Karakteristik Sensor Kapasitif Pelat Sejajar Dalam Aplikasinya Sebagai Instrumen Pengukur Curah Hujan Berbasis Arduino Uno
Bowo Eko Cahyono * , Supriyadi dan Muhammad Ainur Rofiq Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Jember Jln. Kalimantan 37, Jember 68121
* Email: bowo_ec.fmipa@unej.ac.id

## ABSTRACT
This research aims to study the characteristics of parallel plate capacitor in its application as a rain gauge instrument  based  on  Arduino  with  LCD  display.  This  designed  device  is  able  to  read  and  display  the output  voltage,  capacitance  value,  dielectric  constant  and  level  of  rainfall  due  to  the  changing  of  the composition of dielectric materials between the capacitor plates. The system has been assessed in 3 stages i.e. the accuracy test of read capacitance value, the water level value, and the field validation. The values of sensor capacitance displayed in the LCD are compared to the values of sensor capacitance measured by CM-3300A capacitance meter. In this test we obtained that the results of capacitance values measured by those two different  methods are closed aech other. The highest difference is 20.97pF at a  water level of 15cm. The read of water level is compared to the ruler’s measured value, and the results showed that the smallest difference is 0.19 mm and  the largest difference is 4.93 mm.  Moreover, based on the direct test in  the  field  we  got  that  the  difference  of  precipitation  values  obtained  by  this  sensor  and  the  standard measurement device is not far away,  with the average difference  is less than 5mm.  In general,  this rain gauge  system  has  shown  the  good  performance  criteria  when  tested  and  applied  to  measure  rain  level directly in the field. These results have shown that this rain gauge system has been met the expectation.
Keywords: Rain Gauge, Precipitation, Capacitance, Dielectric, Arduino Uno

## ABSTRAK
Penelitian ini bertujuan untuk mempelajari karakteristik dari kapasitor pelat sejajar sebagai sensor dalam alat ukur curah hujan berbasis Arduino dengan tampilan LCD. Alat ini mampu membaca dan menampilan tegangan  keluaran,  nilai  kapasitansi,  konstanta  dielektrik  dan  tinggi  level  curah  hujan  akibat  adanya perubahan komposisi bahan dielektrik di antara pelat kapasitor. Sistem yang didesain telah diuji dalam 3 tahapan  yaitu,  uji  akurasi  pembacaan  nilai  kapasitansi,  nilai  ketinggian  air,  dan  pengujian  di  lapangan. Nilai-nilai kapasitansi sensor yang ditampilkan dalam LCD dibandingkan dengan nilai kapasitansi sensor yang  diukur  dengan  menggunkan  kapasitansi  meter  CM-3300A.  Dalam  pengujian  ini  didapatkan  hasil bahwa  nilai-nilai  kapasitansi  yang  diukur  dengan  dua  etode  yang  berbeda  tersebut  saling  berdekatan. Selisih  tertinggi  adalah  20,97pF  pada  ketinggian  15cm.  Tinggi  level  air  yang  terbaca  dibandingkan dengan pembacaan menggunakan penggaris dan hasilnya menunjukkan bahwa  selisih terkecil yaitu 0,19 mm  dan  selisih  terbesar  4,93  mm.  Selanjutnya  berdasarkan  pengujian  langsung  di  lapangan  didapatkan selisih yang tidak terlalu jauh, dengan rata-rata selisih yang diperoleh kurang dari 5 mm. Secara umum, sistem  alat  ukur  curah  hujan  telah  menunjukkan  kinerja  yang  bagus    saat  dilakukan  pengujian  dan diaplikasikan  pada  kondisi  hujan  secara  langsung  di  lapangan.  Hasil  tersebut  telah  menunjukkan  bahwa sistem alat ukur curh hujan telah sesuai dengan apa yang diharapkan.
Kata Kunci: Hujan, Kapasitansi, Dielektrik, Arduino Uno.

