RANCANG BANGUN DATA LOGGER CURAH HUJAN BERBASIS ARDUINO
ABSTRAK
RANCANG BANGUN DATA LOGGER
CURAH HUJAN BERBASIS ARDUINO
OLEH
HENDI SETIAWAN
Keberadaan hujan sangat penting dalam kehidupan karena hujan dapat mencukupi
kebutuhan air yang sangat dibutuhkan oleh semua makhluk hidup. Kehidupan di
muka bumi akan terganggu jika tidak ada air. Namun, disisi lain datangnya hujan
dengan intensitas yang sangat tinggi dan tidak seimbang dengan kebutuhan akan
terbuang percuma bahkan dapat menyebabkan bencana.
Pada tugas akhir ini, dibuat alat ukur curah hujan jenis tipping bucket
menggunakan mikrokontroler ATmega328P yang mampu mengukur curah hujan
dan menyimpannya secara otomatis serta mengirimkannya menggunakan layanan
Sort Message Service (SMS) melalui jaringan GSM.
Hasil pengukuran dibandingkan dengan alat ukur Odyssey Davis Tipping Bucket.
Pada empat kali pengujian, terdapat selisih 0,03-1,7 mm curah hujan dengan error
0,6-5,8 %.
Kata Kunci : Tipping Bucket, Mikrokontroler, Sort Message Service (SMS)
ABSTRACT
DESIGN DATA LOGGER RAIN GAUGE
BASED ON ARDUINO
OLEH
HENDI SETIAWAN
The existence of rain is very important in life because it can meet the need of
water that is needed by all living things. Life on earth will be disturbed if there is
no water. However, on the other hand the rain with a very high intensity and not
balanced will be wasted even can lead to disaster.
in this study, the design of automatic rainfall measurement use a tipping bucket
type based on Atmega328P microcontroller which is equipped with a data
transmission system use GSM network via sort message service (SMS).
The measurement results compared with measuring devices Odyssey Davis
Tipping Bucket. At four times the test, there is a difference of 0.03 to 1.7 mm
rainfall with 0.6 to 5.8% error.
Keywords : Tipping Bucket, Microcontroller, Short Message Service (SMS)
--udul SkriPsi
RAIYCAI\G BANGUN DATA LOGGER
CURAII HUJAN BERBASIS ARI}UINO
\ama Mahasiswa
Hendi Setiawan
\omor Pokok Mahasiswa 091s031043
:
Jurusan
Teknik Elektro
Fakultas
Teknik
MENYETUJUI
1.
Yulliarto Raharjo, S.T., M'T'
\IP
19660713 199903 1 002
Komisi Pembimbing
.
Sri
s, M.T.
19651021 199512 2 001
2. Ketua Jurusan Teknik Elektro
risanto, Ph.D.
19680809 199903 1 001
MENGESAHKAN
1.
Tim Penguji
Ketua
:
Yulliarto Raharjo, S.T., M.T.
Sekretaris
:
Dr. Ir. Sri Ratna
S,
M'T'
Penguji
Bukan Pembimbing : Agus Trisanto, Ph'D'
Teknik Universitas LamPung
Tanggal Lulus Ujian Skripsi : 10 Februari 2015
SURAT PERNYATAAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi ini dibuat oleh saya sendiri. Adapun
karya orang lain yang terdapat dalam skripsi ini telah dicantumkan sumbernya
pada daftar pustaka.
Apabila pernyataan saya tidak benar maka saya bersedia dikenai sanksi sesuai
dengan hukum yang berlaku.
10 Februari2015
RIWAYAT HIDUP
Penulis lahir di Kibang Budi Jaya, Kabupaten Tulang Bawang
Barat, pada tanggal 10 September 1990, sebagai anak kedua
dari tiga bersaudara, dari Bapak Muhyayin (Koyen) dan Ibu
Sulaminah.
Penulis memasuki dunia pendidikan Sekolah Dasar (SD) di SD N 01 Kibang Budi
Jaya, lulus pada Tahun 2002, Sekolah Lanjut Tingkat Pertama (SLTP) di SLTP N
02 Gunung Sari, lulus pada tahun 2005, dan Sekolah Menengah Kejuruan (SMK)
di SMK Al-Iman 2 dan lulus pada tahun 2008.
Tahun 2009, penulis terdaftar sebagai mahasiswa Jurusan Teknik Elektro,
Fakultas Teknik, Universitas Lampung melalui jalur SNMPTN (Seleksi Nasional
Masuk Perguruan Tinggi Negeri). Selama menjadi mahasiswa, penulis aktif
dilembaga kemahasiswaan yang ada di Jurusan Teknik Elektro yaitu sebagai
anggota Divisi Pendidikan Himatro (Himpunan Mahasiswa Teknik Elektro) pada
tahun 2009-2010.
Pada tahun berikutnya, penulis dipercaya untuk menjabat
sebagai Kepala Divisi Pendidikan Himatro periode 2010-2011. Penulis pernah
menjadi asisten mata kuliah Dasar Elektronika dan asisten dalam praktikum
Teknik Digital. Pada tahun 2012, Penulis melaksanakan Kerja Praktik (KP) di
PT. Krakatau Steel, Cilegon. Mengangkat judul “Instrumen Kelembaban Sebagai
Indikator Dini Masalah Blocking Pada Heat Exchanger Di Pabrik Gas Industri PT.
Krakatau Steel”.
Selain itu, penulis juga bergabung dalam tim URO (Unila Robotika dan Otomasi)
yang aktif dalam berbagai kegiatan dan kompetisi, seperti pada kontes Muatan
Roket Indonesia pada tahun 2011, Kontes Robot Cerdas Indonesia (KRCI) Divisi
Beroda pada tingkat Regional dan Nasional serta Kompetisi Kincir Angin
Indonesia (KKAI) pada tahun 2013.
Ku persembahkan karya kecil dan sederhana
ini untuk cahaya hidup yang selalu ada dan
senantiasa memanjatkan doa dalam setiap
sujudnya. Bapak, mamak, terima kasih untuk
semuanya. Mungkin tak dapat selau terucap,
namun hati ini selau bicara, aku sayang
kalian.
Tak lupa untuk mas Agung dan adikku Ayu,
serta saudara dan kerabat yang tidak dapat
ku sebutkan satu persatu, terima kasih atas
dukungan dan semangatnya.
Moto :
“I’m Still Learning”
(Michelangelo Buonarroti)
SANWACANA
Alhamdulillah, puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah Subhanahu Wa
Ta’ala atas segala karunia, hidayah, serta nikmat yang diberikan, sehingga penulis
dapat menyelesaikan skripsi tugas akhir yang berjudul “RANCANG BANGUN
DATA LOGGER CURAH HUJAN BERBASIS ARDUINO”.
Skripsi ini disusun sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana
Teknik pada jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Lampung.
Dalam penyelesaian tugas akhir ini tidak lepas oleh dukungan dan bantuan dari
banyak pihak. Pada kesempatan ini, penulis ingin mengucapkan terima kasih
kepada:
1.
Bapak Prof. Suharno, M.Sc., Phd. selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas
Lampung.
2.
Bapak Agus Trisanto, Ph.D. selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro Universitas
Lampung juga sebagai Penguji, terima kasih untuk kritik dan sarannya.
3.
Bapak Dr. Eng. Helmy Fitriawan, S.T.,M.Sc. selaku Pembimbing Akademik
(PA), terima kasih atas bimbingan dan perhatiannya.
4.
Bapak Yulliarto Raharjo, S.T., M.T. selaku dosen Pembimbing Utama yang
telah memberikan banyak ilmu, kritik dan saran, serta bimbingannya dalam
penyelesaian skripsi ini.
5.
Ibu Dr. Ir. Sri Ratna S., M.T. selaku dosen Pembimbing Pendamping yang
telah memberikan bimbingan, saran, motivasi, kritik, dan ilmu yang berguna
dalam proses penyelesaian skripsi ini.
6.
Seluruh dosen Teknik Elektro Universitas Lampung yang telah memberikan
masukan, dorongan dan ilmu yang sangat berarti bagi penulis.
7.
Sahabat – sahabatku di laboratorium Teknik Digital: Dimas adityawarman,
Linggom Gultom, Moh. Cahyonyo, Supriyadi, Hadi Prayogo, kak Dexi, kak
Deny, Aris untung, Perdana Agung Nugraha, M. Yusuf T., Harry, dan adikadik 2011-2013, terima kasih atas semua canda tawa, dukungan dan masa –
masa sulit yang pernah kita lewati bersama.
8.
Kepada mas Legino, terima kasih atas kerjasamanya.
9.
Teman-teman seperjuangan Kerja Praktik, Ari Alfian dan Muhammad
Wahidi, terima kasih atas kebersamaan dan kerjasamanya.
10. Rekan – rekan Teknik Elektro angkatan 2009 yang tidak dapat disebutkan
satu per satu, terima kasih atas kebersamaan yang kita miliki beberapa tahun
ini, terima kasih telah memberikan banyak warna dalam masa studi ini.
11. Penghuni Asrama 41, Izal, Mei, Hadi, Azis, Yudi, Agung, Wahyu, Fergi, dan
teman-teman teknik mesin yang lain, Bowo dan teman-teman, terima kasih
atas canda tawanya.
12. Semua pihak yang telah membantu serta mendukung penulis dari awal kuliah
hingga terselesaikannya skripsi ini.
Penulis menyadari bahwa skripsi ini jauh dari kesempurnaan. Penulis menerima
kritik dan saran yang membangun dari semua pihak. Semoga skripsi ini dapat
berguna dan bermanfaat bagi kita semua.
Bandar lampung, 10 Februari 2015
Hendi Setiawan
ii
DAFTAR ISI
Halaman
DAFTAR ISI
……………………………………………………………..
i
DAFTAR TABEL …………………………………………………………
iv
DAFTAR GAMBAR ……………………………………………………...
v
I.
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang …………………………………………………..
1
B. Tujuan Penelitian
………………………………………………..
2
C. Manfaat Penelitian
………………………………………………
3
D. Perumusan Masalah
……………………………………………..
3
E. Batasan Masalah …………………………………………………
3
F. Hipotesis …………………………………………………………
4
G. Sistematika Penulisan ……………………………………………
4
II. TINJAUAN PUSTAKA
A. Pengukuran Curah Hujan ………………………………………..
6
B. Odyssey Logger 8725 dengan Davis Tipping Bucket ……………
8
…………………………………….
9
C. Kerucut dan Tipping Bucket
D. Sensor
1. Sensor Tegangan …………………………………………….
10
2. Sensor Cahaya ……………………………………………….
11
E. RTC ( Real Time Clock) …………………………………………
12
iii
F. Serial Peripheral Interface (SPI) …………………………………
14
G. Slot SD (Secure Digital) Card …………………………………..
14
H. Memori SD (Secure Digital) Card ………………………………
15
I.
Arduino Uno
.........................................................................
16
J.
Perangkat Lunak dan Pemrograman Arduino ……………………
19
K. SIM900 GSM ……………………………………………………
23
L. Waterpass ………………………………………………………..
25
III. METODE PENELITIAN
…………………………………..
27
………………………………………………….
27
C. Tahap – Tahap dalam Pembuatan Tugas Akhir ………………….
28
D. Tahap dan Cara Pengujian Sistem ……………………………….
31
E. Spesifikasi Alat ………………………………………………….
31
F. Diagram Blok Sistem ……………………………………………
32
…………………………………..
33
1.
Rangkaian Sensor Cahaya …………………………………..
33
2.
Rangkaian Sensor Tegangan ..………………………………
34
3.
Rangkaian Real Time Clock (RTC) …………………………
34
4.
Rangkaian Penyimpan Data (SD Card) ……………………..
35
5.
Komunikasi SIM900 GSM Shield …………………………..
36
…………………………………………….
36
A. Tempat dan Waktu Penelitian
B. Alat dan Bahan
G. Perancangan Perangkat Keras
H. Diagram Alir Sistem
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
A. Hasil
…………………………………………………………….
42
iv
1.
Rangkaian Sistem Secara Keseluruhan ……………………..
42
2.
Bentuk Fisik Komponen ……………………………………
45
a.
Pengendali Utama ………………………………………
45
b.
Sensor Cahaya
…………………………………………
47
c.
Data Logger …………………………………………….
48
d.
Rain Collector ………………………………………….
51
e.
Tipping bucket ………………………………………….
51
f.
Sensor Tegangan ……………………………………….
54
g.
GSM Shield
……………………………………………
56
3.
Bentuk Fisik Alat ……………………………………………
58
4.
Pengujian Sistem ……………………………………………
59
a.
Data SMS Curah Hujan (CH) 11 November 2014 ………
62
b.
Data SMS Curah Hujan (CH) 13 November 2014 ………
62
c.
Data SMS Curah Hujan (CH) 27 November 2014 ………
62
d.
Data SMS Curah Hujan (CH) 30 November 2014 ………
63
……………………………………………………..
66
B. Pembahasan
V. SIMPULAN DAN SARAN
A. Simpulan …………………………………………………………
70
B. Saran ……………………………………………………………..
71
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
DAFTAR TABEL
Tabel
Halaman
2.1
Klasifikasi Curah Hujan …………………………………………….
7
2.2
Keterangan kaki memori SD card …………………………………..
16
2.3
Spesifikasi Arduino Uno ……………………………………………
17
4.1
Pengujian Mikrokontroler ATmega328P ……………………………
46
4.2
Pengujian Sensor Cahaya
………………………………………
48
4.3
Pengujian Data Logger ………………………………………………
50
4.4
Pengujian Tipping Bucket …………………………………………..
53
4.5
Pengkuran Tegangan ………………………………………………..
55
4.6
Hasil Pengukuran Curah Hujan Kedua Alat Ukur ………………….
60
4.7
Kategori Hujan Per Hari Berdasarkan Data Kedua Alat …………….
64
4.8
Kategori Hujan Per Jam pada 11 November 2014 ………………….
64
4.9
Kategori Hujan Per Jam pada 13 November 2014 ………………….
64
4.10 Kategori Hujan Per Jam pada 27 November 2014 ………………….
65
4.11 Kategori Hujan Per Jam pada 30 November 2014 ………………….
65
DAFTAR GAMBAR
Gambar
Halaman
2.1
Penakar Curah Hujan Manual ………………………………………
6
2.2
Penakar Curah Hujan Otomatis ……………………………………..
