View
225
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
43
Bab V PENGUJIAN, PENGAMBILAN DATA, ANALISIS DAN KALIBRASI
V.1 Kalibrasi Sensor
V.1.1 Metode Kalibrasi
Pengujian untuk sensor ketinggian dilakukan dengan mengalirkan 157
mili liter larutan ke dalam tabung pencampur per pengalirannya. Jika
tabung telah terisi penuh proses pengaliran kembali diulang hingga 5
kali pengukuran. Kaki kawat yang terhubung dengan hambatan
sebesar 330 Ω diukur tegangannya. Pengukuran tegangan dilakukan
untuk sampling waktu 1 detik. Hasil pengujian didapatkan data
sebagai berikut.
Nilai dari linearitas pengukuran ini adalah y=0,00099x + 0,5364
dengan R2=0,9687. Standard deviasi pengukuran untuk sampling
Gambar 5.1 Pengukuran rata-rata R=330 Ohm Sensor Volume
00.20.40.60.8
11.21.41.61.8
157 314 471 628 785 942 1100
Tega
ngan
(Vol
t)
Volume (ml)
Pengukuran rata-rata R=330Ω Setting Sampling Waktu 1 detik
44
waktu 1 detik berada pada rentang 0,02 sampai 0,07 Volt. Kesalahan
rata-rata didapatkan sebesar 4,95 %.
Ketidakstabilan data pengukuran yang didapat dari pengukuran diatas
kemungkinan disebabkan oleh mengalirnya arus yang tidak hanya dari
permukaan larutan, melainkan tersedianya waktu bagi arus untuk
masuk ke permukaan larutan dan mengalirkan arus dari berbagai sisi
arah. Hal tersebut menyebabkan tanggapan yang diterima oleh
pencacah tegangan sudah terganggu oleh banyaknya data gangguan.
V.1.2 Konversi Nilai Tegangan ke Volume
Proses konversi akan menentukan seberapa besar tegangan keluaran,
besarnya tegangan akan dideteksi oleh ADC 8 bit yang diuraikan
dalam kode digital untuk dibaca oleh komputer dan menentukan
seberapa banyak jumlah larutan yang masuk ke dalam tabung
pencampur. Gambar di bawah ini adalah grafik konversi nilai tegangan
terhadap volume larutan.
Karena pengukuran volume larutan hanya pada rentang 0 sampai 1500
ml saja, oleh karena itu data tegangan yang kemungkinan diukur juga
hanya berkisar pada angka 0-2,05 Volt. Artinya jika terdapat tegangan
yang masuk sebesar 1 Volt itu itu artinya ketinggian larutan yang
terdapat di tabung pencampur sekarang adalah 5,95 cm atau jumlah
larutan yang ada di tabung pencampur sekarang adalaah 468 mililiter
larutan.
45
V.2 Pengukuran Kecepatan Aliran Larutan pada Tabung
Dari keseluruhan 8 tabung yang terpasang pada sistem, prroses pengujian
dilakukan untuk tabung 2, tabung 4 dan tabung 5. Tujuan pengujian ini adalah
untuk menghitung kecepatan aliran dari turunnya larutan pada masing-masing
tabung
Pada proses pengukuran laju aliran larutan untuk tabung 2 dengan jumlah step
yang berbeda didapatkan hubungan antara jumlah step terhadap kecepatan aliran
sebagai berikut.
Gambar diatas memperlihatkan salah satu pengaruh gerakan jumlah step pada
tabung 2 terhadap kecepatan aliran dari larutan. Jumlah step 65 adalah jumlah
step bukaan sebesar 80% dari tabung 2. Sedangkan untuk bukaan 0% kecepatan
aliran terjadi pada laju 4 ml/s. Hal ini dikarenakan meskipun tidak ada gerakan
Gambar 5.2 Grafik konversi tegangan terhadap volume aliran yang masuk ke
tabung pencampur
y = 1008.7x - 540.98
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
0 0.5 1 1.5 2 2.5
46
sama sekali dari motor stepper, namun valve masih dalam keadaan terbuka di
masing-masing sisinya.
V.3 Sistem Fuzzi
V.3.1 Model logika fuzzi
Dalam model logika fuzzi sistem Hidroponik Tomat NFT, kontrol
fuzzi digunakan untuk mengontrol jumlah volume dari masing-masing
larutan yang masuk ke tabung pencampur. Jumlah volume yang masuk
ke dalam tabung pencampur dijadikan sebagai input fuzzi. Sedangkan
output fuzzi berupa besar bukaan untuk masing-masing motor steper.