## PENDAHULUAN
Curah  hujan  merupakan  salah  satu  komponen  utama  dalam  penentuan  iklim  dan  cuaca. Keberadaan  hujan  penting  dalam  kehidupan,  karena  hujan  dapat  mencukupi  kebutuhan  air yang sangat berguna bagi makhluk hidup. Dalam bidang pertanian, beberapa komoditi seperti
padi,  sayur-sayuran  dalam  proses  penanamannya  sangat  dipengaruhi  oleh  kondisi  curah hujan.  Daerah  persawahan  yang  belum  memiliki  irigasi,  penanaman  padi  bergantung  pada kondisi curah hujan di daerah tersebut, sehingga petani dalam melakukan cocok tanam akan ditentukan oleh distribusi hujan [1] .
Di sisi lain, datangnya hujan dengan intensitas yang sangat tinggi dan tidak seimbang dengan kebutuhan akan terbuang percuma bahkan dapat menyebabkan bencana banjir. Berbagai cara digunakan untuk  mengatasi  bencana banjir  yang  diakibatkan oleh tingginya intensitas curah hujan  diantaranya  memperbaiki  irigasi  atau  menambah  titik  resapan  air.  Namun  terkadang cara  yang  digunakan  untuk  mengatasi  banjir  belum  cukup  untuk  meminimalisir  kerusakan yang  ada.  Pengukuran  curah  hujan  ini  sangat  diperlukan  karena  untuk  mengetahui  pola distribusi curah hujan [1] . Pola distribusi curah hujan dapat digunakan untuk mengetahui dan melakukan analisis cocok tidaknya mengembangkan jenis tanaman tertentu di suatu wilayah yang  bercurah  hujan  tinggi  atau  rendah.  Pola  distribusi  curah  hujan  juga  dapat  digunakan sebagai  informasi  dalam  pencegahan  dini  dari  bencana  banjir,  oleh  karena  itu  informasi tentang  curah  hujan  sangat  penting  untuk  mengatur  pengelolaan  air  dalam  memenuhi kebutuhan hidup manusia.
Curah  hujan  dapat  diukur  dengan  menggunakan  alat  yang  dikenal  dengan  nama  “ rain gauge” yang  menggunakan  prinsip  kerja  secara  manual  maupun  otomatis.  Dengan menggunakan  penakar  hujan  secara  manual,  maka  pengambilan  data  juga  dilakukan  secara manual. Tinggi permukaan air hujan yang tertampung pada wadah diukur dan dicatat secara manual. Di sisi lain, alat pengukur curah hujan otomatis menggunakan alat ukur digital yang proses  pengukuran  dan  pencatatannya  dilakukan  secara  elektronik  yang  diprogram  untuk bekerja secara otomatis [2] .
Berbagai  jenis  pengukur  curah  hujan  yang  telah  dikembangkan  saat  ini  diantaranya  jenis weighing , tipping bucket (TB), optik, kapasitansi dan lain-lain [3] . Penakar tipe tipping bucket bekerja seperti jungkat-jungkit yang bergantian menampung air hujan. Permana et. al. , telah mengembangkan  alat  ukur  curah  hujan  menggunakan  jenis tipping  bucket berbasis Arduino [4] .  Kelebihan  dari  alat  ini  banyak  dikembangkan  dan  sudah  dapat  menampilkan tinggi curah hujan dengan baik dengan dikontrol oleh Arduino. Namun kekurangan dari jenis tipping  bucket adalah    desain  yang  terlalu  rumit  dan  tidak  sederhana.  Tipe  lain  yang  dapat dikembangkan  untuk  pengukur  curah  hujan  menggunakan  prinsip  kapasitansi  atau menggunakan  kapasitor  sebagai  sensor.  Sa-Ngiamvibool et.  al. ,  telah  mengembangkan kapasitor  jenis  silinder  sebagai  sensor  pada  alat  ukur  curah  hujan  otomatis  dengan mikrokontroler [5] .  Alat  ini  mampu  memberikan  informasi  level  air  hujan  dari  pengukuran kapasitansi. Jika dilihat dari bentuk konduktornya, kapasitor plat sejajar lebih sederhana dan mudah dibuat jika dibandingkan dengan bentuk kapasitor yang lain seperti kapasitor silinder. Berdasarkan  penelitian  dari  Permana et.  al., dan  Sa-Ngiamvibool et.  al. ,  penulis  mencoba untuk  merancang  dan    membuat  suatu  alat  ukur  curah  hujan  menggunakan  sensor  kapasitif plat sejajar berbasis mikrokontroler Arduino dengan penampil LCD [4] [5] .
Menurut Sutrisno, kapasitor plat sejajar adalah kapasitor yang terdiri dari dua plat konduktor yang  ditempatkan  berdekatan  tetapi  tidak  bersentuhan [6] .  Nilai  kapasitansi  dari  suatu kapasitor  plat  sejajar  bergantung  pada  ukuran,  bentuk  dan  posisi  relatif  dari  dua  plat konduktor  serta  bahan  penyekat  antara  dua  konduktor  tersebut  yang  disebut  dengan  bahan dielektrik. Dalam penelitian ini bahan dielektrik yang digunakan adalah air hujan yang akan diukur  ketinggiannya.  Penambahan  mikrokontroler  Arduino  bertujuan  agar  nilai  kapasitansi yang  ada  dapat  diolah  dan  dikontrol  untuk  dirubah  dalam  satuan  tinggi  yang  nantinya  data tinggi curah hujan dapat ditampilkan digital setiap saat pada layar LCD.