7
2.3
Davis Tipping Bucket ……………………………………………….
8
2.4
Odyssey Logger ……………………………………………………..
9
2.5
Kerucut ……………………………………………………………...
9
2.6
Tipping Bucket ………………………………………………………
9
2.7
Sensor Tegangan …………………………………………………….
10
2.8
Sensor Cahaya ……………………………………………………….
11
2.9
DS1307 ………………………………………………………………
12
2.10 Konfigurasi pin RTC DS1307 ………………………………………
13
2.11 Blok diagram antarmuka SPI single master single slave …………...
14
2.12 Slot SD Card ………………………………………………………..
15
2.13 SD Card ……………………………………………………………..
15
2.14 Arduino Uno ………………………………………………………..
16
2.15 Konfigurasi pin ATmega328P ………………………………………
18
2.16 Blok diagram ATmega328P ………………………………………...
19
2.17 Antar muka pemrograman Arduino …………………………………
20
2.18 Diagram fungsi modul SIM900 ……………………………………..
24
vii
2.19 Modul SIM900 GSM ……………………………………………….
24
2.20 Komunikasi serial …………………………………………………..
25
2.21 Waterpass ……….…………………………………………………..
25
3.1
Diagram Alir Proses Penelitian ……………………………………...
30
3.2
Diagram Blok Sistem ……………………………………………….
32
3.3
Rangkaian Sensor Cahaya …………………………………………..
33
3.4
Sensor Tegangan …………………………………………………….
34
3.5
Rangakaian Real Time Clock (RTC) ………………………………..
35
3.6
Rangkaian Penyimpan Data (SD Card) ……………………………..
35
3.7
Komunikasi SIM 900 GSM Shield ………………………………….
36
3.8
Diagram Alir Sistem Penyimpanan …………………………………
37
3.9
Diagram Alir Pengiriman Data Per 60 Menit ……………………….
39
3.10 Diagram Pengiriman Data Setiap Pukul 23:59 ………………………
40
4.1
Rangakaian Sistem Secara Keseluruhan …………………………….
43
4.2
Pengendali Utama …………………………………………………..
45
4.3
Sensor Cahaya ………………………………………………………
47
4.4
Data Logger …………………………………………………………
49
4.5
Rain Collector ………………………………………………………
51
4.6
Tipping Bucket ………………………………………………………
52
4.7
Sensor Tegangan …………………………………………………….
54
4.8
Grafik Sensor Tegangan …………………………………………….
56
4.9
GSM Shield …………………………………………………………
57
4.10 SMS Penerima ………………………………………………………
58
4.11 Bentuk Fisik Alat ……………………………………………………
59
viii
4.12 Grafik Pengukuran Curah Hujan Kedua Alat ……………………….
60
Pengukuran Kedua Alat ……………………………..
61
4.14 SMS Curah Hujan (CH) 11 November 2013 ……………………….
62
4.15 SMS Curah Hujan (CH) 13 November 2013 ……………………….
62
4.16 SMS Curah Hujan (CH) 27 November 2013 ……………………….
63
4.17 SMS Curah Hujan (CH) 30 November 2013 ……………………….
63
4.13 Grafik nilai
I.
A.
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Perubahan iklim secara global dapat mengakibatkan perubahan musim yang
signifikan baik secara lokal maupun regional. Hal ini dapat mengakibatkan
sulitnya dalam memprediksi cuaca dan kapan terjadinya perubahan musim.
Sebagai contoh adalah musim hujan di Indonesia yang kedatangannya selalu
berubah dari tahun ketahun dan porsi musim hujan yang lebih panjang
dibandingkan dengan musim kemarau. Kondisi ini dipengaruhi oleh wilayah
Indonesia yang sebagian besar berupa laut dan berada disekitar wilayah
katulistiwa. Kondisi tersebut mengakibatkan curah hujan di Indonesia yang
tinggi yaitu berkisar antara 2000 sampai 3000 mm tiap tahunnya [1]. Hujan
merupakan salah satu fenomena alam yang terdapat dalam siklus hidrologi
dan sangat dipengaruhi iklim. Keberadaan hujan sangat penting dalam
kehidupan, karena hujan dapat mencukupi kebutuhan air yang sangat
dibutuhkan oleh semua makhluk hidup. Kehidupan di muka bumi akan
terganggu jika tidak ada air. Namun, disisi lain datangnya hujan dengan
intensitas yang sangat tinggi dan tidak seimbang dengan kebutuhan akan
terbuang percuma, bahkan dapat menyebabkan bencana. Oleh karena itu,
diperlukan pembangunan bangunan yang berfungsi mengendalikan dan
mengurangi resiko bencana yang mungkin terjadi di musim hujan serta
2
dapat menyimpan dan mengontrol kebutuhan penyediaan air saat musim
kemarau. Dari uraian singkat di atas disimpulkan akan pentingnya data
curah hujan untuk mengatur pengelolaan air dalam memenuhi kebutuhan
hidup manusia. Mengingat curah hujan antara daerah satu dengan daerah
lainnya berbeda-beda dan dapat terjadi setiap saat, oleh karena itu
diperlukan alat yang dapat memantau curah hujan secara otomatis dan
mampu menyimpan data curah hujan di masing-masing daerah. Namun pada
kenyataannya alat ukur curah hujan yang terdapat di pasaran dijual secara
terpisah, dan masih bekerja secara manual serta tidak dapat menyimpan
secara otomatis. Hal ini tentu sangat tidak efisien saat digunakan dan
dioperasikan. Oleh karena itu diperlukan alat ukur curah hujan yang bekerja
secara otomatis dan dapat menyimpan data curah hujan yang turun ke dalam
sebuah memori, sehingga data curah hujan yang dihasilkan dapat
dimanfaatkan secara optimal. Penelitian ini berkaitan dengan penelitian oleh
Sumardi dari universitas Diponegoro dengan judul “Penakar Curah Hujan
Automatis Menggunakan Mikrokontroller ATmega32” tahun 2009.
B.
Tujuan Penelitian
Adapun tujuan dari penelitian ini adalah :
1.
Merancang dan membuat alat ukur curah hujan.
2.
Menghitung besarnya curah hujan.
3.
Membuat sistem penyimpanan pada alat pengukur curah hujan.
4.
Membuat sistem pengiriman data curah hujan melalui SMS (Sort
Message Service).
3
C.
Manfaat Penelitian
Manfaat dari penelitian ini diharapkan dapat memberikan kemudahan dalam
pengukuran curah hujan serta kemudahan dalam proses pengambilan data.
D.
Perumusan Masalah
Adapun yang menjadi perumusan masalah dalam penelitian ini adalah :
1.
Bagaimana cara mengukur curah hujan.
2.
Jenis pengukur apa yang digunakan untuk mengukur curah hujan.
3.
Bagaimana cara menyimpan data curah hujan ke dalam media
penyimpan.
4.
Bagaimana cara mengirimkan data melalui SMS (Sort Message
Service).
E.
Batasan Masalah
Dalam penelitian ini dilakukan pembatasan terhadap masalah yang akan
dibahas yaitu:
1.
Parameter yang diukur adalah curah hujan (air).
2.
Mikrokontroler yang digunakan adalah ATmega328P untuk pengolah
data curah hujan.
3.
Sensor curah hujan menggunakan sensor curah hujan tipe tipping
bucket.
4.
Sistem peyimpanan menggunakan media kartu memori.
5.
Menggunakan SIM900 Shield untuk pengiriman data melalui SMS
(Sort Message Service).
4
6.
Hanya membahas pemrograman yang ditanamkan pada mikrokontroler
yang digunakan.
F.
Hipotesis
Hipotesis atau perkiraan tentang hasil akhir penelitian tugas akhir ini adalah
alat pengukur curah hujan yang mampu mengukur besarnya tingkat curah
hujan
dan
menyimpannya
ke
dalam
media
penyimpan
serta
mengirimkannya melalui SMS (Sort Message Service).
G.
Sistematika Penulisan
Dalam rangka penulisan skripsi ini, disusun suatu sistematika penulisan
dengan membaginya menjadi beberapa bab. Susunan sistematika tersebut
antara lain adalah:
BAB I. PENDAHULUAN : menjelaskan tentang latar belakang
permasalahan, tujuan dilakukannya penelitian, manfaat yang dapat di
berikan dari penelitian, perumusan masalah, batasan masalah, hipotesis, dan
sistematika penulisan.
BAB II. TINJAUAN PUSTAKA : bagian ini berisi teori – teori yang
berkaitan dengan semua yang berhubungan dengan tugas akhir ini.
BAB III. METODE PENELITIAN : bagian ini akan menjelaskan metode
yang digunakan dalam proses perancangan dan pembuatan diantaranya
waktu dan tempat penelitian, alat dan bahan, pembuatan alat, dan pengujian
sistem.
5
BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN : bagian ini berisi tentang hasil
pengujian dan pembahasan tentang data – data yang diperoleh dari
pengujian.
BAB V. SIMPULAN DAN SARAN : bab ini akan menyimpulkan semua
kegiatan dan hasil – hasil yang diperoleh selama proses perancangan dan
pembuatan alat. Diberikan juga saran–saran yang perlu dipertimbangkan
dalam upaya pengembangan lebih lanjut.
II. TINJAUAN PUSTAKA
A.
Pengukuran Curah Hujan
Hujan adalah peristiwa turunnya titik-titik air atau kristal-kristal es dari
awan sampai ke permukaan tanah. Alat untuk mengukur jumlah curah
hujan yang turun kepermukaan tanah per satuan luas, disebut Penakar
Curah Hujan. Curah hujan 1 (satu) mm, artinya dalam luasan satu meter
persegi pada tempat yang datar tertampung air setinggi 1 (satu) mm atau
tertampung air sebanyak 1 (satu) liter atau 1000 ml. Secara umum penakar
hujan dibedakan
menjadi dua, yaitu penakar curah hujan manual dan
penakar curah hujan otomatis [1].
Gambar 2.1 Penakar Curah Hujan Manual [1]
7
Penakar hujan tipe tipping bucket, nilai curah hujannya tiap bucket
berjungkit tidak sama, serta luas permukaan corongnya beragam tegantung
dari merek pembuatnya.
Gambar 2.2 Penakar Curah Hujan Otomatis [1]
Misalnya ada yang 0.1 mm, 0.2 mm, 0.5 mm dan lain-lain. Penakar curah
hujan tipe tipping bucket ini memanfaatkan sensor reed switch untuk
memberikan masukan pada mikrokontroler yaitu berupa perubahan tahanan
ketika bejana bergoyang.
Curah hujan dapat dikelompokkan berdasarkan besar curah hujannya dalam
satuan waktu seperti per jam, per hari, per minggu, atau per bulan seperti
pada tabel berikut.
Tabel 2.1 Klasifikasi Curah Hujan [9]
No.
Kategori Intensitas Hujan
mm/jam
mm/24 jam
1
Sangat Ringan
100
8
Untuk dBZ merupakan nilai yang diperoleh dari citra radar cuaca.
Pengukuran intensitas curah hujan (presipitasi) oleh radar cuaca berdasarkan
seberapa besar pancaran energi radar yang dipantulkan kembali oleh
butiran-butiran air di dalam awan dan digambarkan dengan produk
Reflectivity yang memiliki besaran satuan dBZ(decibel).[9]
B.
Odyssey Logger 8725 dengan Davis Tipping Bucket
Odyssey Logger 8725 dengan Davis Tipping Bucket merupakan alat ukur
curah hujan yang termasuk dalam kategori alat ukur curah hujan otomastis.
Alat ini bekerja berdasarkan pergerakkan tipping bucket yang bergerak dari
posisi setimbangnya karena terisi air hujan. Melalui pergerakkan ini, sistem
akan memperoleh sinyal yang memberitahukan bahwa telah terjadi hujan.
Davis Tipping Bucket mampu mengukur curah hujan dengan resolusi 0,2
mm [10]. Berikut merupakan gambar dari Davis Tipping Bucket.
Gambar 2.3 Davis Tipping Bucket [10]
Data curah hujan yang telah diukur kemudian disimpan ke dalam memori
penyimpan yang berisi keterangan waktu, besar curah hujan per bucket dan
besar curah hujan total. Odyssey logger 8725 adalah seperti pada gambar di
bawah ini.
9
Gambar 2.4 Odyssey Logger 8725
Odyssey logger 8725 mempunyai kemampuan untuk menyimpan dengan
kapasitas sebesar 10900 tip bucket atau setara 2,1 m [10]. Logger ini akan
otomatis mati jika besar data yang ditampung sudah dalam kondisi penuh.
C.
Kerucut dan Tipping Bucket
Kerucut merupakan bagian yang berfungsi menerima air hujan. Kerucut ini
mempunyai jari-jari untuk lingkaran besar rb dan jari-jari lingkaran kecil rk
dengan tinggi h.
Gambar 2.5 Kerucut
Air yang ditampung oleh kerucut dialirkan ke bagian Tipping Bucket yang
berbentuk tabung kecil terpancung.
Gambar 2.6 Tipping Bucket
10
Untuk menghitung besarnya curah hujan, dapat dicari menggunakan
persamaan berikut [2].
Curah hujan =
………………………………….. (1)
Curah hujan 1 =
………………………………..… (2)
Dimana volume menyatakan banyak air yang ditampung oleh Tipping
Bucket dan luas permukaan merupakan besarnya area kerucut untuk
menangkap air hujan. Satuan yang biasa digunakan adalah milimeter per
jam (mm/jam), yaitu tinggi air disuatu tempat tiap jam, dengan asumsi tidak
ada air yang meresap maupun menguap.
D.
Sensor
Sensor merupakan bagian yang penting dari suatu peralatan. Sensor
mempunyai fungsi khusus untuk mendeteksi perubahan-perubahan dari luar
menjadi
besaran-besaran
listrik.
Umumnya,
sebuah
sensor
hanya
mempunyai satu fungsi pula, seperti sensor cahaya hanya mendeteksi besar
cahaya, sensor suhu hanya mendeteksi besar suhu. Terdapat bermacammacam sensor salah satunya adalah sebagai berikut.
