## PEMANFAATAN MIKROKONTROLER DALAM PENGEMBANGAN INSTRUMEN UKUR KONDUKTIFITAS UNTUK ANALISIS KUALITAS AIR (UTILIZATION OF MICROCONTROLER  FOR DEVELOPING  CONDUCTIVITY MEASURING INSTRUMENT  FOR WATER QUALITY ANALYSIS )
A. S. Primaswara, N. Neran, dan S. Siswoyo *)
Jurusan Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Jember Jln. Kalimantan 37, Jember 68121
*) Corresponding Author : siswoyo@unej.ac.id

## Abstrak
Salah satu upaya pemantauan kualitas air adalah dengan melakukan analisis terhadap konduktifitas atau daya hantar listrik dari  sampel  air.  Saat  ini  alat  ukur  yang  banyak  digunakan  masih  berasal  dari  pabrikan  dengan  harga  yang  relatif  mahal sehingga  ketersediannya  dalam  laboratorium  universitas  sangat  terbatas  dan  sangat  tergantung  dari  pabrikan  dimaksud. Penelitian ini bertujuan untuk mengembangkan instrumen pengukur konduktifitas air dengan memanfaatkan mikrokontroller dan mengintegrasikannya dengan sensor daya hantar listrik. guna menentukan analisa kualitas air. Penelitian dilaksanakan dalam empat tahap yaitu pembuatan perangkat keras, pembuatan perangkat lunak,   pengkalibrasian instrumen dilanjutkan dengan  uji  pengukuran  terhadap  sampel  air  dibandingkan  dengan  instrumen  standar  pembanding,  dan    analisis  data  yang diperoleh.  Standar  konduktifitas  menggunakan  larutan  KCl  pada  konsentrasi  0,001  M  sampai  0,01  M. Hasil  Penelitian menunjukkan bahwa instrumen berbasis mikrokontroler ini mempunyai kemampuan range pembacaan daya hantar listrik air antara 0,209 mS sampai dengan 1,468 mS sesuai dengan range standarisasi KCl, dengan nilai prosentasi akurasi pengukuran sebesar  92,8%,  dan  nilai  presisi    Kv  dibawah  5%.  Tidak  terdapat  perbedaan  hasil  pengukuran  yang  signifikan  jika dibandingkan dengan hasil pengukuran instrumen standar.
Kata Kunci: daya hantar listrik, kualitas air,  mikrokontroller, instrumen pengukur

## Abstract
One  effort  in  water  quality  monitoring  is  analyzing  conductivity  of  water  sample.  Currently  the  conductivity  measuring instruments mostly supplied by manufacturer with relatively high cost, therefore their availability in university laboratory are limited and very dependent to the manufacturer.  This study was aimed to develop the conductivity measuring instrument for water by using a microcontroller integrated to a conductivity sensor.  The study was implemented into four steps namely, hardware  development,  software  development,  instrument  calibration  followed  by  sample  measurement-compared  to  a standard instrument and data analysis. Solution of KCl   was used as standard conductivity solution in a range of 0.001 – 0.01M. Result of the study has shown that the microcontroller based instruments able to work on water conductivity between 0.209 mS – 1.468 mS, with percent accuracy of 92.8% and variation coefficient 5%. There was no significant difference if compared to the measurement result obtained by  standard instrument.
Keywords: electrical conductivity, water quality, microcontroller, measuring instruments

## PENDAHULUAN
Air  merupakan  suatu  pelarut  yang  memiliki kemampuan  untuk  melarutkan  banyak  zat  kimia  seperti garam-garam,  gula,  asam,  beberapa  jenis  gas  dan  banyak macam  molekul  organik  sehingga  sering  disebut  sebagai pelarut  universal.  Air  mampu  melarutkan  baik  yang berbentuk ion maupun berbentuk molekul. Kemampuan air untuk  melarutkan  bermacam  zat  kimia  dalam  berbagai derajat  tersebut  merupakan  kekhawatiran  utama  dari permasalahan pencemaran air [1].
