Pengukuran Debit Air Berbasis Mikrokontroler AT89S51…………………………………………….Aidi F dan Arief M
PENGUKURAN DEBIT AIR BERBASIS MIKROKONTROLER AT89S51 Aidi Finawan1 dan Arief Mardiyanto1 1
Dosen Jurusan Teknik Elektro, Politeknik Negeri Lhokseumawe ABSTRAK
Pengukuran debit aliran sangat diperlukan untuk mengetahui potensi sumberdaya air di suatu wilayah daerah aliran sungai. Pengukur kecepatan aliran air dapat dijadikan sebagai sebuah alat untuk memonitor dan mengevaluasi neraca air suatu kawasan melalui pendekatan potensi sumber daya air permukaan yang ada. Tujuan pembuatan sistem pengukur debit air ini adalah untuk menghasilkan sebuah alat pengukur potensi air pada suatu daerah aliran sungai. Sistem ini diimplementasikan dengan menggunakan sensor phototransistor yang dipasang pada sebuah baling-baling untuk menghasilkan detak pulsa sebagai keluaran encoder. Kemudian pulsa tersebut ubah menjadi besaran kecepatan aliran air dalam satuan m/det melalui mikrokontroler dan ditampilkan pada LCD. Besaran debit air dapat diperoleh dengan mengalikan kecepatan aliran dengan luas permukaan (m2) Kata-kata kunci: Debit Air, Mikrokontroler ABSTRACT The measurement of water flow velocity is really needed to notice the potential of water resource in one river flow area. The equipment used to measure the speed of water flow as the monitor and evaluation of water balance in one area through the existed water surface resouurce. The aim of the design and implementation of the measurment system of water flow is to imply the system using phototransistor sensor which has been installed at the blade to produce pulse geat as the output of encoder. Then this pulse changed into water flow velocity in m/sec. Through microcontroller and display on LCD. The unit of water velocity can be gained by the multiplication of measured water velocity by the surface area (m2) I.
baling. Putaran baling-baling akan menghasilkan pulsa pada rotary encoder, kemudian pulsa ini dikonversi menjadi kecepatan aliran. Penelitian ini bertujuan menghasilkan sebuah alat ukur kecepatan aliran air dengan tampilan LCD dalam satuan m/det.
PENDAHULUAN
Debit aliran merupakan satuan untuk mendekati nilai-nilai hidrologis proses yang terjadi di lapangan. Kemampuan pengukuran debit aliran sangat diperlukan untuk mengetahui potensi sumberdaya air di suatu wilayah DAS. Debit aliran dapat dijadikan sebuah alat untuk memonitor dan mengevaluasi neraca air suatu kawasan melalui pendekatan potensi sumber daya air permukaan yang ada. Pengukuran debit air dapat dilakukan dengan mengukur kecepatan aliran air pada suatu wadah dengan luas penampang area tertentu. Terdapat beberapa metode yang dapat digunakan untuk pengukuran kecepatan aliran air pada sungai atau alur antara lain: Area-velocity method, Tracer method, Slope area method, Weir dan flume, Volumetric method Area. Kecepatan aliran dapat diukur dengan metode : metode current-meter dan metode apung. Kemudian distribusi kecepatan aliran di dalam alur tidak sama pada arah horisontal maupun arah vertikal. Saat ini di pasaran banyak tersedia alat pengukuran debit air, tetapi kebanyakan disediakan untuk mengukur debit air dalam penampang pipa. Karena kecepatan aliran merupakan parameter yang dapat mewakili besaran debit air, yaitu mengalikannya dengan faktor luas penampang area ukur. Pada penelitian ini pengukuran kecepatan aliran diukur dengan metode penggunaan baling-
II.
TINJAUAN PUSTAKA
Sensor Sensor yang digunakan pada sistem pengukuran kecepatan aliran air ini adalah Sensor fototransistor dengan sumber cahaya infrared yang dipasang pada sebuah baling-baling dan berguna untuk mengukur kecepatan aliran air. Dalam banyak aplikasi elektronik, led infra merah merupakan dioda yang memancarkan cahaya infra merah yang tidak dapat dilihat oleh mata, namun umumnya sensor cahaya semikonduktor sangatlah peka terhadap cahaya infra merah. Phototransistor adalah foto detector yang mempunyai struktur dasar transistor yaitu n-p-n atau p-n-p. cara kerja phototransistor sama dengan cara kerja transistor lainnya, perbedaannya terletak pada arus daerah basis. Arus yang lewat basis phototransistor berasal dari energi foton yang jatuh pada daerah basis. Skema phototransistor seperti ditunjukkan pada Gambar 1. (Malvino, 1990) Jika fototransistor diberi cahaya pada daerah basis maka energi foton cahaya tersebut akan menciptakan hole-elektron seperti pada P-N sambungan yang dapat menimbulkan arus pada basis.
