Rancang Bangun Sistem Pemantau Suhu Kelembaban Konsentrasi ...digilib.unila.ac.id/28144/3/SKRIPSI...
Transcript of Rancang Bangun Sistem Pemantau Suhu Kelembaban Konsentrasi ...digilib.unila.ac.id/28144/3/SKRIPSI...
Rancang Bangun Sistem Pemantau Suhu Kelembaban
Konsentrasi Gas Metan Terhadap Tanaman Padi
(Skripsi)
Oleh
M. Havif
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS LAMPUNG
BANDAR LAMPUNG
2017
ABSTRAK
Rancang Bangun Sistem Pemantau Suhu Kelembaban Konsentrasi Gas Metan
Pada Tanaman Padi
Oleh
M. Havif
Lahan sawah dengan kondisi tergenang (anaerob) merupakan salah satu sumber emisi
gas metan (CH4) terbesar. Diketahui bahwa tanaman padi berperan aktif dalam
pelepasan emisi gas metan ke atmosfer. Lebih dari 90% metan diemisikan melalui
jaringan parenkim dan ruang interseluller tanaman padi, sedangkan kurang dari 10%
sisanya melalui gelembung air. Salah satu upaya yang dilakukan untuk mengatasi
permasalahan diatas, yaitu dengan membuat sebuah alat ukur pemantau gas metan suhu
dan kelembaban pada tanaman padi. Didapatkan data hasil pengujian dengan rata-rata
suhu 40,960C dan rata-rata kelembaban 40,82% sedangkan rata-rata gas metan 9396
ppm (part per million). Berdasarkan data yang didapat bahwa perubahan suhu dan
kelembaban juga sangat mempengaruhi gas metan yang ada pada tanaman padi.
Kata kunci : Tanaman Padi, sensor gas metan, sensor suhu, sensor kelembaban,
Arduino UNO
ABSTRACT
Design of Temperature Monitoring System for Humidity Concentration of
Methane Gas in Rice Plant
By
M. Havif
Flooded rice field (anaerobic) is one of the largest methane gas (CH4) emission
sources. It is known that rice plants (oriza sativa) play an active role in the release of
methane gas emissions into the atmosphere. More than 90% of methane is emitted
through parenchymal tissue and interseluller space of rice plants, while less than 10%
of the remainder pass through water bubbles. One of the efforts made to overcome the
problem above, namely by making a monitoring device as methane gas temperature
and humidity measurement for rice plant. Test result on the first day with average
temperature 40,960C and average humidity 40,82% mean methane gas 9396 ppm ( Part
per million). Based on the data obtained that changes in temperature and humidity also
greatly affect the existing methane gas in rice plants.
Keywords: Rice plant, methane gas sensor, temperature sensor, humidity sensor,
Arduino UNO
:aff,Ifi.'I:S,!urajglp@prg..!u["iu,g .' ]
$?.llr!8iI
. rl :. '.'ir :' : .:lt:i..:.' :
lr,."i.:
_ ..1 .; j.:
t11r,$ipuqlsgns.
tIgZ srusnEv g1 'Eundtuel r?pu"g
'nBlreq Eua( um:1nq
I€nses r$[rrus l"uorp €lpesreq e(es eleu rsuoq spp edes use1eftxed ellqedy
1rlpues efes pnqrp p1 1sd5r1s e,raqeq elnd
ue1ep,(uaur e(es n$ ulelas 'e1e6nd reuep tllelsp rp uq$qos1p Eue,t eueureEeqes
rur q€sgu urspp sllnuel usnco trel Euero uernrqreilp nslu slJnuel Eue;( pdepued
nup e.&u1 pdeprel rypp uEn[ er(us umqu1oEusdes uep .u1u1 Euaro usrulullp
qeurad Eue ufrerl pdepret IeHl gul 1sdp1s ",rqeq
ue:pp,(ueur efus rur ueEueq
tVYIYANUf,d TYUNS
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Tanjung Karang, Bandar
Lampung pada tanggal 02 Oktober 1993, anak kedua
dari tiga bersaudara dari pasangan Bapak Arif dan
Ibu Tiswa Kencana.
Jenjang pendidikan yang ditempuh penulis dimulai
dari SDN 2 Harapan Jaya Sukarame Bandar
Lampung pada tahun 1999 – 2005, SMP PGRI 6
Bandar Lampung pada tahun 2005 – 2008, dan SMK
BLK Sukarame Bandar Lampung pada tahun 2008 – 2011.
Penulis diterima sebagai mahasiswa Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik
Universitas Lampung pada tahun 2011 melalui jalur Program Penerimaan
Mahasiswa Peluasan Akses Pendidikan (PMPAP). Selama menjadi mahasiswa
penulis aktif di organisasi FOSSI FT pada tahun 2012 – 2015. Pada periode 2013 –
2014 penulis akrif di organisasi BIROHMAH dan pada tahun 2012 – 2014 penulis
juga aktif di organisasi Himpunan Mahasiswa Elektro.
Dalam masa kuliah, penulis pernah melaksanakan Kerja Praktik (KP) di PT.
Pertamina Refinery Unit III Plaju dalam jangka waktu satu bulan. Dalam
melaksanakan Kerja Praktik, Penulis menyelesaikan Kerja Praktik dengan menulis
sebuah laporan yang berjudul : Sistem Kerja Level Switch High - High Sebagai
Shutdown Pakcage Boiler Pb-2011 Ua Pt. Pertamina Refinery Unit Iii Plaju.
PERSEMBAHAN
Segala Puji hanya bagi-MU ALLAH SWT atas segala nikmat dan karunia yang Engkau berikan sehingga ku dapat menyelesaikan
sekecil karya yang ku persembahkan untuk :
Kedua Orang Tua Ku Tercinta
ARIF DAN TISWA KENCANA
Terima kasih atas segala yang kalian berikan, semua pengorbanan, dukungan, kasih sayang dan cinta yang telah kalian berikan
kepadaku serta doa-doa yang kalian panjatkan untuk kebaikan ku
Kakak dan Adik ku tersayang :
MAYANG SARI DAN RAFLI AKBAR
Terima kasih atas dukungan yang di berikan selama ini, semoga ALLAH selalu menjaga kita dalam kebaikan. Serta sahabat yang
selalu memberikan ku motivasi
MOTO
“Allah tidak membebani seseorang diluar kemampuannya” (Al-Baqarah: 286)
“Karena sesungguhnya sesudah kesulitan itu ada kemudahan.”
