Rancang Bangun Sensor Suhu Tanah dan ..... (Cahya Edi Santosa et
al.) 201 RANCANG BANGUN SENSOR SUHU TANAH DAN KELEMBABAN UDARA
Cahya Edi Santosa, Ari Sugeng Budiyanta P e n e liti B id a n gI n
stru m e n ta si d a nWa h a n aD irg a n ta ra , LAP ANABSTRACT
Temperatureandhumidityaretheimportantaspecttodetermining weather
condition of an area. This research application function to detect
the temperature of soil and air humidity at one place. The
components used is IC LM35 as censor of temperature of soil and HIH
3610 as censor to detect the
airhumidity.Designanddevelopthecensoroftemperatureofsoilandthis air
humidity is exploited for the automatic weather station ( AWS). Key
words:Soil temperature, LM35, Humidity, HIH3610 ABSTRAK
Suhudankelembabanmerupakan aspekpentingdalammenentukan
kondisicuacasuatudaerah.Aplikasipenelitianiniberfungsiuntuk
mendeteksisuhutanahdankelembabanudarapadasuatutempat.
KomponenutamayangdigunakanadalahICLM35sebagaisensorsuhu
tanahdanHIH3610sebagaisensoruntukmendeteksikelembabanudara.
Rancangbangunsensorsuhutanahdankelembabanudaraini dikembangkan
untuk Automatic Weather Station (AWS). Kata kunci:Suhu Tanah, LM35,
Sensor kelembaban, HIH3610 1PENDAHULUAN
LAPANtelahmemasangbeberapastasiunpengamatcuacayang tersebar di
berbagai daerah di Indonesia. Stasiun pengamat cuaca tersebut di
antaranyaterdapatdidaerahPare-pare,Pontianak,PadangdanKupang.
Stasiun-stasiuntersebutmemerlukanperawatansupayadapatberoperasi
secaraoptimal.Perawataninstrumentasidilakukanterutamapadasensor
danlogger.BeberapastasiunpengamatcuacayangdipasangolehLAPAN
merupakanalatimpor,sehinggabilaterjadikerusakanpadasalahsatu
instrumennyamakakomponenpenggantinyayangkompatibeljugaharus
diimpor. BidangInstrumentasidanWahanaDirgantaraPusatTerapanLAPAN
telahmelakukanpenelitian,pengembangan,danrancangbangunsistem
instrumentasi pengamat cuaca. Selanjutnya peralatan tersebut lebih
dikenal dengan Logger AWS (Automatic Weather Station). Jurnal Sains
Dirgantara Vol. 7No. 1Desember 2009 : 201-212 202
AWSyanglengkapmampumengamatiunsur-unsurcuacadengan
menggunakansensorkecepatanangin,sensorarahangin,sensorsuhu
udara,sensorkelembabanudara,sensorcurahhujan,dansensorradiasi
surya.Akurasidatahasilpengukuransangatditentukanolehunjukkerja
masing-masing sensor. Unjuk kerja suatu sensor dikatakan baik jika
sensor tersebut memiliki akurasi pengukuran yang tinggi, stabil,
waktu respon yang cepat, ketelitian dan reliabilitas yang tinggi.
Gambar 1-1: Diagram blok logger AWS Kualitas data yang meragukan
tidak akan menghasilkan analisis yang
meyakinkan.Olehsebabitudatayangakuratharusbisadidapatkandari AWS.
Tulisan ini membahas teknik rancang bangun sensor suhu tanah dan
kelembabanudarasertapengujiannyayangselanjutnyadiimplementasikan
pada logger AWS. Lihat Gambar 1-1 2TEORI DASAR 2.1 Sensor Suhu
Tanah Sensor suhu tanah menggunakan komponen utama IC LM35 sebagai
sensorsuhu,lihatGambar2-1.LM35merupakansensorsuhuyang akurat dimana
tegangan keluarannya berbanding lurus dengan suhu dalam derajat
celcius sebesar 10mV/C.Rancang Bangun Sensor Suhu Tanah dan .....