Kapasitor  adalah  komponen  elektrik  yang  berfungsi  menyimpan  energi  potensial  listrik  dan muatan  listrik.  Kapasitor  adalah  piranti  elektronika  yang  mampu  menyimpan  muatan  listrik (kapasitansi). Umumnya, nilai kapasitansi sebuah kapasitor ditentukan oleh  bahan dielektrik yang  digunakan [7] .  Kapasitor  memiliki  berbagai  macam  bentuk  dan  ukuran,  tetapi  pada prinsipnya  sama  saja  tersusun  dari  dua  keping  konduktor  dan  dipisahkan  oleh  dielektrik. Kedua keping konduktor pada kapasitor diberi muatan sama, tetapi berlawanan jenis. Keping yang  satu  diberi  muatan  positif  dan  keping  yang  lain  diberi  muatan  negatif.  Namun,  secara keseluruhan  kapasitor  bermuatan  netral.  Berdasarkan  kemampuan  menyimpan  muatan, kapasitor  dapat  dibedakan  menjadi  dua  jenis.  Kapasitor  dengan  kapasitansi  tetap  dan kapasitor  dengan  kapasitansi  dapat  diubah-ubah  atau  kapasitor  variabel [8] .  Kemampuan kapasitor  dalam  menyimpan  muatan  listrik  didefinisikan  sebagai  kapasitansi.  Kapasitansi bergantung  pada  luas  permukaan  keping,  jarak  antara  kedua  keping,  dan  dielektrik  yang digunakan.  Nilai  kapasitansi  akan  besar  jika  luas  permukaan  keping  besar.  Akan  tetapi kapasitansi akan mengecil bila jarak antara kedua keping besar. Dengan kata lain kapasitansi berbanding lurus dengan luas permukaan keping dan berbanding terbalik dengan jarak antara kedua keping [8] .
Berdasarkan  bentuknya,  salah  satu  kapasitor  yang  biasa  kita  kenal  adalah  kapasitor  plat sejajar. Kapasitor ini adalah kapasitor yang terdiri dari dua plat konduktor yang ditempatkan berdekatan  tetapi  tidak  bersentuhan.  Nilai  kapasitansi  dari  suatu  kapasitor  plat  sejajar  juga bergantung  pada  ukuran,  bentuk  dan  posisi  relatif  dari  dua  plat  konduktor  serta  bahan penyekat  antara  dua  konduktor  tersebut  yang  disebut  dengan  bahan  dielektrik.  Bahan dielektrik adalah suatu bahan yang memiliki daya hantar arus yang sangat kecil atau bahkan hampir  tidak  ada [9] .  Bahan  dielektrik  dapat  berwujud  padat,  cair  dan  gas.  Tidak  seperti konduktor,  pada  bahan  dielektrik  tidak  terdapat  elektron-elektron  konduksi  yang  bebas bergerak  di  seluruh  bahan  oleh  pengaruh  medan  listrik.  Medan  listrik  tidak  akan menghasilkan  pergerakan  muatan  dalam  bahan  dielektrik.  Sifat  inilah  yang  menyebabkan bahan dielektrik itu merupakan isolator  yang baik. Dalam bahan dielektrik, semua elektron- elektron terikat dengan kuat pada intinya sehingga terbentuk suatu struktur regangan (lattice) benda  padat,  atau  dalam  hal  cairan  atau  gas,  bagian-bagian  positif  dan  negatifnya  terikat bersama-sama sehingga tiap aliran massa tidak merupakan perpindahan dari muatan. Karena itu, jika suatu dielektrik diberi muatan listrik, muatan ini akan tinggal terlokalisir di daerah di mana muatan tadi ditempatkan [10] . Efisiensi relatif suatu bahan sebagai dielektrik ditunjukkan oleh  konstanta  dielektrik  (K)  dan  permitivitas  bahan [11] .  Konstanta  dielektrik  suatu  bahan didefinisikan sebagai perbandingan antara kapasitas kapasitor plat sejajar yang menggunakan dielektrik  dari  bahan  tersebut  dan  kapasitor  plat  sejajar  yang  menggunakan  udara  sebagai dielektriknya.
Dalam  penelitian  ini  bahan  dielektrik  yang  digunakan  adalah  air  hujan  yang  akan  diukur ketinggiannya.  Penambahan  mikrokontroler  Arduino  bertujuan  agar  nilai  kapasitansi  yang ada dapat  diolah dan dikontrol  untuk  dirubah dalam satuan tinggi  yang nantinya data tinggi curah  hujan  dapat  ditampilkan  digital  setiap  saat  pada  layar  LCD [6] .  Untuk  mengukur ketinggian  air  yang  ada  di  antara  kedua  pelat  kapasitor,  digunakan  perbandingan  komposisi bahan dielektrik  yaitu air dan udara. Perbedaan  komposisi atau perbandingan ketinggian air dan udara sebagai bahan dielektrik akan mempengaruhi nilai kapasitansi dari kapasitor yang terukur.  Ketika  volume  air  bertambah  maka  udara  berkurang  karena  kapasitansi  udara dianggap  kecil  maka  perubahan  kapasitansi  udara  sangat  kecil.  Ketika  volume  air  berubah maka  luas  kapasitor  air  akan  berubah  sehingga  mempengaruhi  kapasitansi  total,  dimana kapasitansi total ini sebanding dengan nilai h (ketinggian air) [9] .

