ISSN 2580-2801
JUS TEKNO
Jurnal Sains & Teknologi
Mengukur Debit Waste Water Treatment Plant
Dengan Sekat V-notch Dan Sensor Ultrasonic HC-SR04
Berbasis Microcontroller ATMEGA 8535
Ahmad Faridh
Program Studi Teknik Elektro
Sekolah Tinggi Teknologi Duta Bangsa
Abstrak
Debit buangan air limbar cair (Waste Water Treatment Plant) di setiap perusahaan, sesuai
peraturan yang berlaku dan kebutuhan operasional harus selalu diukur. Karena sifat air limbah ini
yang corrosive dan abrasive dan juga banyak kandungan kotoran maka diperlukan alat pengukur
yang mudah, sederhana, murah dan real-time. Maka dengan memilih dan menggabungkan antara
sekat V-notch dan sensor ultrasonic HC-SR04 berbasis microcontroller ATmega 8535, dapat
digunakan untuk mengukur debit air wwtp yang dimaksud. Dengan mengukur ketinggian air wwtp
dan ditambah bantuan program microcontroller melalui software CodeVision AVR maka
pembacaan debit wwtp dapat ditampilkan secara real-time melalui LCD display.
Keywords : Waste Water Treatment Plant, Microcontroller
I. Pendahuluan
Meneg LH No.51 Thn 1995 – Baku Mutu
Limbah cair akibat proses produksi
Limbah Cair Bagi Kegiatan Industri), di
sebelum dibuang ke saluran umum, wajib
dalam suatu Waste Water Treatment Plant –
diolah dengan baik dan benar dengan
WWTP (Unit Pengolahan Air Limbah).
mengikuti / mengacu pada baku mutu limbah
Di dalam baku mutu limbah seperti
yang telah ditetapkan oleh pemerintah (Kep
yang telah ditetapkan pemerintah tersebut,
JUS TEKNO VOL. 02 NO. 02 (2018)
167
selain harus memperhatikan besaran /
tingkatan
/
kadar
dari
masing-masing
parameter kimia juga perlu diperhatikan debit
(laju aliran) dari air buangannya secara realtime.
Di
sinilah
mulai
timbul
permasalahan/hambatan bagi pelaku industri
dalam mengukur dan menentukan besaran
Gambar 1.1. Sekat V-Not
aliran air (debit air) buangannya, karena sifat
Rumus umum yang berlaku pada sekat
V-Notch yaitu :
air limbah industri memiliki kekhususan.
Q = x (g) x Ce x
Sifat-sifat air limbah industri rata-rata
memiliki kondisi :
Dimana :
Q
= Debit air (m3/s)
g
= Gravitasi (9,80665 m/s2)
atau (32,2 ft/s2)
Ce
= Coefficient Effective (0,576)
= Sudut V-notch (90o)
kh
= Faktor Koreksi Head
H
= (Head) Tinggi Permukaan Air (m)
(1 m = 3.28084 ft)
-. Sangat keruh
-. Sangat kotor
-. Ada partikel padatan
-. pH tinggi
-. Suhu ≥ 45oC
-. Bau Menyengat
-. Corrosive – Abrasive
-. Mengandung uap air
II. Teori
-. Mengandung lumpur
2.1. V-Notch
-. Terkandung gas phenol-clorine-amoniac
Pada
sekat
V-notch
pintu
akan
berbentuk segitiga siku-siku,
Teknis
memanfaatkan
pengukuran
sekat
debit
V-Notch
akan
(sekat
Thomson) yang memang sudah umum
dipergunakan dalam ilmu mekanika fluida.
Dimana dari sekat ini ketinggian air yang
keluar dari outlet V nya sudah merupakan
Gambar 2.1. Pemakaian Sekat V-Not
besaran aliran (debit) air tersebut.
JUS TEKNO VOL. 02 NO. 02 (2018)
168
Bila mengacu pada USBR Water
Measurement Manual, section 7, chapter 7,
halaman 7-9 s/d 7-11, untuk sekat V-notch
Gambar 2.1 Bentuk Fisik (Dual In-Line
Package)
Microcontroller
ATmega 8535
ini menyaratkan bahwa :
-.
H / B ≤ 0,2
-.
