Abstrak —Ikan  berisiko  terkena  dampak  buruk  apabila menetap  pada  air  keruh  yang  terekspos  partikel  halus. Peningkatan  kekeruhan  dapat  berdampak  pada  penurunan tingkat  harapan  hidup  embrio  telur  ikan.  Pada  penelitian  ini telah  dibuat  suatu  sistem  yang  dapat  mengatur  kekeruhan aquarium  dengan  memanfaatkan Turbidity  Sensor .  Sensor  ini mempunyai ukuran kecil, dan praktis, serta kompatibel dengan mikrokontroler  Arduino  Uno.  Output  data  analog  dari  sensor dikonversi  oleh Analog to Digital Converter pada Arduino Uno menjadi data digital yang merepresentasikan tingkat kekeruhan.  Kekeruhan  akan  dikendalikan  oleh  sistem  dengan metode  kontrol  proporsional.  Ketika  kekeruhan  diatas  nilai yang  dikehendaki,  maka  motor  pompa  akan  mendapatkan perubahan Pulse Width Modulation (PWM) untuk mempercepat  proses  penyaringan.  Pada  pengujian  yang dilakukan  di  aquarium  menunjukkan  bahwa  pompa  memiliki rentang  debit  antara  96,48  dan  120,96  mL/sec  saat  sensor menerima  tingkat  kekeruhan  antara  0  dan  25  %.  Hasil pengujian  sistem  keseluruhan  menunjukkan  bahwa  adanya penurunan  kekeruhan  dari  5,76  %  menjadi  2,14  %  dalam waktu 15 jam.
. Kata Kunci —Arduino  Uno,  Kekeruhan  Air,  Kontrol Proporsional, Turbidity Sensor.

## I. PENDAHULUAN
ENELITIAN di laboratorium dan  di  lapangan menunjukkan penurunan survival rate embrio telur ikan ketika  terjadi  kenaikan  partikel  halus  penyebab  kekeruhan (ukuran  kurang  dari  6  mm)  sebesar  5  -  10  %  pada  tempat bertelur  ikan  ( spawning  nest ).  Kekeruhan  tersebut menyebabkan  kematian  telur  ikan  karena  menghalangi pertukaran gas, dan pembuangan sisa metabolism [1].
Ikan  dikelompokkan  berdasarkan  habitat  air  dingin (dibawah  20  C), dan air hangat (diatas 20  C) [2]. Toleransi ikan  air  hangat  terhadap  kekeruhan  lebih  tinggi  (25  NTU) dibandingkan  ikan  habitat  air  dingin  (10  NTU)  [3].  Pada umumnya ikan dewasa dapat mentoleransi kekeruhan tinggi. Kematian  pada  ikan  dewasa  hanya  ditemukan  pada kekeruhan yang sangat tinggi dan umumnya tidak ditemukan di  sungai  (di  atas  100000  mg/L).  Tetapi  untuk  ikan  yang baru  menetas  akan  mati  pada  kekeruhan  yang  jauh  lebih rendah (100-1500 mg/L) [1].
European  Inland  Fisheries  and  Aquaculture  Advisory Commission (EIFAAC)  menerangkan  akibat  dari  partikel halus  penyebab  kekeruhan  pada  ikan  air  tawar  yaitu: menyebabkan  kematian  pada  ikan,  mengurangi  tingkat pertumbuhan,  mengurangi  ketahanan  terhadap  penyakit, mencegah  keberhasilan  pengembangan  telur  dan  larva  ikan; serta mempengaruhi pergerakan dan migrasi alami ikan [3].
Kontrol proportional-integral-derivative (PID)  sering digunakan untuk mengatur kadar larutan [4]. Pada penelitian
ini  penulis  melakukan  pengontrolan  kadar  suatu  zat  terlarut berupa  partikel  halus  dari  pakan  ikan.  Kontrol  proporsional digunakan  karena  lebih  mudah,  dan  praktis  serta  sudah cukup  handal  untuk  melakukan  pengendalian  kekeruhan aquarium.  Sistem  yang  dikembangkan  ini  diharapkan  dapat mengatur  tingkat  kekeruhan  pada  aquarium  sehingga  dapat menaikkan tingkat harapan hidup ikan.