## METODE
Pelaksanaan  penelitian  ini  terbagi  menjadi  tiga  bagian  yaitu  perancangan  dan  pengujian sensor  kapasitif,  pemrograman  perangkat  lunak  untuk  menmpilkan  hasil  level  curah  hujan pada LCD, dan pengujian atau validasi lapangan.

## Perancangan dan Pengujian Sensor Kapasitif
Perancangan sensor kapasitif menggunakan lempengan konduktor  yang ditempatkan sejajar. Dalam  perancangan  sensor  kapasitif  ini,  lempengan  tembaga  yang  digunakan  berupa  PCB. Dimensi  dari  plat  tersebut  adalah  panjang  20,9  cm  dan  lebarnya  yaitu  4,6  cm  yang ditempatkan saling berhadapan dan dipisahkan sejauh 0,8 cm. Plat konduktor tersebut dilapisi oleh  bahan  isolator  listrik  berupa  cat  atau  plastik  agar  tidak  terjadi  kebocoran  arus  ketika kedua  lempeng  tersebut  dihubungkan  dengan  kutub-kutub  sumber  tegangan  yang  berlainan polaritasnya.  Kedua  plat  tembaga  diletakkan  pada  wadah  yang  terbuat  dari  kaca  dengan tinggi dan lebar sama seperti plat konduktor yang dibuat. Wadah kaca dapat berfungsi sebagai penampung  air  hujan  yang  berfungsi  sebagai  bahan  dielektrik  dalam  sensor  kapasitif  dalam penelitian ini. Ilustrasi desain sensor kapasitif diberikan pada Gambar 1 berikut ini.
Gambar 1. ( Colour online) Desain sensor kapasitif
Selanjutnya  sensor  kapasitif  yang  telah  dibuat  dihubungkan  dengan  Arduino  melalui  pin analog A0 dan A5  yang  di  setiap pin  mengeluarkan tegangan 5 V. Dalam kasus  ini, pin  A5 pada Arduino berfungsi sebagai pensuplai tegangan, sehingga plat konduktor yang terhubung dengan  pin  A5  akan  bermuatan  positif.  Sedangkan  sebaliknya,  plat  yang  tidak  terhubung dengan A5 akan bermuatan negatif. Prinsip  pengisian dari kapasitor terjadi  ketika, pada pin A5  dibuat  keadaan  tinggi  atau  5  V,  sehingga  dalam  hal  ini,  kapasitor  akan  terisi  karena tersuplai tegangan dari pin A5. Sedangkan proses pengosongan kapasitor terjadi, ketika pada pin  A5 Arduino  dibuat rendah atau 0 V, dimana  dalam keadaan ini, muatan  yang tersimpan pada  kapasitor  akan  lepas  hingga  kapasitor  tidak  bermuatan.  Diagram  rangkaian  alat  ukur curah hujan yang didesain ini tampak seperti Gambar 2 berikut ini.

## Pemrograman Perangkat Lunak
Pemrograman  perangkat  lunak  bertujuan  untuk  memasukkan  program  ke  dalam mikrokontroller  dari  sistem  Arduino  Uno  sehingga  nantinya  sistem  ini  dapat  bekerja  secara otomatis  menampilkan  hasil  pengukuran  yang  diinginkan  seperti  halnya  nilai  tegangan keluaran dari kapasitor,  nilai  kapasitansi,  dan nilai  konstanta dielektrik serta terakhir  adalah nilai  dari  ketinggian  air  hujan  yang  ada  di  dalam  sensor  kapasitansi  pelat  sejajar.  Langkah- langkah pemrograman yang dilakukan digambarkan dalam diagram alir seperti tampak pada Gambar 3 di bawah ini.
Gambar 3. Langkah-langkah Pemrograman

