25 3. BAHAN DAN METODE 3.1. Waktu dan tempat Kegiatan penelitian ini dimulai pada bulan April 2010 hingga pada bulan September 2010. Kegiatan penelitian ini terdiri dari dua bagian, yaitu pembuatan alat dan uji coba alat. Pembuatan alat dilakukan di Laboratorium Akustik dan Instrumentasi Kelautan, Departemen Ilmu dan Teknologi Kelautan, Institut Pertanian Bogor. Pengujian lapang dilakukan di Stasiun Lapang Kelautan (SLK) Pelabuhan Ratu, Sukabumi. 3.2. Alat dan bahan Alat yang digunakan dalam penelitian ini dapat dilihat pada Table 2. Tabel 2. Daftar alat yang digunakan dalam penelitian. No Alat Fungsi 1. Seperangkat komputer personal dengan sistem operasi Windows XP Merancang perangkat keras dan lunak serta pengolahan data 2. Microsoft Excel 2007 Mengolah data hasil pengukuran 3. Klinik-Robot AVR USB ISP Memprogram ATmega32 4. Multimeter Digital Sanwa CD seri Mengukur voltase, hambatan, dan 800a koneksi komponen. 5. Gerinda Listrik Memotong dan meratakan Acrylic 6. Cutter Memotong kabel 7. Pistol lem panas Melekatkan Acrylic (casing) 8. Obeng Membuka dan memasang baut 9. Bor Listrik Kecil Melubangi Acrylic 10. Mata bor Berukuran 1.5-6.5mm 11. Solder goot 35Watt Menyolder antar komponen 12. Amplas Menghaluskan Acrylic 25
26 Bahan yang digunakan dalam penelitian ini, dapat dilihat pada Tabel 3. Table 3. Daftar bahan yang digunakan dalam penelitian. No Bahan Tipe/Nilai Jumlah 1 Mikrokontroller ATmega32 TQFP 1 buah 2 Modul DT-Sense SHT11 2 buah 3 Real Time Clock DS1307 1 buah 5 Adaptor KENWOOD DCJ-1000P 1 buah 6 Box Plastik Generik 10cm x 6cm x 3cm 1 buah 7 Saklar kecil Ukuran 2x40 1 buah 8 Acrylic Ukuran tebal 2mm s/d 4mm 2 lembar 3.3. Perencanaan penelitian Pada penelitian ini menggunakan suatu sistem single chip microcomputer, yang biasa dikenal sebagai mikrokontroler. Fungsi dari mikrokontroler tersebut adalah sebagai proses data dan pusat pengatur semua komponen rancang bagun, sehingga dalam perencanaan penelitian ini diharapkan terlihat susunan kerangka yang sistematik dalam mengembangkan suatu instrumen. Hubungan perangkat keras dan perangkat lunak sangat erat hubungan keduanya, karena pengisian dari fungsi elemen-elemen instrumen harus disesuaikan. Diagram alir pada Gambar 10, merupakan perencanaan penelitian ini agar mempermudah dalam pembacaan dan pengkoreksian bila mana ada kesalahan pada perancangan instrumen, sedangkan untuk diagram alir dalam pembuatan perangkat keras dan perangkat lunak, dapat dilihat pada Gambar 11.
27 Mulai Persiapan Perumusan masalah Perancangan model alat ukur tidak ya Perancangan perangkat lunak dan perangkat keras Perangkat keras Perangkat lunak Penggabungan perangkat lunak dan Ya perangkat keras Uji coba alat ukur Pengambilan data Pemrosesan data Validasi data Selesai Gambar 10. Diagram alir perencanaan penelitian.
28 Perancangan alat pengukur Menganalisa sistem tidak Perancangan awal perangkat keras Perancangan awal perangkat lunak Perakitan komponen dalam bentuk modul Perancanagan logika Pengkalibrasian komponen Pengujian Diagram alir Penulisan Periksa program Tulis program Pengujian tidak Sesuai Sesuai tidak ya Penyatuan sistem perancangan ya tidak Perbaiki perakitan Sesuai Perbaiki program Alat pengukur siap dipakai Gambar 11. Diagram alir perancangan perangkat keras dan perangkat lunak.
