II. TINJAUAN PUSTAKA - repository.ipb.ac.id · dan kelembaban udara, kecepatan angin, intensitas...

14
3 II. TINJAUAN PUSTAKA 2. 1. Irigasi 2.1.1 Pengertian Irigasi Irigasi adalah upaya pemberian air dalam bentuk lengas (kelembaban) tanah sebanyak keperluan untuk tumbuh dan berkembang bagi tanaman. Pengertian lain dari irigasi adalah penambahan kekurangan kadar air tanah secara buatan yakni dengan memberikan air secara sistematis pada tanah yang diolah. Jaringan irigasi merupakan prasarana irigasi yang terdiri atas bangunan dan saluran air beserta perlengkapnya. Sistem jaringan irigasi dapat dibedakan antara jaringan irigasi utama dan jaringan irigasi tersier. Jaringan irigasi utama meliputi bangunan-bangunan utama yang dilengkapi dengan saluran pembawa, saluran pembuang. dan bangunan pengukur. Jaringan irigasi tersier merupakan jaringan irigasi di petak tersier, beserta bangunan pelengkap lainnya yang terdapat di petak tersier (Kartasapoetra, 1991). Berdasarkan letak dan fungsinya saluran irigasi teknis dibedakan menjadi : a) Saluran Primer (Saluran Induk) yaitu saluran yang lansung berhubungan dengan saluran bendungan yang fungsinya untuk menyalurkan air dari waduk ke saluran lebih kecil. b) Saluran Sekunder yaitu cabang dari saluran primer yang membagi saluran induk kedalam saluran yang lebih kecil (tersier). c) Saluran Tersier yaitu cabang dari saluran sekunder yang langsung berhubungan dengan lahan atau menyalurkan air ke saluran-saluran kwarter. d) Saluran kwarter yaitu cabang dari saluran tersier dan berhubungan langsung dengan lahan pertanian. (Najiyati, 1993) 2.1.2 Irigasi di Indonesia Peranan irigasi dalam meningkatkan dan menstabilkan produksi pertanian tidak hanya bersandar pada produktivitas saja tetapi juga pada kemampuannya untuk meningkatkan faktor- faktor pertumbuhan lainnya yang berhubungan dengan input produksi. Irigasi mengurangi resiko kegagalan panen karena ketidakpastian hujan dan kekeringan, membuat unsur hara yang tersedia menjadi lebih efektif, menciptakan kondisi kelembaban tanah optimum untuk pertumbuhan tanaman, serta hasil dan kualitas tanaman yang lebih baik. Metoda penggunaan air irigasi untuk tanaman dapat digolongkan ke dalam: (a) irigasi permukaan (surface irrigation), (b) irigasi bawah-permukaan tanah (sub-surface irrigation), (c) irigasi curah (sprinkler), dan (d) irigasi tetes (drip atau trickle irrigation). Irigasi curah dan tetes disebut juga irigasi bertekanan (pressurized irrigation). Pemilihan metoda irigasi tersebut tergantung pada: (a) air yang tersedia, (b) iklim, (c) tanah, (d) topografi, (e) kebiasaan, dan (f) jenis dan nilai ekonomi tanaman. Pada irigasi permukaan berdasarkan perbedaan status kelembaban tanah dan keperluan air tanaman dibedakan menjadi dua hal yakni: (a) irigasi padi sawah dan (b) irigasi untuk tanaman bukan-padi sawah (upland crops). Sebagian besar irigasi di Indonesia termasuk pada irigasi

Transcript of II. TINJAUAN PUSTAKA - repository.ipb.ac.id · dan kelembaban udara, kecepatan angin, intensitas...

3

II. TINJAUAN PUSTAKA

2. 1. Irigasi

2.1.1 Pengertian Irigasi

Irigasi adalah upaya pemberian air dalam bentuk lengas (kelembaban) tanah sebanyak

keperluan untuk tumbuh dan berkembang bagi tanaman. Pengertian lain dari irigasi adalah

penambahan kekurangan kadar air tanah secara buatan yakni dengan memberikan air secara

sistematis pada tanah yang diolah.

Jaringan irigasi merupakan prasarana irigasi yang terdiri atas bangunan dan saluran air

beserta perlengkapnya. Sistem jaringan irigasi dapat dibedakan antara jaringan irigasi utama dan

jaringan irigasi tersier. Jaringan irigasi utama meliputi bangunan-bangunan utama yang

dilengkapi dengan saluran pembawa, saluran pembuang. dan bangunan pengukur. Jaringan irigasi

tersier merupakan jaringan irigasi di petak tersier, beserta bangunan pelengkap lainnya yang

terdapat di petak tersier (Kartasapoetra, 1991).

Berdasarkan letak dan fungsinya saluran irigasi teknis dibedakan menjadi :

a) Saluran Primer (Saluran Induk) yaitu saluran yang lansung berhubungan dengan saluran

bendungan yang fungsinya untuk menyalurkan air dari waduk ke saluran lebih kecil.

b) Saluran Sekunder yaitu cabang dari saluran primer yang membagi saluran induk kedalam

saluran yang lebih kecil (tersier).

c) Saluran Tersier yaitu cabang dari saluran sekunder yang langsung berhubungan dengan lahan

atau menyalurkan air ke saluran-saluran kwarter.

d) Saluran kwarter yaitu cabang dari saluran tersier dan berhubungan langsung dengan lahan

pertanian.