## Pengujian atau Validasi Lapangan
Dalam pengujian lapangan, instrumen yang telah didesain dan diuji keakuratannya dibawa ke stasiun  pengukuran  curah  hujan  di  UPT  Pengairan  Kecamatan  Patrang  Kabupaten  Jember. Instrumen ditaruh berdekatan dengan alat  pengukur curah hujan  yang ada di UPT Pengairn. Selama  sebelas  hari  berturut-turut  curah  hujan  yang  terbaca  dari  kedua  peralatan  yang  ada dicatat  dan  dari  data  yang  diperoleh  dibuat  grafik  perbedaan  nilai  terukur  setiap  harinya. Selanjutnya  analisis  dan  diskusi  dilakukan  bedasarkan  hasil  data  yang  diperoleh  untuk akhirnya diambil kesimpulan dari keseluruhan penelitian ini.
Mulai
Mendeklarasikan pin arduino (A1 dan A5)
Mendefinisikan konstanta (V 1 dan C 2 )
Pengisina kapasitor (A5 = high)
Membaca tegangan keluaran (pin A0) Konversi nilai tegangan ke kapasitansi, konstanta dielektrik, dan ketinggian air (curah hujan) Pengosongan kapasitor (A5 = low) Selesai Membaca dan mencatat data tampilan

## HASIL DAN PEMBAHASAN

## Hasil Pengujian Alat
Setelah alat didesain dan dirangkai seperti tampak pada Gambar 1 dan Gambar 2 selanjutnya alat  tersebut  diuji  atau  dikalibrasi  untuk  mengetahui  keakuratan  hasil  pengukuran  yang terbaca.  Proses  pengujian  ini  dilakukan  dengan  mengukur  berapa  nilai  konstanta  dielektrik bahan  yang  sudah  tertentu  dalam  referensi  yakni  udara  dan  aquades.  Berdasarkan  referensi, nilai  konstanta  dielektrik  dari  udara  adalah  1  sedang  nilai  konstanta  dielektrik  dari  aquades adalah  78.  Nilai  konstanta  dielektrik  udara  ditentukan  dengan  mengosongkan  air  yang  ada diantara  pelat  kapasitor  atau  hanya  berisi  udara.  Sedang  nilai  konstanta  dielektrik  aquades diukur  dengan  mengisi  penuh  aquades  dalam  ruangan  atau  wadah  di  antara  pelat  kapasitor. Data  hasil  kalibrasi  dari  sistem  yang  dibuat  diberikan  pada  tabel  1  dan  2  berikut.  Nilai  K 1 sampai  K 5 berturut-turut  adalah  nilai  konstanta  dielektrik  pada  pengukuran  ke  1  sampai pengukuran ke 5, K’ adalah nilai rata-rata dari 5 kali pengukuran, K teori adalah nilai konstanta delektrik bahan berdasarkan referensi, ΔK adalah selisih nilai rata-rata dan teori, dan D (%) adalah nilai diskrepansi.
Tabel 1. Kalibrasi nilai konstanta dielektrik udara terukur oleh sensor
K 1 K 2 K 3 K 4 K 5 K’ K teori ∆ K D (%) 1,2 1,1 1,4 1,5 1,0 1,2 1,0 0,2 20
Tabel 2. Kalibrasi nilai konstanta dielektrik aquades terukur oleh sensor
K1 K2 K3 K4 K5 K’ K teori ∆ K D (%) 76,6 77,9 78 76,6 78,9 77,6 78 0,4 0,5

## Dari data pada
Tabel 1 terlihat bahwa nilai rata- rata kalibrasi konstanta dielektrik udara sebesar 1,2 dengan nilai  standart  deviasi  sebesar  0,2.  Jika  dihitung,  nilai  diskrepansi  pada  pengukuran  nilai konstanta  dielektrik  udara  adalah  sebesar | 1−1,2 1 | × 100% = 20% .  Nilai  ini  menyatakan besarnya perbedaan dari rata-rata nilai terukur yaitu 1,2 terhadap nilai menurut referensi yaitu 1.
Sementara  itu  kalibrasi  pada  aquades,  diterapkan  ketika  sensor  yang  dibuat  terisi  penuh dengan  bahan  dielektrik  aquades.  Nilai  konstanta  dielektrik  aquades  yang  didapat  dari  hasil rata  kalibrasi  adalah  sebesar  77,6.  Jadi  ada  selisih  sebesar  0,4  terhadap  nilai  konstanta dielektrik  aquades  berdasarkan  teori  yaitu  78.  Ketidak  sesuaian  atau  nilai  diskrepansi  yang didapat yaitu | 78−77,6 78 | × 100% = 0,5%
Berdasarkan  data  hasil  kalibrasi  di  atas,  meskipun  nilai  diskrepansi  untuk  pengukuran konstanta  dielektrik  masih  cukup  besar  (20%),  namun  di  sisi  lain  nilai  diskrepansi  untuk pengukuran  konstanta  dielektrik  aquades  terlihat  sangat  kecil  yaitu  0,5%.  Hal  ini  memberi penjelasan bahwa desain sensor ini memberikan hasil yang sangat akurat yaitu 99,5% untuk pengukuran  aquades.  Karena  pengukuran  ini  bertujuan  untuk  merancang  sensor  pengukur
ketinggian  air  hujan  yang  nilai  konstanta  dielektriknya  tidak  jauh  berbeda  dengan  aquades (sama-sama  air),  maka  desain  sensor  dan  instrument  ini  dapat  dipakai  untuk  pengukuran curah hujan.

