BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Asam dan basa sudah dikenal sejak zaman dulu. Istilah asam (acid)

berasal dari bahasa Latin acetum yang berarti cuka. Istilah basa (alkali)

berasal dari bahasa Arab yang berarti abu. Basa digunakan dalam

pembuatan sabun. Juga sudah lama diketahui bahwa asam dan basa saling

menetralkan. Di alam, asam ditemukan dalam buah-buahan, misalnya

asam sitrat dalam buah jeruk berfungsi untuk memberi rasa limun yang

tajam. Cuka mengandung asam asetat, dan asam tanak dari kulit pohon

digunakan untuk menyamak kulit. Asam mineral yang lebih kuat telah

dibuat sejak abad pertengahan, salah satunya adalah aqua forti (asam

nitrat) yang digunakan oleh para peneliti untuk memisahkan emas dan

perak.

Sekitartahun 1800, banyakkimiawanPrancis, termasukAntoine

Lavoisier,

secarakeliruberkeyakinanbahwasemuaasammengandungoksigen. Lavoisier

mendefinisikanasamsebagaizatmengandungoksigenkarenapengetahuannya

akanasamkuathanyaterbataspadaasam-

asamoksodankarenaiatidakmengetahuikomposisisesungguhnyadariasam-

asamhalida, HCl, HBr, dan HI. Lavoisier-lah yang

memberinamaoksigendari kata bahasaYunani yang berarti

"pembentukasam". Setelahunsureklorin, bromin,

daniodineteridentifikasidanketiadaanoksigendalamasam-

asamhalideditemukanoleh Sir Humphry Davypadatahun1810, definisioleh

Lavoisier tersebutharusditinggalkan.

1

KimiawanInggrispadawaktuitu, termasukHumphry Davy,

berkeyakinanbahwasemuaasammengandun

ghidrogen.KimiawanSwediaSvante Arrhenius

lalumenggunakanlandasaniniuntukmengembangkandefinisinyatentangasa

m.Iamengemukakanteorinyapadatahun1884.

Padatahun1923, Johannes NicolausBrønsteddari Denmark

danMartin LowrydariInggrismasing-

masingmengemukakandefinisiprotonikasam-basa yang

kemudiandikenaldengannamakeduailmuwanini. Definisi yang

lebihumumdiajukanolehLewispadatahun yang sama,

menjelaskanreaksiasam-basasebagai proses transfer pasanganelektron.

Asammemilikiberbagaikegunaan.Asamseringdigunakanuntukmeng

hilangkan karat darilogamdalam proses yang disebut"pengawetasaman"

( pickling ) . Asamdapatdigunakansebagaielektrolit di dalambaterai selbasah ,

sepertiasamsulfat yang digunakan di

dalambateraimobil.Padatubuhmanusiadanberbagaihewan,

asamkloridamerupakanbagiandariasamlambung yang disekresikan di

dala

mlambunguntukmembantumemecahproteindanpolisakaridamaupunmengu

bahproenzimpepsinogen yang inaktifmenjadienzimpepsin.

Asamjugadigunakansebagaikatalis; misalnya,

asamsulfatsangatbanyakdigunakandalam proses

alkilasipadapembuatanbensin.

Dalam memberi pelayanan kesehatan yang baik kepada masyarakat

diperlukan adanya sarana dan prasarana yang memadai. Selain tenaga

medis seperti dokter dan perawat diperlukan juga peralatan medis untuk

membantu berbagai macam penyakit yang timbul. Sejalan dengan

perkembangan teknologi dibidang elektronika yang sangat pesat, maka

memberikan dampak yang sangat cepat pula terhadap peralatan

kedokteran. Tuntutan akan adanya peralatan medis yang canggih dengan

2

segala kemampuan yang dimilikinya terus berkembang sehingga

dihasilkan peralatan medis yang efektif dan efisien. Salah satu jenis

peralatan medis tersebut yang digunakan pada laboratorium yaitu pH

Meter yang umumnya ada disetiap rumah sakit.

Dalam dunia medis, pH meter digunakan untuk mengukur tingkat

asam danbasa pada air seni, cairan lambung, dan beberapa penggunaan

lainnya. Selain di rumah sakit pH meter juga digunakan di pabrik,

tujuannya untuk mengukurtingkat asam basa larutan.

Dahulu pengukuran pH suatu larutan dengan menggunakan kertas

lakmus. Sesuai dengan perkembangan zaman maka dibuatlah pH meter

dengan system digital dengan tampilan pH menyerupai meter. Kemudian

dikembangkan lagi pH meter digital dengan tampilan angka yang

menunjukkan besanya pH suatu larutan. Saat ini sudah diciptakan pH

meter dengan sistem mikrokontroler yang dapat menampilkan pH dari

larutan tersebut.

pH adalah tingkat keasaman atau kebasa-an suatu benda yang

diukur dengan menggunakan skala pH antara 0 hingga 14. Sifat asam

mempunyai pH antara 0 hingga 7 dan sifat basa mempunyai nilai pH 7

hingga 14. Sebagai contoh, jus jeruk dan air aki mempunyai pH antara 0

hingga 7, sedangkan air laut dan cairan pemutih mempunyai sifat basa

(yang juga di sebut sebagai alkaline) dengan nilai pH 7 – 14. Air murni

adalah netral atau mempunyai nilai pH 7.

Di dalam air minum PH meter adalah suatu alat yang digunakan

untuk mengukur tingkat keasaman dan kebasa-an.

Keasaman dalam larutan itu dinyatakan sebagai kadar ion hidrogen

disingkat dengan [H+], atau sebagai pH yang artinya –log [H+]. Dengan

kata lain pH merupakan ukuran kekuatan suatu asam. pH suatu larutan

dapat ditera dengan beberapa cara antara lain dengan jalan menitrasi

larutan dengan asam dengan indikator atau yang lebih teliti lagi dengan pH

meter. Pengukur PH tingkat asam dan basa air minum ini bekerja secara

digital, PH air disebut asam bila kurang dari 7,

3

PH air disebut basa (alkaline) bila lebih dari 7 dan

PH air disebut netral bila ph sama dengan 7.

PH air minum ideal menurut standar Departemen Kesehatan RI

adalah berkisar antara 6,5 sampai 8,5.

Dengan latar belakang tersebut diatas maka penulis tertarik untuk

membahas dan menganalisa kemudian menyusunnya sebagai kayra tulis

dengan judul.

“SIMULASI PH METER BERBASIS MIKROKONTROLER

ATMEGA16”

1.2 Tujuan Penulisan

1.2.1 Tujuan Umum

Tujuan karya tulis ini selain sebagai syarat untuk memenuhi

tugas akhir di Akademi Teknik Elektromedik “ANDAKARA” juga

sebagai mengaplikasikan ilmu yang telah diterima selama dibangku

kuliah dalam bentuk nyata berupa sebuah modul.

1.2.2 Tujuan Khusus

1. Mengetahui dan memahami prinsip kerja dari pH Meter

2. Agar dapat menuangkan hasil studi lapangan, studi pustaka dan

mini reset kedalam karya ilmiah.

3. Membandingkan hasil pengukuran pH Meter dengan menggunakan

pH meter merk ATC.

4. Besar harapan penulis dari pembuatan pH Meter dapat memberikan

sumbangan positif pada perkembangan dunia kesehatan, serta dapat

meningkatkan pelayanan kesehatan kepada masyarakat.

1.3 Pembatasan Masalah

Dalam penulisan karya tulis ini, pembuatan pH Meter dengan

mikrokontroler Atmega16 yang dapat melakukan pengukuran PH dengan

kemampuan ukur 1,0 s/d 9,0.

4

1.4 Metode Penulisan

Dalam penyusunan Karya Tulis Ilmiah ini, ada beberapa metode yang

digunakan yaitu :

1. Jadwal kegiatan yaitu melakukan penyusunan jadwal kegiatan

yang akan dibuat untuk melaksanakan tahapan-tahapan, mulai dari

studi lapangan sampai dengan penyusunan karya tulis.

2. Mempelajari alat yaitu dengan memahami dan mempelajari fungsi

tombol yang terdapat pada alat pH Meter, selain itu juga

memahami cara kerja alat.

3. Studi pustaka yaitu dengan mencari dan mempelajari buku-buku

dari berbagai literature yang berhubungan dengan alat pH Meter

untuk membantu didalam penyusunan karya tulis.

4. Perencanaan kebutuhan yaitu dengan merencanakan alat dan bahan

yang dibutuhkan dalam proses pembuatan alat pH Meter.

5. Pelaksanaan kegiatan pembuatan alat yaitu melaksanakan kegiatan

pembuatan alat yang sudah direncanakan.

6. Pengujian fungsi yaitu melakukan pengujian fungsi dari alat yang

telah dibuat.

7. Penyempurnaan terhadap kekurangan fungsi yaitu melakukan

penyempurnaan terhadap fungsi kerja alat, sehingga diharapkan

alat dapat berfungsi dengan baik.

8. Penyusunan karya tulis yaitu menyusun hasil dari laporan kegiatan

yang sudah dilakukan selama pembuatan alat pH Meter, mulai dari

tahap studi lapangan sampai tahap penyempurnaan terhadap

kekurangan fungsi.