(QS. Alam Nasyroh: 5)
Mendaki puncak itu cukup sulit tetapi bertahan pada puncak itu lebih sulit.
Teruslah melangkah walaupun engkau harus tertitah titah karena pasti akan sampai tujuan tapi janganlah berpikir sejenak saja untuk berhenti.
(MH)
SANWACANA
Puji dan syukur kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat dan karunia-
Nya, sehingga dapat diselesaikan skripsi yang berjudul “ Rancang Bangun Sistem
Pemantau Suhu Kelembaban Konsentrasi Gas Metan Terhadap Tanaman
Padi” sebagai salah satu syarat untuk mencapai gelar sarjana teknik. Shalawat dan
salam semoga senantiasa tercurah kepada nabi besar Muhammad SAW, keluarga,
sahabat, serta umatnya yang senantiasa istiqomah di jalan-Nya.
Disadari sepenuhnya bahwa kemampuan dan pengetahuan penulis terbatas, maka
adanya bimbingan dan dukungan dari berbagai pihak sangat membantu dalam
menyelesaikan skripsi ini. Pada kesempatan ini disampaikan terima kasih kepada :
1. Kedua orang tua penulis, Bapak Arif dan Ibu Tiswa Kencana tercinta terima
kasih atas dukungan moril, materil dan doa sehingga penulis biasa
menyelesaikan penelitian dan studi di Teknik Elektro.
2. Bapak M. Komarudin, S.T., M.T. selaku Dosen Pembimbing Utama,
terimakasih atas bimbingannya selama ini, nasihat-nasihat yang sangat
bermanfaat dan segala ilmu yang begitu banyak yang telah diberikan.
3. Ibu Dr. Ir. Sri Ratna Sulistiyanti, M.T. selaku Dosen Pembimbing Pendamping,
terimakasih atas bimbingannya selama ini, nasihat-nasihat yang sangat
bermanfaat dan segala ilmu yang begitu banyak yang telah diberikan.
5. Bapak Dr. Helmy Fitriawan, S.T.,M.Sc. selaku Dosen Penguji yang telah
banyak memberikan ilmu, kritik dan saran yang membangun dalam
penyelesaian skripsi ini.
6. Ibu Dr. Ing Melvi, S.T., M.T. selaku Dosen Pembimbing Akademik.
7. Bapak Prof. Suharno, M.Sc., Ph.D, selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas
Lampung
8. Bapak Dr. Ing. Ardian Ulvan, S.T., M.T. selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro
Universitas lampung.
9. Bapak Dr. Herman Halomoan Sinaga, S.T., M.T. selaku Sekretaris Jurusan
Teknik Elektro Universitas Lampung.
10. Seluruh Dosen Teknik Elektro yang telah berbagi banyak ilmu, pengetahuan
dan pengalaman kepada penulis.
11. Seluruh staf administrasi Jurusan Teknik Elektro dan staf administrasi Fakultas
Teknik Universitas Lampung.
12. Ryan Noferiawan dan Arosiq, Restu yang berjuang bersama. Terima kasih
untuk motivasi, semangat, doa dan dukungannya.
13. Teman-teman FOSSI FT yang selalu memberi semangat dalam kebaikan.
14. Teman-teman mahasiswa Teknik Elektro 2011 dan adek-adek tingkat, terima
kasih atas kebersamaan, semangat, cerita-cerita manis dan masa-masa sulit
yang pernah kita lewati bersama.
15. Semua pihak yang telah membantu serta mendukung dari awal kuliah hingga
terselesaikannya tugas akhir ini yang tidak dapat disebutkan satu persatu.
Akhir kata, penulis menyadari bahwa skripsi ini jauh dari kesempurnaan, akan
tetapi besar harapan saya semoga skripsi yang sederhana ini dapat berguna dan
bermanfaat bagi kita semua. Aamiin.
Bandar Lampung, 18 Agustus 2017
Penulis,
M. Havif
i
DAFTAR ISI
Halaman
DAFTAR ISI .................................................................................................. i
DAFTAR TABEL ......................................................................................... iv
DAFTAR GAMBAR ..................................................................................... vi
I. PENDAHULUAN
II. TINJAUAN PUSTAKA
.......................................................................... 12 2.3.1 Pin Arduino
.................................................. 7
..................................................... 9
2.1 Komoditas Padi (Oryza sativa)
2.2 LCD (Liquit Cristal Display)
2.3 Arduino ……………..................................................................10
1.1 Latar Belakang
1.2 Tujuan Penelitian ....................................................................... 4
........................................................................... 1
1.3 Manfaat Penelitian .................................................................... 4
1.4 Batasan Masalah ....................................................................... 4
1.5 Hipotesis ................................................................................... 5
1.6 Sistematika Penulisan ............................................................... 5
III. METODOLOGI PENELITIAN
........................................................... 21
.................................................................................. 21
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
............................ 29
..................................................................................... 32
b. Mikrokontroller ...................................................................... 37
c. LCD ........................................................................................ 38
2.3.2 Input dan Output .................................................................. 12
2.3.3 Power .................................................................................... 12
2.4 Sensor TGS 2611 ....................................................................... 13
2.5 Sensor DHT 11 .......................................................................... 16
2.6 Gas Metan (CH4) Sebagai Gas Rumah Kaca ............................ 18
3.1 Tempat dan Waktu Penelitian
3.2 Alat dan Bahan
3.3 Metode Penelitian ............................................................................. 22
3.5 Perancangan Perangkat Keras
3.6. Pengujian Sensor Suhu
3.7. Pengujian Sensor Kelembaban
................................................................... 28
3.9 Pembuatan Laporan .......................................................................... 28
3.8. Analisa dan Kesimpulan
............................................................ 25
....................................................................... 26
........................................................... 27
3.4 Perancangan Sistem ........................................................................... 24
3.2.1 Peralatan Instrumen dan Komponen Elektronika ............... 213.2.2 Alat dan Bahan................................................................... 22
3.3.1 Diagram Alir Penelitian ............................................................ 23
4.1 Hasil Penelitian ................................................................................ 29
4.1.1 Alat Ukur Gas Metan Suhu dan Kelembaban
4.1.2 Prinsip Kerja Alat .................................................................. 31
a. Sensor
iii
............................................................................... 39
................................................................... 41
....................................................... 45
..................... 47
V. KESIMPULAN DAN SARAN