Usaha  pemantauan  kualitas  air  harus  selalu dilakukan  dengan  cara  melakukan  pengukuran  terhadap beberapa  parameternya.  Salah  satu  parameter  kualitas  air
yang  berhubungan  dengan  zat  yang  terlarut  dalam  air adalah  parameter  daya  hantar  listrik  atau  konduktifitas, yaitu  kemampuan  air  dalam  menghantarkan  listrik  yang disebabkan oleh partikel-partikel terlarut dalam air[2]. Daya hantar  listrik  merupakan  gambaran  numerik  dari kemampuan  larutan  untuk  meneruskan  arus  listrik[3]. Menurut Arrhenius, hantaran listrik larutan disebabkan oleh partikel  bermuatan  atau  ion  yang  terkandung  di  dalam larutan tersebut. Selain parameter kualitas air, konduktifitas juga  merupakan  parameter  yang  penting  untuk  diketahui dalam menilai kualitas tanah pertanian[4].
Mengingat  alat  ukur  daya  hantar  listrik  sampel  air yang  digunakan  masih  berasal  dari  pabrikan  sehingga ketersedian  alat  masih  sangat  tergantung  terhadap  produk dari  pabrik.  Selain  itu,  dengan  harga  alat  yang  mahal,
mengakibatkan ketersedianya juga terbatas terutama dalam laboratorium  untuk  kalangan  universitas.  Oleh  karena  itu perlu  upaya  untuk  mengembangkan  instrumentasi pengukuran  konduktifitas  air  di  lingkungan  laboratorium kimia.  Hal  ini  sejalan  dengan  kegiatan  pengembangan instrumentasi  yang  dilakukan  kelompok  peneliti  kami sebagai upaya meningkatkan kelengkapan dan kemampuan laboratorium[5,6].
Saat  ini  pengembangan  instrumen  pengukuran semakin dipermudah dengan kemajuan teknologi elektronik dengan  semakin  terjangkaunya  harga  suatu  mikrokontroler yang  merupakan  miniatur  sebuah  mikro  prosesor. Mikrokontroler  merupakan  sebuah  komponen  elektronik terintegrasi  yang  biasanya  menjadi  bagian  dari  sebuah embedded  system (sistem  yang  didesain  untuk  melakukan satu atau lebih fungsi khusus)[7].
Penelitian ini merupakan upaya untuk memanfaatkan mikrokontroler  dalam  bidang  kimia  analisis,  yaitu  sebagai satuan  unit  terintegrasi  dengan  sensor  daya  hantar  listrik yang nantinya disebut Mikrokontroller Unit (MCU).

## METODE PENELITIA N
Penelitian  dilaksanakan  dalam  empat  tahap  yaitu pembuatan  perangkat  keras,  pembuatan  perangkat  lunak, mengkalibrasi alat MCU dan uji analisis data.
(1)  Pembuatan  perangkat  keras  yang  terdiri  dari  power supply,  sensor  daya  hantar  listrik,  rangkaian  penguku da ya  ha nt a r  l i st r i k,  konf i gur a si  r a ngka i a n mikrokontroler dengan LCD 2x16.
(2)  Pembuatan  perangkat  lunak  untuk  mengubah  kedalam nilai  DHL  dilakukan  dengan  cara  mengintegrasikan terhadap  sistem  minimun  dari  mikrokontroler ATMega8535.  Dengan  menggunakan  persamaan standarisasi  untuk  kemudian  diubah  kedalam  satuan yang diinginkan yaitu daya hantar listrik (mS).
(3) Melakukan kalibrasi terhadap larutan KCl 0,001; 0,002; 0,004;  0,006;  0,008  dan  0,01M.  Digunakan  beberapa titik  karena  jika  hanya  digunakan  dua  titik  maka hasilnya akan linier.
