Design and Performance Test of Drifter Buoy

55

RANCANG BANGUN DAN UJI KINERJA

DRIFTER BUOY

MUHAMMAD IQBAL

SEKOLAH PASCASARJANA

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

BOGOR

2011

57

PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN

SUMBER INFORMASI

Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis yang berjudul: Rancang Bangun dan Uji Kinerja Drifter Buoy adalah karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum pernah diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. 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 tesis ini

Bogor, September 2011

Muhammad Iqbal NRP C552070041

59

ABSTRACT

MUHAMMAD IQBAL. Design and Performance Test of Drifter Buoy. Under Direction of INDRA JAYA and MULIA PURBA.

The modern drifter buoy is a high-tech version of the "message in a bottle". It consists of a surface buoy and a subsurface drogue, attached by a long, thin tether. The buoy measures temperature and other sea/air properties, and has a transmitter to send the data to passing satellites. Drifters buoy for oceanographic research in the field had long been developed, but the design and construction of this instrument is still on going process. The major goal of the drifter intended by the designers of the drifter are cheap, lightweight and stable on several conditions. This study attempted to produce a drifter system capable of measuring position, speed and direction of surface current using a microcontroller, GPS and GSM technology as the data transmitter and receiver. There are 3 main parts of the drifter. They are the electronic systems, software and vehicles. Electronic systems are built from the microcontroller ATmega32, storage SD / MMC cards, transmission using GSM modem, GPS as a sensor position and velocity, and DALLAS DS18B20 as temperature sensors. The software is divided into 2 parts: software that is embedded into vehicle and software to control and receiving data in ground segment. Vehicle is divided into 2 main parts, first is float to house electronics system and drogue to maintain a position of drifter from the influence of surface wind. GPS used has a precision of 10 m, therefore the determination of position requires a certain time interval, this interval is very dependent on the speed of surface currents in the area. The results of performance test systems in the field showed that the design is able to record 95% -99% of the data successfully at 64 bps transfer speed. Field trial results also showed 85% and 93% successful data transmission using the GSM network with the power used in these systems totaling approximately 541-544 mW. The value of drag area ratio is 53.38, greater than 40 indicates that the drifter is produced has a pretty good ability to follow the movement of the water. In Pelabuhan Ratu, a different current direction at the center and edge of the bay. In the middle of the bay, when the water toward to lowest ebb the current direction towards to west and then silently at the lowest ebb. Finally, when water level increase the curent direction toward to the north. On the eastern edge of the bay, when the water toward to the lowest ebb, the direction of ocean surface current sheading out the bay.

61

RINGKASAN

MUHAMMAD IQBAL. Rancang Bangun dan Uji Kinerja Drifter Buoy. Dibimbing oleh INDRA JAYA dan MULIA PURBA

Modern Drifter buoy adalah versi teknologi tinggi dari “pesan dalam botol” dimana alat tersebut terdiri atas surface buoy dan subsurface drogue yang mampu melakukan pengukuran terhadap posisi, suhu dan faktor fisik lain dan data tersebut dikirimkan melalui satelit. Rancangan drifter yang murah, ringan dan stabil merupakan beberapa syarat yang dituju oleh para perancang drifter. Penelitian ini bertujuan menghasilkan desain dan konstruksi sistem drifter buoy untuk perairan pesisir dan mendapatkan data pengamatan drifting buoy yang handal/berkualitas. Perancangan dan pembuatan sistem serta analisis data pada penelitian ini dilaksanakan di laboratorium Instrumentasi dan Telemetri Kelautan Bagian Akustik dan Instrumentasi Kelautan Departemen Ilmu dan Teknologi Kelautan Institut Pertanian Bogor, sedangkan uji coba lapang akan dilakukan di teluk Pelabuhan Ratu Provinsi Jawa Barat, dilaksanakan pada tanggal 28 dan 30 Agustus 2010.

Beberapa tahap yang dilakukan dalam penelitian ini yaitu tahap perancangan perangkat keras, perancangan wahana, perancangan perangkat lunak, uji coba laboratorium, uji coba lapang dan analisis data. Perangkat keras terdiri atas mikrokontroler sebagai pusat pengendali menggunakan ATMega32, GPS sebagai sensor posisi, DS18B20 sebagai sensor suhu, Modem GSM sebagai transceiver dan media penyimpanan data SD/MMC card. Wahana buoy dibuat dari buoy polyprophelene yang dimodifikasi terdapat tiang untuk penempatan GPS dan antenna GSM, dibagian bawah terdapat sensor suhu. Pelampung ini disambungkan dengan drogue yang disetiap ujungnya dipasang besi melingkar untuk mempertahankan bentuk. Di bagian darat (penerima) dibuat perangkat lunak penerima dengan komputer dan modem GSM sebagai perangkat keras.

