PEMBUATAN ALAT PENENTU WARNA TANAH BERDASARKAN MUNSELL SOIL COLOR CHARTS
MUHAMMAD KHOIRUL ANAM
DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2014
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Pembuatan Alat Penentu Warna Tanah Berdasarkan Munsell Soil Color Charts adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini. Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut Pertanian Bogor. Bogor, November 2014 M. Khoirul Anam NIM G74100063
ABSTRAK KHOIRUL ANAM. Pembuatan Alat Penentu Warna Tanah Berdasarkan Munsell Soil Color Charts. Dibimbing oleh FAOZAN AHMAD dan HERIYANTO SYAFUTRA. Pembuatan alat penentu warna tanah memanfaatkan sensor TCS3200 sebagai pendeteksi warna yang telah dikonversi menjadi frekuensi. Alat yang telah dibuat menggunakan sumber cahaya LED berwarna putih dengan jangkauan panjang gelombang 350 nm – 780 nm. Sensor dirancang untuk mengukur nilai intensitas cahaya yang dipantulkan oleh bahan. Keluaran sensor berupa frekuensi yang nilainya proporsional terhadap intensitas cahaya yang diterima. Frekuensi keluaran sensor secara linear diubah menjadi nilai RGB untuk mengurangi riak (noise) pengukuran dan penghematan memori. Data acuan pengelompokan dibuat dalam bentuk database yang berisi notasi warna tanah dan nilai RGB. Penotasian warna didasarkan pada notasi warna yang terdapat di Munsell Soil Color Charts. Klasifikasi sampel uji ke dalam kelompok yang tersedia di database menggunakan metode jarak euclid. Hasil klasifikasi yang terbaik akan ditampilkan di LCD berupa notasi hue value/chroma seperti pada Munsell Soil Color Charts. Kata kunci: Munsell, sensor warna, warna tanah
ABSTRACT KHOIRUL ANAM. Designing Classifiers Device Based on the Munsell Soil Color Soil Color Chart. Supervised by FAOZAN AHMAD and HERIYANTO SYAFUTRA. Generally read the color of the soil using soil color chart, but on this device utilizes TCS3200 as color detection sensor for soil color. The output of the sensor is square wave (50% duty cycle) with frequency directly proportional to light intensity (irradiance). This devices using white LED light source with a wavelength of 350 nm - 780 nm. The sensor is designed to measure the intensity of light reflected by the material. The frequency of the sensor output linearly converted into RGB values to reduce noise measurement and memory savings. Reference data for classification compiled in the form of a database that contains the address of soil color and RGB values. Addressing the color based on the color notations contained in the Munsell Soil Color Charts. The classification uses euclid method to classify test material into groups that are available in the database. The best classification result will be displayed on the LCD with format hue value/chroma as the Munsell Soil Color Charts. Keywords: Color sensor, Munsell, soil color
RANCANG BANGUN ALAT KLASIFIKASI WARNA TANAH BERDASARKAN MUNSELL SOIL COLOR CHARTS
MUHAMMAD KHOIRUL ANAM
Skripsi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains pada Departemen Fisika
DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2014
Judul Skripsi : Pembuatan Alat Penentu Warna Tanah Berdasarkan Munsell Soil Color Charts Nama NIM
: Muhammad Khoirul Anam : G74100063
Disetujui oleh
Faozan Ahmad S.Si, M.Si Pembimbing I
Heriyanto Syafutra, S.Si, MSi Pembimbing II
Diketahui oleh
Dr. Akhiruddin Maddu, M.Si Ketua Departemen
Tanggal Lulus:
PRAKATA
Puji syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT yang telah memberikan limpahan rahmat dan hidayahnya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Judul awal pada rencana penelitian yaitu aplikasi sensor warna sebagai penentu kualitas obat kumis kucing, akan tetapi terdapat beberapa kendala sehingga alat yang telah dibuat diaplikasikan sebagai pengklasifikasi warna tanah. Penelitian ini berjudul Pembuatan Alat Penentu Warna Tanah berdasarkan Munsell Soil Color Charts, bertujuan untuk mempermudah dalam melakukan klasifikasi warna tanah. Karya ilmiah ini disusun sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar sarjana sains program sarjana di Departemen Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor. Penulis mengucapkan terimakasih kepada pihak-pihak yang membantu penulis dalam penyelesaian tugas akhir diantaranya: 1. Bapak Faozan dan Bapak Heriyanto Syafutra selaku dosen pembimbing yang telah memberikan arahan dan motivasi. 2. Bapak Mamat Rahmat selaku dosen penguji yang telah memberikan masukan dalam melakukan penelitian. 3. Bapak Basuki dosen Departemen Ilmu Tanah yang telah memberikan masukan dan bersedia meminjamkan buku bagan warna tanah. 4. Pak Erus atas masukan dan sarannya juga Pak Yani dan Pak Toni atas bantuan selama di Lab Bengkel dan Lab Elektronika. 5. Seluruh dosen dan staf Departemen Fisika IPB. 6. Kedua orang tua yang selalu memberikan motivasi. 7. Teman-teman fisika angkatan 46, 47, 48 atas persahabatan dan kebersamaannya. Penulis menyadari bahwa skripsi ini jauh dari sempurna dan terdapat kekurangan, namun demikian hasil penelitian ini diharapkan dapat memberikan manfaat. Kritik dan saran yang membangun sangat penulis harapkan untuk pengembangan alat yang telah dibuat ini. Semoga Allah SWT senantiasa melimpahkan rahmat dan karunianya untuk kita semua. Amin.