(Najiyati, 1993)

2.1.2 Irigasi di Indonesia

Peranan irigasi dalam meningkatkan dan menstabilkan produksi pertanian tidak hanya

bersandar pada produktivitas saja tetapi juga pada kemampuannya untuk meningkatkan faktor-

faktor pertumbuhan lainnya yang berhubungan dengan input produksi. Irigasi mengurangi resiko

kegagalan panen karena ketidakpastian hujan dan kekeringan, membuat unsur hara yang tersedia

menjadi lebih efektif, menciptakan kondisi kelembaban tanah optimum untuk pertumbuhan

tanaman, serta hasil dan kualitas tanaman yang lebih baik.

Metoda penggunaan air irigasi untuk tanaman dapat digolongkan ke dalam: (a) irigasi

permukaan (surface irrigation), (b) irigasi bawah-permukaan tanah (sub-surface irrigation), (c)

irigasi curah (sprinkler), dan (d) irigasi tetes (drip atau trickle irrigation). Irigasi curah dan tetes

disebut juga irigasi bertekanan (pressurized irrigation). Pemilihan metoda irigasi tersebut

tergantung pada: (a) air yang tersedia, (b) iklim, (c) tanah, (d) topografi, (e) kebiasaan, dan (f)

jenis dan nilai ekonomi tanaman.

Pada irigasi permukaan berdasarkan perbedaan status kelembaban tanah dan keperluan

air tanaman dibedakan menjadi dua hal yakni: (a) irigasi padi sawah dan (b) irigasi untuk tanaman

bukan-padi sawah (upland crops). Sebagian besar irigasi di Indonesia termasuk pada irigasi

4

permukaan. Irigasi bertekanan, sprinkler dan tetes banyak digunakan di perusahaan agro-industri.

Irigasi curah digunakan pada perkebunan tebu, kopi, nenas, bawang, dan jagung. Irigasi tetes

digunakan pada pertanian rumah kaca untuk melon, cabai, bunga krisan, dan sayuran.

Akhir-akhir ini berkembang di masyarakat suatu teknologi budidaya sawah yang hemat

air, hemat biaya, dan berproduksi tinggi yakni teknologi SRI (sistem of rice intensification). SRI

dikembangkan sejak tahun 1980 oleh Fr. Henri de Laulanie, S.J, seorang pendeta Perancis yang

bertugas di Madagaskar sejak tahun 1961.

2.1.3 Kebutuhan Air Tanaman dan Pemakaian Air

Penggunaan konsumtif adalah jumlah total air yang dikonsumsi tanaman untuk

penguapan (evaporasi), transpirasi dan aktivitas metabolisme tanaman. Kadang-kadang istilah itu

disebut juga sebagai evapotranspirasi tanaman. Jumlah evapotranspirasi kumulatif selama

pertumbuhan tanaman yang harus dipenuhi oleh air irigasi, dipengaruhi oleh jenis tanaman,

radiasi surya, sistim irigasi, lamanya pertumbuhan, hujan dan faktor lainnya. Jumlah air yang

ditranspirasikan tanaman tergantung pada jumlah lengas yang tersedia di daerah perakaran, suhu

dan kelembaban udara, kecepatan angin, intensitas dan lama penyinaran, tahapan pertumbuhan,

tipe dedaunan.

Terdapat dua metoda untuk mendapatkan angka penggunaan konsumtif tanaman, yakni

(a) pengukuran langsung dengan lysimeter bertimbangan (weighing lysimeter) atau tidak

bertimbangan dan (b) secara tidak langsung dengan menggunakan rumus empirik berdasarkan

data unsur cuaca.

Secara tidak langsung dengan menggunakan rumus empirik berdasarkan data

unsurcuaca, pertama menduga nilai evapotranspirasi tanaman acuan1 (ETo). ETo adalah jumlah

air yang dievapotranspirasikan oleh tanaman rumputan dengan tinggi 15~20 cm, tumbuh sehat,

menutup tanah dengan sempurna, pada kondisi cukup air. Ada berbagai rumus empirik untuk

pendugaan evapotranspirasi tanaman acuan (ETo) tergantung pada ketersediaan data unsur cuaca,

antara lain: metoda Blaney-Criddle, Penman, Radiasi, Panci evaporasi (FAO, 1987). Akhir-akhir

ini (1999) FAO merekomendasikan metoda Penman-Monteith untuk digunakan jika data iklim

tersedia (suhu rerata udara harian, jam penyinaran rerata harian, kelembaban relatif rerata harian,

dan kecepatan angin rerata harian). Selain itu diperlukan juga data letak geografi dan elevasi

lahan di atas permukaan laut.

Selanjutnya untuk mengetahui nilai ET tanaman tertentu maka ETo dikalikan

dengannikai Kc yakni koefisien tanaman yang tergantung pada jenis tanaman dan tahap

pertumbuhan. Nilai Kc tersedia untuk setiap jenis tanaman.

ETc = Kc x ETo .../1/

Keperluan air untuk ETc ini dipenuhi oleh air hujan (efektif) dan kalau tidak cukup

olehair irigasi. Keperluan air irigasi atau KAI dinyatakan dengan persamaan:

KAI = ETc - He .../2/

Hujan efektif (He) adalah bagian dari total hujan yang digunakan untuk keperluan

tanaman.

