Post on 02-Oct-2021
transcript
Original Article
Journal of Science and Applicative Technology vol. xx (xx), 20xx, pp. xx-xx | 1
Windah rambe et al., Journal of Science and Applicative Technology vol. xx (xx), 20xx, pp. xx-xx
e-ISSN: 2581-0545 - https://journal.itera.ac.id/index.php/jsat/
Copyright © 2019 Journal of Science and Applicative Technology. Content from this work may be used under the terms of the Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International Licence. Any further distribution of this work must maintain attribution to the author(s) and the title of the work, journal citation and DOI. Published under licence by Journal of Science and Aplicative Technology (JSAT).
Received 00th January 20xx Accepted 00th Febuary 20xx Published 00th March 20xx
DOI: 10.35472/x0xx0000
Rancang Bangun dan Realisasi Alat Ukur Gradien Termal Berbasis Arduino Menggunakan Sensor Suhu DS18B20
Windah Junianti Rambe *1, Karyanto 2, Risky Martin Antosia 3, I Gade Boy Darmawan4
a Teknik Geofisika, Institut Teknologi Sumatera, Lampung Selatan, Indonesia 35365
b Teknik Geofisika, Universitas Lampung, Bandar Lampung, Indonesia 35145
*CorrespondingE-mail:windah.12116061@student.itera.ac.id
Abstract: A study entitled The Design of Arduino-based Thermal Gradient Measuring Instrument using the DS18B20
Temperature Sensor with the aim of determining the distribution of subsurface temperature anomalies around the location of
the Way Ratai geothermal manifestation, Pesawaran, Lampung. Data acquisition was carried out using an Arduino-based
DS18B20 temperature sensor which provides breadth and practicality in measuring temperature because it uses a portable
device design for several measurement points within 1 km carried out at 74 points at a depth of 50 cm, 100 cm, 150 cm. From
the measurement results, it is obtained that the temperature distribution in each is different from the 3 sensors. The recorded
sensor values varied, the lowest temperature was 17 ° C and the highest was 56 ° C.
Keywords: Arduino, Temperature Sensor DS18B20, Thermal Gradient.
Abstrak: Telah dilakukan penelitian yang berjudul Rancang Bangun Alat Ukur Gradien Termal berbasis Arduino menggunakan
Sensor Suhu DS18B20 dengan tujuan untuk menentukan sebaran anomali temperatur bawah permukaan disekitar lokasi
manifestasi panasbumi Way Ratai, Pesawaran, Lampung. Akuisisi data dilakukan menggunakan sensor suhu DS18B20 berbasis
Arduino yang memberikan keluasan dan kepraktisan dalam pengukuran temperatur karena menggunkan desain alat portable
untuk beberapa titik pengukuran yang berjarak 1 km dilakukan di 74 titik pada kedalaman 50 cm, 100 cm, 150 cm. Dari hasil
pengukuran didapatkan sebaran temperatur pada tiap kedalam yang berbeda dari 3 sensor. Nilai sensor yang terekam bervariasi,
suhu yang rendah terekam sebesar 17°C dan yang tertinggi sebesar 56°C.
Kata kunci: Arduino, sensor suhu DS18B20, gradien termal.
Pendahuluan
Mengingat energi panas bumi di Indonesia yang berpotensi
cukup besar, maka diperlukan adanya eksplorasi untuk
memaksimalkan pengembangan dan pemanfaatan energi
panas bumi tersebut. Untuk memastikan manifestasi
panasbumi di permukaan daerah panasbumi dalam hal ini
diperlukan pengukuran gradien termal, maka perlu adanya
sebuah rancang bangun dan realisasi untuk mengukur
gradien termal tanah di daerah manifestasi secara realtime.
Sensor DS18B20 merupakan komponen sensor temperatur
yang memiliki kemampuan tahan air (waterproof). Sensor
ini menggunakan keluaran secara serial yang disebut 1-wire
bus. Bila beberapa sensor DS18B20 digunakan, maka
sensor-sensor ini dapat dihubungkan ke 1- wire bus melalui
hubungan multi-drop. Koneksi multi-drop akan memberikan
solusi yang baik untuk mengurangi kekomplekan
pengkabelan dari sensor-sensor yang digunakan. Sensor
DS18S20 dapat melakukan pembacaan temperatur dari -55
°C sampai +125 °C dengan resolusi 9 bit hingga 12 bit [2].
Open Access
Original Article Journal of Science and Applicative Technology
2 | Journal of Science and Applicative Technology , vol. xx (xx), 20xx, pp. xx-xx e-ISSN: 2581-0545
Title of Manuscript
Windah rambe et al., Journal of Science and Applicative Technology vol. x (xx), 20xx, pp. x- x
Gradien termal diukur pada sisi pengirim dan dikirimkan ke
sebuah memori card pada main unit sebagai sisi penerima.
Dengan desain portable sehingga lebih mudah digunakan
saat akuisisi di lapangan dan lebih terjangkau biayanya. Pada
kedalaman 1 meter merupakan pengukuran yang mudah dan
cepat untuk menentukan anomali panas. Apabila disekitar
batuan tersebut terdapat sumber panas, maka panas akan
dirambatkan melalui batuan (secara konduksi) dan melalui
fluida (secara konveksi).