Bogor, November 2014 M. Khoirul Anam
DAFTAR ISI DAFTAR TABEL
vi
DAFTAR GAMBAR
vi
DAFTAR LAMPIRAN
vi
PENDAHULUAN
1
Latar Belakang
1
Perumusan Masalah
1
Tujuan Penelitian
2
Manfaat Penelitian
2
Ruang Lingkup Penelitian
2
TINJAUAN PUSTAKA
2
METODE
4
Bahan
4
Alat
4
Prosedur Penelitian
5
HASIL DAN PEMBAHASAN
10
Karakterisasi Sumber Cahaya
10
Hasil Pengujian Sensor
10
Data Hasil Pengukuran
13
Hasil Pengujian Alat
14
SIMPULAN DAN SARAN
14
Simpulan
14
Saran
14
DAFTAR PUSTAKA
15
LAMPIRAN
16
RIWAYAT HIDUP
17
DAFTAR TABEL Pengaturan pemilihan frekuensi output sensor Konfigurasi pin pengontrol fotodiode Pengujian sensor di berbagai warna (tanpa probe) Data pengujian sensor dengan probe Data warna tanah dalam nilai RGB Hasil pengujian alat
6 7 11 12 13 14
DAFTAR GAMBAR Sistem warna Munsell.4 Bagan warna tanah.6 Sensor TCS3200.8 Blok diagram kerja Sensor TCS3200. Probe sensor dilengkapi tempat sampel dan tutup. Rangkaian regulator 5V Kaki-kaki sensor TCS3200. Rangkaian Sensor TCS3200 dilengkapi dengan LED sumber. Sistem minimum Arduino. (a) LCD Nokia5110 (b) Fungsi kaki-kaki LCD. Panjang gelombang sumber cahaya (LED Putih). Probe sensor.
2 3 4 4 5 6 6 7 8 8 10 12
DAFTAR LAMPIRAN Data pengukuran warna tanah
16
PENDAHULUAN
Latar Belakang Tanah adalah bagian kerak bumi yang vital peranannya bagi keberlangsungan makhluk hidup. Tanah memiliki karakteristik yang berbeda-beda bergantung pada bahan mineral yang terkandung di dalamnya. Warna tanah merupakan ciri utama yang paling mudah diingat orang. Warna tanah sangat bervariasi, mulai dari hitam kelam, coklat, merah bata, jingga, kuning, hingga putih. Selain itu, tanah dapat memiliki lapisan-lapisan dengan perbedaan warna yang kontras sebagai akibat proses kimia (pengasaman) atau pencucian (leaching). Tanah berwarna hitam atau gelap seringkali menandakan kehadiran bahan organik yang tinggi, baik karena pelapukan vegetasi maupun proses pengendapan di rawa-rawa. Warna tanah kemerahan atau kekuningan biasanya disebabkan kandungan besi teroksidasi yang tinggi. Warna yang berbeda terjadi karena pengaruh kondisi proses kimia pembentukannya. Suasana aerobik/oksidatif menghasilkan warna yang seragam atau perubahan warna bertahap, sedangkan suasana anaerobik/reduktif membawa pada pola warna yang bertotol-totol atau warna yang terkonsentrasi.1 Dalam perkembangannya, klasifikasi tanah berdasarkan warna secara teknis digambarkan dalam buku bagan warna tanah (Munsell Soil Color Charts). Pada buku Munsell Soil Color Charts warna didefinisikan dalam 3 ruang dimensi yaitu hue, value dan chroma. Tiga parameter tersebut yang menentukan notasi pada warna tanah yang telah diklasifikasi.2 Dalam aplikasinya di lapangan, membandingkan warna tanah menggunakan buku bagan warna tanah tidak semua orang dapat melakukannya dengan baik. Pada umumnya ditunjuk seorang surveyor yang memiliki penglihatan tajam dan pengalaman yang cukup dalam mengklasifikasi tanah.3 Di sisi lain, perkembangan teknologi sensor dan elektronika telah menghasilkan berbagai produk yang dapat membantu mendeteksi perubahan fisika atau kimia. Salah satunya yaitu sensor warna dan rangkaian terintegrasi mikrokontroller. Sensor warna dapat membaca perubahan intensitas cahaya pada rentang spektrum tertentu. Sedangkan mikrokontroller saat ini telah dilengkapi dengan berbagai jenis ukuran memori dan fitur. Mikrokontroller dapat diprogram untuk membaca sensor, mengolah data dan menampilkannya sesuai dengan keperluan pengguna. Hal tersebut memungkinkan untuk dibuat suatu alat yang dapat mengukur nilai warna tanah, mengolah datanya dan menampilkan hasilnya sesuai dengan notasi warna yang terdapat di dalam bagan warna tanah. Pengukuran dengan alat akan lebih objektif dalam penentuan warna tanah dan mudah untuk dibawa ke lapangan. Perumusan Masalah Pengukuran warna tanah pada umumya dilakukan dengan mengambil sampel tanah dan dibandingkan terhadap warna yang tersedia dalam buku bagan warna tanah. Oleh karena itu, bagaimana cara merancang alat ukur warna tanah secara elektronik dan dengan mudah dapat mengetahui ukuran hue, value, dan chroma seperti yang dinotasikan pada Munsell Soil Color Charts dalam waktu yang singkat.
