KONTROL KUALITAS AIR PADA INDUSTRI PENGOLAHAN AIR BERSIH

[menuju akhir]

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1.Pendahuluan

2. Tujuan

3. Alat dan Bahan

4. Dasar Teori

5. Percobaan

    a. Prinsip Kerja

    b) Rangkaian Simulasi

    c) Video Simulasi

6. Download file

1. Pendahuluan [kembali]

Air bersih merupakan kebutuhan utama bagi kehidupan manusia dan menjadi komponen penting dalam kegiatan industri serta pelayanan masyarakat. Oleh karena itu, industri pengolahan air bersih dituntut untuk menghasilkan air yang memenuhi standar kualitas, baik dari segi kekeruhan, derajat keasaman (pH), maupun kontinuitas aliran. Pengendalian kualitas air yang tidak optimal dapat berdampak pada kesehatan pengguna serta menurunkan efisiensi sistem distribusi air.

Perkembangan teknologi sensor dan mikrokontroler memungkinkan diterapkannya sistem kontrol dan monitoring kualitas air secara otomatis dan real-time. Dengan memanfaatkan sensor pH, sensor turbiditas, serta water flow sensor yang terintegrasi dengan mikrokontroler, kondisi air dapat dipantau secara berkelanjutan dan akurat. Sistem ini membantu proses pengambilan keputusan serta meningkatkan keandalan pengolahan air bersih.

Berdasarkan hal tersebut, perancangan dan simulasi sistem kontrol kualitas air pada industri pengolahan air bersih menjadi penting untuk dipelajari. Melalui sistem berbasis sensor dan mikrokontroler, diharapkan pengawasan kualitas air dapat dilakukan secara efektif, efisien, dan berkelanjutan.

2. Tujuan [kembali]

a. Mempelajari cara kerja sensor yang ada.
b. Mensimulasikan prinsip kerja aplikasi sistem monitoring aliran air berbasis waterflow sensor pada         pengolahan air bersih.

c. Mempelajari simulasi rangkaian Aplikasi sistem monitoring aliran air berbasis waterflow sensor pada         pengolahan air bersih.

3. Alat dan Bahan [kembali]

A. Alat

1. Sensor ultrasonik

Sensor ultrasonik adalah perangkat elektronik yang memanfaatkan gelombang suara berfrekuensi tinggi—umumnya di atas 20 kHz, sehingga berada di luar batas pendengaran manusia—untuk mendeteksi keberadaan objek dan mengukur jaraknya tanpa kontak fisik. Sensor ini terdiri dari transmitter (pemancar) yang menghasilkan gelombang ultrasonik dan receiver (penerima) yang menangkap pantulan gelombang tersebut.

Cara kerjanya mengikuti prinsip time of flight, yaitu mengukur selang waktu antara gelombang suara dipancarkan dan diterimanya kembali pantulan dari suatu objek. Semakin cepat gelombang kembali, semakin dekat jarak objek tersebut. Mikrokontroler kemudian menghitung jarak berdasarkan kecepatan rambat suara di udara (sekitar 340 m/s, tergantung suhu dan kelembapan).

Sensor ultrasonik banyak digunakan karena kelebihannya yang mampu mendeteksi objek secara non-intrusif, aman, dan tetap akurat meskipun objek tidak memantulkan cahaya. Sensor ini juga tidak bergantung pada pencahayaan lingkungan, sehingga dapat bekerja baik pada kondisi terang maupun gelap.

Dalam aplikasi praktis, sensor ultrasonik sering dijumpai pada sistem otomatisasi seperti robotika, parkir mobil otomatis, pengukuran ketinggian air, pemantauan volume tangki, hingga smart home. Pada sistem seperti Smart Shower, sensor ultrasonik bisa digunakan untuk mendeteksi posisi pengguna, mengukur jarak permukaan air, atau mengontrol fungsi tertentu berdasarkan keberadaan objek.

Dengan sensitivitas yang tinggi, kemudahan penggunaan, serta biaya yang relatif terjangkau, sensor ultrasonik menjadi salah satu sensor favorit dalam sistem kontrol berbasis mikrokontroler.