1.5 Sistematika Penulisan

Untuk mempermudah memahami dan menelaah karya tulis, penulis

menyajikan dengan sistematika sebagai berikut :

5

BAB I : PENDAHULUAN

Memberikan gambaran secara singkat mengenai latar

belakang penulis karya tulis sebagai dasar pemilihan

modu, pembatasan masalal, metode penulisan, tujuan

penulisan, sistematika penulisan, dan definisi istilah.

BAB II : TEORI DASAR

Menjelaskan dan menerangkan gambaran umum rangkaian

serta teori-teori yang menunjang perubahan karya tulis

BAB III : PERENCANAAN

Berisi penjelasan rancangan dasar tiap-tiap blok yang

dibuat. Yang disertai dengan komponen yang digunakan

serta mengetahui besaran-besaran tegangan dari blok

rangkaian, sehingga dari penggabungan perblok

menghasilkan rangkaian yang lengkap.

BAB IV : PENGUJIAN DAN ANALISA DATA

Dalam bab ini akan diungkapkan dan disajikan beberapa

hasil pengujian dan pendataan yang penulis lakukan, dan

juga membahas masalah yang ada pada rangkaian yang

meliputi hubungan antara hasil pendataan dengan teori

yang digunakan.

BAB V : PENUTUP

Berisi kesimpulan dan saran dari hasil penulisan karya

tulis ini. Sebagai pelengkap, karya tulis ini dilengkapi

dengan lampiran-lampiran yang menunjang pembahasan

masalah dan daftar pustaka yang menunjukan bahan-bahan

referensi yang digunakan penulis dalam penyusunan karya

tulis ini.

6

1.6 Definis Istilah

“Simulasi pH Meter Berbasis Mikrokontroler Atmega16”

a. Simulasi : Membuat sebuah alat yang tidak

sesuai dengan alat sebenarnya

namun prinsip kerjanya sesuai

dengan alat yang sudah ada.

b. pH Meter : Alat yang digunakan untuk

mengukur tingkat keasaman suatu

zat atau larutan dengan

menggunakan prinsip elektrolit atau

konduktivitas larutan.

c. Mikrokontroler Atmega16 : Seri mikrokontroler CMOS 8-bit

keluaran ATMEL yang berbasiskan

RISC arsitektur RISC adalah

kepanjangan dari Reduced Intruction

Set Computer yang memiliki

karekteristk.

Arsitektur Load-Store.

Memiliki panjang instruksi yang

tetap (biasanya 32-bit).

Arsitektur berpengalaman 3

Operan.

Instruksi operasi mudah.

7

BAB II

TEORI DASAR

2.1. TinjauanBiomedik

Pada pembahasan ini akan dijelaskan mengenai tinjauan pembahasan

secara biomedik pada alat pH Meter. Meliputi sub pembahasan teori asam

dan basa pada air, sifat-sifat asam dan basa pada air, contoh asam dan basa,

kelebihan dan kekurangan asam dan basa.

2.1.1. Teori Asam dan Basa

Asam dan basa sudah dikenal sejak zaman dulu. Istilah asam (acid)

berasal dari bahasa Latin acetum yang berarti cuka. Istilah basa (alkali)

berasal dari bahasa Arab yang berarti abu. Basa digunakan dalam

pembuatan sabun. Juga sudah lama diketahui bahwa asam dan basa saling

menetralkan. Di alam, asam ditemukan dalam buah-buahan, misalnya

asam sitrat dalam buah jeruk berfungsi untuk memberi rasa limun yang

tajam. Cuka mengandung asam asetat, dan asam tanak dari kulit pohon

digunakan untuk menyamak kulit. Asam mineral yang lebih kuat telah

dibuat sejak abad pertengahan, salah satunya adalah aqua forti (asam

nitrat) yang digunakan oleh para peneliti untuk memisahkan emas dan

perak.

Dalam kimia, teori Brønsted-Lowry adalah teori mengenai asam

basa yang digagaskan oleh Johannes Nicolaus Brønsted dan Thomas

Martin Lowry pada tahun 1923 secara terpisah. Dalam teori ini, asam

Brønsted didefinisikan sebagai sebuah molekul atau ion yang mampu

melepaskan atau "mendonorkan" kation hidrogen (proton, H+), dan basa

8

Brønsted sebagai spesi kimia yang mampu menarik atau "menerima"

kation hidrogen (proton).

Gambar 2.1 molekul

Air sebagai asam maupun basa. Satu molekul H2O berperan sebagai basa

dan menerima H+ menjadi H3O+; H2O yang lainnya berperan sebagai asam

dan melepaskan H+ menjadi OH-.

2.1.1.1. Teori Asam dan Basa Menurut Arrhenius

Pada tahun 1884, Svante Arrhenius (1859-1897) seorang ilmuwan

Swedia yang memenangkan hadiah nobel atas karyanya di bidang ionisasi,

memperkenalkan pemikiran tentang senyawa yang terpisah atau terurai

menjadi bagian ion-ion dalam larutan. Dia menjelaskan bagaimana

kekuatan asam dalam larutan aqua (air) tergantung pada konsentrai ion-ion

hidrogen di dalamnya.

Menurut Arrhenius, asam adalah zat yang dalam air melepakan ion

H+, sedangkan basa adalah zat yang dalam air melepaskan ion OH–. Jadi

pembawa sifat asam adalah ion H+, sedangkan pembawa sifat basa adalah

ion OH–. Asam Arrhenius dirumuskan sebagai HxZ, yang dalam air

mengalami ionisasi sebagai berikut.

HxZ → x H+ + Zx–

Jumlah ion H+ yang dapat dihasilkan oleh 1 molekul asam disebut

valensi asam, sedangkan ion negatif yang terbentuk dari asam setelah

melepaskan ion H+ disebut ion sisa asam. Beberapa contoh asam dapat

dilihat pada tabel.

9

Tabel 2.1 Barbagai jenis asam

Rumus

AsamNama Asam Reaksi Ionisasi

Valensi

AsamSisa Asam

HF Asam fluorida HF→H+ +F- 1 F-

HCl Asam klorida HCl→H+ + Cl- 1 Cl-

HBr Asam bromida HBr→H+ + Br- 1 Br-

HCN Asam sianida HCN→ H+ CN- 1 CN-

H2S Asam sulfida H2S→ 2H+ + S2- 2 S2-

HNO3 Asam nitral HNO3→H+ + NO3- 1 NO3

-

H2SO4 Asam sulfat H2SO4→2H+ + SO42- 2 SO4

2-

H2SO3 Asam sulfit H2SO3→2H++ SO32- 2 SO3

2-

H3PO4 Asam fosfat H3PO4→3H+ + PO43- 3 PO4

3-

H3PO3 Asam fosfit H3PO3→3H+ + PO33- 3 PO3

3-

CH3COOH Asam asetat CH3COOH→H++ CH3COO- 1 CH3COO-

H2C2O4 Asam oksalat H2C2O4→2H++ C2O42- 2 C2O4

2-

C6H5COOH Asam benzoat C6H5COOH→H++ C6H5COO- 1 C6H5COO-

Basa Arrhenius adalah hidroksida logam, M(OH)x, yang dalam air terurai

sebagai berikut.

M(OH)x → Mx+ + x OH–

Jumlah ion OH– yang dapat dilepaskan oleh satu molekul basa disebut

valensi basa. Beberapa contoh basa diberikan pada tabel.

Tabel 2.2 Berbagai jenis basa

Rumus Basa Nama Basa Reaksi IonisasiValensi

Basa

NaOH natrium hidroksida NaOH→Na+ + OH- 1

KOH kalium hidroksida KOH→K+ + OH- 1

Mg(OH)2 magnesium hidroksida Mg(OH)2→Mg2+ + 2 OH- 2

Ca(OH)2 kalsium hidroksida Ca(OH)2→Ca2+ + 2 OH- 2

10

Ba(OH)2 barium hidroksida Ba(OH)2→Ba2+ + 2 OH- 2

Fe(OH)3 besi(III) hidroksida Fe(OH)3→Fe3+ + 3 OH- 3

Fe(OH)2 besi(II) hidroksida Fe(OH)2→Fe2+ + 2 OH- 2

Al(OH)3 aluminium hidroksida Al(OH)3→Al3+ + 3 OH- 3

Sr(OH)2 stronsium hidroksida Sr(OH)2→Sr2+ + 2 OH- 2

Asam sulfat dan magnesium hidroksida dalam air mengion sebagai

berikut.

H2SO4 → 2 H+ + SO42–

Mg(OH)2 → Mg+ + 2 OH–

2.1.1.2.Teori Asam-Basa Menurut Bronsted dan Lowry

Menurut Bronsted dan Lowry, asam adalah spesi yang memberi

proton, sedangkan basa adalah spesi yang menerima proton pada suatu

reaksi pemindahan proton.

Asam Bronsted-Lowry = donor proton (H+)

Basa Bronsted-Lowry = akseptor proton (H+)

Perhatikan contoh berikut.

NH4+

(aq) + H2O(l) → NH3(aq) + H3O+(aq)

asam basa

H2O(l) + NH3(aq) → NH4+

(aq) + OH–(aq)

asam basa

Pada contoh di atas terlihat bahwa air dapat bersifat sebagai asam (donor

proton) dan sebagai basa (akseptor proton).

11

Zat seperti itu bersifat amfiprotik (amfoter).

