Abstrak — Oksigen  terlarut  merupakan  faktor  kritis  dalam budidaya pembenihan ikan dan menentukan tingkat keberhasilan dan  kegagalan  dalam  proses  meningkatkan  kualitas  serta kuantitas  pembenihan  ikan.  Kadar  oksigen  terlarut  yang  rendah menyebabkan  proses  penguraian,  reproduksi,  dan  pertumbuhan di  dalam  kolam  tidak  berjalan  dengan  baik  sehingga menyebabkan  kematian  pada  ikan.  Pada  penilitian  ini  penulis membuat  sistem  yang  dapat  mengatur  kadar  oksigen  terlarut dalam  air  dengan  memanfaatkan  sensor Dissolved  Oxygen  Meter AZ-8403.  Presentase  kadar  oksigen  dikendalikan  dengan Fuzzy Logic yang  diimplementasikan  di  dalam  mikrokontroler Teensy board .  Ketika  level  oksigen  di  bawah  nilai setting  point maka aerator diaktifkan untuk menghasilkan kadar oksigen terlarut di dalam  air.  Hasil  pengujian  yang  dilakukan  pada  akuarium  yang berisi  ikan  di  dalamnya  didapatkan  nilai  kesalahan  untuk pembacaan  sensor  oksigen  terlarut  sebesar  0.075%.  Dari  data yang diperoleh menunjukkan bahwa respon sistem membutuhkan waktu 1 menit untuk mencapai nilai setting point .
Kata  Kunci — Kontrol  Logika Fuzzy, Oksigen  Terlarut, Teensy Board.

## I. PENDAHULUAN
ALAM  pembudidayaan  ikan,  keberhasilan  dibidang pembenihan  sangat  ditentukan  oleh  beberapa  faktor antara  lain:  kualitas  benih,  kualitas  air,  pengolahan  dan sebagainya. Faktor kualitas air dalam hal ini meliputi: suhu air, salinitas, pH, dan oksigen terlarut (DO).
Salah satu masalah dalam aquaculture yaitu mengetahui dan mengatasi  masalah  kadar  oksigen  dalam  ekosistem  air.  Pada tahun  2012  terdapat  kasus  kematian  ikan  pada  budidaya  ikan di  Wukisari  kecamatan  Cangkringan,  Sleman,  Yogyakarta. Target  pembenihan  ikan  lele  sekitar  943.200  ekor  dan  hasil yang  didapat  hanya  sekitar  419.200  ekor  [1].  Dari  data tersebut dapat disimpulkan bahwa tingkat kelangsungan hidup bibit  ikan  lele  sebesar  34,22%  atau  tingkat  kematian  larva sebesar 65,78% dalam satu siklus pembenihan [2]. Kualitas air menjadi  faktor  yang  sangat  menentukan  tingkat  kerberhasilan budidaya  ikan.  Salah  satu  faktor  kualitas  air  yang menyebabkan  tingginya  kematian  ikan  adalah  kadar  oksigen terlarut  [3]. Kadar oksigen terlarut yang rendah menyebabkan proses  penguraian,  reproduksi,  dan  pertumbuhan  di  dalam kolam  tidak  berjalan  dengan  baik.  Nilai  minimum  kadar oksigen  terlarut  untuk  budidaya  ikan  adalah  3  ppm  [4]. Kebutuhan  oksigen  terlarut  pada  ikan  dipengaruhi  oleh  umur, aktivitas  dan  kondisi  perairan  [5].  Kandungan  oksigen berpengaruh  pada  proses  oksidasi  dan  reduksi  bahan  organik
dan  anorganik  [6].  Kekurangan  oksigen  akan  menyebabkan ikan  kurang  nafsu  makan  dan  berkembangnya  bakteri  yang menyebabkan  kematian  pada  ikan.  Pada  penelitian  ini dilakukan  rancang  bangun  sistem  pengaturan  oksigen  terlarut menggunakan  metode  fuzzy  berbasis  mikrokontroler.  Sistem ini  diharapkan  dapat  digunakan  sebagai  alat  kontrol  oksigen terlarut yang efektif, murah, dan mudah penggunaannya.