2.1.4 Kebutuhan Air Pada Berbagai Tahap Pertumbuhan Tanaman Padi

Tahap pertumbuhan padi dibagi menjadi: (a) pesemaian (10-30 hss)(seedling atau

juvenile period), (b) periode pertumbuhan vegetatif (0-60 hst), (c) periode reproduktif atau

generatif (50-100 hst) dan (d) periode pematangan (100-120 hst).

5

Periode pesemaian

Periode ini merupakan awal pertumbuhan yang mencakup tahap perkecambahan benih

serta perkembangan radicle (akar muda) dan plume (daun muda). Selama periode ini air yang

dikonsumsi sedikit sekali. Apabila benih tergenang cukup dalam pada waktu cukup lama

sepanjang periode perkecambahan, maka pertumbuhan radicle akan terganggu karena kekurangan

oksigen.

Pertumbuhan vegetatif

Periode ini merupakan periode berikutnya setelah tanam (transplanting) yang mencakup

(a) tahap pemulihan dan pertumbuhan akar (0-10 hst), (b) tahap pertumbuhan anakan maksimum

(10-50 hst) (maximum tillering) dan (c) pertunasan efektif dan pertunasan tidak efektif (35-45

hst). Selama periode ini akan terjadi pertumbuhan jumlah anakan.

Segera setelah tanam, kelembaban yang cukup diperlukan untuk perkembangan akar-

akar baru. Kekeringan yang terjadi pada peiode ini akan menyebabkan pertumbuhan yang jelek

dan hambatan pertumbuhan anakan sehingga mengakibatkan penurunan hasil. Pada tahap

berikutnya setelah tahap pertumbuhan akar, genangan dangkal diperlukan selama periode

vegetatif ini. Beberapa kali pengeringan (drainase) membantu pertumbuhan anakan dan juga

merangsang perkembangan sistim akar untuk berpenetrasi ke lapisan tanah bagian bawah. Fungsi

respirasi akar pada periode ini sangat tinggi sehingga ketersediaan udara (aerasi) dalam tanah

dengan cara drainase (pengeringan lahan) diperlukan untuk menunjang pertumbuhan akar yang

mantap. Selain itu drainase juga membantu menghambat pertumbuhan anakan tak-efektif

(noneffective tillers).

Periode reproduktif (generatif)

Periode ini mengikuti periode anakan maksimum dan mencakup tahap perkembangan

awal malai (panicle primordia) (40-50 hst), masa bunting (50-60 hst)(booting), pembentukan

bunga (60-80 hst) (heading and flowering). Situasi ini dicirikan dengan pembentukan dan

pertumbuhan malai.

Pada sebagian besar dari periode ini dikonsumsi banyak air. Kekeringan yang

terjadipada periode ini akan menyebabkan beberapa kerusakan yang disebabkan

olehterganggunya pembentukan panicle, heading, pembungaan dan fertilisasi yang berakibat pada

peningkatan sterilitas sehingga mengurangi hasil.

Periode pamatangan (ripening atau fruiting)

Periode ini merupakan periode terakhir dimana termasuk tahapan pembentukan susu(80-

90 hst) (milky), pembentukan pasta (90-100 hst) (dough), matang kuning (100-110 hst) (yellow

ripe) dan matang penuh (110-120 hst) (full ripe). Selama periode ini sedikit air diperlukan dan

secara berangsur-angsur sampai sama sekali tidak diperlukan air sesudah periode matang kuning

(yellow ripe). Selama periode ini drainase perlu dilakukan, akan tetapi pengeringan yang telalu

awal akan mengakibatkan bertambahnya gabah hampa dan beras pecah (broken kernel),

sedangkan pengeringan yang terlambat mengakibatkan kondisi kondusif tanaman rebah.

Pada periode vegetatif jumlah air yang dikonsumsi sedikit, sehingga kekurangan air pada

periode ini tidak mempengaruhi hasil secara nyata asalkan tanaman sudah pulih dan sistim

perakarannya sudah mapan. Tahapan sesudah panicle primordia, khususnya pada masa bunting,

heading dan pembungaan memerlukan air yang cukup. Kekurangan air selama periode tersebut

6

menghasilkan pengurangan hasil tak terpulihkan. Dengandemikian perencanaan program irigasi

di areal dimana jumlah air irigasinya terbatas untuk menggenangi sawah pada seluruh periode,

prioritas harus diberikan untuk memberikan air irigasi selama periode pemulihan dan

pertumbuhan akar serta seluruh periode pertumbuhan reproduktif.

2.1.5 Metoda pemberian air pada padi sawah

Terdapat dua metoda pemberian air untuk padi sawah yakni: (a) Genangan terus

menerus(continuous submergence) yakni sawah digenangi terus menerus sejak tanam sampai

panen; (b) Irigasi terputus atau berkala (intermittent irrigation) yakni sawah digenangi dan

dikeringkan berselang-seling. Permukaan tanah diijinkan kering padasaat irigasi diberikan.