29 3.4. Rancang bangun perangkat keras Dalam sistem perancangan perangkat keras dan lunak diharapkan dari hasil keluaran (output) untuk semua komponen bekerja sesuai dengan kinerjanya, serta penekanan biaya seminimum mungkin dalam pembuatannya. Pada perancangan instrumen secara fungsional untuk penelitian ini, secara umum dibagi menjadi 5 bagian adalah sebagai berikut : (1) Sirkut dasar mikrokontroler ATmega32, (2) Rangkaian dasar Sensirion SHT11 dan ATmega32, (3) Rangkaian dasar Liquid Crystal Display (LCD) dan Atmega 32, (4) Rangkaian dasar DS1307 dan ATmega32, serta (5) Catu daya. Pada Gambar 12, merupakan blok diagram hubungan antara komponenkomponen perangkat keras pada instrumen adalah sebagai berikut : CATU DAYA KOMPLEK Komponen sensor (SHT11) Komponen pengkonversi analog to digital (DS1307) Komponen pemroses sinyal (Mikrokontroler ATmega32) Komponen peraga digital (Display) Gambar 12. Blok diagram hubungan antara komponen-komponen perancangan fungsional.
30 3.4.1. Sirkuit dasar mikrokontroler ATmega32 Mikrokontroler memiliki sirkuit dasar yang telah ditetapkan oleh lembar data produsen. Sirkuit dasar yang dibutuhkan adalah sumber clock eksternal dan In-System Programming (ISP), ISP yang digunakan mengacu pada konektor STK 200 Atmel Starter Kit. ATmega32 yang digunakan penelitian ini sudah berupa modul Gambar 13, modul yang digunakan buatan Innovative Electronics DT- AVR Low Cost Micro System. Modul ini sudah memiliki ADC hingga 8 channel single-ended A/D converter dengan resolusi 10 bit. (Sumber : Innovative Electronic, 2010) Gambar 13. Modul mikrokontroler DT-AVR Low Cost Micro System. Mikrokontroler ATmega32 memiliki SPI konektor antarmuka berjumlah 5 pin dengan 2 baris (2x5) jarak antara pin sejauh 2,54mm. Pada ATmega32 juga sudah terdapat 35 pin jalur input/output, tegangan operasi 2.7V - 5.5V, sedangkan untuk komunikasi serial standar USART dengan kecepatan maksimal 2.5Mbps. Modulasi ATmega32 tersebut sudah dapat dikatakan memiliki spesifikasi yang dibutuhkan instrumen ini.
31 3.4.2. Rangkaian dasar Sensorion SHT11 dan ATmega32 Dalam menghubungkan unit sensor Sensirion SHT11 dan mikrokontroler ATmega32, digunakan jenis komunikasi Two-wire Serial Interface. Komunikasi ini membutuhkan 2 (dua) pin dari salah satu port mikrokontroler ATmega32. Port yang akan digunakan kali ini adalah PortB pin 0 untuk jalur SCK dari pin SHT11, dan PortB pin 1 dan PortB pin 3 untuk jalur DATA dari SHT11. Terlihat pada Gambar 14, di bawah ini merupakan rangkaian dasar unit sensor SHT11 yang menghubungkan dengan mikrokontroler ATmega32. Gambar 14. Skematik rangkaian dasar SHT11 dan ATmega32. Fitur yang ada pada unit sensor SHT11 diantaranya akurasi absolut untuk nilai RH dan suhu, yaitu ± 3,5%RH dan ± 0,5 C pada suhu 25 C, catudaya 5VDC, dan nilai konsumsi daya 30µW. Komunikasi antara unit sensor SHT11 dan unit mikrokontroler ATmega32 diperlukan juga Pull-up resistor pada R1 dan Pulldown resistor pada R3. Fungsi untuk Pull-up resistor adalah membuat keadaan logika pada jalur DATA, dan sebalikannya Pull-down resistor untuk membuat keadaan logika pada jalur CLK. Sedangkan R2 berfungsi sebagai pengamanan apabila terjadi pengiriman sinyal dari ATmega32 dan SHT11 secara bersamaan.