(4)  Pengujian  terhadap  sampel  air  sumur,  kran  dan  air PDAM  yang  dilakukan  pagi  dan  siang  hari,  dan dibandingkan dengan alat konduktometer standart yang sudah dikalibrasi. Kemudian hasil pengukuran diuji; a)  Akurasi  merupakan  kemampuan  suatu  metode analisa  untuk  memperoleh  nilai  yang  sebenarnya (ketepatan pengukuran). Akurasi diperoleh dengan menghitung persen recovery [8].
b)  Presisi  adalah  suatu  metode  pengulangan percobaan  yang  dilakukan  agar  dihasilkan  deviasi antara  percobaan  diperoleh  sekecil  mungkin. Dimana  nilai  pendekatan  untuk  satu  kali pengulangan  atau  lebih  yang  berbeda  diharapkan 95%[5].
c) Analisis  data  untuk  menguji  hasil  dari  metode analitik dengan membandingkan dua metode dapat menggunakan uji statistik salah satunya yaitu uji-t. Uji-t yang digunakan adalah uji t berpasangan.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
1.  Pembuatan  rangkaian  daya  hantar  listrik  berbasis MCU.

## Gambar 1. Diagram Alir Rangkaian Alat MCU
Gambar 1 diatas menunjukkan gambaran umum dari proses  pengukuran  dengan  menggunakan  alat  pengukur daya  hantar  listrik  berbasis  MCU.  Rangkaian  pertama adalah power supply, dimana digunakan untuk alat MCU ini terdiri  dari  dua  macam. Power  supply pertama  yang digunakan  untuk  rangkaian  daya  hantar  listrik,  diperoleh dari  baterai  9  volt  kemudian  distabilkan  dengan  IC regulator 7806. Hasil output dari IC regulator tersebut stabil dengan  nilai  6,04volt.  Selanjutnya  sumber  arus  yang digunakan  haruslah  sumber  arus  yang  memiliki  frekuensi tinggi  yaitu  diatas  1000  Hz.  Hal  tersebut  dimaksudkan untuk menghindarkan proses polarisasi sehingga digunakan alat  yang  dinamakan  multivibrator. Power  supply kedua, digunakan  untuk  rangkaian  mikrokontroler  ATMega8535 dan LCD.
Pada pengukuran dengan menggunakan sensor daya hantar  listrik,  proses  polarisasi  tidak  diharapkan  terjadi karena  dapat  mempengaruhi  proses  pengukuran.  Sehingga sumber arus yang dialirkan pada sensor daya hantar listrik digunakan arus listrik bolak balik dengan frekuensi tinggi. Arus  bolak-balik  yang  diberikan  berfungsi  untuk menghindari perpindahan ion secara penuh pada elektroda, dimana  pada  setiap  siklus  arus  bolak-balik,  polaritas terhadap  elektroda  dapat  dibatalkan,  yang  pada  akhirnya akan  membalikkan  arah  aliran  ion  keluar  elektroda. Sehingga tidak terjadi peristiwa polarisasi pada elektroda.
Untuk  mengatasi  hal  tersebut  digunakan  alat pemberi  frekuensi  ( oscillator ) . Oscillator yang  digunakan integrator  circuit (IC)  tipe  NE555.  IC  NE555  merupakan IC yang berfungsi mengubah tegangan sinyal input menjadi frekuensi  pulsa  output.  Sehingga  menghasilkan  sinyal frekuensi  sesuai  dengan  yang  dibutuhkan.  Untuk menghasilkan  frekuensi,  IC  NE555  diset  sebagai multivibrator .  Rangkaian  multivibrator  IC  NE555 menghasilkan  frekuensi  output  sebesar  1229  Hz  dengan V output dari osillator NE555 adalah 3,49 volt.
Gambar 2. Elektroda Daya Hantar Listrik
Gambar  2  merupakan  alat  ukur  daya  hantar  listrik yang    merupakan  bagian  yang  berhubungan  langsung dengan  sampel  atau  dapat  disebut  sebagai  sel,  dimana  sel terdiri dari sepasang elektroda yang terbuat dari bahan yang sama.  Elektroda  daya  hantar  listrik  terbuat  dari  logam tembaga  yang  dilapisi  logam  emas(Au)  yang  merupakan l ogam inert .  Hal  tersebut  dikarenakan  logam  tembaga mudah teroksidasi dan reduksi, sehingga untuk menghindari peristiwa redoks maka digunakan logam inert .