DAFTAR PUSTAKA .................................................................................... 64
LAMPIRAN ................................................................................................... 66
4.2 Pengujian Sensor
4.2.2 Kalibrasi Sensor Suhu
4.2.5 Pengujian Sensor Kelembaban Terhadap Tegangan
4.2.4 Kalibrasi Sensor Kelembaban
4.2.3 Pengujian Sensor Suhu Terhadap Tegangan ............................ 43
4.2.1 Pengujian Sensor Gas Metana ................................................. 39
4.3.1 Pengujian Sensor Suhu ............................................................ 52
4.3.2. Pengujian Sensor Kelembaban ............................................... 55
4.3.3 Pengujian Sensor Gas Metana ................................................. 58
5.2 Saran ............................................................................................... 63
5.1 Kesimpulan ..................................................................................... 62
4.3. Pengujian Keseluruhan Sistem ...................................................... 51
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar
2.1. LCD 2 x 16 ............................................................................................... 10
2.2. Mikrokontroler Arduino ........................................................................... 11
2.3. Power Supply Arduino Port ...................................................................... 13
2.4. Bentuk Fisik Sensor Gas TGS 2611.......................................................... 14
2.5. Sensitivitas Sensor Gas TGS 2611 ............................................................ 16
2.6. Sensor DHT 11 .......................................................................................... 17
3.1. Diagram Alir Penelitian ............................................................................ 23
3.2. Diagram Alir Perancangan Sistem ........................................................... 24
3.3. Blok Diagram Sistem ............................................................................... 25
3.4. Metode Pengujian Sensor Suhu ............................................................... 26
3.5. Metode pengujian sensor kelembaban ..................................................... 27
4.1. Realisasi Alat ........................................................................................... 29
4.2. Skematik Alat .......................................................................................... 30
4.3. Rangkain Skematik Alat Ukur ................................................................. 31
4.4. Bentuk fisik sensor gas TGS 2611 ........................................................... 33
4.5. Prinsip Kerja Sensor TGS 2611 ............................................................... 35
4.6. Arduino Sebagai Pemrosesan ................................................................... 37
v
4.7. Tampilan LCD ......................................................................................... 38
4.8. Pengujian Sensor Gas Metan .................................................................. 40
4.9. Kalibrasi Sensor Suhu .............................................................................. 42
4.10. Grafik Perbandingan Suhu ..................................................................... 45
4.11. Kalibrasi Sensor Kelembaban ................................................................ 46
4.12. Grafik Perbandingan Kelembaban ......................................................... 49
4.13. Pengambilan Data Pada Tanaman Padi .................................................. 51
4.14. Grafik Hasil Pengukuran Suhu Hari Pertama ........................................ 52
4.15. Grafik Hasil Pengukuran Suhu Hari Kedua ........................................... 53
4.16. Grafik Hasil Pengukuran Suhu Hari Ketiga ........................................... 54
4.17. Grafik Hasil Pengukuran Kelembaban Hari Pertama ............................ 55
4.18. Grafik Hasil Pengukuran Kelembaban Hari Kedua ............................... 56
4.19. Grafik Hasil Pengukuran Kelembaban Hari Ketiga ............................... 57
4.20. Grafik Hasil Pengukuran Gas Metan Hari Pertama ............................... 58
4.21. Grafik Hasil Pengukuran Gas Metan Pada Hari Kedua ......................... 59
4.22. Grafik Hasil Pengukuran Gas Metan Hari Ketiga .................................. 61
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel
4.1. Data Hasil Pengujian Gas Metan ............................................................. 40
4.2. Hasil Kalibrasi Suhu Sensor DHT 11 dan Krisbow KW06-291 .............. 43
4.3. Hasil Pengujian Sensor Suhu Terhadap Tegangan .................................. 44
4.4. Hasil Kalibrasi Sensor Kelembaban ........................................................ 47
4.5. Hasil Pengujian Sensor Kelembaban ....................................................... 48
4.6. Jumlah X2, Y2, XY Regresi Linier ........................................................... 50
I. PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Masalah
Masalah lingkungan yang pada saat ini menjadi salah satu isu paling sering
dibahas baik oleh pemerintahan, peneliti maupun badan organisasi di tingkat
internasional, nasional maupun lokal adalah perubahan iklim akibat pemanasan
global. Sebagaimana yang tertera dalam Undang-Undang No. 32 Tahun 2009
Tentang Perlindungan dan Pengelolaan Lingkungan Hidup, pemanasan global
menjadi salah satu aspek penting yang ditekankan Undang-Undang lingkungan,
bahwa pemanasan global yang semakin meningkat mengakibatkan perubahan
iklim sehingga memperparah penurunan kualitas lingkungan hidup. Ditambah lagi
dengan perpres No.61 tentang Rencana Aksi Nasional Penurunan Emisi Gas
Rumah Kaca. Hal ini menunjukan bahwa perubahan iklim merupakan masalah
serius yang harus segera ditangani. Perubahan iklim yang diakibatkan langsung
atau tidak langsung oleh aktivitas manusia menyebabkan perubahan komposisi
atmosfer secara global dan perubahan variabilitas iklim alamiah yang teramati
pada kurun waktu yang dapat di bandingkan[1].
2
Gas-gas penyebab pemanasan global di atmosfer bumi disebut Gas Rumah Kaca
(GRK). GRK yaitu gas-gas di atmosfer yang memiliki potensi untuk menghambat
radiasi sinar matahari yang dipantulkan oleh bumi sehingga menyebabkan suhu di
permukaan bumi menjadi hangat. United Nations Framework Convetion on
Climate Change (UNFCCC) (2010) dalam konvensi PBB (Perserikatan Bangsa
Bangsa) mengenai perubahan iklim menyatakan bahwa terdapat enam jenis gas
yang tergolong gas rumah kaca, yaitu : Karbon Dioksida (CO2), Methan (CH4),
Dinitro Oksida (N2O), Hydrochlorofluorocarbons (HCFC) Sulfurheksfluorida
(SF6) Perfluorkarbon (PFC), dan Chlorofluorocarbons (CFC). Diantara ke enam
GRK tersebut, CH4 adalah kontributor GRK kedua tersebut pemanasan iklim
global. Molekul gas metan (CH4) memiliki potensi 20-30 kali lebih kuat dari CO2
[1].