32 Unit sensor SHT11 yang digunakan penelitian ini sudah berupa modulasi yang terlihat pada Gambar 15. Modul DT-Sense SHT11 adalah sebuah modul sensor yang dirancang untuk dapat mengukur kelembaban udara dan suhu udara. Dalam sensor ini sudah memiliki keluaran digital dan sudah terkalibrasi, jadi tidak perlu lagi untuk melakukan konversi A/D atau pun kalibrasi data sensor. Modul yang akan digunakan buatan pabrik Innovative Electronics DT-Sense. Modul ini sudah memiliki spesifikasi pull-up resistor dan pull-down resistor. (Sumber : Innovative Electronic, 2010) Gambar 15. Modul Sensorion DT-Sense SHT11. 3.4.3. Rangkaian dasar LCD dan ATmega32 Modulasi Liquid Crystal Display (LCD) yang terdapat pada Gambar 17, sudah dilengkapi dengan sebuah konektor yang memiliki dua register 8 bit yaitu instruksi register (IR) dan data register (DR). Dalam IR dapat menyimpan kode instruksi seperti display clear, cursor shift dan informasi address untuk display data RAM (DDRAM), serta character generator (CGRAM). Ada beberapa pin yang digunakan dalam perancangan pada LCD, yaitu pin 1 (Vss), pin 5 (RW), dan pin 16 (K) sebagai ground, pin 2 (Vcc) dan pin 15 (A) sebagai Input, sedangkan untuk jalur data terletak pada pin 11 (DB4), pin 12 (DB5), pin 13 (DB6), dan pin 14 (DB7). Busy flag (BF) merupakan salah satu pembaca instuksi dari mikrokontroler, apabila busy flag bernilai 1 maka instuksi
33 sedang dikerjakan. Selama instruksi tersebut belum selesai dikerjakan, kontroler belum bisa menerima instruksi apapun. Kertika RS=0 dan R/W=1, busy flag mengeluarkan logika 1 pada DB7. Instruksi berikutnya akan siap diterima ketika busy flag bernilai 0. Terlihat pada Gambar 16, yang merupakan rangkaian dasar LCD dengan 2x16 karakter. Gambar 16. Skematik rangkaian LCD 2x16 karakter. Pada Gambar 17 di bawah ini, merupakan modul display LCD yang akan digunakan dalam penelitian ini. Modulsi LCD yang dipergunakan penelitian ini buatan Xiamen Elane Electronics Company Ltd. Modul ini sudah ada spesifikasi yang dibutuhkan, dan hubungan antar komponen instrumen saling mendukung. (Sumber : Xiamen Elane Electronics Grup, 2010) Gambar 17. Modul LCD dengan 2x16 karakter.
34 3.4.4. Rancangan dasar DS1307 dan ATmega32 Jenis komunikasi DALLAS-MAXIM DS1307 Real-Time Clock (RTC) adalah I 2 C. Dimana ATmega32 memiliki hardware I 2 C pada PortC pin 1 sebagai SDA dan Port C pin 0 sebagai SCL terlihat pada Gambar 18. Gambar 18. Skematik rangkaian dasar DS1307 dengan ATmega32. DS1307 pada Gambar 19, yang dipergunakan dalam penelitian ini sudah berupa modul konsumen, dimana saat perakitan tidak mengalami kesulitan. RTC membutuhkan 2 (dua) buah pull-up resistor pada kaki SDA dan SCL. Resistor ini digunakan saat membuat kondisi logika pada jalur SDA dan SCL menjadi HIGH ketika tidak ada sinyal dari mikrokontroler. XTAL yang digunakan memiliki nilai 32,768KHz, sesuai dengan lembar data DS1307. (Sumber : Innovative Electronic, 2010) Gambar 19. Modul DS1307 Real Time Clock.
35 Spesifikasi modul ini sudah dikatakan lengkap dan mendukung komponen lain, dalam pengoprasian perangkat keras maupun lunak. Fitur DS1307 memiliki jenis komunikasi I 2 C, SDA (Data Serial), SCL (Serial Clock), V CC (Power Suplay Primer), Ground, X 1 dan X 2 (Crystal koneksi 32,768 khz), dan V bat (batrai input 3 volt). Ada beberapa fungsi yang perlu diperhatikan dalam pengkomunikasian, bila salah satunya SCL dan SDA yang terhubung dengan mikrokontroler. 3.4.5. Catu daya Catu daya merupakan perangkat sederhana yang berfungsi sebagai sumber tenaga komponen lain. Bilamana adanya tegangan dari perangkat ini maka alat ukur memiliki dimensi kompak dan hemat daya. Sumber catu daya yang akan digunakan adalah adaptor jenis KENWOOD DCJ-1000P. Adaptor ini memiliki kestabilan daya dengan voltase sebesar 12 Volt. Mikrokontroler ATmega32, DS1307, dan sensor RH membutuhkan catu daya sebesar 5 Volt. Sehingga untuk keseluruhan komponen instrumen dapat stabil pada kisaran voltase 9 volt. Pada Gambar 20, salah satu jenis catu daya komplek. Adaptor termasuk pilihan yang tepat sebagai penggerak instrumen ini, karena nilai input adaptor telah mendukung terhadap keseluruhan unit komponen instrumen yang lebih efisien dan efektif serta kinerja perangkat catu daya berfungsi dengan baik. (Sumber : Wikipedia, 2010) Gambar 20. Perangkat catu daya berupa adaptor.