Konsep asam-basa dari Bronsted-Lowry ini lebih luas daripada konsep

asam-basa Arrhenius karena hal-hal berikut :

1. Konsep asam-basa Bronsted-Lowry tidak terbatas dalam pelarut air, tetapi

juga menjelaskan reaksi asam-basa dalam pelarut lain atau bahkan reaksi

tanpa pelarut.

2. Asam-basa Bronsted-Lowry tidak hanya berupa molekul, tetapi juga dapat

berupa kation atau anion. Konsep asam-basa ronsted-Lowry dapat

menjelaskan sifat asam dari NH4Cl. Dalam NH4Cl, yang bersifat asam

adalah ion NH4+ karena dalam air dapat melepas proton.

Asam dan Basa Konjugasi

Suatu asam setelah melepas satu proton akan membentuk spesi yang

disebut basa konjugasi dari asam tersebut.

Sedangkan basa yang telah menerima proton menjadi asam konjugasi.

Perhatikan tabel berikut.

Pasangan asam-basa setelah terjadi serah-terima proton dinamakan asam-

basa konjugasi.

12

2.1.1.3. Teori asam basa Lewis

Asam menurut Lewis adalah zat yang dapat menerima pasangan electron

(akseptor pasangan electron)

Basa menurut Lewis adalah zat yang dapat memberikan pasangan electron

(donor pasangan electron).

Lewis mengamati bahwa molekul BF3 juga dapat berperilaku

seperti halnya asam (H+) sewaktu bereaksi dengan NH3. Molekul BF3

dapat menerima sepasang elektron dari molekul NH3 untuk membentuk

ikatan kovalen antara B dan H.

Teori asam basa Lewis lebih luas dibandingkan Arhenius dan Bronsted

Lowry , karena :

Teori Lewis dapat menjelaskan reaksi asam basa yang berlangsung dalam

pelarut air, pelarut bukan air, dan tanpa pelarut sama sekali.

Teori Lewis dapat menjelaskan reaksi asam basa yang tidak melibatkan

transfer proton (H+), seperti reaksi antara BF3 dan NH3.

Contoh :

Tunjukkan bagaimana reaksi asam basa antara larutan HCl dan NaOH

menurut teori Arhenius dapat dijelaskan dengan menggunakan teori Lewis

Reaksi antara larutan HCl dan NaOH ;

HCl(aq) + NaOH(aq) ↔ NaCl(aq) + H2O(l)

13

Untuk menjelaskan reaksi ini menggunakan teori Lewis, nyatakan reaksi

sebagai reaksi ion:

HCl ↔ H+ + Cl- NaOH ↔ Na+ + OH-

NaCl ↔ Na+ + Cl- H2O

Reaksi ion bersihnya adalah :

H+ + OH-↔ H2O(l)

Ikatan kovalen koordinasi antara H dan O yang terbentuk akibat transfer

sepasang elektron dari OH- ke H+

2.1.2. Sifat-sifat Asam dan Basa

Sifat Asam

Mempunyai rasa asam (dilarang sekali-kali mencicipinya). Kata asam

berasal dari bahasa Latin acere yang berarti asam.

Mengubah lakmus dari warna biru ke merah.

Larutan asam menghantarkan arus listrik (bersifat elektrolit).

Bereaksi dengan basa membentuk garam dan air.

Menghasilkan gas hidrogen ketika bereaksi dengan logam (seperti logam

alkali, alkali tanah, seng, aluminium).

Sifat Basa

Mempunyai rasa pahit (dilarang sekali-kali mencicipinya).

Terasa licin atau bersabun (dilarang secara langsung menyentuhnya).

Mengubah lakmus dari warna merah ke biru.

Larutan basa menghantarkan arus listrik (bersifat elektrolit).

Bereaksi dengan asam membentuk garam dan air.

14

2.1.3. Contoh Asam dan Basa

Contoh asam dalam kehidupan sehari-hari:

Vitamin C (asam askorbat)

Asam cuka (mengandung sekitar 5% asam asetat)

Asam karbonat (terdapat pada minuman ringan)

Contoh basa dalam kehidupan sehari-hari:

Deterjen

Sabun

Amonia rumah tangga

2.1.4. Kelebihan dan Kekurangan Asam dan Basa

Dari ketigatokohtersebut,

menyampaikanpendapatnyamengena

ipengertianasamdanpengertianbasa.Sudahmenjadihalwajarjikadariketiganyam

emilikikelebihandankekuranganmasing-masing.Olehsebabitu,

disinisayaakanmenyampaikankelebihandankekurangankonsepdariteoriasamda

n Arrhenius, Bronsted Lowry dan Lewis.

1. KelebihanteoriasamdanbasaBronsted – Lowry :

Konsep yang telahdisampaikanBronsteddan Lowry

mengenaiTeoriAsamBasatidakterbatashanyapadapelarut air saja,

namunkonsepnyadapatdenganjelasmenjelaskandanmenerjemahkanmengenair

eaksiasamdanbasadalampelarut air, bahkanmengenaireaksitanpapelarut.

Contoh :Reaksiantaraasamklorida, HCl, denganamonia,

NH3denganmenggunakanpelarutbenzena.

Reaksinyasepertiini :HCl (benzena) + NH3 (benzena) -> NH4Cl(s)

15

2. KelebihanteoriasamdanbasaLewis :

a. Teoriasamdanbasa Lewis

mampumenjelaskansuatuzatmemilikisifatbasadanasamdenganpelarutlainda

nbahkandengan yang tidakmempunyaipelarut.

b. Teoriasamdanbasa Lewis

mampumenjelaskansuatuzatmemilikisifatbasadanasammolekulatau ion

yang memiliki PEB ataupasanganelectronbebas. Contohterdapatpada

proses pembentukansenyawakomplek.

c. Teoriasamdanbasa Lewis

mampumenerangkandanmenjelaskan suatusenyawabersifatbasadarizat-

zatorganik, contohnyadalam DNA dan RNA didalamnya mengandung

atom, nitrogen, dimanamemiliki PEB ataupasanganelectronbebas.

KekuranganTeoriAsamBasa

1. KekuranganteoribasadanasamArrhenius :

a. Teori Arrhenius hanyadapatmenjelaskanreaksi yang terjadipada air saja,

tidakdapatmenjelaskanreaksidenganpelarut air.

b. Teori Arrhenius tidakmampumenjelaskanalasanbeberapasenyawa yang

mengandung H atauhidrogen yang memilikibiloksataubilanganoksidasi +1

(contoh : HCl) yang larutdalampelarut air untukmembentuklarutan yang

bersifatasam, sedangkan yang lain seperti CH4 tidak.

c. TeoriAsamBasa Arrhenius

memilikikelemahanyaitu

tidakdapatmenjelaskanalasanmengapasuatusenyawa yang tidakmemiliki

ion OH-, contoh Na2CO3 memilikisifatdankarakteristiksepertibasa.

16

2. KekuranganteoribasadanasamBronsted – Lowry :

TeoriBronsted-Lowry

memilikikelemahanyaitutidakmampumenjelaskanalasansuatureaksiasamdeng

anbasadapatterjaditanpaadanya transfer proton dari yang bersifatasamke yang

bersifatbasa.

3. KekuranganteoribasadanasamLewis :

Teori Lewis memilikikelemahanyaituhanyamampumenjelaskanasam-

basa yang memiliki8 ion atauoktet.

2.2. Tinjauan Elektrik

Pada pembahasan ini akan dijelaskan mengenai pembahasan submateri

secara tinjauan secara elektrik pada alat pH Meter. Pada tinjauan elektrik ini

meliputi pembahasan komponen dasar dan rangkaian dasar.

2.2.1. Komponen Dasar

Pada submateri ini, akan dibahas mengenai komponen dasar yang

digunakan penulis dalam pembuatan modul. Adapun pembahasan tersebut

yaitu meliputi :

2.2.1.1. Transformator

Transformator (trafo) adalah komponen yang digunakan untuk

menaikkan atau menurunkan tegangan bolak-balik (AC). Transformator

terdiri dari 3 komponen pokok yaitu: kumparan pertama (primer) yang

bertindak sebagai input, kumparan kedua (skunder) yang bertindak

sebagai output, dan inti besi yang berfungsi untuk memperkuat medan

magnet yang dihasilkan.

17

Gambar 2.2 Bagian-bagian dan contoh trafo

Prinsip Kerja Transformator

Prinsip kerja dari sebuah transformator adalah sebagai berikut.

Ketika Kumparan primer dihubungkan dengan sumber tegangan bolak-

balik, perubahan arus listrik pada kumparan primer menimbulkan medan

magnet yang berubah. Medan magnet yang berubah diperkuat oleh adanya

inti besi dan dihantarkan inti besi ke kumparan sekunder, sehingga pada

ujung-ujung kumparan sekunder akan timbul ggl induksi. Efek ini

dinamakan induktansi timbal-balik (mutual inductance).

Pada skema transformator dibawah ini, ketika arus listrik dari

sumber tegangan yang mengalir pada kumparan primer berbalik arah

(berubah polaritasnya) medan magnet yang dihasilkan akan berubah arah

sehingga arus listrik yang dihasilkan pada kumparan sekunder akan

berubah polaritasnya.

2.2.1.2. Elektroda

Derajat keasaman memiliki hubungan dengan elektronika yaitu arus

dantegangan yang diperoleh dari elektroda. Dimana arus atau tegangan dari

elektrodeberbanding lurus dengan pH dari larutan.