## II. TEORI PENUNJANG

## A. Faktor Kualitas Kolam Air Tawar
Secara  umum  kualitas  air  berhubungan  dengan  kandungan bahan yang terlarut di dalamnya. Kesesuaian lingkungan hidup untuk  setiap  ikan  berbeda.  Jika  keadaan  tidak  sesuai  maka dapat  menghambat  pertumbuhan  dan  perkembangannya. Beberapa  faktor  dapat  mempengaruhi  kualitas  ikan  adalah oksigen  terlarut,  temperatur,  derajat  keasaman  (pH),  dan salinitas.
Oksigen sangat diperlukan untuk pernapasan dan metabolisme ikan serta jasad jasad renik dalam air. Kandungan oksigen yang tidak mencukupi kebutuhan ikan dan biota lainya dapat  menyebabkan  penurunan  daya  hidup  ikan.  Temperatur air  sangat  berpengaruh  pada  pertumbuhan  dan  perkembangan ikan. Temperatur air yang tidak cocok, baik terlalu tinggi atau terlalu rendah dapat menyebabkan ikan tidak dapat bertumbuh dengan baik. Temperatur yang cocok untuk pertumbuhan ikan adalah  berkisar  antara  15ºC  -30ºC. Salinitas  adalah konsentrasi  dari  total  ion  yang  terdapat  didalam  perairan. Salinitas  mempunyai  peran  penting  dan  memiliki  ikatan  erat dengan  kehidupan  organisme  perairan  termasuk  ikan,  dimana secara  fisiologis  salinitas  berkaitan  erat  dengan  penyesuaian tekanan osmotik ikan tersebut.

## B. Sensor Dissolved Oxygen AZ- 8403
Prinsip  kerja  Dissolved  Oxygen  (DO)  meter  adalah berdasarkan  fenomena  polarografi  yang  terjadi  di  antara  dua elektrode katode dan anode. Tegangan listrik negatif diberikan kepada  elektrode  katode.  Adanya  tegangan  negatif  ini  akan mengakibatkan reaksi kimia terjadi secara cepat antara air dan oksigen terlarut pada permukaan katode. Berikut adalah reaksi kimia yang terjadi pada elektrode katode:
O 2 + 2H 2 O + 2e - = H 2 O 2 + OH - (1)
H 2 O 2 + 2e - = 2OH - (2)

## Pengaturan Oksigen Terlarut Menggunakan Metode Logika Fuzzy

## Berbasis Mikrokontroler Teensy Board
Luthfi Riadhi, Muhammad Rivai, dan Fajar Budiman Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknologi Elektro, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) e-mail : fajarbudiman@ee.its.ac.id
D
Gambar 1. Dissolved Oxygen AZ- 8403.
Gambar 2. Kurva kalibrasi pembacaan DO meter [7].
Tegangan  listrik  akan  terus  naik  mencapai  nilai jenuh  yang setara dengan sudah bereaksinya seluruh oksigen terlarut pada permukaan katode. Tegangan listrik jenuh ini ditandai dengan hampir  naiknya  pembacaan  arus  listrik,  setelah  beberapa  saat diam  di  satu  nilai  meskipun  nilai  tegangan  dinaikkan.  Setelah melewati  tegangan  jenuh  ini,  arus  listrik  terus  naik  jika tegangan  terus  ditambah. Naiknya nilai arus ini terjadi karena reaksi kimia lain telah terjadi, terutama adalah reaksi pecahnya molekul  air  H 2 O  menjadi  ion  H + dan  OH - .  Gambar  1 menunjukkan contoh dissolved oxygen meter.
Pembacaan  nilai  oksigen  terlarut  didapatkan  dari  nilai  arus listrik  pada  saat  semua  oksigen  terdifusi  pada  permukaan elektrode  katode.  Dengan  kata  lain,  arus  listrik  yang  terbaca pada  saat  sistem  mencapai  tegangan  jenuh,  setara  dengan besaran  oksigen  terlarut.  Penggunaan  metode  kalibrasi  linier akan  diperoleh  nilai  oksigen  terlarut  yang  dicari,  ditunjukkan pada Gambar 2.