(Cahya Edi Santosa et al.) 203 Gambar 2-1:Diagram IC LM35 Sensor
ini tidak memerlukan kalibrasi eksternal untuk menghasilkan
ketelitian0.25C padasuhukamar.Sedangkankemampuansensorini
untukmengukursuhuterletakpadakisaran-55150Cdengantegangan output
antara -1 Vdc s/d + 6 Vdc. Tegangan negatif output sensor
menunjukkan suhu negatif. Tabel 2-1: SPESIFIKASI LM35DZ No.Nama
komponenSensor Suhu 1.Jenis / tipe: LM35 2.Satuan kalibrasi :
celcius 3.Tegangan kerja: 4 30 Vdc 4.Range suhu: -55 150C
5.Linieritas: +10 mV/C 6.Akurasi: 0,5C 7.Tegangan Output: -1 Vdc
s/d + 6 Vdc 8.Impedansi Output: 0.1 pada beban 1mA. 9.Low Self
heating: 0.08C Sumber : Datasheet LM35
LM35mempunyaioutputimpedansiyangrendahsehinggaakan
mempermudahdalampembacaandankontrol.Konsumsienergiyang diperlukan
IC ini sangat rendah 60A , sehingga tidak menimbulkan panas yang
relatif besar atau kurang dari 0,1C. Sensor ini menggunakan catu
daya 4 30 Vdc (lihat Tabel 2-1).2.2Sensor Kelembaban
SensorkelembabanmenggunakankomponenutamaICHIH3610
sebagaisensorkelembaban.Sensorinimempunyaioutputyanglinieryang
Jurnal Sains Dirgantara Vol. 7No. 1Desember 2009 : 201-212 204
memungkinkanuntukdimasukkansecaralangsungkedalamsuatu
kontroleratauperalatanlain.Arusyangdiperlukansensorinisangatkecil
hanya200 A sehinggacocokuntukaplikasiyangmenggunakanbaterai dengan
daya kecil. Sensor ini tersusun atas beberapa lapis bahan pelindung
yangtahanterhadapair,debu,kotoran,minyak,danbahansejenisnya.
Gambar2-2menunjukkanICHIH3610sebagaisensorkelembaban. Sedangkan
spesifikasi HIH3610 ditunjukkan pada Tabel 2-2. Gambar 2-2: IC
HIH3610 Tabel 2-2: SPESIFIKASI HIH3610 NoNama komponenSensor
Kelembaban 1.Jenis / tipe: HIH 3610 2.Satuan kalibrasi: %RH
3.Tegangan kerja: 4 Vdc 5,8 Vdc 4.Range kelembaban: 0 100%RH
5.Range temperatur: -40C 85C 6.Akurasi: 2%RH 7.Tegangan Output: 0,8
Vdc 3,9 Vdc Sumber : Datasheet HIH3610 3RANCANG BANGUN
SENSORSensorsuhutanahdirancanguntukdiintegrasikandenganlogger AWS
hasil penelitian LAPAN. Komponen utama sensor suhu tanah adalah LM
35.SensorLM35dicatudenganteganganinputsebesar5Vdcdengan menggunakan
regulator LM336. Lihat Gambar 3-1.
Tegangancatusensordipilihtegangan5VdcsebabloggerAWS menggunakan
sumber tegangan berupa baterai 12 Vdc. Sedangkan tegangan
baterailoggersangatfluktuatif,tergatungpadapengisiandarisolarpanel.
Rancang Bangun Sensor Suhu Tanah dan ..... (Cahya Edi Santosa et
al.) 205
Padacuacacerahteganganbaterailoggerbisadipertahankansebesar12Vdc.
Namunjikacuacamendungataumalamhari,teganganbaterailoggerpasti akan
berkurang. Jika tegangan baterai logger mengalami drop sampai
dengan 5 Vdc, maka regulator LM336 masih mampu mempertahankan
tegangan catu
sensorsebesar5Vdcdansensormasihdapatbekerja.Padarangkaianini
terdapatkapasitordantahananyangberfungsisebagaifilternoiseACyang
mungkin masuk melalui catu daya dan komponen elektronik lainnya.
Sensor LM 35 mempunyai tiga kaki yaitu input, ground, dan output.