18

Elektroda merupakan salah satu bagian terpenting pada alat pH

meter.Dengan menggunakan elektroda maka dapat dideteksi besanya tegangan

yangtimbul antara elektroda pada larutan yang diukur. Selain

tegangan,denganelektroda juga dapat dideteksi suhu larutan yang diukur.

Alat pH meter dalam pengoperasiannya membutuhkan elektroda,

dimanaseperti yang kita ketahui fungsi dari elektroda adalah untuk mengukur

bedapotensial yang timbul antara elektroda itu sendiri dengan larutan yang

diukur pHnya.

2.2.1.1.1. Elektroda Refenrensi

Elektroda referensiyang digunakan pada alat ini adalah elektroda

kombinasi. Elektroda referensi adalah jenis-jenis elektroda referensi lainnya

yang dibuat dalam pH Meter adalah:

2.2.1.1.2. Elektroda Kalomel

Tegangan konstan pada elektroda kalomel terjadi akibat sentuhan pasta-

Hg/HgCl (jarum Kalomel) dengan larutan KCl yang jenuh (Jembatan garam).

Dalamjarum kalomel terdapat kawat platina yang dilelehkan dalam gelas dan

dihubungkan memakai kawat dengan pesawat pengukur. Kontak antara zat

contoh dengan jembatan garam terjadi melalui sedikit larutan yang terus

menerus meresap melalui diafragma yang biasanya terbuat dari batu keramik.

Kekurangan dari Kalomel Elektroda adalah tidak dapat dipergunakan

diatas 80ºC. Diatas temperatur ini terjadi perubahan yang ireversibel dalam

paku kalomel sehingga potensialnya mengalami perubahan besar walaupun

sudah didinginkan kembali.

2.2.1.1.3. Elektroda Ag/AgCl

Elektroda ini terdiri atas sepotong kawat platina yang ditutup dengan

lapisanAgCl dan dibenamkan dalam larutan KCl yang jenuh. Ag/AgCl

elektroda mempunyai potensial yang konstan sampai suhu 135ºC.

19

Kekurangannya ialah bahwa elektroda ini hanya bisa dipergunakan dalam

waktu yang terbatas. Kekurangan ini diakibatkan oleh karena AgCl dapat larut

dalam larutan KCl dengan membentuk ion kompleks AgCl2-. Karena itu, sering

dipakai cairanjembatan yang lain yang dapat mengurangi efek tersebut, akan

tetapi hal ini dapatmenimbulkan pengaruh yang buruk pada difusipotensial

Gambar 2.3 Ekektroda referensi

2.2.1.1.4. Elektroda Talium

Bentuk elektroda ini hampir sama dengan kalomel elektroda, hanya

jarumnyaterdiri atas taliumamalgama (talium dicampur dengan raksa) dan

talium Khlorida. Disini juga dipakai larutan KCl sebagai cairan jembatan. Pada

semua referensi elektroda cairan referensinya harus ditambah secara teratur

supaya permukaan cairan tidak turun menjadi lebih rendah daripada permukaan

cairan yang harus diukur.

2.2.1.2. Potensial elektroda pH meter

Pengukuran pH didasarkan pada pengukuran selisih potensial yang

terdapatantara suatu logam dengan suatu larutan yang mengandung ion logam

tersebut.Tekanan antara logam dan pelarutnya, akan menimbulkan beda

potensial yang sering disebut dengan potensial elektroda.

20

Dalam hal ini terjadi pertukaran ion-ion logam tersebut yaitu antara

yangterdapat dalam logam dan yang berada dalam larutan. Besarnya selisih

potensialoleh Nerns’t, yaitu:

Keterangan :

a. E = Beda potensial (mV)

b. R = Konstanta gas (Hukum Boyle-Gay Lussac)

c. F = Bilangan Faraday

d. n = Valensi logam

e. T = Temperatur

f. E0 = Normal potensial

g. [H+] = Konsentrasi ion Hidrogen

Karena nilai T dianggap tetap yaitu 250C, maka 2,3RT/F juga memiliki

nilaiyang tetap . Untuk mengitung persamaan diatas, maka digunakan faktor

konversiantara logaritma alami (ln) dengan sistem logaritma desimal (log)

untukmenghasilkan 0,0591 (pada suhu 250C). Sehingga didapatkan9

Jika menggunakan definisi pH , maka

E=E0+0.0591 (pHoutside – pHinside)

pH didalam elektroda adalah tetap, sehingga didapatkan

E=E0 + 0.0591 pHoutside

Adapun hubungan antara tegangan (mV) dengan perubahan suhudapat dilihat

pada lampiran “Introduction to pH and pH Measurement”.

2.2.1.3. Resistor

Resistor adalah suatu komponen elektronika pasif yang digunakan

untuk menghambat arus listrik. Resistor dapat dibagi menjadi dua yaitu :

Resistor tetap adalah resistor yang memiliki nilai hambatan yang tetap.

Resistor memiliki batas kemampuan daya misalnya : 1/16 watt, 1,8 watt, ¼

21

watt, ½ watt, dsb. Artinya resistor ini hanya dapat dioperasikan dengan daya

maksimal sesuai dengan kemampuan dayanya.

Gambar 2.4 Resistor

Resistor digunakan sebagai bagian dari jejaring elektronik dan sirkuit

elektronik, dan merupakan salah satu komponen yang paling sering digunakan.

Resistor dapat dibuat dari bermacam-macam kompon dan film, bahkan kawat

resistansi (kawat yang dibuat dari paduan resistivitas tinggi seperti nikel-

kromium). Karakteristik utama dari resistor adalah resistansinya dan daya

listrik yang dapat diboroskan. Karakteristik lain termasuk koefisien suhu, desah

listrik, dan induktansi. Resistor dapat diintegrasikan kedalam sirkuit hibrida

dan papan sirkuit cetak, bahkan sirkuit terpadu. Ukuran dan letak kaki

bergantung pada desain sirkuit, resistor harus cukup besar secara fisik agar

tidak menjadi terlalu panas saat memboroskan daya.

Tahanan yang tidak tetap (variabel resistor) adalah resistor yang nilai

hambatannya atau resistansinya dapat diubah-ubah. Jenisnya antara lain :

hambatan geser, trimpot, dan potensiometer. Yang banyak digunakan ialah

trimpot dan potensiometer.

a. Potensiometer

Gambar 2.5 Potensiometer

22

Resistor yang nilai resistansinya dapat diubah-ubah dengan memutar

poros yang telah tersedia. Potensiometer pada dasarnya sama dengan trimpot

secara fungsional.

b. Trimpot

Gambar2.6 Trimpot

Resistor yang nilai resistansinya dapat diubah-ubah dengan cara

memutar porosnya dengan menggunakan obeng. Untuk mengetahui nilai

hambatan dari suatu trimpot dapat dilihat dari angka yang tercantum pada

badan trimpot tersebut.

2.2.1.4.LED(Light Emitting Doida)

Light Emitting Doidaatau yang biasadikenaldengan LED merupakan

diode semikonduktorsambungan P-N yang

akanmemancarkancahayaapabiladiberikantegangan. Cahaya yang

dikeluarkanbisa berupa infra merah (spectrum invisible),

biasjugaberupacahayatampak (visible).Led dapatdibuatdaribahanarsen cl

GaliumArseneid (GaAs), Galiumarserratphospida (GaAsp)

ataugalliumposphida.Denganmemakaibahancampuran yang

berbedamakadiperolehtenagacelahdaribidang yang berbeda-

bedapula,sehinggadiperoleh led denganpanjanggelombang yang beragam.

23

Gambar2.7Lighting Emitting Dioda (LED)

2.2.1.5. Kapasitor

Kapasitor adalah suatu komponen elektronika yang dapat menyimpan

dan melepaskan muatan listrik atau energi listrik. Kemampuan untuk

menyimpan muatan listrik pada kapasitor disebut dengan kapasitansi atau

kapasitas.

Kapasitor dapat dibedakan dari bahan yang digunakan sebagai lapisan

diantara lempeng-lempeng logam yang disebut dielektrikum. Dielektrikum

tersebut dapat berupa keramik, mika, logam, mylar, kertas, polyester atatupun

film. Pada umumnya kapasitor yang terbuat dari bahan diatas nilainya kurang

dari 1 mikrofarad (1µF). Satuan kapasitor adalah farad, dimana 1

farad=103µF=106µF=109nF=1012pF.

Gambar 2.8 Macam-macam kapasitor

Untuk mengetahui besarnya nilai kapasitas atau kapasitansi pada

kapasitor dapat dibaca melalui kode angka pada badan kapasitor tersebut yang

terdiri dari 3 angka. Angka pertama dan kedua menunjukan angka atau nilai,

angka ketiga menunjukkan faktor pengali atau jumlah nol, dan satuan yang

digunakan ialah pikofarad (pF).

24

Contoh :

Pada badan kapasitor tertulis angka 103 artinya nilai kapasitas dari

kapasitor tersebut adalah 10x103 pF = 10x1000 pF = 10 nF = 0,01 mF.

Kapasitor tetap yang memiliki nilai lebih dari atau sama dengan 1µF adalah

kapasitor elektrolit (Elco). Kapasitor ini memiliki polaritas (memiliki kutub

positif dan negatif) dan biasa disebutkan tegangan kerjanya. Misalnya : 100µF

16V artinya elco ini memiliki kapasitas 100µF dan tegangan kerjanya tidak

boleh melebihi 16 V.