Arduino Mega2560
Arduino adalah suatu papan elektronik berbasis
microcontroller yang berisi suatu rangkaian elektronik
memiliki suatu chip IC (integrated circuit) yang dapat
diprogram dengan komputer melalui Arduino IDE dan
memiliki sifat open source. Tujuan dari rangkaian elektronik
pada microcontroller Arduino ini adalah untuk membaca
input, melakukan proses dan menghasilkan proses sesuai
dengan input program yang telah dimasukkan ke dalam
microcontroller berdasarkan proses dalam rangkaian
elektronik [3].
Sensor Suhu DS18B20 (Waterproof)
Sensor suhu DS18B20 merupakan komponen sensor suhu
yang memiliki kemampuan tahan air (waterproof). Sensor
ini sangat cocok digunakan untuk mengukur suhu pada
tempat yang basah dan sulit untuk dijangkau. Keluaran
sensor ini berupa data digital sehingga tidak perlu khawatir
terhadap degradasi data saat digunakan pada jarak yang
jauh. Terdapat 9 bit hingga 12 bit data yang dapat
dikonfigurasi. Sensor DS18B20 dapat dipasang dalam satu
bus karena setiap sensor ini memiliki silicon serial number
yang unik sehingga memungkinkan sensor ini dapat
melakukan pembacaan di berbagai titik. Pada data sheet,
Batas suhu sensor ini dapat mengukur -55o
C hingga
125o
C, namun disarankan tidak melakukan pengukuran
melebihi 100o
C pada saat sensor dengan penutup kabel dari
PVC [4].
Gradien Termal
Gradien termal merupakan perubahan suhu terhadap jarak
atau kedalaman dimana suhu bumi bertambah besar secara
konstan selaras dengan bertambahnya kedalaman pada
sistem panasbumi [7]. Secara umum, setiap penurunan 1 km
kedalaman ke perut bumi maka temperatur akan naik sebesar
25-30°C. Jadi semakin jauh kedalam perut bumi suhu batuan
akan makin tinggi. Bila suhu di permukaan bumi adalah
27°C maka untuk kedalaman 100 m suhu bisa mencapai
sekitar 29,5°C. Untuk kedalaman 100 km suhu dapat
mencapai 52-60°C pertambahan panas tersebut dikenal
sebagai gradient geothermal. Untuk tempat-tempat tertentu
di sekitar daerah vulkanik gradient thermal dapat lebih besar
lagi variasinya 1-5°C /100 meter [8]. Gradien temperatur
ditentukan sesuai teori Klemme (1972) dan Harsono (1993),
dengan persamaan:
𝜕𝑇
𝜕𝑍 =
(𝑇𝑓−𝑇𝑚)
𝐷 × 100 (2.1)
Gradien ini diperlukan untuk melihat pola perubahan
temperatur pada suatu lokasi, salah satunya adalah di
lapangan panasbumi Way Ratai. Pada penelitian ini
pengukuran temperatur umumnya dilakukan dengan
membuat lubang hingga kedalaman 1-2 meter. Temperatur
di permukaan dan pada kedalaman 50 cm, 100 cm, dan 150
cm diukur dengan menggunakan sensor suhu DS18B20. Dari
data tersebut dapat dihitung besarnya gradien termal pada
suatu titik pengamatan. Untuk mendapatkan gambaran
mengenai temperatur di suatu daerah secara menyeluruh
perlu dilakukan pengukuran dibeberapa tempat. Dari data
yang diperoleh kemudian dibuat peta temperatur. Parameter
tersebut harus dipantau secara realtime untuk mengetahui
perubahan suhu tanah pada area panasbumi.
Perpindahan Kalor
Perpindahan kalor dari suatu tempat ke tempat lain dapat
melalui gelombang elektromagnetik (radiasi), gerakan
material yang panas (konveksi), dan interaksi antara material
berbeda suhu (konduksi) [9]. Panas yang berada dalam bumi
dapat naik dan menerobos ke permukaan bumi sebagai
akibat dari proses konveksi dan konduksi. Perpindahan
panas secara konduksi adalah transport panas melalui
material oleh karena adanya interaksi atomik/molekul
penyusun material tersebut dalam mantel. Pada medium
homogen, kondiktivitas termal suatu bahan k diasumsikan
seragam, sedangkan panas jenis c dan densitas ρ tidak
bergantung pada suhu maka persamaan umum konduksi
panas tiga dimensi dapat ditulis:
∂2𝑇
∂𝑥2 +∂2𝑇
∂𝑦2 +∂2𝑇
∂𝑧2 +𝑞
𝑘=
1
𝜅(
∂𝑇
∂𝑡) (2.4)
Apabila suhu eksternal merupakan suatu osilasi panas dalam
bentuk T0sinωt yang berada pada permukaan bidang (y = 0),
dan suatu medium half space dengan difusitas panas κ secara
matematik dapat dirumuskan:
𝑇𝑦 = 𝑇0 exp (−𝑦 (𝜔
κ)
1/2
) 𝑠𝑖𝑛 (ωt − y (𝜔
κ)
1/2
) (2.5)
berdasarkan persamaan (2.5) besarnya kedalaman penetrasi
atau skin depth (m) adalah:
𝛿𝜔 = (2κ
𝜔)
1/2
(2.6)
Journal of Science and Applicative Technology Original Article
Copyright © 2019 Journal of Science and Applicative Technology J. Sci. Appl. Tech. vol. xx (xx), 20xx, pp. xx-xx | 3 Published by: Lembaga Penelitian, Pengabdian Masyarakat, dan Penjaminan Mutu Institut Teknologi Sumatera, Lampung Selatan, Indonesia
Windah rambe et al., Journal of Science and Applicative Technology vol. x (xx), 20xx, pp. x- x
Pada sistem dominasi konduksi kebanyakan panas merambat
dari sumber panas (magma) di dalam bumi menuju ke
permukaan secara konduksi hingga kebatuan kerak bumi,
menyebabkan bumi mempunyai gradien suhu, tetapi aliran
panas ini bervariasi dari tempat satu ke tempat lain di
permukaan bumi dan bergantung pada konduktivitas batuan.