## II. DASAR TEORI
Kontrol  proporsional  merupakan  bagian  dari  kontroller PID  dimana  nilai  Ki,  dan  Kd  adalah  0.  Kontrol PID adalah sebuah  kontroller  pada  sebuah  sistem  instrumentasi  dimana terdapat  elemen feedback didalamnya.  Komponen  PID terdiri dari proportional (P), derivative (D) dan integral (I). Ketiganya  dapat  digunakan  secara  bersamaan  ataupun sendiri-sendiri  tergantung  pada  respon  yang  diinginkan dalam  sebuah  plant  [5].  Kontrol  proporsional  melakukan koreksi  pada  variabel  terkontrol  yang  sebanding  dengan perbedaan  nilai  yang  diinginkan  ( set  point )  dan  nilai  yang terukur  ( input  value ).  Dengan  kata  lain,  output  dari  kontrol proporsional  adalah  produk  perkalian  dari  sinyal error dan nilai gain proporsional. Secara matematis kontrol proporsional dapat dirumuskan sebagai persamaan (1).
Output = Kp x (Setpoint – Input)               (1)
Penguat  operasional  atau operational  amplifier (op  amp) adalah  rangkaian  terpadu  yang  dapat  digunakan  sebagai rangkaian buffer ,  penjumlah,  integrator, differentiator , comparator ,  konverter  impedansi  negatif, zero  cross detector dan lain sebagainya [6]. Pada penelitian ini op amp digunakan sebagai rangkaian pengkondisi sinyal  atau signal conditioner yang terdiri atas  rangkaian  pengurang ( subtractor) , penguat tak membalik ( non-inverting amplifier ) dan penyangga tegangan ( buffer ).
Sensor adalah alat untuk mendeteksi atau mengukur suatu pengukuran  dari  besaran  analog  yang  bersifat  mekanis, kimiawi,  dan  lainnya  menjadi  besaran  listrik  seperti tegangan  dan  arus  listrik.  Tingkat  kekeruhan  diukur  dengan menentukan  kejernihan  air  berdasarkan jumlah cahaya yang melewati  kotoran  penghalang  di  dalam  air  yang  berupa partikel  halus  [7].  Partikel  halus  akan  mengeruhkan  air terutama  zat  padat  transparan  seperti  kaca  dan  plastik. Partikel  halus  juga  berasal  dari  mahluk  hidup  seperti plankton, dan  partikel  organik  lainnya.  Penelitian  ini menggunakan  modul  sensor  kekeruhan  SEN1089  dimana hubungan  antara  tegangan  hasil  pembacaan  (volt)  dengan kekeruhan  (NTU)  bergantung  pada  jumlah  partikel  padat terlarut  atau Total  Suspended  Solid (TSS)  yang  terdapat

## Sistem Kontrol Tingkat Kekeruhan Pada Aquarium Menggunakan Arduino Uno
Muhammad Syaif Ramadhan, Muhammad Rivai Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknologi Elektro, Institut Teknologi Sepuluh Nopember E-mail : syaifjago@yahoo.co.id, muhammad_rivai@ee.its.ac.id
P
diantara  sensor  cahaya  dan  sumber  cahaya  yang  terpasang pada modul sensor tersebut.
Pompa  air  diletakkan  di  dalam  aquarium  berfungsi  untuk mengalirkan  air  ke  dalam  box  filter  yang  diletakkan  diatas aquarium  dan  selanjutnya  air  akan  dikembalikan  ke aquarium.    Pada  pengoperasiannya,  pompa  air  akan  diatur oleh  mikrokontroller  Arduino  Uno  dengan  menggunakan komponen switching berupa modul Solid State Relay (SSR). SSR  merupakan  jenis relay yang  tidak  memiliki  kumparan atau  kontak  sesungguhnya,  sebagai  gantinya  digunakan semikonduktor  seperti  transistor bipolar ,  MOSFET,  SCR, atau  TRIAC  [8].  SSR  merupakan  perangkat switching elektronik yang mengalihkan daya dari rangkaian pengontrol ke  rangkaian  beban,  dan  memiliki  mekanisme  pengendalian dengan  cara coupling untuk  mengaktifkan  sinyal  kontrol. Pada  penelitian  ini  digunakan  SSR  dengan coupling secara optik yang memiliki keuntungan berupa sensitivitas berkisar antara 6 sampai 100 milliwatt. SSR tipe  ini juga kompatibel dengan  TTL logic  level dan  dapat  di- drive secara  paralel oleh high-fan-out logic data line [9].