Mekanisme interferensi logika fuzzi yang digunakan adalah inferensi
Mamdani Centroid. Uji penerapan dilakukan pada jangkauan input
yang terletak pada nilai 0 sampai 500 ml dan output yang terletak pada
nilai 0-75 step.
Gambar 5.3 Kalibrasi Jumlah Step terhadap Kecepatan Aliran Larutan
05
101520253035
0 20 40 60 80Kec
epat
an A
liran
(ml/s
)
Jumlah Step
Jumlah Step vs Kecepatan Aliran Tabung
Tabung 2
Linear (Tabung 2)
Input Vo
Gambar
dengan j
memiliki
“Besar”,
(trimpf).
“Sedang”
Titik pers
Pemilihan
maupun
bertujuan
domain h
merupaka
adalah fu
olume
diatas men
angkauan 0
5 buah hi
dan “SngtB
Domain him
” [150-350],
silangan terl
n domain i
“SngtBesar
n untuk men
himpunanny
an fungsi da
ungsi output
nunjukkan v
-500 ml. Hi
impunan ya
Besar” denga
mpunan “Sn
, “Besar” [2
etak pada ni
input “Sngt
r” dengan
ndapatkan k
ya. Kecepata
ari besar bu
dari variabe
Gambar 5.4 I
variabel fuz
impunan fuz
aitu “SngtKe
an bentuk fu
ngtKecil” [0
250-450], da
ilai 100; 200
tKecil”, “Ke
rentang s
ecepatan ali
an aliran da
ukaan dari s
l volume.
Input variabel
zzi berupa
zzi dari bes
ecil”, “Keci
ungsi keangg
0-150], “Ke
an “SngtBesa
0; 300; dan 4
ecil”, “Seda
elangnya m
iran tertentu
ari masing-m
step fuzzi y
volume
besar volum
sar volume i
il”, “Sedang
gotaan segiti
ecil” [50-250
ar” [350-500
400.
ang”, “Besa
masing-masi
u dari tiap-ti
masing larut
ang tidak la
47
me
ini
g”,
iga
0],
0].
ar”
ng
iap
tan
ain
Output B
Gambar
dengan j
memiliki
dengan
himpunan
dan “SB”
Pemilihan
aliran yan
sampai 7
nilia step
contoh p
Kecepata
Hal ini m
Kondisi y
Besar Bukaa
5.4 menunju
angkauan 0
5 buah him
bentuk fun
n “SK” [0-2
” [55-75].
n domain t
ng diharapk
75 dibagi m
p fuzzi denga
pada rentan
an Aliran lar
membuat nila
yang sama j
Gamb
an
ukkan variab
-75 step. Hi
mpunan yai
ngsi keang
20], “K” [2,5
tersebut did
kan. Terlihat
menjadi lima
an derajat ke
ng pertama
rutan yang d
ai puncak da
juga terjadi
bar 5.5 Output
bel output f
impunan fuz
itu “SK”, “
ggotaan seg
5-27,5], “S”
dasarkan pa
bahwa rent
grup. Masi
eanggotaan
yakni daer
diharapkan a
ari himpunan
dengan dom
t variabel Buka
fuzzi berupa
zzi dari bes
“K”, “S”, “B
gitiga (trim
[20-55], “B
ada kebutuh
ang nilai ste
ing-masing g
terbesar, yak
rah domain
adalah antara
n berada pad
main himpu
aan Stepper
a besar buka
sar volume i
B”, dan “SB
mpf). Doma
B” [27,5-52,5
han kecepat
ep fuzzi dari
grup memili
kni 1. Sebag
input “SK
a 0-1 ml/det
da titik 3 ste
nan “K”, “S
48
aan
ini
B”
ain
5],
tan
i 0
iki
gai
K”,
ik.
ep.