Hubungan dasar untuk perpindahan panas dengan cara
konduksi dikemukakan oleh ilmuwan Prancis J.B.J Fourier.
Hubungan ini menyatakan bahwa laju aliran panas dengan
cara konduksi dalam suatu bahan sama dengan hasil kali dari
tiga buah besaran yaitu:
a. Konduktivitas termal bahan (k);
b. Luas penampang melalui mana panas mengalir
dengan cara konduksi, yang harus diukur secara tegak
lurus terhadap arah aliran panas (A);
c. Gradien suhu pada penampang tersebut yaitu laju
perubahan suhu T terhadap jarak dalam arah aliran
panas arah sumbu z (∂T
∂Z).
Hukum fourier untuk perpindahan panas konduksi dapat
dituliskan sebagai berikut :
qk = -kA 𝜕𝑇
𝜕𝑍 (2.7)
Mengingat Hukum Kedua Termodinamika bahwa
konduktivitas panas akan mengalir secara otomatis dari titik
yang suhunya lebih tinggi menuju ke titik yang suhunya
rendah, maka aliran konduksi panas q adalah positif jika
gradien suhu berharga negatif. Selain itu arah kenaikan jarak
z merupakan arah aliran konduksi panas positif, seperti pada
gambar 2.5
Gambar 2.5 Arah aliran konduksi panas [9].
Jika gradien suhu 𝜕𝑇
𝜕𝑍 = 1, maka besarnya konduktivitas panas
suatu bahan merupakan jumlah energi panas yang mengalir
pada suatu bahan tiap satuan luas. Suatu bahan yang
memiliki nilai konduktivitas panas besar merupakan
penghantar yang baik dan sering disebut konduktor panas,
sebaliknya suatu bahan yang memiliki nilai konduktivitas
panas kecil merupakan penghantar panas yang kurang baik
dan disebut isolator.
Tanah Hangat (Warm Ground)
Adanya sumber daya panasbumi di bawah permukaan dapat
ditunjukan antara lain dari adanya tanah yang mempunyai
temperatur lebih tinggi dari temperatur disekitarnya. Hal ini
terjadi karena adanya perpindahan panas secara konduksi
dari batuan bawah permukaan ke batuan permukaan.
Berdasarkan pada besarnya gradient thermal, Armstead
(1983) mengklasifikasikan area di bumi sebagai berikut [10]:
1. Area tidak panas (non-thermal area)
Suatu area diklasifikasikan sebagai area tidak panas
apabila gradient thermal di area tersebut sekitar 10-
40°C/km.
2. Area panas (thermal area)
Area panas dibedakan menjadi dua, yaitu:
a. Area semi thermal, yaitu area yang mempunyai
gradient thermal sekitar 70-80°C/km;
b. Area hyperthermal, yaitu area yang mempunyai
gradient thermal sangat tinggi sehingga besarnya
tidak lagi dinyatakan dalam °C/km tetapi dalam
°C/cm.
Tanah hangat umumnya terjadi di atas tempat terdapatmya
sumber daya panasbumi atau di daerah sekitarnya di mana
terdapat manifestasi panasbumi lainnya yang memancarkan
panas lebih kuat, misalnya di sekitar daerah dimana ada uap
panas keluar dari tanah atau steaming ground, atau di daerah
sekitar kolam air panas. Pertumbuhan tumbuh-tumbuhan
umumnya tidak terganggu, kecuali bila besarnya gradien
termal lebih besar dari 25-30°C/km.
Adanya tanah hangat dapat diketahui dengan mengukur
gradien termal hingga kedalaman 1-2 meter. Pengukuran
temperatur umumnya dilakukan dengan membuat lubang
hingga kedalaman 1-2 meter.
Permukaan Tanah Beruap (Steaming Ground)
Di beberapa daerah terdapat tempat-tempat di mana uap
panas (steam) nampak keluar dari permukaan tanah. Jenis
manifestasi panasbumi ini disebut steaming ground.
Diperkirakan uap panas tersebut berasal dari suatu lapisan
tipis dekat permukaan yang mengandung air panas yang
mempunyai temperatur sama atau lebih besar dari titik
didihnya (boiling point) [11]. Besarnya temperatur di
permukaan sangat tergantung dari laju aliran uap (steam
flux). Elder (1996) mengelompokan steaming ground
berdasarkan pada besarnya laju aliran panas seperti
diperlihatkan pada tabel 2.1.
Original Article Journal of Science and Applicative Technology
4 | Journal of Science and Applicative Technology , vol. xx (xx), 20xx, pp. xx-xx e-ISSN: 2581-0545
Title of Manuscript
Windah rambe et al., Journal of Science and Applicative Technology vol. x (xx), 20xx, pp. x- x
Tabel 2.1 Steaming Ground [11].