Hasil uji coba laboratorium menunjukan pencatatan dan pengiriman posisi, suhu, daya apung dan kedap air teruji dengan baik. Hasil uji kinerja sistem di lapangan menunjukan bahwa drifter hasil rancangan mampu mencatat 95% dan 99% data dengan kecepatan transfer 64 bps. Hasil uji coba lapang juga menunjukan 85% dan 93% sukses melakukan pengiriman data menggunakan jaringan GSM dengan daya yang digunakan sistem ini secara keseluruhan yaitu sekitar 541-544 mW. Nilai drag area ratio hasil desain penelitian ini sebesar 53.38 lebih besar dari 40 mengindikasikan bahwa Drifter yang dihasilkan memiliki kemampuan cukup baik untuk mengikuti pergerakan masa air.

Biaya implementasi dari sistem yang dibuat realtif lebih murah dibandingkan dengan implementasi dari sistem Drifter yang sudah ada (ARGOS, ORBCOMM dan IRRIDIUM) yaitu sekitar $729.1 dengan biaya transmisi perhari $4.4 untuk pengiriman setiap 5 menit. Sistem ini sangat bergantung dengan sinyal GSM yang ada di area ujicoba, oleh karena itu sistem ini hanya cocok digunakan pada perairan yang memiliki atau ada dalam coverage area dari komunikasi GSM.

Di Pelabuhan Ratu, arah arus berbeda pada bagian tengah dan pinggir teluk. Pada bagian tengah teluk, saat air menuju surut terendah arah arus menuju barat dan kemudian diam pada saat surut terendah. Menuju pasang arus berputar arah menuju utara. Pada bagian pinggir timur teluk, saat air menuju surut arah arus

62 menuju keluar teluk. Pada saat uji coba lapang juga diketahui bahwa di bagian tengah teluk panas cenderung tersimpan dikarenakan pergerakan arus memutar pada saat terjadi perubahan pasang surut dan di bagian pinggir teluk perubahan suhu cenderung cepat dan mengikuti matahari karena arus permukaan yang juga cepat.

63

© Hak Cipta milik IPB, tahun 2011

Hak Cipta dilindungi Undang-Undang

1. Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan atau menyebutkan sumbernya.

a. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan, penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik, atau tinjauan suatu masalah.

b. Pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan yang wajar IPB.

2. Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis dalam bentuk apa pun tanpa izin IPB

65

RANCANG BANGUN DAN UJI KINERJA

DRIFTER BUOY

Oleh:

MUHAMMAD IQBAL

Tesis

sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Sains pada

Program Studi Teknologi Kelautan

SEKOLAH PASCASARJANA

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

BOGOR

2011

66 Penguji Luar Komisi pada Ujian Tesis : Dr. Ir. Agus Soleh Atmadipoera, DES

67 Judul Tesis : Rancang Bangun dan Uji Kinerja Drifter Buoy

Nama : Muhammad Iqbal NRP : C552070041

Disetujui, Komisi Pembimbing

Prof. Dr. Ir. Indra Jaya, M.Sc. Prof. Dr. Ir. Mulia Purba, M.Sc. Ketua Anggota

Diketahui,

Ketua Program Studi Dekan Sekolah Pascasarjana Teknologi Kelautan

Dr. Ir. Djisman Manurung, M.Sc. Dr. Ir. Dahrul Syah, M.Agr.

69

PRAKATA

Puji dan syukur penulis haturkan kepada Allah SWT sehingga penulisan tesis dengan judul Rancang Bangun dan Uji Kinerja Drifter Buoy ini dapat penulis selesaikan.

Terima kasih penulis ucapkan kepada:

1. Bapak Prof. Dr. Ir. Indra Jaya M.Sc. selaku ketua komisi pembimbing dengan penuh kesabaran memberikan arahan dan masukan yang sangat berharga. 2. Bapak Prof. Dr. Ir. Mulia Purba M.Sc. selaku anggota komisi pembimbing

atas segala kritik, saran dan arahannya telah memberikan banyak pelajaran berharga untuk penulis.

3. Bapak Dr. Ir. Agus Soleh Atmadipoera, DES. atas kesediaan, saran dan kritik sebagai penguji tamu.

4. Bapak Dr. Ir. Djisman Manurung M.Sc. selaku ketua mayor Teknologi Kelautan (TEK).

5. Istri tercinta, Nurul Hidayah, S.Kep, Ners. atas semangat, dukungan dan dorongan yang tiada henti-hentinya untuk penulis menyelesaikan tesis ini. 6. Keluarga besar H. Drs. Alwi H.M. Saleh dan H. Muhammad Haris, SH atas

dukungan dan doa yang diberikan.

7. Staf pengajar dan administrasi dari Program Studi Ilmu dan Teknologi Kelautan yang telah senantiasa memberikan semangat dan membantu dalam penulisan tesis ini.

8. Teman-teman seperjuangan TEK-2007: Moh. Natsir, M.Si, Asmadin, M.Si, Amadan Takwir, M.Si dan lainnya, atas segala bantuan dan sarannya.

