pengujian pemberian air panas pada miniatus tambak (2) Temperatur ( C) Temperatur ( C) OCR1A Fuzzy Perhitungan JCONES Vol. 3, No. 1 (2014) Hal: 51

7 Berdasarkan Tabel 4.5 ketika air panas ditambahkan pada miniatur tambak temperatur air akan naik hingga 39 C. Dengan menggunakan kincir air yang di kontrol menggunakan fuzzy logic, sistem dapat menurunkan temperatur dari 39 C menjadi 32 C dalam waktu 16 menit dengan kondisi temperatur ruang sebesar 27 C. Proses pengambilan data pada pengujian sistem dengan pemberian asam cuka tidak menggunakan program VB6.0 sebagai media untuk mengambil data, melainkan menggunakan hasil rekaman video pada saat percobaan pertama. Hal ini dikarenakan sensor ph-bta yang digunakan pada pengujian awal rusak setelah masuk kedalam larutan HCL. Ketika larutan ph-bta masuk kedalam larutan HCL 0.1M sampai HCL 1M maka elektroda ph-bta akan mengalami shock, sehingga elektroda ph-bta tidak dapat melepas ion H dan tidak dapat menerima ion OH dengan baik. Sehingga pembacaan sensor akan selalu bernilai 2.68 pada larutan asam maupun basa. Penulis tidak dapat mengganti sensor ph- BTA dengan yang baru mengingat harga sensor yang relatif mahal. Oleh karena itu penulis menampilkan data dari hasil saringan video pada percobaan pertama. Tabel 4.5 Waktu(video) merupakan waktu panjang video, ph merupakan nilai ph yang ditampilkan oleh LCD pada video rekaman, dan kincir(%) merupakan kondisi dari sudut putar kincir dalam %. Tabel 4 Hasil percobaan pertama ph terhadap pemberian larutan asam Waktu (video) ph Keran (%) 0: : : : : : : : : : : : : : : : : : : Berdasarkan Tabel 4.5 sistem ini dapat meningkatkan ph 6.56 menjadi 7.26 dalam waktu 14:57 menit. Hal ini dikarenakan ketika keran kapur terbuka maka larutan kapur yang ada di dalam botol akan keluar dan bercampur dengan air pada miniatur tambak. Pemberian larutan kapur dapat menaikan nilai ph. Gambar 4.14 merupakan hasil capture screen dari video pengujian ph pada percobaan pertama. Gambar 4.9 LCD Capture dari video percobaan ph pertama SIMPULAN Berdasar hasil pengujian diperoleh kesimpulan bahwa semua modul pada sistem berjalan dengan baik. Tingkat akurasi sensor LM35 sebesar 98.44% pada saat diperhitungkan dalam program. Tingkat akurasi ph-bta 99.35% pada saat dimasukan kedalam program. Untuk mengendalikan nilai ph penggunaan larutan kapur sangat efektif, karena dapat mengubah ph dengan cepat, karena mampu merubah ph 6.56 menjadi 7.26 dalam waktu kurang lebih 14 menit hal ini diperoleh pada saat percobaan pertama dengan merekam data menggunakan video. Penggunaan kincir air sebagai aktuator untuk menurunkan temperatur berjalan dengan baik, terbukti dengan proses penurunan temperatur dari 39 C ke 32 C dalam waktu kurang lebih 16 menit. Percobaan ini dilakukan dengan merekam data menggunakan VB6.0 sehingga dapat memperoleh banyak data dengan akurat. JCONES Vol. 3, No. 1 (2014) Hal: 52

8 DAFTAR PUSTAKA Atmel bit AVR Microcontroller with 16K Bytes In-System Programmable Flash. (online). ( /Images/ doc2466.pdf, diakses 12 Desember 2013). Indarwati, K., 2008 Pembuatan Modul Kontrol Kualitas Air Tambak Udang Sebagai Sarana Pembelajaran Perbaikan Teknik Budidaya Udang, Surabaya. (Tugas Akhir), Teknik Fisika FTI-ITS. Shiddiq, M. & Rahardjo, M.P., 2008 Pengukur Temperatur dan ph Air Tambak Terintegrasi dengan Data Logger, Jurnal EECCIS Vol. II, No 1, Hal: Wiranto, G. & Hermida, I.D.P., 2010 Pembuatan Sistem Monitoring Kualitas Air Secara Real-Time dan Aplikasinya Dalam Pengelolahan Tambak Udang, Jurnal Teknologi Indonesia Vol. 33, No. 2, Hal: JCONES Vol. 3, No. 1 (2014) Hal: 53