1. Sensor Tegangan
Gambar 2.7 Sensor Tegangan
11
Dari rangkaian di atas, arus (i) mengalir melewati R1 dan R2, sehingga
nilai tegangan VI adalah penjumlahan dari tegangan VS dan VO.
VI = VS + VO = i.R1 + i.R2
Maka besarnya tegangan keluaran VO dapat dirumuskan sebagai
berikut.
…………………………………………………..… (3)
2. Sensor Cahaya
Sensor cahaya ini terdiri dari dioda LED dan photo dioda. LED adalah
komponen yang dapat mengeluarkan emisi cahaya dengan warna
tertentu seperti merah, kuning, hijau, biru, atau gabungan dari beberapa
warna tersebut. Photo dioda adalah sensor cahaya yang termasuk
kategori sensor cahaya photo conductive yaitu sensor cahaya yang akan
mengubah perubahan intensitas cahaya yang diterima menjadi
perubahan konduktansi pada terminal sensor tersebut. Photo dioda
merupakan sensor cahaya yang bekerja pada daerah breakdown seperti
halnya diode zener pada saat menerima intensitas cahaya.
Gambar 2.8 Sensor Cahaya
12
Rangkaian di atas bekerja berdasarkan keberdaan cahaya yang berasal
dari dioda LED D1. Cahaya yang dihasilkan ini akan mempengaruhi
sambungan pn pada photo dioda, sehingga menghasilkan elektron
valensi. Semakin besar cahaya yang mengenai sambungan, semakin
besar pula arus balik dioda. Dengan demikian, semakin besar cahaya
yang mengenai photo dioda, semakin besar pula tengangan keluaran
yang dihasilkan.
E.
RTC ( Real Time Clock)
RTC (Real Time Clock) adalah jenis pewaktu yang bekerja berdasarkan
waktu yang sebenarnya atau dengan kata lain berdasarkan waktu yang ada
pada jam kita. RTC merupakan suatu chip (IC) yang memiliki fungsi
sebagai penyimpan waktu dan tanggal. RTC merupakan jam komputer yang
umumnya berupa sirkuit terpadu yang berfungsi sebagai pemelihara waktu.
Gambar 2.9 DS1307
RTC memiliki catu daya terpisah dari catu daya komputer, sehingga tetap
dapat berfungsi ketika catu daya komputer atau PLN terputus. RTC (Real
Time Clock) DS1307 memiliki fitur sebagai berikut:
a.
RTC yang dapat meyimpan data-data detik, menit, jam, tanggal, bulan,
hari dalam seminggu, dan tahun valid hingga 2100.
13
b.
56 byte, battery-backed, RAM nonvolatile (NV) RAM untuk
penyimpanan.
c.
DS1307 merupakan RTC dengan jalur data paralel yang memiliki
antarmuka serial Two-wire (I2C).
d.
Sinyal
luaran
gelombang
kotak
terprogram
(programmable
squarewave), deteksi otomatis kegagalan daya (power-fail) dan
rangkaian switch.
e.
Konsumsi daya kurang dari 500 nA menggunakan mode baterai
cadangan dengan operasional osilator.
f.
Tersedia fitur industri dengan ketahanan suhu: -40°C hingga +85°C.
g.
Tersedia dalam kemasan 8-pin DIP atau SOIC.
Gambar 2.10 Konfigurasi pin RTC DS1307 [5]
Adapun daftar pin dari DS1307 adalah sebagai berikut :
1.
VCC – Primary Power supply
2.
X1, X2 – 32.768kHz Crystal Connection
3.
VBAT -- +3V battery input
4.
GND – Ground
5.
SDA – Serial data
6.
SCL – Serial Clock
7.
SQW/OUT – Square Wave/Output Driver
14
F.
Serial Peripheral Interface (SPI)
Serial Peripheral Interface Bus atau SPI bus adalah standar komunikasi
sinkron data serial yang dikenalkan oleh Motorola yang bekerja pada mode
full duplex. SPI merupakan high-speed synchronous serial input/output
(I/O) port yang memungkinkan untuk pengaturan lebar data yang akan
digeser masuk atau keluar dari device dan juga memungkinkan pengaturan
pada kecepatan transfer data. Device yang dikomunikasikan menggunakan
SPI dibedakan dalam master dan slave mode. [7]
Gambar 2.11 Blok diagram antarmuka SPI single master single slave [7]
Keterangan:
1.
SCK / CLK — Serial Clock (output dari master)
2.
SDI / DI / SI — Serial Data In
3.
SDO / DO / SO — Serial Data Out
4.
nCS / CS / nSS / STE — Chip Select, Slave Transmit Enable (active
low;output dari master)
G.
Slot SD (Secure Digital) Card
Slot SD card merupakan slot yang digunakan untuk menghubungkan
memori SD card dengan mikrokontroler ATmega 328p pada Arduino
board. Slot SD card ini cocok untuk kartu memori standar SD card.
15
Gambar 2.12 Slot SD Card
Slot SD Card ini sudah mempunyai pengatur tegangan di dalamnya yang
mengubah tegangan 5 volt dari board pengendali utama Arduino Uno
menjadi tegangan keluaran yang disesuaikan dengan kebutuhan sumber
tegangan memori yaitu sebesar 3,3 volt dengan bentuk yang sederhana.
H.
Memori SD (Secure Digital) Card
Memori SD card merupakan jenis media penyimpan data berbentuk kartu
memori. Memori ini mempunyai ukuran yang kecil dan tipis dengan tebal
sekitar 1 mm. Besar kapasitas data yang mampu ditampung mempunyai
ukuran yang bervariasi yaitu 32 MB, 64 MB, 512 MB, 1 GB, 2 GB, dan
seterusnya. Memori ini bekerja dengan besar tegangan berkisar antara 2.7V
~ 3.6V. Berikut merupakan bentuk dari Memori SD card dengan keterangan
nomor pin di kakinya.
Gambar 2.13 SD Card [6]
16
Gambar di atas merupakan urutan pin yang terdapat pada memori SD card
dengan keterangan tugas sebagai berikut.
Table 2.2 Keterangan kaki memori SD card [6]
I.
Kaki
Nama
1
2
3
4
5
6
7
8
9
DAT3/CS
CMD/DI
VSS1
VDD
CLK
VSS2
DAT0/D0
DAT1 /IRQ
DAT2/NC
Fungsi SD Mode
Data Line 3
Command Line
Ground
Supply Voltage
Clock
Ground
Data Line 0
Data Line 1
Data Line 2
Fungsi SPI Mode
Chip Select/Slave Select (SS)
Master Out Slave In (MOSI)
Ground
Supply Voltage
Clock (SCK)
Ground
Master In Slave Out (MISO)
Unused or IRQ
Unused
Arduino Uno
Arduino uno merupakan perangkat elektronik dengan sistem open source.
Arduino memiliki 14 pin input/output yang mana 6 pin dapat digunakan
sebagai output PWM, 6 analog input, crystal osilator 16 MHz, koneksi
USB, jack power, dan tombol reset.
Gambar 2.14 Arduino Uno
Arduino memiliki kelebihan tersendiri dibanding board mikrokontroler
yang lain selain bersifat open source, arduino juga mempunyai bahasa
17
pemrogramanya sendiri yang berupa bahasa C. Selain itu dalam board
arduino sendiri sudah terdapat loader yang berupa USB sehingga
memudahkan kita ketika memprogram mikrokontroler di dalam arduino.
Papan Arduino adalah papan mikrokontroler berdasarkan ATmega328P.
Berikut adalah spesifikasi dari Arduino Uno :
Tabel 2.3 Spesifikasi Arduino Uno [4]
Mikrokontroler
Tegangan operasi
Tegangan input (disarankan)
Tegangan input (batas)
Digital I/O
Input analog
Arus DC per I/O
Arus DC untuk 3.3V
ATmega328P
5V
7-12V
6-20V
14 pin (dimana 6 output PWM)
6 pin
Pin 40 mA
Pin 50 mA
Memori flash 32KB (ATmega328)
0.5 KB digunakan untuk bootloader
SRAM
EEPROM
Kecepatan clock
2 KB (ATmega328)
1 KB (ATmega328)
16 MHz
ATmega328 adalah mikrokontroler keluaran dari atmel yang mempunyai
arsitektur RISC (Reduce Intruction Set Computer) dimana setiap proses
eksekusi data lebih cepat daripada arsitektur CISC (Completed Instruction
Set Computer). Mikrokontroler ATmega328 memiliki arsitektur Harvard,
yaitu memisahkan memori untuk kode program dan memori untuk data
sehingga dapat memaksimalkan kerja dan parallelism.
18
Gambar 2.15 Konfigurasi pin ATmega328P [3]
Mikrokontroler ini memiliki beberapa fitur antara lain sebagai berikut :
a.
130 macam instruksi yang hampir semuanya dieksekusi dalam satu
siklus clock.
b.
32 x 8-bit register serba guna.
c.
Kecepatan mencapai 16 Mbps dengan clock 16MHz.
d.
32 KB flash memory dan pada arduino memiliki bootloader yang
menggunkan 2 KB dari flash memory sebagai bootloader.
e.
Memiliki EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only
Memory) sebesar 1 KB sebagai tempat penyimpanan data semi
permanen karena EEPROM tetap dapat menyimpan data meskipun catu
daya dimatikan.
f.
Memiliki SRAM (Static Random Acces Memory) sebesar 2KB.
g.
Memiliki pin I/O digital sebanyak 14 pin 6 diantaranya PWM (Pulse
Width Modulation) output.
h.
Master / Slave SPI serial interface.
i.
Tegangan operasi sekitar 1,8 V sampai dengan 5,5V.
19
Gambar 2.16 Blok diagram ATmega328P [3]
J.
Perangkat Lunak dan Pemrograman Arduino
Lingkungan open-source Arduino memudahkan untuk menulis kode dan
upload ke board Arduino. Ini berjalan pada Windows, Mac OS X, dan
Linux. Berdasarkan pengolahan, avr-gcc, dan perangkat lunak sumber
terbuka lainnya.
20
Gambar 2.17 Antar muka pemrograman Arduino
Arduino menggunakan pemrograman dengan bahasa C. Berikut ini adalah
beberapa penjelasan mengenai karakter bahasa C dan software Arduino. [4]
a.
Struktur
Setiap program Arduino (biasa disebut sketch) mempunyai dua buah
fungsi yang harus ada.
1.
void setup( ) { }
Semua kode didalam kurung kurawal akan dijalankan hanya satu
kali ketika program Arduino dijalankan untuk pertama kalinya.
2.
void loop( ) { }
Fungsi ini akan dijalankan setelah setup (fungsi
void setup)
selesai. Setelah dijalankan satu kali fungsi ini akan dijalankan lagi,
dan lagi secara terus menerus sampai catu daya (power) dilepaskan.
21
b.
Syntax
Berikut ini adalah elemen bahasa C yang dibutuhkan untuk format
penulisan.
1.
//(komentar satu baris)
Kadang diperlukan untuk memberi catatan pada diri sendiri apa arti
dari kode-kode yang dituliskan. Cukup menuliskan dua buah garis
miring dan apapun yang kita ketikkan dibelakangnya akan
diabaikan oleh program.
2.
/* */(komentar banyak baris)
Jika anda punya banyak catatan, maka hal itu dapat dituliskan pada
beberapa baris sebagai komentar. Semua hal yang terletak di antara
dua simbol tersebut akan diabaikan oleh program.
3.
{ }(kurung kurawal)
Digunakan untuk mendefinisikan kapan blok program mulai dan
berakhir (digunakan juga pada fungsi dan pengulangan).
4.
;(titk koma)
Setiap baris kode harus diakhiri dengan tanda titik koma (jika ada
titik koma yang hilang maka program tidak akan bisa dijalankan).
c.
Variabel
Sebuah program secara garis besar dapat didefinisikan sebagai instruksi
untuk memindahkan angka dengan cara yang cerdas. Variabel inilah
yang digunakan untuk memindahkannya.
22
1.
int (integer)
Digunakan untuk menyimpan angka dalam 2 byte (16 bit). Tidak
mempunyai angka desimal dan menyimpan nilai dari -32,768 dan
32,767.
2.
long
Digunakan ketika integer tidak mencukupi lagi. Memakai 4 byte
(32 bit) dari memori (RAM) dan mempunyai rentang dari
-
2,147,483,648 dan 2,147,483,647.
3.
boolean
Variabel sederhana yang digunakan untuk menyimpan nilai TRUE
(benar) atau FALSE (salah). Sangat berguna karena hanya
menggunakan 1 bit dari RAM.
4.
float
Digunakan untuk angka desimal (floating point). Memakai 4 byte
(32 bit) dari RAM dan mempunyai rentang dari -3.4028235E+38
dan 3.4028235E+38.
5.
char (character)
Menyimpan 1 karakter menggunakan kode ASCII (misalnya ‘A’ =
65). Hanya memakai 1 byte (8 bit) dari RAM.
d.
Struktur Pengaturan
Program sangat tergantung pada pengaturan apa yang akan dijalankan
berikutnya, seperti halnya perintah di bawah ini.
1.
if…..else, dengan format seperti berikut ini:
if (kondisi) { }
23
else if (kondisi) { }
else { }
Dengan struktur seperti di atas, program akan berjalan sesuai
dengan urutan yang pertama adalah memeriksa kondisi di dalam
if(kondisi){} dan jika benar maka program akan menjalankan
perintah yang ada di dalam kurung kurawal, sedangkan jika tidak
maka program akan berjalan dibaris berikutnya yaitu pada else
if(kondisi){} dan jika syarat terpenuhi maka perintah di dalam
kurung kurawal akan dijalankan. Jika syarat pada if(kondisi) {} dan
else if(kondisi){} tidak terpenuhi maka program akan langsung
menjalankan perintah di dalam kurung kurawal else {}.
2.
for, dengan format seperti berikut ini:
for (int i = 0; i < #pengulangan; i++) { }
Digunakan bila anda ingin melakukan pengulangan kode di dalam
kurung kurawal beberapa kali, ganti #pengulangan dengan jumlah
pengulangan yang diinginkan. Melakukan penghitungan ke atas
dengan i++ atau ke bawah dengan i–.
K.