2. Sensor turbiditas

Sensor turbiditas adalah instrumen analitik yang digunakan untuk mengukur tingkat kekeruhan atau kabut pada suatu cairan dengan mendeteksi seberapa banyak cahaya yang tersebar (scattered) atau diserap (absorbed) oleh partikel-partikel tersuspensi di dalamnya. Semakin banyak partikel kecil yang melayang di dalam air—seperti lumpur halus, sedimen, mikroorganisme, atau bahan organik—maka semakin tinggi nilai turbiditas yang terdeteksi.

Secara umum, sensor turbiditas bekerja dengan memancarkan cahaya dari sebuah sumber LED ke arah larutan, kemudian sebuah fotodetektor menangkap intensitas cahaya yang tersisa atau yang terpencar. Perbandingan antara cahaya yang dipancarkan dan cahaya yang diterima inilah yang digunakan untuk menentukan tingkat kekeruhan. Bila cairan jernih, cahaya akan lewat dengan sedikit hambatan; namun bila cairan keruh, cahaya akan banyak tersebar dan nilai yang terbaca pada sensor menjadi rendah atau tidak stabil.

Dalam pengukuran turbiditas, satuan yang sering digunakan adalah NTU (Nephelometric Turbidity Unit). Semakin tinggi nilai NTU, semakin keruh suatu cairan. Sensor turbiditas modern biasanya telah dilengkapi rangkaian kondisioning, seperti amplifier dan filter, agar sinyal keluaran lebih stabil sebelum diolah mikrokontroler.

Sensor ini sangat penting dalam pemantauan kualitas air, baik di instalasi pengolahan air bersih, sistem filtrasi rumah tangga, laboratorium lingkungan, hingga aplikasi industri seperti proses manufaktur dan pengolahan limbah. Dengan kemampuan mendeteksi tingkat kekeruhan secara cepat dan real-time, sensor turbiditas menjadi bagian penting dalam memastikan air memenuhi standar keamanan, kebersihan, dan kelayakan untuk digunakan.

3. Sensor pH 

Sensor pH adalah perangkat yang digunakan untuk mengukur tingkat keasaman atau kebasaan suatu cairan dengan mendeteksi konsentrasi ion hidrogen (H⁺) dalam larutan. Sensor ini umumnya bekerja menggunakan elektroda gelas, yaitu komponen yang menghasilkan perbedaan tegangan listrik sesuai dengan jumlah ion H⁺ yang berada di sekitar permukaannya. Tegangan yang dihasilkan sangat kecil dan bersifat sensitif, sehingga perlu melalui modul pengkondisi sinyal sebelum dapat dibaca oleh mikrokontroler seperti STM32.

Nilai tegangan yang diterima kemudian dikonversi menjadi angka pH pada skala 1 hingga 14. Pada skala tersebut, nilai < 7 menunjukkan larutan bersifat asam, nilai 7 bersifat netral, sedangkan nilai > 7 menunjukkan kondisi basa. Informasi ini sangat penting dalam berbagai aplikasi pemantauan kualitas air karena pH merupakan salah satu parameter utama yang menentukan keamanan, kelayakan, dan stabilitas air untuk digunakan.

Dengan kemampuannya memberikan informasi yang cepat dan akurat, sensor pH menjadi komponen penting dalam sistem otomatis berbasis mikrokontroler, termasuk pada sistem Smart Shower maupun sistem pengawasan kualitas air lainnya.

4. Water Flow Sensor

Sensor aliran air (water flow sensor) adalah perangkat yang digunakan untuk mengukur atau mendeteksi laju aliran, kecepatan, atau volume total air (atau cairan lainnya) yang bergerak melalui pipa atau saluran terbuka dalam jangka waktu tertentu.

Spesifikasi sensor pada flow sensor adalah sebagai berikut:

Sensor Flow Meter YF-DN50 merupakan jenis sensor pengukur debit aliran yang bekerja berdasarkan prinsip Hall Effect, yaitu fenomena munculnya tegangan listrik ketika sebuah sensor Hall mengalami perubahan medan magnet di sekitarnya. Di dalam rangka sensor terdapat sebuah rotor atau kincir yang dapat berputar bebas saat dialiri fluida. Pada salah satu bilah rotor tersebut ditempatkan magnet permanen kecil yang berfungsi sebagai pemicu sinyal.

Ketika air mengalir melalui pipa, energi kinetik fluida memberikan gaya dorong pada rotor sehingga rotor berputar. Kecepatan rotasi ini berbanding lurus dengan besarnya debit aliran—semakin besar alirannya, semakin cepat rotor berputar. Setiap kali rotor melakukan satu putaran penuh, magnet akan melewati posisi sensor Hall. Peristiwa ini menyebabkan sensor Hall menghasilkan perubahan kondisi tegangan yang kemudian dikonversi menjadi satu pulsa digital.