Pengisian dan pembuangan kapasitor

Saat arus DC diberikan pada suatu kapasitor yang tak termuati maka

kapasiotr tersebut akan menyimpan energi listrik tersebut, sebaiknya jika pada

kapasitor tersebut sudah menyimpan energi (kapasitornya termuati) maka akan

ada loop tertutup pada rangkaian tersebut dan energi yang tersimpan pada

kapasitor tersebut berusaha membuang energinya. Proses akan berakhir apabila

saat proses pengisian daya tampung kapasitor sudah maksimal atau pada proses

pembuangan energinya sudah habis.

- Grafik

Pada saat pembuangan energi

Vco= V mula-mula, tegangan pada saat t=0

RC= konstanta waktu

Gambar 2.9 Pada saat pembuangan energi

25

Pada saat pengisian energi

Gambar 2.10 Pada saat pengisian energi

Kapasitor digunakan untuk menyimpan tenaga atau muatan listrik selain itu.

Kapasitor dapat digunakan untuk :

- Meredam bunga api (menggunakan kapasitor keramik)

- Meratakan denyut arus listrik (menggunakan kapasitor elektrolit)

- Mencari gelombang radio (menggunakan kapasitor variabel)

- Menempatkan frekuensi (menggunakan kapasitor trimmeter)

Energi potensial disini didefinisikan sebagai usaha yang diperlakukan untuk

mengisi muatan ke dalam kapasitor

- Rapat energi didefinisikan sebagai energi persatuan volume

Rumus yang digunakan :

w = 1/2oE2

Dimana :

w = Rapat energi (J/m3)

o = Permivitas Vakum Udara 8,85×10-12(C2/Nm2)

26

E = Kuat Medan Listrik (N/C)

V = Volume (m3)

Konstanta waktu adalah hasil perkalian dari resistor/hambatan (R) dengan

kapasitas kapasitor (C).

- Cara untuk menentukan nilai konstanta dari rumus diatas adalah :

Dimana : = Konstanta Waktu

R = Resistor / Hambatan

C = Kapasitas Kapasitor

2.2.1.6. IC LM 358

Seri IC LM 358 merupakanpenguat yang memiliki 2

buahpenguatdalamsatu IC. Di desainkhususuntukdioperasikandengansatu

supply (single supply). Single supply dapatdigunakandenganmasukantegangan

+3 Volt sampaidengan +32 Volt

sehinggasangatmudahdiimplementasikankedalamsuatusistem yang

menggunakan supply tunggal.

Karakteristik dan parameter Op-Amp yang ideal adalah sebagai

berikut :

1. Impedansimasukan (ZIN) amattinggi,sehinggaarusmasukanpraktisdiabaikan.

2. Penguatloop terbuka (AOL) sangattinggi.

3. Impedansikeluarrendah.

4. Rise Time samadengannol, artinyawaktu yang

dibutuhkanuntukmencapaihargapuncakpadasinyalkeluaranakansamapadasin

yalmasukan.

27

5. Lebar pita(Band Width) takterhingga,artinyapenguatandari Dc

sampaifrekuensitakterhinggaakantetapsama.

6. Tidakpekaterhadapperubahantegangancatudayaatauperubahantemperatur.

Penguat Op-Amp dapat dikendalikan oleh rangkaian pembagi tahanan

(resistif) pada rangkaian luar dari Op-Amp sebagai modus loop tertutup,yang

dimaksud dengan loop tertutup yaitu umpan balik negatif dengan

menggunakan komponen yang mempunyai nilai tahanan.

Gambar 2.11 IC LM358

2.2.1.7. Liquid Crystal Display

Liquid crystal display (LCD) merupakan komponen elektronika

yangdigunakan untuk menampilkan suatu karakter baik itu angka, huruf atau

karaktertertentu, sehingga tampilan tersebut dapat dilihat secara visual.

Pemakaian LCDsebagai indikator tampilan banyak digunakan dikarenakan

daya yang dibutuhkanLCD relatif kecil (orde mikrowatt), disamping itu dapat

juga menampilkan angka,huruf atau simbol dan karakter tertentu. Meskipun

pada komponen ini dibatasioleh sumber cahaya ekternal/internal, suhu, dan

lifetime.

Tabel 2.3 Fungsi pin-pin LCD M1632

No Nama Pin Fungsi

1 Vss Terminal ground

2 Vcc Tegangan catu +5 volt

3 Vee Drive LCD

28

4 RS

Sinyal pemilih register

0: Instruksi register (tulis)

1: Data Register (tulis dan baca)

5 R/W

Sinyal seleksi tulis atau baca

0: Tulis

1: Baca

6 ESinyal operasi awal, sinyal

inimengaktifkan data tulis dan baca

7-

14DB0-DB7

Merupakan saluran data, berisiperintah

dan data yang akanditampilkan

15 V+ BLPengendali kecerahan latar belakang

LCD 4 – 4,42 V dan 50 –500 mA

16 V-BL Pengendali kecerahan latarbelakang LCD 0 V

LCD terdiri atas tumpukan tipis atau sel dari dua lembar kaca

denganpinggiran tertutup rapat. Antara dua lembar kaca tersebut diberi bahan

kristal cair(liquid crystal) yang tembus cahaya. Permukaan luar masing-masing

keping kacamempunyai lapisan tembus cahaya seperti oxida timah (tin oxide)

atau oxidaindium (indium oxide). Sel mempunyai ketebalan 1x10-5 meter dan

diisi dengankristal cair.

Modul peraga yang digunakan dalam aplikasi ini adalah LCD modul

M1632.Modul LCD ini membutuhkan daya yang kecil dan dilengkapi dengan

panel LCDdengan tingkat kontras yang cukup tinggi serta pengendali LCD

CMOS yangterpasang dalam modul tersebut. Pengendali mempunyai

pembangkit karakterROM/RAM dan display data RAM. Semua fungsi display

diatur oleh instruksiinstruksi,sehingga modul LCD ini dapat dengan mudah

dihubungkan dengan unitmikroprosesor. LCD tipe ini tersusun sebanyak dua

baris dengan 16 karakter.

Dasar-dasar pengoperasian LCD ini terdiri atas pengoperasian dasar

padaregister, busy flag, address counter, display data RAM

a. Register

29

Kontroler dari LCD mempunyai 2 buah register 8 bit yaituregister instruksi

(IR) dan register data (DR). IR menyimpan instruksiseperti display clear,

cursor shift dan display data (DD RAM) sertacharacter generator (CG

RAM). DR menyimpan data untuk ditulis diDD RAM atau CG RAM

ataupun membaca data dari DD RAM atauCG RAM. Ketika data ditulis ke

DD RAM atau CG RAM maka DRsecara otomatis menulis data ke DD

RAM atau CG RAM. Ketika datapada DD RAM atau CG RAM akan dibaca

maka alamat data ditulispada IR sedangkan data akan dimasukan melalui

DR danmikrokontroler membaca data dari DR.

b. Busy Flag

Busy flag menunjukan bahwa module sedang sibuk sehinggaproses data

lebih lanjut dari mikrokontroler harus menungggu hinggatanda sibuk ini

selesai. Jika RS=0 dan R/W=1 maka keluaran registerseleksi sinyal akan

melalui DB7. Jika bernilai 1 maka modul LCDsedang melakukan kerja

internal dan instruksi tidak akan diterima.Oleh karena itu status dari flag

harus diperiksa sebelum melaksanakaninstruksi selanjutnya.

Tabel 2.4 Register seleksi

RS R/W OPERASI

0 0 IR Tulis insruksi internal

0 1Busy Flag (DB7) @ counter (DB0-DB6)

Read

1 0 Menulis data untuk DDRAM/CGRAM

1 1 Membaca data dari DDRAM/CGRAM

c. Address Counter

Address counter menunjukkan lokasi memori dalam modulLCD. Pemilihan

lokasi alamat itu diberikan lewat register instruksi(IR). Ketika data dibaca

atau ditulis dari DD RAM atau CG RAMmaka Address counter secara

otomatis menaikkan atau menurunkanalamat tergantung dari entry mode set.

d.Display Data Ram (DD RAM)

30

DDRAM merupakan tempat karakter yang akan ditampilkan.Pada LCD

masing-masing pin mempunyai range alamat tersendiri.Alamat itu

diekspresikan dengan bilangan hexadesimal. Untuk line 1range alamat

berkisar antara 00H-0FH sedangkan untuk line 2 alamatberkisar antara 40H-

4FH.

e.Character Generator ROM (CG ROM)

CG ROM mempunyai tipe dot matrik 5x7. Dimana pada LCDtelah tersedia

ROM sebagai pembangkit karakter dalam kode ASCII.

f. Character Generator RAM (CG RAM)

CG RAM untuk pembuatan karakter tersendiri melalui program.

Masukan yang diperlukan untuk mengendalikan modul berupa bus data

yangmasih termutiplek dengan bus alamat serta 3 bit sinyal kontrol. Sementara

pengendalian LCD dilakukan secara internal oleh kontroler yang sudah

terpasangdalam modul LCD. Diagram blok untuk LCD dapat dilihat dalam

Gambar

Gambar 2.12 : Blok diagram pengendali LCD

31

LCD M1632 mempunyai 16 pin atau penyemat yang mempunyai fungsi-

fungsiseperti ditunjukkan dalam Tabel

Gambar 2.13Konfigurasi Pin LCD M1632

2.2.1.8. Mikrokontrolel atmega16

Mikrokontroler yang penuligunakanadalahmikrokontrolerAtmega 16.