## 2. Mengubah  nilai  hambatan  menjadi  Daya  Hantar Listrik
Dalam pengukuran daya hantar listrik dilambangkan dengan  (σ)  yang  merupakan  kebalikan  dari  tahanan  (1/R), sehingga  besarnya  tahanan  dapat  diukur  secara  fisika dengan menggunakan jembatan wheatstone, dan kemudian daya  hantarnya  dapat  dihitung.  Data  yang  diperoleh  pada penelitian  ini  berasal  dari  sensor  daya  hantar  listrik  yang terintegrasi dengan jembatan wheatstone. Akan tetapi untuk dapat  diproses  dalam  mikrokontroler,  input  yang dibutuhkan  berupa  tegangan  (Voltase),  maka  nilai  R tersebut  dibuah  menjadi  V  dengan  jembatan  wheatsone. Fungsi  jembatan  wheatstone  tersebut  untuk  mengkonversi perubahan  resistansi  menjadi  perubahan  tegangan  atau dengan  kata  lain  dapat  difungsikan  sebagai  tranduser. Dimana  pada  jembatan  wheatstone  nilai  perubahan tegangan  besarnya  proporsional  dengan  perubahan resistansi[9].
Nilai  daya  hantar  dari  larutan,  dapat  diukur  dengan menentukan nilai R. Dalam rangkaian jembatan wheatstone tersebut  dengan  mengganti  satu  sisi  resistor  dengan menggunakan  sensor  daya  hantar  listrik  (dalam  rangkaian ini  adalah  R 2 ).  Maka  nantinya  perubahan  nilai  resistansi dari  jembatan  wheatstone,  akan  mempengaruhi  perubahan nilai beda potensialnya.
Kemudian dibuat persamaan standarisasi untuk dapat diubah  kedalam  satuan  daya  hantar  listrik.  Dengan  range pengukuran  antara  KCl  0,001M  sampai  0,01M.  Dari persamaan  kurva  standarisai  tersebut  selanjutnya  akan diolah  lebih  lanjut  kedalam  mikrokontroler,  sebagai konverter  kedalam  satuan  daya  hantar  listrik(mS).  Hal tersebut  dilakukan  dengan  memasukkan  input  voltase kedalam  nilai  y,  sedangkan  nilai  x  sebagai  hasil  dari  nilai DHL.  Sehingga  output  akhir  adalah  nilai  x  yang ditampilkan  dalam  LCD  dalam  satuan  miliSiemens(mS). Sehingga  setiap  setiap  perubahan  nilai  y  (input  voltase), maka  nilai  x  (output  daya  hantar  listrik)  dari  persamaan standarisasi juga akan ikut berubah.
3. Hasil Standarisasi terhadap KCl.
Gambar 3. Standarisasi  Alat  MCU  terhadap  beberapa konsentrasi Kcl
Gambar  diatas  merupakan  hasil  standarisasi terhadap alat konduktometer standart yang sudah dikalibrasi sebelumnya    dengan  menggunakan  beberapa  konsentrasi KCl  yaitu  0,001;  0,002;  0,004;  0,006;  0,008,  dan  0,01  M, kemudian  dilihat  responnya  terhadap  masing-masing konsentrasi  KCl  tersebut. Hasil  pengukuran  terhadap larutan  KCl  menunjukkan  apabila  semakin  pekat konsentrasinya,  nilai  voltasenya  meningkat.  Hal  tersebut dikarenakan  dalam  larutan  KCl  yang  semakin  pekat mengakibatkan kandungan ion-ion senyawa elektrolit yang menghantarkan elektron semakin banyak pula. Hal tersebut mengakibatkan  nilai  daya  hantar  listrik  larutan  akan semakin meningkat, begitupun sebaliknya.