Arduino  Uno  adalah  sebuah board mikrokontroler berbasis  ATmega328. Board ini  memiliki  14  pin input/output digital  (6  pin  dapat  digunakan  sebagai  output PWM),  6  pin  input  analog, resonator keramik  (crystal)  16 MHz,  koneksi  USB,  colokan  listrik  ( power  jack ), header ICSP, dan tombol reset . Arduino ini akan bertindak sebagai pemroses  utama  dari  sistem  dalam  menjalankan  tugas mengolah  data  tegangan  sensor,  menggunakan  ADC, menerapkan  kontrol  proporsional,  menampilkan  informasi pada LCD, serta mengatur kecepatan pompa dengan PWM.

## III. PERANCANGAN SISTEM
Perancangan sistem dibagi menjadi 3 bagian yaitu sensor, kontroler  proporsional,  dan  aktuator.  Pada  gambar  1 menunjukkan diagram blok sistem. Input dari sistem berupa nilai penunjukan tegangan sensor kekeruhan yang dikondisikan  dengan  rangkaian signal  conditioner . Setting point pada  sistem  merupakan  nilai  tegangan  sensor  saat  air dalam  kondisi  jernih  yang  ditentukan  sebelumnya.  Arduino melakukan  fungsi  pengolahan  data,  proses  ADC  dan  fungsi kontrol  proporsional . Output  dari  arduino  akan  memberi sinyal  PWM  pada  modul  SSR  yang  akan  mengaktifkan pompa  filter  mekanik  untuk  menyaring  zat  padat  terlarut. Ketika  kekeruhan  di  bawah  nilai setting  point (semakin keruh air, semakin rendah tegangan pembacaan, begitu pula sebaliknya) maka  pompa  filter  mekanik  akan  dipercepat untuk menyaring zat padat terlarut ( suspended solid ).
Gambar  2  menunjukkan  diagram  blok  perangkat  keras sistem. Mikrokontroler Arduino Uno digunakan sebagai unit pengakuisisi  data,  pemrosesan  data,  dan  pengeksekusi metode  kontrol  proporsional.    Sensor  kekeruhan  SKU SEN0189 berfungsi untuk mengukur kekeruhan di dalam air. Rangkaian signal  conditioner mengkondisikan  tegangan keluaran  dari  sensor. Solid  State  Relay (SSR)  digunakan sebagai relay dengan input PWM  untuk  mengontrol kecepatan motor pompa filter mekanik.
Gambar 1. Diagram blok sistem
Gambar 2. Diagram blok perangkat keras.
Gambar 3. Alur kerja sistem
LCD  16x4  dilengkapi  modul  komunikasi  I2C  berfungsi sebagai  monitor  untuk  menampilkan  nilai  kekeruhan  di dalam  air,  tegangan  error,  PWM  bit  pompa  filter,  dan duty cycle pada pompa.  Pompa filter mekanik sebagai alat untuk menyaring  air  ke  dalam  box  filter  yang  berisi  penyaring partikel sehingga dapat mengurangi kadar kekeruhan.
Gambar  3  menunjukkan  alur  kerja  sistem.  Langkah  awal yang dilakukan sistem adalah membaca nilai kekeruhan awal oleh  ADC  pada  mikrokontroler  arduino yang  memiliki resolusi  10  bit.  Data  digital  yang  dihasilkan  ADC  akan masuk pada proses kontrol proporsional dimana error adalah nilai setting  point dikurangi  nilai  pembacaan  dari  tegangan output sensor. Selanjutnya nilai error akan dikalikan dengan nilai  konstanta proportional (Kp)  dan  dikurangkan  dengan nilai  output  maksimum  PWM  yaitu  255.  Hal  ini  dilakukan karena SSR yang digunakan bersifat active low .