9. Keluarga besar Bagian Akustik dan Instrumentasi Kelautan-IPB atas dukungan dan kerjasamanya.

10.Keluarga besar Workshop Instrumentasi Kelautan – IPB, Febrianto Wardhana Putra, S.P , Effin Mutaqin, S.Pi, Asep Mamun, S.Pi, Jimmi Tampubolon, S.Pi, Frizt Mario, S.Pi, Christiadi Triyatna, S.Pi dan lainnya yang tidak dapat penulis sebutkan satu-persatu disini atas saran, kritik dan dukungannya sehingga penulis dapat menyelesaikan tesis ini.

Penulis menyadari bahwa karya ini masih jauh dari kesempurnaan, oleh karena itu penulis sangat mengharapkan kritik dan saran sehingga karya ini menjadi lebih baik dan semoga karya ilmiah ini dapat berguna.

Bogor, Agustus 2011

71

RIWAYAT HIDUP

Penulis dilahirkan di Dompu Nusa Tenggara Barat, pada tanggal 28 Agustus 1982 sebagai anak keempat dari empat bersaudara dari keluarga guru H. Drs. Alwi H. M. Saleh. Pada tahun 2000 penulis lulus dari SMA Negeri 1 Mataram dan diterima Program Studi Ilmu dan Teknologi Kelautan, Fakultas Perikanan dan Ilmu Kelautan (FPIK) Institut Pertanian Bogor (IPB) dan menamatkannya pada tahun 2005. Selama ini penulis banyak berkecimpung di dunia perancangan instrumentasi dan telemetri kelautan. Bersama Lab. Instrumentasi dan Telemetri Kelautan, Departemen Ilmu dan Teknologi Kelautan, FPIK, IPB penulis telah ikut serta menghasilkan beberapa instrumen seperti:

 Instrumen pembeda jenis kelamin ikan koi  Instrumen pemilah dan penghitung ikan hidup  System buoy untuk coastal monitoring

 Robot jelajah bawah air (ROV RJ-45)

 Instrumen Pasang surut berbasis gelombang akustik

Bidang minat lain yang ditekuni penulis yaitu Artificial Intellegency dan Earth Computation. Pada tahun 2007 penulis diterima sebagai mahasiswa pada Program Studi Ilmu dan Teknologi Kelautan (TEK), Sekolah Pascasarjana Institut Pertanian Bogor (SPs-IPB) dengan sumber biaya pendidikan beasiswa dari Beasiswa Pendidikan Pasca Sarjana (BPPS), Institut Pertanian Bogor. Penulis berhasil menamatkannya pada tahun 2011.

