Tujuan pengembangan adalah merancang pendeteksi kadar STPP limbah industripengepakaan udang. Instrumentasi sistem menggunakan sistem fotometri memanfaatkansinar UV yang ditembakkan ke sampel limbah pada kuvet untuk mendeteksi kadar STPP.Logikanya semakin besar sinar UV yang diserap oleh STPP maka semakin besar kadarSTPP-nya. Sinyal cahaya dilewatkan pada cairan STPP dan diterima oleh photodiodaselanjutnya diubah menjadi sinyal listrik. Perubahan sinyal cahaya menjadi listrikdigunakan sebagai input OP-Amp yang berfungsi sebagai pengkondisi sinyal input ADC.Selanjutnya ADC akan mengubah tegangan input menjadi data digital 8 bit. Data yangdiinputkan ke MK akan diolah dengan program MCS-51 dan ditampilkan ke display sevensegment dan merupakan hasil pen-deteksian kadar STPP dalam persen. Hasil pendeteksianmempunyai keandalan ± 80%

Indriastuti, Wulan

Putro, Setiadi Cahyono

Saidah, Saidah

Suswanto, Hary

Indonesian

TEKNO

TEKNO, Vol:5, Februari 2006, ISSN: 1693-8739  APLIKASI MK AT89C51 UNTUK PENDETEKSIAN KADAR LIMBAH MERUGIKAN INDUSTRI PENGEPAKAN UDANG   Setiadi Cahyono Putro Hary Suswanto Saidah Wulan Indriastuti  Abstrak: Tujuan pengembangan adalah  merancang pendeteksi kadar STPP limbah industri pengepakaan udang. Instrumentasi sistem menggunakan sistem fotometri memanfaatkan sinar UV yang ditembakkan ke sampel limbah pada kuvet untuk mendeteksi kadar STPP. Logikanya semakin besar sinar UV yang diserap oleh STPP maka semakin besar kadar STPP-nya. Sinyal cahaya  dilewatkan pada cairan STPP dan diterima oleh photodioda selanjutnya diubah menjadi sinyal listrik. Perubahan sinyal cahaya menjadi listrik digunakan sebagai input OP-Amp yang berfungsi sebagai pengkondisi sinyal input ADC. Selanjutnya ADC akan mengubah tegangan input menjadi data digital 8 bit. Data yang diinputkan ke MK  akan diolah dengan program MCS-51 dan ditampilkan ke display seven segment dan merupakan hasil pen-deteksian kadar STPP dalam persen. Hasil pendeteksian mempunyai keandalan ± 80%.   Kata Kunci: STPP,  Mikrokontroller, Elektronik.  STPP (Sodium Tripolyphosphate) merupa kan salah satu limbah yang dihasilan oleh perusahaan perikanan yang bergerak dibi-dang pembekuan dan pengepakan udang. Limbah STPP dapat menyebabkan pence-maran lingkungan. STPP adalah merupa-kan senyawa aditif atau bahan tambahan pada proses pembekuan udang bertujuan untuk mengenyalkan daging dan mengki-latkan permukaan udang (Hera, 2003). STPP digunakan untuk perendaman produk added value yaitu nobashi ebi. Konsentrasi STPP pada perendama udang adalah 4 %. (Susanti, 2004:47). STPP se-bagai limbah tidak dapat terurai diudara. STPP mudah larut dalam air dan secara signifikan terdapat dalam limbah industri pengepakan udang. STPP ini tidak dapat terurai secara kimiawi, sehingga dikhawa-tirkan terjadinya penumpukan STPP pada limbah. Oleh karena itu diperlukan alat ya ng dapat mengetahui kadar STPP dalam limbah tersebut. 190.00nm350.00300.00250.00-0.2974.0003.0002.0001.0000.0004.501Abs.11011 987 643 21312 Gambar 1 Pengujian λ maksimum STPP Untuk mendeteksi kadar STPP digu-nakan  UV-VIS yang sering digunakan un tuk pengukuran ataupun analisis kualitatif dan kuantitatif zat dengan menggunakan absorbsi panjang gelombang λ cahaya ta-mpak atau Ultraviolet (Budiasih, 1999: 11).  