DidalammikrokontrolerATMega 16 sudahterdapat :

- Saluran I/O ada 32 buah, yaitu port A, port B, port C dan port D.

- ADC ( Analog to Digital Converter ) 10 bit, sebanyak 8 chanel.

- Tigabuah Timer / Counter dengankemampuanpembandingan.

- 131 instruksiandal yang umumnyahanyamembutuhkan 1 siklus clock.

- Watchdog Timer denganosilator internal.

- Duabuah timer/counter 8 bit.

- Satubuah timer/counter 16 bit.

- Teganganoperasi 2,7 V – 5,5 V

- Internal SRAM sebesar 512 Byte.

- Memori flash sebesar 16 KB dengankemampuan Read While Write.

- Unit interupsi internal daneksternal.

- EEPROM sebesar 512 byte yang dapatdeprogramsaatoperasi.

- Antarmukakomperator analog.

- 4 chanel PWM.

- 3x8 general purpose register.

- Hampirmencapai 16 MPS pada Kristal 16 MHz.

- Port USART progammableuntukkomunikasi serial.

32

Konfigurasi Pin ATMega16 :

Gambar2.14 Sususan kaki standar 40 pin mikrokontrolerAtmega 16

Berikutpenjelasanumumsusunan kaki ATMega 16:

VCC : merupakan pin masukanpositifcatudaya.

Setiapperalatanelektronika digital tentunyabutuhsumbercatudaya yang

umumnyasebesar 5 V.

GND : sebagai pin Ground.

Port A ( PA0...PA7 ) : merupakan pin I/O duaarahdandapat di program

sebagai pin masukan ADC.

Port B ( PA0...PB7 ) : merupakan pin I/O duaarah yang

memilikifungsikhususyaitusebagai Timer / Counter, Komparator analog dan

SPI.

Port C ( PC0...PC7 ) : merupakan pin I/O duaarahdansebagai pin

khususyaitu TWI, komparator analog dan timer osilator.

Port D ( PD0...PD7 ) : merupakan pin I/O duaarahdan pin fungsikhusus,

yaitukomparator analog, interupsieksternaldankomunikasi.

33

RESET :merupakan pin yang digunakanuntukmeResetmikrokontroler.

XTAL 1 dan XTAL 2 :sebagai pin masukan clock eksternal.

Suatumikrokontrolermembutuhkansumberdetak( clock ) agar

dapatmengeksekusiinstruksi yang ada di memori.

Semakintingginilaikristalnya, makasemakincepatmikrokontroler.

AVCC : sebagai pin masukanteganganuntuk ADC.

AREF : sebagai pin masukanteganganreferensi ADC.

34

BAB III

PERENCANAAN DAN PERANCANGAN

3.1. PerencanaanSistemKerjaAlatSecara Blok Diagram

Untuk mempermudah pengertian sistem kerja alat secara keseluruhan

maka rangkaian dibagi menjadi beberapa blok rangkaian, dimana masing-

masing blok tersebut memiliki fungsi yang berbeda. Gambar blok diagram

rangkaian pada alat pH Meterdiperlihatkan pada gambar :

Gambar 3.1 Blok diagram pH Meter

PadadasarnyadalamperencanaandanperancanganalatpH

Meterinimemilikibeberapafungsisepertidibawahini :

1. Alat pH Meter ini dapat mengukur keasaman pada suatu larutan atau

cairan.

2. Hasil dari pemeriksaan dapat ditampilkan pada display.

3. Karena alat ini berbasis mikrokontroler dapat merubuah sinyal analog

menjadi sinyal digital dan memprosesnya dalam mikrokontroler.

35

elektroda Rangkaian Penguat non

Inverting

Atmega 16 LCD

Power supllyPLN

3.1.1 Keterangan Blok Diagram

Untuk mempermudah pengertian secara sistem keseluruhan dari

blok diagram,penulis membagi rangkaian dalam beberapa blok, masing-

masing blok mempunyai fungsi yang berebeda. Adapun fungsi dari

masing-masing blok penulis akan menjelaskannya sebagai berikut :

1. PLN

Berfungsi untuk sebagai sumber catu daya alat keseluruhan.

2. Power Supply

Berfungsi untuk memberikan supply tegangan yang akan di

salurkan langsung ke beberapa blok pendukung yaitu pada rangkaian

penguat non inverting, mikrokontroler, dan display dengan besaran

tegangan + 5 V DC.

3. Elektroda

Elektroda Pembanding yang digunakan berfungsi sebagai alat

untukmengukur beda potensial yang timbul antara elektroda itu sendiri

denganlarutan yang diukur pH nya.

4. Rangkaian penguat non inverting

Rangkaian penguat non inverting berfungsi untuk memproses

beda potensialyang dikeluarkan elektroda agar dapat diterima dan

selanjutnya sinyaltersebut dapat diproses oleh rangkaian

mikrokontroler Atmega16.

5. Atmega16Pada blok ini menggunakan IC mikrokontroler ATMEGA16

yang berfungsi sebagai otak atau pusat pengendali utama dari

rangkaian secara keseluruhan. Mikrokontroler akan dapat masukan dari

rangkaian pemprosessinyal yang kemudian akan diproses oleh

mikrokontroler, data yang diproses tersebut akan ditampilkan pada

tampilan LCD.

36

6. LCDPada blok ini menggunakan LCD 2x16 karakter yang berfungsi

untuk menampilkan hasil analisa dari elektrodadanrangkaian

pemprosessinyal.

3.1.2 Cara KerjaAlatSalah satu bagian penting dari pH meter adalah elektroda. Beda

potensialantara kedua elektroda merupakan derajat keasaman yang akan

diukur, sehinggaelektroda digunakan sebagai alat untuk mendeteksi

larutan yang akan diukurderajat keasamannya, kemudian beda potensial

ini akan di proses pada rangkaianpemprosesan sinyal.

Setelah diproses di pemproses sinyal, akan dikontrol oleh

mikrokontroler yang nilainya akan ditampilkan pada display.

Dan dibawah ini adalah langkah-langkah penggunaan pH Meter:

1. Tempatkan larutan yang akan diperiksa ke dalam beaker glass

secukupnya.

2. Ambil elektroda pH meter dan basuh dengan aquades untuk

membersihkan larutan HCl/KCl yang digunakan untuk merendam

elektroda pH meter sehingga hasil pengukuran tidak bias.

3. Masukkan elektroda pH meter ke dalam larutan yang akan

diperiksa. Batang elektroda dijepit dengan klem pada statif

sehingga posisinya tetap stabil, pastikan ujung tip elektroda

terendam dalam larutan yang diperiksa (namun jangan sampai

menyentuh dasar beaker glass).

4. Hidupkan alat pH meter dan baca hasil pengukuran pada layar.

5. Setelah didapatkan hasilnya, matikan kembali alat pH meter lalu

lepaskan elektroda dari klem dengan hati-hati, rendam kembali

elektroda pH meter kedalam larutan HCl/KCl.

37

3.2. PembahasanPerangkatKeras

3.2.1 PerencanaanRangkaianPenguat

Seri IC LM 358 merupakan penguat yang memiliki 2 buah

penguat dalam satu IC. Di desain khusus untuk dioperasikan dengan

satu supply (single supply). Single supply dapat digunakan dengan

masukan tegangan +3 Volt sampai dengan +32 Volt sehingga sangat

mudah diimplementasikan kedalam suatu sistem yang menggunakan

supply tunggal.

Karakteristikdan parameter Op-Amp yang ideal

adalahsebagaiberikut :

7. Impedansi masukan (ZIN) amat tinggi,sehingga arus masukan

praktis diabaikan.

8. Penguat loop terbuka (AOL) sangat tinggi.

9. Impedansi keluar rendah.

10. Rise Time sama dengan nol, artinya waktu yang dibutuhkan untuk

mencapai harga puncak pada sinyal keluaran akan sama pada sinyal

masukan.

11. Lebar pita(Band Width) tak terhingga,artinya penguatan dari Dc

sampai frekuensi tak terhingga akan tetap sama.

12. Tidak peka terhadap perubahan tegangan catu daya atau perubahan

temperatur.

Penguat Op-Amp

dapatdikendalikanolehrangkaianpembagitahanan (resistif)

padarangkaianluardari Op-Amp sebagai modus loop

tertutup,yangdimaksuddengan loop

tertutupyaituumpanbaliknegativedenganmenggunakankomponen yang

mempunyainilaitahanan.

38

Gambar 3.2Pin IC LM 358

3.2.2 Op-Amp SebagaiRangkaianPenguat Non Inverting

Gambar 3.3 Rangkaian penguat non inverting

Rangkaianpenguat non

invertingberfungsiuntukmembandingkannilaitegangan input

dengannilaiteganganreferensi (teganganacuan).

Untukperencanaanrangkaiankomparatorpenulismasihmenggunakan IC

LM358, dimana kaki 1 sebagaioutputandaripenguat yang

sudahdikuatkansebanyak 10 kali, kaki 3 inputan dari elektroda

sebagaiteganganreferensi, kaki 8 sebagaivcc, dan kaki 4 sebagai

ground.

39

PH ELEKTRODA

Rangkaian yang berfungsiuntukmengubahimpedansi yang tinggi

di inputanmenjadiimpedansi yang rendahpadaoutputan.