Pulsa-pulsa digital tersebut muncul dalam bentuk square wave dengan level tegangan sekitar >4,5 V pada kondisi HIGH dan <0,5 V pada kondisi LOW, sesuai dengan tabel spesifikasi teknis YF-DN50. Ketika tidak ada aliran air, output biasanya tetap berada pada level LOW atau hanya menghasilkan sangat sedikit pulsa. Namun ketika aliran meningkat, frekuensi pulsa per detik juga meningkat, sehingga mikrokontroler dapat mengolah jumlah pulsa tersebut untuk menghitung besarnya laju aliran air secara real-time.

Sensor ini mendukung rentang pengukuran debit yang luas, yakni 10 hingga 300 liter per menit, dengan tingkat akurasi sekitar ±3%. Selain itu, karakteristik sinyalnya memiliki duty cycle sebesar 50% ±10%, yang menunjukkan kestabilan bentuk pulsa dan memudahkan proses pembacaan oleh perangkat digital. Dari sisi elektrikal, sensor bekerja pada tegangan 5–18 V, namun umumnya dioperasikan pada 5 V dengan konsumsi arus sekitar 15 mA, sehingga sangat kompatibel digunakan bersama platform mikrokontroler seperti Arduino, ESP32, maupun STM32.

Secara keseluruhan, mekanisme kerja YF-DN50 yang sederhana namun andal menjadikannya sensor yang efektif untuk berbagai aplikasi pengukuran debit air, baik untuk sistem industri, sistem distribusi air, hingga proyek-proyek berbasis mikrokontroler.

5. STM 32

STM32 Bluepill merupakan mikrokontroler 32-bit berbasis ARM Cortex-M3 yang menjadi pusat pengendali dalam sistem Smart Shower. Perangkat ini berfungsi sebagai otak dari keseluruhan rangkaian, mulai dari membaca berbagai sensor, mengolah data, menjalankan logika program, hingga mengendalikan aktuator seperti pompa, kipas, pemanas (heater), lampu, dan buzzer. Berkat kecepatan proses yang tinggi, konsumsi daya yang efisien, serta ketersediaan pin GPIO yang cukup banyak, STM32 Bluepill sangat ideal digunakan dalam aplikasi otomasi yang memerlukan respons cepat dan pengolahan data sensor secara real-time.

Secara umum, STM32 adalah keluarga mikrokontroler 32-bit buatan STMicroelectronics yang menggunakan arsitektur prosesor ARM Cortex-M. Keluarga mikrokontroler ini banyak digunakan dalam berbagai bidang—mulai dari otomasi industri, perangkat medis, hingga produk elektronik konsumen—karena menawarkan performa tinggi, fleksibilitas konfigurasi, skalabilitas pada berbagai seri, dan efisiensi daya yang baik. Dengan kombinasi fitur tersebut, STM32 Bluepill memberikan platform yang kuat dan andal untuk membangun sistem shower cerdas yang stabil dan responsif.

B. Bahan

1. Led

Komponen elektronika yang dapat memancarkan  cahaya monokromatik ketika diberikan tegangan maju.

2. Resistor

Resistor adalah salah satu komponen elektronika pasif yang paling umum digunakan. Fungsinya adalah mengendalikan arus listrik dengan memberikan hambatan terhadap aliran arus dalam suatu rangkaian elektronika. Resistor memiliki nilai resistansi tertentu yang mengatur seberapa besar aliran arus dalam rangkaian.

                                        

3. Potensiometer 
Potensiometer adalah resistor variabel yang dapat diatur nilai hambatannya melalui sebuah kenop atau tuas geser. Komponen ini memiliki tiga terminal (dua tetap dan satu terminal geser atau wiper) dan sering digunakan untuk mengatur tegangan atau arus dalam sebuah rangkaian, seperti mengatur volume suara atau kecerahan lampu.

4. Buzzer

Sebuah komponen elektronik yang menghasilkan suara 'buzz' atau dengungan. Ini sering digunakan dalam alarm, timer, bel pintu, dan perangkat lain yang membutuhkan sinyal audio sederhana.

