RANCANG BANGUN INSTRUMEN PENGUKUR SUHU DAN KELEMBAPAN UDARA MENGGUNAKAN DT-SENSE SHT11
Imam Hidayat 1) , Hesky Stevy Kolibu 1) , Slamet Suyitno Raharjo 2)
1) Jurusan Fisika, FMIPA UNSRAT, Manado
2) Pusat Gempa Regional X BMKG, Manado e-mail: mamhid89@gmail.com; heskystevy@yahoo.com ; stageof.winangun@bmkg.go.id

## ABSTRAK
Telah dilakukan pembuatan instumen pengukur suhu dan kelembapan udara menggunakan sensor DT-Sense  SHT11  dan  modul  mikrokontroler  DT-AVR  Low  Cost  Micro  System.  Kemudian instrumen diuji dengan alat ukur standar. Pengujian dilakukan mulai bulan Juni 2013 dan berakhir bulan  Oktober  2013di  Laboratorium  Fisika,  Fakultas  Matematika  dan  Ilmu  Pengetahuan  Alam, Universitas  Sam  Ratulangi  Manado  dan  pengujian  lapangan  dilakukan  di  Stasiun  Meteorologi Kelas  II  Maritim  Bitung.  Hasil  pengujian  dianalisis  dengan  metode  grafik,  analisis  Korelasi  dan Uji  t  sampel  berpasangan.  Hasilnya  berhasil  dibuat  dengan  ketelitian  pengukuran  hingga  0,01 o C untuk pengukuran suhu udara dan 0,0001% untuk pengukuran kelembapan udara. Terdapat selisih antara instrumen yang dibuat dengan alat ukur standar. Rata-rata 1,4 o C untuk suhu udara dan 3% untuk kelembapan relatif.
Kata kunci: sensor, mokrokontroler, SHT11

## DESIGN AND BUILD OF AIR TEMPERATURE AND HUMIDITY MEASUREMENT INSTRUMENT USING DT-SENSE SHT11

## ABSTRACT
Have  been  made  a  temperature  and  humidity  measurement  instrument  using  DT-Sense  sensor SHT11 and microcontroller modules DT-AVR Low Cost Micro System. Then the instrument was tested with standard measurement tools. The tests were conducted starting in June 2013 and ended in October 2013 at the Laboratory of Physics, Faculty of Mathematics and Natural Sciences, Sam Ratulangi  University  and  field  trials  conducted  in  Class  II  Meteorological  Station  Maritime Bitung.  The  test  results  were  analyzed  by  graphical  method,  correlation  analysis  and  paired sample t test.The result of measurement accuracy up to 0,01 o C for measuring air temperature and up to 0,0001% for air humidity measuring. The difference between the instruments are made with standard measurement tools. An average of 1.4 ° C for temperature and 3% for relative humidity.
Keywords: sensor, microcontroller, SHT11

## PENDAHULUAN
Keadaan  cuaca  adalah  fenomena  alam yang  terdiri  dari  berbagai  proses  fisis  yang menyertainya. Di dalam mempelajari fenomena  cuaca  perlu  diketahui  unsur  – unsur cuaca. Pada stasiun pengamatan cuaca, unsur –  unsur cuaca  yang diamati  antara lain suhu dan kelembapanudara relatif.
Kelembaban  relatif  dan  suhu  udara  adalah parameter yang penting
dalam pengukuranmeteorologi.  Kelembaban  relatif menggambarkan  rasio  uap  air  yang  terdapat dalam  campuran  udara-air  dalam  fasa  gas
pada  suhu  udara  tertentu,  sedangkan  suhu udara yaitu jumlah panas yang terkandung di udara ( Tjasyono, 2004).
Pengembangan  instrumentasi  digital semakin  canggih  dari  waktu  ke  waktu.
Pengembangan sensor berbasis
semikonduktor yang terkalibrasi dan memiliki  akurasi  tinggi  semakin  mudah didapat.  Pengembangan  sebuah  instrumen untuk mengukur kelembaban relatif dan suhu udara  sangat  diperlukan,  sehingga  dalam penelitian ini dibuat suatu alat ukur suhu dan kelambapan udara otomatis dengan menggunakan  modul  DT-  SENSE  SHT11.
DT  –  SENSE  SHT11  adalah  modul  sensor yang  dapat  mengukur  suhu  dan  kelembapan udara yangkemudian hasil pengukuran diverifikasi  dengan  alat  konfensional  yang ada di Stasiun Meteorologi untuk mengetahui keakuratannya.

