Sistem Pemantauan Ketinggian Air Melalui SMS Berbasis Mikrokontroler

Abrari , 05:59:14, 25/03/2015

SISTEM PEMANTAUAN KETINGGIAN AIR MELALUI SMS
BERBASIS MIKROKONTROLER

DIDI RACHMADI

DEPARTEMEN ILMU KOMPUTER
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2015

PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Sistem Pemantauan
Ketinggian Air Melalui SMS Berbasis Mikrokontroler adalah benar karya saya
dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apapun
kepada perguruan tinggi manapun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip
dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah
disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir

skripsi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada
Institut Pertanian Bogor.
Bogor, Februari 2015
Didi Rachmadi
NIM G64124023

ABSTRAK
DIDI RACHMADI. Sistem Pemantauan Ketinggian Air Melalui SMS Berbasis
Mikrokontroler. Dibimbing oleh KARLISA PRIANDANA.
Ketinggian permukaan air pada bendungan/waduk buatan adalah salah satu
parameter yang perlu diukur untuk mendeteksi banjir secara dini. Penelitian ini
bertujuan untuk mengembangkan prototipe sistem peringatan dini banjir dengan
menggunakan sensor ultrasonic yang diintergrasikan dengan mikrokontroler
untuk mengukur ketinggian air. Modul GSM shield juga ditambahkan agar sistem
dapat memberi informasi mengenai ketinggian air serta peringatan SIAGA I atau
SIAGA II melalui pesan singkat. Sistem ini dilengkapi dengan buzzer yang
berfungsi sebagai alarm tanda banjir ketika ketinggian air berada di posisi SIAGA
I atai SIAGA II. Servo digunakan untuk memodelkan pintu air pada bendung
Katulampa yang berlokasi di Bogor, Jawa Barat. Prototipe yang dikembangkan

dapat membaca ketinggian air dengan rata-rata kesalahan sebesar 1.21 cm. Waktu
respon rata-rata sistem dalam mengirim informasi ketinggian air dan pesan
peringatan masing-masing adalah sekitar 5.61 detik dan 5.65 detik.
Kata kunci: alarm, banjir, GSM shield, ketinggian air, mikrokontroler, peringatan
dini, sensor ultrasonic

ABSTRACT
DIDI RACHMADI. Water Level Monitoring System Via SMS Based
Microcontroller. Supervised by KARLISA PRIANDANA.
The water level of dam/reservoir is one of the parameters that have to be
measured for early detection of flooding. This research aims to develop prototype
of flooding early warning system by using an ultrasonic sensor that is integrated
with microcontroller for measuring the water level. GSM shield is also added, so
that the system can give information about the water’s level and SIAGA I or II
alert via short massage. Buzzer is used to give an alert when the water level
potition is at SIAGA I or II. Servo is used to model the Katulampa floodgates
located in Bogor, West Java. The protoype can read the water’s level with an
average error of 1.21 cm. The average respone time of this system to send the
information of water’s level and alert massage are about 5.61 seconds and 5.65
seconds.

Keywords: alarm, early warning, flood, GSM shield, microcontroller, ultrasonic
sensor, water level

SISTEM PEMANTAUAN KETINGGIAN AIR MELALUI
SMS BERBASIS MIKROKONTROLER

NAMA PENULIS

Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Ilmu Komputer
pada
Departemen Ilmu Komputer

DEPARTEMEN ILMU KOMPUTER
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2015

Judul Skripsi : Sistem Pemantauan Ketinggian Air Melalui SMS Berbasis
Mikrokontroler
Nama
: Didi Rachmadi
NIM
: G64124023

Disetujui oleh

Karlisa Priandana, ST MEng
Pembimbing

koma
Diketahui oleh

Dr Ir Agus Buono, MSi MKom
Ketua Departemen

Tanggal Lulus:

PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah subhanahu wa ta’ala
atas segala rahmat, karunia serta nikmat-Nya sehingga karya ilmiah ini berhasil
diselesaikan. Tema yang dipilih dalam penelitian yang dilaksanakan sejak bulan
April 2014 ini yakni mikrokontroler, dengan judul Sistem Pemantauan Ketinggian
Air Melalui SMS Berbasis Mikrokontroler.
Penulis mengucapkan terima kasih kepada Ibu Karlisa Priandana, ST
MEng selaku pembimbing dari Departemen Ilmu Komputer IPB yang sangat
sabar, rajin serta ikhlas membimbing penulis sehingga skripsi ini akhirnya dapat
diselesaikan, dan juga kepada Bapak Heru Sukoco serta Ibu Sri Wahjuni yang
telah memberikan saran dan kritik yang membangun. Ucapan terima kasih
sebesar-besarnya kepada Ibu dan Bapak tercinta yaitu Muhidin dan Eti Nuraeti
yang selalu mendoakan, mendukung, menyemangatai baik secara moral maupun
materil serta adik saya Dini Maryani yang juga selalu menyemangati. Ucapan
terima kasih juga penulis sampaikan kepada teman-teman, Beben, Dody, Fithranto,
Puguh yang sangat solid, setia kawan berjuang bersama saling membantu baik
senang maupun susah serta teman-teman Ilmu Komputer Alih Jenis angkatan 7
yang sangat kompak.
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, Februari 2015

Didi Rachmadi

DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL

viii

DAFTAR GAMBAR

viii

PENDAHULUAN

1

Latar Belakang

1

Perumusan Masalah

2

Tujuan Penelitian

2

Manfaat Penelitian

2

Ruang Lingkup Penelitian

2

METODE

3

Analisis Kebutuhan dan Perancangan

3

Persiapan Alat dan Bahan

4

Implementasi

6

Pengujian

6

Evaluasi

7

HASIL DAN PEMBAHASAN

7

Analisis Kebutuhan

7

Perancangan

8

Persiapan Alat dan Bahan

9

Implementasi

11

Pengujian

13

Evaluasi

16

SIMPULAN DAN SARAN

17

Simpulan

17

Saran

17

DAFTAR PUSTAKA

18

jangan pakai titik

DAFTAR TABEL
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.