25o ≤  ≥ 100o
-.
b ≥ 2H
-.
B/H > 6
-.
Titik pengukuran H berjarak minimal 2H
dari sekat V-notch
Dari rumus sekat V-notch diatas, bila
disederhanakan maka menjadi :
Q = 1,36048
m3/detik
2.2. Microcontroller
Microcontroller adalah sebuah sistem
microprocessor yang di dalamnya sudah
terdapat CPU, RAM, ROM, I/O, clock dan
Gambar 2.3. Blok Diagram Sederhana
Microcontroller
ATmega
8535
2.3. Bahasa Pemrograman ATmega 8538
CodeVision
AVR
pada
dasarnya
peralatan internal lainya yang sudah saling
merupakan perangkat lunak pemrograman
terhubung dan terorganisasi (teralamati)
microcontroller keluarga AVR berbasis
dengan baik oleh pabrik pembuatnya dan
bahasa C. Compiler C yang digunakan
dikemas dalam satu chip yang siap pakai,
hampir
sehingga
komponen standar yang ada pada bahasa C
sering
disebut
single
microcomputer atau one chip solution.
chip
mengimplementasikan
semua
standar ANSI (seperti struktur program, jenis
tipe data, jenis operator, dan library fungsi
standar berikut penamaannya). CodeVision
JUS TEKNO VOL. 02 NO. 02 (2018)
169
AVR
juga
menyediakan
fungsi-fungsi
tambahan yang sangat bermanfaat dalam
pemrograman antar-muka AVR dengan
perangkat
luar
yang umum
digunakan
dalam aplikasi kontrol.
Gambar 2.6. DI-Smart LCD 16x2 Board
Tabel 2.1. Fungsi / Diskripsi Pin DI-Smart
LCD 16x2
Gambar 2.4. Icon CodeVision AVR
Gambr 2.5. Tampilan CodeVision AVR
2.4. LCD 16 x 2 Board
LCD
(Liquid Cristal
Display)
Pin
No.
1
2
Code
= GND
= VCC
3
= RS
4
= RW
5
= EN
6
7
8
9
10
=
=
=
=
=
D4
D5
D6
D7
Fungsi
Ground Tegangan
Tegangan Supply 5
VDC
Register Select ; 1 =
Kirim Data ; 0 = Kirim
Instruksi
Read-Write
Control
Bus ; 1 = Membaca
Data ; 0 = Menulis Data
ke Layar
Data Enable ; Untuk
mengontrol LCD
(Tidak digunakan)
Data I/O
Data I/O
Data I/O
Data I/O
berfungsi sebagai penampil data baik dalam
bentuk karakter, huruf, angka ataupun grafik,
dan merupakan suatu jenis media tampilan
yang menggunakan kristal cair sebagai
penampil utama.
JUS TEKNO VOL. 02 NO. 02 (2018)
170
Gambar 2.7. Diagram Blok Pengendali LCD
2.5. Sensor Ultrasonic HC-SR04
Sensor Ultrasonic HC-SR04 adalah
Secara sederhana fungsi pin-pin dari
LCD adalah sebagai berikut :

Pin
DATA
dapat
receiver
dihubungkan
dengan bus data dari rangkaian lain
seperti microcontroller dengan lebar
ultrasonic,
modul
ini
dapat
digunakan untuk mengukur jarak. Modul ini
mengukur jarak dengan cara menghitung
selisih waktu antara saat pemancaran sinyal
dan saat penerimaan sinyal pantul.
data 8 bit.

merupakan modul yang berisi transmitter dan
Pin RS (Register Select) berfungsi
sebagai
indikator
atau
yang
menentukan jenis data yang masuk,
apakah data atau perintah. Logika low
menunjukan yang masuk adalah
perintah, sedangkan logika
high
Gambar 2.8. Bentuk Fisik Sensor Ultrasonic
HC-SR04
menunjukan data.

Pin R / W (Read Write) berfungsi
sebagai instruksi pada modul jika
low tulis data, sedangkan high baca
data.