Tingkat Kekuatan Laju Aliran
Panas (J/s.m2)
Sangat Kuat 500-5000
Kuat 50-500
Lemah <50
Umumnya intensitas panas di daerah steaming ground
diperkirakan dari besarnya gradient thermal. Pemetaan
temperatur dilakukan dengan cara membagi daerah tersebut
menjadi sejumlah blok berukuran sama, di mana jarak antara
satu tempat pengukuran ke tempat lainnya (titik pusat blok)
berjarak sekitar 20 meter. Untuk mengukur temperatur dapat
digunakan bimetallic strip type thermometer.
Metodologi Penelitian
Melakukan studi literatur yang berkaitan dengan penelitian
sebagai rujukan tinjauan pustaka, diantaranya mengenai
gradien termal, Arduino Mega2560, dan sensor suhu
DS18B20.
Tahapan Penelitian
Tahapan-tahapan yang dilakukan dalam penelitian ini adalah
sebagai berikut:
1. Merumuskan masalah
Menemukan masalah dan mengumpulkannya dalam
sebuah draft rumusan masalah.
2. Melakukan studi literatur
Mencari literatur-literatur yang berkaitan dengan
penelitian sebagai rujukan dasar teori.
3. Merancang sistem
Melakukan perancangan terhadap perangkat keras
dan lunak mengadopsi model modified waterfall.
Adapun tahapan-tahapan dari model modified
waterfall adalah :
a. Analisa Kebutuhan. Melakukan analisa
kebutuhan alat ukur gradien termal berbasis
arduino menggunakan sensor DS18B20;
b. Perancangan. Merancang perangkat keras dan
lunak untuk alat ukur gradien termal sesuai
dengan hasil dari analisa kebutuhan;
c. Implementasi. Mengimplementasikan perangkat
keras dan lunak pada sisi pengiriman dan
penerima data gradien termal berbasis arduino;
d. Pengujian/ Validasi. Alat ukur gradien termal
menggunakan sensor suhu DS18B20 diujikan
pada area panasbumi Way Ratai;
e. Pemeliharaan. Melakukan pemeliharaan pada
alat ukur gradien termal menggunakan sensor
suhu DS18B20 pada Area panas bumi Way
Ratai.
4. Menyimpulkan hasil penelitian dan memberikan
saran terhadap penelitian yang dilakukan selanjutnya.
Design / Perancangan
1. Perancangan perangkat elektronik
Perancangan perangkat elektronik terdiri dari
rangkaian komponen berupa sensor DS18B20,
microcontroller Arduino Mega 2560, RTC, LCD Display dan
sistem power. Kebutuhan daya eksternal pada rangkaian ini
adalah 7V-12V. Sebagai sumber listrik dapat digunakan
baterai atau aliran listrik AC dengan adaptor. Layar LCD
yang digunakan sebagai penampil status pengukuran berupa
layar LCD Oled 128 x 64 SPI 0.96 inch White dengan wire
I2C untuk transfer data. SD card berupa memory card
sebagai penyimpanan data yang telah diukur atau data logger
menggunakan modul SD Card dengan wire SPI sebagai
transfer data. RTC berfungsi sebagai informasi status waktu
secara langsung pada saat pengukuran dengan waktu yang
telah di set di awal. RTC menggunakan baterai CMOS
sebagai energi utama saat tidak disambungkan dengan
sumber tegangan. Berikut simulasi perancangan elektronik
yang dilakukan pada software proteus.
Gambar 3.2 Simulasi Perancangan perangkat elektronik di
Proteus.
Untuk mengetahui board Arduino apakah dapat bekerja
dengan normal, pertama melakukan test pin LED. Yaitu
mengatur kedipan lampu LED melalui Arduino IDE. Jika
interval hidupnya lampu sesuai dengan yang telah di
program maka board Arduino siap digunakan. Kemudian
menghubungkan pin RTC yaitu pin SDA, SCL, VCC, dan
GND.
FILE NAME: DATE:
PAGE:
GradienSuhuPCB.pdsprj04/09/2020
B C D E F G H J K
H:\Proteus Gradien Suhu\GradienSuhuPCB.pdsprjPATH: 1 of 1
DESIGN TITLE: GradienSuhu
BS[0..2]
D[0
..7]
D0
BS
1
D1
D2
BS
2
BS
0
GN
D1
,30
C2P
2
C2
N3
C1P
4
C1
N5
VB
AT
6
VS
S8
VD
D9
CS
13
RE
S1
4
D/C
15
R/W
16
E/R
D1
7
IRE
F2
6
VC
OM
H2
7
VC
C2
8
VLS
S2
9
D[0
..7]
BS
[0..2]
LCD1
OL
ED
_S
DA
OL
ED
_S
CL
OL
ED
_R
ES
S3_DQ
OL
ED
_S
CL
OL
ED
_S
DA
CS
MO