Dari gambardiatasdapatdiketahui, bahwapada IC LM358 kaki 3

sebagai input non inverting dan kaki 1sebagaioutputanpenguatnon

ipnverting.

3.2.3 Perencanaan Rangkaian Tampilan LCD

Gambar 3.4 Rangkaian LCD

Padaperencanaaninipenulismenggunakan LCD (Liquid Crystal

Display)dotmatrik 16x2 karaktersebagai display. LCD

iniberfungsiuntukmemudahkanmelihatsecara visual

terhadaptampilanhasilpemeriksaanyaitupenampilankarakternilai

PHTampilan LCD Dot Matrik38Perencanaantampian LCD

inimendapatkan input data masukandarikeluaranmikrokontroleryaitu

P0.0 – P0.7 sebagai port data. Untukpengaktifan pin RSpada LCD

menggunakan port 1.0 yang berfungsiuntukmengakses data

inputatauinstruksi input. Untukpengaktifan pin E (Enable) atau clock

padaLCDmenggunakan port 1.1. Pin

iniberfungsisebagaipengontrolsinyalpenulisanLCDataupemberi clock

pada LCD.

40

3.2.4 Mikrokontroler AVR ATMega16

Gambar 3.5 Rangkaian miktrokontroler Atmega16

Mikrokontroler AVR (Alf and Vegard’s Risc Processor ) yang

standar memiliki arsitektur 8-bit dimana smeua instruksi dikemas dalam

kode 16-bit dan sebagian besar instruksi yang di eksekusi dalam satu

siklus clock. AVR dapat dikelompokkan menjadi 4 kelas, yaitu

keluarga attiny, AT90Sxx, ATMega, dan AT86RFxx. Pada dasarnya

41

yang membedakan masing-masing kelas adalah memori, peripheral dan

fungsinya.

Di dalammikrokontroler ATMega16 sudahterdapat :

- Saluran I/O ada 32 buah, yaitu port A, port B, port C dan port D.

- ADC ( Analog to Digital Converter ) 10 bit, sebanyak 8 chanel.

- Tiga buah Timer / Counter dengan kemampuan pembandingan.

- 131 instruksi andal yang umumnya hanya membutuhkan 1 siklus

clock.

- Watchdog Timer dengan osilator internal.

- Dua buah timer/counter 8 bit.

- Satu buah timer/counter 16 bit.

- Tegangan operasi 2,7 V – 5,5 V

- Internal SRAM sebesar 512 Byte.

- Memori flash sebesar 16 KB dengan kemampuan Read While

Write.

- Unit interupsi internal dan eksternal.

- EEPROM sebesar 512 byte yang dapat diprogram saat operasi.

- Antarmuka komperator analog.

- 4 chanel PWM.

- 3x8 general purpose register.

- Hampir mencapai 16 MPS pada Kristal 16 MHz.

- Port USART progammable untuk komunikasi serial.

Konfigurasi Pin ATMega 16 :

42

Gambar 3.6 Sususan kaki standar 40 pin mikrokontroler Atmega 16

Gambar diatas merupakan susunan kaki standar 40 pin DIP

mikrokontroler AVR ATMega16.

Berikut ini adalah susunan kaki ATMega16 :

VCC : merupakan pin masukan positif catu daya. Setiap

peralatan elektronika digital tentunya butuh sumber catu daya yang

umumnya sebesar 5 V.

GND : sebagai pin Ground.

Port A ( PA0...PA7 ) : merupakan pin I/O dua arah dan dapat di

program sebagai pin masukan ADC.

Port B ( PA0...PB7 ) : merupakan pin I/O dua arah yang memiliki

fungsi khusus yaitu sebagai Timer / Counter, Komparator analog

dan SPI.

Port C ( PC0...PC7 ) : merupakan pin I/O dua arah dan sebagai

pin khusus yaitu TWI, komparator analog dan timer osilator.

Port D ( PD0...PD7 ) : merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi

khusus, yaitu komparator analog, interupsi eksternal dan

komunikasi.

RESET : merupakan pin yang digunakan untuk meReset

mikrokontroler.

XTAL 1 dan XTAL 2 : sebagai pin masukan clock eksternal.

Suatu mikrokontroler membutuhkan sumber detak ( clock ) agar

43

dapat mengeksekusi instruksi yang ada di memori. Semakin tinggi

nilai kristalnya, maka semakin cepat mikrokontroler.

AVCC : sebagai pin masukan tegangan untuk ADC.

AREF : sebagai pin masukan tegangan referensi ADC.

3.3. PembahasanPerangkatLunak

3.3.1 Flow Chart

Pada perencanaan software akan dijelaskan mengenai flow chart yang

akan digunakan. Berikut gambar flow chart yang akan digunakan :

44

Inisialisasi

Kalkulasi PH

Read Input

Start

END

3.3.2 Cara Kerja Flow Chart

Start

Yaitu pada saat alat mulai dinyalakan (ON)

Inisialisasi

Saat Inisialisasi, pada display akan menampilkan “nama alat,

tahun, nilai tegangan, dan nilai PH”

Read input

Fungsinya untuk membaca keluaran dari elektroda.

Kalkulasi

Menghitung dan menampilkan hasil ke display

PH

Untuk menampilkan nilai PH dan nilai tegangan yang

dihasilkan.

END

45

BAB IV

PENGUKURAN DAN ANALISA DATA

4.1 Uji Fungsi Alat

Pada alat ini dirancang dengan Elekroda Pembanding dan. Pada

pengujian yang dilakukan, penulis memulai dari melakukan pendataan alat,

menghidupkan alat, melakukan uji fungsi perbagian alat dan mematikan

kembali alat. Adapun pengujian yang dilakukan adalah berdasarkan urutan

berikut ini :

4.1.1 Spesifikasi Alat

Nama Alat : pH Meter

Tegangan Alat : 220 V

Dimensi ( Cm ) : 25x19x8 cm

Berat Alat : 1 Kg

Warna : Abu-abu

Fuse : 1 ampere

Digit Tampilan : 2,5 Digit

Sensor : Elektroda Pembanding

Gambar 4.1 Simulasi pH Meter berbasis mikrokontroler Atmega16

46

4.1.2 Persiapan Bahan

Bahan yang perlu dipersiapkan sebelum pendataan meliputi :

a. Rangkaian Penguat non inverting

Tabel 4.1 Daftar komponen rangkaian penguat non inverting

No.Rangkaian Penguat Non Inverting

Jenis Komponen Jumlah

1. IC LM358 1 buah

2. Resistor 10K 100Ω 1 buah

3. Trimpot Multi Tune 5K 1 buah

4. Kapasitor 100n 1 buah

5. Elektroda PH BNCPTH 1 buah

b. Rangkaian Power Suplly

Tabel 4.2 : Daftar komponen rangkaian power suplly

No.Rangkaian Power Suplly

Jenis Komponen Jumlah

1. Dioda Bridge 1 buah

2. IC 7805 1 buah

3. Kapasitor 1000µF 16V 2 buah

4. Dioda 1N4002 1 buah

c. Rangkaian Mikrokontroler

Tabel 4.3 Daftar komponen rangkaian mikrokontroler

No.Rangkaian Mikrokontroler

Jenis Komponen Jumlah

47

1. IC Atmega16 1 buah

2. Led 1 buah

3. Resistor 1K 4,7K 1 buah

4. Kapasitor 22pF 2 buah

5. Kapasitor 100n 1 buah

6. Kristal 11,0592MHz 1 buah

d. Rangkaian Display

Tabel 4.4 Daftar komponen rangkaian display

No.Rangkaian Display

Jenis Komponen Jumlah

1. LCD 2 X 16 karakter 1 buah

2. Dioda 1N4002 1 buah

3. Resistor 1K 10Ω 1 buah

4.1.3 Persiapan Bahan Uji fungsi

Untuk melakukan uji fungsi alat, terlebih dahulu dipersiapkan

bahan yangakan digunakan, baik itu berupa modul yang akan diuji

fungsikan maupun alat-alat penunjang uji fungsi dan paduan-paduan yang

dapat membantu pelaksanaan uji fungsi. Adapun bahan-bahan tersebut

adalah :