Keuntungan irigasi berkala adalah sebagai berikut:

(a) menciptakan aerasi tanah, sehingga mencegah pembentukan racun dalam tanah

(b) menghemat air irigasi

(c) mengurangi masalah drainase

Keuntungan irigasi kontinyu adalah:

(a) tidak memerlukan kontrol yang ketat

(b) pengendalian gulma lebih murah

(c) operasional irigasi lebih mudah.

2. 2. Sistem Kontrol

2.2.1 Pengertian Sistem Kontrol

Sistem kendali atau sistem kontrol (control sistem) adalah suatu alat (kumpulan alat)

untuk mengendalikan, memerintah, dan mengatur keadaan dari suatu sistem. Dalam industri,

sistem kontrol merupakan sebuah sistem yang meliputi pengontrolan variabel-variabel seperti

temperatur (temperature), tekanan (pressure), aliran (flow), level, dan kecepatan (speed). Untuk

mengimplentasikan teknik sistem kontrol (Sistem Control Engineering) dalam industri diperlukan

banyak keahlian atau keilmuan seperti dibidang: teknologi mekanik (mechanical engineering),

teknik elektrik (electrical engineering), elektronik (electronics) dan sistem pneumatik (pneumatic

sistems). Ada dua konsep dasar dalam sistem kontrol yang dikenal yaitu sistem kontrol lup

terbuka (open-loop control sistem) atau umpan-maju (feedforward) dan sistem kontrol lup

tertutup (closed-loop control sistem) atau umpan-balik (feedback) (Hordeski, 1994).

1. Sistem kontrol secara manual

Sistem kontrol secara manual, proses pengaturannya dilakukan secara manual oleh operator

dengan mengamati keluaran secara visual, kemudian dilakukan koreksi variabel-variabel

kontrolnya untuk mempertahankan hasil keluarannya. Sistem kontrol itu sendiri bekerja

secara open loop, yang berarti sistem kontrol tidak dapat melakukan koreksi variabel untuk

mempertahankan hasil keluarannya. Perubahan ini dilakukan secara manual oleh operator

setelah mengamati hasil keluarannya melalui alat ukur atau indikator.

2. Sistem kontrol otomatis

Sistem kontrol otomatis dapat melakukan koreksi variabel-variabel kontrolnya secara

otomatis, dikarenakan ada untai tertutup (closed loop) sebagai umpan balik (feedback) dari

7

hasil keluaran menuju ke masukan setelah dikurangkan dengan nilai setpointnya. Pengaturan

secara untai tertutup ini (closed loop) tidak memerlukan operator untuk melakukan koreksi

variabel-variabel kontrolnya karena dilakukan secara otomatis dalam sistem kontrol dalam

sistem kontrol itu sendiri (Siswoyo, 2007).

Dengan demikian keluaran akan selalu dipertahankan berada pada kondisi stabil sesuai

dengan set point yang ditentukan. Secara umum, sistem kontrol lup tertutup terdiri dari

(Mahalik, 2004):

Plant : sistem atau proses yang akan dikontrol yaitu aktuator

Input : nilai referensi yang diinginkan atau disebut setpoint

Alat ukur : alat pengukur yang berfungsi memberikan informasi keadaan yang

sebenarnya disebut sensor

Pengontrol : alat algoritma yang mampu merespon sinyal kontrol agar menghasilkan

output yang respek terhadap setpoint dan mengukur present value sehingga

menghasilkan isyarat error.

Output : keluaran yang telah dikendalikan dan dihasilkan oleh sistem.

Gambar 2.1 kontrol lup tertutup

Dalam sebuah kontrol otomatis suatu kondisi terkontrol (controlled condition) dapat

berupa temperatur, tekanan, kelembaban, level, atau aliran. Hal ini mengartikan bahwa elemen

pengukuran dapat berupa sensor temperatur, transduser tekanan atau tramitter, detektor level,

sensor kelembaban atau sensor aliran. Sementara variabel manipulasinya dapat berupa uap air,

air, udara, listrik, minyak atau gas, sedangkan perangkat terkontrol dapat berupa sebuah klep,

damper (penghadang), pompa atau kipas angin.

2.2.2 Sensor

Sensor adalah alat untuk mendeteksi/mengukur sesuatu, yang digunakan untuk

mengubah variasi mekanis, magnetis, panas, sinar dan kimia menjadi tegangan dan arus listrik.

Dalam lingkungan sistem pengendali dan robotika, sensor memberikan kesamaan yang

menyerupai mata, pendengaran, hidung, lidah yang kemudian akan diolah oleh kontroler sebagai

otaknya.

Sensor dalam teknik pengukuran dan pengaturan secara elektronik berfungsi mengubah

besaran fisik (misalnya : temperatur, gaya, kecepatan putaran) menjadi besaran listrik yang

proposional. Sensor dalam teknik pengukuran dan pengaturan ini harus memenuhi persyaratan-

persyaratan kualitas yakni :

8

Linieritas : Konversi harus benar-benar proposional, jadi karakteristik konversi harus

linier.

Tidak tergantung temperatur : Keluaran konverter tidak boleh tergantung pada

temperatur di sekelilingnya, kecuali sensor suhu.

Kepekaan : Kepekaan sensor harus dipilih sedemikian, sehingga pada nilai-nilai masukan

yang ada dapat diperoleh tegangan listrik keluaran yang cukup besar.