Pin EN (Enable) digunakan untuk
memegang data baik masuk atau
keluar

Pin
VCC
merupakan
sumber
Gambar 2.9. Sensor Ultrasonic Dengan
Double Sensor
tegangan 5 VDC untuk catu daya
LCD
Rumus mencari jarak :
S = 349 * t/2 atau

Pin GND adalah ground atau nol
S = t / 5,7 (ms/m) atau
tegangan sumber
S = t /57 (µs/cm)
JUS TEKNO VOL. 02 NO. 02 (2018)
171
Tabel 2.2. Fungsi Pin-Pin Sensor Ultrasonic
HC-SR04
Nomor Kode
Fungsi
Pin
Pin
Power Supply 5VDC,
4
VCC Sebagai Pin sumber
tegangan positif sensor
Trigger
/
Penyulut,
Digunakan
untuk
3
Trig
membangkitkan sinyal
ultrasonic
Receiver / Indikator,
digunakan
untuk
2
Echo
mendeteksi
sinyal
pantulan ultrasonic
Ground/0V,
sumber
1
GND tegangan netral/nol untuk
sensor
Gambar 2.10. Contoh Bentuk Fisik
Switching Power Supply
III. Perancangan & Realisasi
3.1. Pembuatan Sekat V-Notch
Dibuatkanlah sekat ukur V-Notch
bersudut 90o, seperti gambar di bawah ini.
2.6. Switching Power Supply
Beberapa
kelebihan
dan
kekurangan dari Switching Power Supply
dibandingkan dengan Conventional Power
Supply untuk besaran daya yang sama.
Tabel
2.3. Kelebihan dan kekurangan
Switching Power Supply
No.
1
Kelebihan
Dimensi lebih kecil
2
Bobot lebih ringan
3
4
Efesiensi tinggi
Tegangan Dan Arus
Output lebih stabil
Range
tegangan
input lebih lebar
Harga relatif lebih
murah
5
6
Kekurangan
Rangkaian
yang
kompleks
Menimbulkan noise EMI
(electromagnetic
interference)
Gambar 3.1. Sekat Ukur V-notch Ber Sudut
90o
Guna mempermudah pengukuran debit
air ini maka dibuatkan pula saluran terbuka
secara miniatur dengan membentuk dan
merangkai
(potongan)
beberapa
sehingga
lembar
shape
membentuk
suatu
saluran terbuka sederhana yang keluarannya
dipasang
sekat
Dimensi/ukurannya
JUS TEKNO VOL. 02 NO. 02 (2018)
ukur
dibuat
V-notch.
mudah
dan
172
sederhana
agar
lebih
mudah
dalam
dimaksudkan
di
atas
menggunakan
pembuatan dan perhitungannya, namun tidak
microcontroller ATmega 8535, yang bersifat
mengurangi persyaratan minimal yang harus
sebagai
dipenuhi untuk pengukuran menggunakan
ultrasonic
sekat ukur V-notch.
ketinggian permukaan air dan LCD 16x2
pusat
kendali,
HC-SR04
dengan
sebagai
sensor
sensor
yang digunakan sebagai text display nya.
Semua rangkaian dan komponen dirangkai
menjadi
satu
sehingga
bisa
dan
saling
melakukan
berhubungan
hal
yang
diinginkan.