## METODE

## Waktu Penelitian
Penelitian dilakukan mulai bulan Juni 2013  dan  berakhir  bulan  Oktober  2014  di Laboratorium  Fisika,  Fakultas  Matematika dan  Ilmu  Pengetahuan  Alam,  Universitas Sam  Ratulangi  Manado.  Pengujian  lapangan dilakukan  di  Stasiun  Meteorologi  Kelas  II Maritim Bitung.

## Desain Alat
Penelitian  ini  menggunakan  desain instrumen sebagai berikut:
Gambar 1. Desain Instrumen
Perangkat  keras  alat  pengukur  suhu dan  kelembapan  udara  ini  terbagi  menjadi  4 bagian yaitu : (1) Unit komputer personal, (2) Unit  mikrokontroler,  (3)  Unit  catu  daya  dan (4)  Unit  sensor.  Tegangan  yang  diberikan pada  modul  mikrokontroler  sebesar  9  VDC. Rancangan  catu  daya  tersebut  melalui  tiga proses  yaitu  penurunan  tegangan,  penyearah arus kemudian regulasi tegangan.
Perangkat  lunak  berkaitan  dengan  kinerja perangkat keras. Perangkat lunak pada sistem mikrokontroler  biasa  juga  disebut firmware . Dalam  penelitian  ini  program  untuk  sisi mikrokontroler  ditulis  dengan  bantuan  Code Vision AVR dan program pada sisi komputer dibuat  menggunakan  Borland  Delphi  7.0.
Firmware
mikrokontroleryang telah
ada download ke
mikrokontroler menggunakan DT-HiQ AVR USB ISP.

## Pengujian
Pengujian  skala  lapangan  meliputi kinerja  instrumen  di  lapangan  dan  hasilnya
dibandingkan dengan alat ukur yang ada. Alat ukur  pembanding  yang  digunakan  berupa termometer  bola  basah  dan  termometer  bola kering  di  Stasiun  Meteorologi  Kelas  II Maritim  Bitung.  Alat  diletakan  pada  tempat yang  sama  secara  berdampingan  selama 10x24  jam.  Interval  yang  digunakan  untuk pengukuran adalah sebesar 1 jam. Hasil yang didapat oleh instrumen yang dibuat dibandingkan  dengan  hasil  observasi  harian BMKG.

## Pengolahan Data
Analisis  grafik  digunakan  untuk memvisualisasikan data. Metode ini menggunakan  software  Microsoft  Excel 2007.  Data  yang  diplot  adalah  data  selisih suhu  dan  selisih  RH  tiap  jam  selama  rentang waktu  penelitian,    kemudian  ditarik  rata- ratanya.  Data  rata-rata  tersebut  diplot  untuk mengetahui  besarnya  selisih  suhu  (ΔT)  dan selisih  RH  (ΔRH)  antara  alat  ukur  standar dan SHT11.
Analisis  korelasi  digunakan  untuk mengetahui  arah  dan  kekuatan  hubungan antara  dua  variabel,  dalam  hal  ini  hubungan antara  data  pengukuran  alat  standar  dengan instrumen yang diteliti (SHT11). Piranti yang digunakan dalam metode ini adalah MINITAB  14.  Ukuran  hubungan  linear antara  dua  variabel  dan  dengan koefisien korelasi sampel r , yaitu:
        
