## DIGITALISASI ALAT GEOLISTRIK UNTUK KONFIGURASI SCHLUMBERGER BERBASIS PENGENDALI MIKRO ARDUINO MEGA
Aris irvan 1 , Nehru 2 ,dan Samsidar * , 1 Fisika, Fakultas Sains Dan Teknologi, Universitas Jambi, Jl. Jambi-Ma.Bulian KM 15 , Jambi, 36361, Indonesia
2 Pendidikan Fisika, Fakultas Keguruan dan ilmu Pendidikan, Universitas Jambi, Jl. Jambi-Ma.Bulian KM 15 , Jambi, 36361, Indonesia Email: samsidar@unja.ac.id

## ABSTRAK
Penelitian ini memaparkan proses perancangan dan performa alat geolistrik digital. Tujuannya yaitu menghasilkan alat geolistrik digital sebagai pengembangan dari alat geolistrik manual. Dalam penelitian ini alat geolistrik digital dirancang dengan sistem kontrol melalui arduino Mega 2560. Arduino tersebut akan mengontrol kinerja dari sensor dan modul sebagai pengganti voltmeter dan amperemEter yang biasa terpasang pada geolistrik manual. Pengujian dilakukan untuk melihat hasil bacaan alat dengan uji resistor dan box model. Pengujian box model dilakukan dengan pembanding Naniura. Medium pada box model menggunakan pasir basah dan tanah basah secara terpisah. Hasil uji arus dan tegangan menghasilkan error rata-rata sebesar 1,74% untuk tegangan dan 17,97% untuk arus. Pengujian dengan box model untuk kedua medium menghasilkan perbedaan nilai yang cukup signifikan, namun dengan model tahanan jenis yang hampir sama.
Kata kunci: Geolistrik Digital; Arduino Mega;, Error; Box Model.

## ABSTRACT
[Title: Digitizing Geoelectric Tools For The Schlumberger Configuration Based Arduino Mega Microcontroller] This study describes the design process and performance of digital geoelectric devices. The goal is to produce digital geoelectric devices as the development of manual geoelectric devices. In this study a digital geoelectric device was designed with a control system via Arduino Mega 2560. The Arduino will control the performance of sensors and modules instead of the usual voltmeter and amperemEter mounted on manual geoelectric. Testing is done to see the results of reading the tool with a resistor test and model box. Testing the model box is done by comparing naniura. The medium in the model box uses wet sand and wet soil separately. Current and voltage test results produce an average error of 1.74% for voltage and 17.97% for current. Testing with the model box for the two mediums produces a significant difference in value, but with the same type of resistance model.
Keywords: Digital Geoelectrics;  Arduino Mega; Errors;  Box Mod