Pengelompokan status ketinggian muka air
Hasil perhitungan RMSE persamaan (3)
Hasil perhitungan RMSE persamaan (5)
Hasil pengujian akurasi alat
Hasil pengujian fitur CEK
Hasil pengujian fitur peringatan otomatis
Hasil pengujian peringatan bunyi dan pintu air otomatis

4
10
10
14
15
15
15

DAFTAR GAMBAR
1. Metode penelitian
2. Arduino Uno
3. Prinsip kerja sensor ultrasonic
4. Rancangan susunan perangkat keras
5. Pengukuran ketinggian air
6. Regresi linier pada sensor ultrasonic
7. Skema alat monitoring ketinggian air
8. Flowchart CEK ketinggian air
9. Flowchart kirim pesan otomatis
10. Flowchart peringatan bunyi
11. Flowchart buka tutup pintu air otomatis
12. Ilustrasi perbandingan pemantulan gelombang ultrasonic
permukaan air tenang/datar (a) dan permukaan air beriak (b)

3
4
5
8
8
9
11
12
12
13
13
pada
16

tanda strip jangan diberi spasi
ganti di semua dokumen

PENDAHULUAN
Latar Belakang
Badan Nasional Penanggulangan Bencana Indonesa (BNPB) menyatakan,
banjir merupakan bencana alam dengan frekuensi kejadian terbanyak
dibandingkan dengan bencana alam lainnya sekaligus bencana alam yang menelan
korban terbanyak ke-3 dalam periode tahun 1815-2014. Kerugian - kerugian ini
dapat dikurangi apabila masyarakat sudah mengetahui terlebih dahulu bahwa akan
terjadi banjir. Salah satu tanda banjir yaitu ketinggian air pada aliran sungai /
bendung. Bendung dibedakan menjadi 3 jenis yaitu, bendung tetap, bendung
gerak, dan bendung karet. Bendung tetap merupakan bendung yang sebagaian
besar terbuat dari konstruksi pasangan tembok/beton dan dilengkapi dengan pintu
air. Salah satu contoh bendung tetap adalah bendung Katulampa yang
membendung aliran sungai Ciliwung di wilayah Bogor, Jawa Barat. Pintu air pada
bendung tetap maupun pada bendung gerak dan karet fungsinya secara umum
sama, yaitu untuk membendung aliran sungai sehingga muka air menjadi tinggi
lalu air tersebut dialirkan sebagian ke irigasi, namun ada sedikit perbedaan pada
pintu air bendung tetap. Pintu air bendung tetap hanya dibuka ketika ketinggian
air surut atau ketika menguras sedimentasi, tetapi pada pintu air bendung gerak
dan karet dibuka saat ketinggian air meninggi untuk mengantisipasi meluapnya air
yang berpotensi banjir.
Tinggi muka air bendung yang dijadikan sebagai indikator potensi banjir di
wilayah DKI Jakarta adalah bendung Katulampa karena sebagian besar
wilayahnya terlewati aliran sungai Ciliwung yang berasal dari Bogor. Oleh karena
itu perlu pemantauan tinggi muka air pada bendung Katulampa untuk antisipasi
terjadinya banjir. Pemantauan ketinggian bisa dilakukan dengan berbagai macam
cara salah satunya dengan memanfaatkan teknologi mikrokontroler,
mikroprosesor yang diintegrasikan dengan sensor/radar tertentu. Gabungan antara
smart sensor dan mikroprosesor yang berbasis Field Programmable Gate Array
(FPGA) dapat melakukan pemantauan level ketinggian air (Srikanth et al 2005),
namun cara tersebut tidak ekonomis sehingga diperlukan alternatif sensor lain
yang dapat mengukur ketinggian air. Cara lain yang pernah dilakukan adalah
dengan menggunakan radar Doppler (Guochao et al 2013). Namun cara tersebut
memiliki kendala karena radar Doppler memerlukan rancangan perangkat keras
yang rumit atau specialized hardware (Raj et al 2012). Taufiqurrahman et al
(2013) menggunakan alternatif yang lebih ekonomis dengan mengintegrasikan
sensor ulltrasonic dan mikrokontroler untuk mengukur ketinggian air. Akurasi
pembacaan ketinggian air menjadi poin penting yang harus diperhatikan. John et
al (2012) dalam penelitiannya menggunakan 4 sensor microwave radar (H-3611)
untuk mengetahui variasi ketinggian air sehingga dapat diambil nilai ketinggian
air yang tepat.
. Penelitian ini mengadopsi ide dari Taufiqurrahman et al dengan
penambahkan modul GSM Shield agar level ketinggian air dapat dipantau melalui
pesan singkat. Sistem yang akan dibuat hanya menggunakan sebuah sensor
ultrasonic yang berperan sebagai komponen pemantau ketinggian air. Oleh sebab
itu sensor perlu perlu dikalibrasi terlebih dahulu agar akurasi pembacaan

jangan pakai
garis miring
sebagai
pengganti
"atau".
gunakan
"atau"

et al
itu diakhiri
titik

2
ketinggian air menjadi optimal. Penelitian ini menjadikan bendung Katulampa
sebagai model implementasi dan simulasi pengujian dalam membangun prototipe
alat pendeteksi dini banjir. Pemantauan ketinggian air melalui pesan singkat akan
memudahkan pengawas bendungan/bendung untuk memantau ketinggian air dari
jarak jauh tanpa harus berada pada area bendungan/bendung.
.
Perumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang yang telah dipaparkan sebelumnya, masalah
yang timbul adalah bagaimana merancang dan membangun suatu sistem
peringatan dini banjir yang dapat memantau ketinggian air secara jarak jauh
melalui pesan singkat.
Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah membuat prototype alat pendeteksi dini banjir
sebelum titik dua jangan ada spasi. ganti semua.
dengan fungsi sebagai berikut :
1. Memonitor ketinggian air melalui pesan singkat
2. Mengirim pesan peringatan SIAGA I atau SIAGA II.
Manfaat Penelitian
Realisasi prototipe yang telah dikembangkan dalam penelitian ini diharapkan
dapat:
1. Memfasilitasi pengawas bendungan untuk mengecek status ketinggian air dari
mana saja melalui pesan singkat dengan syarat terhubung dengan jaringan
selular, sehingga pengawas dapat lebih cepat memutuskan tindakan selanjutnya
dalam menanggulangi banjir.
2. Mengurangi kerugian yang dialami masyarakat akibat banjir.
semua numbering
Ruang Lingkup Penelitian
jangan pakai
1. Mikrokontroler yang digunakan adalah Arduino Uno.
titik
2. Pesan singkat peringatan SIAGA I atau SIAGA II hanya dikirmkan ke nomor
ponsel penanggung jawab dalam pengawasan tinggi muka air pada bendung.
3. Pendaftaran nomor ponsel penanggung jawab di luar batasan penelitian dan
nomor didaftarkan secara hardcode.
4. Pengembangan dan pengujian prototipe dilakukan dengan simulasi pada bejana
berisi air yang diibaratkan sebagai bendungan/sungai.