5. Transistor NPN 

Transistor merupakan salah satu Komponen Elektronika Aktif yang paling sering digunakan dalam rangkaian Elektronika, baik rangkaian Elektronika yang paling sederhana maupun rangkaian Elektronika yang rumit dan kompleks. Transistor pada umumnya terbuat dari bahan semikonduktor seperti Germanium, Silikon, dan Gallium Arsenide.

4. Dasar Teori [kembali]

Pada sistem monitoring dan simulasi rangkaian yang dirancang, berbagai komponen elektronik dan sensor digunakan untuk mendeteksi kondisi lingkungan, mengukur parameter fisik, serta mengendalikan aktuator. Setiap komponen memiliki prinsip kerja spesifik yang saling melengkapi sehingga sistem dapat bekerja secara akurat, aman, dan responsif. Bagian ini menjelaskan teori dasar dari seluruh perangkat yang digunakan dalam sistem.

4.1 LED (Light Emitting Diode)

                                                   

Komponen elektronika yang dapat memancarkan  cahaya monokromatik ketika diberikan tegangan maju. LED merupakan keluarga Dioda yang terbuat dari bahan semikonduktor. Warna-warna Cahaya yang dipancarkan oleh LED tergantung pada jenis bahan semikonduktor yang dipergunakannya. LED juga dapat memancarkan sinar inframerah yang tidak tampak oleh mata seperti yang sering kita jumpai pada Remote Control TV ataupun Remote Control perangkat elektronik lainnya.

LED adalah komponen semikonduktor yang memancarkan cahaya ketika diberi tegangan maju (forward bias). Emisi cahaya terjadi akibat rekombinasi elektron dan hole di dalam material semikonduktor. Energi yang dilepaskan dalam bentuk foton menentukan warna cahaya LED. Material semikonduktor yang digunakan antara lain:

• GaAs (Gallium Arsenide) → inframerah

• GaP (Gallium Phosphide) → hijau

• GaN (Gallium Nitride) → biru/putih

LED memiliki karakteristik arus maju tertentu dan tidak boleh diberi arus berlebih. Oleh sebab itu, resistor pembatas arus sangat penting untuk menjaga LED tetap beroperasi pada batas aman. Dalam sistem monitoring, LED digunakan sebagai indikator status, seperti memberi sinyal ketika sensor aktif, relay menyala, atau terjadi kondisi peringatan tertentu.

4.2 Transistor NPN
Fungsi-fungsi Transistor diantaranya adalah :

• sebagai Penyearah,
• sebagai Penguat tegangan dan daya,
• sebagai Stabilisasi tegangan,
• sebagai Mixer,
• sebagai Osilator
• sebagai Switch (Pemutus dan Penyambung Sirkuit)

Struktur Dasar Transistor

Pada dasarnya, Transistor adalah Komponen Elektronika yang terdiri dari 3 Lapisan Semikonduktor dan memiliki 3 Terminal (kaki) yaitu Terminal Emitor yang disingkat dengan huruf “E”, Terminal Base (Basis) yang disingkat dengan huruf “B” serta Terminal Collector/Kolektor yang disingkat dengan huruf “C”. Berdasarkan strukturnya, Transistor sebenarnya merupakan gabungan dari sambungan 2 dioda. Dari gabungan tersebut , Transistor kemudian dibagi menjadi 2 tipe yaitu Transistor tipe NPN dan Transistor tipe PNP yang disebut juga dengan Transistor Bipolar. Dikatakan Bipolar karena memiliki 2 polaritas dalam membawa arus listrik.

NPN merupakan singkatan dari Negatif- Positif-Negatif sedangkan PNP adalah singkatan dari Positif-Negatif-Positif.

Berikut ini adalah gambar tipe Transistor berdasarkan Lapisan Semikonduktor yang membentuknya beserta simbol Transistor NPN dan PNP.

Simbol Transistor

Prinsip kerja transistor PNP adalah arus mengalir dari emitor menuju kolektor. Dibandingkan NPN, pada PNP terjadi hal sebaliknya ketika arus mengalir pada kaki basis, maka transistor tidak bekerja. Arus akan mengalir apabila kaki basis diberi sambungan ke ground (-) hal ini akan menginduksi arus pada kaki emitor ke kolektor. Jika basis dihubungkan diberi tegangan maka arus basis harus lebih kecil dari arus yang mengalir dari emitor ke kolektor. Penggunaan transistor jenis ini mulai jarang digunakan. Dibanding dengan NPN, transistor jenis PNP mulai sulit ditemukan dipasaran. Transistor jenis PNP adalah transistor negatif dimana akan dapat bekerja mengalirkan arus listrik jika basis dialiri arus negative (-) dan mempunyai lapisan semikonduktor sebagai berikut :

• Pada Emitor          = Semikonduktor yang dipakai adalah negatif.
• Pada Basis             = Semikonduktor yang dipakai adalah positif.
• Pada Kolektor       = Semikonduktor yang dipakai adalah negative.