28
Jurnal Litek Volume 8 Nomor 1, Maret 2011: hal. 28-31 Phototransistor adalah suatu alat semikonduktor cahaya lebih peka dari pada poto dioda p-n, sehingga pembawa minoritas dibangkitkan secara termal, dan electron-electron yang menyeberang dari basis ke kolektor maupun lubang yang menyeberang dari kolektor ke basis membentuk arus jenuh balik kolektor ICo. Arus kolektor diberikan oleh persamaan dengan IB = 0, yaitu : IC = ( β +1)ICO......................................(1) Apabila komponen dari arus balik jenuh disebabkan oleh cahaya yang dinyatakan dengan IL,arus kolektor total adalah: IC = ( β +1)(ICO + IL...........................(2)
kotak adalah seperlima dari lebar saluran/sungai. (Takeda, K. ; 2003) Besaran debit air dapat dihitung dengan: Debit Q = V x A ....................................(3) Q = debit V = kecepatan aliran air (m/dt) A = luas penampang basah (m2) Luas penampang basah adalah sangat tergantung pada bentuk penampang dinama air mengalir, misalnya sebuah penampang irigasi yang biasanya berbentuk trapesium, maka luas penampang basah dapat diperoleh dengan: A = (LD + LPA)/2* h ………………..(4) LD = Lebar Dasar penampang (m) LPA = Lebar Permukaan Air (m) h = tinggi permukaan air (m) III.
METODE PENELITIAN
Implementasi Sistem
Gambar 1. Simbol Phototransistor
Sistem pengukuran kecepatan aliran air ini dirancang agar dapat digunakan untuk pengukuran pada sungai atau aliran alur lainnya. Sehingga untuk memudahkan pengukuran, maka media pengukur dibuat seperti ditunjukkan pada gambar 3.
Tampilan LCD Tampilan LCD (Liquide Crystal Display) merupakan salah satu media yang digunakan sebagai penampil pada sistem berbasis mikrokontroler. Selain tampilan LCD sebenarnya ada banyak cara untuk menerjemahkan sebuah data menjadi informasi yang dapat dipahami manusia, seperti melalui led, seven segment, maupun PC. Tampilan LCD memberikan beberapa keuntungan dibandingkan dengan perangkat yang lain untuk menampilkan sebuah data, antara lain, hemat energi, ringan, proses perancangan yang relatif lebih mudah, dan mampu menampilkan karakter berbasis kode ASCII.
Sensor foto dan sumber cahaya infrared Kabel spidometer
Pengukuran Debit Air
Pengait baling-baling
baling-baling
Gagang utama
Bola Pelampung
Gambar 3. Bentuk Media Pengukur
Cara mengukur debit untuk saluran berbentuk penampang bebas (saluran alam) apalagi yang cukup besar seperti anak sungai untuk sumber irigasi. Metode yang paling umum adalah dengan menggunakan prinsip matematika dan kalkulus, yaitu benda dibagi menjadi beberapa persegi panjang,
Rangkaian Sensor Gambar 4 menunjukkan rangkaian sensor proximity dengan menggunakan phototransistor untuk mendeteksi putaran baling-baling. Prinsip kerja phototransistor pada rangkaian sensor tersebut mempunyai keluaran aktif rendah.
seperti pada gambar 2( http://mayong.staff.ugm.ac.id) Gambar 4. Rangkaian sensor phototransistor
Gambar 2. Penampang Sungai
Agar dapat diinterfacekan ke mikrokontroler, maka tegangan output sensor ini harus selalu berada pada level 0 atau level VCC. Output rangkaian sensor dibandingkan dengan suatu
Luas penampang basah adalah jumlah luas dari lima kotak, dengan kedalamannya seperti yang dapat diukur di titik A, B, C, D, dan E. Lebarnya tiap
29
(1)
(2)
Pengukuran Debit Air Berbasis Mikrokontroler AT89S51…………………………………………….Aidi F dan Arief M tegangan threshold. Gambar 5. menunjukkan bentuk piringan penghalang pada sensor yang dibuat menggunakan plat dengan diameter 3cm. Pada piringan tersebut terdapat 4 lobang dengan jarak masing-masing 1.6 cm.
1.5cm
IV.