3

METODE
Tahapan penelitian yang dilakukan dapat dilihat pada Gambar 1.

Gambar 1 Metode penelitian
Analisis Kebutuhan dan Perancangan
Tahapan ini dilakukan untuk menentukan fungsi-fungsi yang akan
diimplementasikan pada sistem monitoring ketinggian air. Sistem diharapkan
dapat memonitor tinggi air secara realtime dan menginformasikannya melalui
pesan singkat. Menurut Badan Penanggulangan Bencana Daerah (BPBD) DKI
Jakarta, tinggi muka air dibedakan menjadi 4 kelompok (Tabel 1). Tinggi muka
air dikatakan 0 (nol) ketika tinggi air sama atau lebih rendah dari punggung
bendung. Punggung bendung merupakan batas tinggi terendah agar air bisa
melewati bendung dan mengalir ke aliran sungai. Pintu air pada bendung
Katulampa akan dibuka jika tinggi muka air sama atau lebih rendah dari
punggung bendung. Hal tersebut perlu dilakukan untuk mencegah debit air pada
sungai Ciliwung tidak terlalu sedikit.
Status ketinggian air yang akan diimplementasikan pada sistem ini adalah
status ketinggian air pada pintu air Katulampa yang terletak di Kota Bogor Jawa
Barat. Skala perbandingan yang akan digunakan adalah 1:10 dengan kriteria
sebagai berikut :






Pintu air dibuka
SIAGA IV
SIAGA III
SIAGA II
SIAGA I

: h ≤ 0 cm
: h < 8 cm
: 8 cm ≤ h < 15 cm
: 15 cm ≤ h < 20 cm
: h ≥ 20 cm

Keterangan, h adalah ketinggian muka air.

titik dua

4
Tabel 1 Pengelompokan status ketinggian muka air
Pintu air

Siaga IV

Siaga III

Siaga II

Siaga I

Katulampa

1 - 79 cm

80 - 149 cm

150 - 199 cm

≥ 200 cm

Pesanggrahan

1 - 149 cm

150 - 249 cm

250 - 349 cm

≥ 350 cm

Angke Hulu

1 - 149 cm

150 - 249 cm

250 - 299 cm

≥ 300 cm

Cipinang Hulu

1 - 149 cm

150 - 199 cm

200 - 249 cm

≥ 250 cm

Persiapan Alat dan Bahan
Alat yang diperlukan untuk merakit alat monitoring ketinggian air, di
antaranya sensor, mikrokontroler, GSM shield, servo, buzzer, serta komponen komponen tambahan lainnya. Komponen-komponen utama yang digunakan dalam
penelitian ini adalah sebagai berikut :
Mikrokontroler Arduino Uno
Arduino Uno merupakan board/modul mikrokontroler berbasis
ATmega328 yang dilengkapi dengan kemampuan untuk berinteraksi dengan alat
lain melalui input/output-nya (I/O).

Sumber: circuit-diagram.org

Gambar 2 Arduino Uno
Gambar 2 dapat dilihat bahwa Arduino Uno memiliki 29 pin yang terdiri dari:
- 14 pin digital I/O (D0 - D13) yang befungsi untuk menerima data masukan
atau nilai output berupa data digital, selain itu 6 pin diataranya dapat
digunakan sebagai pulse width modulation (PWM). PWM merupakan
sebuah cara memanipulasi lebar sinyal dalam satu periode untuk
mendapatkan tegangan rata-rata yang berbeda. Implementasi PWM
berbasis mikrokontroler bisa berupa pengendalian sudut putaran pada
motor servo.
- 6 pin analog (A0 - A5) yang berfungsi untuk membaca tegangan yang
dihasilkan oleh sensor analog lalu dikonversi menjadi data digital.

5
-

Pin Vin yang merupakan pin input tegangan eksternal ke board Arduino (7
- 12 V).
Pin 5 V dan 3.3 V merupakan pin otuput yang menghasilkan tegangan
masing-masing 5 V dan 3.3 V.
3 pin GND yang berfungsi sebagai pin input tegangan negatif dari sumber
tegangan DC.
Pin RESET yang berfungsi untuk mengatur kembali chip ATmega328.
Pin IOREF dan AREF yang merupakan pin tegangan referensi ketika
mikrokontroler beroperasi.

Sensor Ultrasonic
Sensor adalah peralatan yang digunakan untuk mengubah suatu besaran
fisik menjadi besaran listrik sehingga dapat dianalisa dengan rangkain listrik
tertentu (Budiarso et al 2011). Sensor ultrasonic adalah alat yang terdiri dari 2
unit yaitu unit pemancar dan unit penerima, prinsip kerjanya merupakan pantulan
gelombang (Gambar 3). Unit pemancar akan memancarkan gelombang ultrasonic
melalui medium udara, jika gelombang tersebut mengenai suatu objek, maka
gelombang akan dipantulkan kembali dan diterima oleh unit penerima pada sensor,
sehingga akan menghasilkan tegangan bolak-balik dengan frekuensi yang sama
(Taufiqurrahman et al 2013). Pantulan gelombang ultrasonic tersebut dapat
dimanfaatkan untuk mengukur jarak antara sensor.