Gas metan merupakan salah satu GRK yang semakin meningkat tajam di atmosfer
dan telah memberikan kontribusi terhadap pemanasan global sampai saat ini.
Konsentrasi CH4 bertambah sangat nyata pada periode 1750-1992, terutama sejak
1960-an yaitu 145%. Berdasarkan laporan ADB-GEF-UNDP dalam Rahardjo
2010, padi sawah menyumbang 76% dari total gas metan yang diemisikan dari
sektor pertanian. Budidaya padi menghasilkan gas metan terbanyak yaitu 2,57
Tg/tahun. 58% emisi gas metan dari budidaya padi sawah berasal dari pulau Jawa.
15,9% dari Jawa Tengah. Kondisi di atas diperparah lagi dengan pemupukan
(terutama pupuk N dan pupuk organik) yang kurang seimbang. Pemupukan yang
3
tidak berimbang ini menimbulkan kontribusi lahan sawah sebagai penghasil metan
semakin meningkat.
Lahan sawah dengan kondisi tergenang (anaerob) merupakan salah satu sumber
emisi gas metan (CH4) terbesar. Diketahui bahwa tanaman padi berperan aktif
dalam pelepasan emisi gas metan ke atmosfer. Lebih dari 90% metana diemisikan
melalui jaringan parenkim dan ruang interseluler tanaman padi, sedangkan kurang
dari 10% sisanya melalui gelembung air. Dinamika emisi gas CH4 berkaitan erat
dengan potensial redoks dalam tanah, masukan pupuk dan tingkat penggenangan.
Pemupukan intensif disertai air yang tergenang sangat ideal bagi proses
dekomposisi anaerobic di lahan sawah, sehingga berlangsung reaksi
metanogenesis oleh bakteri metanogenik. Oksidasi CH4 dilakukan oleh berbagai
macam bakteri metanotrof seperti : Methylobacter luteus, Methylosinus
trichosporium, Methylococcus capsulatus [1].
Gas metana (CH4) merupakan salah satu penyebab utama terjadinya efek rumah
kaca, sehingga tingkat konsentrasi gas metana yang dihasilkan dari lahan sawah
dengan kondisi tergenang (anaerob) harus selalu diketahui. Data konsentrasi gas
metana (CH4) sulit didapatkan, karena saat ini peralatan untuk mengukur tingkat
konsentrasi gas metana (CH4) sangat terbatas. Proses pengukuran pun masih
terjadi human error, sehingga perlu dikembangkan terobosan teknologi guna
memenuhi kebutuhan data konsentrasi gas metana (CH4) secara tepat. Salah satu
upaya yang dilakukan untuk mengatasi permasalahan diatas, yaitu dengan
4
membuat sebuah alat ukur. Penelitian ini, dirancang dan dibuat suatu sistem
pengukuran gas metana (CH4) pada tanaman padi menggunakan sensor TGS 2611.
1.2 Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah :
1. Mengetahui produksi emisi gas metan dari tanaman padi.
2. Merancang dan membuat alat mengukur gas metan pada tanaman padi dengan
sensor gas TGS 2611 dan sensor DHT11.
1.3 Manfaat Penelitian
Manfaat yang diharapkan dari penelitian ini adalah sebagai upaya peningkatan
produksi pendapatan petani dan untuk mengetahui kandungan gas metan yang ada
pada tanaman padi.
1.4 Batasan Masalah
Agar penelitian ini lebih fokus secara mendalam ke arah yang diharapkan, maka
batasan-batasan masalah pada laporan Skripsi adalah sebagai berikut :
1. Membahas bagaimana perancangan sistem pemantau gas metan, suhu dan
kelembaban dengan Arduino Uno.
2. Membahas sistem pengukuran sensor TGS2611 dan sensor suhu, kelembaban
DHT11.
3. Tidak membahas perbandingan alat ukur gas metan yang telah distandarkan.
5
1.5 Hipotesis
Dari permasalahan yang timbul, alat ini dapat digunakan untuk membantu sebagai
sarana pengukuran nilai gas, suhu dan kelembaban dalam upaya peningkatan hasil
panen produksi padi dan memudahkan petani dalam mengetahui kandungan gas
metan, suhu dan kelembaban yang ada pada tanaman padi.
1.6 Sistematika Penulisan
Sistematika Penulisan Skripsi ini, disusun menjadi beberapa bab. Susunan
sistematika tersebut antara lain adalah :
BAB I PENDAHULUAN
Menjelaskan tentang latar belakang permasalahan, tujuan
dilakukannya penelitian, manfaat penelitiaan, hipotesis, dan
sistematika penulisan.
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
Bagian ini berisi tentang teori-teori tanaman padi, LCD 2x16, sensor
TGS2611, sensor DHT11, Arduino Uno dan lain-lain yang digunakan
dalam menyelesaikan penelitian ini.
6
BAB III METODE PENELITIAN
Bagian ini menjelaskan metode yang digunakan dalam proses
perancangan dan pembuatan alat, diantaranya waktu dan tempat
penelitian, alat dan bahan, pembuatan alat dan pengujian sistem.
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
Bagian ini berisi tentang hasil pengujian dan pembahasan tentang data-
data yang diperoleh dari pengujian alat.
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
Bab ini menyimpulkan semua kegiatan dan hasil-hasil yang diperoleh
selama proses perancangan dan pembuatan alat. Diberikan juga saran-
saran yang perlu di pertimbangkan dalam upaya pengembangan alat
lebih lanjut.
DAFTAR PUSAKA
LAMPIRAN
II. TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Komoditas Padi (Oryza sativa)
Sesuai dengan asalnya, padi merupakan lahan basah, tetapi adaptasi tanaman ini
telah mampu menghasilkan varietas yang tumbuh di lahan kering (padi gogo).