Sensorsuhutanahdirancangmemiliki2buahsensoryangakan mengukur suhu
pada kedalaman 20 dan 40 cm. GT-20 adalah output sensor suhu tanah
pada kedalaman 20 cm dari permukaan tanah dan GT-40 adalah
outputsensorsuhutanahpadakedalaman40cmdaripermukaantanah. Pemilihan
kedalaman 20 cm dan 40 cm disesuaikan dengan kebutuhan data untuk
penelitian lebih lanjut di bidang pertanian. Kedua sensor LM35
diletakkan di dalam ujung pipa stainless steel dan dibuat kedap
air. Ujung sensor dengan batang stainless steel diisolasi dengan
menggunakan teflon. Panjang pipa stainless steel adalah 30 cm untuk
sensor GT-20dan50cmuntuksensorGT-40.Rangkaianelektroniksensorsuhu
tanah diletakkan ke dalam kotak PVC. Lihat Gambar 3-2.LM 35 GT -
20100 ohm1 micro F100 ohmVs33 micro F LM33612 V4k7LM 351 micro FGT
- 40 Gambar 3-1: Rangkaian sensor suhu tanah Jurnal Sains
Dirgantara Vol. 7No. 1Desember 2009 : 201-212 206 Gambar 3-2:
Konstruksi sensor suhu tanah Konstruksi sensor kelembaban disusun
atas rangkaian elektronik dan
pelindungsensoryangterbuatdarifiberglass/stainlesssteel.Lihatpada
Gambar3-4.SensorHIH3610diletakkandidalampelindungtersebut.
Fungsipelindungtersebutadalahuntukmelindungirangkaianelektronik
dari air hujan, terpaan sinar matahari langsung, maupun benda
pengganggu
lainnya,sebabsensorkelembabantidakbolehterkenaairataubenda
pengganggu lainnya.
Tegangancatusensordipilihtegangan5VdcsebabloggerAWS menggunakan
sumber tegangan berupa baterai 12 Vdc. Sedangkan tegangan
baterailoggersangatfluktuatif,tergantungpadapengisiandarisolarpanel.
Padacuacacerahteganganbaterailoggerbisadipertahankansebesar12Vdc.
Namunjikacuacamendungataumalamhari,teganganbaterailoggerpasti akan
berkurang. Jika tegangan baterai logger mengalami drop sampai
dengan 5 Vdc, maka regulator LM336 masih mampu mempertahankan
tegangan catu sensor sebesar 5 Vdc dan sensor masih dapat bekerja.
Lihat Gambar 3-3. 33 micro FLM 3365 VHIH-3610Vs12 V100 ohm1 mi cro
Foutput Gambar 3:3: Rangkaian sensor kelembaban udara Rancang
Bangun Sensor Suhu Tanah dan ..... (Cahya Edi Santosa et al.)
207
(a) (b) Gambar 3-4: Sensor kelembaban udara (a) bahan logam (b)
bahan fiberglass
Outputsensorsuhutanahdansensorkelembabanudaraberupa
teganganDC.TeganganoutputsensoriniyangakandiubaholehADC
menjadidatadigitalyangdapatdibacaolehmikrokontrolerloggerAWS.
Samplingdatasensoryangdilakukanolehmikrokontrolerloggeradalah
setiap 10 detik. Data hasil sampling selama 1 jam selanjutnya
dirata-rata dan
hasilnyadisimpandidalamRAMsebagaidatasuhutanahtiapjam.AWS akan
menampilkan data suhu tanah dan kelembaban ke dalam display LCD
setiap 1 jam sekali. 4KALIBRASI
Tanahdidaerahtropismemilikisuhusekitar20Csampaidengan 40C. Oleh
sebab itu rentang suhu media uji saat pengujian di laboratorium
dibuatantara15Csampaidengan45C.Pengujiandilakukansecara
berulang-ulang.
Mediaujimenggunakanairyangditempatkanpadasebuahwadah.
Mediaujidipilihmenggunakanairuntukmendapatkanperubahansuhu yang
cepat secara berulang-ulang. Berdasarkan kenyataan bahwa suhu air
di Jurnal Sains Dirgantara Vol. 7No. 1Desember 2009 : 201-212 208
dalamwadahdapatdengancepatdanmudahdiubah-ubahdengan
menambahkanesatauairpanas.Suhuairjugamudahdibuathomogen dengan cara
diaduk-aduk. Pengujiandilakukandengancaramengukursuhumediaujidengan
menggunakan sensor hasil perancangan dan dibandingkan dengan
kalibrator suhudigital.Suhumediaujidiubahdarisuhu15Csampai45Cdengan
rentang2C.Begitujugadilakukansebaliknya.Pengujiandilakukansecara
berulangkalidandicatatdatapengukurannya.Sebagaikalibratorsuhu tanah
digunakan sensor Precition Thermometer TM-917.
