Rancang Bangun Perekam Data Kelembaban Relatif dan Suhu Udara di Atas Permukaan Laut Berbasis Mikrokontroler

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Kelembaban relatif (RH) dan suhu udara merupakan salah satu parameter yang penting dalam pengukuran meteorologi. Pengukuran kelembaban relatif (RH) secara kontinyu dan kemudahan dalam perawatan diperlukan dalam bidang perikanan dan kelautan, antara lain: perekam data RH lingkungan pantai dan lepas pantai secara in situ, manajemen cold storage untuk hasil perikanan tangkap, pengukuran dalam Hazard Analysis Critical Control Point(HACCP), analisis penyimpanan dalam kontainer, dan sebagainya. Kelembaban relatif adalah rasio yang digambarkan sebagai persentase antara tekanan uap air aktual e terhadap tekanan uap jenuh es, pada suhu udara T tertentu (Brock dan Scott, 2001) Sedangkan suhu udara adalah jumlah panas yang terkandung di udara (Ritter, 2007).

Pengembangan instrumentasi digital semakin canggih dari waktu ke waktu, seperti halnya pada pengembangan sensor berbasis semikonduktor yang terkalibrasi, memiliki akurasi tinggi dan semakin mudah didapat. Oleh karena itu pengembangan sebuah instrumen yang dapat mengukur kelembaban relatif yang disertai perekam data (data logger) kedalam media penyimpanan secara digital, sudah bisa dilakukan.

1.2. Tujuan

Penelitian ini bertujuan untuk:

  1. Membuat instrumen perekam data digital kelembaban relatif dan suhu udara di atas permukaan air laut yang akurat.
  2. Membuat instrumen perekam data yang menggunakan media penyimpanan yang memiliki kompatibilitas antar platform yang baik.
  3. Membuat instrumen yang berdimensi kompak, hemat daya, dan perawatan yang minimum.

METODE PENELITIAN

Penelitian dimulai pada bulan Juli 2008 dan berakhir bulan November 2008 di Laboratorium Akustik dan Instrumentasi Kelautan, Departemen Ilmu dan Teknologi Kelautan, Fakultas Perikanan dan Ilmu Kelautan, Institut Pertanian Bogor. Terdapat 2 tahap pembuatan instrumen perekam data, yaitu perancangan instrumen dan uji coba alat. Perancangan instrumen meliputi pembuatan perangkat keras dan perangkat lunak (firmware). Desain pembuatan papan PCB perangkat keras menggunakan software EAGLE 5.12 dan membuat firmware menggunakan BASCOM-AVR 1.11.9.0. Sedangkan uji coba yang dilakukan meliputi uji coba skala laboratorium dan uji coba skala lapangan. Uji coba skala laboratorium dilakukan untuk mengetahui kinerja alat perekam data selama minimal 7x24 jam, sedangkan uji coba skala lapangan dilakukan di Stasiun Klimatologi Dramaga Badan Meteorologi dan Geofisika (BMG), untuk membandingkan hasil pengukuran alat perekam data dengan data BMG selama minimal 7x24 jam. Lalu hasil yang didapat diolah menggunakan perangkat lunak Microsoft Excel 2007 dan MATLAB R2008b.

HASIL DAN PEMBAHASAN

3.1. Perangkat keras

Perekam data disusun atas Mikrokontroler Atmega32 dengan clock 8Mhz, Real-time Clock (RTC) DS1307, Sensor kelembaban relatif dan suhu udara Sensirion SHT11, soket SDcard, Low-dropout (LDO) Linear Regulator LP2950 dan AIC1734. Selain itu dibutuhkan LED dan beberapa komponen pasif seperti resistor, serta kapasitor (Gambar 1).

Rancang Bangun Perekam Data, Kelembaban Relatif

Gambar 1. Skematik lengkap perekam data suhu udara dan kelembaban relatif

Catu utama menggunakan baterai alkaline sebanyak 4 buah yang dirangkai seri. Baterai ini menghasilkan tegangan 6 volt yang kemudian diregulasi menjadi 5 volt dan 3,3 volt. Tegangan 5 volt digunakan untuk Atmega32, SHT11, dan DS1307, sedangkan 3,3 volt diperlukan oleh SDcard.

Untuk membuat semua komponen terlindungi, dibuatlah casing dari bahan plastik (Gambar 2).

Rancang Bangun Perekam Data, Kelembaban Relatif

Gambar 2. Dimensi casing perekam data suhu udara dan kelembaban relatif

3.2. Perangkat lunak

Perangkat lunak atau biasa disebut firmware pada alat perekam data ini ditulis dengan menggunakan bahasa BASIC. Program yang digunakan adalah BASCOM – AVR versi 1.11.9.0. Bagian-bagian dari perancangan perangkat lunak antara lain: (1) Diagram alir program perekam data, (2) Pembuatan dan kompilasi firmware, (3) Memprogram mikrokontroller Atmega32.

3.3. Hasil uji coba skala laboratorium

Uji coba skala laboratorium dilakukan di Laboratorium Akustik dan Instrumentasi Kelautan, Departemen Ilmu dan Teknologi Kelautan, Institut Pertanian Bogor. Dari hasil percobaan (Gambar 3) alat perekam data ini bisa merekam selama kurang lebih 45 jam sampai baterai habis digunakan.