Prinsip kerja transistor NPN adalah arus mengalir dari kolektor menuju emitor. Jika basis dihubungkan diberi tegangan maka arus basis harus lebih kecil dari arus yang mengalir dari kolektor ke emitor. Untuk mengalirkan arus tersebut dibutuhkan sambungan ke sumber positif (+) pada kaki basis. Ketika basis diberi tegangan, hingga dititik saturasi, maka akan menginduksi arus dari kaki kolektor ke emitor. Dan transistor akan aktif jika arus yang melalui basis berkurang, maka arus yang mengalir pada kolektor ke emitor akan berkurang, hingga titik cutoff. Penurunan ini sangatlah cepat karena perbandingan penguatan yang terjadi antara basis dan kolektor melebihi 200 kali. Transistor jenis NPN adalah transistor positif dimana akan dapat bekerja mengalirkan arus listrik jika basis dialiri arus positf (+) dan mempunyai lapisan semikonduktor sebagai berikut :

•  Pada Emitor          = Semikonduktor yang dipakai adalah positif.
• Pada Basis             = Semikonduktor yang dipakai adalah negatif.
• Pada Kolektor       = Semikonduktor yang dipakai adalah positif

Pada mode switching:

1. Cut-off: Ketika basis tidak diberi tegangan, transistor tidak mengalirkan arus dari kolektor ke emitor

2. Saturation: Ketika basis menerima tegangan positif yang cukup, arus kecil di basis mengendalikan arus lebih besar dari kolektor ke emitor, sehingga transistor berfungsi sebagai saklar ON.

Transistor NPN digunakan untuk mengendalikan perangkat seperti relay, pompa, atau motor DC, yang membutuhkan arus lebih besar daripada yang dapat disediakan mikrokontroler.

4.3 Resistor

Resistor adalah komponen pasif yang memberikan hambatan listrik dalam rangkaian. Hambatan ini berfungsi untuk:

• membatasi arus pada komponen seperti LED dan transistor,

• menurunkan atau mengatur level tegangan,

• membentuk rangkaian pembagi tegangan (voltage divider),

• menjaga kestabilan sinyal masukan sensor.

Nilai resistansi diukur dalam Ohm (Ω) dan dapat ditentukan melalui kode warna atau label numerik. Dalam sistem pengukuran, resistor juga digunakan sebagai bagian dari filtering, shaping sinyal, serta membantu melindungi komponen aktif dari arus atau tegangan berlebih.

4.4 Potensiometer

Potensiometer adalah resistor variabel yang nilai hambatannya dapat diubah secara mekanis dengan memutar knob atau slider. Dengan tiga terminal, potensiometer dapat berfungsi sebagai pembagi tegangan dinamis. Nilai tegangan output tergantung pada posisi wiper terhadap kedua ujung resistansi. Dalam simulasi, potensiometer sering digunakan sebagai pengganti sensor analog untuk melakukan uji coba perubahan nilai input secara manual, misalnya mensimulasikan perubahan kekeruhan, pH, atau jarak.

4.5 Buzzer

Buzzer adalah transduser elektroakustik yang mengubah sinyal listrik menjadi suara. Secara umum, terdapat dua jenis buzzer yang umum digunakan:

1. Buzzer Aktif (Active Buzzer): Memiliki rangkaian osilator internal sehingga akan menghasilkan suara dengan frekuensi tetap (biasanya sekitar 2-4 kHz) ketika diberi tegangan DC. Penggunaannya sangat sederhana, hanya membutuhkan catu daya.
2. Buzzer Pasif (Passive Buzzer): Tidak memiliki osilator internal. Untuk menghasilkan suara, diperlukan sinyal gelombang persegi (square wave) dengan frekuensi tertentu yang diberikan dari mikrokontroler (misalnya menggunakan fitur PWM). Jenis ini lebih fleksibel karena dapat mengontrol nada (frekuensi) dan durasi suara.