Namun, daerah utama penghasil beras di berbagai belahan dunia adalah daerah
padi lahan basah atau daerah tanah sawah.
Tanaman padi termasuk golongan tanaman semusim. Bentuk batangnya bulat dan
berongga, daunnya memanjang seperti pita yang berdiri pada ruas-ruas dan antara
ruas yang satu dengan yang lainnya dipisahkan oleh buku. Pada tiap buku, duduk
sehelai daun. Pada buku-buku yang terletak paling bawah, maka ketiak yang
diantara ruas batang dan upih daun tumbuh menjadi batang sekunder yang serupa
dengan batnag primer. Batang-batang sekunder ini nantinya akan menghasilkan
batang tertier, dst. Peristiwa ini disebut pertunasan atau menganak [1].
Padi termasuk dalam suku padi-padian atau poaceae (sinonim Graminae atau
Lumifloare). Adapun klasifikasi ilmiah padi (Oryza sativa) sebagai berikut :
8
Kingdom : Plantae
Devisio : Magnoliophyta
Classis : Monocotylae
Ordo : Poales
Familia : Poaceae
Genus : Oryza
Spesies : Oryza sativa L
Muhamad 2010 dalam bukunya menyebutkan bahwa ada riga stadia umum proses
pertumbuhan tanaman padi dari awal penyemaian hingga pemanenan :
1. Stadia vegetatif : dari perkecambahan sampai terbentuknya bulir. Pada varietas
padi berumur pendek (120 hari) stadia ini lamanya sekitar 55 hari, sedangkan
pada varietas padi berumur panjang (150 hari) lamanya sekitar 85 hari.
2. Stadia reproduktif : dari terbentuknya bulir sampai pembungaan. Pada varietas
berumur pendek maupun berumur panjang lamanya adalah sekitar 35 hari.
3. Stadia pembentukan gabah atau biji : dari pembungaan sampai pemasakan biji.
Lamanya stadia sekitar 30 hari, baik untuk varietas padi berumur pendek
maupun berumur panjang.
Pertanaman padi sawah ditengarai sebagai penyumbang CH4, sekaligus sebagai
sistem produksi yang akan terkena dampak negatif perubahan iklim global.
9
Tuduhan bahwa padi sawah penyumbang emisi metan akan lebih berat
berdasarkan kecenderungan yang terjadi di lapangan [1].
Yagi and Minami dalam wihardjaka 2007 mengemukakan bahwa tanaman padi
merupakan sumber pelepas gas metan dengan dugaan 25-170 Tg CH4/tahun. Pada
lahan sawah tergenang, metanogenesis diuntungkan oleh kondisi anoksik atau
kondisi anaerob, ketersediaan bahan organik dari akar sisa jerami, dan biomasa
fotosintetik tanaman air, pH tanah mendekati netral, suhu tanah berkisar 20-30oC
selama pertumbuhan tanaman padi. Tanaman padi tidak hanya sebagai media fluks
CH4, namun eksudat akar yang terdegradasi memungkinkan sebagai pembentukan
CH4, terutama pada saat berakhirnya fase pertumbuhan tanaman. Hal ini didukung
oleh pernyataan Bachelet and Neue 1993 bahwa eksudat akar merupakan bahan
organik yang merupakan salah satu sumber energi bagi bakteri metanogen.
2.2 LCD (Liquit Cristal Display) 2x16
LCD (Liquit Cristal Display) adalah suatu display dari bahan cairan Kristal yang
pengoperasiannya menggunakan sistem dot matriks. LCD banyak digunakan
sebagai display dari alat – alat elektronik seperti kalkulator, multitester digital, jam
digital dan sebagainya.
10
Gambar 2.1 LCD 2x16[2]
Secara umum, LCD dapat dikelompokan menjadi dua macam yaitu text LCD dan
graphic LCD. Text LCD ialah LCD yang hanya mampu menampilkan huruf dan
angka, sedangkan graphic LCD ialah LCD yang dapat menampilkan titik, garis,
dan gambar. Text LCD sebenarnya graphic LCD yang dilengkapi tabel angka dan
huruf serta disederhanakan sistemnya sehingga mempermudah para pengguna
dalam menampilkan huruf dan angka.
2.3 Arduino
Arduino adalah pengendali mikrokontroler single-board yang bersifat open-source,
diturunkan dari wiring platform, dirancang untuk memudahkan penggunaan
elektronik berbagai bidang. Hardwarenya memiliki prosesor AtmelAVR dan
softwarenya memiliki bahasa pemrograman sendiri. Arduino merupakan platform
hardware untuk membuat purwarupa peralatan elektronik interaktif berdasarkan
hardware dan software yang fleksibel dan mudah digunakan. Diprogram
11
menggunakan bahasa pemrograman Arduino yang memiliki kemiripan Syntax
dengan Bahasa Pemrograman C.
Arduino menggunakan Mikrokontroler yang dirilis oleh Atmel sebagai basis,
beberapa individu/perusahaan membuat clone-arduino dengan menggunakan
Mikrokontroler lain dan tetap kompatibel dengan Arduino pada level hardware.
Untuk fleksibilitas, program dimasukkan melalui bootloader yang terdapat opsi
untuk mem-bypass bootloader dan menggunakan downloader untuk memprogram
Mikrokontroller secara langsung melalui port ISP.
Gambar 2.2 Mikrokontroler Arduino [7]
12
2.3.1 Pin Arduino
Arduino menyediakan 20 pin I/O, yang terdiri dari 6 pin input analog dan 14
pin digital input/output. Untuk 6 pin analog difungsikan sebagai output
digital tambahan terdapat 14 pin yang sudah tersedia. Pengubahan pin analog
menjadi digital cukup dengan mengubah konfigurasi pin pada program.
Dalam board kita dapat melihat pin digital diberi keterangan 0-13, jadi untuk
menggunakan pin analog menjadi output digital, pin analog yang pada
keterangan board 0-5 kita ubah menjadi pin 14-19 dengan kata lain pin
analog 0-5 berfungsi juga sebagi pin output digital 14-16.