## C. Logika Fuzzy
Logika  Fuzzy  adalah  suatu  cabang  ilmu Artificial Intellegence , yaitu suatu pengetahuan yang membuat komputer dapat  meniru  kecerdasan  manusia.  Logika  Fuzzy  dapat memecahkan  masalah  dalam  pengendali  yang  tersimpan  dan pemrosesan informasi  yang  bisa  diimplementasikan  pada sistem  tertanam  pada  mikrokontroler  [8].  Logika  Fuzzy menyerupai  pembuatan  keputusan  pada  manusia  dengan kemampuannya  untuk  bekerja  dari  data  yang  ditafsirkan  dan mencari  solusi  yang  tepat.  Fuzzy  logic  pada  dasarnya merupakan  logika  bernilai  banyak  ( multivalued  logic )  yang dapat  mendefinisikan  nilai  diantara  keadaan  konvensional seperti ya atau tidak.
Gambar 3. Blok diagram fuzzy logic [9].
Gambar 4. Teensy Board 3.2 [10].
Penalaran fuzzy menyediakan  cara untuk memahami kinerja dari  system  dengan  cara  menilai  input  dan  output system dari hasil  pengamatan.  Gambar  3  merupakan  blok  diagram  dari Logika  Fuzzy.  Fuzzification  merupakan  proses  untuk mengubah  variabel  numerik  menjadi  variabel  fuzzy  (variabel linguistik).  Rules  menentukan  aturan  kondisi  output  sesuai dengan  kondisi  input.  Defuzzification  merupakan  proses pengubahan  data-data  fuzzy  tersebut  menjadi  data-data numerik  yang  dapat  dikirimkan  ke  peralatan  pengendalian [11].

## D. Teensy Board 3.2
Teensy  3.2  adalah development  board berbentuk  kecil  dan dapat  dipasang  pada breadboard yang  di  desain  oleh  Paul Stoffregen dan PJRC, ditunjukkan pada Gambar 4. Teensy 3.2 membawa  32-bit  ARM  Cortex-M4  yang  murah  menggunakan versi adaptasi dari Arduino IDE (Teensyduino) atau diprogram secara langsung di bahasa C.