## IV. PENGUJIAN DAN ANALISIS
Pengujian  sensor  kekeruhan  SKU  SEN0189  dilakukan untuk  mengetahui  karakteristik  sensor,  melakukan kalibrasi, dan mencari rentang nilai output sensor yang akan diakuisisi oleh  ADC.  Pengujian  ini  meliputi  air  bersih  yang  akan ditampung di wadah berupa gelas, serta dicampurkan dengan pakan  ikan  hias.  Pakan  ikan  hias  dipilih  sebagai  sampel, karena  pemberian  pakan  yang  terlalu  banyak  akan mengeruhkan air aquarium. Terdapat beberapa masalah yang dihadapi,  yaitu  sensor  yang  peka  dengan  cahaya  di lingkungan sekitar, serta ketidakstabilan dari nilai pengukuran  yang  disebabkan  pergerakan  partikel  padat terlarut di dalam air yang dinamis. Untuk mengatasi masalah tersebut  maka  sensor  ditutup  menggunakan  pipa  berwarna hitam  agar  tidak  menerima  cahaya  dari  lingkungan,  dan dilakukan  pengukuran  secara  dinamis.  Pengujian  secara statis  dilakukan  untuk  mengetahui  kalibrasi  sensor  berupa hubungan  tegangan  keluaran  sensor  dengan  nilai  kekeruhan seperti yang ditunjukkan tabel 1, dan gambar 4. Pengukuran secara dinamis dilakukan secara langsung saat partikel halus belum  bercampur.  Hasil  pengukuran  secara  dinamis ditunjukkan pada gambar 5.
Pengujian  pompa  dilakukan  untuk  mengetahui  seberapa banyak air yang dapat dialirkan dalam kurun waktu tertentu (debit air). Pengujian pompa dibagi menjadi 2 bagian, yaitu pengujian  debit  air  terhadap  PWM  yang  ditunjukkan  pada tabel  2  dan  gambar  6,  dan  pengujian  debit  air  pompa terhadap sampel air campuran pakan ikan dengan kadar yang bervariasi yang ditunjukkan tabel 3 dan gambar 7.
Tabel 1. Pengujian sensor secara statis Pakan Ikan (gram) Tegangan (volt) Kekeruhan (%) 0 3,8 0 5 3,6 2,5 10 3,55 5 15 3,48 7,5 20 3,36 10 25 3,38 12,5 30 3,27 15 35 3,12 17,5 40 2,96 20 45 2,96 22,5 50 2,96 25
Hasil percobaan menunjukkan bahwa debit air berbanding lurus dengan nilai dari PWM, dan kadar sampel pakan ikan. Hasil  percobaan  juga  menunjukkan  pompa  tidak  dapat dijalankan pada duty cycle dibawah 40 % karena tidak dapat mengangkat air secara optimal.
Gambar 5. Grafik pengujian dinamis sensor
Tabel 2.

## Hasil pengujian Pompa terhadap PWM
PWM Duty Cycle (%) Debit air (mL/sec) 40 90,72 50 97,92 60 111,6 70 124,56 80 122,4 90 124,56 100 116,75
Gambar 6. Hubungan duty cycle dan debit air
Tabel 3. Pengujian Pompa terhadap Sampel Kadar Sampel (gram) Duty Cycle (%) Debit air (mL/sec) 0 40 100,8 5 40 96,48 10 40 100,8 15 40 97,92 20 40 99,36 25 47 106,56 30 61 110,88 35 86 115,2 40 96 120,96
Gambar 7. Hubungan kadar pakan ikan dan debit air pompa
Gambar 8. Pengujian sistem setelah 10 menit
Gambar 9. Pengujian sistem setelah 10 jam
Gambar 10. Pengujian sistem setelah 24 jam
Pada  pengujian  sistem,  mula-mula  aquarium  diisi  dengan air bersih sejumlah 6 liter, kemudian dicampurkan 100 gram pakan  ikan.  Air  diaduk  dengan  pakan  ikan  dan  ditunggu
beberapa saat agar keruh, kemudian  sisa makanan ikan yang masih  mengambang  di  permukaan  dibuang.  Setelah  itu sistem dijalankan, dan dipantau setiap satu menit. Pengujian sistem dilakukan tiga kali dengan variasi durasi bercampurnya partikel halus dari pakan ikan dengan air pada aquarium.  Partikel  halus  tersebut  memerlukan  waktu  untuk dapat  tercampur  dengan  baik  serta  untuk  mengendapkan sebagian  partikel  yang  berat  di  dasar  aquarium.  Variasi durasi waktu bercampurnya sampel yang digunakan yaitu 10 menit, 12 jam, dan 24 jam.