Gambar 3.2. Dimensi Miniatur Saluran
Terbuka Dengan Sekat Ukur Vnotch
Gambar 3.4. Blok Diagram Rangkaian Alat
Ukur Debit WWTP
Gambar 3.3 Bentuk Jadi Bejana Sekat Ukur
V-notch
3.2. Rangkaian Alat Ukur Debit
Rangkaian elektronik untuk mengukur
besaran aliran air (debit) wwtp yang
JUS TEKNO VOL. 02 NO. 02 (2018)
173
Gambar 3.5. Rangkaian Lengkap Alat Ukur
Debit WWTP
Gambar 3.7. Tata Letak Dan Gabungan
Rangkaian
3.3. PCB (Printed Circuit Board)
Rangkaian Microcontroller
Rangkaian elektronik microcontroller
diatas (gambar 3.5) digambar menggunakan
software
EAGLE
(Easily
Applicable
Graphical Layout Editor) versi 7.4.0 for
Windows 64 bit, kemudian selanjutnya
3.4. Pemrograman Microprocessor
Pengukur Debit
Guna mempermudah pemahaman
pemikiran alur dari program ini, dapat
ditunjukkan dalam flowchart dibawah ini :
diubah menjadi bentuk gambar PCB (Printed
Circuit Board = Papan Rangkaian Tercetak)
Mulai
Inisialisasi
Program
Sensor
Mengukur Jarak
Gambar 3.6. Komponen Terpasang Semua
Di PCB
Kalkulasi
Jarak Menjadi
Debit
3.4. Perakitan Rangkaian Yang
Disatukan Dalam Box (wadah)
Selanjutnya semuanya disatukan dan
dipasang
dalam
wadah
yang
dapat
melindungi rangkaian / komponen beserta
Tampilkan
Hitungan Debit Ke
LCD
power-supply nya sehingga menjadi lebih
kompak, praktis, aman
Selesai
Gambar 3.35. Flowchart Program Mengukur
Debit WWTP
JUS TEKNO VOL. 02 NO. 02 (2018)
174
4.1. Pengujian Pengukuran Pembacaan
Saat
awal
peralatan
diaktifkan
Ketinggian Air
kemudian
Uji coba pengukuran ketinggian air ini
menginisialisasi
dilaksanakan menggunakan toples (kéler)
persyaratan, jenis data dan jenis tampilan
yang diberi mistar pengukur (sebagai media
yang digunakan. Selanjutnya microcontroller
untuk mengidentifikasi ketinggian air) dan
mengaktifkan sensor
dengan
peletakan sensor ultrasonic disesuaikan
akan
dengan ketinggian yang memang sudah
dipergunakan untuk mengetahui jarak benda.
dirancang, yaitu 20 cm dari titik paling bawah
(microcontroller
on)
microcontroller
akan
mengirim
sinyal
maka
ultrasonic
yang
nantinya
air (dalam bejana V-notch, titik terbawah dari
DDRD.0 = 1;
PORTD.0 = 1;
delay_us(10);
PORTD.0 = 0;
DDRD.1 = 0;
// menjadikan port ini
sebagai output Trigger
//memberi sinyal HIGH
selama 10 µs
//memberikan sinyal LOW
atau dimatikan
//menjadikan port ini sbg
input ECHO
air adalah sudut lancip V-notch).
Hasil yang didapat dari percobaan
ini dicatat dan bila didapati hasil pengukuran
yang terlalu menyimpang, maka selanjutnya
dilakukan sedikit penyesuaian/modifikasi di
program microcontroller. Beberapa kali
percobaan dan penyesuaian diperoleh data
while(PIND.1==0){}
while(PIND.1==1)
//mencacah waktu
lamanya pulsa 1
dari ECHO
count++;
sebagai berikut :
Tabel 4.1. Hasil Pengukuran Debit Air
Kemudian dikalkulasi mengikuti rumus baku
debit untuk V-notch 90o,
x=0.01*(20-(count/3.3)); // hitungan jarak
(m)
y=pow(x,2.5);
// Memeberi pangkat
2,5 pada x
debit=1.36048*y*1000; // Rumusan Debit
dalam
satuan
Liter/Detik
Beberapa faktor dalam percobaan ini
yang menyebabkan pembacaan berubah dan
IV. Pengujian Dan Analisa
JUS TEKNO VOL. 02 NO. 02 (2018)
175
tidak sesuai dengan perhitungan teoritis
treatment, dimana penempatan V-notch di
adalah :
semua lokasi tersebut tidaklah menuntut
1. Kondisi permukaan air karena pergerakan
keakuratan pembacaan, karena memang
air ataupun faktor alam lainnya (tiupan
hanya digunakan untuk petunjuk dasar,
angin) yang tidak bisa 100% rata, konstan,
indikasi dasar semata dari aliran di saluran
pasti saja ada gelombang-gelombang
tersebut, sehingga bila dikaitkan dengan
(riak-riak) walau sangat kecil.
pemasangan alat ukur debit ini yang secara
2. Faktor ketepatan penempatan sensor
real-time dapat menampilkan pengukuran
ultrasonic yang dalam percobaan ini harus
debit sehingga dapat membantu pembacaan
tepat 20 cm dari jarak terbawah/titik 0
langsung
(nol) sudut lancip V-notch.
dialiran/saluran tersebut.