## Hasil Pengujian dengan Kapasitansi Meter CM-3300A
Karakteristik  sensor  kapasitif  ketika  level  air  sebagai  bahan  dielektrik  yang  diberikan semakin tinggi maka nilai kapasitansi  yang didapat juga semakin besar.  Selanjutnya diambil data  hubungan  antara  peubahan  ketinggian  air  terhadap  nilai  tegangan  yang  terukur  untuk membuat  sebuah  persamaan  sebagai  dasar  pemrograman  pada  arduino.  Setelah  persamaan tersebut dimasukkan kedalam program arduino untuk menampilkan beberapa parameter yang diinginkan,  selanjutnya  nilai  kapasitansi  yang  ditampilkan  pada  LCD  dibandingkan  dengan nilai  kapasitansi  yang  terbaca  oleh  kapasitansi  meter  tipe  CM-3300A.  Perbandingan  nilai kapasitansi  yang  terbaca  pada  LCD  dan  nilai  yang  terbaca  pada  kapasitansi  meter  yang berhubungan dengan posisi ketinggian air ditampilkan dalam grafik pada Gambar 4.
Dari grafik pada  Gambar  4, dapat  dilihat bahwa nilai  kapasitansi  yang terbaca antara kedua alat  ukur  yaitu  kapasitansi  meter  dan  sistem  alat  yang  dibuat,  memiliki  nilai  yang  hamper sama.  Kalau  dibandingkan  dalam  satu  grafik,  titik-titik  datanya  yang  bersesuaian  hamper berimpit.  Hubungan  antara  tinggi  level  air  dan  nilai  kapasitansi  baik  yang  terukur  oleh kapasitansi  meter  maupun  yang  terukur  oleh  sistem  sensor  sama-sama  linier.  Hal  tersebut ditunjukkan  oleh  persamaan  linier  yang  tampak  pada  Gambar  4.1  dan  tingkat  kelinierannya juga  cukup  tinggi  yaitu  99,4%  untuk  kapasitansi  meter  dan  99,7%  untuk  hasil  pembacaan dengan sistem sensor..
Gambar 4. ( Colour online) Hubungan tinggi level air dengan kapasitansi
Standart error tertinggi yang diperoleh dari pembacaan sistem adalah 6,1 pada rata-rata nilai 367,0  pF,  dimana  error  tersebut  didapat  dari  lima  kali  pengulangan  pada  setiap  level  yang sama. Selisih tertinggi adalah 20,9pF pada ketinggian 15 cm. Dari data tersebut dapat dilihat bahwa semakin tinggi level air sebagai bahan dielektrik maka akan mempengaruhi besar nilai kapasitansi  yang  diperoleh.  Dari  hasil  tersebut  terlihat  bahwa  sensor  kapasitif  dan  program yang ditanamkan dapat bekerja dengan baik.

## Hasil Pengujian Prototype Alat Ukur Curah Hujan
Dalam  pengujian  ini,  bahan  dielektrik  yang  digunakan  berupa  air  hujan  yang  ditampung dalam  wadah  tertentu  untuk  digunakan  bahan  penelitian.  Tinggi  yang  ditampilkan  oleh sistem,  diperoleh  dari  perubahan  bahan  dielektrik  tersebut  yang  dibandingkan  dengan  alat ukur lain berupa penggaris.
Gambar 5. ( Colour online) Hubungan nilai kapasitansi dan tinggi air melalui pembacaan dari sistem dan penggaris
Gambar  5  menunjukkan  bahwa  warna  merah  menjelaskan  tinggi  air  yang  terukur  oleh penggaris  dan  warna  biru  menunjukkan  tinggi  air  yang  terbaca  oleh  sistem.  Dalam  grafik tersebut,  tinggi  yang  terbaca  sistem  akan  mengikuti  atau  berbanding  lurus  dengan  nilai kapasitansi  yang  terukur  dengan  tingkat  kelinieran  100%  atau  R 2 =1.  Dari  gambar  tersebut terlihat  bahwa  tinggi  yang  terbaca  oleh  sistem  dengan  tinggi  yang  terbaca  penggaris  tidak persis sama. Terdapat selisih nilai antara tinggi yang terbaca oleh sistem dengan yang terukur penggaris.  Selisih  terkecil  yaitu  0,19  mm  dengan  selisih  terbesar  4,93  mm.  Selisih  ini dikarenakan pembacaan tegangan yang tebaca oleh sensor bukan merupakan tegangan ketika kapasitor dalam keadaan jenuh, sehingga ada ketidakstabilan tegangan yang terbaca tersebut. Akan  tetapi  karena  selisih  nilai  yang  tidak  terlalu  besar,  alat  tersebut  dapat  diterapkan  atau diaplikasikan secara langsung untuk pengukuran curah hujan.