SIM900 GSM
Modul SIM900 GSM merupakan modul quad band GSM/GPRS yang
bekerja pada frekuensi GSM 850 MHz, EGSM 900 MHz, DCS 1800 MHz,
dan PCS 1900 MHz. Berikut merupakan diagram fungsi dari modul SIM
900. [8]
24
Gambar 2.18 Diagram fungsi modul SIM900 [8]
Modul SIM900 dapat digunakan untuk melakukan fungsi seperti halnya
sebuah perangkat komunikasi yang mampu melakukan panggilan maupun
SMS (Sort Message Service) layaknya telepon pada umumnya, dengan
bentuk sebagai berikut.
Gambar 2.19 Modul SIM900 GSM
Modul ini dihubungkan dengan perangkat pengendali utama Arduino Uno
melalui komunikasi serial, sehingga untuk menerima data maupun
mengirimkan perintah adalah melalui komunikasi ini.
25
Gambar 2.20 Komunikasi serial [8]
Dalam penggunaannya, SIM900 GSM mempunyai beberapa bentuk perintah
untuk dapat melakukan komunikasi dengan perintah AT Command, seperti
AT+CMGF=1 untuk mengirim SMS dalam mode text dan AT+CMGS
untuk nomor yang dituju.
L.
Waterpass
Leveling atau waterpass adalah alat yang digunakan untuk mengukur atau
menentukan sebuah benda atau garis dalam posisi rata baik pengukuran
secara vertikal maupun horizontal.
Gambar 2.21 Waperpass
Salah satu jenis waterpass yang banyak digunakan ini terbuat dari kaca
dimana di dalamnya terdapat gelembung cairan yang dapat bergerak sesuai
bidang datar yang ditempati. Pemakaian waterpass dilakukan dengan
sederhana, yaitu menempatkannya ke bidang permukaan yang akan
26
diperiksa. Untuk memeriksa kedataran maka dapat diperhatikan gelembung
cairan pada alat pengukur harus berada dibagian tengah waterpass.
III. METODE PENELITIAN
A.
Tempat dan Waktu Penelitian
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Teknik Elektro Fakultas Teknik
Universitas Lampung yang dilaksanakan mulai dari bulan Januari sampai
Desember 2014.
B.
Alat dan Bahan
Alat dan bahan yang digunakan dalam penelitian ini yaitu antara lain :
1.
Laptop Acer 4738G
2.
Board Arduino Uno (ATmega 328p) dan Slot SD Card
3.
Project board
4.
Pipa PVC (Polyvinyl Chloride)
5.
SIM900 GSM Shield
6.
Odysseey 8725 Rain Gauge Tipping Bucket
7.
Baterai
8.
Gelas ukur
9.
Papan PCB (Printed circuit board)
10. Akrilik
11. Corong
12. Water pass
13. Komponen Elektronika
28
14. Real Time Clock (IC DS1307)
15. Multitester
16. Solder dan peralatan yang berguna dalam pembuatan jalur PCB
17. Software pendukung, antara lain: Arduino 1.0.1, Diptrace 2.3.0.0 dan
Microsoft Office 2007.
C.
Tahap – Tahap dalam Pembuatan Tugas Akhir
Tahap-tahap dalam pembuatan tugas akhir ini adalah sesuai dengan urutan
berikut.
1.
Perancangan blok diagram sistem
Perancangan blok diagram ini dilakukan dengan tujuan untuk
mempermudah dalam realisasi sistem yang akan dibuat.
2.
Implementasi rangkaian, dengan tahap–tahap sebagai berikut :
a.
Memilih rangkaian dari tiap masing–masing blok diagram.
b.
Menentukan komponen yang digunakan dalam rangkaian.
c.
Merangkai dan menguji rangkaian dari masing–masing blok
diagram.
d.
Menggabungkan rangkaian dari setiap blok dalam project board
untuk dilakukan uji coba.
e.
Membuat program dengan bahasa pemrograman dan memasukkan
program yang telah dibuat ke dalam mikrokontroler ATmega328p.
f.
Melakukan uji coba penggabungan software dan hardware.
g.
Merangkai komponen ke dalam PCB.
29
3.
Pengujian alat
Tahap ini dilakukan untuk mengetahui tingkat keberhasilan alat yang
dibuat. Dalam hal ini berupa pemantauan curah hujan dan menyimpan
data yang diperoleh ke dalam media penyimpan SD Card serta
memberikan info rutin harian melalui SMS (Sort Message Service).
4.
Analisis dan simpulan
Setelah proses pembuatan alat selesai, langkah selanjutnya adalah
mengumpulkan dan menganalisis data-data yang diperoleh dari
pengujian keseluruhan alat yang telah dibuat. Proses analisis data dari
pengujian alat ini dilakukan agar dapat diketahui mengenai kelebihan
dan kekurangan yang terdapat pada alat ini untuk kemudian dapat
diambil kesimpulan.
5.
Pembuatan laporan
Pada tahap ini dilakukan penulisan terhadap data-data yang didapatkan
dari hasil pengujian, analisis, dan kesimpulan.
Berikut adalah diagram alir proses penelitian tugas akhir ini.
30
Mulai
Merancang blok
diagram
Menentukan
rangkaian dan
komponen
Uji coba
rangkaian
Berhasil?
Tidak
Ya
Pembuatan
Program
Menggabungkan
software dan
hardware
Uji coba
rangkaian
Tidak
Berhasil?
Ya
Realisasi ke
papan PCB
Uji coba
rangkaian
keseluruhan
Berhasil?
Tidak
Ya
Selesai
Gambar 3.1 Diagram Alir Proses Penelitian
31
D.
Tahap dan Cara Pengujian Sistem
Adapun tahap dalam pengujian sistem yang dilakukan adalah sebagai
berikut.
1.
Menguji pergerakan tipping bucket.
2.
Menguji kondisi waktu saat ini dengan membaca data dari rangkaian
Real Time Clock (RTC).
3.
Menguji sensor cahaya.
4.
Menguji sensor tegangan.
5.
Menguji sistem penyimpanan menggunakan media penyimpan SD
Card.
6.
Membaca data yang telah disimpan di dalam SD Card menggunakan
komputer.
7.
Mengukur besarnya volume yang dihasilkan oleh tipping bucket pada
saat terjadi hujan.
8.
Menguji pengopersian SIM900 GSM dalam pengiriman data melalui
SMS.
9.
E.
Menguji alat secara keseluruhan untuk mengukur besarnya curah hujan.
Spesifikasi Alat
Spesifikasi alat yang dibuat adalah sebagai berikut :
1.
Pengukuran curah hujan dengan menggunakan model tipping bucket.
2.
Menggunakan sensor cahaya untuk mendeteksi pergerakan tipping
bucket yang mewakili nilai tertentu.
3.
Menggunakan sumber baterai sebagai catu daya.
4.
Terdapat sensor tegangan untuk mengetahui kondisi baterai.
32
5.
Menggunakan data logger untuk menyimpan data curah hujan.
6.
Menggunakan ATmega328P sebagai pengendali utama.
7.
Mampu mengirim data harian melalui SMS menggunakan SIM900
GSM Shield.
F.
8.
Pemrograman menggunakan Arduino 1.0.1.
9.
File dibuka dalam bentuk exel.
Diagram Blok Sistem
Sensor
Tegangan
Tipping
Bucket
Sensor
cahaya
RTC
Arduino Board
(ATmega 328p)
GSM Shield
SD Card
Gambar 3.2 Diagram Blok Sistem
Perancangan alat ukur ini, sesuai dengan diagram blok di atas, air hujan
yang turun akan ditampung dan dialirkan menuju tipping bucket. Pada
volume tertentu, tipping bucket akan berubah dari posisi kesetimbangannya
dan berjungkit. Pada saat yang sama menggerakkan penghalang pada sensor
cahaya, sehingga merubah keadaan sinyal keluaran. Sinyal yang dihasilkan
dari perubahan kondisi ini akan dibaca oleh board Arduino sebagai penanda
bahwa tipping bucket telah berubah dan mempunyai nilai tertentu untuk
disimpan pada kartu memori yang nanti digunakan untuk mengetahui
besarnya curah hujan yang diukur. Selain disimpan, hasil yang diukur juga
dikirim melalui SMS.
33
G.
Perancangan Perangkat Keras
Rangkaian yang digunakan dalam perancangan hardware ini adalah sebagai
berikut.
1.
Rangkaian Sensor Cahaya
Sensor cahaya ini menggunakan sebuah dioda LED D1 sebagai
pemancar cahaya ke arah photo dioda PD1 seperti gambar di bawah ini.
Gambar 3.3 Rangkaian Sensor Cahaya
Rangkaian di atas mempunyai tiga buah pin beserta label yang
menyertainya. Pin 3 (INT1) merupakan pin keluaran Arduino yang
berfungsi untuk menghidupkan dioda LED D1 yang difungsikan
sebagai pemancar terhadap photo dioda PD1. Selain itu, pin ini juga
difungsikan sebagai penanda apabila SD Card tidak tersedia atau error
(rusak) dengan memberikan tegangan high dan low, sehingga LED D1
akan berkedip.
Label +5V adalah tegangan catu yang dibutuhkan
rangkaian, sedangkan label out
merupakan
sinyal keluaran yang
mempunyai dua kondisi, yaitu high dan low akibat perubahan tipping
bucket.
34
2.
Rangkaian Sensor Tegangan
Sensor tegangan digunakan untuk mengukur besar tegangan baterai.
Rangkaian ini dibentuk dari dua buah resistor, yaitu R1 dan R2 yang
membentuk rangkaian pembagi tegangan.
Gambar 3.4 Sensor Tegangan
Berdasarkan persamaan (3) pada sensor tegangan di bab II, maka
besarnya sinyal keluaran Vout pada sensor tegangan untuk tegangan
sumber 12 V adalah sebagai berikut.
(
)
Nilai keluaran dari sensor tegangan di atas kemudian akan dikonversi
menjadi bilangan digital menggunakan ADC (Analog to Digital
Converter) di dalam pengendali utama.
3.
Rangkaian Real Time Clock (RTC)
Real Time Clock (RTC) berfungsi sebagai penyimpan waktu dan
tanggal. RTC merupakan jam komputer berupa sirkuit terpadu yang
berfungsi sebagai pemelihara waktu. RTC ini memiliki catu daya
terpisah dari catu daya PLN, sehingga RTC akan tetap berjalan
35
meskipun PLN dalam keadaan mati. Berikut adalah gambar rangkaian
dari RTC.
Gambar 3.5 Rangkaian Real Time Clock (RTC)
4.
Rangkaian Penyimpan Data (SD Card)
Gambar 3.6 Rangkaian Penyimpan Data (SD Card)
Gambar di atas merupakan rangkaian dari penyimpan data curah hujan.
Rangkaian penyimpan ini menggunakan media penyimpan berupa kartu
memori SD Card. Memori ini bekerja dengan tegangan sebesar 3,3V
36
dan
proses
penyimpanan
terhadap
ATmega328p
(Arduino)
menggunakan komunikasi SPI. Data yang diperoleh ini disimpan dalam
bentuk file exel.
5.
Komunikasi SIM900 GSM Shield
Komunikasi yang dimaksud adalah komunikasi antara SIM900 GSM
Shield
terhadap
ATmega328p
(Arduino)
yang
menggunakan
komunikasi serial. Melalui komunikasi ini, data curah hujan dapat
dikirim secara rutin berdasarkan waktu tertentu yang telah ditentukan
melalui layanan SMS (Sort Message Service).
Gambar 3.7 Komunikasi SIM900 GSM Shield
Data yang dikirim meliputi data curah hujan per 60 menit ketika mulai
terjadi hujan, data curah hujan harian, dan data curah hujan total selama
alat dihidupkan. Selain itu, juga terdapat informasi mengenai waktu,
tanggal, dan besar tegangan baterai.
H.
Diagram Alir Sistem
Diagram alir di bawah merupakan urutan kerja sistem yang akan
ditanamkan pada alat ukur curah hujan. Dalam penggunaannya, sistem yang
akan ditanamkan mempunyai tiga fungsi pokok, yaitu melakukan
pengukuran besar curah hujan dan menyimpannya ke dalam media
37
penyimpan, mengirimkan data curah hujan pada rentang waktu 60 menit
sejak pengukuran pertama ketika terjadi hujan melalui layanan SMS, dan
melakukan pengiriman data harian setiap 24 jam sekali yang juga melalui
layanan SMS.
START
Inisialisasi
Waktu, CH,
CH(t) tanggal,
pin input
Waktu, tanggal,
CH(t)
Sinyal input
berubah
Tidak
Ya
Update waktu dan
tanggal
CH(t) = CH(t)+CH
Simpan ke
memori
Selesai
Gambar 3.8 Diagram Alir Sistem Penyimpanan
38
Diagram pada gambar 3.8 merupakan diagram alir pada sistem
penyimpanan. Pada diagram alir ini, sistem hanya akan melakukan kerja
untuk menyimpan data ketika terjadi hujan. Ketika sistem dihidupkan,
mikrokontroler ATmega 328p pada Board Arduino Uno akan melakukan
inisialisasi perintah yang akan dijalankan. Kemudian, mikrokontroler akan
membaca waktu dari rangkaian Real Time Clock (RTC) dan kondisi sinyal
input yang menandakan posisi tipping bucket saat ini. Setelah itu,
mikrokontroler menunggu perintah selanjutnya untuk menyimpan data
curah hujan, yaitu berupa sinyal high atau low yang dikirimkan dari
rangkaian sensor cahaya. Sinyal tersebut dipicu oleh pergerakan tipping
bucket yang telah melewati batas kesetimbangannya dalam menampung air
hujan yang pada dasarnya akan membuka atau menghalangi pancaran
cahaya LED pada sensor cahaya.
Fungsi sistem selanjutnya adalah pengiriman data per 60 menit seperti
diagram alir pada gambar 3.9 di bawah. Pada bagian ini, sistem berfungsi
melakukan pengiriman data curah hujan hanya ketika terjadi perubahan
sinyal input dari pergerakkan tipping bucket yang mengindikasikan terjadi
hujan. Ketika terjadi hujan, maka pergerakkan pertama tipping bucket akan
dijadikan acuan sebagai menit awal untuk sistem menghitung 60 menit dari
pergerakkan tadi.