                
                         
              n i n i i i n i n i i i n i i n i i n i i i n n n r 1 2 1 1 2 1 2 1 1 1
Bila r = 0 atau mendekati 0, maka hubungan antara kedua variabel sangat lemah atau tidak terdapat  hubungan  sama  sekali.  Bila  r  =  1 atau  mendekati  1,  maka  hubungan  antara keduanya  sempurna  positif  atau  terdapat hubungan  yang  sangat  kuat.  Bila  r  =  -1  atau mendekati -1, maka hubungan antara keduanya  sempurna  negatif  atau  terdapat hubungan yang sangat kuat negatif. Sedangkan  tingkat  signifikansi  ditetapkan 95%  atau P =  0,05.  Jika  p-  value  lebih  kecil dari  0,05  maka  dikatakan  hubungan  kedua variabel  signifikan  sedangkan  jika  p  –  value lebih  besar  atau  sama  dengan  0,05  maka dapat  disimpulkan  hubungan  kedua  variabel tidak signifikan
Paired  sample  t  test yaitu  metode pengujian berdasarkan beda dua sampel yang berpasangan dan menentukan apakah hasilnya  secara  statistik  berbeda.  Paired sample t-test dirumuskan sebagai berikut:
n s X X t d O d  
Dimana:
d X = Selisih data rata-rata
O X = Nilai selisih yang diharapkan.Biasanya
benilai 0 S d = Standar deviasi dari selisih data n  =  Jumlah pasangan sampel Kesimpulan:
Ho  :  tidak  ada  perbedaan  antara  alat  standar dengan SHT11 H1: ada perbedaan antara alat standar dengan SHT11
Ho  diterima  dan  H1  ditolak  apabila  hasil t hitung  lebih  kecil  dari t tabel  sedangkan apabila t hitung lebih besar dari t tabel maka Ho ditolak dan H1 diterima.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Perakitan Instrumen
Gambar 2. Integrasi instrumen Catu daya yang telah dibuat dihubungkan  dengan  modul  mikrokontroler pada  V  in.  Kabel  Vout  (+)  pada  catu  daya dihubungkan  ke  V  in  +9VDC  pada  modul mikrokontroler.  Kabel  GND  pada  catu  daya dihubungkan
ke GND modul mikrokontroler.Lampu  LED  indikator  akan menyala  apabila  catu  daya  telah  terhubung dengan benar.
Modul  sensor  DT-SENSE  SHT11 dan  modul  mikrokontroler  DT-AVR  Low Cost  Micro  System  dihubungkan  dengan kabel  jumper.  Kabel  ini  berfungsi  untuk komunikasi data antara sensor dan mikrokontroler. Pada sisi modul mikrokontroler  port  yang  digunakan  adalah
Port  A  atau  pin  J10.  Tata  letak  pin ditunjukkan  pada  gambar  10  dan  pasangan pin  antara  DT-AVR  dan  DT-SENSE  SHT11 dihubungkan sesuai pada tabel 1
.
Gambat 3. Alokasi pin J10
Gambar 4. Alokasi pin SHT11
Tabel 1. Alokasi pin DT-AVR dan DT-Sense SHT11
Pembuatan firmware dilakukan menggunakan  CVAVR  (Code  Vision  AVR). Kode  pemrograman  kemudian  dikompilasi. Setelah kompilasi, akan terbentuk file dengan ekstensi  .hex. Firmware yang  telahterbentuk,
kemudian  diunduh  ke  dalam  mikrokontroler Atmega8535  menggunakan  kabel  data  DT- HIQ AVR USB ISP.
Pada  komputer  program  tampilan data  dibuat  menggunakan  bantuan  Borland Delphi  7.0.  Bahasa  yang  digunakan  pada Delphi adalah bahasa pemrograman
Pascal.Pada  pemrograman  ini  dilakukan konversi  suhu  dan  kelembapan  udara  dari sinyal  yang  dikirim  oleh  mikrokontroler. Kode yang telah benar seluruhnya dikompilasidengan  menekan  CTRL  +  F9. File  program  hasil  kompilasi  akan  terbentuk pada  folder  di  mana  diletakkan  Delphi Project dengan ekstensi . exe.
Gambar 5.  Tampilan program.