SI
MIS
O
SC
K
SD Card
CS
DI
DO
CLK
MIC
RO
SD
TX0 RXD
RTS
TXD
CTS
TX0
CS
MIS
O
MO
SI
SC
K
DS
_S
DA
DS
_S
CL
DS_SCL
DS_SDA SDA17
RST6
INT/SQW5
32KHz3
VBAT16
SCL18/20
RTC
DS3232
28.0DQ
2VCC
3
GND1
SENSOR3
DS18B20
+5V
S3_DQ
R1
4.7k
OLED_RES
10k
10k
10k
B22
B23
B24
B22
B23
B24
B25
10k
B25
29.0DQ
2VCC
3
GND1
SENSOR2
DS18B20
31.0DQ
2VCC
3
GND1
SENSOR1
DS18B20
S2_DQ
S1_DQ
S2_DQ
S1_DQ
PW
MC
OM
UN
ICA
TIO
N
DIGITAL
AN
AL
OG
IN
AT
ME
GA
2560
16A
U 1
126
mic
roc
on
trola
nd
os
.blo
gs
po
t.co
m
TX0
TX3
TX2
TX1
SDA
SCL
RX0
RX3
RX2
RX1
PD0/SCL/INT021
PD1/SDA/INT120
PD2/RXD1/INT219
PD3/TXD1/INT318
PH0/RXD217
PH1/TXD216
PJ0/RXD3/PCINT915
PJ1/TXD3/PCINT1014
PE0/RXD0/PCINT80
PE1/TXD0/PDO1
PE4/OC3B/INT42
PE5/OC3C/INT53
PG5/OC0B4
PE3/OC3A/AIN15
PH3/OC4A6
PH4/OC4B7
PH5/OC4C8
PH6/OC2B9
PB4/OC2A/PCINT410
PB5/OC1A/PCINT511
PB6/OC1B/PCINT612
PB7/OC0A/OC1C/PCINT713
AREF
PA
0/A
D0
22
PA
1/A
D1
23
PA
2/A
D2
24
PA
3/A
D3
25
PA
4/A
D4
26
PA
5/A
D5
27
PA
6/A
D6
28
PA
7/A
D7
29
PC
6/A
14
31
PC
5/A
13
32
PC
4/A
12
33
PC
3/A
113
4P
C2
/A10
35
PC
1/A
93
6P
C0
/A8
37
PD
7/T
03
8P
G2
/ALE
39
PG
1/R
D4
0P
G0/W
R4
1P
L7
42
PL6
43
PL
5/O
C5C
44
PL
4/O
C5B
45
PL
3/O
C5A
46
PL
2/T
54
7P
L1
/IC
P5
48
PL
0/I
CP
44
9P
B3
/MIS
O/P
CIN
T3
50
PB
2/M
OS
I/P
CIN
T2
51
PB
1/S
CK
/PC
INT1
52
PB
0/S
S/P
CIN
T0
53
PK7/ADC15/PCINT23A15
PK6/ADC14/PCINT22A14
PK5/ADC13/PCINT21A13
PK4/ADC12/PCINT20A12
PK3/ADC11/PCINT19A11
PK2/ADC10/PCINT18A10
PK1/ADC9/PCINT17A9
PK0/ADC8/PCINT16A8
PF7/ADC7/TDIA7
PF6/ADC6/TDOA6
PF5/ADC5/TMSA5
PF4/ADC4/TCKA4
PF3/ADC3A3
PF2/ADC2A2
PF1/ADC1A1
PF0/ADC0A0
RESET
PC
7/A
15
30
DUINO1ARDUINO MEGA2560 R3
R6
4.7k
R7
4.7k
Journal of Science and Applicative Technology Original Article
Copyright © 2019 Journal of Science and Applicative Technology J. Sci. Appl. Tech. vol. xx (xx), 20xx, pp. xx-xx | 5 Published by: Lembaga Penelitian, Pengabdian Masyarakat, dan Penjaminan Mutu Institut Teknologi Sumatera, Lampung Selatan, Indonesia
Windah rambe et al., Journal of Science and Applicative Technology vol. x (xx), 20xx, pp. x- x
Gambar 3.4 Urutan Sistem Kerja Alat dan Program.
Pada perancangan sistem program ini, alat yang dibuat
bertujuan untuk mendeteksi gradient thermal terhadap suhu
permukaan panas bumi dibaca melalui sensor suhu DS18B20
berdasarkan domain waktu bersamaan dengan bekerjanya
komponen RTC sebagai pemberi informasi waktu (clock)
dan kemudian hasil pembacaan langsung disimpan kedalam
SD Card melalui modul SD Card dan ditampilkan ke LCD
dengan modul LCD. Pengaturan program pertama, yaitu
pengecekan sambungan masing-masing perangkat apakah
dapat bekerja dengan baik mulai dari RTC, Memory Card
dan sensor DS18B20. Jika terdapat komponen yang tidak
tersambung atau tidak terbaca, maka konfigurasi sistem akan
mengulang terus (reboot) hingga komponen tersambung
dengan baik. Kemudian pengambilan data dari sensor yang
dilakukan terus menerus dalam domain waktu. Untuk
sampling waktu pengukuran dapat diatur pada program
dalam satuan millisecond.
Gambar 3.5 Flowchart Validasi Hasil Pengukuran.
Tabel 3.5 Kalibrasi alat dengan thermometer infrared
Termo 1 Sensor 1 Termo 2 Sensor 2 Termo 3 Sensor 3
X1 °C Y1°C X2 °C Y2 °C X3 °C Y3 °C
45, 39 37, 09 40, 35 32, 15 35, 37 28, 12
45, 74 37, 86 40, 63 32, 79 35, 82 28, 79
46, 17 38, 46 41, 22 33, 38 36, 18 29, 41
47, 09 39, 10 42, 01 34, 02 37, 05 30, 09
47, 44 39, 64 42, 45 34, 72 37, 53 30, 89
48, 05 40, 12 43, 01 35, 28 38, 09 31, 17
49, 19 41, 07 44, 17 36, 02 39, 15 32, 13
49, 80 41, 89 44, 82 36, 85 39, 74 32, 83
50, 17 42, 19 45, 09 37, 10 40, 15 33, 17
50, 83 42, 90 45, 98 37, 89 40, 95 33, 98
Kemudian dilakukan metode least square regresion untuk
mendapatkan kurva regresi linier suhu.