72 DAFTAR ISI

Halaman

DAFTAR ISI ... i

DAFTAR GAMBAR ... iii

DAFTAR TABEL ... v

DAFTAR LAMPIRAN ... vi

1. PENDAHULUAN ... 1

1.1. Latar Belakang ... 1

1.2. Kerangka Pemikiran ... 2

1.3. Perumusan Masalah ... ... 4

1.4. Tujuan Penelitian ... 5

1.5. Manfaat Penelitian ... 5

2. TINJAUAN PUSTAKA ... 7

2.1. Sejarah Penggunaan Drifter Buoy ... 7

2.2. Perancangan Drifter SVP . ... 9

2.3. Pengembangan Drifter untuk Pesisir ... 12

2.4. Drag Area Ratio untuk menentukan baik buruknya desain Drifter ... 14

2.5. Transmisi dan Format Data Drifter. ... 16

2.6. Penentuan Posisi Menggunakan GPS (Global Positioning System). ... 21

2.7. Mikrokontroler Sebagai Pusat Kendali dalam Rancang Bangun Drifter. ... 23

2.8. Modem GSM sebagai Pengirim dan Penerima data. ... 25

2.9. Sensor Suhu DALLAS DS18B20 ... 26

2.10 Media Penyimpanan Data MMC/SD Card. ... 28

2.11. Biaya Implementasi dan Biaya Rancang Bangun Drifter ... 32

2.12. Keadaan Umum di Perairan Teluk Pelabuhan Ratu. ... 33

3. METODE PENELITIAN ... 37

3.1. Waktu dan Tempat Penelitian... 37

3.2. Bahan dan Alat Penelitian ... 37

3.3. Alur Penelitian ... 39

3.4. Rancang Bangun Wahana Buoy ... 40

3.5. Rancang Bangun Perangkat Elektronik Buoy ... 42

3.6. Rancang Bangun Perangkat Lunak Sistem Drifter Buoy... 43

3.7. Perangkat Lunak Penerima ... 48

3.8. Uji Coba Laboratorium ... 50

3.9. Uji Coba Lapangan ... 50

3.10. Pengolahan Data ... 51

4. HASIL DAN PEMBAHASAN ... 55

4.1. Deskripsi Umum Hasil Penelitian ... 55

4.2. Hasil Rancang Bangun Drifter ... 55

4.2.1. Rangkaian Elektronik ... 58 4.2.2. Modul Data Logger dan Modul Perangkat Lunak

73

Penyimpanan data logger ... 61

4.2.3. Sensor Suhu DS18B20 dan Modul Perangkat Lunak Pembaca Sensor Suhu ... 62

4.2.4. Antarmuka GPS ... 65

4.2.5 Antarmuka Modem GSM untuk Pengiriman Data dan Kendali Dua Arah ... 69

4.2.6. File Konfigurasi Kerja Drifter (CONFIG.INI) ... 73

4.2.7. Perangkat Lunak Penerima ... 74

4.2.8. Perbandingan Spesifikasi Drifter yang dihasilkan dengan drifter ARGOS, ORBCOMM dan IRRIDIUM ... 77

4.2.9. Biaya Implementasi dan Transmisi Sistem Drifter yang dikembangkan ... 77

4.3. Hasil Uji Coba Laboratorium ... 80

4.4. Uji Coba Lapang (Teluk Pelabuhan Ratu) ... 87

4.4.1. Lintasan Drifter ... 91

4.4.2. Pola Arus ... 92

4.4.3. Sebaran Suhu ... 99

5. KESIMPULAN DAN SARAN ... 103

DAFTAR PUSTAKA ... 105

74 DAFTAR GAMBAR

Gambar 1. Skema Alur Penelitian ... 4

Gambar 2. Peta Penyebaran Drifter SVP hingga tahun 2000 ... 9

Gambar 3. Desain Wahana dan Elektronik Drifter SVP ... 11

Gambar 4. (a) Drifter Pesisir Ohlmann (b) Drifter Davis milik CODE ... 13

Gambar 5. DrifterBuoy Produksi AOML ... 14

Gambar 6. Nilai Drag Coefficient beberapa bentuk dasar ... 15

Gambar 7. Alur Data Drifter DAC (AOML) ... 18

Gambar 8. Struktur Elektronik dari “Smart Buoy” ... 24

Gambar 9. Sistem Diagram yang dibangun dari drifter wireless oleh Yu-Dong ... 25

Gambar 10. (a) Modem GSM Wavecom.inc (b) Modem GSM dengan GPS Built-in produksi SIMCOM.inc ... 27

Gambar 11. GSM Communication unit 3742 berisi modem GSM produksi Wavecom.inc digunakan AANDERA.inc sebagai transmiter Data produk yang dimilikinya ... 28

Gambar 12. Bentuk Fisik dan Peta Memori Sensor Suhu DS18B20 ... 31

Gambar 13. Peta Bathimetri Teluk Pelabuhan Ratu ... 33

Gambar 14. Rancang Bangun Wahana Buoy ... 41

Gambar 15. Skema Fungsional Perangkat Elektronika buoy ... 42

Gambar 16. Diagram Alir Program Utama ... 44

Gambar 17. Diagram Alir Program Interupsi (Kendali dua arah) ... 48

Gambar 18. Diagram Alir Perangkat Lunak Penerima Data ... 49

Gambar 19. Titik Awal Pelepasan buoy ... 51

Gambar 20. Diagram Alir Pengolahan data menjadi bentuk spreadsheet ... 52

Gambar 21. Ilustrasi Koordinat 2 Titik ... 53

Gambar 22. Hasil Rancang Bangun Drifter buoy ... 56

Gambar 23. Rangkaian Utama Mikrokontroler drifter berbasis ATMega32 ... 59

Gambar 24. Rangkaian Antarmuka MMC/SD Card ... 61

Gambar 25. (a) Rangkaian Sesnor DS18B20 (b) Hasil Sensor Suhu yang telah dibuat ... 64

Gambar 26. (a) PMB-648 Parallax tampak atas (b) tampak samping ... 65

Gambar 27. Alur Pembacaan GPS ... 67

Gambar 28. Rangkaian Antarmuka Modem GSM ... 70

Gambar 29. File CONFIG.INI sebagai pengatur kerja buoy ... 74

Gambar 30. Tampilan Perangkat Lunak Penerima Data ... 75

Gambar 31. (a) Plot Data Pengukuran Suhu menggunakan Thermometer Dan DS18B20 (b) Fit data kedua pengukuran ... 81

Gambar 32. Pola Sebar Spasial hasil Pengukuran Titik I (a), Titik II (c), Titik III (e), beda jarak titik secara berurut Titik I (b), Titik II (d), Titik III (f)... ... 84

Gambar 33. Hasil Plot Data Uji Coba sekitar Kampus IPB Dramaga ... 86

Gambar 34. Uji Coba di Water Tank ... 87

Gambar 35. Drifter mengapung setengah dan antena tegak lurus Permukaan air ... 88

Gambar 36. (a) Waktu perubahan posisi hari pertama (b) waktu untuk Perubahan posisi dari kedua ... 90

Gambar 37. Plot Trek Percobaan tanggal 28 dan 30 Agustus 2010 ... 93 Gambar 38. (a) stickplot pengukuran drifter hari pertama (atas),