Gambar 3 Prinsip kerja sensor ultrasonic
GSM Shield
GSM Shield merupakan modul tambahan yang dapat dipasang ke
mikrokontroler. GSM shield berfungsi untuk
menerima/mengirim SMS,
menerima/membuat panggilan suara dan sebagainya. GSM Shield
yang
digunakan mendapatkan catu daya sebesar 5 volt dari mikrokontroler dan
beroperasi pada frekuensi GSM900MHz.
konsisten volt atau V

6
Buzzer
Buzzer adalah komponen elektronika yang berfungsi mengubah arus listrik
menjadi getaran bunyi. Buzzer digunakan untuk memberikan pesan peringatan
bahwa suatu pekerjaan telah selesai atau peringatan bahwa ada suatu kejadian
yang tidak normal (warning).
Motor Servo
Motor servo adalah sebuah perangkat atau akuator putar yang dikendalikan
dengan memberikan sinyal PWM melalui kabel. Motor servo dibedakan menjadi 2
jenis yaitu servo kontinyu dan servo rotasi 1800. Servo yang digunakan pada
pengembangan prototipe sistem pendeteksi banjir ini adalah servo rotasi 1800 (900
ke arah kanan dan 900 ke arah kiri). Lebar pulsa PWM sebesar 1.5 ms akan
memutar poros servo ke posisi 900 (posisi tengah). Poros servo akan berputar
menuju posisi 00 jika lebar pulsa PWM yang diberikan kurang dari 1.5 ms,
sebaliknya poros servo akan berputar menuju posisi 1800 jika lebar pulsa PWM
yang diberikan lebih dari 1.5 ms.
Implementasi
Implementasi merupakan tahap perakitan prototipe pendeteksi dini banjir
sesuai dengan analisis kebutuhan perangkat keras serta perancangan yang telah
dilakukan sebelumnya.
mistar
Pengujian
Pengujian dilakukan dengan beberapa tahap, yaitu:
1. Pengujian akurasi dilakukan dengan cara mengukur ketinggian air pada
suatu bejana dengan alat ukur jarak manual (penggaris/meteran). Hasil
yang diperoleh dibandingkan dengan nilai ketinggian air yang didapat dari
sensor ultrasonic dengan cara menghitung Root Mean Square Error
(RMSE). Perhitungan RMSE adalah sebagai berikut:
√ ∑

̂

keterangan
hj
= nilai hasil pengukuran ke-j menggunakan penggaris (cm)
̂
= nilai hasil pembacaan ke-j oleh sistem (cm)
n
= banyaknya data nilai pengujian

(1)

Pengukuran dilakukan sebanyak 20 kali (5 kali untuk setiap status
ketinggian).
2. Pengujian dalam pengiriman dan penerimaan pesan singkat oleh GSM
shield. Pengujian dilakukan dengan cara mengirim pesan singkat ke
prototipe. Kemudian, waktu respon rata-rata alat dalam pengiriman pesan
balasan dihitung. Respon alat juga diuji dalam hal pengiriman pesan
otomatis jika ketinggian air masuk pada kondisi SIAGA I atau SIAGA II.
3. Pengujian peringatan berupa bunyi atau alarm jika ketinggian air masuk
pada kondisi SIAGA I atau SIAGA II.

7
4. Pengujian fungsi servo yang diibaratkan sebagai pembuka/penutup pintu
air secara otomatis.
Evaluasi
Tahapan evaluasi adalah sebagai berikut:
1. Ketepatan alat dianggap kurang baik jika perbedaan rata-rata hasil
pengukuran menggunakan sensor ultrasonic dengan ketinggian aktualnya
lebih dari 2 cm (RMSE 2 cm ). Selisih maksimum 2 cm dipilih karena nilai tersebut mewakili
perbedaan tinggi air sebesar 20 cm pada kondisi sebenarnya. Nilai ini
dianggap berada pada ambang wajar kesalahan pembacaan ketinggian air.
2. Mikrokontroler melalui GSM shield harus dapat mengirim pesan singkat
secara otomatis kepada nomor ponsel penerima pada saat ketinggian air
SIAGA I atau SIAGA II. Mikrokontroler juga harus dapat menerjemahkan
pesan singkat yang dikirim ponsel dan membalasnya dengan nilai
ketinggian air secara realtime. Jika mikrokontroler tidak bisa memenuhi
fitur yang dijelaskan di atas maka harus dilakukan perbaikan dan diuji
kembali.
3. Buzzer harus dapat berbunyi jika ketinggian air mencapai level SIAGA I
atau SIAGA II dan tidak berbunyi/berhenti berbunyi jika ketinggian air
mencapai SIAGA III atau SIAGA IV.
4. Servo harus dapat begerak membuka pintu air secara otomatis jika
ketinggian air mengalami penurunan/surut (kurang dari SIAGA IV) dan
secara otomatis menutup pintu air jika ketinggian air melebihi SIAGA IV.

HASIL DAN PEMBAHASAN
Analisis Kebutuhan

di manapun dan kapan pun

Sistem monitoring ketinggian air adalah suatu sistem peringatan dini
banjir yang dapat memonitor ketinggian air dimanapun dan kapanpun melalui
pesan singkat. Sistem akan mengeluarkan peringatan bunyi dan mengirimkan
pesan peringatan secara otomatis jika ketinggian air yang terbaca oleh sensor
ultrasonic memasuki level SIAGA I atau SIAGA II (h ≥ 15 cm). Akan tetapi,
sistem tidak akan memberikan peringatan apapun jika ketinggian air berada pada
level SIAGA III atau SIAGA IV (h< 15 cm). Sistem dapat menginformasikan
ketinggian air secara realtime jika pengguna mengirimkan pesan kepada alat
dengan isi pesan “CEK”. Selain itu, servo akan bergerak membuka pintu air
ketika ketinggian air surut atau dibawah SIAGA IV (h ≤ 0 cm) dan servo akan
menutup pintu air jika ketinggian air berada pada SIAGA IV sampai SIAGA I (h
≥ 1 cm).