Gambar 3.6 Kurva Regresi 1 Pengukuran Termometer
infrared dan sensor suhu DS18B20.
Original Article Journal of Science and Applicative Technology
6 | Journal of Science and Applicative Technology , vol. xx (xx), 20xx, pp. xx-xx e-ISSN: 2581-0545
Title of Manuscript
Windah rambe et al., Journal of Science and Applicative Technology vol. x (xx), 20xx, pp. x- x
Gambar 3.7 Kurva Regresi 2 Pengukuran Termometer
infrared dan sensor suhu DS18B20.
Gambar 3.8 Kurva Regresi 3 Pengukuran Termometer
infrared dan sensor suhu DS18B20.
Berdasarkan kurva regresi linier didapatkan persamaan
regresi linier sebagai berikut:
Suhu sensor 1 dengan suhu termometer y= 0.2576x + 67,988
Suhu sensor 2 dengan suhu termometer y= 0,2285x + 67,225
Suhu sensor 3 dengan suhu termometer y= 0,2187x + 81,789
Dari persamaan diatas kemudian dilakukan faktor kalibrasi
pada script arduino untuk mengetahui nilai deviasi dari
perbandingan termometer dengan sensor suhu DS18B20
dari tabel 3.5 dapat dilihat selisih antara nilai suhu
termometer dengan sensor suhu DS18B20 adalah 8,3°C
terjadinya perbedaan selisih yang besar dikarenakan
termometer infrared tersebut dapat mengukur uap dari suhu
panas atau dingin. Setiap pergantian sensor perlu dilakukan
kalibrasi ulang untuk mengetahui perubahan deviasi pada ke
tiga sensor .
Prosedur Penelitian Di Lapangan
Penelitian ini dilakukan untuk menentukan sebaran anomali
panasbumi menggunakan sensor suhu DS18B20. Lokasi
penelitian terletak di lapangan manifestasi panasbumi Way
Ratai, Kecamatan Padang Cermin, Kabupaten Pesawaran,
Provinsi Lampung. Secara geografis, kabupaten Pesawaran
terletak pada koordinat 5,12°-5,84°LS dan 104,92°-105,34°BT. Pengukuran gradient thermal di lapangan
panasbumi Way Ratai dilakukan sebanyak 103 titik yang
tersebar di seluruh manifestasi permukaan panasbumi
dengan jarak antara titik 1 km. Pengukuran yang dilakukan
meliputi pengukuran suhu sensor 1, suhu sensor 2 dan suhu
sensor 3 pada kedalaman 50 cm, 100 cm dan 150 cm pada
manifestasi dan permukaan, serta pengukuran gradient
thermal. Sebaran titik pengukuran di manifestasi panasbumi
Way Ratai ditunjukkan oleh gambar di bawah ini.
Gambar 3.9 Desain Akuisisi Gradien Panas Way Ratai.
Gambar 3.10 Diagram Alir Tahapan Penelitian.
y = 0,9816x - 7,1611
30
32
34
36
38
40
40 42 44 46 48
Perbandingan Termometer Vs Sensor (2)
y = 1,0038x - 8,1397
363738394041424344
44 46 48 50 52
Perbandingan Termometer Vs Sensor
(3)
Journal of Science and Applicative Technology Original Article
Copyright © 2019 Journal of Science and Applicative Technology J. Sci. Appl. Tech. vol. xx (xx), 20xx, pp. xx-xx | 7 Published by: Lembaga Penelitian, Pengabdian Masyarakat, dan Penjaminan Mutu Institut Teknologi Sumatera, Lampung Selatan, Indonesia
Windah rambe et al., Journal of Science and Applicative Technology vol. x (xx), 20xx, pp. x- x
Adapun prosedur pengukuran gradien thermal adalah
sebagai berikut:
1. Mempersiapkan alat-alat yang akan digunakan
(kelengkapan alat, quality control alat);
2. Sesampainya di titik lokasi akuisisi pengukuran,
dilakukan pengkondisian tempat (keadaan geologi,
pemeriksaan topografi, dan keamanan titik lokasi
pengukuran);
3. Mempersiapakan alat bor dengan cara memasangnya
secara bertahap, mulai dari mata bor, besi dan
pemutar bor;
4. Setelah pemasangan bor, dilakukan pengeboran
sampai pada kedalaman yang telah ditentukan (1,5
m);
5. Angkat Bor yang telah digunakan, kemudian
mempersiapkan sensor untuk dimasukkan kedalam
lubang bor;
6. Sensor dimasukkan kedalam lubang bor, kemudian
dipersiapakan pengukuran dengan menghubungkan
sensor, main unit dengan power source;
7. Sebelum dilakukan pengukuran sensor harus
memasuki tahap kalibrasi agar suhu yang terekam
pada pengukuran stabil;
8. Setelah stabil, Pengukuran dilakukan hingga
didapatkan nilai gradien termal yang muncul pada
monitor pada main unit;
9. Setelah dilakukan pengukuran simpan alat, kemudian
dilanjutkan ke titik akuisisi selanjutnya.
Hasil dan Pembahasan
Hasil Perancangan
Proses rancang bangun dimulai dari menyatukan semua
konfigurasi pin sesuai tabel kemudian menyusun rencana
peletakan masing-masing komponen dalam suatu wadah
berukuran 13 cm x 6 cm x 5 cm terbuat dari mika plastik.