Pada uji laboratorium di PERUM Ja sa Tirta Malang, STPP dilarutkan dalam a ir dengan konsetrasi 10 % disinari dengan Sinar UV yang menujukkan λ antara 190-350 nm maka absorbsi cahaya UV pada S TPP diperlihatkan pada Gambar 1. Penye rapan cahaya terjadi pada λ=190-230 nm, sedangkan penyerapan cahaya maksimum terjadi pada λ= ±216 nm. Meskipun demikian dapat dikatakan bahwa STPP da pat menyerap sebagian dari daerah UV ya ng mempunyai λ antara 10-380 nm. Untuk menangkap sinar UV  diguna kan photodioda sebagai detektor yang ber fungsi untuk mengubah sinyal cahaya me njadi sinyal listrik. Tegangan yang diteri-ma oleh detektor diperkuat menggunakan Op-Amp non inverting Gamar 2 sebelum dikonversikan ke ADC. Fungsi penguat differensial atau Ins-trumentasi mode CMRR dalam peranca-ngan alat digunakan untuk memperkuat Setiadi C.P, Hary Suswanto adalah dosen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Negeri Malang Wulan I dan Sa’idah adalah Alumni Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Negeri Malang TEKNO, Vol:5, Februari 2006, ISSN: 1693-8739  perbedaan dua sinyal dari detektor (detek-tor sampel dan detektor referensi), sehing-ga hanya diperlukan satu buah ADC un-tuk mengkonversikan output sinyal yang dihasilkan. Rangkaian Op-Amp ini dapat dilihat pada Gambar 3. V inV out_+_+Vcc +Vcc -R 1R 2 Gambar 2 Rangkaian penguat tak membalik     (Sumber: Malvino, 1987) V in 1_+Vcc +Vcc -R 5R 7_+_+V in 2+_+_Vcc +Vcc -Vcc -Vcc +V outR 1R 4R 3R 1R 6 Gambar 3 Op-Amp Instrumentasi mode CMRR      (Sumber: Malvino, 1987) Hubungan antara tegangan input dan out-put pada penguat instrumentasi DC diru-muskan sebagai berikut:  ( )2112750 VVRRRR21V −+=  +=7512RR21RRGain  Output Op-Amp instrumentasi digunakan sebagai input ADC yang berfungsi untuk merubah data analog ke data digital seba-gai masukan untuk kendali utama Mikro-kontroller. Pada perancangan digunakan ADC 0804 yang dapat mengkonversikan input analog menjadi 8 keluaran digital (8 bit) sehinga dapat di hubungkan langsung dengan port-port MK. MK AT89C51 berfunsi sebagai main control untuk memproses data input dari ADC dan menampilkannya pada display. Data tersebut ditampilkan pada display se-ven segment. Dengan demikian diperlukan transistor yang digunakan untuk meng-aktifka display seven segment. Transistor ini berfunsi sebagai saklar atau switching. Seven segment berfungsi untuk menampil kan informasi atau data yang merupakan output dari MK yang memberikan infor-masi tentang kadar STPP dalam limbah industri pengepakan udang.  METODE Kadar STPP pada limbah dideteksi dengan menggunakan sistem spektofoto-metri. Sinar lampu UV ditembakkan ke sampel limbah untuk mengetahui kadar S TPP. Sinar yang ditembakkan harus sesu-ai dengan panjang gelombang yang dapat diserap STPP. Untuk meloloskan panjang gelombang kadar STPP digunakan sinar UV dengan asumsi bahwa bahan tamba-han lain dalam limbah dianggap variabel tetap, instrumentasinya dapat dilihat pada Gambar 4. Lampu UVSinar UVLensa Bikonveks KuvetSensor referensiSensor sampel  Gambar 4 Gambar Sistem pendeteksi kadar STPP Sinar UV yang dilewatkan oleh sam pel limbah (dalam kuvet) akan mengenai photodioda (sensor sampel) dan digunaka sebagai data input utuk Op-Amp. Karena kuat cahya yang masuk tidak selalu sama maka digunakan photodioda untuk mende teksi kuat cahaya UV dan  digunakan se-bagai sensor referensi.  