2
Tujuan Penelitian Penelitian ini bertujuan membuat alat ukur warna tanah secara elektronik berdasarkan buku bagan warna tanah (Munsell Soil Color Charts). Manfaat Penelitian Hasil dari penelitian ini diharapkan dapat mempermudah dalam klasifikasi warna tanah. Ruang Lingkup Penelitian Penelitian ini dibatasi pada pengukuran warna tanah yang terdapat di labolatorium dan telah dinotasikan berdasarkan Munsell Soil Color Charts. Kombinasi warna di luar jangkauan Munsell Soil Color Charts akan diklasifikasikan ke dalam spektrum warna paling dekat yang tersedia pada Munsell Soil Color charts.
TINJAUAN PUSTAKA Munsell Soil Color Chart Munsell Soil Color Charts ditemukan oleh Albert Henry Munsell, seorang pelukis dan guru seni di Massachusetts Normal Art School (sekarang menjadi Massachusetts College of Art and Design). Munsell menjadi terkenal atas penemuan sistem warna Munsell, sebuah gagasan awal untuk menciptakan sebuah sistem yang akurat untuk menggambarkan warna dengan angka. Sistem warna Munsell telah mendapat penerimaan internasional dan telah menjadi dasar dalam berbagai sistem warna. Sistem warna Munsell dapat dilihat seperi pada Gambar 1.
Gambar 1 Sistem warna Munsell.4
3 Sistem Munsell ini terdiri dari 3 dimensi independen yang dapat digambarkan dalam bentuk silinder. Tiga dimensi yang dimaksud yaitu hue, diukur dengan derajat sekitar lingkaran horizontal, value diukur dari sumbu vertikal dari 0 (hitam) sampai 10 (putih) dan chroma diukur radial keluar dari sumbu vertikal.5 Hue merupakan warna spektrum yang dominan berdasarkan nilai panjang gelombangnya. Setiap lingkaran horizontal Munsell dibagi menjadi lima warna utama yaitu merah, kuning, hijau, biru, ungu dan lima warna menengah yang berada diantaranya. Value atau tingkat kecerahan bervariasi secara vertikal sepanjang warna solid. Mulai dari hitam (0) sampai putih (10) di bagian atas, dan abu-abu netral terletak di sepanjang sumbu vertikal diantara hitam dan putih. Chroma dapat diartikan sebagai derajat keberangkatan warna dari warna netral yang memiliki value sama. Chroma diukur secara radial dari pusat setiap irisan mewakili kemurnian dari warna (tingkat saturasi). Pada buku bagan warna tanah terdapat lubang dibagian bawah warna untuk meletakkan sampel tanah seperti pada Gambar 2.
Gambar 2 Bagan warna tanah.6 Dalam mengklasifikasi warna tanah berdasarkan Munsell soil color charts, warna tanah yang akan diukur dibandingkan terhadap warna bagan dan dicari sehingga didapatkan warna yang paling dekat. Warna tanah yang telah sesuai kemudian dinotasikan dengan format hue value/chroma, misalnya 7.5YR 8/6.6 Sensor TCS3200 Sensor TCS3200 adalah sensor yang dapat mengkonversi warna ke frekuensi. Sensor ini terdiri dari fotodiode dan IC CMOS pengkonversi arus ke frekuensi. Fekuensi output dari sensor berupa gelombang kotak (square wave) 50% duty cycle dan nilai frekuensi sebanding dengan intensitas cahaya yang diterima.7
4
Gambar 3 Sensor TCS3200.8 Dalam mengkonversi cahaya ke frekuensi, sensor TCS3200 membaca nilai array fotodiode berukuran 8x8. Enam belas fotodiode memiliki filter warna biru, enam belas fotodiode memiliki filter warna hijau, enam belas fotodiode memiliki filter warna merah dan enam belas sisanya tanpa filter (clear). Filter setiap warna merata di seluruh bagian array untuk menghilangkan bias lokasi antar warna. Nilai intensitas cahaya yang terbaca oleh array fotodiode akan mengakibatkan perubahan arus. Selanjutnya perubahan arus tersebut dikonversi menjadi frekuensi oleh IC CMOS. Output frekuensi berupa square wave (gelombang kotak) dengan duty cycle 50%. Pada aplikasi penggunaannya, sensor ini dapat dikontrol menggunakan pin digital (HIGH/LOW). Pengontrolan itu meliputi pemilihan filter fotodiode yang aktif maupun membuat skala pada frekuensi output.8
Gambar 4 Blok diagram kerja Sensor TCS3200.