Dalam sistem monitoring, buzzer berfungsi sebagai indikator audio untuk memberikan peringatan (alert) atau notifikasi, seperti mendeteksi kebocoran air, tingkat kekeruhan yang melebihi batas, atau kondisi darurat lainnya.

4.6 Ssensor Ultrasonik

Sensor ultrasonik bekerja berdasarkan prinsip ekolokasi, mirip dengan kelelawar. Sensor ini memancarkan gelombang suara ultrasonik (frekuensi di atas 20 kHz) dan mendengarkan pantulannya.

Prinsip Kerja Detail:

1. Trigger: Pin TRIG diberi sinyal HIGH selama minimal 10 µs. Ini memerintahkan sensor untuk memancarkan burst 8 siklus gelombang ultrasonik pada 40 kHz.
2. Emission & Propagation: Gelombang ultrasonik merambat di udara dengan kecepatan sekitar 343 m/s (pada suhu 20°C). Kecepatan ini bervariasi tergantung suhu dan kelembaban.
3. Reflection: Gelombang akan memantul jika mengenai objek padat.
4. Reception: Modul penerima (receiver) pada sensor mendeteksi pantulan gelombang.
5. Echo Calculation: Pin ECHO akan menghasilkan sinyal HIGH dengan durasi waktu (pulse width) yang sebanding dengan waktu tempuh gelombang (Time of Flight/ToF). Jarak dihitung dengan rumus: Jarak (cm) = (Durasi Echo (µs) × Kecepatan Suara (cm/µs)) / 2 Dimana kecepatan suara kira-kira 0.0343 cm/µs dan dibagi 2 karena gelombang menempuh jarak bolak-balik.

Dataheet Penting HC-SR04:

• Tegangan Kerja: 5V DC
• Arus Kerja: 15 mA
• Jarak Pengukuran: 2 cm - 400 cm
• Akurasi: ±3 mm
• Sudut Pengukuran: <15°
• Frekuensi: 40 kHz

Sensor ini ideal untuk mengukur level ketinggian air dalam tangki tanpa kontak fisik.

4.7 Sensor Turbiditas

Sensor turbiditas mengukur kekeruhan dengan prinsip nephelometry, yaitu mengukur intensitas cahaya yang tersebar (scattered) oleh partikel dalam sampel air, biasanya pada sudut 90 derajat dari sumber cahaya.

Cara Kerja & Karakteristik Output:

Sensor umumnya menggunakan LED inframerah (IR) sebagai sumber cahaya dan fotodioda sebagai penerima. Dalam air jernih, cahaya IR akan lurus dan sedikit yang tersebar ke fotodioda. Dalam air keruh, partikel akan menghamburkan cahaya, sehingga lebih banyak cahaya yang diterima oleh fotodioda.

• Output Analog (Voltage): Nilai tegangan output berbanding terbalik dengan kekeruhan. Pada air jernih, tegangan output tinggi (mendekati Vcc). Semakin keruh air, tegangan output akan turun karena lebih banyak cahaya yang diserap oleh partikel.
• Kalibrasi: Sangat penting untuk mengkalibrasi sensor dengan larutan standar (misalnya Formazin) untuk mengkonversi nilai tegangan menjadi satuan NTU (Nephelometric Turbidity Unit).
• Pengaruh Warna: Sensor ini sensitif terhadap partikel tersuspensi, tetapi dapat terpengaruh oleh warna air yang menyerap cahaya.

4.8 Sensor pH

Sensor pH analog mengukur potensial elektrokimia antara elektroda referensi dan elektroda kaca (indikator) yang sensitif terhadap ion Hidrogen (H⁺).

Prinsip Elektrokimia & Rangkaian Pengkondisi Sinyal:

1. Elektroda: Elektroda kaca menghasilkan tegangan milivolt (mV) yang berubah secara linear terhadap perubahan pH. Setiap perubahan 1 pH setara dengan perubahan 59.16 mV pada suhu 25°C (berdasarkan persamaan Nernst).
2. Impedansi Tinggi: Sinyal dari elektroda pH memiliki impedansi yang sangat tinggi (hingga ratusan MΩ), sehingga memerlukan rangkaian penguat op-amp berimpedansi masukan tinggi (seperti pengikut tegangan/voltage follower) untuk mencegah pembebanan dan kehilangan sinyal.
3. Modul Pengkondisi: Modul pH meter biasanya sudah memiliki:

• Amplifier: Menguatkan sinyal mV yang kecil.
• Offset Adjustment (Potensiometer): Untuk mengkalibrasi titik netral (pH 7), biasanya diatur hingga output menjadi 2.5V (jika Vcc 5V).
• Output: Menghasilkan tegangan analog (misal 0-5V) yang linier terhadap rentang pH (misal 0-14).