Gambar  8  menunjukkan  hasil  pengujian  sistem  setelah sampel  dibiarkan  10  menit.    Kenaikan  tegangan  sensor  dari 2,48  volt  (kekeruhan  12,02  %)  ke  3,11  volt  (kekeruhan 9,37%) memerlukan  waktu 5 jam. Pengujian setelah sampel bercampur  selama  10  jam  ditunjukkan  pada  gambar  9. Kenaikan  tegangan  sensor  dari  2,81  volt  (kekeruhan  10,63 %)  ke  3,41  volt  (kekeruhan  8,11%)  memerlukan  waktu  6,7 jam.  Pengujian  setelah  sampel  bercampur  selama  24  jam yang  ditampilkan  pada  gambar  10.  Kenaikan  tegangan sensor  dari  3,97  volt  (kekeruhan  5,76%)    hingga  menjadi 4,83 volt (kekeruhan 2,14 %) memerlukan waktu 15,8 jam.

## V. KESIMPULAN
Pada  penelitian  ini  telah  dibuat  suatu  sistem  yang  dapat mengatur  kekeruhan  aquarium  dengan  memanfaatkan Turbidity  Sensor  dan kontrol proporsional. Kalibrasi sensor menunjukkan  sensor  mampu  mengukur  kekeruhan  dalam bentuk  persentase  pada  rentang  diantara  0  dan  20  %  yang diwakili  tegangan  sensor  antara  3,0  dan  3,9  volt.  Pada kekeruhan  diatas  20%  sensor  tidak  mengalami  penurunan tegangan  atau  saturasi.  Hasil  pengujian  debit  air  pompa, didapatkan  hasil  pompa  memiliki  rentang  debit  diantara 96,48  dan  120,96  mL/sec  pada  saat  rentang  kekeruhan antara  0  dan  25  %.  Pengujian  sistem  secara  keseluruhan yang  dilakukan  setelah  sampel  bercampur  selama  24  jam menunjukkan adanya kenaikan tegangan sensor yang semula bernilai  3,97  volt  (kekeruhan  5,76  %)  menjadi  4,83  volt (kekeruhan 2,14 %) memerlukan waktu 15,8 jam.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] K.  .  Robertson,  M.J.,  Scruton,  D.A.,  Gregory,  R.S.,  Clarke, “Effect  of  Suspended  Sediment  on  Freshwater  Fish  and  Fish Habitat,” Can. Tech. Rep. Fish. Aquat. Sci , p. 37, 2006.
[2] F. . Dauwalter, D.C., Fisher, W.L., Rahel, “Warmwater Streams,” IFMNA , 2010.
[3] Anonim,  “Turbidity:  Description,  Impact  on  Water  Quality, Sources, Measures,” Minnesota Pollut. Control Agency , 2008. [4]
S.  Muhammad  Rivai,  Suwito,  M.,  Chondro,  P.,  Ruan,  “Design and  Implementation  of  A  Submerged  Capacitive  Sensor  in  PID Controller to Regulate the Concentration of Non-Denatured Ethyl Alcohol,”  in Seminar  on  Intelligent  Technology  and  Its
Applications , 2015.
[5] A. Nugraha, Z., M., Musyafa, “Perancangan Kontrol PID Untuk Mengatur  Tingkat  Kejernihan  Air  Pada  Ssistem  Pengolahan  Air Bersih  Skala  Rumah  Tangga,”  Institut  Teknologi  Sepuluh Nopember.
[6] H. Muhamad, M., Mahmad, H., Hussin, “Design of CMOS Zero Crossing  Detector  Utilizing  0.25  um  Technology,”  in International Conference on Electronic Devices (ICEDSA2010) , 2010.
[7] A.  M.  .  Azman  A.A.,  Rahiman  M.H.F.,  Taib  M.N.,  Sidek  N.H., Bakar  I.A.A.,  “A  Low Cost Nephelometric Turbidity Sensor for Continual  Domestic  Water  Quality  Monitoring  System,” IEEE Int. Conf. Autom. Control Intell. Syst. , 2016.
[8] M.  R.  Riadhi,  L.,  “Sistem  Pengaturan  Oksigen  Terlarut Menggunakan  Metode  Logika  Fuzzy  Berbasis  Mikrokontroller
Teensy Board,” ITS, 2017.
[9] K.  Smitha,  T.K.,  Ravikiran,  B.A.,  Karthik,  P.,  Mondal,  T.,
“Design  and  Implementation  of  Control  of  Solid  State  Relay
Switches  Using  MSP  430  for  Instantaneous  High  Current Supply,” in International  Conference  on  Green  Computing  and Internet of Things (ICGC IoT) , 2016.