METODE Bahan Komponen-komponen elektronika yang digunakan pada penelitian ini adalah microcontroller Atmega328P-PU 1 buah, sensor TCS3200D 1 buah, resistor (10kΩ, 3.3kΩ, 1kΩ, 220Ω), kapasitor (0.1uF, 47nF, 100uF), PCB polos 1 papan, LCD Nokia 5110, IC Regulator 7805DT, kabel power 2 wire, kabel data 10 wire, timah Asahi 1 gulung, switch/saklar, box hitam berukuran (7,5cm x 10cm x 3,5cm), push button 1 buah, baterai 1 cell 3.7V 3200mAh dan charger. Serta beberapa jenis tanah kering yang terdapat di Laboratorium Departemen Ilmu Tanah. Alat Alat yang digunakan pada penelitian ini adalah laptop Acer Aspire 4741G, software IDE Arduino 1.0.5, software Google Sketchup, ISIS Proteus, Eagle 7.1.0, spektrofotometer Osean Optics USB2000, multimeter, Adaptor universal JY-026,
5 bor tangan, solder Dekko ST-55, obeng, Multimeter DT-830B, penyedot timah, tang jepit, obeng, cutter, dan glue gun. Prosedur Penelitian Karakterisasi Sumber Cahaya Sumber cahaya yang digunakan yaitu LED super bright berwarna putih dengan ukuran diameter 5 mm. Pengujian sumber cahaya menggunakan spektrofotometer dengan mengukur intensitas dan panjang gelombang optimal cahaya yang dipancarkan oleh LED. Pengujian Sensor Pada penelitian ini sensor optik yang digunakan adalah TCS3200. Pengujian sensor dilakukan dengan mengukur nilai frekuensi output sensor dalam berbagai perlakuan. Perlakuan untuk pengujian sensor yaitu mengukur nilai frekuensi output dengan mengatur aktif/nonaktif fotodiode yang memiliki filter red, green, dan blue secara bergantian. Bahan uji yang digunakan yaitu kertas warna dengan berbagai jenis warna kombinasi. Perancangan Perangkat Keras 1. Desain Probe Sensor Pembuatan desain probe sensor dengan bantuan aplikasi Google Sketchup. Probe sensor dirancang memiliki bentuk silinder dengan diameter 4 cm, dengan posisi sensor tepat berada di tengah silinder dan dikelilingi 4 led 5mm berwarna putih secara simetris. Ketinggian sensor tepat 1 cm dari posisi tempat sampel.
Gambar 5 Probe sensor dilengkapi tempat sampel dan tutup. 2. Skematik Rangkaian a. Rangkaian Regulator Rangkaian regulator berfungsi sebagai pemotong tegangan masukan agar tegangan yang keluar teregulasi pada nilai tertentu. Pada penelitian ini sumber tegangan yang dibutuhkan untuk rangkaian sistem adalah 5V. sehingga IC regulator yang digunakan harus memiliki tegangan keluaran 5V, salah satunya yaitu IC regulator 7805DT.9
6
Gambar 6 Rangkaian regulator 5V b. Rangkaian Sensor TCS3200 Sensor TCS3200 dapat mengkonversi warna ke frekuensi, fungsi kaki –kaki (pin out) sensor dapat dilihat seperti pada Gambar 7.
Gambar 7 Kaki-kaki sensor TCS3200. Sumber tegangan yang dibutuhkan untuk memasok daya pada sensor ini yaitu vcc/5V dan ground/0V dengan dipisahkan sebuah kapasitor buffer. Kaki OUT berfungsi sebagai pin output frekuensi dari sensor. Kaki OE berfungsi sebagai saklar untuk frekuensi output dengan sistem aktif LOW. Kaki S0 dan S1 berfungsi sebagai pin kontrol skala frekuensi yang keluar dari sensor. Konfigurasi kondisi kaki dalam pemilihan skala frekuensi output dapat dilihat pada Tabel 1. sedangkan kaki S2 dan S3 berfungsi sebagai pin kontrol untuk memilih tipe fotodiode yang akan diaktifkan. Pemilihan tipe fotodiode yang akan diaktifkan mengikuti aturan seperti pada Tabel 2. Tabel 1 Pengaturan pemilihan frekuensi output sensor S0
S1
Skala Frekuensi Output
L
L
Mati
L
H
2%
H
L
20%
H
H
100%
7 Tabel 2 Konfigurasi pin pengontrol fotodiode S2
S3
Tipe Fotodiode Aktif
L
L
Merah
L
H
Biru
H
L
tanpa Filter (clear)
H
H
Hijau
Dalam rangkaian sensor dirancang dengan sumber cahaya led sebanyak 4 buah. Sehingga rangkaian sensor dan cahaya sumber menjadi satu kesatuan modul sensor. Secara umum kaki - kaki sensor S0, S1, S2, S3 dan OUT dihubungkan dengan resistor 10kΩ menuju tegangan VDD/5Volt dan OE ke ground/0Volt. Selanjutnya pertengahan dari masing-masing hubungan kaki S0, S1, S2, S3, OUT dan OE tersambung dengan konektor menuju rangkaian utama. Rangkaian sensor TCS3200 dapat dilihat seperti pada Gambar 8.
