Pengukuran Debit Air Berbasis Mikrokontroler AT89S51…………………………………………….Aidi F dan Arief M

28

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. 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-

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. 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.

Jurnal Litek Volume 8 Nomor 1, Maret 2011: hal. 28-31

29

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) (1) Apabila komponen dari arus balik jenuh disebabkan oleh cahaya yang dinyatakan dengan IL,arus kolektor total adalah: IC = ( β +1)(ICO + IL...........................(2) (2)

Gambar 1. Simbol Phototransistor

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. Pengukuran Debit Air

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,

seperti pada gambar 2( http://mayong.staff.ugm.ac.id)

Gambar 2. Penampang Sungai 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

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

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.

Gambar 3. Bentuk Media Pengukur

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.

Gambar 4. Rangkaian sensor phototransistor

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

Gagang utama Sensor foto dan sumber

cahaya infrared

Kabel spidometer

Pengait baling-baling

baling-baling Bola Pelampung

Pengukuran Debit Air Berbasis Mikrokontroler AT89S51…………………………………………….Aidi F dan Arief M

30

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.

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).

Tabel 1. Fungsi port mikrokontroller

Port Fungsi Keterangan Port 0.0 – 0.7 Output Tampilan ke

LCD Port 3.5 In Masukan Sensor

Perancangan Software

Software pengolahan data kecepatan aliran air untuk ditampilkan pada LCD dibuat seperti algoritma yang digambarkan pada flowchart gambar 6. Gambar 6. Flowchart pengolahan data pengukuran

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

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

Lokasi Pengukuran

Dimensi Saluran Irigasi

Lebar Atas

Lebar Dasar

Tinggi saluran

Tinggi air

Lebar permuka

an air Dasa Bale Raya Bayu 3 m 1,5 m 2.5 m 1,35 m 2,3 m

Desa Menasah Mesjid Bayu 3 m 1.5 m 2,5 m 1,72 m 2,5 m

Desa Alu Lim 3 m 1,5 m 2,5 m 2 m 2,67 m Tabel 3. Hasil Pengukuran

Lokasi Pengukuran

Jarak aliran gabus

Lama aliran gabus

Kecepa-tan

aliran gabus

Kecepatan

aliran tampilan

Error

Dasa Bale raya bayu 5 m 21

detik 0.238 m/det 0.20 m/det 19

% Desa menasah mesjid bayu 5 m 6

detik 0.833 m.det 0.75 m/det 11.1

% Desa Alu Lim simpang kramat 5 m 3

detik 1.667 m/det 1.30 m/det 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 V. KESIMPULAN

1. Tampilan yang dihasilkan pada pengukuran adalah merupakan besaran kecepatan aliran air dalam satuan m/dt.

2. Besaran debit air dapat diperoleh dengan melakukan perkalian besaran kecepatan aliran dengan luas penampang media

3. 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.

3cm 1.5cm

START

END

Baca Sensor

STOP=?

INISIALISASI

Konversi Data pulsa menjadi Kecepatan

Tampilkan Kecepatan Aliran

tidak

ya

Jurnal Litek Volume 8 Nomor 1, Maret 2011: hal. 28-31

31

4. Besaran debit air dapat diperoleh dengan menghitung luas penampang aliran dan dikalikan dengan kecepatan yang terukur.

DAFTAR PUSTAKA Malvino, Albert Paul, 1990, Aproksimasi

Rangkaian Semikonduktor, Penerbit Erlangga, Jakarta

Metode Pengukuran Debit Aliran, http://mayong.staff.ugm.ac.id/site/, diakses tanggal : 15 Oktober 2010

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.