3. Tingkat
ketelitian
perhitungan
besaran
debit
yang
ada
dan
Dan juga perlu diketahui bahwa aliran
tampilan yang dibuat menjadi 5 (lima)
pada saluran irigasi, sungai dan atau pada
digit dibelakang koma, karena jarak yang
proses
diukur relatif kecil.
dimaksudkan diatas, debit aktualnya cukup
4. Kualitas / unjuk kerja dari type sensor
waste
water
treatment
yang
besar (misal 20 m3/detik = 20.000 liter/detik
50 m3/detik = 50.000 liter/detik),
yang digunakan, yang dalam hal ini
; atau
menggunakan sensor ultrasonic HC-SR04
sehingga kalaupun dalam pembacaan dan
yang
kualitasnya
tampilan debitnya ada perubahan-perubahan
tergolong biasa dan dengan harga jualnya
kecil (seperti yang diterangkan di atas) tidak
relatif jauh lebih murah dari type yang
akan terlalu berpengaruh
sepertinya
kelas
lain.
Namun
demikian
mengacu
pada
penulisan sebelumnya (bab I-II), yang telah
menjelaskan bahwa penggunaan sekat Vnotch (sekat Thomson) lazimnya untuk
mengukur laju volume cairan setiap waktu
(debit) seperti di saluran irigasi, aliran sungai
kecil, ataupun saluran proses waste water
JUS TEKNO VOL. 02 NO. 02 (2018)
4.2. Pemanfaatan
Dengan menggunakan alat kecil dan
sederhana
ini,
mempermudah,
dapat
membantu
memperlancar
kerja
pengukuran debit aliran air pada saluran
irigasi, saluran/sungai-sungai kecil, dan
ataupun untuk operasional waste water
176
treatment di pabrik-pabrik pada umumnya
yang
tidak
dipersiapkan
untuk
secara real-time.
pengukuran presisi dibandingkan sensor
ultrasonic PING, atau jenis lain yang
jauh lebih baik.
V. Penutup
5.1. Kesimpulan
Setelah
percobaan,
5.2. Saran
dilakukan
studi
literatur
penelitian,
dan
1. Alat ukur debit ini tidak dimaksudkan
melihat
untuk dijadikan alat ukur yang presisi,
keadaan nyata dilapangan, maka dapat
tetapi sangat memadai bila digunakan
disimpulkan sebagi berikut :
untuk mengetahui debit air secara real-
1. Untuk menghitung dan mengukur debit
time.
aliran air termasuk pada wwtp, dapat
menggunakan
sekat
V-notch
(sekat
Thomson) bersudut 90o
2. Maka
dengan
misalnya dengan penambahkan control
output berupa pengendalian pompa
hanya
mengukur
ketinggian permukaan air nya dan
kemudian
2. Alat ini dapat lebih dikembangkan
dimasukkan
dalam
sehingga besaran debit dapat diatur
sesuai kebutuhan.
3. Untuk
lebih
mendapatkan
hasil
formula/rumus
pengukuran yang lebih baik, dengan
Q = 1,36048 m3/detik
maka sudah bisa didapat besaran debit
satuan jarak/ukur memang dibutuhkan,
dari aliran/saluran tersebut.
sensor ultrasonic jenis lain (misal PING
3. Setelah
dilakukan
beberapa
kali
maka disarankan untuk menggunakan
Sensor).
percobaan, dan penyesuaian perubahan
4. Pemanfaatan alat ini dapat diaplikasikan
rumus, maka didapat lah rumus untuk
langsung di dunia industri, seperti pada
mengukur jarak yang sesuai dengan
system
kenyataan :
pembuatannya yang relatif mudah, biaya
S = t / 3.3 (dalam satuan Cm)
yang dikeluarkan juga relatif sedikit.
Perbedaan ini mungkin disebabkan
Sehingga
perbedaan clock dari microcontroller
elektro dapat
dan ultrasonic nya, atau memang karena
bermanfaat bagi dunia industri
proses
karya
wwtp,
mahasiswa
karena
teknik
lebih dirasakan dan
kualitas sensor ultrasonic HC-SR04
JUS TEKNO VOL. 02 NO. 02 (2018)
177