Untuk perencanaannya, tubuh alat sebagai wadah komponen
sensor DS18B20 terbuat dari stainless steel ukuran 150 cm
dengan diameter 1,6 cm dan ketebalan 0,2 cm yang cukup
untuk dapat menahan panas dan desain bagian sensor dilapisi
menggunakan silicon agar dapat menahan air masuk
kedalam komponen.
Gambar 4.1 Hasil fisis Perancangan Alat.
Keterangan dari gambar diatas berupa, Main unit yakni
Arduino Mega25600 yang diintegrasikan dengan komputer
melalui program Arduino IDE yang dirancang agar dapat
memogramkan pengukuran dan perhitungan gradien termal.
Main unit dilengkapi tombol dengan 4 tombol utama, 2
lubang konektor yang pertama berfungsi sebagai
penghubung Main unit dengan power source dan lainnya
sebagai penghubung Main Unit dengan sensor. Untuk power
source dapat menggunakan Power Bank atau Laptop.
Sementara sensor yang digunakan adalah sensor suhu
DS18B20 memiliki 2 komponen utama yaitu sensor dan
batang sensor. Pada bagian atas sensor terdapat konektor
yang berfungsi menghubungkan sensor dengan Main unit,
sedangkan batang sensor yang terbuat dari Stainless Steel
diberi lubang untuk letek daripada sensor, yang berfungsi
sebagai tiang penyangga sensor saat pengukuran mulai dari
pemasangan, kalibrasi, hingga selesainya pengukuran. Untuk
desain batangan sensor dibuat portable agar mempermudah
saat dibawa ke lapangan. Kabel konektor pada gambar 4.1
berfungsi sebagai kabel penghubung power source dan Main
unit.
Untuk output yang dihasilkan dari pada pengukuran
merupakan nilai dari masing-masing suhu pada sensor secara
digital dan nilai daripada gradient thermal dari ketiga suhu
yang terukur pada pengukuran. Data yang terekam akan
disimpan secara otomatis pada SD card dalam bentuk file
.csv. masing-masing suhu rata-rata setiap sensor yang
terekam akan diintegrasikan oleh main unit sehingga
menghasilkan nilai gradient thermal. Untuk output
pengukuran dapat dilihat pada tabel 4.1 sebagai berikut:
Original Article Journal of Science and Applicative Technology
8 | Journal of Science and Applicative Technology , vol. xx (xx), 20xx, pp. xx-xx e-ISSN: 2581-0545
Title of Manuscript
Windah rambe et al., Journal of Science and Applicative Technology vol. x (xx), 20xx, pp. x- x
Tabel 4.1 Data suhu pada alat.
Analisa Pengolahan Data
Dapat dilihat dari gambar diatas, da terdiri dari nama titik
pengukuran, zona UTM, koordinat (X,Y), altitude (Elevasi),
Suhu gradient thermal, suhu masing-masing sensor dan rata-
rata suhu pengukuran. Data ini akan digunakan pada
pengolahan data untuk mendapatkan pemetaan nilai
pesebaran gradient thermal data yang digunakan pada
pemetaan gradient thermal adalah data X,Y, dan nilai
gradient thermal namun, jika kita ingin melihat pesebaran
nilai suhu pada masing-masing sensor, tinggal mengganti
parameter gradient thermal menjadi nilai sensor suhu yang
terdapat pada data. Masing-masing sensor merupakan
reresentasi nilai suhu pada perekaman data dimana jaraknya
masing-masing 0,5 m. Sensor 1 berjarak 0,5 m dari dasar
lubang , sensor 2 berjarak 1 m, dan sensor 3 berjarak 1,5 m
dari dasar lubang. setelah didapatkan nilai
pengukuran,dilakukan pengolahan data untuk menghasilkan
pemetaan data dengan menggunakan software surfer, yang
fungsinya adalah memetakan hasil data yang
divisualisasikan dengan topografi (kontur). Adapun hasil
penelitian yang dilakukan berupa hasil pengukuran data
RAW pada titik pengukuran dan pemetaan data yang
ditampilkan sebagai berikut:
Gambar 4.2 Peta suhu sensor 1.
Gambar 4.3 Peta suhu sensor 2.
Gambar 4.4 Peta suhu sensor 3.
Gambar 4.5 Peta gradien termal.
Berdasarkan sebaran melalui kontur diatas dapat
disimpulkan bahwa rentang nilai gradien yang terekam pada
data bervariasi dengan nilai yang terendah-5°C/m dan yang
tertinggi 17°C/m. Perbedaan warna persebaran pada kontur
menunjukan perbedaan suhu gradien pada titik pengukuran.
Nilai gradien rendah yang terukur pada pengukuran memiliki
penurunan suhu, karena pada daerah pengukuran merupakan
daerah tepi sungai, daerah persawahaan, daerah dataran
tinggi yang memiliki kandungan air yang lebih dari pada
daerah lainnya, sementara nilai gradien tinggi diindikasikan
daerah tersebut merupakan daerah manifestasi panasbumi
yang suhunya tinggi. Nilai sensor yang terekam bervariasi,
suhu yang rendah terekam sebesar 17°C dan yang tertinggi
sebesar 45°C.