Waktu tanggapan : Waktu tanggapan adalah waktu yang diperlukan keluaran sensor untuk

mencapai nilai akhirnya pada nilai masukan yang berubah secara mendadak. Sensor harus

dapat berubah cepat bila nilai masukan pada sistem tempat sensor tersebut berubah.

Batas frekuensi terendah dan tertinggi : Batas-batas tersebut adalah nilai frekuensi

masukan periodik terendah dan tertinggi yang masih dapat dikonversi oleh sensor secara

benar.

Stabilitas waktu : Untuk nilai masukan (input) tertentu sensor harus dapat memberikan

keluaran (output) yang tetap nilainya dalam waktu yang lama.

Histerisis : Gejala histerisis yang ada pada magnetisasi besi dapat pula dijumpai pada

sensor. Misalnya, pada suatu temperatur tertentu sebuah sensor dapat memberikan keluaran

yang berlainan.

(Septiawan, 2010)

Empat sifat diantara syarat-syarat dia atas, yaitu linieritas, ketergantungan pada temperatur,

stabilitas waktu dan histerisis menentukan ketelitian sensor.

2.2.3 Relay

Relay merupakan salah satu perangkat elektronik yang sering digunakan dalam membuat

suatu perangkat keras. Dalam dunia elektronika, relay dikenal sebagai komponen yang dapat

mengimplementasikan logika switching. Sebelum tahun 70-an, relay merupakan “otak” dari

rangkaian pengendali. Baru setelah itu muncul PLC yang mulai menggantikan posisi relay. Relay

yang paling sederhana ialah relay elektromekanis yang memberikan pergerakan mekanis saat

mendapatkan energi listrik (Wicaksono, 2010). Secara sederhana relay elektromekanis ini

didefinisikan sebagai berikut :

Alat yang menggunakan gaya elektromagnetik untuk menutup (atau membuka) kontak

saklar.

Saklar yang digerakkan (secara mekanis) oleh daya/energi listrik.

Gambar 2.2 Relay yang beredar dipasaran

Sumber : Kilian, 1996

Secara umum, relay digunakan untuk memenuhi fungsi – fungsi berikut :

9

Remote control : dapat menyalakan atau mematikan alat dari jarak jauh.

Penguatan daya : menguatkan arus atau tegangan (Contoh : starting relay pada mesin

mobil).

Pengatur logika kontrol suatu sistem.

Prinsip Kerja dan Simbol

Relay terdiri dari coil dan contact. Perhatikan gambar 2.3, coil adalah gulungan kawat

yang mendapat arus listrik, sedang contact adalah sejenis saklar yang pergerakannya tergantung

dari ada tidaknya arus listrik di coil. Contact ada 2 jenis : Normally Open (kondisi awal sebelum

diaktifkan open), dan Normally Closed (kondisi awal sebelum diaktifkan close). Secara

sederhana berikut ini prinsip kerja dari relay : ketika Coil mendapat energy listrik (energized),

akan timbul gaya elektromagnet yang akan menarik armature yang berpegas, dan contact akan

menutup.

Gambar 1.3 Skema relay elektromekanik

Sumber : Kilian, 1996

Selain berfungsi sebagai komponen elektronik, relay juga mempunyai fungsi sebagai

pengendali sistem, sehingga relay mempunyai 2 macam simbol yang digunakan pada :

Rangkaian listrik (hardware)

Program (software)

Simbol yang digunakan pada relay adalah:

Gambar 2.4 Rangkaian dan simbol logika relay

Sumber : Kilian, 1996

10

Simbol selalu mewakili kondisi relay tidak dienergized.

Relay Sebagai Pengendali

Salah satu kegunaan utama relay dalam dunia industri ialah untuk implementasi logika

kontrol dalam suatu sistem. Sebagai “bahasa pemrograman” digunakan konfigurasi yang disebut

ladder diagram atau relay ladder logic. Relay ladder logic (ladder diagram) memiliki:

Diagram wiring yang khusus digunakan sebagai bahasa pemrograman untuk rangkaian

kontrol relay dan switching.

LD Tidak menunjukkan rangkaian hardware, tapi alur berpikir.

LD Bekerja berdasar aliran logika, bukan aliran tegangan/arus.

Relay Ladder Logic terbagi menjadi 3 komponen yaitu:

1. Input : pemberi informasi

2. Logic : pengambil keputusan

3. Output : usaha yang dilakukan

Gambar 2.5 Diagram sederhana sistem kontrol berbasis relay

Dari Gambar 2.5 nampak bahwa sistem kendali dengan relay ini mempunyai input

device (misalnya: berbagai macam sensor, switch) dan output device (misalnya : motor, pompa,

lampu). Dalam rangkaian logikanya, masing-masing input, output, dan semua komponen yang

dipakai mengikuti standard khusus yang unik dan telah ditetapkan secara internasional.

Pada Gambar 2.6 dapat dilihat aplikasi relay untuk membentuk gerbang – gerbang

logika sederhana (AND, OR, NOT, dan latching

11

Gambar 2.6 Relay untuk membentuk gerbang logika

Sumber : Kilian, 1996

Sebagai pengendali, relay dapat mengatur komponen-komponen lain yang membentuk

suatu sistem kendali di industri, di antaranya : switch, timer, counter, sequencer, dan lain-lain.