ROp-Amp non invertingOp Amp InstrumentasiV out15 Volt+ 15 VoltSinar UV Gambar 5 Gambar rangkaian sensor Sensor sampel resistor yang dipakai untuk penguatan Op-Amp non inverting adalah 100KΩ. sehingga Voltage output sesuai dengan rumus:  Vout = Iphotodioda x R.  TEKNO, Vol:5, Februari 2006, ISSN: 1693-8739  Sensor referensi, R yang digunakan untuk penguatan adalah 10 Ω. Dengan menggu-nakan resistor 10Ω maka tegangan output dari sensor sampel dan Vout sensor referen si mempunyai perbedaan 0 V. Perbedaan dari kedua sensor tersebut akan dikuatkan oleh Op-Amp instrumentasi seperti pada Gambar 3, sehingga output mencapai tega ngan 0-5 V sebagai input ADC. ∆V untuk sampel 50% STPP adalah 0.047 V. Supa-ya tegangan ini bisa jadi tegangan input A DC maka digunakan penguatan 83 kali, dengan setting R1 = R2 = R3 = R4 = R5 = R6 = 100K  maka R7 yang diperlukan  adalah:  +=7512RR21RRGain      7RK100x2183 Ω+=     83K2007R Ω=     Ω= K4,27R .  ADC yang digunakan pada instrumen pen deteksi kadar STPP adalah ADC 0804 ya-ng bisa mengubah data analog menjadi da ta digital 8 bit. Data ini akan digunakan se bagai input MK AT89C51. Rangkaian ADC 0804 diperlihatkan pada Gambar 6. V Op-AmpDB1VccV in(+)V in(-)CLK RCLK INWRA GNDINTRDB7DB5DB4DB3DB6DB2DB8+ 5 VCSRDVReff/2Mikroprosessor10 K150 PF1K1K Gambar 6 Rangkaian ADC 0804 Vreff dan Vin yang digunakan adalah 5V dan input Vreff/2 merupakan pembagi tegangan. Jika R1=R2=1KΩ maka output ke Vreff/2  adalah: V5,2VV5K1K1K1V2/reff2/reff=Ω+ΩΩ= Resolusi ADC menunjukkan perubahan tegangan yang dapat menyebabkan kenai-kan 1 bit pada Output digital ADC. Jadi setiap perubahan tegangan 0,02 output di-gital ADC akan naik 1 bit, diperoleh dari:  Resolusi ADC  = Vreff /(28-1)     = 5V/(256-1)      = 0,0195 V       = 0,02 V   Karena tegangan input analog secara lang sung sebanding dengan output digital, ma ka output digital pada saat kadar STPP 50 % dengan input analog Ain = 3,901 Volt adalah: 10200256590.3256 === xxVADreffinout atau 1100  10002 Sedangkan output digital terkecil adalah: 10025650256 === xVxVADreffinout  atau 0000  00002 Output dari rangkaian ADC ini akan digu nakan sebagai input atau data MK yang a kan diproses oleh program MK. MK akan membandingkan data masukan dengan da ta-base yang ada dalam program. Pembua tan database untuk program dilakukan de ngan membuat sampel limbah yang dise-suaikan dengan penelitian yang telah di-lakukan di pabrik pengepakan udang di Banyuwangi. Gambar design hardware MK ditunjukkan pada Gambar 7.  