Senin, 07 Oktober 2013

PENGENALAN SENSOR KELEMBABAN TANAH VN400 DAN SEN0057 DAN APLIKASINYA PADA PENGUKURAN KELEMBABAN TANAH KERING DAN JENUH

PENGENALAN SENSOR KELEMBABAN TANAH VN400 DAN SEN0057 DAN APLIKASINYA PADA PENGUKURAN KELEMBABAN TANAH KERING DAN JENUH

INTRODUCTION OF SOIL MOISTURE SENSOR VN400 AND SEN0057 AND THEIR APPLICATION FOR DRY AND SATURATED SOIL MOISTURE MEASUREMENT
Desi Eva Fatra L T1 , Mochamad Rizky Ramadhan 2, Giovani Septiana 3, Hendri Saputro4
Departemen Teknik Sipil dan Lingkungan, Institut Pertanian Bogor, Jln. Kamper Kampus   IPB, Dramaga, 16680
Email: desievafatra@ymail.com1, mochamad.rizkyramadhan.sil48@gmail.com2, gaviogiovani@yahoo.co.id3, hendrisaputro93@gmail.com4

Abstract: Soil moisture sensor is a sensor that capable of detecting intensity of  water in the soil . The instruments used in this research are soil moisture sensor SEN0057 and VN400. SEN0057 sensors has voltage specification to work on 3.3 - 5 V , the output value is 0 - 4.2 V , and 35 mA current . VN400 sensor has power supply consumption less than 7 mA , power supply 3.3 - 20 V DC , measuring range -40 – 85oC , accuration 2 % , and the output is  0-3 V. Materials used are dried and wet soil ( saturated) . Based on the results of this research , the value of 224 and 47that read by sensors are median of the 20 values ​​for the percentage of dry soil sensor, the percentage is 0 . This is on the assumption that there is no water on the dry soil  so the water content is considered by 0 percent . Sensor values ​​542 and 773 is the median of the 20 values ​​for the percentage 100% of wet soil sensor. This is on the assumption that the soil is saturated so the moisture percentage value is 100 . This value is used to create a calibration curve to determine the exact percentage of moisture from the sensor value’s read. Some examples of other soil moisture sensors are commonly used , namely gypsum block , cylinder sensor , MC7825PS , SM300 sensor , and so forth .
Keywords: Moisture, saturated, SEN0057, sensor, VN400.

PENDAHULUAN
     Kelembaban tanah adalah jumlah air yang ditahan di dalam tanah setelah kelebihan air dialirkan. Apabila tanah memiliki kadar air yang tinggi, maka kelebihan air tanah akan dikurangi melalui evaporasi, transpirasi dan transpor air bawah tanah. Kelembaban tanah dapat diketahui melalui berbagai macam metode, yaitu secara langsung melalui pengukuran perbedaan berat tanah (disebut metode gravimetri) dan secara tidak langsung melalui pengukuran sifat-sifat lain yang berhubungan erat dengan air tanah. Metode langsung secara gravimetri memiliki akurasi yang sangat tinggi namun membutuhkan waktu dan tenaga yang sangat besar. Kebutuhan akan metode yang cepat dalam memonitor fluktuasi kadar air tanah menjadi sangat mendesak sebagai jawaban atas tingginya waktu dan tenaga yang dibutuhkan oleh metode gravimetri. Oleh karena itu, dibutuhkanlah sebuah metode baru yang dapat secara langsung mendeteksi kadar air dan kelembaban tanah secara akurat, cepat dan sederhana. Metode tersebut merupakan metode langsung dengan menggunakan sensor (Stevanus 2013).
     Sensor  kelembaban  tanah  merupakan  sensor  yang  mampu  mendeteksi  intensitas  air  di  dalam  tanah (moisture).  Sensor  ini  berupa dua  buah  paku  konduktor  berbahan logam  yang sangat sensitif terhadap muatan listrik. Kedua paku ini merupakan media yang akan menghantarkan tegangan analog  yang nilainya relatif kecil. Tegangan ini nantinya akan diubah  menjadi  tegangan  digital  untuk  diproses  ke  dalam mikrokontroler. Kelembaban tanah dapat diukur dengan menggunakan sensor khusus seperti VN400 dan SEN0057. Metode yang paling umum digunakan adalah thermogravimetric, time domain reflectometry, dan pergeseran frekuensi (Pamungkas, dkk  2011). Penelitian ini bertujuan untuk mengenal berbagai macam tipe sensor kelembaban tanah, mengetahui spesifikasi sensor kelembaban tanah, dan membuat program Arduino untuk membaca output sensor kelembaban tanah.
METODOLOGI
     Alat yang digunakan pada penelitian ini adalah sensor kelembaban tanah SEN0057 dan VN400. Sensor SEN0057 memiliki spesifikasi kerja pada tegangan 3.3 – 5 V, nilai keluaran dari 0 – 4.2 V, dan  arus 35 mA. Pemasangan kawat (wiring) pada SEN0057, yaitu analog output berwarna biru, GND berwarna hitam, dan power berwarna merah. Sensor VN400 memiliki spesifikasi konsumsi catu daya kurang dari 7 mA, catu daya 3.3 – 20 V DC, rentang ukur -40 – 85oC, akuarsi 2%, dan output  0-3 V. Pemasangan kawat (wiring) pada VN400, yaitu analog output berwarna hitam, power berwarna merah, dan GND selain warna hitam dan merah. Bahan yang digunakan adalah tanah kering dan tanah basah atau jenuh.
     Pertama, tanah kering dan basah disiapkan di dalam wadah. Kedua, hubungkan kawat SEN0057 berwana biru pada pin A0, kawat berwarna hitam pada pin GND, dan kawat berwana merah pada pin 3,3 V pada Arduino. Ketiga, sensor dimasukkan ke dalam tanah. Keempat, kode akuisisi data ditulis melalui komputer. Kelima, program diupload. Keenam, program di run dan dimonitor pada layar keluaran. Ketujuh, ketiga kawat SEN0057 yang terhubung pada Arduino dilepas dan diganti dengan kawat VN400. Kawat berwarna hitam dihubungkan pada pin A0, kawat berwarna merah pada pin 3,3 V, dan kawat selain warna merah dan hitam pada pin GND. Kedelapan, langkah ketiga, keempat, kelima, dan keenam kembali diulang. Kesembilan, data keluaran antara sensor SEN0057 dan VN400 dibandingkan.