2.3.2 Input & Output
Setiap 14 pin digital pada Arduino dapat digunakan sebagai input atau output,
menggunakan fungsi pinMode, digitalWrite, dan digitalRead. Input/output
dioperasikan pada 5V. Setiap pin dapat menghasilkan atau menerima
maksimum 40mA dan memiliki internal pull-up resistor (disconnected oleh
default) 20-50K Ohm.
2.3.3 Power
Arduino Uno dapat disuplai langsung ke USB atau catu daya tambahan
dengan pilihan power secara otomatis yang berfungsi tanpa saklar. Kabel
eksternal (non-USB) menggunakan adaptor AC ke DC atau baterai dengan
konektor plug ukuran 2,1mm polaritas positif ditengah ke jack power di
13
board. Jika menggunakan baterai dapat disematkan pada pin GND dan Vin
di bagian power connector.
Gambar 2.3 Power Supply Arduino Port
Board Arduino dapat disuplai tegangan kerja antara 6-20V, apabila catu daya
dibawah tegangan standar 5V board tegangan akan tidak stabil, jika
dipaksakan ke tegangan regulator 12V board Arduino akan mengalami
overheat yang berujung kerusakan pada board. Tegangan yang
direkomendasikan antara 7-12V.
2.4 Sensor TGS 2611
Sensor gas TGS 2611 adalah sensor gas yang memiliki sensitifitas tinggi terhadap
adanya konsentrasi gas metan di sekitar sensor tersebut. Sensor gas TGS 2611 ini
akan memberikan perubahan resistansi apabila mendeteksi adanya gas metan di
sekitar sensor. Sensor gas TGS 2611 memiliki konsumsi arus yang rendah sehingga
14
dapat digunakan dalam waktu yang lama. Konsumsi arus utama dari sensor gas
TGS 2611 adalah bagian heater sensor yaitu 56 mA. Heater digunakan pada
pemanas internal dengan tujuan untuk menjaga elemen sensor pada suhu tertentu
yang optimal untuk pengukuran. Sensor gas TGS 2611 ini memiliki bentuk fisik
yang kecil sehingga dapat digunakan dalam peralatan detector gas yang praktis.
Sensor gas TGS 2611 ini membutuhkan sumber tegangan DC 5 volt yang
digunakan untuk mengoperasikan heater pada sensor gas dan memberikan output
perubahan tegangan dari perubahan resistansi pada sensor gas TGS 2611 tersebut.
a. b.
Gambar 2.4 Sensor TGS 2611. (a) Bentuk fisik sensor gas TGS 2611
(b) Rangkain dasar sensor Gas Metan[5]
15
Sensor ini membutuhkan 2 input tegangan yaitu,
1. Heater Voltage (VH) (5 ± 0,2 volt DC/ AC)
2. Circuit Voltage (Vc) (5 ± 0,2 volt DC/ AC)
Jangkauan deteksi gas Antara 500-10.000 ppm. Resistansi sensor (Rs) saat
konsentrasi metana 5000 ppm adalah 0.68⁓6,8 kΩ. Besar nilai R1 dipilih untuk
menjaga Power Dissipation (Ps) dibawah 15mW.
𝑃𝑆 =(𝑉𝑐 − 𝑉𝑟𝑙)2
𝑅𝑆 (2.1)
Dimana besarnya Rs dapat dihitung dari persamaan dibawah ini,
(2.2)
Sensitivitas sensor sebesar 0,6 ± 0,06 yang merupakan perbandingan rasio
𝑆 − 𝑅𝑠(9000𝑝𝑝𝑚)
𝑅𝑠(3000𝑝𝑝𝑚) (2.3)
Rs = Resistansi sensor
R0 = Resistansi sensor saat gas metan 5.000 ppm
Karakteristik sensitivitas dari sensor untuk jangkauan pengukuran 500 sampai
10.000 ppm dapat dilihat pada grafik dibawah ini,
16
Gambar 2.5 Sensitivitas sensor gas TGS 2611[4]
Pada grafik sensitivitas perbandingan antar resistansi sensor (Rs) dan resistansi
sensor saat mendeteksi metan pada 5.000 ppm (R0), terhadap konsentrasi gas 500
sampai 10.000 ppm, dapat dilihat bahwa sensor metan TGS 2611 sangat sensitiv
terhadap gas metan, hydrogen dan tidak mendeteksi gas-gas seperti udara, ethanol
dan iso-butanee.
2.5 Sensor DHT 11
DHT11 adalah sensor digital yang dapat mengukur suhu dan kelembaban udara di
sekitarnya. Sensor ini sangat mudah digunakan bersama dengan Arduino. Memiliki
tingkat stabilitas yang sangat baik serta fitur kalibrasi yang sangat akurat. Koefisien
kalibrasi disimpan dalam OTP program memori, sehingga ketika internal sensor
mendeteksi sesuatu, maka modul ini menyertakan koefisien tersebut dalam
kalkulasinya, DHT11 ini termasuk sensor yang memiliki kualitas terbaik, dinilai
17
dari respon, pembacaan data yang cepat, dan kemampuan anti-interference.
Ukurannya yang kecil, dan dengan tranmisi sinyal hingga 20 meter, dengan
spesipikasi : Supply Voltage: +5V, Temperature range : 0-50 oC error of ± 2 oC,
Humidity : 20-90%RH ± 5% RH error, dengan spesifikasi digital interfacing sistem.
Membuat produk ini cocok digunakan untuk banyak aplikasi-aplikasi pengukuran
suhu dan kelembaban.
Gambar 2.6 Sensor DHT 11 [4]
Spesifikasi dari DHT 11 adalah sebagai berikut :
i. Tegangan supply : + 5 Volt
ii. Range temperatur : 0 - 50 oC presisi pengukuran temperatur ± 2 oC
iii. Range kelembaban : 20 – 90% RH presisi pengukuran kelembaban
5%RH
iv. Output : Digital
18
2.6. Gas Metan (CH4) sebagai Gas Rumah Kaca
Emisi GRK adalah lepasnya GRK ke atmosfer pada suatu area tertentu dalam
jangka waktu tertentu. Tingkat emisi GRK adalah besarnya emisi GRK tahunan.