Kesimpulan
Adapun kesimpulan dari penelitian ini adalah:
1. Perancangan sistem dibagi menjadi dua bagian yaitu:
perancangan perangkat keras dan perancangan
perangkat lunak mengunakan penerapan rekayasa
perangkat lunak dengan model modified waterfall;
2. Kinerja sistem maksimal saat diimplementasikan di
Way ratai dikarenakan batasan yang diukur hanya
pada kedalaman 50 cm, 100 cm, 150 cm dan masih
dipermukaan saja, tetapi untuk proses kalibrasi
dengan studi kasus strika selisih dari nilai termometer
dengan sensor DS18B20 nilainya 8°C ;
3. Sistem mampu menjalankan fungsinya dengan
estimasi data yang masuk ke memori card. Nilai
Name zona utm X Y Altitude (m) Gradien Thermal (C/m) Sensor 1 (Celcius) Sensor 2 (Celcius) Sensor 3(Celcius)
BR010 48 507546 9380747 78 -0,49 32,49 32,85 32,97
BR016 48 508545 9383728 281 -1,49 26,47 23,72 27,96
BR03 48 509537 9386693 569 -1,84 24,77 17,44 26,61
BR05 48 507529 9385684 405 -1,84 28,15 26,06 29,99
BR06 48 507534 9384640 293 -2,17 28,57 25,71 30,74
BR1 48 507652 9386664 566 -1,49 26,47 23,72 27,96
BR100 48 517497 9382717 21 0,02 31,29 29,93 31,27
BR13 48 508625 9380716 93 -0,03 33,94 28,29 33,97
BR14 48 508565 9381659 135 -2,17 28,57 25,71 30,74
BR15 48 508576 9382715 178 -1,84 28,15 26,06 29,99
Journal of Science and Applicative Technology Original Article
Copyright © 2019 Journal of Science and Applicative Technology J. Sci. Appl. Tech. vol. xx (xx), 20xx, pp. xx-xx | 9 Published by: Lembaga Penelitian, Pengabdian Masyarakat, dan Penjaminan Mutu Institut Teknologi Sumatera, Lampung Selatan, Indonesia
Windah rambe et al., Journal of Science and Applicative Technology vol. x (xx), 20xx, pp. x- x
gradient thermal di dearah manifestasi bervariasi
dengan nilai yang terendah -5 °C/m dan yang
tertinggi 17°C/m.
Saran
Adapun saran untuk penelitian ini adalah :
1. Diperlukan pengukuran ulang setelah dikalibrasi
dengan termometer digital.
2. Memperdalam kedalaman pengambilan data
temperatur agar data tidak terpengaruh oleh kondisi
permukaan tanah.
Daftar Pustaka
[1] “Introduction to Arduino Mega 2560 Rev 3,” 14
Januari2019, https://store.arduino.cc/usa/arduino-
mega-2560-rev3
[2] S. Reza, “Estimasi Suhu Bawah Permukaan dan
Kedalaman Reservoir Panas Bumi Tiris Berdasarkan
Data Gradien Termal” Universitas Jember : Jember,
2014.
[3] I. S. Ghumelar, “Rancang Bangun Sistem Monitoring
Gradien Temperatur Tanah pada Area Gunung Anak
Krakatau Berbasis Single Board Computer
BCM2835”Universitas Lampung: Lampung, 2017.
[4] H. K. Gupta, “Geothermal Energy:An Alternative
Resourcefor The 21st Century,” Elsevier : first edition,
2007.
[5] “Introduction to Arduino Mega 2560 Rev 3.” 14
Januari 2019, https://store.arduino.cc/usa/arduino-
mega-2560-rev3.
[6] Meyliana, “Pengaruh keyakinan diri terhadap transaksi
online, kepercayaankonsumen, dan pengurangan
ketidakpastian pada implementasi ecommerce,” p.10,
Universitas Binus : Jakarta, 2012.
[7] H.Kristanto, “Konsep database management system, in
Konsep & perancangan database, 2nd ed.,” pp.8-9,
Yogyakarta: Andi, 1994.
[8] J.Simarmata, “Pengantar rekayasa perangkat lunak, in
Rekayasa perangkat lunak,” Ed. I, p.10, Yogyakarta:
Andi, 2010.
[9] P.V. Sharma, “Environmental and Engineering
Geophysics,” Cambridge University : Press,United
Kingdom, 1997.
[10] H. Noviar, W. Asriningrum, M. Hartuti, and Y. Rijono,
“Pengukuran suhu permukaan lahan untuk prediksi
letusan gunung api,” Jumac, vol.3,hal.26-35, Juni 2006.
[11] H. A. Dharmawan, “ Perancangan Sistem Pengukur
Temperatur Spatial pada Kedalaman Tertentu dari
Permukaan Tanah Menggunakan CAN Bus dan 1-Wire
Bus,” Universitas Brawijaya : Malang, 2013.
[12] N. Akhyar, “Rancang bangun alat penstabil suhu
minyak kelapa sawitberbasis mikrokontroller atmega
8,” Universitas Sumatera Utara : Medan, 2014.
[13] J. Simarmata, “Pengantar rekayasa perangkat lunak in
Rekayasa perangkat lunak,” Ed. I, p.10, Yogyakarta :
Andi, 2010.
[14] J. Xiong, “ The popular lifecycle/process models with
existing software engineering paradigm” p.33, New
York: Springer, 2011.
[15] I. Sommerville, “Introduction to software engineering,”
in Software engineering, Boston: Pearson, 9th ed.,
2011, p.30.