## PENDAHULUAN
Geolistrik merupakan salah satu metode dalam geofisika  yang  mempelajari  sifat  aliran  listrik  di bawah  permukaan  bumi  beserta  bagaimana  cara mendeteksinya.  Pendeteksian  tersebut  meliputi pengukuran medan potensial, arus dan elektromagnetik  (Dobrin,  1981).  Salah  satu pendugaan dengan metode  geolistrik adalah metode geolistrik  resistivitas.  Prinsip  kerja  geolistrik resistivitas  adalah  mengukur  resistivitas  dengan mengalirkan arus listrik kedalam lapisan bawah tanah melalui elektroda arus. Kemudian arus diterima oleh elektroda  potensial  dengan  menganggap  bumi sebagai  resistor.  Metode  geolistrik  resistivitas menggunakan prinsip hukum Ohm bahwa resistansi suatu  bahan  berbanding  terbalik  dengan  nilai  arus yang  mengalir  dan  berbanding  lurus  dengan  beda potensial (Indarto, et al . 2016).
Menurut  Telford  (1990),  tahanan  jenis  atau resistivitas  adalah  kemampuan  suatu  bahan  untuk menahan  arus  listrik  yang  bergantung  kepada  jenis bahan itu sendiri. Biasanya direpresentasikan dengan ρ (rho) dalam sebuah persamaan matematik. Setiap jenis bahan mempunyai nilai resistivitas yang berbeda dengan  asumsi  bahwa  bahan  tersebut  ada  yang menangkap respon listrik dengan baik dan ada yang merespon  dengan  buruk  (Halliday  dan  Resnick, 1978).  Pada  akuisisi  data  geolistrik,  potensial  yang terukur  akan  berbeda,  tergantung  kepada  nilai resistivitas  yang  terkandung  pada  lapisan-lapisan bebatuan di bumi. Nilai tahanan jenis yang terukur bukanlah  tahanan  jenis  yang  sebenarnya  melainkan tahanan jenis semu ( ρ α ) (Reynolds, 1997).
Nilai  dari  tahanan  jenis  yang  terukur  akan bergantung  kepada  jarak  elektroda.  Susunan elektroda  tersebut  akan  bergantung  kepada konfigurasi  elektroda  yang  dipakai.  Salah  satunya adalah  konfigurasi  Schlumberger.  Konfigurasi Schlumberger  merupakan  konfigurasi  yang  sering dipakai  untuk  survey sounding .  Konfigurasi Schlumberger  memiliki  spasi  jarak  antar  elektroda yang tidak sama. Spasi antar elektroda potensial lebih kecil  ketimbang  elektroda  arus  (Amin,  2017). Penentuan resistivitas semu berdasarkan konfigurasi schlumberger dapat ditentukan dengan rumus :
( 1) a an n = + × (resistansi) (1)
Pengembangan  pada  alat  geolistrik  dapat dilakukan dengan mengubah proses pembacaan data manual menjadi proses digital. Proses tersebut dapat dilakukan  dengan  menggunakan  Arduino  sebagai pengendali mikro pada sebuah alat untuk dikontrol kinerjanya.  Arduino  Mega  2560  merupakan  salah satu jenis Arduino yang memiliki jumlah pin analog ataupun digital lebih banyak ketimbang jenis Arduino
yang lain. Arduino Mega 2560 memiliki 54 pin input atau  output  (I/O)  digital  dan  16  pin  input  analog. Banyaknya pin tersebut memungkinkan untuk dapat mengontrol banyak sensor ataupun modul pada suatu rancangan alat. Berdasarkan datasheet Arduino Mega 2560, tegangan input yang direkomendasikan adalah pada  rentang  7-12V  sedangkan  tegangan  output dibatasi  pada  rentang  6-20V.  Penelitian  ini  sangat penting untuk dilakukan dalam hal memberi sebuah inovasi  atau  pun  gagasan  dalam  pengembangan  alat geolistrik.  Alat  geolistrik  yang  dirancang  akan memberikan sebuah kemudahan dalam proses kinerja maupun  penyimpanan  data.  Alat  yang  telah  selesai dirancang  akan  dilakukan  pengujian  dengan  media resistor  dan  sampel  medium  yang  diletakkan  pada kotak uji ( box model) .

## METEDOLOGI PENELITIAN Alat dan Bahan Penelitian
Alat yang digunakan dalam penelitian ini yaitu: satu set inverter, multimeter, Arduino Mega 2560, LCD TFT, ACS712, RTC DS1307, potensiometer, switch rotary, relay 12 volt, push button, kotak uji dan tools  kit .  Bahan  yang  digunakan  berupa  30  variasi resistor, pasir dan tanah.

## Perancangan dan Pembuatan Alat
Perancangan  alat  meliputi  proses  desain, perakitan  dan  pengujian.  Pada  penelitian  ini  desain alat  meliputi  desain  skema  umum  dan  desain skematik.  Hasil  desain  akan  menjadi  acuan  dalam perakitan alat. Perakitan alat dilakukan pada dua unit, yaitu unit geolistrik dan unit mikro. Unit geolistrik digunakan  sebagai  pembangkit  tegangan  dalam keperluan injeksi, sedangkan aspek mikro merupakan sistem  proses  penangkap  isyarat  data  yang  muncul. Aspek mikro didukung oleh sensor-sensor dan modul yang kinerjanya diatur melalui Arduino Mega.