75

(b) stick plot Pengukuran drifter hari kedua (atas),

stick plot pengukuran manual di lapangan (bawah) ... 94 Gambar 39. Peta arah dan kecepatan arus pengukuran drifter (a) hari

Pertama (b) hari kedua ... 96 Gambar 40. Stick plot Arus dan Grafik Pasang surut (a) hari pertama

(b) hari kedua ... 98 Gambar 41. Hari Pertama (28 Agustus 2010) (a) Sebaran spasial suhu

(b) Suhu belum dirata-rata (c) suhu rata-rata 10 menit ... 100 Gambar 42. Hari Kedua (30 Agustus 2010) (a) Sebaran spasial suhu

76 DAFTAR TABEL

Tabel 1. Spesifikasi Sensor Suhu SVP Drifter ... 11 Tabel 2. Beberapa Contoh selang waktu transmisi drifter

yang sudah ada ... 11 Tabel 3. Perhitungan Drag Area Ratio (contoh) ... 16 Tabel 4. Perbandingan Sistem Drifter dari IRIDIUM, ARGOS dan

ORBCOMM ... 19 Tabel 5. Perbandingan Teknologi Buoy untuk Ocean Monitoring ... 20 Tabel 6. Format data ARGOS ... 21 Tabel 7. Jenis Kalimat NMEA yang umum digunakan ... 23 Tabel 8. Jenis kalimat AT-COMMAND sebuah modem GSM Standar ... 29 Tabel 9. Biaya Pembuatan Drifter Wireless ... 32 Tabel 10. Penjelasan NMEA $GPRMC ... 45 Tabel 11. Daftar Perintah Kendali dua Arah ... 47 Tabel 12. Perhitungan Drag Area Ratio yang dihasilkan ... 57 Tabel 13. Perbandingan drifter yang dihasilkan dengan drifter ARGOS

ORBCOMM dan IRRIDIUM ... 78 Tabel 14. Biaya Pembuatan Drifter ... 79 Tabel 15. Biaya Pembuatan Ground Segment ... 79 Tabel 16. Biaya Transmisi ... 80 Tabel 17. Hasil uji coba Penentuan Posisi pada titik tetap ... 83 Tabel 18. Perbandingan Statistik Kerja Alat ... 88 Tabel 19. Hasil Pengukuran Manual Kecepatan dan Arah Arus ... 92

77 DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1. Gambar Desain Akhir Drifter Buoy ... 111 Lampiran 2. Contoh Data Mentah ... 112 Lampiran 3. Metode Konversi Latitude dan Longitude ke UTM ... 113 Lampiran 4. Program MATLAB untuk merubah koordinat degree ke

Koordinat UTM ... 116 Lampiran 5. Data per 10 menit Hari Pertama (28 Agustus 2010) ... 117 Lampiran 6. Data per 10 menit Hari Kedua (30 Agustus 2010) ... 119 Lampiran 7. Script MATLAB untuk merubah ke dalam format KML ... 120 Lampiran 8. Script MATLAB untuk pengolahan data Kecepatan

dan Arah ... 121 Lampiran 9. Grafik Pasang Surut Selama Uji Coba ... 122 Lampiran 10. Foto Proses Pembuatan Hingga Uji Coba ... 123 Lampiran 11. Keterangan GPS PMB-648 ... 124 Lampiran 12. Overview Sensor Suhu DS18B20 ... 125

78

1. PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Modern Drifter Buoy adalah versi teknologi tinggi dari “pesan dalam botol”, dimana alat tersebut terdiri atas surface buoy dan subsurface drogue yang mampu melakukan pengukuran terhadap posisi, suhu dan faktor fisik lain, serta data tersebut dapat dikirimkan melalui satelit. Dengan kemajuan teknologi, drifter sekarang mampu memberikan informasi kepada peneliti tentang pola sirkulasi laut secara realtime. Data yang dikumpulkan dari instrumen ini akan memungkinkan bagi ilmuwan untuk merancang model pola iklim dan cuaca, seperti El Niño dan badai, serta memprediksi sebaran polutan, seperti minyak atau limbah (Niiler, 1995). Informasi dari drifter juga dapat digunakan untuk mempelajari lebih lanjut tentang distribusi dan kelimpahan biota laut. Penggunaan drifter untuk penelitian di bidang oseanografi telah cukup lama dilakukan, namun perancangan, desain, dan pengembangan dari instrumen ini masih terus dilakukan. Rancangan drifter yang murah, ringan dan stabil merupakan beberapa syarat yang dituju oleh para perancang drifter. Di Indonesia penggunaan drifter sebagai alat penelitian oseanografi masih jarang dilakukan dan drifter yang dilepas oleh ARGOS pun hampir tidak ada yang memasuki perairan Indonesia.

