Download - Simulasi pH Meter
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