## Pengujian Lapangan Prototype Alat Ukur Curah Hujan
Alat  ukur  yang  telah  dibuat  dan  telah  mengalami  beberapa  proses  pengujian,  selanjutnya diaplikasikan  secara  langsung  di  lapangan  untuk  mengukur  curah  hujan.  Hasil  ukur  alat tersebut  diuji  dan  dibandingkan  dengan  alat  ukur  curah  hujan  yang  sudah  digunakan  di stasiun pengukuran curah hujan di daerah Bintoro kecamatan Patrang kabupaten Jember. Alat pembanding  yang digunakan dimiliki dan dirawat  oleh UPT Pengairan Patrang,  yang masih di  bawah  naungan  dari  Dinas  pekerjaan  umum  (PU)  Binamarga  dan  Sumber  Daya  Air Jember.  Alat  ukur  curah  hujan  yang  digunakan  masih  manual,  dengan  jenis  alat  ukur ombrometer.  Prinsip  kerja  alat  tersebut  adalah  menampung  air  hujan  dengan  luasan  yang terkena hujan sebesar 100 cm 2 . Setelah air hujan tertampung, setiap pagi sekitar pukul 06.00 sampai  07.00  WIB  ada  petugas  yang  mengukur  tinggi  air  hujan  tersebut.  Proses pengukurannya  yaitu dengan mengeluarkan air  melalui kran pada tabung bagian bawah dan
ditampung menggunakan gelas ukur. Dimana  gelas ukur tersebut  memiliki satuan mm  yang sudah dikonversi dan ditera oleh BMKG Kabupaten Malang. Data curah hujan yang terukur dengan  ombrometer  di  stasiun  pengukuran  curah  hujan  dicatat  dan  dibandingkan  dengan tinggi air atau curah hujan yang diukur dengan prototype alat ukur yang kita buat. Selisih niai hasil pengukuran dari kedua alat tersebut dihitung dan dibuat grafik hubungan antara waktu dan  selisih  curah  hujan  terukur  seperti  ditampilkan  pada  Gambar  6.  Pengambilan  data dilakukan selama 11 hari.
Gambar 6. ( Colour online) Grafik hubungan selisih curah hujan yang terukur antara kedua alat dengan waktu pengukuran
Dari Gambar 6 tersebut terlihat bahwa dari 11 data pengukuran yang diambil ada 9 data yang selisihnya  cukup  kecil  dan  terdapat  2  data  dengan  selisih  yang  sangat  tinggi,  yaitu  hari pengukuran ketiga dan kelima. Menurut teori statistik jika ada sedikit data pengukuran yang mempunyai  nilai  ekstrim  sehingga  kalau  dirata-ratakan  mengganggu  profil  data  secara umum, maka data tersebut dianggap sebagai data pencilan (outliers) dan data tersebut dapat diabaikan.  Jika  kita  mengabaikan  dua  data  yang  diambil  pada  hari  ketiga  dan  hari  kelima maka kita akan mendapatkan data selisih rata-rata pengukuran dengan menggunakan dua alat tersebut yaitu ombrometer dan instrumen berbasis sensor kapasif sebesar 0,82mm atau 10,5% relative terhadap nilai pengukuran curah hujan rata-rata selam 9 hari tersebut. Perbedaan nilai ini  dimungkinkan  dipengaruhi  oleh  beberapa  factor  seperti  sisa  air  yang  masih  ada  saat pembuangan pada instrumen sensor kaasitif dan adanya suhu air yang berubaha atau berbeda dari hari ke hari pada saat pengambilan data. Kita mengetahui bahwa konstanta dielektrik air cukup  tinggi  yaitu  78  sehingga  sisa  air  yang  ada  dalam  wadah  meskipun  sedikit  akan mempengaruhi  niai  kapasitansinya  yang  berujung  pada  perbedaan  nilai  ketinggian  air  yang terbaca. Selain itu suhu bahan dielektrik juga dapat mempengaruhi nilai kapasitansi pada saat pengukuran  sehingga  pada  akhirnya  juga  akan  mempengaruhi  nilai  hasil  pembacaan  curah hujan.  Namun  secara  umum  desain  alat  pengukur  curah  hujan  berbasis  sensor  kapasitif  ini bisa dipakai dengan tingkat akurasi atau tingkat kepercayaan sebesar 90%. Selain itu alat ini karena  berbasis  sensor  yang  bekerja  secara  elektronik,  maka  intrumen  ini  dapat dikembangkan  lebih  lanjut  menjadi  alat  pengukur  curah  hujan  yang  bekerja  dan  melakukan pengukuran secara otomatis sehingga dapat ditempatkan di remote area.