Pengujian sistem dilakukan dengan dua metode, yaitu dengan menggunakan peralatan ukur yang telah dibuat dan juga dengan menggunakan aliran gabus pada jarak 5 meter sebagai pembanding besaran ukur. Pengujian peralatan ukur dilakukan pada tiga lokasi saluran irigasi di kawasan Aceh Utara. Titik pengukuran yang dilakukan antara lain pada saluran irigasi Desa Bale Raya Bayu, Desa Meunasah Mesjid Bayu, dan Desa Alu Lim Simpang Keramat. Dimensi saluran irigasi yang diukur adalah seperti ditunjukkan pada tabel 2. Hasil pengukuran kecepatan aliran air yang diperoleh adalah seperti ditunjukkan pada tabel 3. Tabel 2. Dimensi Saluran Irigasi
3cm
Gambar 5. Perancangan Piringan Sensor Keliling piringan = 6.42cm, sehingga jarak antar lubang = 1.6 cm. Fungsi port (I/O) Mikrokontroller Fungsi port pada mikrokontroller ditunjukkan seperti pada tabel 1. Port 3 bit ke 5 digunakan sebagai port masukan sensor. Sedangkan 8 bit pada port 0 digunakan untuk menampilkan besaran kecepatan aliran pada tampilan LCD. (Widodo B, 2005).
Dimensi Saluran Irigasi Lokasi Pengukuran Dasa Bale Raya Bayu Desa Menasah Mesjid Bayu Desa Alu Lim
Tabel 1. Fungsi port mikrokontroller Port Port 0.0 – 0.7 Port 3.5
Fungsi Output
Lebar Atas
Lebar Dasar
Tinggi saluran
Tinggi air
Lebar permuka an air
3m
1,5 m
2.5 m
1,35 m
2,3 m
3m
1.5 m
2,5 m
1,72 m
2,5 m
3m
1,5 m
2,5 m
2m
2,67 m
Lama aliran gabus
Kecepa -tan aliran gabus
Kecepata n aliran tampilan
21 detik 6 detik 3 detik
0.238 m/det 0.833 m.det 1.667 m/det
Tabel 3. Hasil Pengukuran
Keterangan Tampilan ke LCD Masukan Sensor
In
HASIL DAN PEMBAHASAN
Lokasi Pengukuran Dasa Bale raya bayu Desa menasah mesjid bayu Desa Alu Lim simpang kramat
Perancangan Software Software pengolahan data kecepatan aliran air untuk ditampilkan pada LCD dibuat seperti algoritma yang digambarkan pada flowchart gambar 6.
Jarak aliran gabus 5m 5m 5m
0.20 m/det 0.75 m/det 1.30 m/det
Err or 19 % 11.1 % 28.2 %
Untuk mendapatkan besaran debit air (m/det) dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 3 dan persamaan 4. Misalnya untuk menghitung debit air pada pengukuran di saluran irigasi Desa Bale Raya Bayu, maka didapatkan sebesar 640 liter/dt, dengan data luas penampang basah, adalah 2,56 m2 dan kecepatan aliran air = 0,25 m/dt
START
INISIALISASI
Baca Sensor
V. 1. Konversi Data pulsa menjadi Kecepatan
2. Tampilkan Kecepatan Aliran
3. tidak
STOP=? ya
END
Gambar 6. Flowchart pengolahan data pengukuran
30
KESIMPULAN Tampilan yang dihasilkan pada pengukuran adalah merupakan besaran kecepatan aliran air dalam satuan m/dt. Besaran debit air dapat diperoleh dengan melakukan perkalian besaran kecepatan aliran dengan luas penampang media Kesalahan pengukuran dapat diakibatkan oleh pengaruh hembusan angin pada tempat pengukuran, dan aliran air di permukaan yang mengalir secara tidak stabil, sehingga dapat mempengaruhi tingkat sensitivitas putaran baling-baling.
Jurnal Litek Volume 8 Nomor 1, Maret 2011: hal. 28-31 4.
Besaran debit air dapat diperoleh dengan menghitung luas penampang aliran dan dikalikan dengan kecepatan yang terukur.
DAFTAR PUSTAKA Malvino,
Metode
Albert Paul, 1990, Aproksimasi Rangkaian Semikonduktor, Penerbit Erlangga, Jakarta
Pengukuran Debit http://mayong.staff.ugm.ac.id/site/, tanggal : 15 Oktober 2010
Aliran, diakses
Puslitbang sumber daya air, Tata Cara Pengukuran Debit Sungai dan Saluran Terbuka, SNI 03-2414-1991, 1991 Takeda, K. ; 2003 ; Hidrologi, Untuk Pengairan ; PT Pradnya Paramita ; Jakarta. Widodo Budiarto, 2005, Perancangan Sistem dan Aplikasi Mikrokontroller, Elex Media Komputindo, Jakarta.
31