Gambar 8 Rangkaian Sensor TCS3200 dilengkapi dengan LED sumber. c. Rangkaian Sistem Minimum Arduino Pada penelitian ini menggunakan IC mikrokontroller buatan atmel yaitu Atmega328P. Untuk membuat sebuah sistem minimum Arduino maka IC Atmega328P perlu dimasukkan bootloader dan ditambahkan beberapa komponen elektronik seperti clock eksternal (crystal), menghubungkan pin reset dan pin daya (VCC dan GND). Secara umum rangkaian sistem minimum Arduino dapat dilihat pada Gambar 9.
8
Gambar 9 Sistem minimum Arduino. d. Rangkaian LCD Penampil (display) yang digunakan yaitu LCD Nokia5110 yang merupakan LCD grafik dengan ukuran 84x48 piksel. LCD ini dapat berfungsi dengan baik pada sumber tegangan masukan 3 – 4 volt, sehingga untuk menurunkan tegangan dari power 5v (vcc) perlu ditambahkan resistor 3.3kΩ sampai 4.7kΩ sebelum ke sumber tegangan input LCD. Untuk menjaga kejernihan kontras LCD dapat ditambahkan kapasitor 47nF-100nF diantara vcc dan gnd LCD. Bentuk LCD Nokia5110 dapat dilihat pada Gambar 10.
Gambar 10 (a) LCD Nokia5110 (b) Fungsi kaki-kaki LCD. Perancangan Perangkat Lunak Perancangan perangkat lunak meliputi penyusunan algoritma dan kode program untuk mikrokontroller menggunakan software IDE Arduino dan simulasi rangkaian analog menggunakan software Proteus. Pemograman mikrokontroller
9 terdiri dari membaca input tombol, membaca nilai sensor, pengolahan nilai sensor, dan mengeluarkan output berupa tampilan di lcd. Pembuatan Hardware Pembuatan perangkat keras meliputi pembuatan probe sensor, mencetak rangkaian pada papan PCB (Printed Circuit Board) serta membuat casing untuk tempat rangkaian. Pembuatan probe sensor dilakukan dengan bantuan alat cetak tiga dimensi/3D Printer. Hasil cetakan kemudian dihaluskan menggunakan kertas pasir pada sisi-sisi yang masih kasar. Selanjutnya permukaan probe diwarnai dengan menggunakan pilox warna hitam doff sampai merata di seluruh bagian. Mencetak rangkaian pada papan PCB dilakukan secara manual dengan mencetak rangkaian yang telah dibuat di aplikasi eagle ke dalam kertas transfer (transfer paper), selanjutnya kertas ditempelkan pada PCB dan disetrika. Setelah rangkaian berada di PCB kemudian dilarutkan ke dalam larutan FeCl3 sampai terbentuk jalur rangkaian yang sebenarnya. Integrasi Sistem dan Pengujian Integrasi sistem atau penggabungan fungsi dari masing-masing komponen pertama kali dilakukan dengan menyatukan seluruh bagian di papan rangkai (project board). Kemudian dilakukan uji kerja sistem, ketika fungsi sistem berjalan dengan benar maka selanjutnya rangkaian dipindahkan dalam bentuk PCB dan dilakukan pemasangan komponen sesuai pada tempatnya. Selanjutnya dilakukan pengujian lagi dengan sistem yang sudah terintegrasi dalam satu papan PCB. Prosedur Analisis data Dalam penelitian ini prosedur analisis data yang dilakukan yaitu mengukur nilai frekuensi output dari sensor akibat pembacaan terhadap cahaya pantulan dari sampel. Frekuensi yang diukur terbagi dalam 3 jenis, yaitu frekuensi untuk nilai Red, Green, dan Blue. Nilai frekuensi tersebut kemudian diolah menjadi nilai RGB menggunakan interpolasi linear dengan rentang nilai 0 - 255. Pemetaan nilai frekuensi output sensor menjadi nilai RGB menggunakan interpolasi linear pada persamaan (1). 𝑥=
(𝑓𝑜 −𝑓𝑑 ) (𝑓𝑤 −𝑓𝑑 )
. 255
(1)
Dengan x adalah masing-masing nilai R, G dan B, fo adalah frekuensi output sensor, fw adalah frekuensi white (putih) dan fd adalah frekuensi dark (hitam). Frekuensi white dan frekuensi dark ditentukan pada saat kalibrasi. Penentuan nilai frekuensi white dan frekuensi dark didasarkan pada nilai frekuensi tertinggi dan frekuensi terendah yang dapat menjangkau seluruh frekuensi sampel. Sehingga frekuensi output sensor pada pembacaan sampel berada di rentang frekuensi white dan frekuensi dark. Selanjutnya data nilai RGB yang telah diperoleh disusun menjadi database yang akan menjadi acuan sistem klasifikasi. Tingkat kedekatan nilai RGB sampel baru terhadap nilai RGB yang telah tersedia di database ditentukan dengan menggunakan metode jarak euclid. Pencarian nilai terdekat diperoleh dengan metode menghitung jarak euclid titik di sistem 3 dimensi yaitu untuk masing-
10 masing nilai R,G, dan B. Penghitungan jarak euclid untuk masing-masing nilai R,G dan B menggunakan persamaan (2). 𝐷(𝑅, 𝐺, 𝐵) = √(𝑅𝑑 − 𝑅𝑢 )2 + (𝐺𝑑 − 𝐺𝑢 )2 + (𝐵𝑑 − 𝐵𝑢 )2
(2)
Dengan D(R,G,B) adalah jarak euclid, Rd, Gd, dan Bd masing - masing adalah nilai Red, Green, dan Blue kelompok data yang berada di dalam database, sedangkan Ru, Gu, dan Bu masing – masing adalah nilai Red, Green dan Blue data unknown yang akan diklasifikasikan.