Perubahan iklim adalah berubahnya iklim yang diakibatkan langsung atau tidak
langsung oleh aktivitas manusia sehingga menyebabkan perubahan komposisi
atmosfer secara global dan selain itu juga berupa perubahan variabilitas iklim
adalah usaha pengendalian untuk mengurangi risiko akibat perubahan iklim
melalui kegiatan yang dapat menurunkan emisi/meningkatkan penyerapan GRK
dari berbagai sumber emisi.
Metan diproduksi secara alami dalam tanah melalui proses mikrobial. Proses
mikrobial alami ini berlangsung dalam kondisi anaerobik. Organisme tanah atau
metanogen dapat mengubah beberapa bahan organik tanah menjadi CH4 melalui
dua jalur berikut :
1) CH3COOH CH4 + CO2(g)
(Asam Asetat) (Metana) (karbondioksida)
2) CO2 + 4H2(g) CH4 + 2H2O
(karbondioksida) (Hidrogen) (Metana) (Air)
19
Emisi GRK ke atmosfer dari tanah sawah melibatkan berbagai proses
mikrobiologi. Sekelompok mikrobia metanogen, seperti Methanosarcina berperan
dalam degradasi senyawa organik kompleks. Metanogen ini merupakan penghasil
CH4 yang telah menjadi isu global beberapa tahun terakhir. Di zona perakaran
tanaman padi juga terdapat sekelompok mikroba lain yang berperan sebagai
metanotrof yang dapat mengoksidasi CH4 sebagai sumber karbon dan energinya.
Pelepasan CH4 dari tanah sawah ke atmosfer melalui tiga mekanisme, yaitu
melalui difusi, gelembung udara, dan melalui aerenkima tanaman yang terdapat
dalam jaringan tanaman padi. Pelepasan CH4 melalui aerenkima tanaman
merupakan media pengangkut yang paling utama, yang mencapai lebih dari 90%.
Emisi CH4 dipengaruhi oleh adanya perbedaan variabel internal yang meliputi
karakteristik tanah, varietas padi mikrobiologi tanah, sedangkan variabel eksternal
meliputi suhu tanah yang disebabkan radiasi surya, iklim, pengelolaan air
(irigasi/tadah hujan), dan pemupukan kandang.
Metan yang terbentuk dari proses dekomposisi bahan organik secara anaerob
merupakan salah GRK dengan efek 20-30 kali lipat dibandingkan dengan gas CO2.
Menurut L D Dany (2000) dalam sudarman (2010), gas metan yang dilepas ke
atmosfer sebagaian besar berasal dari aktivitas manusia (antropogenic) seperti
cara pengelolaan tanah dan irigasi, daripada hasil dari proses alami, termasuk
20
pembakaran biomasa dan beberapa kegiatan yang berasal dari dekomposisi bahan
organik dalam keadaan anaerob.[3]
Metan dikenal sebagai gas yang memiliki waktu tinggal di atmosfer selama 12
tahun. Selain tinggalnya yang lama, CH4 memiliki kemampuan memancarkan
panas 21 kali lebih tinggi dari pada CO2 sehingga mempunyai andil dalam
meningkatkan efek gas rumah kaca. Upaya untuk mengurangi atau mengendalikan
emisi gas metan atau gas rumah kaca lainnya dapat dilakukan dengan mengubah
ekosistem padi sawah dari sistem tergenang (anaerob) menjadi tidak tergenang.
III. METODE PENELITIAN
3.1 Tempat dan Waktu Penelitian
Penelitian dilakukan di laboraturium Teknik Elektro Fakultas Teknik
Universitas Lampung, sedangkan waktu mulai dilaksanakan penelitian pada
bulan Mei 2016 sampai dengan penyelesaian penelitian pada bulan September
2016.
3.2 Alat dan Bahan
Alat dan bahan yang diperlukan pada penelitian Skripsi ini adalah sebagai
berikut :
3.2.1 Peralatan Instrumen dan Komponen Elektronika
Peralatan instrumen dan komponen elektronika yang diperlukan dalam
penelitian Skripsi ini adalah sebagai berikut :
1. Resistor
2. DHT 11
3. TGS 2611
4. Arduino Uno
22
5. LCD 2x16
6. Potensiometer
7. Panel surya
8. Data logger
3.2.2 Alat dan Bahan
1. PCB
2. Acrilic transparan
3. Bor PCB
4. Gerinda
5. Timah solder
6. Solder
7. Kabel penghubung
3.3 Metode Penelitian
Pada penelitian dan perancangan alat pemantau konsentrasi gas metan, suhu dan
kelembaban, adapun langkah-langkah kerja yang dilakukan dapat dilihat pada
Gambar 3.1.
23
3.3.2 Diagram Alir Penelitian
Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian
24
3.4 Perancangan sistem
Pada tahap ini dilakukan perancangan sistem pemantauan. Pada Gambar 3.2
merupakan tahapan dalam pembuatan alat rancang bangun pemantauan gas
metan, suhu dan kelembaban. Hal ini dilakukan untuk memudahkan dalam
perancangan dan pembuatan Skripsi ini sehingga dapat dilaksanakan secara
sistematis.
Gambar 3.2 Diagram Alir Perancangan Sistem
25
3.5 Perancangan Perangkat Keras (Hardware)
Perancangan blok diagram perangkat keras dibuat untuk mempermudah dalam
realisasi alat yang akan dibuat.
Gambar 3.3 Blok Diagram Sistem
Pembuatan sistem dimulai setelah semua komponen tersedia yaitu sensor gas
metan TGS 2611, sensor suhu dan kelembaban DHT 11. Sistem yang dibangun
terdiri atas pengiriman informasi berupa gas metan, suhu, kelembaban, serta
penerimaan informasi yang akan diproses pada mikrokontroller Arduino uno
dan semua data akan ditampilkan pada LCD.
26
3.6 Pengujian Sensor Suhu
Pengujian sensor DHT 11 yaitu menguji keakuratan sensor DHT 11 dalam
pengukuran suhu lingkungan dengan cara membandingkan nilai suhu yang
terukur oleh sensor dengan nilai suhu pada alat ukur Krisbow KW06-291.
Metode pengujian sensor suhu dengan cara variasi suhu yang diukur dengan
menggunakan heater berupa solder listrik.