R1100 ohmEA/VPPALE/PROGPSENRESETX1X2GND30293120199185 V12 MhzP1.0P1.7P1.6P1.5P1.4P1.3P1.2P1.1P0.0/AD0P0.7/AD7P0.6/AD6P0.5/AD5P0.3/AD3P0.4/AD4P0.2/AD2P0.1/AD132333435363738391876543210171615141312112827262524232221INTO/P3.2RD/P3.7WR/P3.6T1/P3.5T0/P3.4INT1/P3.3TXD/P3.1RXD/P3.0P2.2/AD10P2.1/AD9P2.0/AD8P2.7/AD15P2.6/AD14P2.5/AD13P2.4/AD12P2.3/AD11Vcc 40Port 1 I/OPort 3I/O Port 2I/OPort 0I/O33pf33pf R2 = 8K2ohm10   F5 V5 VGambar 7 Rangkaian MK AT 89C51 TEKNO, Vol:5, Februari 2006, ISSN: 1693-8739  P1.0-P1.7 MK AT89C51 digunakan seba-gai input biner 8 bit dari ADC (LSB-MSB). Sedangka P3.0 digunakan sebagai input INTR dan WR untuk mengaktifkan ADC serta P3.4 sebagai tombol hold. Out put MK ini akan ditampilka melalui seven segment yang dihubungkan dengan P2.0-P2.7 dan P0.1-P0.7 dihubungkan dengan transistor yang berfungsi sebagai driver seven segment. Perancangan mengunakan transistor PNP SS9012, dengan hfe antara 64-202 dan seven segment yang mempunyai LED warna merah dengan spesifikasi V =1.7-2,8 dan I=10mA-20mA, sehinga Rsv dan RB Gambar 8  dapat dihitung sebagai berikut: RSV (min) = (Vcc-VLED (max))/ILED (max)    = (5-2,8)V/20mA    = 110Ω RSV(max) = (Vcc-VLED(min))/ILED(min)    = (5-1,7)V/10A = 430Ω Ic (max) = ILED (max) = 20mA Ib (max) = Ic (max) /hfe   = 20mA/64  = 312,5 x 10-6A Rb (min)  = (Vbb-Vbe)/Ib  = (5-0,7)/ 312,5 x 10-6  = 13,76 KΩ  Ib (min) = Ic (min) /hfe   = 10mA/64  = 156,3 x 10-6A Rb (max) = (Vbb-Vbe)/Ib  = (5-0,7)/ 156,3x 10-6A  = 27,51 KΩ Dari perhitungan tersebut maka digu nakan Rsv=180Ω dan Rb=15KΩ. Pemilian nilai ini didasarkan pada nilai resistansi re sistor yang mempunyai nilai diantara Rsv  dan Rb maksimum atau minimum. Desain transistor dan display seven segment dapat dilihat pada Gambar 7.  Seven segment yang dipakai  ada 7 buah sevent segment common anode. Em- pat seven segment pertama digunakan un uk menampilkan kadar STPP yang telah dideteksi dan 3 seven segment akhir di-gunakan untuk menampilkan error pende-teksi yang dihasilkan oleh pendeteksian sensor sample.  gfedcbpP2.0 MKP2.1 MKP2.2 MKP2.3 MKP2.4 MKP2.5 MKP2.6 MKP2.7 MKabcdefgpRb = 15KohmIe5VP0 MKaIcIbPNPSS9012180 ohm Gambar 8 Rangkaian driver seven segment  HASIL Hasil dari perancangan alat ini ada-lah suatu instrumen yang mampu mende-teksi kadar STPP dalam limbah industri pengepakan udang dengan asumsi bahwa bahan tambahan yang terdapat dalam lim bah dianggap sebagai variabel tetap. Hal ini disebabkan karena kurangnya optima-si alat yang disebabkan tidak ditemukan-nya filter monokromatis yang berfungsi untuk meloloskan panjang gelombang yang sesuai dengan STPP. Gr a f i k  H ubunga n Konse nt r a si  S TP P  da n S e nsor  S a mpe l00.020.040.060.080.10.120 1 2 4 6 7 8 9 10 20 30 40 50 60 70kadar  ST P P  ( %)Ser ies1                    Gambar 9 Grafik Hubungan Konsentrasi STPP  Dengan Vout    Sensor Sampel.  Hasil Pengujian rangkaian pendetek si kadar STPP pada Gambar 4 dengan menggunakan Sampel dengan kadar STP P berbeda menunjukkan bahwa pada saat kadar STPP 0% Pengujian sistem pende-teksi kadar STPP menunjukkan Vout terbe sar yaitu 0,103V dan Vout terkecil saat ka-dar STPP 50% yaitu 0,056V. Konsentrasi  TEKNO, Vol:5, Februari 2006, ISSN: 1693-8739  STPP 60% dan 70% STPP sudah jenuh se hinga Vout yang dihasilkan turun secara drastis. Dari hasil pengujian dapat dibuat grafik hubungan antara konsentrasi STPP dan Vout sensor sampel, Gambar 9.  