RANCANG BANGUN DATA LOGGER
CURAH HUJAN BERBASIS ARDUINO
OLEH
HENDI SETIAWAN
Keberadaan hujan sangat penting dalam kehidupan karena hujan dapat mencukupi
kebutuhan air yang sangat dibutuhkan oleh semua makhluk hidup. Kehidupan di
muka bumi akan terganggu jika tidak ada air. Namun, disisi lain datangnya hujan
dengan intensitas yang sangat tinggi dan tidak seimbang dengan kebutuhan akan
terbuang percuma bahkan dapat menyebabkan bencana.
Pada tugas akhir ini, dibuat alat ukur curah hujan jenis tipping bucket
menggunakan mikrokontroler ATmega328P yang mampu mengukur curah hujan
dan menyimpannya secara otomatis serta mengirimkannya menggunakan layanan
Sort Message Service (SMS) melalui jaringan GSM.
Hasil pengukuran dibandingkan dengan alat ukur Odyssey Davis Tipping Bucket.
Pada empat kali pengujian, terdapat selisih 0,03-1,7 mm curah hujan dengan error
0,6-5,8 %.
Kata Kunci : Tipping Bucket, Mikrokontroler, Sort Message Service (SMS)
ABSTRACT
DESIGN DATA LOGGER RAIN GAUGE
BASED ON ARDUINO
OLEH
HENDI SETIAWAN
The existence of rain is very important in life because it can meet the need of
water that is needed by all living things. Life on earth will be disturbed if there is
no water. However, on the other hand the rain with a very high intensity and not
balanced will be wasted even can lead to disaster.
in this study, the design of automatic rainfall measurement use a tipping bucket
type based on Atmega328P microcontroller which is equipped with a data
transmission system use GSM network via sort message service (SMS).
The measurement results compared with measuring devices Odyssey Davis
Tipping Bucket. At four times the test, there is a difference of 0.03 to 1.7 mm
rainfall with 0.6 to 5.8% error.
Keywords : Tipping Bucket, Microcontroller, Short Message Service (SMS)
--udul SkriPsi
RAIYCAI\G BANGUN DATA LOGGER
CURAII HUJAN BERBASIS ARI}UINO
\ama Mahasiswa
Hendi Setiawan
\omor Pokok Mahasiswa 091s031043
:
Jurusan
Teknik Elektro
Fakultas
Teknik
MENYETUJUI
1.
Yulliarto Raharjo, S.T., M'T'
\IP
19660713 199903 1 002
Komisi Pembimbing
.
Sri
s, M.T.
19651021 199512 2 001
2. Ketua Jurusan Teknik Elektro
risanto, Ph.D.
19680809 199903 1 001
MENGESAHKAN
1.
Tim Penguji
Ketua
:
Yulliarto Raharjo, S.T., M.T.
Sekretaris
:
Dr. Ir. Sri Ratna
S,
M'T'
Penguji
Bukan Pembimbing : Agus Trisanto, Ph'D'
Teknik Universitas LamPung
Tanggal Lulus Ujian Skripsi : 10 Februari 2015
SURAT PERNYATAAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi ini dibuat oleh saya sendiri. Adapun
karya orang lain yang terdapat dalam skripsi ini telah dicantumkan sumbernya
pada daftar pustaka.
Apabila pernyataan saya tidak benar maka saya bersedia dikenai sanksi sesuai
dengan hukum yang berlaku.
10 Februari2015
RIWAYAT HIDUP
Penulis lahir di Kibang Budi Jaya, Kabupaten Tulang Bawang
Barat, pada tanggal 10 September 1990, sebagai anak kedua
dari tiga bersaudara, dari Bapak Muhyayin (Koyen) dan Ibu
Sulaminah.
Penulis memasuki dunia pendidikan Sekolah Dasar (SD) di SD N 01 Kibang Budi
Jaya, lulus pada Tahun 2002, Sekolah Lanjut Tingkat Pertama (SLTP) di SLTP N
02 Gunung Sari, lulus pada tahun 2005, dan Sekolah Menengah Kejuruan (SMK)
di SMK Al-Iman 2 dan lulus pada tahun 2008.
Tahun 2009, penulis terdaftar sebagai mahasiswa Jurusan Teknik Elektro,
Fakultas Teknik, Universitas Lampung melalui jalur SNMPTN (Seleksi Nasional
Masuk Perguruan Tinggi Negeri). Selama menjadi mahasiswa, penulis aktif
dilembaga kemahasiswaan yang ada di Jurusan Teknik Elektro yaitu sebagai
anggota Divisi Pendidikan Himatro (Himpunan Mahasiswa Teknik Elektro) pada
tahun 2009-2010.
Pada tahun berikutnya, penulis dipercaya untuk menjabat
sebagai Kepala Divisi Pendidikan Himatro periode 2010-2011. Penulis pernah
menjadi asisten mata kuliah Dasar Elektronika dan asisten dalam praktikum
Teknik Digital. Pada tahun 2012, Penulis melaksanakan Kerja Praktik (KP) di
PT. Krakatau Steel, Cilegon. Mengangkat judul “Instrumen Kelembaban Sebagai
Indikator Dini Masalah Blocking Pada Heat Exchanger Di Pabrik Gas Industri PT.
Krakatau Steel”.
Selain itu, penulis juga bergabung dalam tim URO (Unila Robotika dan Otomasi)
yang aktif dalam berbagai kegiatan dan kompetisi, seperti pada kontes Muatan
Roket Indonesia pada tahun 2011, Kontes Robot Cerdas Indonesia (KRCI) Divisi
Beroda pada tingkat Regional dan Nasional serta Kompetisi Kincir Angin
Indonesia (KKAI) pada tahun 2013.
Ku persembahkan karya kecil dan sederhana
ini untuk cahaya hidup yang selalu ada dan
senantiasa memanjatkan doa dalam setiap
sujudnya. Bapak, mamak, terima kasih untuk
semuanya. Mungkin tak dapat selau terucap,
namun hati ini selau bicara, aku sayang
kalian.
Tak lupa untuk mas Agung dan adikku Ayu,
serta saudara dan kerabat yang tidak dapat
ku sebutkan satu persatu, terima kasih atas
dukungan dan semangatnya.
Moto :
“I’m Still Learning”
(Michelangelo Buonarroti)
SANWACANA
Alhamdulillah, puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah Subhanahu Wa
Ta’ala atas segala karunia, hidayah, serta nikmat yang diberikan, sehingga penulis
dapat menyelesaikan skripsi tugas akhir yang berjudul “RANCANG BANGUN
DATA LOGGER CURAH HUJAN BERBASIS ARDUINO”.
Skripsi ini disusun sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana
Teknik pada jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Lampung.
Dalam penyelesaian tugas akhir ini tidak lepas oleh dukungan dan bantuan dari
banyak pihak. Pada kesempatan ini, penulis ingin mengucapkan terima kasih
kepada:
1.
Bapak Prof. Suharno, M.Sc., Phd. selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas
Lampung.
2.
Bapak Agus Trisanto, Ph.D. selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro Universitas
Lampung juga sebagai Penguji, terima kasih untuk kritik dan sarannya.
3.
Bapak Dr. Eng. Helmy Fitriawan, S.T.,M.Sc. selaku Pembimbing Akademik
(PA), terima kasih atas bimbingan dan perhatiannya.
4.
Bapak Yulliarto Raharjo, S.T., M.T. selaku dosen Pembimbing Utama yang
telah memberikan banyak ilmu, kritik dan saran, serta bimbingannya dalam
penyelesaian skripsi ini.
5.
Ibu Dr. Ir. Sri Ratna S., M.T. selaku dosen Pembimbing Pendamping yang
telah memberikan bimbingan, saran, motivasi, kritik, dan ilmu yang berguna
dalam proses penyelesaian skripsi ini.
6.
Seluruh dosen Teknik Elektro Universitas Lampung yang telah memberikan
masukan, dorongan dan ilmu yang sangat berarti bagi penulis.
7.
Sahabat – sahabatku di laboratorium Teknik Digital: Dimas adityawarman,
Linggom Gultom, Moh. Cahyonyo, Supriyadi, Hadi Prayogo, kak Dexi, kak
Deny, Aris untung, Perdana Agung Nugraha, M. Yusuf T., Harry, dan adikadik 2011-2013, terima kasih atas semua canda tawa, dukungan dan masa –
masa sulit yang pernah kita lewati bersama.
8.
Kepada mas Legino, terima kasih atas kerjasamanya.
9.
Teman-teman seperjuangan Kerja Praktik, Ari Alfian dan Muhammad
Wahidi, terima kasih atas kebersamaan dan kerjasamanya.
10. Rekan – rekan Teknik Elektro angkatan 2009 yang tidak dapat disebutkan
satu per satu, terima kasih atas kebersamaan yang kita miliki beberapa tahun
ini, terima kasih telah memberikan banyak warna dalam masa studi ini.
11. Penghuni Asrama 41, Izal, Mei, Hadi, Azis, Yudi, Agung, Wahyu, Fergi, dan
teman-teman teknik mesin yang lain, Bowo dan teman-teman, terima kasih
atas canda tawanya.
12. Semua pihak yang telah membantu serta mendukung penulis dari awal kuliah
hingga terselesaikannya skripsi ini.
Penulis menyadari bahwa skripsi ini jauh dari kesempurnaan. Penulis menerima
kritik dan saran yang membangun dari semua pihak. Semoga skripsi ini dapat
berguna dan bermanfaat bagi kita semua.
Bandar lampung, 10 Februari 2015
Hendi Setiawan
ii
DAFTAR ISI
Halaman
DAFTAR ISI
……………………………………………………………..
i
DAFTAR TABEL …………………………………………………………
iv
DAFTAR GAMBAR ……………………………………………………...
v
I.
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang …………………………………………………..
1
B. Tujuan Penelitian
………………………………………………..
2
C. Manfaat Penelitian
………………………………………………
3
D. Perumusan Masalah
……………………………………………..
3
E. Batasan Masalah …………………………………………………
3
F. Hipotesis …………………………………………………………
4
G. Sistematika Penulisan ……………………………………………
4
II. TINJAUAN PUSTAKA
A. Pengukuran Curah Hujan ………………………………………..
6
B. Odyssey Logger 8725 dengan Davis Tipping Bucket ……………
8
…………………………………….
9
C. Kerucut dan Tipping Bucket
D. Sensor
1. Sensor Tegangan …………………………………………….
10
2. Sensor Cahaya ……………………………………………….
11
E. RTC ( Real Time Clock) …………………………………………
12
iii
F. Serial Peripheral Interface (SPI) …………………………………
14
G. Slot SD (Secure Digital) Card …………………………………..
14
H. Memori SD (Secure Digital) Card ………………………………
15
I.
Arduino Uno
.........................................................................
16
J.
Perangkat Lunak dan Pemrograman Arduino ……………………
19
K. SIM900 GSM ……………………………………………………
23
L. Waterpass ………………………………………………………..
25
III. METODE PENELITIAN
…………………………………..
27
………………………………………………….
27
C. Tahap – Tahap dalam Pembuatan Tugas Akhir ………………….
28
D. Tahap dan Cara Pengujian Sistem ……………………………….
31
E. Spesifikasi Alat ………………………………………………….
31
F. Diagram Blok Sistem ……………………………………………
32
…………………………………..
33
1.
Rangkaian Sensor Cahaya …………………………………..
33
2.
Rangkaian Sensor Tegangan ..………………………………
34
3.
Rangkaian Real Time Clock (RTC) …………………………
34
4.
Rangkaian Penyimpan Data (SD Card) ……………………..
35
5.
Komunikasi SIM900 GSM Shield …………………………..
36
…………………………………………….
36
A. Tempat dan Waktu Penelitian
B. Alat dan Bahan
G. Perancangan Perangkat Keras
H. Diagram Alir Sistem
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
A. Hasil
…………………………………………………………….
42
iv
1.
Rangkaian Sistem Secara Keseluruhan ……………………..
42
2.
Bentuk Fisik Komponen ……………………………………
45
a.
Pengendali Utama ………………………………………
45
b.
Sensor Cahaya
…………………………………………
47
c.
Data Logger …………………………………………….
48
d.
Rain Collector ………………………………………….
51
e.
Tipping bucket ………………………………………….
51
f.
Sensor Tegangan ……………………………………….
54
g.
GSM Shield
……………………………………………
56
3.
Bentuk Fisik Alat ……………………………………………
58
4.
Pengujian Sistem ……………………………………………
59
a.
Data SMS Curah Hujan (CH) 11 November 2014 ………
62
b.
Data SMS Curah Hujan (CH) 13 November 2014 ………
62
c.
Data SMS Curah Hujan (CH) 27 November 2014 ………
62
d.
Data SMS Curah Hujan (CH) 30 November 2014 ………
63
……………………………………………………..
66
B. Pembahasan
V. SIMPULAN DAN SARAN
A. Simpulan …………………………………………………………
70
B. Saran ……………………………………………………………..
71
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
DAFTAR TABEL
Tabel
Halaman
2.1
Klasifikasi Curah Hujan …………………………………………….
7
2.2
Keterangan kaki memori SD card …………………………………..
16
2.3
Spesifikasi Arduino Uno ……………………………………………
17
4.1
Pengujian Mikrokontroler ATmega328P ……………………………
46
4.2
Pengujian Sensor Cahaya
………………………………………
48
4.3
Pengujian Data Logger ………………………………………………
50
4.4
Pengujian Tipping Bucket …………………………………………..
53
4.5
Pengkuran Tegangan ………………………………………………..
55
4.6
Hasil Pengukuran Curah Hujan Kedua Alat Ukur ………………….
60
4.7
Kategori Hujan Per Hari Berdasarkan Data Kedua Alat …………….
64
4.8
Kategori Hujan Per Jam pada 11 November 2014 ………………….
64
4.9
Kategori Hujan Per Jam pada 13 November 2014 ………………….
64
4.10 Kategori Hujan Per Jam pada 27 November 2014 ………………….
65
4.11 Kategori Hujan Per Jam pada 30 November 2014 ………………….
65
DAFTAR GAMBAR
Gambar
Halaman
2.1
Penakar Curah Hujan Manual ………………………………………
6
2.2
Penakar Curah Hujan Otomatis ……………………………………..