HASIL DAN PEMBAHASAN Karakterisasi Sumber Cahaya Hasil karakterisasi sumber cahaya yaitu LED super bright warna putih menunjukkan bahwa rentang panjang gelombang berada pada 400 nm sampai 780 nm dengan intensitas optimal berada di rentang panjang gelombang 412 nm sampai 679 nm. Sehingga dengan menggunakan LED jenis ini dapat menjangkau spektrum cahaya tampak (visible). Hasil pengukuran panjang gelombang sumber cahaya dapat dilihat pada Gambar 11. 70000
intensity (count)
60000 50000 40000 30000 20000
10000 0 0
200
400
600
800
1000
wave lenght (nm)
Gambar 11 Panjang gelombang sumber cahaya (LED Putih). Hasil Pengujian Sensor Hasil pengujian sensor menunjukkan bahwa TCS3200 memiliki resolusi yang tinggi dalam mengkonversi perubahan warna ke frekuensi. Hal ini dapat dilihat pada nilai frekuensi untuk warna hitam dan putih memiliki jarak yang sangat besar. Pada pengujian sensor digunakan kertas warna dengan berbagai variasi warna. Kertas warna yang digunakan masing – masing warna tersebar secara merata di seluruh permukaan kertas (homogen). Pada pengujian ini frekuensi output sensor diatur pada skala maksimal. Hasil pengujian sensor dapat dilihat pada Tabel 3.
11
Probe Sensor Probe sensor dirancang berbentuk silinder dengan diameter luar 5 cm dan diameter dalam 4 cm dan tinggi total 38 mm dengan posisi sensor tepat ditengah diameter silinder. Di sekeliling sensor terdapat 4 lubang dengan diameter masingmasing 5 mm yang berfungsi sebagai tempat sumber cahaya yaitu LED 5 mm super bright berwarna putih. Berdasarkan literatur, sensor TCS3200 memiliki jarak optimal deteksi pada 10 mm, sehingga probe sensor dibuat posisi sampel tepat berada 1 cm di bawah sensor. Pada bagian tempat sampel terdapat penahan (stopper) untuk menjaga agar jarak sampel dan sensor bernilai konstan. Di bagian penutup probe sensor terdapat lubang datar tipis sebagai tempat keluarnya kabel sensor menuju rangkaian sistem. Probe sensor diwarnai dengan pilox hitam doff agar cahaya yang dibaca sensor tidak dipengaruhi oleh pantulan cahaya dari dinding probe bagian dalam akan tetapi murni pantulan cahaya dari sampel. Penampakan hasil cetakan probe sensor dapat dilihat pada Gambar 12. Tabel 3 Pengujian sensor di berbagai warna (tanpa probe) Warna Hitam Kuning Merah Pink Orange Putih Hijau Ungu Cyan Abu-Abu Biru Cokelat
Filter Red (Hz) 11920 12050 134000 133840 83740 83530 173410 173210 168430 171190 130650 130880 41560 41170 85320 84610 48490 47440 39170 39130 24380 23510 43510 43270
Filter Green (Hz) 9820 9930 117260 117160 18480 18460 45700 45630 45780 46380 112610 112840 92210 91430 41400 41570 79080 73420 33780 33870 27830 27380 24520 24410
Filter Blue (Hz) 11400 11510 65090 64980 21990 21940 93180 93050 42850 43520 133690 134100 45160 44750 80780 81050 108170 102670 39490 39640 54200 53560 23440 23350
Pengujian probe sensor dilakukan untuk mengetahui perbedaan frekuensi output sensor dibandingkan dengan frekuensi output sensor tanpa menggunakan probe. Pada pengujian probe sensor, digunakan sampel yang sama dengan sampel
12 pada pengujian sensor yaitu kertas dengan berbagai variasi warna. Data frekuensi hasil pembacaan sensor dapat dilihat pada Tabel 4.