## KESIMPULAN
Penelitian  ini  telah  menghasilkan  kontruksi  sebuah  sistem  alat  ukur  curah  hujan menggunakan  sensor  kapasitif  plat  sejajar  berbasis  mikrokontroler.  Hasilnya  sistem  mampu membaca  dan  memperlihatkan  nilai  kapasitansi,  konstanta  dielektrik  dan  level  bahan
-5 0 5 10 15 20 25 0 5 10 15 Se lisi h tingg i  ( m m ) Waktu Pengukuran
dielektrik  yang  ditampilkan  pada  LCD.  Secara  garis  besar,  sistem  alat  mampu  digunakan untuk  melakukan  pengukuran  tinggi  suatu  level  air  yang  akan  digunakan  untuk  mengukr curah hujan tiap harinya. Kelebihan dari alat ini mampu mengukur tinggi curah hujan sebesar 200mm  atau  20cm.  Rata-rata  curah  hujan  tiap  harinya  sebesar  20mm  sehingga  dapat mengantisipasi  apabila  terjadi  hujan  yang  sangat  tinggi  yang  mengakibatkan  curah  hujan besar. Akan tetapi terdapat kekurangan dari alat yang dibuat, terutama kepresisian pembacaan oleh  sensor.  Sistem  alat  yang  digunakan  untuk  mengukur  ketinggian  air  hujan  memiliki akurasi yang cukup baik, dimana selisih nilai tertinggi ketika digunakan mengukur ketinggian hanya 4,93 mm dan terendah 0,19 mm.

## UCAPAN TERIMAKASIH
Penulis  mengucapkan  terimakasih  kepada  UPT  Pengairan  Kecamatan  Patrang  Kabupaten Jember  yang  telah  meberikan  ijin  dan  membantu  dalam  proses  penelitian  di  lapangan khususnya  pengambilan  data  curah  hujan  dari  alat  yang  didesain  dan  dan  data  pembanding dari alat yang dipakai pada UPT Pengairan.

## DAFTAR PUSTAKA
1 Handajani, N. 2005. Analisa Distribusi Curah Hujan dengan Kala Ulang Tertentu. Jurnal Rekayasa Perencanaan . 1 (3), 1-13.
2 Affandi,  R.A.,  Lubis,  &  Septiadi,  D.  2012.  Karakteristik  Pola  Curah  Hujan  di  Wilayah Sekitar  Teluk  (Study  Daerah  Nabire  Provinsi  Papua  dan  Fakfak  Papua  Barat. Jurnal Matematika dan Sains . 17 (2), 47-54.
3 Evita,  M.H.,  Mahfudz,  Suprijadi,  S.,  Djamal,  M.,  &  Khairurijal,  K.  2010.  Alat  Ukur Curah  Hujan  Tipping-Bucket  Sederhana  dan  Murah  Berbasis  Mikrokontroler. Jurnal Otomatis Kontrol Instrumentasi . 2 (2), 1-10.
4 Permana, R.G., Rahmawati, E., & Dzulkiflih. 2015. Perancangan dan Pengujian Penakar Hujan  Tipe  Tipping  Bucket  dengan  Sensor  Photo-Interrupter  Berbasis  Arduino. Jurnal Inovasi Fisika Indonesia . 4 (3), 71-76.
5 Sa-Ngiamvibool, Angkawisittpan, Nuan-On, Photong, & Kangrang. 2013. A Rain Gauge System  using  a  Capacitance  Sensor. International  Journal  of  Engineering  and Technology . 5 (4), 3596-3600.
6 Sutrisno. 1983. Fisika Dasar. Bandung: Institut Teknologi Bandung:
7 Young,  Hugh D.  &  Freedman, Roger A. 2000. University Physics. New  York: Addison Wesley Longman Inc. Jakarta: Erlangga.
8 Saripudin, A. 2008. Fisika Kelompok Teknolgi dan Kesehatan. Bandung: Grafindo Media Pratama.
9 Zahrotin,  E.  &  Endarko.  2014.  Rancang  Bangun  sensor  Kapasitif  Untuk  Level  Air. Jurnal Berkala Fisika . 17 (4), 129-138.
10  Mujib,  S.  &  Muntini,  M.  S.  2013.  Perancangan  Sensor  Kelembaban  Beras  Berbasis Kapasitor. Jurnal Sains Seni Pomits . 1 (1), 1-6.
11  Kamajaya. 1984. Ringkasan Fisika. 1 Ed. Bandung: Ganeca Exact Bandung.