PEMBAHASAN Hasil pengujian pada Gambar 9 me-nunjukkan bahwa semakin banyak kadar STPP maka te-gangan yang dihasilkan akan semakin berkurang. Dalam perancan gan ini diasumsikan bahwa garis tersebut adalah linear de-ngan setiap pertambahan kadar STPP 1% maka tegangan akan turun sebesar 0,94 mV.  Nilai pengujian Vout sensor sampel mempunyai selisih atau penyimpangan da ri Vout rancangan yang diekspresikan den-gan error pendeteksi. Nilai error sistem pendeteksi dapat dicari dengan mengguna kan rumus: %100xVVVErancanganpengukuranrancangan−=  Hasil perhitungan error pendeteksi dapat dilihat pada Tabel 1.  Tabel 1. Error Sistem Pendeteksi Kadar STPP Kadar STPP Error pendeteksian 0 % 0 % 1 % 17 % 2 % 14 % 4 % 14 % 6 % 14 % 7 % 14 % 8 % 17 % 9 % 15 % 10 % 17 % 20 % 17 % 30 % 15 % 40 % 13 % 50% E 60% E  Vout sensor sampel dan referensi akan dica ri selisih tegangannya dan dikuatkan de-ngan Op-Amp Instrumentasi. Hasil pengu jian rangkaian Op-Amp Instrumentasi pa-da Gambar 3 memperlihatkan bahwa hasil pengujian menunjukkan hasil yang baik, karena semakin besar perbedaan teganan input (V1 dan V2) maka semakin besar output yang dihasilkan rata-rata penguata adalah 83 kali, penambahan atau pengura ngan pada penguatan terjadi karena tole-ransi dari resistor. Pengujian pada rangkaian ADC dila kukan untuk mengetahui output digital ya ng dihasilan oleh Op-Amp Instrumentasi. Pengujian dilakukan dengan memberi te-gangan masukan tegangan masukan pada Vin(+) ADC dengan nilai yang berbeda. Vcc atau Vreff = 5V serta Vreff/2 = 2,5V de-ngan resolusi ADC 0,02 V. Hasil pengujian rangkaian ADC pada Gambar 5 dapat  dilihat pada Tabel 2.  Tabel 2. Hasil pengujian rangkaianADC Vin(+) VOut hitungan desimal biner 0 0 0 0000  0000 1 51.2 51 0011  0011 1.5 76.8 77 0100  1101 2 102.4 102 0110  0110 2.5 128 128 1000  0000 3 153.6 154 1001  1010 3.5 179.2 179 1011  0011 4 204.8 205 1100  1101 4.5 230.4 230 1110  0110    Hasil pengujian menunjukkan bahwa tega ngan pengujian mempunyai nilai selisih dengan output digital. Hal ini karena reso lusi ADC pada perancangan adalah 0,02 V. sehingga nilai yang kurang dari 0,02 V tidak bisa menjadi 1 bit. Pengujian driver seven segment pa-da Gambar 8 menunjukkan ketika transis-tor SS9012 yang berfungsi sebagai driver diberi logika 0 (rendah) maka transistor akan berfungsi sebagai saklar ON, sehing ga Ic mengalir dan dapat digunakan un-tuk menghidupkan seven segment. Dan ji ka transistor diberi logika 1 (high) maka transistor akan berfungsi sebagai saklar Off dan LED tidak menyala. Data atau informasi tentang kadar S TPP dalam limbah industri pengepakan u TEKNO, Vol:5, Februari 2006, ISSN: 1693-8739  dang dari sensor sampel dan sensor refe-rensi yang sudah ditransfer oleh ADC dan diolah oleh MK AT89C51 akan ditam pilkan pada display seven segment. Data hasil pengujian display seven segment pada Gambar 7 (yang sebelum RSV diberi dengan saklar on-off) menun-jukan bahwa seven segment ketika saklar on (diberi logika 0 dari MK) maka pin se-ven segment akan hidup. Dan jika saklar dalam kondisi off (diberi logika 1) maka pin seven segment akan mati.  