Perkembangan teknologi elektronika seperti GPS (Global Positioning System), mikrokontroler dan sensor yang sangat cepat menyebabkan alat-alat ini menjadi semakin murah, dan dengan kemampuan yang makin baik. Penggunaan teknologi elektronika tersebut sebagai alat bantu penelitian di bidang oseanografi semakin memungkinkan dan menjanjikan dari sisi harga dan ketelitian. Jika pada awalnya penggunaan teknologi GPS pada drifter merupakan sebuah project yang cukup mahal yang hanya bisa dilakukan oleh lembaga-lembaga penelitian besar seperti NOAA, kini alat-alat tersebut sudah makin cukup terjangkau.

Drifter memiliki beberapa keunggulan sebagai alat penelitian di bidang oseanografi yaitu memiliki kemampuan melakukan pengukuran energi potensial dan kinetik perairan walaupun pada perkembangannya masih memiliki hambatan dari ketidakpastian dan variasi yang besar dari sisi desain (Griffa et al. 2007). Penelitian, pengembangan dan uji coba instrumen drifter belum banyak dilakukan

79 di Indonesia. Soeboer (2007) merancang sebuah instrumen GPS Buoy yang mampu mengukur pola arus permukaan laut Pelabuhan Ratu, namun instrumen ini masih memiliki kendala dimana GPS yang digunakan masih mahal, operasi yang tidak mudah dilakukan, memori penyimpanan yang terbatas, operasi dengan jangka waktu yang tidak lama, serta belum dilengkapi sistem transmisi. Penelitian dengan melakukan perancangan sistem dan instrumen yang mudah dioperasikan, dan dengan kemampuan yang tepat guna perlu dilakukan sehingga diharapkan dihasilkan sebuah drifter yang memiliki kemampuan handal dan tepat guna. Penelitian ini menggunakan komponen, bahan dan material yang mudah didapatkan di pasaran sehingga diharapkan mampu mengurangi ketergantungan teknologi atau menciptakan kemandirian teknologi khususnya untuk teknologi drifter dalam pemetaan pola arus permukaan laut.

1.2Kerangka Pemikiran

Drifter bekerja mengikuti badan air, baik pada permukaan atau di kolom air. Kecepatan rata-rata selama jangka waktu tertentu dihitung dari jarak antara posisi awal dan akhir dibagi dengan waktu tersebut. Drifter cukup sederhana dalam desain, umumnya terdiri atas pelampung permukaan, elektronika seperti pemancar dan sensor serta parasut pengarah. Desain yang cukup terkenal, digunakan secara luas dan telah menjadi standar yaitu desain dari Surface Velocity Program (SVP), dikembangkan mulai sekitar 1979 hingga sekarang. Ada tiga bagian utama dari drifter SVP (Stewart, 2007), yaitu pelampung permukaan, komponen elektonika dan parasut pengarah. Pelampung memiliki beberapa fungsi yaitu memberikan daya apung untuk parasut dan sensor, dan melindungi kotak elektronik, sensor dan pemancar dari air. Pemancar mengirimkan data ke satelit berupa posisi pelampung dan meneruskan data ke stasiun darat. Data drifter kemudian dikirim ke pusat pengolahan data dimana data diproses dan kemudian didistribusikan. Bagian elektronika berisi GPS sebagai sensor posisi dan mikrokontroler sebagai pengatur kerja dan pembaca data, baik data posisi dari GPS maupun data dari sensor lain yang ditambatkan di drifter. Parasut pengarah adalah bagian yang terbuat dari parasut dan ditempatkan dikolom air, mampu menangkap aliran air rata-rata dan membantu pergerakan pelampung permukaan ke arah aliran tersebut.

80 Ohlman (2007), mengembangkan drifter yang didesain untuk perairan pesisir. Beberapa syarat yang ditemukan yaitu drifter pesisir harus memiliki resolusi spasial beberapa meter, dan sampel posisi dilakukan setiap beberapa menit. Pengukuran near-real-time data telemetri diperlukan sehingga drifter dapat digunakan untuk membantu dalam melacak dan memulihkan jika terjadi kehilangan, dan untuk memberikan posisi terbaru sehingga drifter dapat dipulihkan tanpa pemantauan visual. Kemampuan memulihkan sendiri dan dapat melakukan penugasan kembali sangat meningkatkan nilai ekonomi drifter. Drifter elektronik harus hemat energi sehingga dapat beroperasi selama beberapa hari sedangkan sampling dan transmisi setiap beberapa menit. Perkembangan teknologi elektronika dan komunikasi saat ini memungkinkan dikembangkannya sebuah instrumen drifter murah yang merupakan salah satu tujuan dari penelitian ini. Perancangan dilakukan dengan memanfaatkan bahan-bahan yang tersedia di pasaran dengan harga yang murah seperti modul GPS, modul mikrokontroler, SD/MMC Card dan Modem GSM.