## 4. Hasil Pengujian Sistem Alat MCU
Hasil  pembacaan  alat  MCU  dibandingkan  dengan alat  konduktometer  standar  yang  sudah  dikalibrasi sebelumnya diukur terhadap satu jenis sampel, dengan cara memasukkan  sensor  bersamaan,  kemudian  hasilnya dibandingkan. Dimana terdapat perbedaan nilai pembacaan, seperti yang ditunjukkan pada gambar berikut:
Gambar  4.  Hasil  Perbandingan  antara  Alat  MCU  dengan Konduktometer Standar.
Sedangkan hasil pengukuran nilai daya hantar listrik dilakukan terhadap variasi sampel air tanpa memperhatikan lokasi,  musim  dan  teknik  sampling.  Sampel  air  yang digunakan  seperti  air  kran  yang  berasal  dari  PDAM,  air sumur dan air sungai. Waktu pengukuran sampel dilakukan pada  pagi  (05.30) dan  siang  (13.00).  Adapun  hasil pembacaan ditunjukkan pada grafik berikut:
Gambar 5. Perbandingan  pengukuran  sampel  air  hasil pengukuran Alat  MCU  dengan  Konduktometer pada pukul 06.00
0 , 0 0 0 0 , 1 0 0 0 , 2 0 0 0 , 3 0 0 0 , 4 0 0 0 , 5 0 0 0 , 6 0 0 0 , 7 0 0 0 , 8 0 0 A i r  K r a n ( P D A M ) A i r  S u n g a i A i r  K r a n ( s u m u r ) M C U K o n d u k t o m e t e r
Gambar  diatas  merupakan  pembacaan  nilai  DHL yang dihasilkan oleh alat MCU pada pagi hari untuk sampel air PDAM dan sumur adalah 0,345 dan 0,453 mS, untuk air sungai  rata-ratanya  0,684  mS.  Sedangkan  konduktometer air PDAM dan sumur adalah 0,337 dan 0,425 mS, untuk air sungai  adalah  0,710  mS.  Tingginya  nilai  DHL  pada  air sungai dikarenakan pada air sungai banyak terdapat zat-zat kimia  yang  mungkin  terlarut  dalam  air  sehingga mengakibatkan nilai DHLnya jauh lebih tinggi. Sedangkan pada  siang  hari  hasil  pengukuran  ditunjukkan  pada  grafik berikut:
Gambar 6. Perbandingan  pengukuran  sampel  air  hasil pengukuran Alat MCU dengan Konduktometer pada pukul 13.00.
Sedangkan  gambar  diatas  merupakan  hasil pengukuran  siang  hari  menunjukkan  alat  MCU  air  kran, sungai  dan  sumur  adalah  0,359;  0,726  dan  0,467  mS. Sedangkan  rata-rata  pembacaan  konduktometer  secara berturut-turut  adalah  0,339;  0,833  dan  0,442  mS.  Hasil pengukuran pada pagi dan siang hari tersebut menunjukkan perbedaan  nilai  temperatur  pada  air,  hal  tersebut di ka r e na ka n  pe ni ngka t a n  t e m pe r a t ur  a i r  a ka n mempengaruhi  nilai  daya  hantar  listrik.  Disebabkan partikel-partikel ion akan menerima energi (panas) sehingga mengakibatkan  aliran  elektron  bergerak  lebih  cepat  dan meningkatkan  nilai  DHL.  Peningkatan  nilai  DHL,  akan mempengaruhi kualitas dari sumber air yang diperbolehkan untuk dikonsumsi.