Gambar 12 Probe sensor. Tabel 4 Data pengujian sensor dengan probe Warna Hitam Kuning Merah Pink Orange Putih Hijau Ungu Cyan Abu-Abu Biru Cokelat
Filter Red (Hz) 2520 2430 43140 43310 27370 27490 55690 55590 54950 55050 43340 43040 14480 14510 28060 28010 16920 16960 13000 13070 7490 7530 15380 15370
Filter Green (Hz) 2270 2190 40990 41140 6740 6810 17760 17740 16750 16790 41220 40900 33210 33240 15600 15570 27730 27790 12380 12420 10420 10450 9110 9090
Filter Blue (Hz) 2590 2500 23600 23720 7940 8020 35760 35730 15230 15250 49870 49580 16340 16350 31100 31080 38900 38980 14680 14740 20950 20980 8330 8310
Berdasarkan data pengujian sensor dengan menggunakan probe (Tabel 4), terlihat bahwa frekuensi pada masing – masing warna relatif lebih kecil jika dibandingkan dengan data pengujian sensor tanpa probe (Tabel 3). Hal ini dikarenakan jarak sensor dengan sampel pada pengujian probe lebih besar yaitu 1.5
13 cm, sedangkan jarak sensor dengan sampel pada pengujian tanpa probe 7 mm. Pada Tabel 3 (tanpa probe) terdapat beberapa warna yang nilai frekuensinya lebih besar dari frekuensi warna putih. Hal ini disebabkan oleh cahaya dari lingkungan sekitar memiliki pengaruh besar terhadap pembacaan sensor. Sehingga pemasangan sensor di dalam probe akan menghalangi interferensi cahaya dari lingkungan dan sensor menjadi lebih fokus dalam membaca pantulan cahaya dari LED. Data Hasil Pengukuran Pengambilan data dilakukan dengan membaca nilai frekuensi yang keluar dari sensor pada berbagai jenis warna tanah kemudian mencocokkan warna tanah tersebut dengan buku bagan warna tanah (Munsell Soil Color Charts) untuk mendapatkan nilai hue, value dan chroma. Dalam pengambilan data skala frekuensi sensor diatur pada nilai 100%. Hal ini dilakukan karena pada bagan warna tanah memiliki kombinasi warna yang kaya, sehingga dibutuhkan nilai rentang frekuensi yang besar untuk dapat membedakan warna yang berdekatan. Nilai frekuensi yang terbaca kemudian dikonversi menjadi nilai RGB menggunakan interpolasi linear dengan tujuan untuk memfilter riak – riak frekuensi (noise) ketika pengambilan data. Sebelum melakukan konversi, sensor dikalibrasi dengan menginisialisasi nilai frekuensi untuk warna putih dan hitam pada kertas warna yang telah ditentukan. Nilai RGB diatur dalam rentang 0 – 255. Pemilihan rentang 0 - 255 (1 byte) didasarkan pada ukuran memori mikrokontroller yang cukup kecil sedangkan data yang akan disimpan berjumlah banyak. Contoh hasil pengubahan nilai frekuensi menjadi nilai RGB dapat dilihat pada Tabel 5. Data yang diperoleh dari pengukuran, disimpan dalam bentuk database di dalam memori IC mikrokontroller sesuai dengan notasi warna yang tertera pada buku bagan warna tanah. Berikut ini adalah sampel pengambilan data warna tanah yang dibaca oleh alat dan disajikan dalam nilai RGB. Tabel 5 Data warna tanah dalam nilai RGB Notasi Warna Red Green Blue 105 57 52 10R 7/4 104 57 52 106 57 53 158 165 122 GLEY2 8/10B 157 164 122 160 166 122 7 3 2 GLEY1 2.5/N 8 3 2 8 4 3 60 18 6 7.5YR 5/8 59 18 6 60 19 6 Isi database merupakan data yang akan dijadikan acuan untuk mengelompokkan (klasifisikasi) sampel uji ke nilai terdekat yang terdapat di database. Digunakan metode jarak euclid untuk menentukan tingkat kedekatan nilai sampel uji terhadap nilai data warna yang terdapat di database.
14 Sampel uji yang memiliki nilai RGB terdekat dengan salah satu kelompok di dalam database, akan diklasifikasikan ke dalam kelompok tersebut dan ditampilkan notasi warnanya di LCD. Hasil Pengujian Alat Data warna tanah hasil pengambilan data diambil nilai median untuk dimasukkan ke dalam database. Pengujian alat dilakukan setelah seluruh isi database dimasukkan ke dalam memori mikrokontroller. Tanah yang digunakan untuk pengujian alat adalah tanah yang sama seperti pada pengambilan data. Hasil pengujian alat dapat dilihat pada Tabel 6. Tabel 6 Hasil pengujian alat Notasi Warna Tanah
Tampilan LCD
Error
GLEY1 2.5/N
GLEY1 2.5/N
-
GLEY2 8/10B
GLEY2 8/10B
-
7.5YR 5/8
7.5YR 5/8
-
10R 7/4
10R 7/4
-
Hasil pengujian alat menunjukkan bahwa alat dapat mengklasifikasi warna tanah dengan baik sesuai dengan yang ditunjukkan oleh buku bagan warna tanah. Kesalahan pembacaan alat dapat terjadi ketika probe sensor tidak diletakkan dengan baik pada permukaan tanah.