8
Perancangan

Gambar 4 Rancangan susunan perangkat keras
Gambar 4 menunjukan rancangan sistem monitoring ketinggian air. Catu
daya terhubung dengan mikrokontroler, sedangkan sensor, GSM sheild, servo dan
buzzer mendapat daya dari mikrokontroler. GSM shield berperan sebagai
jembatan antara sistem dengan pengguna melalui ponselnya. Mikrokontroler
berperan sebagai pengendali keseluruhan sistem. Sensor membaca ketinggian air
lalu dikirim ke mikrokontroler berupa sinyal. Sinyal tersebut diproses
mikrokontroler sehingga menghasilkan return time lalu diproses menjadi
informasi ketinggian air. Ketinggian air diperoleh dengan cara menghitung selisih
antara H dengan h’ (Persamaan 2). Ilustrasi pengukuran ketinggian air dapat
dilihat pada Gambar 5.

Gambar 5 Pengukuran ketinggian air
(2)
Jarak permukaan air dari sensor ultrasonic (‘h) dapat diperoleh dengan
berbagai cara. ITead Studio pada tahun 2010 telah merekomendasikan
persamaan/rumus standar untuk menghitung jarak menggunakan sensor ultrasonic
HC-SR04, persamaanya adalah sebagai berikut:

9

(3)
Keterangan :
H
= tinggi bejana (cm)
h’
= jarak permukaan air dari sensor ultrasonic (cm)
h
= tinggi permukaan air dari dasar bejana (cm)
t
= return time yang terbaca dari sensor ultrasonic
(µs)
Cara lain untuk mendapatkan nilai ketinggian air adalah dengan
mengkalibrasi sensor ultrasonic menggunakan regresi linier, dengan demikian
maka menghasilkan persamaan yang merupakan pemodelan perhitungan jarak.
Persiapan Alat dan Bahan
Kalibrasi Sensor Ultrasonic
Kalibrasi sensor dengan regresi linier dilakukan untuk mendapatkan rumus
pemodelan pengukuran jarak dan diharapkan dapat mengurangi kesalahan
pembacaan jarak. Pengukuran jarak dilakukan dari 0 cm sampai dengan 50 cm
(step 1 cm). Hasil kalibrasi dengan regresi linier dapat dilihat pada Gambar 6.

Gambar 6 Regresi linier pada sensor ultrasonic
Gambar 6 menunjukkan bahwa persamaan kalibrasi sensor yang diperoleh
adalah sebagai berikut:
(4)
dengan demikian,
(5)
Persamaan 5 merupakan rumus hasil pengukuran/kalibrasi. Rumus tersebut lalu
dibandingan dengan persamaan 3 yang merupakan rumus standar HC-SR04.
Pembandingan dilakukan dengan cara implementasi kedua rumus tersebut ke

10
sistem lalu dihitung RMSE nya terhadap jarak sebenarnya/hasil pengukuran
secara manual dengan penggaris.
Tabel 2 Hasil perhitungan RMSE persamaan (3)
Jarak
pengukuran
oleh
penggaris
(cm)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

rataan return time
(µs)
244
244
278.6
371
424.4
438.8
551.4
587.2
647.2
752.4

h1’ h2’ h3’ h4’ h5’
RMSE
(cm) (cm) (cm) (cm) (cm)
4
4
5
6
8
8
9
10
11
13

5
4
5
6
7
8
9
10
11
12

4
4
5
6
7
7
10
10
13
13

4
4
5
7
8
7
10
10
11
13

Rataan RMSE (cm)

4
4
5
6
7
7
10
10
11
13

3.22
2.00
2.00
2.24
2.45
1.48
2.65
2.00
2.53
2.83
2
.34

Tabel 3 Hasil perhitungan RMSE persamaan (5)
Jarak
pengukuran
rataan return time
h1’
h2’
h3’
h4’
h5’
oleh
RMSE
(µs)
(cm) (cm) (cm) (cm) (cm)
penggaris
(cm)
1
244
1
2
1
1
1
0.45
2
244
1
1
1
1
1
1.00
3
278.6
2
2
2
2
2
1.00
4
371
4
3
4
4
4
0.45
5
424.4
5
4
4
5
5
0.63
6
438.8
5
5
5
5
5
1.00
7
551.4
7
7
7
7
7
0.00
8
587.2
7
7
8
8
8
0.63
9
647.2
9
9
9
9
9
0.00
10
752.4
10
10
11
11
11
0.77
Rataan RMSE (cm)
0.59
Tabel 2 dan Tabel 3 menunjukkan hasil perhitungan RMSE masing-masing
persamaan. Hasil eksperimen menunjukkan bahwa penerjemahan jarak yang
terukur oleh sensor dengan menggunakan persamaan 5 menghasilkan nilai RMSE
yang lebih kecil dibandingkan dengan menggunakan rumus standar HCSR-

Dengan demikian,

11

04/persamaan 3. Sehingga persamaaan yang dipilih untuk diimplementasikan ke
sistem pemantauan ketinggian air adalah persamaan 5.
Hasil penelitian dapat digabung dengan pembahasan menjadi bab Hasil dan
ini common
Pembahasan. Pemisahan atau penggabungan kedua bagian ini bergantung pada
sense cara
keadaan data dan kedalaman pembahasannya sesuai dengan arahan pembimbing.
penulisan skripsi, Bila Hasil dan Pembahasan disatukan dalam satu bab, sajikan dahulu hasil
penelitian, beri penjelasan yang cukup untuk temuan penting, lanjutkan dengan
tidak perlu
analisis dan kemudian dengan pembahasan. Subbab dalam Hasil dan Pembahasan
ditulis
dikembangkan secara sistematis dan mengarah ke simpulan.
Implementasi
Sistem monitoring ketinggian air melalui sms/pesan singkat merupakan
hasil komunikasi antara sensor ultrasonic (HC-SR04) dengan ponsel melalui
mikrokontroler Arduino Uno yang dilengkapi dengan modul GSM shield (Icomsat
V1.1) (Gambar 6). Sensor ultrasonic membaca ketinggian air dengan
memancarkan gelombang ultrasonic (40 kHz) dari unit pemancarnya menuju ke
permukaan air. Waktu tempuh didapat ketika terjadi pantulan gelombang dari
permukaan air ke unit penerima. Waktu tempuh tersebut dikirimkan ke Arduino
Uno lalu diperoses sehingga menghasilkan informasi ketinggian air.