36 3.5. Casing alat pengukuran Casing atau selubung merupakan tempat semua komponen diletakan dan disimpan, dapat dilihat pada Gambar 21. Jenis bahan casing bisa mempengaruhi aktivitas dari kinerja sensor RH. Banyak bahan material mampu untuk menyerap kelembaban udara sehingga mempengaruhi waktu respon serta nilai hysteresis. Dalam datasheet SHT11 material yang bisa digunakan adalah semua jenis metal, LCP, POM (Delrin), dan PVF, termoplastik yang meliputi PTFE, PE, PEEK, PP, PB, PPS, PSU, PVDF. Beberapa bidang pada casing perlu direkatkan oleh lem agar memperkuat konstruksinya. Bahan untuk merekatkan semua bidang dapat mempengaruhi daya kerja unit sensor RH. Beberapa bahan perekat bisa menghasilkan gas saat proses pengeringan. Gas yang dihasilkan dapat mengkontaminasi sensor RH, apabila menggunakan bahan seperti epoxy dan silikon, setelah kering sebaiknya sensor diletakan pada tempat yang berventilasi atau dipanggang pada suhu 50 C selama 24 jam. Peletakan komponen untuk unit sensor RH yang pertama berada dalam instrumen, dan sebaliknya sensor RH kedua berada di luar casing. (a) Casing instrumen tampak samping.
37 (b) Casing instrumen tampak depan. Gambar 21. Casing alat pengukur tampak samping dan depan. 3.6. Rancang bangun perangkat lunak Kinerja perangkat lunak dapat mempengaruhi daya kerja perangkat keras. Pembuatan perangkat lunak lebih dikenal dengan suatu pemrograman, ketika dalam penginstruksian perangkat lunak perlu ada penulisan program yang disebut firmware. Bahasa pemrograman yang digunakan adalah bahasa BASIC, dimana kompiler yang sederhana adalah BASCOM-AVR 1.11.9.0. Firmware yang telah dituliskan akan diuduh menuju mikrokontroler menggunakan AVROSPII dan kabel data STK 200 AVR ISP Programmer. Penelitian ini mempergunakan software BASCOM AVR seri 1.11.9.8. Pada penulisan kode program instrumen, instruksi akan sesuai dengan diagram alir. Setelah pengecekan ulang tanpa ada kesalahan, kode program akan dikompilasi (mengubah kode program dalam format*.hex) agar mudah diuduh menuju unit komponen mikrokontroler. Pada Gambar 22, merupakan salah satu bentuk contoh dari tampilan penulisan firmware.
38 Gambar 22. Tampilan pemrograman pada software BASCOM-AVR. Setelah selesai penulisan firmware yang sudah dirancang akan diuduh ke dalam mikrokontroler dengan menguhubungkan kabel AVROSPII dan AVR ISP Programmer, kemudian hasil akhir akan ditampilkan pada unit perangkat keras instrumen yaitu unit komponen display (LCD). 3.6.1. Diagram alir program Diagram alir yang telah dibuat dapat mempermudah pembacaan instruksi dan pencarian kesalahan dalam firmware. Pada Gambar 23, merupakan bentuk diagram alir instrumen, dimana dari awal pengiriman kode instruksi dari unit mikrokontroler hingga kode instruksi untuk pengukuran nilai kelembaban udara dan suhu.