2. 3. Mikrokontroler

2.3.1 Pengertian Mikrokontroler

Mikrokontroler adalah sebuah sistem komputer fungsional dalam sebuah chip. Di

dalamnya terkandung sebuah inti prosesor, memori (sejumlah kecil RAM, memori program, atau

keduanya), dan perlengkapan input output.

Dengan kata lain, mikrokontroler adalah suatu alat elektronika digital yang mempunyai

masukan dan keluaran serta kendali dengan program yang bisa ditulis dan dihapus dengan cara

khusus, cara kerja mikrokontroler sebenarnya membaca dan menulis data. Mikrokontroler

merupakan komputer didalam chip yang digunakan untuk mengontrol peralatan elektronik, yang

menekankan efisiensi dan efektifitas biaya. Secara harfiahnya bisa disebut “pengendali kecil”

dimana sebuah sistem elektronik yang sebelumnya banyak memerlukan komponen-komponen

pendukung seperti IC TTL dan CMOS dapat direduksi/diperkecil dan akhirnya terpusat serta

dikendalikan oleh mikrokontroler ini.

Mikrokonktroler digunakan dalam produk dan alat yang dikendalikan secara automatis,

seperti sistem kontrol mesin, remote controls, mesin kantor, peralatan rumah tangga, alat berat,

dan mainan. Dengan mengurangi ukuran, biaya, dan konsumsi tenaga dibandingkan dengan

mendesain menggunakan mikroprosesor memori, dan alat input output yang terpisah, kehadiran

mikrokontroler membuat kontrol elektrik untuk berbagai proses menjadi lebih ekonomis.

Beberapa keuntungan menggunakan mikrokontroler :

Sistem elektronik akan menjadi lebih ringkas

Rancang bangun sistem elektronik akan lebih cepat karena sebagian besar dari sistem

adalah perangkat lunak yang mudah dimodifikasi

Pencarian gangguan lebih mudah ditelusuri karena sistemnya yang kompak

Namun demikian tidak sepenuhnya mikrokontroler bisa mereduksi komponen IC TTL

dan CMOS yang seringkali masih diperlukan untuk aplikasi kecepatan tinggi atau sekedar

menambah jumlah saluran masukan dan keluaran (I/O). Dengan kata lain, mikrokontroler adalah

versi mini atau mikro dari sebuah komputer karena mikrokontroler sudah mengandung beberapa

periferal yang langsung bisa dimanfaatkan, misalnya port paralel, port serial, komparator,

12

konversi digital ke analog (DAC), konversi analog ke digital dan sebagainya hanya menggunakan

sistem minimum yang tidak rumit atau kompleks.

Agar sebuah mikrokontroler dapat berfungsi, maka mikrokontroler tersebut memerlukan

komponen eksternal yang kemudian disebut dengan sistem minimum. Untuk membuat sistem

minimal paling tidak dibutuhkan sistem clock dan reset, walaupun pada beberapa mikrokontroler

sudah menyediakan sistem clock internal, sehingga tanpa rangkaian eksternal pun mikrokontroler

sudah beroperasi.Untuk merancang sebuah sistem berbasis mikrokontroler, kita memerlukan

perangkat keras dan perangkat lunak, yaitu:

1. Sistem minimal mikrokontroler

2. Software pemrograman dan kompiler, serta downloader

Yang dimaksud dengan sistem minimal adalah sebuah rangkaian mikrokontroler yang

sudah dapat digunakan untuk menjalankan sebuah aplikasi. Sebuah IC mikrokontroler tidakakan

berarti bila hanya berdiri sendiri. Pada dasarnya sebuah sistem minimal mikrokontroler AVR

memiliki prinsip yang sama, yang terdiri dari 4 bagian, yaitu :

1. Prosesor, yaitu mikrokontroler itu sendiri

2. Rangkaian reset agar mikrokontroler dapat menjalankan program mulai dari awal

3. Rangkaian clock, yang digunakan untuk memberi detak pada CPU

4. Rangkaian catu daya, yang digunakan untuk memberi sumberdaya

Pada mikrokontroler jenis-jenis tertentu (AVR misalnya), poin-poin pada nomor 2 dan 3

sudah tersedia didalam mikrokontroler tersebut dengan frekuensi yang sudah diseting dari

vendornya (biasanya 1MHz, 2MHz, 4MHz dan 8MHz), sehingga pengguna tidak perlu

memerlukan rangkaian tambahan, namun bila ingin merancang sistem dengan spesifikasi tertentu

(misal ingin komunikasi dengan PC atau handphone), maka pengguna harus menggunakan

rangkaian clock yang sesuai dengan karakteristik PC atau HP tersebut, biasanya menggunakan

kristal 11,0592 MHz, untuk menghasilkan komunikasi yang sesuai dengan baud rate PC atau HP

tersebut.

2.3.2 Jenis-jenis Mikrokontroler

Secara teknis hanya ada 2 macam mikrokontroller. Pembagian ini didasarkan pada

kompleksitas instruksi-instruksi yang dapat diterapkan pada mikrokontroler tersebut. Pembagian

itu yaitu RISC dan CISC.

RISC (Reduced Instruction Set Computer). Memiliki instruksi terbatas, tetapi memiliki

fasilitas yang lebih banyak.

CISC (Complex Instruction Set Computer). Memiliki instruksi lebih lengkap tapi dengan

fasilitas secukupnya.