## Pengujian Alat
Pengujian  dilakukan  dalam  dua  tahap,  yaitu pengujian  dengan  resistor  dan  pengujian box  model skala lab. Pengujian menggunakan resistor dilakukan untuk  mengetahui  tingkat  akurasi  dari  pembacaan alat  geolistrik  digital.  Alat  geolistrik  digital  akan dibandingkan  dengan  multimeter  dalam  membaca arus  dan  tegangan.  Pengganti  medium  bumi digunakan  resistor  sebagai  pembebanan  pada  setiap spasi elektroda. Resistor yang digunakan sebanyak 30 macam dengan nilai 51 𝛺 , 100 𝛺 , 220 𝛺 , 250 𝛺 , 300 𝛺 , 330 𝛺 , 390 𝛺 , 470 𝛺 , 510 𝛺 , 560 𝛺 , 800 𝛺 , 1000 𝛺 , 1100 𝛺 , 1800 𝛺 , 2000 𝛺 , 2200 𝛺 , 2700 𝛺 , 3300 𝛺 , 4700 𝛺 , 5600 𝛺 , 6200 𝛺 , 6900 𝛺 , 9200 𝛺 , 10000 𝛺 , 12000 𝛺 , 15000 𝛺 , 19000 𝛺 , 22000 𝛺 , 27000 𝛺 dan  33000 𝛺 .  Data  yang  didapat  akan
dibandingkan untuk melihat error arus dan tegangan. Selain itu akan dilihat standar deviasi dari error data yang dihasilkan.
Setelah  pengujian  resistor  menghasilkan error dibawah 10%, dilakukan simulasi pengambilan data lapangan skala lab. Pengujian skala lab menggunakan box model dengan medium pasir dan tanah. Pengujian antara dua medium dilakukan pada setiap bahan tanpa dicampur. Pembanding data dilakukan hal yang sama dengan  alat  geolistrik  standar  merek  Naniura. Konfigurasi  yang  digunakan  adalah  konfigurasi Schlumberger  dengan  panjang  lintasan  30  cm  dan spasi awal 1 cm.

## Analisa Data
Proses  analisa  data  dilakukan  dengan menggunakan aplikasi ip2win dan Microsoft Excel. Hasil pengujian  dengan  menggunakan  resistor  akan dihimpun dengan menggunakan Microsoft Excel. Data tersebut  kemudian  dibandingkan  dan  dihitung error arus  dan  tegangan.  Perhitungan error dari  data  arus dan tegangan dengan rumus :
( ) 0 0 100 terukur sebenarnya sebenarnya v v Tegangan v = × (2)
(%) 100 terukur sebenarnya sebenarnya I I Arus I =
× (3)
Selain  itu  dihitung  standar  deviasi  dari error yang dihasilkan dengan rumus :
( ) 2 1 1 1 N i i s x x N = = (4)
Hasil pengujian box model akan dianalisa dengan menggunakan aplikasi ip2win .

## HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil Uji Tegangan Dengan Resistor
Pengujian  dengan  resistor  dilakukan  untuk mengetahui besarnya error dari hasil pembacaan alat saat dibandingkan dengan multimeter. Pengujian ini merupakan  simulasi  pengambilan  data  dengan hambatan  yang  telah  diketahui.  Pembebanan  pada setiap  elektroda  dilakukan  dengan  menghubungkan resistor  pada  elektroda  sebagai  pengganti  medium spasi. Hasil pengujian tegangan terhimpun pada tabel 1.
Tabel 1. Data Tegangan Pada Pengujian Resistor. No. Resistor ( 𝛺 ) Geolistrik (mV) Voltmeter (mV) Error (%) 1 51 7886,1 7780 1,4 2 100 8431,6 8454 0,3 3 220 8618,7 8652 0,4
4 250 8414,6 8506 1,1 5 300 8394,2 8438 0,5 6 330 8423,7 8494 0,8 7 390 8291,2 8374 1,0 8 470 8201,3 8046 1,9 9 510 8162,1 8206 0,5 10 560 8072,3 7922 1,9 11 800 7406,1 7458 0,7 12 1000 7270,5 7286 0,2 13 1100 7043,5 7140 1,4 14 1800 6383,8 6440 0,9 15 2000 5810,6 5666 2,6 16 2200 5560,8 5584 0,4 17 2700 5000,7 5120 2,3 18 3300 4425,9 4452 0,6 19 4700 3323,6 3330 0,2 20 5600 2797,5 2808 0,4 21 6200 2350,8 2528 7,0 22 6900 2258,8 2218 1,8 23 9200 1576,3 1666 5,4 24 10000 1153,3 1140 1,2 25 12000 6594,5 6422 2,7 26 15000 5712,5 5768 1,0 27 19000 4999,1 5068 1,4 28 22000 4298,5 4104 4,7 29 27000 3695,9 3706 0,3 30 33000 3158,9 2942 7,4
Data  tegangan  yang  ditunjukkan  sebenarnya berbanding  terbalik  pada  nilai  resistor.  Dimana semakin  besar  hambatan,  maka  tegangan  yang dihasilkan akan semakin kecil. Hanya saja pada nilai resistor 12K 𝛺 dilakukan kenaikan inverter ke range 2. Proses menaikkan range tersebut dilakukan karena pada display nilai  tegangan  tidak  terbaca  akibat tegangan terlalu kecil dan bernilai negatif. Nilai error yang dihasilkan berada dibawah 7% dengan rata-rata 1,74% dan standar deviasi 1,93 .