## III. P ERANCANGAN SISTEM
Perancangan  sistem  dapat  dibagi  menjadi  3  buah  bagian, yaitu  sensor,  kontroler fuzzy, dan  aktuator  yang  ditunjukkan pada Gambar 5. Sedangkan alur kerja sistem ditunjukkan pada Gambar 6.
Gambar 5. Diagram blok sistem.
Gambar 6. Alur kerja sistem.
Sistem  ini  akan  memonitoring  kadar  oksigen  di  dalam  air untuk  menghindari  kekurangan  oksigen  pada  pembudidayaan ikan.  Sistem  akan  mengontrol  kadar  oksigen  dengan menghidupkan pompa udara sebagai aktuator yang menghasilkan  gelembung  udara  didalam  air. Pengujian sensor DO menjukkan  bahwa nilai kadar oksigen terlarut yang telah diukur mempunyai kisaran harga 0-5.8 ppm.
Himpunan  masukan  fuzzy  berupa error dan error dari pembacaan sensor oksigen terlarut. Nilai masukan yang berupa bilangan crisp akan  dirubah  menjadi  bilangan fuzzy dengan proses  fuzzifikasi.  Nilai  masukan error dan error fuzzy merupakan representasi nilai kesalahan pembacaan sensor dari nilai set point yang telah ditentukan. Fungsi keanggotaan error ditunjukkan  pada  Gambar  7.  Sedangkan  fungsi  keanggotaan error ditunjukkan  pada  Gambar  8.  Keluaran fuzz y  berupa parameter  kecepatan  pompa  air  yang  didapatkan  dengan proses  defuzzifikasi,  ditunjukkan  pada  Gambar  9.  Tabel  1 menunjukkan  aturan  logika  fuzzy  yang  digunakan  agar  dapat mempertahankan nilai kadar oksigen terlarutnya.
Gambar 7. Grafik fungsi keanggotaan nilai error.
Gambar 8. Grafik fungsi keanggotaan nilai  Error.
Gambar 9. Himpunan keluaran  fuzzy.
Tabel  1. Aturan logika fuzzy Error Er ro r NB Z PK
PB NEG OFF OFF MED HIGH NOL OFF OFF HIGH HIGH POS OFF OFF HIGH HIGH
Rangkaian penguat operasional diperlukan untuk menguatkan sinyal sensor DO meter AZ-8403 berupa tegangan sebesar  0,6 volt dengan  kenaikan  tegangan  1mv  untuk  setiap 0,01ppm.  Untuk  memperbesar range pengukuran  dengan output tegangan  maksimal  3.3v  diperlukan  3  rangkaian penguat operasional, ditunjukkan pada Gambar 10.
Gambar 10. Differential amplifier.
Gambar 11. Rangkaian kontrol pompa udara ac.
Untuk mengontrol kecepatan pompa udara dalam menghasilkan  kadar  oksigen  terlarut  digunakan  modul  Solid State Relay, ditunjukkan pada Gambar 11.

## IV. HASIL PENGUJIAN
Gambar  12  merupakan  realisasi  dari  sistem  yang digunakan  dalam  penelitian.  Setting  point  dapat  diubah  oleh user dengan memutar potensiometer variasi nilai 0 – 5.8 ppm. Tabel 2 menunjukkan hasil pengukuran kadar oksigen terlarut menggunakan  sensor  DO  AZ-8403  dimana  nilainya  berkisar antara  2.3  dan  5.8  ppm  dengan  rerata  kesalahan  pembacaan adalah  0.28ppm  atau  0.075%.  Untuk  itu  diperlukan  kalibrasi alat  uji  terhadap  alat  ukur  standard  yang  ditunjukkan  pada Gambar 13.
Pengujian sistim keseluruhan dilakukan untuk mengetahui unjuk  kerja  sistem  kontrol  oksigen  terlarut  yang  telah  dibuat. Gambar  14  menunjukkan  hasil  pengujian  sistem  pada akuarium  dengan  panjang  27cm,  lebar  16cm  dan  tinggi  17cm yang  berisi  ikan  di  dalamnya  dengan  nilai  set  point  oksigen terlarut  adalah  3.5  ppm.  Hasil  pengujian  menunjukkan  bahwa respon  sistem  membutuhkan  waktu  sekitar  1  menit  untuk mencapai nilai set pointnya.
Gambar 12. Tampak depan sistem.
Tabel 2.
Nilai pengujian oksigen terlarut Oksigen DO Meter (ppm) Oksigen Alat (ppm) Error Sensor (ppm) Output sensor (volt) Output amplifier (volt) 2.3 2.04 0.26 0.797 2.595 2.5 2.25 0.25 0.787 2.473 2.7 2.43 0.27 0.778 2.368 3 2.72 0.28 0.765 2.224 3.5 3.17 0.33 0.744 1.978 3.7 3.35 0.35 0.735 1.875 4 3.74 0.26 0.722 1.726 4.5 4.26 0.24 0.7 1.467 4.7 4.39 0.31 0.691 1.371 5 4.76 0.24 0.678 1.224 5.2 4.87 0.33 0.669 1.116 5.5 5.22 0.28 0.657 0.971 5.85 5.59 0.26 0.642 0.814

## Dari pengujian pada Tabel 2 di peroleh
Gambar 13. Grafik pengujian dan kalibrasi sensor oksigen terlarut.
Gambar 14. Oksigen terlarut pada set point 3.5.