Perawatan: Elektroda pH perlu disimpan dalam larutan penyimpan khusus (biasanya KCl) dan dikalibrasi secara berkala dengan buffer pH 4, 7, dan 10.

4.9 Water Flow Sensor (YF-DN50)

Sensor ini adalah jenis Flow Meter Turbin dengan deteksi Hall Effect. Komponen utamanya adalah turbin plastik (rotor) yang ditempatkan di jalur aliran air.

Prinsip Kerja Hall Effect & Perhitungan Debit:

1. Putaran Turbin: Aliran air menyebabkan turbin berputar. Kecepatan putaran sebanding dengan kecepatan aliran.
2. Deteksi Putaran: Sebuah magnet kecil tertanam di salah satu sudu turbin. Setiap kali magnet melewati sensor Hall yang terpasang di badan sensor, sensor Hall akan mendeteksi perubahan medan magnet dan menghasilkan satu pulsa digital (satu sinyal HIGH/LOW).
3. Konversi ke Debit: Sensor memiliki Faktor Kalibrasi (K-Factor), yaitu jumlah pulsa per satuan volume. Untuk YF-DN50, K-Factor biasanya 1 pulsa per liter. Debit dihitung dengan:

Volume (L) = Jumlah Pulsa / K-Factor

Debit (L/menit) = (Volume / Waktu Pengukuran) * 60

Pada mikrokontroler, pulsa dihitung menggunakan fitur Interrupt pada pin digital untuk akurasi yang tinggi.

Karakteristik:

• Non-kontak secara elektronik (sensor Hall terisolasi dari air), sehingga tahan lama.
• Akurasi dipengaruhi oleh viskositas dan tekanan air.
• Tidak cocok untuk aliran yang sangat lambat karena turbin mungkin tidak berputar.

4.10 STM32 Bluepill

STM32 Bluepill adalah papan pengembangan mikrokontroler berarsitektur 32-bit ARM Cortex-M3. Keunggulannya dibanding mikrokontroler 8-bit (seperti Arduino Uno) terletak pada:

• Kecepatan Clock: Hingga 72 MHz, memungkinkan pemrosesan data sensor yang lebih cepat dan kompleks.
• Memori: Memiliki flash ROM (64/128 KB) dan RAM (20 KB) yang lebih besar.
• Periferal Kaya: Dilengkapi dengan banyak Timer/PWM untuk mengontrol motor dan lampu, ADC 12-bit untuk pembacaan sensor analog yang lebih presisi, Komunikasi Serial (UART, I2C, SPI) untuk menghubungkan banyak sensor/modul, dan Interrupt yang powerful.
• Efisiensi Daya: Mendukung mode sleep/low-power. Dalam sistem ini, STM32 berfungsi sebagai unit pemroses pusat yang membaca semua sensor (ADC untuk pH & Turbiditas, Interrupt untuk Flow Sensor, GPIO untuk Ultrasonik), menjalankan logika kontrol, dan menggerakkan aktuator (via PWM atau GPIO).

4.11 Motor DC

Motor DC mengubah energi listrik menjadi energi gerak (mekanik) berdasarkan prinsip gaya Lorentz pada kumparan dalam medan magnet.

Prinsip Dasar & Parameter:

• Persamaan Tegangan: V = E + I_a * R_a, dimana E adalah Gaya Gerak Listrik (GGL) balik yang sebanding dengan kecepatan putaran.
• Kontrol Kecepatan: Kecepatan motor DC sebanding dengan tegangan rata-rata yang diberikan. Cara paling umum adalah menggunakan modulasi lebar pulsa (PWM) dari mikrokontroler. Semakin besar duty cycle PWM, semakin cepat motor berputar.
• Torsi: Sebanding dengan arus yang ditarik.
• Aplikasi dalam Sistem: Digunakan untuk menggerakkan pompa air atau valve (katup) dalam sistem pengolahan air. Membutuhkan driver eksternal (seperti transistor, MOSFET, atau modul driver motor L298N) karena arusnya melebihi kemampuan pin GPIO STM32.