7
2.3
Davis Tipping Bucket ……………………………………………….
8
2.4
Odyssey Logger ……………………………………………………..
9
2.5
Kerucut ……………………………………………………………...
9
2.6
Tipping Bucket ………………………………………………………
9
2.7
Sensor Tegangan …………………………………………………….
10
2.8
Sensor Cahaya ……………………………………………………….
11
2.9
DS1307 ………………………………………………………………
12
2.10 Konfigurasi pin RTC DS1307 ………………………………………
13
2.11 Blok diagram antarmuka SPI single master single slave …………...
14
2.12 Slot SD Card ………………………………………………………..
15
2.13 SD Card ……………………………………………………………..
15
2.14 Arduino Uno ………………………………………………………..
16
2.15 Konfigurasi pin ATmega328P ………………………………………
18
2.16 Blok diagram ATmega328P ………………………………………...
19
2.17 Antar muka pemrograman Arduino …………………………………
20
2.18 Diagram fungsi modul SIM900 ……………………………………..
24
vii
2.19 Modul SIM900 GSM ……………………………………………….
24
2.20 Komunikasi serial …………………………………………………..
25
2.21 Waterpass ……….…………………………………………………..
25
3.1
Diagram Alir Proses Penelitian ……………………………………...
30
3.2
Diagram Blok Sistem ……………………………………………….
32
3.3
Rangkaian Sensor Cahaya …………………………………………..
33
3.4
Sensor Tegangan …………………………………………………….
34
3.5
Rangakaian Real Time Clock (RTC) ………………………………..
35
3.6
Rangkaian Penyimpan Data (SD Card) ……………………………..
35
3.7
Komunikasi SIM 900 GSM Shield ………………………………….
36
3.8
Diagram Alir Sistem Penyimpanan …………………………………
37
3.9
Diagram Alir Pengiriman Data Per 60 Menit ……………………….
39
3.10 Diagram Pengiriman Data Setiap Pukul 23:59 ………………………
40
4.1
Rangakaian Sistem Secara Keseluruhan …………………………….
43
4.2
Pengendali Utama …………………………………………………..
45
4.3
Sensor Cahaya ………………………………………………………
47
4.4
Data Logger …………………………………………………………
49
4.5
Rain Collector ………………………………………………………
51
4.6
Tipping Bucket ………………………………………………………
52
4.7
Sensor Tegangan …………………………………………………….
54
4.8
Grafik Sensor Tegangan …………………………………………….
56
4.9
GSM Shield …………………………………………………………
57
4.10 SMS Penerima ………………………………………………………
58
4.11 Bentuk Fisik Alat ……………………………………………………
59
viii
4.12 Grafik Pengukuran Curah Hujan Kedua Alat ……………………….
60
Pengukuran Kedua Alat ……………………………..
61
4.14 SMS Curah Hujan (CH) 11 November 2013 ……………………….
62
4.15 SMS Curah Hujan (CH) 13 November 2013 ……………………….
62
4.16 SMS Curah Hujan (CH) 27 November 2013 ……………………….
63
4.17 SMS Curah Hujan (CH) 30 November 2013 ……………………….
63
4.13 Grafik nilai
I.
A.
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Perubahan iklim secara global dapat mengakibatkan perubahan musim yang
signifikan baik secara lokal maupun regional. Hal ini dapat mengakibatkan
sulitnya dalam memprediksi cuaca dan kapan terjadinya perubahan musim.
Sebagai contoh adalah musim hujan di Indonesia yang kedatangannya selalu
berubah dari tahun ketahun dan porsi musim hujan yang lebih panjang
dibandingkan dengan musim kemarau. Kondisi ini dipengaruhi oleh wilayah
Indonesia yang sebagian besar berupa laut dan berada disekitar wilayah
katulistiwa. Kondisi tersebut mengakibatkan curah hujan di Indonesia yang
tinggi yaitu berkisar antara 2000 sampai 3000 mm tiap tahunnya [1]. Hujan
merupakan salah satu fenomena alam yang terdapat dalam siklus hidrologi
dan sangat dipengaruhi iklim. Keberadaan hujan sangat penting dalam
kehidupan, karena hujan dapat mencukupi kebutuhan air yang sangat
dibutuhkan oleh semua makhluk hidup. Kehidupan di muka bumi akan
terganggu jika tidak ada air. Namun, disisi lain datangnya hujan dengan
intensitas yang sangat tinggi dan tidak seimbang dengan kebutuhan akan
terbuang percuma, bahkan dapat menyebabkan bencana. Oleh karena itu,
diperlukan pembangunan bangunan yang berfungsi mengendalikan dan
mengurangi resiko bencana yang mungkin terjadi di musim hujan serta
2
dapat menyimpan dan mengontrol kebutuhan penyediaan air saat musim
kemarau. Dari uraian singkat di atas disimpulkan akan pentingnya data
curah hujan untuk mengatur pengelolaan air dalam memenuhi kebutuhan
hidup manusia. Mengingat curah hujan antara daerah satu dengan daerah
lainnya berbeda-beda dan dapat terjadi setiap saat, oleh karena itu
diperlukan alat yang dapat memantau curah hujan secara otomatis dan
mampu menyimpan data curah hujan di masing-masing daerah. Namun pada
kenyataannya alat ukur curah hujan yang terdapat di pasaran dijual secara
terpisah, dan masih bekerja secara manual serta tidak dapat menyimpan
secara otomatis. Hal ini tentu sangat tidak efisien saat digunakan dan
dioperasikan. Oleh karena itu diperlukan alat ukur curah hujan yang bekerja
secara otomatis dan dapat menyimpan data curah hujan yang turun ke dalam
sebuah memori, sehingga data curah hujan yang dihasilkan dapat
dimanfaatkan secara optimal. Penelitian ini berkaitan dengan penelitian oleh
Sumardi dari universitas Diponegoro dengan judul “Penakar Curah Hujan
Automatis Menggunakan Mikrokontroller ATmega32” tahun 2009.
B.
Tujuan Penelitian
Adapun tujuan dari penelitian ini adalah :
1.
Merancang dan membuat alat ukur curah hujan.
2.
Menghitung besarnya curah hujan.
3.
Membuat sistem penyimpanan pada alat pengukur curah hujan.
4.
Membuat sistem pengiriman data curah hujan melalui SMS (Sort
Message Service).
3
C.
Manfaat Penelitian
Manfaat dari penelitian ini diharapkan dapat memberikan kemudahan dalam
pengukuran curah hujan serta kemudahan dalam proses pengambilan data.
D.
Perumusan Masalah
Adapun yang menjadi perumusan masalah dalam penelitian ini adalah :
1.
Bagaimana cara mengukur curah hujan.
2.
Jenis pengukur apa yang digunakan untuk mengukur curah hujan.
3.
Bagaimana cara menyimpan data curah hujan ke dalam media
penyimpan.
4.
Bagaimana cara mengirimkan data melalui SMS (Sort Message
Service).
E.
Batasan Masalah
Dalam penelitian ini dilakukan pembatasan terhadap masalah yang akan
dibahas yaitu:
1.
Parameter yang diukur adalah curah hujan (air).
2.
Mikrokontroler yang digunakan adalah ATmega328P untuk pengolah
data curah hujan.
3.
Sensor curah hujan menggunakan sensor curah hujan tipe tipping
bucket.
4.
Sistem peyimpanan menggunakan media kartu memori.
5.
Menggunakan SIM900 Shield untuk pengiriman data melalui SMS
(Sort Message Service).
4
6.
Hanya membahas pemrograman yang ditanamkan pada mikrokontroler
yang digunakan.
F.
Hipotesis
Hipotesis atau perkiraan tentang hasil akhir penelitian tugas akhir ini adalah
alat pengukur curah hujan yang mampu mengukur besarnya tingkat curah
hujan
dan
menyimpannya
ke
dalam
media
penyimpan
serta
mengirimkannya melalui SMS (Sort Message Service).
G.
Sistematika Penulisan
Dalam rangka penulisan skripsi ini, disusun suatu sistematika penulisan
dengan membaginya menjadi beberapa bab. Susunan sistematika tersebut
antara lain adalah:
BAB I. PENDAHULUAN : menjelaskan tentang latar belakang
permasalahan, tujuan dilakukannya penelitian, manfaat yang dapat di
berikan dari penelitian, perumusan masalah, batasan masalah, hipotesis, dan
sistematika penulisan.
BAB II. TINJAUAN PUSTAKA : bagian ini berisi teori – teori yang
berkaitan dengan semua yang berhubungan dengan tugas akhir ini.
BAB III. METODE PENELITIAN : bagian ini akan menjelaskan metode
yang digunakan dalam proses perancangan dan pembuatan diantaranya
waktu dan tempat penelitian, alat dan bahan, pembuatan alat, dan pengujian
sistem.
5
BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN : bagian ini berisi tentang hasil
pengujian dan pembahasan tentang data – data yang diperoleh dari
pengujian.
BAB V. SIMPULAN DAN SARAN : bab ini akan menyimpulkan semua
kegiatan dan hasil – hasil yang diperoleh selama proses perancangan dan
pembuatan alat. Diberikan juga saran–saran yang perlu dipertimbangkan
dalam upaya pengembangan lebih lanjut.
II. TINJAUAN PUSTAKA
A.
Pengukuran Curah Hujan
Hujan adalah peristiwa turunnya titik-titik air atau kristal-kristal es dari
awan sampai ke permukaan tanah. Alat untuk mengukur jumlah curah
hujan yang turun kepermukaan tanah per satuan luas, disebut Penakar
Curah Hujan. Curah hujan 1 (satu) mm, artinya dalam luasan satu meter
persegi pada tempat yang datar tertampung air setinggi 1 (satu) mm atau
tertampung air sebanyak 1 (satu) liter atau 1000 ml. Secara umum penakar
hujan dibedakan
menjadi dua, yaitu penakar curah hujan manual dan
penakar curah hujan otomatis [1].
Gambar 2.1 Penakar Curah Hujan Manual [1]
7
Penakar hujan tipe tipping bucket, nilai curah hujannya tiap bucket
berjungkit tidak sama, serta luas permukaan corongnya beragam tegantung
dari merek pembuatnya.
Gambar 2.2 Penakar Curah Hujan Otomatis [1]
Misalnya ada yang 0.1 mm, 0.2 mm, 0.5 mm dan lain-lain. Penakar curah
hujan tipe tipping bucket ini memanfaatkan sensor reed switch untuk
memberikan masukan pada mikrokontroler yaitu berupa perubahan tahanan
ketika bejana bergoyang.
Curah hujan dapat dikelompokkan berdasarkan besar curah hujannya dalam
satuan waktu seperti per jam, per hari, per minggu, atau per bulan seperti
pada tabel berikut.
Tabel 2.1 Klasifikasi Curah Hujan [9]
No.
Kategori Intensitas Hujan
mm/jam
mm/24 jam
1
Sangat Ringan
100
8
Untuk dBZ merupakan nilai yang diperoleh dari citra radar cuaca.
Pengukuran intensitas curah hujan (presipitasi) oleh radar cuaca berdasarkan
seberapa besar pancaran energi radar yang dipantulkan kembali oleh
butiran-butiran air di dalam awan dan digambarkan dengan produk
Reflectivity yang memiliki besaran satuan dBZ(decibel).[9]
B.
Odyssey Logger 8725 dengan Davis Tipping Bucket
Odyssey Logger 8725 dengan Davis Tipping Bucket merupakan alat ukur
curah hujan yang termasuk dalam kategori alat ukur curah hujan otomastis.
Alat ini bekerja berdasarkan pergerakkan tipping bucket yang bergerak dari
posisi setimbangnya karena terisi air hujan. Melalui pergerakkan ini, sistem
akan memperoleh sinyal yang memberitahukan bahwa telah terjadi hujan.
Davis Tipping Bucket mampu mengukur curah hujan dengan resolusi 0,2
mm [10]. Berikut merupakan gambar dari Davis Tipping Bucket.
Gambar 2.3 Davis Tipping Bucket [10]
Data curah hujan yang telah diukur kemudian disimpan ke dalam memori
penyimpan yang berisi keterangan waktu, besar curah hujan per bucket dan
besar curah hujan total. Odyssey logger 8725 adalah seperti pada gambar di
bawah ini.
9
Gambar 2.4 Odyssey Logger 8725
Odyssey logger 8725 mempunyai kemampuan untuk menyimpan dengan
kapasitas sebesar 10900 tip bucket atau setara 2,1 m [10]. Logger ini akan
otomatis mati jika besar data yang ditampung sudah dalam kondisi penuh.
C.
Kerucut dan Tipping Bucket
Kerucut merupakan bagian yang berfungsi menerima air hujan. Kerucut ini
mempunyai jari-jari untuk lingkaran besar rb dan jari-jari lingkaran kecil rk
dengan tinggi h.
Gambar 2.5 Kerucut
Air yang ditampung oleh kerucut dialirkan ke bagian Tipping Bucket yang
berbentuk tabung kecil terpancung.
Gambar 2.6 Tipping Bucket
10
Untuk menghitung besarnya curah hujan, dapat dicari menggunakan
persamaan berikut [2].
Curah hujan =
………………………………….. (1)
Curah hujan 1 =
………………………………..… (2)
Dimana volume menyatakan banyak air yang ditampung oleh Tipping
Bucket dan luas permukaan merupakan besarnya area kerucut untuk
menangkap air hujan. Satuan yang biasa digunakan adalah milimeter per
jam (mm/jam), yaitu tinggi air disuatu tempat tiap jam, dengan asumsi tidak
ada air yang meresap maupun menguap.
D.
Sensor
Sensor merupakan bagian yang penting dari suatu peralatan. Sensor
mempunyai fungsi khusus untuk mendeteksi perubahan-perubahan dari luar
menjadi
besaran-besaran
listrik.
Umumnya,
sebuah
sensor
hanya
mempunyai satu fungsi pula, seperti sensor cahaya hanya mendeteksi besar
cahaya, sensor suhu hanya mendeteksi besar suhu. Terdapat bermacammacam sensor salah satunya adalah sebagai berikut.