HASIL DAN PEMBAHASAN
     Sensor kelembaban tanah adalah sensor yang digunakan untuk melakukan pengukuran kelembaban tanah.  Prinsip kerja sensor kelembaban tanah adalah memberikan nilai keluaran berupa besaran listrik sebagai akibat adanya air yang berada di antara lempeng kapasitor sensor tersebut. Penelitian ini menggunakan dua jenis sensor kelembapan tanah yaitu, sensor VN400 dan SEN0057  untuk mengukur kelembapan pada tanah yang berkadar air nol persen (tanah kering) dan yang berkadar air seratus persen (tanah jenuh). Kedua sensor tanah tersebut dihubungkan dengan mikrokontroller Arduino Uno agar hasil dari perintah pembacaan nilai keluaran sensor dapat ditampilkan di monitor software Arduino.
    Berdasarkan hasil pengamatan terhadap kedua sensor kelembaban VN400 dan SEN0057, nilai sensor yang terbaca di monitor setiap 3 detik sebagai berikut.
Tabel 1. Nilai sensor yang terbaca setiap 3 detik
No
VN400
SEN0057
Kering
Basah
Kering
Basah
1
224
536
42
752
2
223
549
42
752
3
221
542
43
763
4
224
540
45
764
5
220
537
46
764
6
224
540
46
765
7
222
539
46
765
8
221
540
46
765
9
221
539
46
773
10
223
540
47
773
11
226
543
47
773
12
227
549
48
774
13
225
549
48
774
14
227
549
49
774
15
226
547
49
774
16
226
547
50
775
17
226
548
50
775
18
226
546
50
782
19
224
549
52
783
20
228
546
54
784
     Nilai yang terbaca di monitor diamati selama 1 menit sehingga didapat 20 nilai sensor. Pengulangan sebanyak 20 kali ini dilakukan agar nilai yang didapat memiliki presisi dan akurasi yang tinggi. Setelah didapat 20 nilai sensor, maka diambil 2 nilai tengah (median) sebagai nilai acuan dalam pembuatan kurva linear. Kurva ini digunakan dalam penentuan nilai persentasi kelembaban yang sebenarnya. Hal ini dilakukan karena nilai yang terbaca pada sensor tidak mencerminkan nilai kelembaban yang sebenarnya, sehingga niai sensor yang terbaca harus dikalibrasi terlebih dahulu melalui kurva kalibrasi agar nilai sensor yang terbaca dapat langsung mencerminkan persentasi kelembabannya. Berdasarkan tabel di atas, diketahui bahwa nilai keluaran yang terbaca dari sensor VN400 meningkat sesuai dengan kadar air tanahnya. Tanah kering (yang memiliki kadar air 0 %) memiliki nilai kelembapan yang lebih rendah dibandingkan dengan nilai kelembapan tanah jenuh (yang memiliki kadar air 100 %). Hal ini sejalan dengan hasil nilai keluaran sensor SN 0057  yang terbaca di monitor. Berikut merupakan nilai tengah dari masing-masing nilai sensor tanah kering dan basah pada sensor VN400 dan SEN0057.
Tabel 2. Nilai persentase kelembaban minimum dan maksimum sensor VN400 dan SEN0057
Kelembaban
(%)
VN400
SEN0057
0
224
47
100
542
773
     Berdasarkan tabel 2, nilai sensor 224 dan 47 merupakan median dari 20 nilai sensor tanah kering pada tabel 1. Persentase 0% merupakan asumsi bahwa pada tanah kering tidak terdapat kandungan air sama sekali sehingga dianggap persentase kelembabannya 0. Nilai sensor 542 dan 773 merupakan median dari 20 nilai sensor tanah basah pada tabel 2. Persentase 100% merupakan asumsi bahwa tanah berada pada kondisi jenuh sehingga nilai persentase kandungan airnya 100.
Gambar 1. Grafik hubungan kelembaban terhadap nilai sensor VN400 dan SEN0057 pada kondisi kering (0%) dan basah (100%)

     Grafik di atas merupakan hasil plot dari tabel 2. Grafik di atas digunakan sebagai kurva kalibrasi untuk menentukan persentase kelembaban dari nilai sensor yang didapat. Karena data yang di plot hanya 2, baik pada sumbu x maupun y, maka kurva yang didapat linear. Persamaan linear yang didapat digunakan untuk menentukan persentase kelembaban. Persentase kelembaban merupakan variabel x yang didapat dari persamaan linear pada grafik di atas.