Jenis-jenis mikrokontroler yang umum digunakan adalah :

1. MCS51

Mikrokontroler ini termasuk dalam mikrokontroler CISC. Sebagian besar

instruksinya dijalankan dalam 12 siklus. Mikrokontroler ini berdasarkan arsitektur Harvard

dan meskipun awalnya dirancang untuk aplikasi mikrokontroler chip tunggal, sebuah mode

perluasan telah mengizinkan sebuah ROM luar 64KB dan RAM luar 64KB diberikan alamat

13

dengan cara jalur pemilihan chip yang terpisah untuk akses program dan memori data. Salah

satu kemampuan dari mikrokontroler 8051 adalah pemasukan sebuah mesin pemroses

boolean yang mengijikan operasi logika boolean tingkatan-bit dapat dilakukan secara

langsung dan secara efisien dalam register internal dan RAM. Karena itulah MCS51

digunakan dalam rancangan awal PLC (programmable Logic Control).

2. AVR

Mikrokonktroler Alv and Vegard’s Risc processor atau sering disingkat AVR

merupakan mikrokonktroler RISC 8 bit. Karena RISC inilah sebagian besar kode

instruksinya dikemas dalam satu siklus clock. AVR adalah jenis mikrokontroler yang paling

sering dipakai dalam bidang elektronika dan instrumentasi. Secara umum, AVR dapat

dikelompokkan dalam 4 kelas. Pada dasarnya yang membedakan masing-masing kelas

adalah memori, peripheral dan fungsinya. Keempat kelas tersebut adalah keluarga ATTiny,

keluarga AT90Sxx, keluarga ATMega dan AT86RFxx.

3. PIC

Pada awalnya, PIC merupakan kependekan dari Programmable Interface

Controller. Tetapi pada perkembangannya berubah menjadi Programmable Intelligent

Computer. PIC termasuk keluarga mikrokonktroler berarsitektur Harvard yang dibuat oleh

Microchip Technology. Awalnya dikembangkan oleh Divisi Mikroelektronik General

Instruments dengan nama PIC1640. Sekarang Microhip telah mengumumkan pembuatan

PIC-nya yang keenam. PIC cukup popular digunakan oleh para developer dan para penghobi

ngoprek karena biayanya yang rendah, ktersediaan dan penggunaan yang luas, database

aplikasi yang besar, serta pemrograman (dan pemrograman ulang) melalui hubungan serial

pada komputer.

2.4 Smartdatalog

Smartdatalog merupakan sebuah data logger yang mana seluruh setting dan kalibrasi

pengukuran dapat dilakukan dengan mempergunakan PC/Notebook, baik secara off-line maupun on-

line (remote). Untuk itu pada produk ini telah dilengkapi dengan sebuah software yang berfungsi

sebagai interface antara user dengan data logger. Hubungan antara PC/Notebook dengan Smartdatalog

dapat dilakukan melalui kabel, ataupun melalui modem GSM.

Smartdatalog software merupakan sebuah perangkat lunak yang berfungsi untuk mengakses

data logger. Akses data dapat dilakukan baik secara remote mempergunakan media jaringan GSM,

maupun secara off line mempergunakan kabel. Untuk akses data logger secara remote, maka terdapat

dua pilihan yaitu mempergunakan metode dial up atau menggunakan layanan SMS (Smartdatalog

versi AVR-022), sedangkan untuk Smartdatalog versi AVR-256 terdapat fasilitas pengiriman data

melalui GPRS. Beberapa fasilitas yang terdapat didalam perangkat lunak ini antara lain :

Remote Setting setiap Kanal pada data logger (dapat dilakukan secara remote

mempergunakan dial up dan SMS)

Setting RTC data logger (dapat dilakukan secara remote mempergunakan dial up)

Setting Alarm untuk setiap kanal (dapat dilakukan secara remote menggunakan dial up),

sedangkan sinyal alarm dapat diterima melalui SMS.

Kalibrasi sensor (dapat dilakukan secara remote mempergunakan dial up)

Download data (dapat dilakukan secara remote mempergunakan dial up)

Request Data pengukuran terbaru (dapat dilakukan secara remote mempergunakan SMS)

14

Request Sepuluh data pengukuran terbaru (dapat dilakukan secara remote

mempergunakan SMS)

Konversi data dari format teks ke format excel

Banyak aplikasi yang dapat dilakukan dengan memanfaatkan Smartdatalog. Aplikasi standar

yang umum digunakan adalah menjadikan Smartdatalog sebagai unit pengukur/pemantau suatu objek,

menyimpan semua data pengukuran dan mengirimkannya ke pusat pengolahan data. Agar Data

Logger dapat diakses secara remote oleh PC atau Notebook, maka data logger harus terhubung lebih

dahulu ke sebuah Modem GSM.

Data Logger telah menyediakan fasilitas agar dapat diakses secara remote, hal ini berkaitan

dengan beberapa keperluan yaitu :

1. Terhubung ke Modem GSM, untuk hal-hal yang berkaitan dengan :

a. Download data dari data logger secara dial up.

b. Setting data logger melalui layanan SMS

c. Permintaan data pengukuran melalui layanan SMS.

d. Permintaan informasi kondisi data logger melalui layanan SMS.