## Hasil Uji Arus Dengan Resistor
Arus pada alat dihasilkan dari pembacaan sensor ACS712. Pengujian dilakukan
dengan membandingkan  hasil  pembacaan  alat  dengan amperemeter. Hasil pengujian arus ditunjukkan pada tabel 2.
Tabel 2. Data Arus Pada Pengujian Resistor No . Resisto r ( 𝛺 ) Geolistri k (mA) Amperemet er (mA) Error (%) 1 51 521 499,6 4,3
2 100 293,8 280,6 4,7 3 220 143,4 137 4,7 4 250 121,4 112,8 7,6 5 300 104,4 104 0,4 6 330 100,4 94,2 6,6 7 390 83,8 81,2 3,2 8 470 75,2 69,6 8,0 9 510 67 65 3,1 10 560 63,2 60 5,3 11 800 43,8 42,6 2,8 12 1000 39,2 37 5,9 13 1100 36,2 32 13,1 14 1800 26,6 25,4 4,7 15 2000 21,8 22 0,9 16 2200 20,8 20,6 1,0 17 2700 19 18 5,6 18 3300 16,8 16,2 3,7 19 4700 13,2 11 20,0 20 5600 10,8 10,6 1,9 21 6200 11,8 8 47,5 22 6900 9,6 8 20,0 23 9200 8,2 8 2,5 24 10000 9,8 6,6 48,5 25 12000 10 6,4 56,3 26 15000 10,6 5,2 103, 8 27 19000 5,6 4 40,0 28 22000 4,6 2,8 64,3 29 27000 3,6 2,8 28,6 30 33000 2,4 2 20,0
Nilai  arus  pada  amperemeter  dan  ACS712 mengalami  penurunan  dengan  nilai  yang  hampir sama. Perbedaan mulai terlihat pada variasi resistor 6200 𝛺 . ACS712 mulai mengalami error yang begitu signifikan.  Berdasarkan  perhitungan  error  yang dipakai  sebelumnya,  rentang  error  terbaik  terlihat dari variasi 51 𝛺 sampai 5600 𝛺 dengan kisaran nilai dibawah 8 %. Sedangkan error mulai signifikan naik dan tidak beraturan saat berada pada variasi 6200 𝛺 . Nilai error rata-rata  dari  data  arus  yang  dihasilkan adalah  17,97%  dengan  standar  deviasi  23,94. Perbedaan  tersebut  dikarenakan  batas  sensitifitas sensor  ACS712  yang  digunakan  hanya  mampu mendeteksi arus pada rentang 10 mA sampai 5 A.