S”,
“B” dan
yang diha
ml/detik,
larutanny
Aturan
Untuk m
dari itu If
ini. Gam
input terh
Terdapat
1. Jika v
2. Jika v
3. Jika v
4. Jika v
“SB” yang
arapkan mem
18-19 ml/
ya.
mendapatkan
If-then atura
mbar dibawa
hadap output
lima aturan
volume pada
volume pada
volume pada
volume pada
Gambar
memiliki nil
miliki kecepa
/detik dan
pemetaan d
an diaplikasi
ah ini menj
t pada sistem
dari sistem
a input 1 “Sn
a input 1 “Ke
a input 1 “Se
a input 1 “Be
r 5.6 Tampilan
lai puncak d
atan aliran s
24-25 ml/d
dari nilai inp
kan dalam m
elaskan bag
m logika fuzz
logika fuzzi
ngtKecil” ma
ecil” maka o
edang” maka
esar” maka o
Aturan yang d
di titik 20, 3
ebesar 6-7 m
detik ketika
put terhadap
model sistem
gaimana hub
zi.
i ini, yaitu:
aka output bu
output bukaa
a output buka
output bukaa
digunakan pada
38, 55, dan 7
ml/detik, 12-
a mengalirk
p output, ma
m logika fuz
bungan anta
ukaan “SB”
an “B”,
aan “S”
an “K”, dan
a Logika Fuzzi
49
73.
13
kan
aka
zzi
ara
,
i
50
5. Jika volume pada input 1 “SngtBesar” maka output bukaan “SK”
V.3.2 Uji Sistem Fuzzi
Pada ujicoba ini, proses pengaliran dihentikan ketika volume larutan
dari masing-masing tabung mencapai 500 ml. Kecepatan aliran yang
diharapkan berkisar antara 0-25 ml/s. Oleh karenanya pemilihan
domain input dan output terletak pada semesta 0-500 ml dan 0-75 step.
Dari percobaan yang dilakukan, didapat data sebagai berikut,
Kondisi awal tabung terisi dengan larutan sebanyak 50 ml.
Selanjutnya, set point untuk pengaliran pertama dilakukan dengan
pemberian input fuzzi dengan bukaan 30 step dengan selang waktu 5
detik. Dengan bukan tersebut diharapkan kecepatan aliran dari tabung
adalah 10 ml/detik. Oleh karena itu untuk nilai puncak pada himpunan
“SangtKecil” terletak pada angka 50 ml. Dengan pemilihan titik
Gambar 5.7 Uji sistem fuzzi untuk tiga tabung
0
100
200
300
400
500
600
0 5 10 15
Jum
lah
Volu
me
(ml)
Pengukuran
Uji Sistem Fuzzi
Tabung 2
Tabung 4
Tabung 5
51
puncak di angka tersebut memungkinkan nilai dari setting point
pertama terletak pada daerah himpunan tersebut.
Sementara itu pemilihan domain output untuk bukaan stepper yang
memiliki 5 buah himpunan “SK” [0-20], “K” [2,5-27,5], “S” [20-55],
“B” [27,5-52,5], dan “SB” [55-75] dengan bentuk fungsi keanggotaan
segitiga (trimpf) dimaksudkan untuk mendapatkan hasil fuzzi setelah
proses pertama pada himpunan “SB”. Hal tersebut dikarenakan pada
daerah domain “SB” larutan dari masing-masing tabung akan
mengalirakan larutannya dengan kecepatan 22-24 ml/detik. Dengan
kecepatan tersebut maka dapat diprediksi bahwa input fuzzi
selanjutnya terletak di domain himpunan “K”.
Tabel diatas memperlihatkan jumlah pengukuran yang dibutuhkan
oleh masing-masing tabung untuk mencapai setting point-nya. Step
menjelaskan output dari fuzzi yang digunakan untuk menggerakkan
Tabung 2 Tabung 4 Tabung 5 Peng Step Δvol Peng Step Δvol Peng Step Δvol
0 30 0 7 30 0 16 30 0 1 60 40 8 61 35 17 61 30 2 51 80 9 49 95 18 48 105 3 30 125 10 38 70 19 34 80 4 17 100 11 29 50 20 27 50 5 7 55 12 20 55 21 22 25 6 7 50 13 17 40 22 19 25 14 8 50 23 17 35 15 7 50 24 11 35 25 7 20 26 7 20 27 7 20
Tabel 5.1 Data perubahan Step terhadap Jumlah Volume yang masuk untuk tiap tabung
52
motor stepper. Sedangkan ΔVol adalah selisih antara volume setelah
dialirkan terhadap volume sebelumnya untuk tabung yang diamati.