Untukmelakukankalibrasisensorkelembabanudaradilakukan
denganmengukurkelembabanudaradidalamsebuahruanganber-AC. Kelembaban
ruangan diturunkan dari kelembaban 67% sampai dengan 49%.
Pengukurandilakukansetiapperubahan1%denganmenggunakansensor
kelembabanudarahasilperancangandankalibratorkelembabanudara
digital. Kalibrator yang digunakan adalah Hot Wire Anemometer
AM-4204. 5ANALISIS
Datapengukurankeduasensorsuhutanahdibandingkandengan
suhukaliberatordiperlihatkanpadaTabel5-1danTabel5-2.Berdasarkan
dataTabel5-1,didapatkangrafiksepertiterlihatpadaGambar5-1.Grafik
tersebutmenunjukkanbahwasemakinrendahsuhumediayangdiukur
makahasilpengukuranantarasensorsuhutanahdankalibratorsemakin
mendekatikesamaan.Halinimenunjukkanbahwasemakinrendahsuhu
yangdiukurmaka akurasisensorsemakinbaik.Sedangkankorelasiantara
hasil ukur sensor suhu tanah 1 dan 2 dengan kalibrator menunjukkan
nilai yang baik 0,9999. Tabel 5-1:DATA UJICOBA SENSOR SUHU TANAH
DENGAN KALIBRATOR No. Sensor 1 (S1) Sensor 2 (S2)
S1S2KalibratorError S1Error S2 mVmV 0C 0C 0C 0C 0C
1.137.8137.713.7813.7714.300.50.7 2.159.6158.515.9615.8516.500.50.6
3.172.2171.417.2217.1417.900.70.6 4.196.4195.019.6419.5020.601.00.6
5.213.4211.921.3421.1922.301.00.6 6.232.8230.823.2823.0824.200.90.6
7.242.6240.624.2624.0625.200.90.6 8.258.9256.325.8925.6327.001.10.6
9.283.3280.028.3328.0029.601.30.5
10.298.1294.929.8129.4931.101.30.5
11.322.2319.332.2231.9333.601.40.5
12.335.6332.833.5633.2835.101.50.5
13.357.4354.835.7435.4837.301.60.5
14.377.1374.837.7137.4839.301.60.5
15.400.8399.040.0839.9041.801.70.5 Rata-rata1.10.6 Rancang Bangun
Sensor Suhu Tanah dan ..... (Cahya Edi Santosa et al.) 209 Tabel
5-2:DATA UJICOBA SENSOR SUHU TANAH DENGAN KALIBRATOR No. Sensor 1
(S1) Sensor 2 (S2) S1S2KalibratorError S1Error S2 mVmV 0C 0C 0C 0C
0C 1.397.6395.839.7639.5841.11.30.4
2.380.1378.138.0137.8139.21.20.4 3.360.7359.036.0735.9037.21.10.4
4.338.0336.033.8033.6034.81.00.4 5.315.0313.531.5031.3532.40.90.4
6.298.4296.829.8429.6830.70.90.4 7.273.1271.727.3127.1728.71.40.4
8.254.9253.325.4925.3326.20.70.4 9.236.2234.823.6223.4824.30.70.4
10.217.0215.621.7021.5622.40.70.4 11.194.7193.419.4719.3420.20.70.4
12.175.0173.717.5017.3718.00.50.4 13.156.2155.015.6215.5016.10.50.4
14.138.9137.613.8913.7614.50.60.3 Rata-rata0.90.4 Gambar 5-1:
Grafikhasilpengukuranmediaujidengansensor1,2,dan kalibratorGRAFIK
SUHU AIR REFERENSI, SENSOR 1 DAN SENSOR 20510152025303540451 3 5 7
9 11 13 15 17Nomor PengukuranDerajad CelsiusKalibratorSensor
1Sensor 2Jurnal Sains Dirgantara Vol. 7No. 1Desember 2009 : 201-212
210 Gambar 5-2: Grafik korelasi hasil pengukuran suhu media
ujiantara sensor 1 dan kalibrator Gambar 5-3: Grafik korelasi hasil
pengukuran suhu media ujiantara sensor 2 dan kalibrator Grafi k