SIMPULAN DAN SARAN Simpulan Pembuatan alat penentu warna tanah dapat direalisasikan sesuai dengan tujuan penelitian. Pembuatan alat dilaksanakan berdasarkan prosedur penelitian mulai dari simulasi rangkaian, uji coba rangkaian, penyusunan algoritma perangkat lunak, pembuatan perangkat keras serta pengujian alat. Alat penentu warna tanah dapat menjadi solusi yang tepat bagi para surveyor dalam mengklasifikasi warna tanah di lapangan. Hasil keluaran data yang ditampilkan di display dari alat penentu warna tanah ini berupa kode warna sesuai dengan notasi pada Munsell Soil Color Chart. Hal ini dapat mempermudah dalam mengkomunikasikan warna ke berbagai pihak dikarenakan sistem warna Munsell telah mendapat penerimaan internasional dan telah menjadi dasar dalam berbagai sistem warna. Saran Penggunaan alat penentu warna tanah ini terbatas pada tanah dengan kondisi kering. Penambahan isi database sangat dianjurkan untuk meningkatkan kemampuan alat dalam mengklasifikasikan warna tanah. Untuk isi database dengan jumlah besar disarankan menggunakan memori SD Card sebagai media
15 penyimpanannya. Selain itu perlu dilakukan perancangan ulang probe sensor dan casing alat agar lebih sederhana dan ergonomis.
DAFTAR PUSTAKA 1. United States Departement of Agriculture, Natural Resources Conservation Service Soils. The Color of Soil. nrcs.usda.gov [terhubung berkala]. http://www.nrcs.usda.gov/wps/portal/nrcs/detail/soils/edu/kthru6/?cid=nrc s142p2_054286 [19 November 2014] 2. Gretag Macbeth. Munsell Soil Color Charts. New Windsor, NY 12553. 2000 3. Soil Survey Division Staff. Soil survey manual. Soil Conservation Service. U.S. Department of Agriculture Handbook 18.1999. 4. Kuehni, Rolf G. The early development of the Munsell system. Color Research and Application 27 (1): 20–27. 2000. 5. Landa, Edward R.; Mark D. Fairchild (September–October 2005). Charting Color from the Eye of the Beholder. American Scientist 93 (5): 436–443 6. Munsell, Albert H. 1912. A Pigment Color System and Notation. The American Journal of Psychology (University of Illinois Press) 23 (2): 236– 244. 7. Pambudi P.E, Sutanta E, Mujiman. 2014. Identifikasi daging Segar menggunakan sensor warna RGB TCS3200-DB. Jurnal Teknologi TECHNOSCIENTIA Vol.6, No.2 8. TAOS corp. 2009. Datasheet for TCS3200 and TCS3210 programmable color light to frequency converter. [terhubung berkala]. http://www.dfrobot.com/image/data/SEN0101/TCS3200%20TCS3210.pdf [9 April 2014] 9. Sarjono, H.D. Elektronika Lanjut. Jember. Cerdas Ulet Kreatif. 2000. 10. Buckman, Harry O dan Nyle C. Brady. Ilmu Tanah. Penerjemah Soegiman. Jakarta: bhratara Karya Aksara. 1982
16 Lampiran 1 Data pengukuran warna tanah Notasi Warna 10R 8/1
10R 6/3
10R 7/4
GLEY2 8/10B
GLEY1 2.5/N
7.5YR 5/8
Red 167 166 166 123 122 123 105 104 106 158 157 160 7 8 8 60 59 60
Green 133 130 132 90 88 89 57 57 57 165 164 166 3 3 4 18 18 19
Blue 83 84 84 58 58 57 52 52 53 122 122 122 2 2 3 6 6 6
17
RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Blora pada tanggal 8 Mei 1993 sebagai anak pertama dari tiga bersaudara dari pasangan Bapak Bisri dan Ibu Jumirah. Penulis menyelesaikan pendidikan dasar di MI Al-Muslim Beganjing, pada tahun 2004, pendidikan tingkat menengah pertama di MTs. Nurul Huda Ngawen tahun 2007 dan melanjutkan studi ke MAN Insan Cendekia Gorontalo. Pada tahun 2010, penulis diterima di Institut Pertanian Bogor melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB (USMI) sebagai mahasiswa di Departemen Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam. Selama kuliah penulis aktif di berbagai organisasi dan kegiatan mahasiswa antara lain Himpunan Mahasiswa Fisika (HIMAFI) tahun 2012 dan 2013, Ikatan Himpunan Mahasiswa Fisika Indonesia (IHAMAFI) tahun 2013-2015, Ikatan Alumni Insan Cendekia Gorontalo (IAICG), serta beberapa kegiatan mahasiswa diantaranya Bina Desa, Pesta Sains Nasional, Kontes Robotik Nasional PP-IPTEK, Trainer Pelatihan Mikrokontroller Arduino FMIPA IPB dan juga sebagai Trainer Pelatihan Robotik Departemen Fisika IPB. Selain itu, selama kuliah penulis menjadi Asisten Praktikum mata kuliah Elektronika Dasar tahun 2012 dan 2013, Praktikum Elektronika Lanjut tahun 2013 dan Asisten Praktikum mata kuliah Sistem Mikroprosesor tahun 2014.