Pada uji sistem fuzzi untuk tabung dua proses untuk mencapai set
point 500 ml lebih cepat daripada yang dilakukan oleh tabung empat
dan tabung lima. Pada tabung dua jumlah larutan 500 ml tercapai pada
pengaliran ke-enam, sedangkan pada tabung empat dan tabung lima
jumlah larutan yang sama dicapai pada pengaliran ke-delapan tabung
empat (atau pegukuran ke lima belas dari pengukuran pertama) dan
pengaliran ke sebelas tabung lma atau (pengukuran ke dua puluh tujuh
dari pengaliran pertama). Hal ini dikarenakan untuk keadaan diam
(idle) pada tabung dua akan mengalirakan larutan sebanyak 4 ml untuk
setiap detiknya. Sedangkan tabung empat dan tabung dua sendiri
relatif lebih stabil (tidak atau hanya sedikit larutan yang mengalir)
untuk keadaan diam.
Pada pengaliran pertama masing-masing tabung, yaitu dengan perintah
bukaan step sebesar 30 menghasilkan keluaran jumlah volume sebesar
40 ml untuk tabung 2, dan 35 liter untuk tabung 4 dan tabung 5.
Sebagai perbandingan seting awal fuzzi diharapkan akan megalirkan
50 ml larutannya. Jumlah volume aktual yang masuk ke dalam tabung
pencampur memerintahkan kembali fuzzi untuk memberikan perintah
menggerakkan motor steppernya. Pada kondisi ini jumlah stepper
fuzzi akan menurun sesuai dengan no pengukurannya. Jumlah stepper
fuzzi yang menurun ini sebanding dengan jumlah volume larutan yang
berkurang ketika masuk ke tabung pencampur pada tiap
pengukurannya. Hal itu tercipta untuk pengukuran pada tabung 5.
Sedangkan pada tabung 2 dan tabung 4 anomali terjadi pada
53
pengaliran ke-5 dan 6 untuk tabung 2 dan pengaliran ke-8 dan 9 untuk
tabung 4. Kemungkinan ini terjadi dikarenakan jeda antar pengaliran
yang cukup lama sehingga tabung 2 dan tabung 4 mengalirskan
larutannya meskipun dalam keadaan diam (idle).
Gambar 5.7 memperlihatkan pergerakan dari konsentrasi larutan
masing-masing tabung ketika terjadi pencampuran pada tabung
pencampur. Konsentrasi awal menunjukkan konsentrasi yang terdapat
pada masing-masing tabung. Konsentrasi awal ini berbeda untuk
masing-masing tabung, tergantung dari setinganya. Setingan tersebut
yang menentukan berapa banyak larutan yang diperlukan untuk
dialirkan. Lalu setelah dialirkan didapat konsentrasi akhir dari larutan.
Konsentrasi akhir ini kemudian dibandingkan dengan konsentrasi
harapan yang terdapat pada tabel 2.1 data kebutuhan nutrisi tomat.
Gambar 5.8 Indeks Pengukuran terhadap pergerakan konsentrasi larutan
00.0020.0040.0060.0080.01
0.0120.0140.016
0 10 20 30
Konsen
trasi Larutan
No Pengukuran
Grafik Konsentrasi Larutan
Tabung 2 (Set Point [M] = 0.0051 M)Tabung 4 (Set Point [M] = 0.0063 M)Tabung 5 (Set Point [M] = 0.0133 M)
54
Dalam percobaan ini, tabung 2 memiliki konsentrasi larutan
Monopotasaium Phosphate sebesar 0.015 M, sedangkan tabung 4 dan
tabung 5 konsentrasinya larutan Potassium Nitrate dan Magnesium
Sulfate sebesar 0.02 M dan 0.043 M. Untuk mendapatkan nilai
konsentrasi yang diharapkan maka masing-masing tabung diharapkan
mengalirkan volumenya sebesar 500 ml (Persamaan 2.2 dan 2.3).
Pada tujuh pengaliran pertama melalui tabung 2 tidak terjadi
penngenceran sama sekali. Nilai dari konsentrasi larutan
Monopotassium Phosphate pada tabung pencampur masih tetap sama
dengan nilai konsntrasi di tabung 2, yaitu sebesar 0.015 M. Dengan
demikian kesalahan yang terdapat pada pengukuran ini masih sebesar
195%.
Setelah itu proses selanjutnya adalah pengaliran larutan Potassium
Nitrate pada tabung 4. Proses pencampuran yang terjadi adalah
pegentalan larutan Potassium Nitrate lalu kemudian larutan tersebut
diencerkan. Sedangkan pada larutan Monopotassium Phosphate
prosesnya adalah pengenceran larutan. Pada pengenceran ke-15
didapatkan nilai konsentrasi larutan Monopotassium Phosphate pada
tabung 2 dan Potassum Nitrate pada tabung 4 adalah sebesar
0.00733769 M dan 0.0094975 dengan kesalahan masing-masing
larutan sebesar 48% dan 38%.