Korel asi Kali brator dan Sensor Suhu Tanah 1y =1.0354x - 0.0538R2
=0.9999101520253035404510 14 18 22 26 30 34 38 42Sensor Suhu Tanah
1 (Derajad Celsius)Kalibrator Suhu (Derajad Celsius)Grafi k
KorelasiKali brator dan Sensor Suhu Tanah 2y =1.0384x +0.0184R2
=0.9999101520253035404510 14 18 22 26 30 34 38 42Sensor Suhu Tanah
2 (Deraj ad Celsi us)Kalibrator (Derajad Celsius)Rancang Bangun
Sensor Suhu Tanah dan ..... (Cahya Edi Santosa et al.) 211 Gambar
5-4:Grafik korelasi hasil pengukuran suhu air antara sensor 1 dan 2
Gambar 5-5: Grafikkorelasihasilpengukurankelembabanudaraantara
sensor kelembaban dan kalibrator
Berdasarkanfaktatersebutbahwahasilpengukuranantarasensor hasil
perancangan (suhu tanah 1 dan 2)mendekati sama dengan kalibrator.
Lihat Gambar 5-2 dan 5-3.
Gambar5-4menunjukkangrafikkorelasiantarahasilpengukuran sensor suhu
tanah 1 dan sensor suhu tanah 2. Berdasarkan grafik tersebut,
besarnyakoefisienkorelasiadalah1.Sedangkanfaktahasilpengukuran
sensorsuhutanah1dan2mempunyainilaisangatdekat,palingjauh 0,23C.
Grafi k KorelasiSensor Suhu Tanah 1 dan 2y =0.9972x - 0.0697R2
=1101520253035404510 14 18 22 26 30 34 38 42Sensor 1 (Derajad Cel
si us)Sensor 2 (Derajad Celsius)Grafi k Tegangan Output Sensor VS
Kel embaban Kali bratory =17.01x +17.795R2 =0.99614550556065701.7
1.9 2.1 2.3 2.5 2.7 2.9Tegangan Output Sensor (Vol t)Kelembaban
(%)Jurnal Sains Dirgantara Vol. 7No. 1Desember 2009 : 201-212 212
Gambar5-5menunjukkangrafikkorelasihasilpengukuran
kelembabanudaradengansensorkelembabanhasilperancangandan
kalibrator.Berdasarkangrafikterlihatbahwa hubungankeduadatakurang
linierdengankoefisienkorelasi0,9961.Halinidisebabkanolehkurang
presisinya komponen sensor, cara kalibrasi yang tidak ideal, atau
kesalahan
dalamperancangansecarakeseluruhansehinggamenimbulkanbanyak
gangguan.6KESIMPULAN
Berdasarkanhasilanalisadandatadapatdisimpukanbahwasensor
suhutanahyangdirancangdenganmenggunakanICLM35mempunyai
kinerjadengankoefisienkorelasi0,9999terhadapkalibrator,mempunyai
waktu respon yang cepat (4 detik), mudah dalam penggunaan, dan
memiliki rentang suhu pengukuran yang lebar. Oleh sebab itu LM35
memenuhi syarat untuk digunakan sebagai sensor suhu tanah.
SensorkelembabanudaradirancangdenganmenggunakanICHIH
3610mempunyaikinerjadengankoefisienkorelasi0,9961terhadap
kalibrator, dan dapat digunakan untuk mengukur kelembaban udara.
DAFTAR RUJUKAN Data sheet, Humidity Sensors HIH 3610, Honywell,
USA.
Datasheet,2000.LM35PrecisionCentigradeTemperatureSensors,National
Semiconductor, USA.
DavidBuchla,1992.AppliedElectronicInstrumentationandMeasurement,
Macmilllan Publishing Company, New York. Rancang Bangun Sensor Suhu
Tanah dan ..... (Cahya Edi Santosa et al.) 213