Gambar 7 Skema alat monitoring ketinggian air
Nilai ketinggian air dikonversi menjadi bentuk string dan dikirimkan ke
ponsel melalui modul GSM shield berupa SMS/pesan singkat. Pengiriman nilai
ketinggian air ke ponsel terjadi ketika pengguna melakukan permintaan ke alat
berupa pesan singkat berisi konten “CEK” ke nomor yang telah dipasang di GSM
shield. Pengiriman secara otomatis akan dilakukan sebanyak satu kali di setiap
ambang batas SIAGA I (15 ≤ h < 20 cm) dan SIAGA II (h ≥ 20 cm). Buzzer akan
berbunyi ketika ketinggian air mencapai SIAGA II atau SIAGA I dan akan
berhenti berbunyi ketika ketinggian air lebih rendah dari SIAGA II.
Mikrokontroler memerintahkan poros servo untuk bergerak membuka pintu air
ketika ketinggian air lebih rendah dari SIAGA IV (h < 1 cm) dan menutup pintu
air ketika ketinggian air telah mencapai SIAGA IV atau lebih.
Integrasi Modul GSM Shield
Komunikasi Arduino dengan GSM shield dilakukan secara serial.
Penambahan modul GSM shield memanfaatkan pin TX dan RX pada masing-

12
titik
masing komponen. Penelitian ini menggunakan library Marco Martines untuk
memprogram
GSM
shield,
library
dapat
diunduh
di
https://github.com/MarcoMartines/GSM-GPRS-GPS-Shield.
Dalam penelitian ini terdapat dua fitur monitoring ketinggan air yaitu:
1. Fitur CEK
2. Fitur peringatan otomatis SIAGA I dan SIAGA II

Gambar 8 Flowchart CEK ketinggian air
Gambar 8 menunjukkan alur fitur CEK pada sistem monitoring ketinggian
air. Ponsel mengirim pesan singkat kepada alat berisi konten “CEK”, lalu alat
akan mengecek apakah pesan yang diterima sesuai. Jika sesuai, maka sistem akan
membalas pesan tersebut dengan mengirimkan informasi ketinggian air. Jika
pesan yang dikirim tidak sesuai, maka sistem akan menghapus pesan tersebut.

Keterangan:
h : ketinggian air

Gambar 9 Flowchart kirim pesan otomatis
Gambar 9 menunjukkan alur fitur kirim otomatis. Sistem akan mengirim
pesan peringatan SIAGA II ketika ketinggian air yang terukur oleh sensor
ultrasonic berkisar 15 - 19.9 cm sedangkan, ketika ketinggian air yang terbaca
sensor ≥ 20 cm maka sistem akan mengirim pesan peringatan SIAGA I. Pesan
singkat hanya dikirim kepada nomor ponsel yang telah ditentukan sebelumnya
dan diprogramkan ke sistem.

13
Integrasi Buzzer (peringatan bunyi)

Keterangan:
h : ketinggian air

Gambar 10 Flowchart peringatan bunyi
Peringatan bunyi merupakan suatu peringatan dari sistem berupa bunyi yang
secara otomatis aktif ketika ketinggian air yang terbaca oleh sensor ultrasonic
berada pada posisi SIAGA II atau SIAGA I. Peringatan akan berhenti berbunyi
ketika ketinggian air turun memasuki level SIAGA III/SIAGA IV atau setelah 15
menit dimulai dari berbunyinya buzzer. Alur kerja peringatan bunyi dapat dilihat
pada Gambar 10. Peringatan bunyi memanfaatkan buzzer sebagai alat untuk
menghasilkan bunyi.
Integrasi Motor Servo
Integrasi motor servo dilakukan agar pintu air dapat dibuka dan ditutup
secara otomatis. Gambar 11 menunjukkan alur kerja dari buka tutup pintu air
secara otomatis. Pintu air akan terbuka ketika ketinggian air yang terbaca oleh
sensor ultrasonic berada di bawah punggung bendung (h < 1 cm). Pembukaan
pintu air pada keadaan yang sebenarnya dilakukan untuk menjaga aliran sungai
tetap dialiri air. Pintu air tertutup ketika ketinggian air yang terbaca sensor
ultrasonic di posisi SIAGA IV sampai SIAGA I (h > 0 cm), karena pada level
tersebut permukaan air lebih tinggi dari punggung bendung sehingga perlu ditutup
agar debit air pada aliran sungai tidak terlalu besar.

Keterangan:
h: ketinggian air

Gambar 11 Flowchart buka tutup pintu air otomatis
Pengujian
Tahapan pengujian alat terdiri dari 4 pengujian, yaitu uji akurasi alat, uji
pengiriman/penerimaan pesan singkat, uji peringatan berupa bunyi dan uji kontrol
servo. Pengujian pengiriman/penerimaan pesan singkat pada alat dibagi menjadi 2
yaitu uji fitur CEK dan uji peringatan otomatis. Keseluruhan pengujian dilakukan

14
dengan cara memasang sensor ultrasonic mengarah pada bejana yang diisi air
secara bertahap dari kosong sampai dengan penuh, dengan memodelkan 4 kondisi
ketinggian air (SIAGA I – SIAGA IV) dengan skala 1:10. Pengujian dilakukan di
daerah Kedung Halang Sentral, Kota Bogor, Jawa Barat. Rentang waktu
pengujian adalah antara pukul 19:00 sampai 20:00 WIB. Pengujan dilakukan pada
ruangan tertutup dan keadaan cuaca cerah/tidak hujan.
Pengujian Akurasi
Hasil pengujian akurasi dapat dilihat pada Tabel 4. Pengujian dilakukan
pada setiap status ketinggian air. Setiap ketinggian dilakukan 3 kali pengulangan,
lalu dihitung masing-masing nilai kesalahannya menggunakan RMSE (persamaan
1) dan dihitung rata-ratanya. Hasil pengujian menunjukkan bahwa rata-rata
kesalahan pembacaan ketinggian air adalah sebesar 1.28 cm.
Tabel 4 Hasil pengujian akurasi alat
Kondisi

Ketinggian
sebenarnya
(cm)

SIAGA IV

SIAGA III

SIAGA II

SIAGA I

Rata-Rata RMSE (cm)