Tabel 3. Nilai kelembaban (%) berdasarkan persamaan linear dari gambar 1 untuk selang kelembaban 0-100%
No
VN400
SEN0057
%
nilai sensor
%
nilai sensor
1
0
224
0
47,0
2
10
255,8
10
119,6
3
20
287,6
20
192,2
4
30
319,4
30
264,8
5
40
351,2
40
337,4
6
50
383
50
410,0
7
60
414,8
60
482,6
8
70
446,6
70
555,2
9
80
478,4
80
627,8
10
90
510,2
90
700,4
11
100
542
100
773,0
     Tabel 3 menunjukkan hasil kalibrasi nilai sensor menjadi nilai persentase kelembaban pada rentang 0-100 %. Melalui kalibrasi di atas, maka nilai sensor yang terbaca dapat langsung dinyatakan persentase kelembabannya. Setiap alat sensor kelembaban memiliki persamaan linear yang berbeda-beda. Pembuatan kurva kalibrasi dilakukan karena alat sensor yang dibuat oleh pabrik tidak secara langsung memberikan nilai kelembabannya, sehingga harus dibuat kurva kalibrasi agar nilai sensor bisa dinyatakan menjadi nilai persentase kelembaban.
     Pekerjaan teknik sipil banyak dilakukan pada tanah jenuh air sebagian (unsaturated) seperti pada pekerjaan pemadatan tanah untuk konstruksi jalan raya. Sementara perubahan kedudukan muka air tanah akan mempengaruhi tingkat kadar air dalam tanah. Pengukuran kadar air biasanya dilakukan dalam laboratorium dengan metode gravimetric atau volumetric. Metode tersebut membutuhkan waktu yang lama. Sebagai alternatif , penggunaan sensor dapat mempersingkat waktu pengukuran kadar air tanah. Beberapa contoh sensor  kelembaban tanah lain yang sering digunakan yaitu  gypsum block (alat sensor yang dipakai dalam bidang pertanian untuk mengukur lengas tanah atau kelembaban tanah guna memilih jenis tanaman dan mengatur kesuburannya pada suatu tanah atau lahan yang akan dikerjakan), sensor silinder, MC7825PS, sensor SM300, dan lain sebagainya (Wahyuningsih 2011).

KESMIPULAN   
     Berdasarkan hasil penelitian, didapat nilai sensor 224 dan 47 yang merupakan median dari 20 nilai sensor tanah kering untuk persentase 0%. Ini merupakan asumsi bahwa pada tanah kering tidak terdapat kandungan air sama sekali sehingga dianggap persentase kelembabannya 0. Nilai sensor 542 dan 773 merupakan median dari 20 nilai sensor tanah basah untuk persentase 100%. Ini merupakan asumsi bahwa tanah berada pada kondisi jenuh sehingga nilai persentase kandungan airnya 100. Nilai ini digunakan untuk membuat kurva kalibrasi dalam menentukan persentase kelembaban yang sebenarnya dari hasil nilai sensor yang terbaca.

DAFTAR PUSTAKA
Pamungkas, dkk.2011. Alat Monitoring Kelembaban Tanah dalam Pot Berbasis Mikrokontroler ATmega 168 dengan Tampilan Output pada Situs Jejaring Sosial Twitter untuk Pembudidaya dan Penjual Tanaman Hias Anthurium.Jurnal Teknik Elektro.ITS.
Stevanus, D. Setiadikurnia. 2013. Alat Pengukur Kelembaban Tanah Berbasis Mikrokontroler PIC 16F84. Jurnal. Universitas Kristen Maranatha.
Wahyuningsih, Margaret.2011. PENGUKURAN KADAR AIR TANAH DENGAN MENGGUNAKAN GYPSUM BLOCK.Jurnal Teknik Sipil :FST Undana.

LAMPIRAN 1. Program akuisisi data yang di input ke dalam software Arduino sebagai perintah untuk pembacaan nilai pada sensor.
void setup(){
Serial.begin(57600);
}
void loop(){
Serial.print("Nilai Kelembaban Tanah:");
Serial.println(analogRead(0));
delay(1000);
}

LAMPIRAN 2. Dokumentasi penelitian yang meliputi mikroktroler Arduino, sensor kelembaban tanah VN400 pada tanah kering, dan sensor kelembaban tanah SEN0057 pada tanah basah (jenuh).





Diposting oleh di

Tidak ada komentar:

Posting Komentar

Langganan: Posting Komentar (Atom)