## Hasil Pengujian Box Model
Pengujian  box  model  dilakukan  dengan menggunakan  medium  pasir  dan  tanah  liat.  Kedua medium tersebut akan disiram air hingga jenuh. Hasil
pengolahan  data  pada  kedua  medium  ditunjukkan pada gambar 1 dan 2.
(a) (b)
Gambar  1. Model  Tahanan  Jenis  Pasir  Basah.  (a) Alat Geolistrik Digital, (b) Alat Geolistrik Naniura
Berdasarkan  tabel  data  resistivitas  batuan (telford,1990), resistivitas pasir berada pada rentang 1  –  10 3 𝛺 m.  Hasil  pengujian  alat  geolistrik  digital menunjukkan  pembacaan  nilai  rho  semu  yang berkisar antara 1,39 𝛺 m – 23,53 𝛺 m dan Nilai rho semu Naniura berkisar antara 0,26 𝛺 m – 27,69 𝛺 m. Berdasarkan  hasil  pengolahan  data,  kedalaman  dan ketebalan yang dijangkau alat geolistrik digital adalah sekitar  3,28  cm  dan  resistivitas  sebesar  28,6 𝛺 m. Sedangkan alat Naniura menghasilkan kedalaman 1,8 cm dengan resistivitas 37,7 𝛺 m  dan kedalaman 5,7 cm  dengan  resistivitas  sebesar  24,7 𝛺 m.  Pada  alat geolistrik  digital error terendah  mencapai  70,7  % sedangkan  Naniura  menghasilkan error lebih  kecil dengan 9,72 %.
(a) (b)
Gambar 2. Model Tahanan Jenis Tanah Liat Basah. (a)  Alat  Geolistrik  Digital.  (b)  Alat  Geolistrik Naniura.
Berdasarkan  pengolahan  data,  alat  geolistrik digital menjangkau kedalaman dan ketebalan sampai 4,46 cm dan resistvitas sebesar 10,9 𝛺 m. Sedangkan naniura mencapai 2 bentuk kedalaman, yaitu 1,8 cm dan  5,7  cm.  Pada  kedalaman  1,8  cm,  nilai resistivitasnya adalah 39 𝛺 m dan kedalaman 5,7 cm menghasilkan  nilai  27,8 𝛺 m.  Alat  geolistrik  digital menghasilkan error sebesar  21,8%  dan  Naniura menghasilkan error sebesar 18,4%.
Hasil pengolahan data dari pada medium tanah dan  pasir  menunjukkan  model  tahanan  jenis  yang hampir  sama.  Perbedaan  terlihat  dari  ketinggian grafik dimana pada alat geolistrik digital, resistivitas semu dominan berada pada angka dibawah 10. Hal ini menunjukkan  terdapat  perbedaan  hasil  pembacaan yang  signifikan.  Hanya  saja  nilai  rho  semu  yang dihasilkan  masih  dalam  batas    wajar  karena  berada pada  rentang  nilai  resistivitas  yang  baik.  Perbedaan nilai  diakibatkan  sensitifitas  alat  yang  berbeda, dimana multimeter lebih sensitif ketimbang alat yang menggunakan nilai ADC .

## KESIMPULAN DAN SARAN
Berdasarkan  penelitian  yang  telah  dilakukan dapat  disimpulkan  sebagai  berikut:  dihasilkan  alat geolistrik digital dengan spesifikasi, yaitu : input 12 volt, tegangan injeksi maksimal 260 volt, pembacaan tegangan 0 volt - 12 volt dan pembacaan arus 10 mA -  5  A.  Alat  geolistrik  digital  menggunakan  arduino mega sebagai pengontrol proses injeksi dan penerima tegangan. Tegangan pada inverter akan menjadi arus saat  bertemu  hambatan  medium  dan  menghasilkan feedback berupa  tegangan  yang  masuk  ke  dalam arduino  dalam  proses  data.  Hasil  data  injeksi ditampilkan  pada  layar  LCD  TFT  dan  sekaligus disimpan dalam micro SD. Hasil uji arus dan tegangan menghasilkan error rata-rata  sebesar  1,74%  untuk tegangan dan 17,97%. Pembacaan hasil ukur kedua alat menghasilkan model tahanan jenis yang hampir sama.  Hanya  saja  terjadi  perbedaan  yang mengakibatkan  akurasi  alat  belum  begitu  baik. Perbedaan  yang  terjadi  diakibatkan  perbedaan sensitifitas dari instrument ukur arus dan tegangan.
Dimana  alat  geolistrik  standar  menggunakan multimeter secara langsung, sedangkan alat geolistrik digital  menggunakan  nilai  ADC  yang  begitu fluktuatif.
Penelitian  selanjutnya  diharapkan  untuk menggunakan  sensor  tegangan  guna  mengurangi pembacaan nilai yang fluktuatif. Pada sisi penggunaan alat  diharapkan  untuk  menyediakan  pilihan konfigurasi  yang  beragam.  Pilihan  konfigurasi  yang beragam  membuat  alat  menjadi  tidak  terbatas penggunaannya.  Kemudian  diharapkan  untuk melakukan  uji  dengan  banyak  medium  guna menghasilkan data yang beragam dan perbedaan yang lebih jelas.

## DAFTAR PUSTAKA
Amin,  Shadiq  Ahmad.  2017. Rancang  Bangun Prototipe  Alat  Ukur  Resistivitas  Tanah  Skala Laboratorium. Jurusan  Fisika  FMIPA Universitas Hasanudin, Makassar.
Dobrin  MB  and  Savit  CH.  1988. Introduction  to Geophysical  Prospecting  4 th Edition. McGraw Hill. New York.
Halliday and  Resnick. 1978. Fundamentals of Physics . New York.
Reynold  J.M.  1997. An  Introduction  to  Applied  an Environment Geophysics . John Wiley an Sons Ltd., New York.
Telford,  W.M.,  1990 .  Applied  Geophysics  Second Edition, Cambridge University.