2
4
5
6
7
9
11
12
13
14
15
16
17
18
19
21
22
23
24
25

Ketinggian air
terbaca oleh sistem
(cm)
2
1
-1
3
5
4
5
6
6
5
6
6
7
8
8
9
9
9
11
11
11
12
12
12
13
14
14
15
16
16
16
17
17
17
17
17
19
19
19
21
21
21
20
20
20
24
24
24
24
24
24
24
24
25
25
25
25
26
26
26

Rataan
return time
(µs)
1801
1525
1411
1400
1307
1289
1130
1081
980
866
840
808
653
609
603
410
405
403
329
295

RMSE
(cm)
3.37
0.82
0.82
0.58
0.82
0.00
0.00
0.00
0.82
1.73
1.73
1.00
2.00
3.00
1.00
3.00
2.00
1.00
1.00
1.00
1.28

Pengujian Fitur CEK
Pengujian dilakukan dengan cara mengirim pesan yang berisi konten
“CEK” ke alat sebanyak 20 kali dengan 4 kondisi yang berbeda. Kemudian, ratarata waktu respon alat sejak pesan dikirim hingga sistem membalas pesan tersebut
ke ponsel pengirim dihitung. Tabel 5 menunjukkan bahwa respon rata-rata alat

15
dalam membalas pesan yang berisi konten “CEK” adalah 5.60 detik. Hasil
pengujian fitur “CEK“ dapat dilihat pada Tabel 5.
Tabel 5 Hasil pengujian fitur CEK
Waktu respon rata-rata (s)
Kondisi
SIAGA IV 6.23
SIAGA III 5.66
SIAGA II

4.81

SIAGA I

5.72

Pengujian Fitur Peringatan Otomatis
Tabel 6 menunjukkan bahwa alat salah mengkatagorikan jarak 19 cm ke
dalam kondisi SIAGA I. Hal ini disebabkan oleh terjadi riak-riak air pada saat
pengisian bejana dengan air. Hasil pengujian fitur peringatan otomatis dapat
dilihat pada Tabel 6.
Tabel 6 Hasil pengujian fitur peringatan otomatis
Ketinggian air sebenarnya
(cm)

Kondisi

SIAGA II

SIAGA I

15
16
17
18
19
21
22
23
24
25

Pesan diterima
(ponsel)

Waktu Respon
(s)

SIAGA II
SIAGA II
SIAGA II
SIAGA II
SIAGA I
SIAGA I
SIAGA I
SIAGA I
SIAGA I
SIAGA I

4.60
6.50
6.20
5.80
5.00
4.60
5.80
6.20
6.30
5.45

Tabel 6 menunjukkan bahwa rata-rata waktu respon alat mengirim pesan
peringatan adalah 5.65 detik. Hasil respon rata-rata antara fitur peringatan
otomatis dan fitur CEK tidak terlalu jauh perbedaanya.
Pengujian Peringatan Bunyi dan Pintu Air/Servo Otomatis
Tahapan ini merupakan pengujian sistem dalam memberikan peringatan
berupa bunyi ketika ketinggian air berada pada posisi SIAGA II atau SIAGA I dan
pengujian servo dalam memodelkan buka tutup pintu air secara otomatis. Pada
Tabel 7 dapat dilihat bahwa pengujian peringatan bunyi seluruhnya berhasil sesuai
dengan yang diharapkan serta servo dapat menggerakan pintu air pada posisi
terbuka dan tertutup secara otomatis.
Tabel 7 Hasil pengujian peringatan bunyi dan pintu air otomatis
satu halaman dengan
tabelnya

16
Ketinggian Air
(cm)

Status

Buzzer

Pintu Air
(servo)

20 s/d 24

SIAGA I

Berbunyi

Tertutup

15 s/d 19

SIAGA II

Berbunyi

Tertutup

8 s/d 14

SIAGA III Tidak berbunyi

Tertutup

1 s/d 7

SIAGA IV Tidak berbunyi

Tertutup

0 atau kurang

-

Tidak berbunyi

Terbuka

Evaluasi
Sistem monitoring ketinggian air dapat mengukur tinggi muka air dengan
akurasi yang bagus karena hasil perhitungan RMSE menunjukkan kurang dari 2
cm. Kesalahan pembacaan ketinggian air terjadi di beberapa pengujian salah
satunya ketika tinggi muka air aktual berada pada posisi 2 cm, sedangkan hasil
pengukuran alat adalah bernilai minus. Penyebabnya adalah karena permukaan air
tidak datar sehingga gelombang ultrasonic memantul secara berkali-kali. Ilustrasi
pemantulan gelombang dapat dilihat pada Gambar 12.

Gambar 12 Ilustrasi perbandingan pemantulan gelombang ultrasonic pada
permukaan air tenang/datar (a) dan permukaan air beriak (b)
Gambar
12
menunjukkan
bahwa
permukaan
air
yang
bergelombang/beriak/tidak datar menyebabkan pemantulan gelombang bunyi
menjadi berkali-kali untuk sampai ke unit penerima. Hal ini mengakibatkan hasil
pengukuran h2’ menjadi seolah-olah lebih tinggi daripada H, sehingga nilai h2
menjadi minus (Tabel 3). Dengan kata lain berdasarkan persamaan (5) maka,



benar
salah

17
Rata-rata waktu respon sistem dalam membalas pesan adalah 5.60 detik
(waktu respon dihitung sejak pesan terkirim dari ponsel), sedangkan rata-rata
waktu respon sistem untuk mengirim pesan peringatan SIAGA I atau SIAGA II
adalah 5.65 detik. Pengiriman pesan peringatan terjadi kesalahan ketika
ketinggian air aktual menunjukan angka 19 cm yang seharusnya SIAGA II tetapi
pesan yang dikirim adalah SIAGA I. Hal itu disebabkan karena sensor ultrasonic
membaca ketinggiaan air lebih dari 19 cm. Buzzer pun berbunyi selama 15 menit
ketika ketinggian air berada pada posisi SIAGA II atau SIAGA I. Sistem dapat
memerintahkan servo untuk bergerak menutup dan membuka pintu air sesuai
dengan harapan.

SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Sistem monitoring ketinggian air dapat berfungsi dengan baik. Sistem dapat
membaca ketinggian air menggunakan sensor ultrasonic dengan nilai kesalahan
sekitar 1.28 cm. Penambahan modul GSM shield memungkinkan sistem dapat
secara otomatis mengirim pesan peringatan pada nomor ponsel yang telah
ditentukan ketika ketinggian air memasuki level SIAGA II atau SIAGA I yang
dibarengi dengan peringatan berupa bunyi dari buzzer. Respon rata-rata sistem
untuk mengirim pesan peringatan SIAGA I atau SIAGA II adalah 5.65 detik.
Pengguna dapat memantau ketinggian air secara jarak jauh dengan cara
mengirimkan pesan yang berisi konten “CEK” lalu sistem akan membalas pesan
tersebut berupa ketinggian air dengan waktu respon rata-rata 5.60 detik. Lamanya
waktu respon sangat ditentukan oleh jaringan GSM pada provider yang dipakai.
Sistem ini secara keseluruhan dapat memonitor ketinggian air dan bisa
diimplementasikan pada lingkungan yang sebenarnya dengan adaptasi pada sistem.
Saran
Penelitian selanjutnya diharapkan sistem ini bisa dilengkapi dengan
database untuk menyimpan history ketinggian air sehingga pengguna dapat
menganalisis pola-pola menarik dari penurunan/peningkatan muka air.
Pengembangan sistem bisa dilakukan dengan menggunakan lebih dari satu sensor
ultrasonic agar pembacaan ketinggian air bisa lebih akurat. Penambahan dengan
jenis sensor lainnya juga bisa diterapkan pada sistem, yaitu penambahan sensor
gerak untuk mendeteksi kecepatan air
Buzzer perlu diadaptasi dan digantikan dengan alternatif lain yang dapat
mengeluarkan bunyi lebih kencang, mengingat suara air akan sangat mendominasi
jika sistem diadaptasi pada lingkungan yang sebenarnya. Mekanisme buka tutup
pintu air perlu dikembangkan karena pada penelitian ini hanya sebatas
menggerakan servo secara sederhana dan berbeda sekali jika ingin diterapkan
pada lingkungan sebenarnya

(Durfee 2011) kayaknya belum disebut di tulisan.

18

kenapa ada area kosong

DAFTAR PUSTAKA
[BNPB] Badan Nasional Penanggulangan Bencana. 2014. Data dan Informasi
Bencana Indonesia. Jakarta: Badan Nasional Penanggulangan Bencana.
[BPBD DKI JKT] Badan Penanggulangan Bencana Daerah DKI Jakarta. 2014.
Arti Status Siaga Banjir. Jakarta: Pusdalops BPBD DKI Jakarta.
Budiarso Z, Nurraharzo E. 2011. Sistem Monitoring Ketinggian Air Bendungan
Berbasis Mikrokontroler. Jurnal Dinamika Informatika. [internet] 908-943-1PB. [diunduh 2014 8 Mei]. Tersedia pada: http://www.unisbank.ac.id/
ojs/index.php/fti2/article/viewFile/908/462.
Durfee W. 2011. Arduino MicrocontrollerGuide. Minnesota: University of
Minnesota.http://www.me.umn.edu/courses/me2011/arduino/arduinoGuide.pdf.
[diunduh 2014 Maret 3].
ini prosiding.
Guochao W, Changzan G, Jennifer R, Takao I, Changzhi L. 2013. Highly rujuk sebagai prosiding
Accurate Noncontact Water Level Monitoring using Continous-Wave Doppler lengkap sama tanggal &
Radar. IEEE. doi: 10.1109/WiSNet.2013.6488620
tempat pertemuan
ITead Studio. 2010. Ultrasonic ranging module : HCSR04.http://
www.electroschematics.com/wp-content/uploads/2013/07/HC-SR04-datasheetversion-2.pdf. [diunduh 2014 April 3].
John D, Robert M, Winston M. 2012. Multi-Sensor Evaluation of Microwave
Water Level Measurement Error. Proceedings of the Conference will be
??????? published in IEEE Xplore [internet]. [waktu dan tempat pertemuan tidak ada kok di webnya IEEE.
diketahui].
[diunduh
2014
Apr
4].
Tersedia cari nama prosiding
dan datanya lengkap.
pada:http://ieeexplore.ieee.org/xpl/login.jsp?tp=&
arnumber=6405079&url=http%3A%2F%2Fieeexplore.ieee.org%2Fxpls%2Fab
ini bukan
s_all.jsp%3Farnumber%3D6405079.
nama jurnal.
Raj
B, Kalgaonkar K, Harrison C, Dietz P. Ultrasonic Doppler Sensing in HCI.
cari nama yang
2012. IEEE. doi: 10.1109/MPRV.2012.17. [diunduh 2014 Mei 5].
benar
Srikanth A, Byrav R, David G. 2005. Ground Water Monitoring using Smart
Sensors. IEEE International Conference on Electro Information
Technology.doi: 10.1109/EIT.2005.1626962. prosiding, lengkapi nama konferensi, tempat, tanggal, halaman
Taufiqurrahman, Basuki A, Albana Y. 2013. Perancangan Sistem Telemetri Untuk
Pengukuran Level Air Berbasis Ultrasonic. Proceeding Conference on SmartGreen Technology in Electrical and Information Systems [internet]. [14-15
November 2013]. Bali (ID). hlm 125 - 130; [diunduh 2014 Mei 8]. Tersedia
pada:http://ojs.unud.ac.id/index.php/prosidingcsgteis2013/article/viewFile/721
8/5468

URL resmi: www.micropik.com/PDF/HCSR04.pdf

19

RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Bogor pada tanggal 7 April 1990 dari ayah Muhidin
dan ibu Eti Nuraeti. Penulis adalah putra pertama dari dua bersaudara. Pada tahun
2008 penulis lulus dari SMA Negeri 8 Kota Bogor dan pada tahun yang sama
melanjutkan pendidikan diploma III di Institut Pertanian Bogor. Selama mengikuti
perkuliahan untuk jenjang diploma, penulis juga mengikuti pelatihan Cisco yag
diselenggarakan oleh Departemen Fisika Institut Pertanian Bogor. Pada akhir
tahun 2012, penulis lulus seleksi masuk program ekstensi di Institut Pertanian
Bogor (IPB) untuk memperoleh gelar sarjana program alih jenis.