39
Gambar 23. Diagram alir firmware dalam perangkat lunak. 40
41 3.6.2. Memprogram mikrokontroler Setelah semua penulisan pemrograman dalam bentuk firmware, maka siap untuk diprogram ke dalam mikrokontroler ATmega32. Proses pemrograman ini juga biasa disebut Flashing. Penelitian ini mempergunakan software BASCOM- AVR dengan seri 1.11.9.8. Pemrograman ini saat proses Flashing dihubungkan ke unit mikrokontroler menggunakan kabel STK 200 ISP Programmer. 3.7. Pengujian alat pengukuran menyeluruh Pada pengujian instrumen di tahap akhir dilakukan pengujian terintegrasi dari semua komponen yang telah disatukan. Pengujian ini menggambarkan suatu kelayakan dan keakuratan instrumentasi yang telah dibuat. Pengujian secara menyeluruh dilakukan dengan referensi yang ada, tetapi diusahakan alat referensi yang dipakai merupakan alat yang memiliki ketelitian yang tinggi serta digital. Hasil yang diperoleh akan dibandingkan dengan data dari alat referensi, selanjutnya untuk menguji kelayakan instrumentasi dilakukan uji statistik dengan cara mencari persamaan regresi serta derajat korelasinya. 3.8. Uji coba instrumen 3.8.1. Pengujian instrumen skala laboratorium Uji coba instrumen dilakukan di laboratorium bertujuan untuk melihat cara kerja alat dan kinerja komponen. Pada pengujian dilakukan dengan waktu selama ± 2 jam per menit tanpa menggunakan bahan sampel. Perolehan data hasil uji coba akan dibuat suatu grafik menggunakan software Exel 2007. Tujuan dibuat suatu grafik untuk menganalisa faktor dari permasalahan dan meminimalisir derau yang terjadi sehingga tampilan pada grafik mudah untuk dibaca.
42 3.8.2. Pengujian instrumen skala lapangan Uji coba instrumen skala lapang meliputi kinerja instrumen di lapang dan menganalisa dari data instrumen. Dimana dalam uji coba instrumen dilakukan di lingkungan yang terbuka, saat pelaksanaan pengukuran dilakukan di Stasiun Lapang Kelautan (SLK) Pelabuhan Ratu, Sukabumi. Sebelum uji coba instrumen dalam skala lapang, dibuat terlebih dahulu prosedur pengambilan data, bertujuan agar aturan pengukuran dilakukan secara sistematik. Berikut ini klasifikasi tiga pelakuan proses pengeringan rumput laut, yaitu : (1) Pengeringan rumput laut secara kontak langsung (terbuka). Menggunakan udara panas sebagai medium pengering alami dengan tekanan atmosferik. Proses ini uap yang terbentuk terbawa oleh udara. (2) Pengeringan rumput laut secara semi vakum. Menggunakan jaring benang sebagai alas penyimpanan bahan sampel dan mika sebagai pengontak panas atau menggunakan efek radiasi matahari. Dalam proses ini air berlangsung sedikit lebih cepat pada tekanan rendah. (3) Pengeringan rumput laut secara vakum. Menggunakan logam sebagai alas penyimpanan bahan sampel dan mika sebagai pengontak panas atau menggunakan efek radiasi matahari. Proses ini air berlangsung lebih cepat pada tekanan rendah. Gambar klasifikasi dari ketiga perlakuan proses pengeringan rumput laut akan ditampilkan di lembar lampiran. Tujuan dari ketiga perlakuan adalah untuk membantu mereduksi adanya pengaruh faktor luar terhadap kadar air bahan, dan melihat interaksi antara kedua faktor kelembaban (RH) dan pengeringan telah memberikan pengaruh signifikan terhadap kadar air bahan.
43 3.8.3. Pengukuran kadar air rumput laut di laboratorium Proses pengukuran kadar air rumput laut dengan menggunakan metode pengovenan dilakukan dalam standar laboratorium untuk mendapatkan nilai kadar air sebenarnya. Metode pengovenan kadar air meliputi proses sebagai berikut, pada awalnya sampel bahan rumput laut ditimbang terlebih dahulu sebesar 2 gram dan simpan dalam cawan, kemudian dikeringkan di oven pada suhu 100-105 C selama ± 5 jam hingga beratnya tetap. Pada cawan yang berisi contoh bahan rumput laut di dinginkan dalam desikator selama ± 30 menit, kemudian timbang kembali untuk mengetahui perbedaan berat cawan dan berat bahan sampel rumput laut kering. Setelah itu untuk tahapan terakhir memasukan nilai pengukuran ke dalam suatu persamaan sesuai dengan referensi dan metode.