Rancang Bangun Perekam Data, Kelembaban Relatif
Rancang Bangun Perekam Data, Kelembaban Relatif

Gambar 3. Hasil uji coba skala laboratorium tanggal : (a) 6 September 2008, (b) 7 September 2008, (c) 8 September 2008, (d) 9 September 2008, (e) 11 September 2008, (f) 12 September 2008, (g) 27 September 2008, (h) 28 September 2008

Dari 8 buah grafik diatas terlihat bahwa alat perekam data kelembaban relatif dan suhu udara berbasis mikrokontroler masih memiliki banyak kekurangan. Terputusnya perekaman data dimungkinkan terjadi karena adanya gangguan pada komunikasi DS1307, ganguan komunikasi dengan SDcard, kurangnya arus untuk menyuplai SDcard, keterbatasan kemampuan mikrokontroler dalam manajemen memori (SRAM), serta kesalahan algoritma pemrograman pada firmware.

3.4 Hasil uji coba skala lapangan

Uji coba skala lapangan dilakukan di Stasiun Lapang Klimatologi Darmaga Badan Meteorologi dan Geofisika. Alat perekam data diletakan dalam sangkar berdampingan dengan termometer bola basah dan termometer bola kering. Interval pengambilan data sebesar 1 menit, sedangkan data pembanding BMG diambil dengan interval 1 jam.

Rancang Bangun Perekam Data, Kelembaban Relatif

Gambar 4. Error RH pada tanggal : (a) 8 November 2008, (b) 9 November 2008, (c) 10 November 2008, (d) 11 November 2008, (e) 12 November 2008, (f) 14 November 2008, (g) 15 November 2008, (h) 16 November 2008, (i) 25 November 2008

Rancang Bangun Perekam Data, Kelembaban Relatif

Gambar 5. Error suhu udara pada tanggal : (a) 8 November 2008, (b) 9 November 2008, (c) 10 November 2008, (d) 11 November 2008, (e) 12 November 2008, (f) 14 November 2008, (g) 15 November 2008, (h) 16 November 2008, (i) 25 November 2008

Gambar 4 dan Gambar 5 menunjukkan terdapat selisih yang besar antara data hasil rekaman dengan data BMG. Nilai minus (-) menunjukan bahwa nilai data rekaman lebih kecil dibandingkan data BMG. Sebaliknya, nilai (+) meunjukan bahwa nilai data rekaman lebih besar daripada nilai BMG. Selisih terbesar RH dari semua hari pengamatan adalah sebesar -20,4%, sedangkan selisih suhu udara terbesar sebesar 7,3°C.

KESIMPULAN

Instrumen perekam data kelembaban relatif dan suhu udara di atas permukaan laut telah dikembangkan dalam penelitian ini, namun masih perlu disempurnakan. Walaupun fungsinya sebagai perekam data sudah bisa dibuktikan, namun terdapat beberapa masalah yang perlu diatasi, misalnya data perekaman yang terputus. Faktor-faktor penyebab tidak terekamnya data antara lain : komunikasi mikrokontroler dengan DS1307 terganggu, komunikasi mikrokontroler dengan SDcard terganggu, kurangnya arus yang menyuplai daya, keterbatasan mikrokontroler dalam manejemen memori, serta kesalahan algoritma pemrograman pada firmware.

Selisih terbesar RH dari semua hari pengamatan adalah sebesar -20,4%. Sedangkan selisih suhu udara terbesar sebesar 7,3°C. Faktor-faktor yang mungkin menyebabkannya adalah kesalahan pengukuran sensor suhu udara dan kelembaban relatif SHT11 akibat perlakuan yang kurang baik dalam distribusinya, desain PCB dan casing yang tidak bisa melepas panas dengan baik sehingga mempengaruhi Sensirion SHT11, serta data BMG yang tidak akurat akibat kesalahan sistematik dan kesalahan acak.

SARAN

Desain elektronik secara keseluruhan harus ditinjau kembali, terutama bagian catu daya, DS1307 dan SDcard. Perlu dilakukan pengambilan data dari instrumen digital yang telah terkalibrasi dan perlunya pengkalibrasian ulang sensor suhu udara dan kelembaban relatif SHT1 , baik secara perangkat keras dengan melakukan pengeringan dan rehidrasi, maupun perangkat lunak. Analisis termal sebaiknya dilakukan agar Sensirion SHT11 tidak terpengaruh oleh radiasi panas komponen lain. Perlunya menggunakan baterai yang bisa diisi ulang, walaupun akan menambah rangkaian secara keseluruhan. Perbaikan antarmuka pengguna (User Interface) berupa manjemen file hasil rekaman yang lebih baik, misal membuat file berdasarkan hari perekaman.

DAFTAR PUSTAKA

Brock, F.V., dan Scott J.R. 2001. Meteorogical Measurement System. Oxford University Press US. New York, NY. 310 h.

Ritter, M. 2007. Air Temperature Patterns. http://www.uwsp.edu/geo/faculty/ritter/geog101/uwsp_lectures/lecture_atmospheric_temperature.html

0 komentar:

Poskan Komentar