2. Terhubung ke Modem GPRS, untuk hal-hal yang berkaitan dengan :

a. Pengambilan data pengukuran secara kontinyu melalui layanan GPRS

2.4.1 Menu Pengoperasian

1. Menu Koneksi : Menu Koneksi terdiri dari tiga menu pola hubungan/komunikasi data

antara data logger dengan PC/Notebook. Ketiga menu tersebut adalah Menu Kabel,

Menu Dial Up, dan Menu SMS. Menu Kabel dan Menu Dial Up, erat kaitannya dengan

menu-menu yang lain yaitu : Download Data, Setting Kanal, dan On-Line Monitoring

Display. Agar pengguna dapat mengakses data logger, maka salah satu menu, yaitu

Kabel atau Dial Up harus dipilih terlebih dulu. Sedangkan menu SMS merupakan menu

khusus untuk mengambil data dari data logger dengan menggunakan layanan SMS.

2. Menu Kabel : Pada menu Koneksi jika pilihan Kabel dipilih, maka tampilan menu

sebagai mana dibawah ini. Menu ini dipilih jika diinginkan hubungan antara data logger

dengan PC/Notebook menggunakan sebuah kabel melalui serial port. Tekan tombol

Connect agar kedua device dapat saling berhubungan. Jika hubungan telah terjadi, maka

indikator status akan betuliskan : Terkoneksi

3. Menu Dial Up : Jika pilihan menu Dial Up yang diaktifkan, maka tampilan display

sebagaimana dibawah ini. Pilihan menu ini berfungsi untuk mengakses data logger

secara remote menggunakan jaringan GSM. Sebelum menu ini diaktifkan, maka PC

sebaiknya sudah terhubung dengan Modem GSM. Ketika tombol Dial diaktifkan, maka

secara otomatis proses dial up akan dilakukan sampai terjadi koneksi antara

PC/Notebook dengan data logger. Indikator terlah terjanya hubungan antara PC dengan

data logger adalah tulisan Dial di Tombol dial akan berubah menjadi Connected dan

indicator status menjadi Terkoneksi.

4. Menu SMS : Komunikasi data antara data logger dengan PC/Notebook dapat dilakukan

melalui layanan SMS. Akses data yang dapat dilakukan melalui SMS antara lain :

o CHn : untuk meminta data logger mengirimkan data pengukuran dari kanal

nomor “ n ”

15

o MCHn : untuk meminta data logger mengirimkan 10 data pengukuran terakhir

dari kanal nomor “ n “.

o Info[spasi] M : Informasi kondisi memory data logger

o Info[spasi]P : Informasi jumlah pulsa di St. Pantau

5. Menu setting kanal : Menu Setting Kanal terdiri dari : ID Data Logger, Nama Stasiun,

Kolom Setting, Kolom pencatat no kirim SMS untuk alarm, Tombol Simpan Setting,

Tombol Reset Ke Setting Terakhir, Tombol Reset ke Default Terakhir. Setiap kanal

(tergantung type data logger) dapat diatur sesuai dengan kondisi yang diinginkan, yang

meliputi :

o Range Input (4mA-20mA / 0V-5V)

o Gradien

o Konstanta

o Satuan

o Interval Penyimpanan Data

o Alarm (Aktif / disable)

6. Menu Setting RTC : berfungsi untuk menyamakan waktu antara RTC di data logger

dengan waktu di PC. Cara menyamakan adalah cukup menekan tombol Samakan Waktu.

Jika perintah gagal, maka sebuah pesan akan ditampilkan..

7. Menu Download data dan online display monitoring : Menu Download Data berfungsi

untuk mengambil data yang tersimpan pada memory data logger. Sementara dengan

online display monitoring maka selama data logger dan PC saling terhubung, maka

semua kanal dapat termonitor secara real time dari layar monitor PC.

2.5 Root Mean Square Error (RMSE)

Root Mean Square Error (RMSE) merupakan tehnik yang sering digunakan untuk mengukur

perbedaan antara nilai yang diprediksi oleh model atau penduga dan nilai-nilai yang diamati dari hal

yang dimodelkan atau diperkirakan. RMSE merupakan tehnik mengukur yang baik untuk pengukuran

yang presisi. Perbedaan individual ini disebut juga residual, dan rmsd berfungsi untuk agregat mereka

menjadi ukuran tunggal daya prediksi (Anderson, 1992).

RMSE dari sebuah estimator dengan estimasi parameter θ didefinisikan sebagai akar

kuadrat dari mean square error.

…../ 3 /

Untuk estimator yang tidak bias, maka RMSE adalah akar kuadrat dari varians, yang dikenal

sebagai standard error. Dalam beberapa disiplin, RMSE digunakan untuk membandingkan perbedaan

antara dua hal yang mungkin bervariasi, baik yang diterima sebagai "standar". Misalnya, ketika

mengukur jarak rata-rata antara dua benda oblong, dinyatakan sebagai vektor acak.

………/ 4 /

16

Formula berubah menjadi :

……/ 5 /

Normalized Root Mean Square Error (NRMSE)

NRMSE adalah RMSE dibagi dengan rentang nilai diamati, nilai yang sering dinyatakan

sebagai persentase, di mana nilai-nilai yang lebih rendah mengindikasikan variance.

………/ 6 /