1. Sebuah modul rangkaian pH meter berbasis mikrokontroler Atmega16

2. Elektroda Pembanding

3. Larutan air mineral, dan air aki, air bayclin.

5. pH meter merk ATC

6. Tissue

48

4.1.4 Hasil Uji Fungsi

4.1.4.1 Hasil Uji Fungsi Keseluruhan

Tabel 4.5 Hasil uji fungsi keseluruhan

No Parameter Uji Kegiatan Keterangan

1. Kabel Power Mengkoneksi kabel ke alat Berfungsi

2. Tombol

ON/OFF

Pengecekan ON atau OFF Berfungsi

3. Display Menampilkan program Berfungsi

4. Fuse Pengujian fungsi Berfungsi

5. Tombol-tombol Pengujian secara fisik Berfungsi

4.1.4.2 Hasil Uji Fungsi Tegangan

Tabel 4.6 Hasil uji fungsi tegangan

No Nama Rangkaian Tegangan Output Volt

1. Trafo AC 9V

2. Power Suplly DC 5V

3. Rangkaian Komparator DC 5V

4. Rangkaian Mikrokontroler DC 5V

6. Rangkaian Display DC 5V

4.1.4.3 Hasil Pengukuran Rata-rata Nilai PH

Tabel 4.7 Hasil pengukuran rata-rata nilai PH

Jenis Larutan

Suhu Ruangan

Alat Yang Dibuat Nilai Rata-rata

PH

Nilai Rata-rata Tegangan

KeteranganNilai PH Nilai Tegangan P1 P2 P3 P1 P2 P3

Air Aki

18°C - 28°C - - - - - - - -

Asam29°C - 32°C 1,411,33

1,49 2,71V 2,73V 2,72V 1,41 2,72 V

33°C - 35°C - - - - - - - -

Air Minera

l

18°C - 28°C - - - - - - - -

Neutral29°C - 32°C 7,096,51

6,91 2,21V 2,18V 2,19V 6,83 2,19V

33°C - 35°C - - - - - - - -

Air Bayclin

18°C - 28°C - - - - - - - -Basa

29°C - 32°C 8,87 9,1 8,94 1,87V 2,11V 2,01V 8,97 1,99V

49

133°C - 35°C - - - - - - - -

Pada beberapa kali pengukuran PH pada larutan, didapat sedikit

perbedaan hasil. Lalu penulis melakukan perhitungan rata-rata pada

masing-masing hasil PH dari beberapa larutan. Adapun rumus yang

penulis gunakan untuk menghitung rata-rata tersebut adalah sebagai

berikut :

Rata−rata=P 1+P 2+ p 33

Contoh : Rata−rata=1,41+1,33+1,493

Rata−rata=4,233

=1,41

4.1.4.4 Hasil Keakurasian Alat Yang Dibuat Dengan Merk ATC

Tabel 4.8 Tabel hasil keakurasian alat yang dibuat dengan merk ATC

Jenis Larutan

Suhu Ruangan

Nilai PH Merk

ATC Keakurasian KeteranganNilai Rata-rata

PH

Nilai Rata-rata Tegangan

Air Aki18°C - 28°C - - - -

Asam29°C - 32°C 1,41 2,72V 1,1 85%33°C - 35°C - - - -

Air Mineral

18°C - 28°C - - - -Neutral29°C - 32°C 6,83 2,19V 7,0 92%

33°C - 35°C - - - -

Air Bayclin

18°C - 28°C - - - -Basa29°C - 32°C 8,97 1,99V 9,9 53,50%

33°C - 35°C - - - -

Lalu ketika nilai rata-rata dari alat pH Meter yang dibuat dan nilai

PH dari beberapa larutan yang diukur dengan alat pH Meter merk ATC.

Maka penulis akan mengukur keakurasian nilai pH Meter yang dibuat

50

dengan pH Meter merk ATC. Dengan menggunakan rumus sebagai

berikut :

100−hasil nilai pH Meter merk ATC−Alat yangdibuat2

× 100 %

Contoh:

Keakurasian: 100−7,0−6,832

× 100 %

¿100−172

=8,5 %

¿100−8,5 %

¿91,5 %

4.1.5 Pengukuran

Kegiatan pengukuran yang dilakukan oleh penulis yaitu :

Tempat : Lab. Kampus Andakara

Alamat : jln. Raya kalimalang, kav. Agraria, Duren Sawit

Jakarta Timur

Hari/tanggal : Sabtu, 22 Juni 2013

Waktu : 14.00 wib s.d Selesai

4.1.5.1 Lingkungan Kerja

Pengukuran ini dilakukan untuk mengetahui keadaan dari tegangan

PLN yang dipakai serta kondisi lingkungan saat melakukan pengukuran.

Alat pengukuran yang di gunakan adalah avometer dan thermohygrometer

dengan hasil pengukurannya :

- Catu Daya PLN : 220 VAC

- Suhu : 18°C - 35ºC

51

4.1.6 Persiapan Peralatan Pengukuran

Adapun kelengkapan peralatan pengukuran yang dilakukan oleh

penulis adalah sebagai berikut :

1. Thermo-hygrometer

Digunakan ketika mengukur suhu dan kelembaban lingkungan

kerja. Adapun spesifikasi alat ukur ini yaitu sebagai berikut :

- Merk : Yenaco

- Type : Electronic Thermo-Hygrometer

Gambar 4.2 : Thermo-Hygrometer

2. Multimeter Analog

Digunakan saat mengukur tegangan baik AC, DC dan suplly

yang masuk pada rangkaian utama. Yang digunakan adalah sebagai

berikut :

- Merk : SANWA

- Type : Sanwa Multimeter

52

Gambar 4.3 : Multimeter digital

4.1.7 Prosedur Tetap Pengoperasian

1. PRASYARAT

1.1 SDM terlatih dan siap.

1.2 Catu daya sesuai dengan kebutuhan alat.

1.3 Alat laik pakai.

1.4 Aksesoris lengkap dan baik.

1.5 Bahan operasional tersedia.

2. PERSIAPAN

2.1 Siapkan alat pH Meter.

2.2 Siaplan sample yang akan diukur keasamannya.

2.3 Siapkan aksesoris.

2.4 Siapkan bahan operasional.

3. PEMANASAN

3.1 Hubungkan alat dengan catu daya.

3.2 Lakukan pengecekan pada elektroda.

3.3 Lakukan pemanasan secukupnya.

4. PENGOPERASIAN ALAT

4.1 Masukkan sample yang akan diukur nilai keasamannya pada gelas

4.2 Bilas Elektroda dengan aquadest.

4.3 Masukkan elektroda kedalam sample.

53

4.4 Maka secara otomatis hasil pengukuran akan ditampilkan di

display.

5. PENGEMASAN / PENYIMPANAN

5.1 Matikan alat pH Meter dengan menekan tombol ON/OFF keposisi

OFF.

5.2 Bersihkan alat dan bahan operasional

5.3 Pasang penutup debu.

5.4 Kembalikan alat ke tempat penyimpanan.

BAB V

PENUTUP

5.1 Kesimpulan

Pada bab ini penulis akan menyampaikan beberapa uraian yang

penulis dapatdari hasil pelaksanaan kegiatan penelitian terapan, pengujian

dan analisis modulpH meter berbasis mikrokontroler Atmega16 berupa

kesimpulan dan kekurangan dari alat yang dibuat ini adalah sebagaiberikut

:

1. Waktu pengukuran awal, berkisar 5-10 menit.

2. Keakurasian pengukuran asam 85%, neutral 92%, basa 53,50%.

3. Tidak adanya alarm setelah nilai sudah terbaca.

4. Tidak adanya tombol start pembacaan.

5. Chasing yang kurang memadai.

6. Modul pH Meter yang dibuat, belum bekerja dengan baik, dari hasil

uji coba dan pendataan alat terdapat sedikit perbedan antara hasil

perhitungan dan hasil pengukuran Hal ini disebabkan karena :

Nilai toleransi dari komponen yang digunakan.

Suhu ruangan pada saat pengukuran tidak terkondisikan.

54

Kualitas dan umur dari cairan referensi dan elektroda yang

telahdigunakan berkali-kali.

Suhu kerja pada alat : 29°C - 32°C.

Elektroda kurang sensitif, sebaiknya dipilih elektroda dengan

sensitifitas yang lebih baik.

5.2 Saran

1. Sebaiknya sebelum dan sesudah menggunakan alat pH Meter ini,

elektrodanya dibilas dengan menggunakan aquadest.

2. Sediakan chamber khusus untuk larutan yang akan diukur.

3. Dengan harapan semoga alat ini dapat disempurnakan dikemudian

hari.

Demikianlah kesimpulan dan saran yang penulis sampaikan

dalam penulisan Buku Tugas Akhir ini sebagai pelengkap penutup dari

Buku Tugas Akhir ini, semoga saran ini menjadi perhatian dan

berguna bagi pihak yang berkepentingan.

55

DAFTAR ACUAN

http://www.ilmu.8k.com/pengetahuan/opamp.html

http://www.Sensorex.com/support/education/pH-education.html 23-05-

2007

http://kittiwake.com/default.aspx/page/KB/236temperatur/241

O.G. Brink., R.J.Flink., Ir.Sobandi Sachri.,”Dasar-dasar ilmu

instrument”, Binacipta 1983

Robert F. Caughlin, Frederic F. Drscoll, Alih Bahasa Hermawan Widodo

Soemitr, ”Penguat Operasional dan Rangkaian Terpadu Linier”, Edisi

Kedua, Penerbit Erlangga, 1985,.

Giancoli C. Douglas, ”Physics” , fifth edition, prentice-Hall 1998

56

DAFTAR FUSTAKA

General Chemistery, principles & structure, James E Brandy, 1990

http://asmansetya-gates.blogspot.com/2011/11/how-do-ph-electrodes-work-bagaimanakah_27.html

http://www_electroniclab_com - main page.htm 31-07-2007

htpp://www.delta-elektronik.com/mikrokontrolerATMEGA16

Nalwan, P.A, ”Penggunaan Dan Antarmuka Modul LCDM1632

http://komponenelektronika.org/jenis-jenis-kapasitor.htm

http://daddysunsek.com/kimia-kelas-xi/kelebihan-dan-kekurangan-teori-asam-

basa

http://www.ilmukimia.org/2013/01/teori-asam-dan-basa.html

http://www.alldatasheet.com/view.jsp?Searchword=LM358

http://datachem.blogspot.com/2010/11/elektroda-jenis-dan-macamnya.html

57