Gambar 3.4 Metode Pengujian Sensor Suhu
Sensor kelembaban DHT 11 dan alat ukur Krisbow KW06-291 diletakkan pada
tempat yang sama yaitu dekat heater seperti Gambar 3.4 saat heater aktif maka
terjadi kenaikan suhu, kemudian nilai suhu pada alat ukur suhu Krisbow KW06-
291 dan sensor DHT 11 dibandingkan dan dimasukan ke dalam tabel pengujian.
27
3.7 Pengujian Sensor Kelembaban
Pengujian sensor DHT 11 yaitu menguji keakuratan sensor DHT 11 dalam
pengukuran kelembaban lingkungan dengan cara membandingkan nilai
kelembaban yang terukur oleh sensor dengan nilai kelembaban pada Krisbow
KW06-291. Metode pengujian sensor kelembaban dengan cara meletakkan air
dekat heater, sehingga kelembaban akan berubah karena kandungan uap air di
udara berubah. Keluaran dari DHT 11 berupa sinyal digital (1,0), sehingga
untuk pembacaan data sensor DHT 11 menggunakan mikrokontroler yang
mempunyai library khusus untuk sensor DHT 11. Adapun Gambar pengujian
kelembaban pada Gambar 3.5.
Gambar 3.5 Metode pengujian sensor kelembaban
28
Sensor kelembaban DHT 11 dan Krisbow KW06-291 diletakkan pada tempat
yang sama yaitu dekat heater dan air seperti Gambar 3.5 saat heater aktif maka
terjadi kenaikan suhu dan kandungan uap air akan bertambah, sehingga
kelembaban akan mengalami perubahan. Nilai kelembaban yang terukur oleh
alat ukur Krisbow KW06-291 dan sensor DHT 11 disimpan pada tabel hasil
pengujian. Keluaran dari DHT 11 berupa sinyal digital (1,0), sehingga untuk
pembacaan data sensor DHT 11 menggunakan mikrokontroler yang
mempunyai library khusus untuk sensor DHT 11.
3.5 Analisa dan Kesimpulan
Analisa dilakukan dengan cara membandingkan hasil pengujian sistem ini baik
per bagian maupun secara keseluruhan dengan nilai yang diharapkan dari
literatur yang ada.
3.6 Pembuatan Laporan
Akhir dari tahap penelitian ini adalah pembuatan laporan dari semua kegiatan
penelitian yang telah dilakukan.
V. SIMPULAN DAN SARAN
5.1 Simpulan
Berdasarkan hasil perancangan sistem pemantauan gas metan suhu dan kelembaban
yang telah dibuat, dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut :
1. Berdasarkan data yang didapat bahwasannya tanaman padi yang
menggunakan air tergenang menghasilkan gas metan yang cukup tinggi
yaitu dengan rata-rata 9000 ppm (part per million). Tanaman padi
menggunakan terasering merupakan salah satu cara untuk mengurangi
produksi gas metan.
2. Pada pengujian sistem pemantauan ini terbukti bahwa sensor DHT 11
berfungsi dengan baik sebagai pendeteksi suhu dan kelembaban dengan
nilai kesalahan rata-rata yang dihasilkan yaitu 0,15 0C dan 0,16 % RH.
3. Besaran emisi gas metan akan berbanding lurus dengan suhu dan
berbanding terbalik dengan kelembaban.
4. Pengukuran pada hari pertama memperoleh emisi gas metan terbesar
dibandingkan hari kedua dan hari ketiga.
5. Pengukurann pada hari kedua memperoleh nilai kelembaban terbesar
dibandingkan dari hari pertama dan hari ketiga.
63
5.2 Saran
Adapun saran yang dapat dilakukan untuk penelitian selanjutnya yaitu:
1. Pemilihan sensor harus diperhatikan lagi, dan seharusnya pada penelitian
ini sensor yang digunakan harus dapat mendeteksi konsentrasi gas dari 0
ppm agar sistem pemantauan gas dapat berjalan dengan baik.
2. Pada saat pengkalibrasian sensor, perlu adanya ruangan khusus
(laboratorium) yang berisikan gas dengan konsentrasi dapat diatur-atur
sesuai kebutuhan sehingga hasil pembacaan sensor lebih presisi terhadap
gas yang akan diukur menggunakan alat standar.
DAFTAR PUSTAKA
[1] Prida, Aulia, 2013. Dinamika Emisi Metan (CH4) Pada Lahan Padi Sawah
Dengan Kombinasi Sistem Pengolaan Air. Universitas Sebelas Maret Surakarta.
[2] Ihsan, Muhammad Nur. 2016. Prototipe Sistem Pelanggaran Parkir Kendaraan
Berbasis Arduino. Jurusan Sistem Komputer Tangerang.
[3] Wahyudianto, Ikhwan. 2009. Perancangan dan Karakterisasi Sensor Gas
Metana pada Produksi Biogas. Jurusan Fisika ITS Surabaya.
[4] Muhammad Isra, Triyadana, Abdul Muid, Rismawan.2015. Jurnal Pendeteksi
Gas Lpg Dan Metana Dengan Sensor Tgs 2610 Dan Sensor Tgs 2611 Berbasis
Mikrokontroler Atmega328p. Jurusan Sistem Komputer, Fakultas MIPA
Universitas Tanjungpura.
[5] Apriliya, Kiki. 2016. Tugas Akhir Sistem Pemantauan Suhu Dan Kelembaban
Inkubator Telur Melalui Jaringan Global Sistem For Mobile Communication
Berbasis Short Message Service. Fakultas Teknik Universitas Lampung.
[6] Sidiq, Frida, Retno. Perangkat Sistem Pengukuran Konsentrasi Gass Metana
(CH4) Pada Biogas Dari Hasil Fermentasi Enceng Gondok (Eichornia
Crassipes) Berbasis Sensor TGS 2611. Jurusan Fisika Fakultas Sains dan
Teknologi UIN Sunan Kalijaga Yogyakarta.
[7] Fajar Kurniawan ,Osi Sabila, Leonardo Argita. 2014. Aplikasi Arduino Untuk
Pengatur Suhu Ruangan. Jurusan Elektro Politeknik Negeri Semarang