1. Sensor Tegangan
Gambar 2.7 Sensor Tegangan
11
Dari rangkaian di atas, arus (i) mengalir melewati R1 dan R2, sehingga
nilai tegangan VI adalah penjumlahan dari tegangan VS dan VO.
VI = VS + VO = i.R1 + i.R2
Maka besarnya tegangan keluaran VO dapat dirumuskan sebagai
berikut.
…………………………………………………..… (3)
2. Sensor Cahaya
Sensor cahaya ini terdiri dari dioda LED dan photo dioda. LED adalah
komponen yang dapat mengeluarkan emisi cahaya dengan warna
tertentu seperti merah, kuning, hijau, biru, atau gabungan dari beberapa
warna tersebut. Photo dioda adalah sensor cahaya yang termasuk
kategori sensor cahaya photo conductive yaitu sensor cahaya yang akan
mengubah perubahan intensitas cahaya yang diterima menjadi
perubahan konduktansi pada terminal sensor tersebut. Photo dioda
merupakan sensor cahaya yang bekerja pada daerah breakdown seperti
halnya diode zener pada saat menerima intensitas cahaya.
Gambar 2.8 Sensor Cahaya
12
Rangkaian di atas bekerja berdasarkan keberdaan cahaya yang berasal
dari dioda LED D1. Cahaya yang dihasilkan ini akan mempengaruhi
sambungan pn pada photo dioda, sehingga menghasilkan elektron
valensi. Semakin besar cahaya yang mengenai sambungan, semakin
besar pula arus balik dioda. Dengan demikian, semakin besar cahaya
yang mengenai photo dioda, semakin besar pula tengangan keluaran
yang dihasilkan.
E.
RTC ( Real Time Clock)
RTC (Real Time Clock) adalah jenis pewaktu yang bekerja berdasarkan
waktu yang sebenarnya atau dengan kata lain berdasarkan waktu yang ada
pada jam kita. RTC merupakan suatu chip (IC) yang memiliki fungsi
sebagai penyimpan waktu dan tanggal. RTC merupakan jam komputer yang
umumnya berupa sirkuit terpadu yang berfungsi sebagai pemelihara waktu.
Gambar 2.9 DS1307
RTC memiliki catu daya terpisah dari catu daya komputer, sehingga tetap
dapat berfungsi ketika catu daya komputer atau PLN terputus. RTC (Real
Time Clock) DS1307 memiliki fitur sebagai berikut:
a.
RTC yang dapat meyimpan data-data detik, menit, jam, tanggal, bulan,
hari dalam seminggu, dan tahun valid hingga 2100.
13
b.
56 byte, battery-backed, RAM nonvolatile (NV) RAM untuk
penyimpanan.
c.
DS1307 merupakan RTC dengan jalur data paralel yang memiliki
antarmuka serial Two-wire (I2C).
d.
Sinyal
luaran
gelombang
kotak
terprogram
(programmable
squarewave), deteksi otomatis kegagalan daya (power-fail) dan
rangkaian switch.
e.
Konsumsi daya kurang dari 500 nA menggunakan mode baterai
cadangan dengan operasional osilator.
f.
Tersedia fitur industri dengan ketahanan suhu: -40°C hingga +85°C.
g.
Tersedia dalam kemasan 8-pin DIP atau SOIC.
Gambar 2.10 Konfigurasi pin RTC DS1307 [5]
Adapun daftar pin dari DS1307 adalah sebagai berikut :
1.
VCC – Primary Power supply
2.
X1, X2 – 32.768kHz Crystal Connection
3.
VBAT -- +3V battery input
4.
GND – Ground
5.
SDA – Serial data
6.
SCL – Serial Clock
7.
SQW/OUT – Square Wave/Output Driver
14
F.
Serial Peripheral Interface (SPI)
Serial Peripheral Interface Bus atau SPI bus adalah standar komunikasi
sinkron data serial yang dikenalkan oleh Motorola yang bekerja pada mode
full duplex. SPI merupakan high-speed synchronous serial input/output
(I/O) port yang memungkinkan untuk pengaturan lebar data yang akan
digeser masuk atau keluar dari device dan juga memungkinkan pengaturan
pada kecepatan transfer data. Device yang dikomunikasikan menggunakan
SPI dibedakan dalam master dan slave mode. [7]
Gambar 2.11 Blok diagram antarmuka SPI single master single slave [7]
Keterangan:
1.
SCK / CLK — Serial Clock (output dari master)
2.
SDI / DI / SI — Serial Data In
3.
SDO / DO / SO — Serial Data Out
4.
nCS / CS / nSS / STE — Chip Select, Slave Transmit Enable (active
low;output dari master)
G.
Slot SD (Secure Digital) Card
Slot SD card merupakan slot yang digunakan untuk menghubungkan
memori SD card dengan mikrokontroler ATmega 328p pada Arduino
board. Slot SD card ini cocok untuk kartu memori standar SD card.
15
Gambar 2.12 Slot SD Card
Slot SD Card ini sudah mempunyai pengatur tegangan di dalamnya yang
mengubah tegangan 5 volt dari board pengendali utama Arduino Uno
menjadi tegangan keluaran yang disesuaikan dengan kebutuhan sumber
tegangan memori yaitu sebesar 3,3 volt dengan bentuk yang sederhana.
H.
Memori SD (Secure Digital) Card
Memori SD card merupakan jenis media penyimpan data berbentuk kartu
memori. Memori ini mempunyai ukuran yang kecil dan tipis dengan tebal
sekitar 1 mm. Besar kapasitas data yang mampu ditampung mempunyai
ukuran yang bervariasi yaitu 32 MB, 64 MB, 512 MB, 1 GB, 2 GB, dan
seterusnya. Memori ini bekerja dengan besar tegangan berkisar antara 2.7V
~ 3.6V. Berikut merupakan bentuk dari Memori SD card dengan keterangan
nomor pin di kakinya.
Gambar 2.13 SD Card [6]
16
Gambar di atas merupakan urutan pin yang terdapat pada memori SD card
dengan keterangan tugas sebagai berikut.
Table 2.2 Keterangan kaki memori SD card [6]
I.
Kaki
Nama
1
2
3
4
5
6
7
8
9
DAT3/CS
CMD/DI
VSS1
VDD
CLK
VSS2
DAT0/D0
DAT1 /IRQ
DAT2/NC
Fungsi SD Mode
Data Line 3
Command Line
Ground
Supply Voltage
Clock
Ground
Data Line 0
Data Line 1
Data Line 2
Fungsi SPI Mode
Chip Select/Slave Select (SS)
Master Out Slave In (MOSI)
Ground
Supply Voltage
Clock (SCK)
Ground
Master In Slave Out (MISO)
Unused or IRQ
Unused
Arduino Uno
Arduino uno merupakan perangkat elektronik dengan sistem open source.
Arduino memiliki 14 pin input/output yang mana 6 pin dapat digunakan
sebagai output PWM, 6 analog input, crystal osilator 16 MHz, koneksi
USB, jack power, dan tombol reset.
Gambar 2.14 Arduino Uno
Arduino memiliki kelebihan tersendiri dibanding board mikrokontroler
yang lain selain bersifat open source, arduino juga mempunyai bahasa
17
pemrogramanya sendiri yang berupa bahasa C. Selain itu dalam board
arduino sendiri sudah terdapat loader yang berupa USB sehingga
memudahkan kita ketika memprogram mikrokontroler di dalam arduino.
Papan Arduino adalah papan mikrokontroler berdasarkan ATmega328P.
Berikut adalah spesifikasi dari Arduino Uno :
Tabel 2.3 Spesifikasi Arduino Uno [4]
Mikrokontroler
Tegangan operasi
Tegangan input (disarankan)
Tegangan input (batas)
Digital I/O
Input analog
Arus DC per I/O
Arus DC untuk 3.3V
ATmega328P
5V
7-12V
6-20V
14 pin (dimana 6 output PWM)
6 pin
Pin 40 mA
Pin 50 mA
Memori flash 32KB (ATmega328)
0.5 KB digunakan untuk bootloader
SRAM
EEPROM
Kecepatan clock
2 KB (ATmega328)
1 KB (ATmega328)
16 MHz
ATmega328 adalah mikrokontroler keluaran dari atmel yang mempunyai
arsitektur RISC (Reduce Intruction Set Computer) dimana setiap proses
eksekusi data lebih cepat daripada arsitektur CISC (Completed Instruction
Set Computer). Mikrokontroler ATmega328 memiliki arsitektur Harvard,
yaitu memisahkan memori untuk kode program dan memori untuk data
sehingga dapat memaksimalkan kerja dan parallelism.
18
Gambar 2.15 Konfigurasi pin ATmega328P [3]
Mikrokontroler ini memiliki beberapa fitur antara lain sebagai berikut :
a.
130 macam instruksi yang hampir semuanya dieksekusi dalam satu
siklus clock.
b.
32 x 8-bit register serba guna.
c.
Kecepatan mencapai 16 Mbps dengan clock 16MHz.
d.
32 KB flash memory dan pada arduino memiliki bootloader yang
menggunkan 2 KB dari flash memory sebagai bootloader.
e.
Memiliki EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only
Memory) sebesar 1 KB sebagai tempat penyimpanan data semi
permanen karena EEPROM tetap dapat menyimpan data meskipun catu
daya dimatikan.
f.
Memiliki SRAM (Static Random Acces Memory) sebesar 2KB.
g.
Memiliki pin I/O digital sebanyak 14 pin 6 diantaranya PWM (Pulse
Width Modulation) output.
h.
Master / Slave SPI serial interface.
i.
Tegangan operasi sekitar 1,8 V sampai dengan 5,5V.
19
Gambar 2.16 Blok diagram ATmega328P [3]
J.
Perangkat Lunak dan Pemrograman Arduino
Lingkungan open-source Arduino memudahkan untuk menulis kode dan
upload ke board Arduino. Ini berjalan pada Windows, Mac OS X, dan
Linux. Berdasarkan pengolahan, avr-gcc, dan perangkat lunak sumber
terbuka lainnya.
20
Gambar 2.17 Antar muka pemrograman Arduino
Arduino menggunakan pemrograman dengan bahasa C. Berikut ini adalah
beberapa penjelasan mengenai karakter bahasa C dan software Arduino. [4]
a.
Struktur
Setiap program Arduino (biasa disebut sketch) mempunyai dua buah
fungsi yang harus ada.
1.
void setup( ) { }
Semua kode didalam kurung kurawal akan dijalankan hanya satu
kali ketika program Arduino dijalankan untuk pertama kalinya.
2.
void loop( ) { }
Fungsi ini akan dijalankan setelah setup (fungsi
void setup)
selesai. Setelah dijalankan satu kali fungsi ini akan dijalankan lagi,
dan lagi secara terus menerus sampai catu daya (power) dilepaskan.
21
b.
Syntax
Berikut ini adalah elemen bahasa C yang dibutuhkan untuk format
penulisan.
1.
//(komentar satu baris)
Kadang diperlukan untuk memberi catatan pada diri sendiri apa arti
dari kode-kode yang dituliskan. Cukup menuliskan dua buah garis
miring dan apapun yang kita ketikkan dibelakangnya akan
diabaikan oleh program.
2.
/* */(komentar banyak baris)
Jika anda punya banyak catatan, maka hal itu dapat dituliskan pada
beberapa baris sebagai komentar. Semua hal yang terletak di antara
dua simbol tersebut akan diabaikan oleh program.
3.
{ }(kurung kurawal)
Digunakan untuk mendefinisikan kapan blok program mulai dan
berakhir (digunakan juga pada fungsi dan pengulangan).
4.
;(titk koma)
Setiap baris kode harus diakhiri dengan tanda titik koma (jika ada
titik koma yang hilang maka program tidak akan bisa dijalankan).
c.
Variabel
Sebuah program secara garis besar dapat didefinisikan sebagai instruksi
untuk memindahkan angka dengan cara yang cerdas. Variabel inilah
yang digunakan untuk memindahkannya.
22
1.
int (integer)
Digunakan untuk menyimpan angka dalam 2 byte (16 bit). Tidak
mempunyai angka desimal dan menyimpan nilai dari -32,768 dan
32,767.
2.
long
Digunakan ketika integer tidak mencukupi lagi. Memakai 4 byte
(32 bit) dari memori (RAM) dan mempunyai rentang dari
-
2,147,483,648 dan 2,147,483,647.
3.
boolean
Variabel sederhana yang digunakan untuk menyimpan nilai TRUE
(benar) atau FALSE (salah). Sangat berguna karena hanya
menggunakan 1 bit dari RAM.
4.
float
Digunakan untuk angka desimal (floating point). Memakai 4 byte
(32 bit) dari RAM dan mempunyai rentang dari -3.4028235E+38
dan 3.4028235E+38.
5.
char (character)
Menyimpan 1 karakter menggunakan kode ASCII (misalnya ‘A’ =
65). Hanya memakai 1 byte (8 bit) dari RAM.
d.
Struktur Pengaturan
Program sangat tergantung pada pengaturan apa yang akan dijalankan
berikutnya, seperti halnya perintah di bawah ini.
1.
if…..else, dengan format seperti berikut ini:
if (kondisi) { }
23
else if (kondisi) { }
else { }
Dengan struktur seperti di atas, program akan berjalan sesuai
dengan urutan yang pertama adalah memeriksa kondisi di dalam
if(kondisi){} dan jika benar maka program akan menjalankan
perintah yang ada di dalam kurung kurawal, sedangkan jika tidak
maka program akan berjalan dibaris berikutnya yaitu pada else
if(kondisi){} dan jika syarat terpenuhi maka perintah di dalam
kurung kurawal akan dijalankan. Jika syarat pada if(kondisi) {} dan
else if(kondisi){} tidak terpenuhi maka program akan langsung
menjalankan perintah di dalam kurung kurawal else {}.
2.
for, dengan format seperti berikut ini:
for (int i = 0; i < #pengulangan; i++) { }
Digunakan bila anda ingin melakukan pengulangan kode di dalam
kurung kurawal beberapa kali, ganti #pengulangan dengan jumlah
pengulangan yang diinginkan. Melakukan penghitungan ke atas
dengan i++ atau ke bawah dengan i–.
K.