4.12 Relay

Relay adalah saklar elektromekanis yang dikendalikan secara elektrik. Ia memisahkan secara fisik antara rangkaian kontrol (tegangan rendah, dari STM32) dan rangkaian beban (tegangan tinggi/AC, seperti pompa AC atau pemanas).

Cara Kerja dan Spesifikasi Penting:

1. Koil Elektromagnet: Ketika pin input relay (dari driver transistor) diberi logika HIGH, arus mengalir melalui koil dan menciptakan medan magnet.
2. Kontak Mekanis: Medan magnet ini menarik tuas (armature) yang terhubung dengan kontak mekanis, sehingga mengubah posisi saklar dari Normally Closed (NC) ke Normally Open (NO) atau sebaliknya.
3. Spesifikasi Kritis:

• Tegangan Koil: Tegangan yang diperlukan untuk mengaktifkan relay (misal, 5V atau 12V DC).
• Kontak: Kapasitas arus dan tegangan maksimum yang dapat ditangani kontak relay (misal, "10A 250VAC"). Ini menentukan seberapa besar beban yang dapat dikontrol.
• Jenis Kontak: SPDT (Single Pole Double Throw) adalah yang paling umum, memiliki 3 terminal: COM (Common), NO, dan NC.

Penggunaan: Dalam rangkaian, koil relay selalu dilindungi oleh dioda flyback (seperti 1N4007) yang dipasang paralel terbalik untuk menyerap lonjakan tegangan balik dari koil saat dimatikan, yang dapat merusak transistor atau mikrokontroler.

4.13 Ground dan Sumber Tegangan

• Ground (GND): Merupakan referensi tegangan nol (0V) untuk seluruh rangkaian. Semua pengukuran tegangan dilakukan relatif terhadap titik ini. Semua komponen harus berbagi ground yang sama (common ground) agar sinyal dapat dibaca dengan benar dan mencegah noise. Dalam diagram, simbol ground menyiratkan hubungan ke terminal negatif sumber tegangan.
• Sumber Tegangan (VCC/VDD): Menyediakan energi listrik bagi rangkaian. Sistem ini biasanya membutuhkan beberapa level tegangan:

• 5V: Untuk menyalakan sebagian besar sensor (Ultrasonik, Flow, modul pH/turbiditas) dan STM32 (melalui regulator onboard).
• 3.3V: Level logika I/O dari STM32 Bluepill.
• 12V/24V: Seringkali diperlukan untuk menggerakkan aktuator seperti motor DC atau pompa yang lebih besar. Penting untuk menggunakan regulator tegangan (seperti LM7805) atau konverter DC-DC yang stabil untuk mendapatkan tegangan yang bersih dari sumber utama (misal, baterai atau adaptor).

5. Pecobaan [kembali]

A.  Prosedur Percobaan [kembali]

• Buka aplikasi proteus.
• Siapkan alat dan bahan pada library proteus, pada rangkaian ini yaitu berupa resistor, baterai, transistor NPN, DC voltmeter, relay, opamp, ground, motor DC, sensor PIR, touch sensor, sensor IR Proximity, dan sensor infrared dan motor.
• Rangkai setiap alat dan bahan agar membentuk rangkaian yang diinginkan.
• Ubah spesifikasi komponen sesuai kebutuhan
• Jalankan simulasi rangkaian untuk melihat apakah dihasilkan output yang diinginkan, yaitu apakah dapat mengaktifkan relay serta menghidupkan , dan motor.

B. Rangkaian Simulasi [kembali]

a.Gambar Rangkaian 

C. Video [kembali]

a. Video rangkaian 

6. Download File [kembali]

• File rangkaian [disini]
• Link download video [disini] 
• Download Library [disini]
• Link datasheet Touch Sensor [disini] 
• Link data Sheet Op Amp [disini] 
• Link datasheet PIR Sensor [disini] 
• Link datasheet Infra Red Sensor [disini] 
• datasheet sensor Proximity [disini]
• datasheet Baterai [disini]
• datasheet relay [disini]
• datasheet Voltmeter [Disini]
• datasheet Motor DC [Disini]
• datasheet Transistor [Disini]
• datasheet Dioda [Disini]
• datasheet OP AMP 124 [Disini]
• datasheet Resistor [Disini]
• datasheet analog sensor LM35 [disini] 

[menuju awal]