Penelitian ini dimulai dengan melakukan perancangan instrumen yang dilakukan di Laboratorium Instrumentasi dan Telemetri Kelautan, Departemen Ilmu dan Teknologi Kelautan Institut Pertanian Bogor. Perancangan wahana buoy drifter juga dilakukan di laboratorium yang sama. Setelah perancangan dan penyatuan serta pengujian instrumen dilakukan di laboratorium, drifter kemudian diujicobakan di teluk Pelabuhan Ratu selama 2 hari. Sebagai data pendukung untuk proses analisis juga dilakukan pengukuran pasang surut pada hari yang sama. Setelah uji coba lapangan kemudian dilakukan analisis data yang dihasilkan dengan melakukan pengolahan data posisi menjadi kecepatan dan arah arus serta melihatnya dengan perubahan pasang surut selama pelepasan drifter. Secara skematik alur pemikiran yang mendasari penelitian ini disajikan pada Gambar 1.

81

Masalah Desain Rancang Bangun, Analysis Data Drifter Buoy

Perancangan Elekronika dan Sistem Transmisi

Desain dan Perancangan Wahana Buoy

Tes Buoyancy dan Kebocoran Tes Kinerja

Sistem Transmiter dan Receiver

Penyatuan Sistem

Pengukuran Pasang Surut

Uji Coba Lapangan Drifter

-Plot Trek Arus - Stick Plot Arus

Spesifikasi dan penilaian kinerja Drifter Hasil Rancangan

Gambar 1. Skema alur penelitian

1.3Perumusan Masalah

Menurut Ohlmann (2005), transmisi data menggunakan sistem satelit yang ada, seperti GLOBALSTAR, ORBCOMM, dan ARGOS membutuhkan biaya dari $5,00 hingga $15,00 per-hari per-drifter untuk update data setiap 10-menit. Transmisi data seperti sistem seluler terbatas pada Line of Sight dari BTS GSM terdekat. Namun, biaya komunikasi seluler yang mendekati US $ 0,50 per hari per drifter untuk pencatatan posisi setiap 10 menit dengan beberapa pembatasan pada jumlah data yang dapat ditransmisikan.

Beberapa kesalahan umum dari sebuah drifter (Stewart, 2007), yaitu : a) Kegagalan drifter untuk mengikuti kolom air tertentu. Asumsinya drifter

menempati kolom air tertentu, tetapi gaya luar yang bekerja pada drifter seperti angin dapat menyebabkan drifter melayang relatif terhadap air. b) Kesalahan dalam menentukan posisi drifter itu.

82 c) Kesalahan Sampling. Drifter cenderung tidak ada di daerah-daerah aliran

berbeda.

Pada dasarnya drifter adalah GPS yang ditempatkan dalam sebuah wahana yang terapung mengikuti massa air tertentu dan dapat mencatat posisi serta mengirimkan posisi dan data dari sensor yang dibawanya. Makin murahnya harga single chip GPS, mikrokontroler (chip yang mampu diprogram), dan komponen elektronika lainnya, serta dukungan BTS seluler yang semakin tersebar memungkinkan untuk dikembangkannya sebuah drifter pesisir pantai yang tercakup sinyal seluler.

Penelitian ini mencoba melakukan perancangan instrumen drifter ekonomis dengan mengikuti tipe desain SVP yang disesuaikan dengan alat dan bahan yang tersedia di Indonesia. Sensor yang digunakan yaitu GPS sebagai sensor posisi dan sensor suhu. Drifter digunakan di daerah yang terjangkau sinyal GSM sehingga transmisi data menggunakan sinyal GSM berupa SMS (Short Message Services).

Hipotesis yang akan dibuktikan adalah komponen elektronika GPS dan mikrokontroler serta bahan material yang tersedia dipasaran dapat dibuat menjadi drifter yang mampu memetakan pola pergerakan arus permukaan dan suhu perairan.

1.4 Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini yaitu:

1. Menghasilkan desain dan konstruksi sistem drifter buoy untuk perairan pantai 2. Mendapatkan data pengamatan drifter buoy yang handal/berkualitas.

1.5 Manfaat Penelitian

Penelitian ini diharapkan mampu memberikan gambaran tahapan desain, uji coba dan analisis dari sebuah drifter di perairan pesisir sehingga menghasilkan sebuah drifter murah dan sesuai kebutuhan. Selain itu, diharapkan dimasa yang akan datang penggunaan teknologi drifter untuk penelitian di bidang oseanografi dapat meningkat di Indonesia.

83 Halaman ini sengaja dikosongkan

84

2. TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Sejarah Penggunaan Drifter Buoy

Pengamatan menggunakan drifter diawali di pantai timur Amerika Serikat pada pertengahan 1700-an (Franklin, 1785; Davis, 1991) dan diaplikasikan hampir di seluruh dunia pada 1872-1876 yang terkenal dengan sebutan Challenger Oceanography Survey di sebagian besar 354 stasiun hidrografi (Thomson, 1877; Niiler, 2001). Munculnya radio kemudian memungkinkan posisi drifter dapat ditransmisikan dengan menggunakan triangulasi dari pantai (Davis, 1991). Drifter jenis ini masih diproduksi sampai saat ini, terinspirasi oleh desain berbentuk silang yang digunakan di Coastal Ocean Dynamics Experiment (CODE). Dalam CODE, 164 drifter digunakan untuk memetakan arus dan variabilitas dan untuk menghitung Integral langrangian scale dan dispersi lepas pantai California (Davis, 1985).