Hasil seluruh pengujian dapat dika-takan bahwa rangkaian elektrik yang diha silkan baik dan sesuai dengan rancangan. Pada pengujian sampel dengan mengguna kan alat pendeteksi kadar STPP dengan menggunakan rangkaian hasil pengujian keseluruhan menunjukan bahwa semakin kecil kadar STPP yang dideteksi maka se makin besar error alat yang dihasilkan. Ja di instrumen pendeteksi kadar STPP ber-basis MK AT89C51 belum bisa digunaka di dunia industri. Hal ini disebabkan kare-na tidak adanya filter monokromatis yang seharusnya digunakan untuk meloloskan panjang gelombang STPP tidak diketemu-kan, error alat juga disebabkan karena to-leransi komponen yang dirancang pada perancangan alat.    KESIMPULAN 1. Alat pendeteksi kadar STPP berbasis MK AT89C51 dalam limbah pengepa-kan udang dapat mendeteksi kadar ST PP <50% karena pada kadar STPP ≥ 50% larutan STPP sudah melewati ti-tik jenuh. 2. Alat ini hanya mengukur kadar STPP pada limbah pengepakan udang 3. Ada kemungkinan zat lain pada lim-bah pengepakan ikut terdeteksi, karena kurang optimalnya sistem pendeteksia  yang disebabkan  tidak adanya filter monokromatis pada perancangan. 4. Semakin besar kadar STPP yang dide-teksi maka error alat menjadi semakin kecil, hal ini tejadi karena variabel lain dianggap sebagai variabel tetap 5. Ketelitian alat ini hanya sampai dua angka dibelakang koma dengan setiap perubahanya mengalami penambahan atau pengurangan desimal 0,25.  SARAN 1. Agar hasil pendeteksian lebih valid maka diperlukan suatu filter optik  mo nokromatis yang berfungsi untuk melo loskan panjang gelombang ±116 dan penggunaan  lampu UV jenis A atau lampu deuterium Arc. fotodioda yang digunakan lebih baik mempunyai spe-sifikasi yang hanya peka terhadap sinar UV saja. 2. Perlu otomatisasi dalam alat ini, se-hingga alat ini dapat bekerja tanpa menggunakan saklar. 3. Sebagai alat pendeteksi ukuran alat ini terlalu besar sehingga untuk pengem-banga lebih lanjut dapat didesain lebih kecil sehinga praktis bila dibawa lang-sung ke lapangan  4. Setelah memasukan sampel yang akan diukur ke dalam kuvet, sebaiknya ku-vet bagian luar dibersihkan terlebih da hulu sebelum kuvet dimasukkan ke da lam rangkaian sensor, kerena hal ini dapat berpengaruh dalam pendetek-sian.  DAFTAR RUJUKAN Budiasih, Endang. 1999. Analisis Instru-men bagian I, pokok bahasan pe-ngantar spektofotometri absopsi, spektofotometri sinar tampak dan ul violet, spektofotometri infra merah. Malang: Depdikbud UM. HERA. 2003. HERA Targetted Risk Assis ment Of Sodium  Tripolyphosphate (STPP), (Online), (http://www.HE-RA.project.com/HERA.html, diakses 16 Oktober 2004). Malvino, A. P. 1984. Prinsip-prinsip Elektronika Jilid II. Terjemahan: M. Barmawi. 1987. Jakarta: Erlangga. TEKNO, Vol:5, Februari 2006, ISSN: 1693-8739  Susanti, Nur. 2004. Laporan KKl Penga wetan Udang Putih (Penaeu Vanna mea) Sebagai Usaha Peningkatan Ekspor Di PT Istana Cipta Sembada Banyuwangi Jawa Timur. Malang: FMIPA Unibraw 

APLIKASI MK AT89C51 UNTUK PENDETEKSIAN KADAR LIMBAH MERUGIKAN INDUSTRI PENGEPAKAN UDANG

http://journal.um.ac.id/index.php/tekno/article/download/3242/3936

APLIKASI MK AT89C51 UNTUK PENDETEKSIAN KADAR LIMBAH MERUGIKAN INDUSTRI PENGEPAKAN UDANG

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

TEKNO