SIM900 GSM
Modul SIM900 GSM merupakan modul quad band GSM/GPRS yang
bekerja pada frekuensi GSM 850 MHz, EGSM 900 MHz, DCS 1800 MHz,
dan PCS 1900 MHz. Berikut merupakan diagram fungsi dari modul SIM
900. [8]
24
Gambar 2.18 Diagram fungsi modul SIM900 [8]
Modul SIM900 dapat digunakan untuk melakukan fungsi seperti halnya
sebuah perangkat komunikasi yang mampu melakukan panggilan maupun
SMS (Sort Message Service) layaknya telepon pada umumnya, dengan
bentuk sebagai berikut.
Gambar 2.19 Modul SIM900 GSM
Modul ini dihubungkan dengan perangkat pengendali utama Arduino Uno
melalui komunikasi serial, sehingga untuk menerima data maupun
mengirimkan perintah adalah melalui komunikasi ini.
25
Gambar 2.20 Komunikasi serial [8]
Dalam penggunaannya, SIM900 GSM mempunyai beberapa bentuk perintah
untuk dapat melakukan komunikasi dengan perintah AT Command, seperti
AT+CMGF=1 untuk mengirim SMS dalam mode text dan AT+CMGS
untuk nomor yang dituju.
L.
Waterpass
Leveling atau waterpass adalah alat yang digunakan untuk mengukur atau
menentukan sebuah benda atau garis dalam posisi rata baik pengukuran
secara vertikal maupun horizontal.
Gambar 2.21 Waperpass
Salah satu jenis waterpass yang banyak digunakan ini terbuat dari kaca
dimana di dalamnya terdapat gelembung cairan yang dapat bergerak sesuai
bidang datar yang ditempati. Pemakaian waterpass dilakukan dengan
sederhana, yaitu menempatkannya ke bidang permukaan yang akan
26
diperiksa. Untuk memeriksa kedataran maka dapat diperhatikan gelembung
cairan pada alat pengukur harus berada dibagian tengah waterpass.
III. METODE PENELITIAN
A.
Tempat dan Waktu Penelitian
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Teknik Elektro Fakultas Teknik
Universitas Lampung yang dilaksanakan mulai dari bulan Januari sampai
Desember 2014.
B.
Alat dan Bahan
Alat dan bahan yang digunakan dalam penelitian ini yaitu antara lain :
1.
Laptop Acer 4738G
2.
Board Arduino Uno (ATmega 328p) dan Slot SD Card
3.
Project board
4.
Pipa PVC (Polyvinyl Chloride)
5.
SIM900 GSM Shield
6.
Odysseey 8725 Rain Gauge Tipping Bucket
7.
Baterai
8.
Gelas ukur
9.
Papan PCB (Printed circuit board)
10. Akrilik
11. Corong
12. Water pass
13. Komponen Elektronika
28
14. Real Time Clock (IC DS1307)
15. Multitester
16. Solder dan peralatan yang berguna dalam pembuatan jalur PCB
17. Software pendukung, antara lain: Arduino 1.0.1, Diptrace 2.3.0.0 dan
Microsoft Office 2007.
C.
Tahap – Tahap dalam Pembuatan Tugas Akhir
Tahap-tahap dalam pembuatan tugas akhir ini adalah sesuai dengan urutan
berikut.
1.
Perancangan blok diagram sistem
Perancangan blok diagram ini dilakukan dengan tujuan untuk
mempermudah dalam realisasi sistem yang akan dibuat.
2.
Implementasi rangkaian, dengan tahap–tahap sebagai berikut :
a.
Memilih rangkaian dari tiap masing–masing blok diagram.
b.
Menentukan komponen yang digunakan dalam rangkaian.
c.
Merangkai dan menguji rangkaian dari masing–masing blok
diagram.
d.
Menggabungkan rangkaian dari setiap blok dalam project board
untuk dilakukan uji coba.
e.
Membuat program dengan bahasa pemrograman dan memasukkan
program yang telah dibuat ke dalam mikrokontroler ATmega328p.
f.
Melakukan uji coba penggabungan software dan hardware.
g.
Merangkai komponen ke dalam PCB.
29
3.
Pengujian alat
Tahap ini dilakukan untuk mengetahui tingkat keberhasilan alat yang
dibuat. Dalam hal ini berupa pemantauan curah hujan dan menyimpan
data yang diperoleh ke dalam media penyimpan SD Card serta
memberikan info rutin harian melalui SMS (Sort Message Service).
4.
Analisis dan simpulan
Setelah proses pembuatan alat selesai, langkah selanjutnya adalah
mengumpulkan dan menganalisis data-data yang diperoleh dari
pengujian keseluruhan alat yang telah dibuat. Proses analisis data dari
pengujian alat ini dilakukan agar dapat diketahui mengenai kelebihan
dan kekurangan yang terdapat pada alat ini untuk kemudian dapat
diambil kesimpulan.
5.
Pembuatan laporan
Pada tahap ini dilakukan penulisan terhadap data-data yang didapatkan
dari hasil pengujian, analisis, dan kesimpulan.
Berikut adalah diagram alir proses penelitian tugas akhir ini.
30
Mulai
Merancang blok
diagram
Menentukan
rangkaian dan
komponen
Uji coba
rangkaian
Berhasil?
Tidak
Ya
Pembuatan
Program
Menggabungkan
software dan
hardware
Uji coba
rangkaian
Tidak
Berhasil?
Ya
Realisasi ke
papan PCB
Uji coba
rangkaian
keseluruhan
Berhasil?
Tidak
Ya
Selesai
Gambar 3.1 Diagram Alir Proses Penelitian
31
D.
Tahap dan Cara Pengujian Sistem
Adapun tahap dalam pengujian sistem yang dilakukan adalah sebagai
berikut.
1.
Menguji pergerakan tipping bucket.
2.
Menguji kondisi waktu saat ini dengan membaca data dari rangkaian
Real Time Clock (RTC).
3.
Menguji sensor cahaya.
4.
Menguji sensor tegangan.
5.
Menguji sistem penyimpanan menggunakan media penyimpan SD
Card.
6.
Membaca data yang telah disimpan di dalam SD Card menggunakan
komputer.
7.
Mengukur besarnya volume yang dihasilkan oleh tipping bucket pada
saat terjadi hujan.
8.
Menguji pengopersian SIM900 GSM dalam pengiriman data melalui
SMS.
9.
E.
Menguji alat secara keseluruhan untuk mengukur besarnya curah hujan.
Spesifikasi Alat
Spesifikasi alat yang dibuat adalah sebagai berikut :
1.
Pengukuran curah hujan dengan menggunakan model tipping bucket.
2.
Menggunakan sensor cahaya untuk mendeteksi pergerakan tipping
bucket yang mewakili nilai tertentu.
3.
Menggunakan sumber baterai sebagai catu daya.
4.
Terdapat sensor tegangan untuk mengetahui kondisi baterai.
32
5.
Menggunakan data logger untuk menyimpan data curah hujan.
6.
Menggunakan ATmega328P sebagai pengendali utama.
7.
Mampu mengirim data harian melalui SMS menggunakan SIM900
GSM Shield.
F.
8.
Pemrograman menggunakan Arduino 1.0.1.
9.
File dibuka dalam bentuk exel.
Diagram Blok Sistem
Sensor
Tegangan
Tipping
Bucket
Sensor
cahaya
RTC
Arduino Board
(ATmega 328p)
GSM Shield
SD Card
Gambar 3.2 Diagram Blok Sistem
Perancangan alat ukur ini, sesuai dengan diagram blok di atas, air hujan
yang turun akan ditampung dan dialirkan menuju tipping bucket. Pada
volume tertentu, tipping bucket akan berubah dari posisi kesetimbangannya
dan berjungkit. Pada saat yang sama menggerakkan penghalang pada sensor
cahaya, sehingga merubah keadaan sinyal keluaran. Sinyal yang dihasilkan
dari perubahan kondisi ini akan dibaca oleh board Arduino sebagai penanda
bahwa tipping bucket telah berubah dan mempunyai nilai tertentu untuk
disimpan pada kartu memori yang nanti digunakan untuk mengetahui
besarnya curah hujan yang diukur. Selain disimpan, hasil yang diukur juga
dikirim melalui SMS.
33
G.
Perancangan Perangkat Keras
Rangkaian yang digunakan dalam perancangan hardware ini adalah sebagai
berikut.
1.
Rangkaian Sensor Cahaya
Sensor cahaya ini menggunakan sebuah dioda LED D1 sebagai
pemancar cahaya ke arah photo dioda PD1 seperti gambar di bawah ini.
Gambar 3.3 Rangkaian Sensor Cahaya
Rangkaian di atas mempunyai tiga buah pin beserta label yang
menyertainya. Pin 3 (INT1) merupakan pin keluaran Arduino yang
berfungsi untuk menghidupkan dioda LED D1 yang difungsikan
sebagai pemancar terhadap photo dioda PD1. Selain itu, pin ini juga
difungsikan sebagai penanda apabila SD Card tidak tersedia atau error
(rusak) dengan memberikan tegangan high dan low, sehingga LED D1
akan berkedip.
Label +5V adalah tegangan catu yang dibutuhkan
rangkaian, sedangkan label out
merupakan
sinyal keluaran yang
mempunyai dua kondisi, yaitu high dan low akibat perubahan tipping
bucket.
34
2.
Rangkaian Sensor Tegangan
Sensor tegangan digunakan untuk mengukur besar tegangan baterai.
Rangkaian ini dibentuk dari dua buah resistor, yaitu R1 dan R2 yang
membentuk rangkaian pembagi tegangan.
Gambar 3.4 Sensor Tegangan
Berdasarkan persamaan (3) pada sensor tegangan di bab II, maka
besarnya sinyal keluaran Vout pada sensor tegangan untuk tegangan
sumber 12 V adalah sebagai berikut.
(
)
Nilai keluaran dari sensor tegangan di atas kemudian akan dikonversi
menjadi bilangan digital menggunakan ADC (Analog to Digital
Converter) di dalam pengendali utama.
3.
Rangkaian Real Time Clock (RTC)
Real Time Clock (RTC) berfungsi sebagai penyimpan waktu dan
tanggal. RTC merupakan jam komputer berupa sirkuit terpadu yang
berfungsi sebagai pemelihara waktu. RTC ini memiliki catu daya
terpisah dari catu daya PLN, sehingga RTC akan tetap berjalan
35
meskipun PLN dalam keadaan mati. Berikut adalah gambar rangkaian
dari RTC.
Gambar 3.5 Rangkaian Real Time Clock (RTC)
4.
Rangkaian Penyimpan Data (SD Card)
Gambar 3.6 Rangkaian Penyimpan Data (SD Card)
Gambar di atas merupakan rangkaian dari penyimpan data curah hujan.
Rangkaian penyimpan ini menggunakan media penyimpan berupa kartu
memori SD Card. Memori ini bekerja dengan tegangan sebesar 3,3V
36
dan
proses
penyimpanan
terhadap
ATmega328p
(Arduino)
menggunakan komunikasi SPI. Data yang diperoleh ini disimpan dalam
bentuk file exel.
5.
Komunikasi SIM900 GSM Shield
Komunikasi yang dimaksud adalah komunikasi antara SIM900 GSM
Shield
terhadap
ATmega328p
(Arduino)
yang
menggunakan
komunikasi serial. Melalui komunikasi ini, data curah hujan dapat
dikirim secara rutin berdasarkan waktu tertentu yang telah ditentukan
melalui layanan SMS (Sort Message Service).
Gambar 3.7 Komunikasi SIM900 GSM Shield
Data yang dikirim meliputi data curah hujan per 60 menit ketika mulai
terjadi hujan, data curah hujan harian, dan data curah hujan total selama
alat dihidupkan. Selain itu, juga terdapat informasi mengenai waktu,
tanggal, dan besar tegangan baterai.
H.
Diagram Alir Sistem
Diagram alir di bawah merupakan urutan kerja sistem yang akan
ditanamkan pada alat ukur curah hujan. Dalam penggunaannya, sistem yang
akan ditanamkan mempunyai tiga fungsi pokok, yaitu melakukan
pengukuran besar curah hujan dan menyimpannya ke dalam media
37
penyimpan, mengirimkan data curah hujan pada rentang waktu 60 menit
sejak pengukuran pertama ketika terjadi hujan melalui layanan SMS, dan
melakukan pengiriman data harian setiap 24 jam sekali yang juga melalui
layanan SMS.
START
Inisialisasi
Waktu, CH,
CH(t) tanggal,
pin input
Waktu, tanggal,
CH(t)
Sinyal input
berubah
Tidak
Ya
Update waktu dan
tanggal
CH(t) = CH(t)+CH
Simpan ke
memori
Selesai
Gambar 3.8 Diagram Alir Sistem Penyimpanan
38
Diagram pada gambar 3.8 merupakan diagram alir pada sistem
penyimpanan. Pada diagram alir ini, sistem hanya akan melakukan kerja
untuk menyimpan data ketika terjadi hujan. Ketika sistem dihidupkan,
mikrokontroler ATmega 328p pada Board Arduino Uno akan melakukan
inisialisasi perintah yang akan dijalankan. Kemudian, mikrokontroler akan
membaca waktu dari rangkaian Real Time Clock (RTC) dan kondisi sinyal
input yang menandakan posisi tipping bucket saat ini. Setelah itu,
mikrokontroler menunggu perintah selanjutnya untuk menyimpan data
curah hujan, yaitu berupa sinyal high atau low yang dikirimkan dari
rangkaian sensor cahaya. Sinyal tersebut dipicu oleh pergerakan tipping
bucket yang telah melewati batas kesetimbangannya dalam menampung air
hujan yang pada dasarnya akan membuka atau menghalangi pancaran
cahaya LED pada sensor cahaya.
Fungsi sistem selanjutnya adalah pengiriman data per 60 menit seperti
diagram alir pada gambar 3.9 di bawah. Pada bagian ini, sistem berfungsi
melakukan pengiriman data curah hujan hanya ketika terjadi perubahan
sinyal input dari pergerakkan tipping bucket yang mengindikasikan terjadi
hujan. Ketika terjadi hujan, maka pergerakkan pertama tipping bucket akan
dijadikan acuan sebagai menit awal untuk sistem menghitung 60 menit dari
pergerakkan tadi.