## Pengujian
Pengujian lapangan dilakukan di Stasiun Meteorologi Kelas  II Maritim Bitung. Modul sensor  SHT11  diletakan  dalam  sangkar meteorologi
berdampingan dengan termometer  bola  basah  dan  termometer  bola kering  sedangkan  modul  mikrokontroler  dan komputer  display  data  diletakkan  di  bawah sangkar.  Interval  pengambilan  data  perjam, bersamaan  dengan  pembacaan  termometer bola  kering  dan  termometer  bola  basah  pada waktu jam pengamatan.
1. Suhu Udara
Hasil  pengukuran  suhu  udara  antara sensor SHT11 dan termometer memiliki garis tren  yang  mirip  dengan  data  pengukuran dengan termometer
konvensional, namunnilainya
berbeda dengan data termometer. Terdapat selisih antara data hasil pembacaan sensor SHT11dengan hasil pembacaan thermometerrange selisihnya antara  1,2 o C  hingga  1,5 o C  dengan  rata-rata 1,38 o C
Gambar  6. Grafik data suhu udara
termometer versus SHT11 Analisis menggunakan korelasi didapat  nilai r sebesar  1,000  dan P  -  value sebesar 0,000. Analisis tersebut mengindikasikan  hubungan  antara  data  suhu dari SHT11 dan termometer sangat tinggi dan keduanya  dikatakan  signifikan,  karena P- value nya < 0,05.
Uji  t  tersebut,  didapat  perhitungan  t statistik sebesar – 307.55. Nilai ini jauh lebih kecil dari nilai t tabel dengan α = 0,05 dan df =  240  sebesar  1,6512,  oleh  karena  itu  dapat disimpulkan  Ho  diterima  atau  tidak  ada perbedaan hasil pengukuran.
2. Kelembapan Udara
Pengukuran kelembapan udara antara sensor  SHT11  dan  termometer  dapat  dilihat pada  gambar.  Berdasarkan  tampilan  gambar bisa  dilihat  bahwa  hasil  pengukuran  SHT11 memiliki  garis  tren  yang  mirip  dengan  data pengukuran  dengan  alat  ukur  standar.  Selisih kelembapannya tidak konstan di tiap-tiap jam dengan  selisih  yakni  berkisar  antara  2% hingga 5%, selisih rata-rata 3,3%.
Gambar 7. Grafik data kelembaban BB/BK versus SHT11
Analisis  korelasinya  didapat  nilai r sebesar  0,998  dan P  -  value sebesar  0,000 yang  berarti  bahwa  antara  data  kelembapan
dari SHT11 dan alat ukur standar mempunyai hubungan  yang  sangat  tinggi.  Hubungan keduanya juga dikatakan signifikan karena P- value nya < 0,05.
Analisis uji t didapat nilai perhitungan t statistik  sebesar  -81,90    jauh lebih  kecil  dari  nilai t tabel  dengan  α  =  0,05 disimpulkan  Ho  diterima  atau  tidak  ada perbedaan hasil pengukuran.

## KESIMPULAN
1. Telah  dibuat  instrumen  pengukur  suhu udara  dan  kelembapan  udara  relatif dengan menggunakan sensor DT- SENSE  SHT11  dan  mikrokontroler  DT- AVR  Low  Cost  Micro  System  dengan ketelitian  maksimum  0,01 o C  untuk  suhu udara  dan  0,0001%    untuk  kelembapan udara relatif.
2. Dari  pengujian  instrumen  di  Stasiun Meteorologi menujukkan performa yang baik.
3. Tedapat  selisih  rata-rata  +  1,4 o C  untuk suhu udara dan + 3% untuk kelembapan udara relatif.

## DAFTAR PUSTAKA
Atmel.  2008. 8-bit  AVR®  Microcontroller with 32 KB In-System Programmable Flash . http://www.atmel.com/dyn/resources/ prod_documents/doc2503.pdf. [21September 2013] Sensirion. 2007. SHT1x/SHT7x Humidity and Temperature Sensor . http://www.sensirion.com/images/get File?id=25. [31 Juli 2013]
Soepangkat.  1994. Pengantar  Meteorologi .
Badan Diklat Meteorologi dan Geofisika, Jakarta.
Tjasyono,  B.  2004. Klimatologi. ITB: Bandung. Walpole,  Ronald  E.,Myers,  Raymond  H.
1995. Ilmu  Peluang  dan  Statistika
Untuk  Insinyur  dan  Ilmuwan .  ITB,
Bandung.
Wiyono, Didik., S. T. 2007. Panduan Praktis Mikrokontroler Keluarga AVR Menggunakan  DT-Combo  AVR  51 Starter  Kit  dan  DT-Combo  AVR Exercise . Innovative Electronics, Surabaya.