Pengaliran terakhir terjadi untuk tabung 5 untuk larutan Magnesium
Sulfate. Proses pengaliran ini adalah pengentalan larutan Magnesium
55
Sulfate serta pengenceran larutan Monopotassum Phosphate dan
Potassium Nitrate. Pada percobaan ini 11 pencampuran yang
dilakukan oleh larutan Magnesium Sulfate terhadap larutan
Monoptassium Phosphate dan Potassium Nitrate menghasilkan
konsentrasi akhir dari masing-masing larutan sebesar 0.00503336 M
(Monopotassium Phosphate), 0.0066443 M (Potassium Nitrate), dan
0.01395303 M (Magnesium Sulfate) dengan kesalahan akhir masing-
masing larutan sebesar 1.3%, 3.46% dan 4.9% (lihat tabel 5.2).
V.4 Penerapan Kontrol Nutrisi
Gambar 5.9 memperlihatkan ke-delapan tabung dari nutrisi yang akan
mengalirkan larutannya ke dalam tabung pencampur. Kedelapan tabung tersebut
berisi 8 larutan nutrisi yaitu Monopottasium Phosphate, Potassum Nitrate,
Magnesium Sulfate, Potassium Chloride, Calcium Nitrate, Campuran iron
Chelate, Micronutrient, dan Air Aquades.
No Tabung Larutan Konsentrasi
Awal (M) Konsentrasi Akhir (M)
Konsentrasi Harapan
Kesalahan (%)
2 Monopottasium Phosphate 0.015 0.0050336 0.0051 1.302803
4 Pottasium Nitrate 0.02 0.0066443 0.0063 5.465004794
5 Magnesium Sulfate 0.042 0.013953 0.0133 4.909925821
Tabel 5.2 Data Konsentrasi awaal dan akhir larutan untuk tiap tabung
56
Sedangkan untuk pengaliran nutrisi dari tabung pencampur diatur dengan
kecepatan konstan 20 ml/detik. Gambar dibawah ini memperlihatkan bagaimana
aliran larutan mengalir pada wadah penanaman. Terlihat bahwa pada ujung
bagian kiri larutan keluar dari tabung pencampur, dan dialirkan menuju tempat
pembuangan sementara di bagian ujung yang kanan.
Gambar 5.10 Gambar Wadah penanaman, tempat pengaliran untuk Hidroponik
NFT tanaman tomat
Gambar 5.9 Delapan tabung larutan untuk nutrisi tanaman tomat
57
Setelah dipastikan larutan mengalir dengan lancar, penanaman tumbuhan tomat
untuk sistem hidroponik NFT dilakukan. Sterofoam yang telihat berwarna putih
di gambar 5.11 berfungsi sebagai penahan tanaman agar dapat berdiri di wadah
penanaman. Pada saat penempatan di media sterofoam perlu dipastikan bahwa
akar tanaman dapat benar-benar menerima nutrisi yang dialirkan di wadah
penanaman tersebut.
Hasil implementasi dari rancangan sistem pada bab IV diperlihatkan oleh gambar
5.12 di halaman 57. Sistem yang telah dibangun memiliki tinggi 1.46 m dengan
lebar 1.2 meter. Tiang-tiang penyannga dibuat dari campuran alumanium dan
besi. Untuk jalur pengaliran nutrisi digunakan selang dengan diameter 4 cm.
Wadah penanaman berdimensi 43 × 21 × 18 cm. Jalur komunikasi dilakukan
dengan menggunakan tiga buah kabel paralel dengan panjang 1.5 meter dengan
dua buah kabel untuk menghubungkan plant dan mikrokontroller dan satu buah
kabel lainnya untuk menghubungkan mikrokontroller dan komputer. Selain itu
juga digunakan satu buah kabel serial dengan panjang 3 m untuk memgirimkan
data dari komputer ke mikrokontroller.
Gambar 5.11 Tanaman tomat yang disimpan pada media Sterofoam, sistem aliran
hidroponik NFT mengalir pada akar tanaman
58
Gambar keseluruhan sistem yang dihasilkan diperlihatkan oleh gambar 5.13
dibawah ini.
Gambar 5.13 Implementasi keseluruhan perangkat sistem hidroponik NFT tanaman tomat
Gambar 5.12 Implementasi perancangan sistem untuk hidroponik NFT tanaman tomat
Recommended