## V. KESIMPULAN
Pada  penelitian  ini  telah  dibuat  sistem  pengaturan  oksigen terlarut menggunakan metode logika fuzzy berbasis mikrokontroler teensy  board .  Hasil  pengukuran  sistem  ini menunjukkan  bahwa  nilai  oksigen  terlarut  yang  terukur berkisar  antara  2.3  dan  5.8  ppm  dengan  rerata  kesalahan pembacaan  adalah  0.075%.    Respon  sistem  membutuhkan waktu  1  menit  untuk  mencapai  nilai  kadar  oksigen  yang dikehendaki.
DAFTAR PUSTAKA [1] G.  Wibisono, “ Studi  Kelayakan  Investasi  Pembuatan  Perikanan
Pembibitan Ikan Lele Dalam Perspektif Supply Chain Management, ” Universitas Islam Negeri Sunan Kalijaga, 2012.
[2] R. Yosanto, ““ Pembenihan dan Pembesaran Ikan Lele Sangkuriang Clarias  sp.  Di  Unit  Kerja  Budidaya  Air  Tawar  Wonocatur Cangkringan Sleman Yogyakarta, ” Institut Pertanian Bogor, 2015. [3] Yusvarina  and  M.  Sumarna, “ Rancang  Bangun  Sistem  Kontrol Kadar  Oksigen  di  Dalam  Air  Pada  Kolam  Pembenihan  Ikan  Lele Mutiara  di  Unit  Kerja  Budidaya  Air  Tawar(UKBAT)  Wonocatur Cangkringan,  Sleman,  Yogyakarta, ” J.  Univ.  Negeri  Yogyakarta , vol. 5, no. 7, 2016.
[4] P.  Urbasa, “ Dampak  Kualitas  Air  Pada  Budi  Daya  Ikan  Dengan Jaring  Tancap  di  Desa  Toulimembet  Danau  Tondano, ” J.  Budid. Perair. , vol. 3, no. 1, pp. 59 – 67, 2015. [5]
Y.  Fujaya, Fisiologi  ikan:  dasar  pengembangan  teknologi perikanan .  Jakarta:  Direktorat  Jenderal  Pendidikan  Tinggi Depdiknas, 2002.
[6] G.  Macqy,  J.  Pajarillo,  J.  E.  Tenorio,  E.  M.  Trambulo,  M.  R.  B.
Apsay,  and  M.  G.  Chua, “ Development  of  Dissolved  Oxygen Monitoring  System  for  Fish  Ponds, ” in IEEE  3rd  International Conference on System Engineering and Technology , 2013.
[7] M.  R.  Zulkarnain, “ Sistem  Monitoring  Kualitas  Air  Sungai  Yang Dilengkapi Dengan Data Logger Dan Komunikasi Wireless Sebagai Media  Pengawasan  Pencemaran  Limbah  Cair, ” in Prosiding Undergraduate Theses of Electrical Engineering , 2015.
[8] Resmana,  Ferdinando,  W.  Thiang,  and  A.  S.  Widagdo, “ Implementasi  Fuzzy  Logic  Pada  Microcontroller  Untuk  Kendali Putaran Motor DC, ” in Industrial Electronic Seminar , 1999. [9] Masri ’ an, “ Pengendalian  Orientasi  Webcam  Sebagai  Pengawas Ruangan  Dengan  Metode  Kontrol  Fuzzy, ” in Undergraduate Theses of Electrical Engineering , 2011.
[10] PJRC  Electronic  Project  Components  Available  Worldwide, “ Teensy  3.2  New  Features, ” 2014.  [Online].  Available: https://www.pjrc.com/teensy.
[11] Q.  Hidayati  and  M.  E.  Prasetyo, “ Pengaturan  Motor  DC  dengan Menggunakan  Mikrokontroler  Berbasis  Fuzzy-PID, ” J.  Teknol. Terpadu , vol. 4, no. 1, 2016.