## 5. Analisis Data
a. Akurasi
Uji  akurasi  alat  MCU  dilakukan  pada  sampel  air dengan  pengulangan  pengukuran  sebanyak  3  kali  dan dibandingkan  dengan  alat  konduktometer,  diperoleh  nilai akurasi  adalah  92,8  %. Hal  tersebut  dapat  disebabkan beberapa faktor seperti noise. Noise dapat berasal dari sifat fisik sistem-sistem elektrik dari komponen elektronik.
b. Presisi
Uji  kepresisian  dilakukan  pada  sampel  air  dengan pengulangan  pengukuran  sebanyak  3  kali  dan  diperoleh nilai Kv kurang dari 5 % sehingga dapat dikatakan respon alat MCU memiliki kepresisian yang baik.
c. Uji beda dengan menggunakan Uji-T U j i beda  dengan  menggunakan  metoda  uji-T dilakukan dengan membandingkan antara alat MCU dengan alat  Konduktometer  standar.  Didapatkan  hasil  uji-T  nilai t eksperimen <  t tabel sehingga  dapat  dikatakan  bahwa  tidak  ada perbedaan yang signifikan antara kedua alat pengukuran.

## KESIMPULAN
Alat  pengukuran  daya  hantar  listrik  berbasis mikrokontroller  berhasil  dibuat  dalam  satu  unit  sistem dengan range pengukuran antara KCl 0,01M sampai dengan 0,001M. Hasil pengukuran ditampilkan dalam LCD dengan satuan mSiemens. Alat ini memiliki nilai presisi dengan Kv dibawah  5%.  Dan  nilai  akurasi  sebesar  92,8%.  Sedangan untuk  uji  T  didapatkan  bahwa  tidak  ada  perbedaan signifikan antara alat MCU dengan konduktometer standart. Berdasarkan  penelitian  yang  telah  dilakukan,  sebaiknya tingkat  ketelitian  pembacaan  alat  lebih  ditingkatkan mengingat  range  nilai  DHL  yang  lebar,  sehingga  setiap perubahan nilai daya hantar dapat diukur dengan baik.

## UCAPAN TERIMA KASIH
ASP  berterima  kasih  kepada  Bapak  Tri  Mulyono, M . S i .  d a n Ibu  Tanti  Haryati M . S i . , yang  banyak memberikan kritik, dan saran  dalam penulisan artikel ini.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Brady,  J. Kimia Universitas Azas & Struktur . Jakarta: Binarupa Aksara. 1999.
[2] Effendi,  H. Telaah  Kualitas  Air  Bagi  Pengelolaan Sumber Daya dan Lingkungan Perairan. Yogyakarta: Kanisius. 2003.
[3] Hendayana, S. Kimia Analitik Instrumen Edisi Kesatu . Semarang: IKIP Semarang Press. 1994.
[4] Corwin, D.L., Lesch, S.M. (2003). Application of soil electrical  conductivity  to  precision  agriculture, Agronomy Journal ,   95(3), 455-71.
[5] Siswoyo,  Implementasi  teknik  linear  sweep voltammetry  untuk  polarisasi  sensor  gas  dengan potensiostat  sederhana  berbasis  operational  amplifier, SENAKI VI 10 Agustus 2004 ITS Surabaya
[6] Kholis,  E.  A.,  Siswoyo,  S.,  &  Mulyono,  T.  (2006). Pemanfaatan  paralel  port  mikrokomputer  untuk pengukuran  simultan  empat  parameter  kualitas  air, Jurnal Kimia Lingkungan , 7(2), 108-118.
[7] Andrianto,  H. Pemrograman  Mikrokontroler  AVR ATMega 16. Bandung: Informatika Bandung. 2008.
[8] Caulcutt, R . Statistic for Analytical Chemist. London: Chapman and Hall. 1995
[9] Adi,  A.N. Mekatronika . Yogyakarta:  PT.  Graha  Ilmu. 2010.
0 , 2 0 0 0 , 3 0 0 0 , 4 0 0 0 , 5 0 0 0 , 6 0 0 0 , 7 0 0 0 , 8 0 0 0 , 9 0 0 A i r  K r a n ( P D A M ) A i r  S u n g a i A i r  K r a n ( s u m u r ) M C U k o n d u k t o m e t e r