Pada tahun 1982 World Climate Research Program (WCRP) mengakui bahwa array global drifter akan sangat berharga untuk penelitian oseanografi dan iklim, tetapi ketidakpastian dan variasi yang besar dari berbagai desain drifter merupakan tantangan tersendiri, ditambah dengan biaya tinggi dan berat drifter yang berlebih (World Climate Research Program, 1988 in Niiler, 2001). WCRP menyatakan bahwa standar yang baik yaitu biaya rendah, ringan, data mudah dikirim merupakan syarat sebuah drifter permukaan yang harus dikembangkan, dan dengan parasut semirigid yang akan mempertahankan bentuk pergerakan. Desain kemudian dikembangkan dibawah program bernama Velocity Surface Program (SVP) dari Tropical Ocean Global Atmosphere (TOGA) dan World Ocean Circulation Experiment (WOCE). Dana awal diberikan oleh US Office of Naval Research, dengan dukungan berikutnya dari NOAA dan National Science Foundation. Desain lain juga diajukan oleh NOAA, Atlantic Oseanography dan Meteorology Laboratorium (AOML), MIT's Draper Laboratory, dan Scripps Institution of Oceanography (SIO) (Niiler, 2003). Selama tahun 1980-an desain ini terus berevolusi, dan tahun 1985-1989 kemudian secara ketat dievaluasi berdasarkan beberapa kriteria (Niiler et al., 1987, 1995). Beberapa parasut drifter hasil rancangan diperiksa dan berbagai masalah diidentifikasi. Sebagai contoh,

85 window shade drogues bisa memutar dan berlayar melintasi arus sehingga parasut bisa runtuh (Niiler et al., 1987, 1995; Niiler dan Paduan, 1995; Pazan dan Niiler, 2001). Faktor-faktor lain juga dipertimbangkan misalnya bentuk tiga dimensi parasut tristar ditemukan lebih baik daripada karakteristik parasut berlubang yang dikembangkan AOML. Pada tahun 1993 desain SVP untuk drifter telah muncul dengan mengkombinasikan parasut berlubang dari drifter dan diperkuat AOML. Desain tersebut (Sybrandy dan Niiler, 1992) menjadi dasar bagi pengembangan drifter SVP sampai saat ini.

Kumpulan data dari SVP drifter memuat semua drifter yang dikerahkan selama 1979 - 1993 memiliki parasut berlubang yang terpusat di kedalaman 15 meter. Drifter tipe AOML dengan parasut berlubang ditempatkan pertama kali pada bulan Februari 1979 sebagai bagian dari TOGA/Equatorial Ocean Circulation Experiment. Penyebaran skala besar dari Drifter SVP modern pertama dilakukan pada tahun 1988 (World Climate Research Program, 1988) dengan tujuan pemetaan sirkulasi permukaan Samudera Pasifik. Upaya ini diperluas untuk skala global sebagai bagian Atlantik WOCE dan Atlantic Climate Change Program (ACCP), di mana array drifter SVP diperbanyak untuk menutupi Pasifik dan Samudra Atlantik Utara pada tahun 1992 dan Samudera Hindia dan India pada tahun 1994 (Niiler, 2001). Gambar 2. memperlihatkan bahwa drifter SVP hingga tahun 2000 telah menyebar hampir diseluruh dunia. Saat ini array drifter SVP dikenal secara kolektif sebagai bagian dari Global Drifter Program (GDP), komponen dari NOAA yaitu Global Ocean Observing System (GOOS), Global Climate Observing System (GCOS) dan Data Buoy Cooperation Panel (DBCP) dari Meteorological Organization and International Oceanographic Comission.

Tujuan ilmiah dari GDP adalah untuk memberikan sistem operasional near-real time data kecepatan arus permukaan laut, suhu permukaan laut (SST) dan pengamatan tekanan permukaan laut yang dapat diaplikasikan untuk prakiraan cuaca, penelitian, dan kalibrasi/verifikasi in-situ satelit. GDP dikelola dalam kerjasama antara NOAA/AOML di Miami, Florida, Joint Institute of Marine Observations (JIMO) di La Jolla, California, dan tiga produsen Drifter swasta (Clearwater, Pacific Gyre dan Technocean). AOML mengatur dan melakukan

86 penyebaran drifter, memproses data, menyimpan file yang menggambarkan setiap drifter, dan sebagai pengelola situs resmi dari GDP yaitu http://www.aoml.noaa.gov/phod/abcd/gdp.html. JIMO mengawasi industri, memperoleh drifter dari berbagai produsen, melakukan upgrade teknologi, melakukan pengembangan sensor baru, dan mendokumentasikan data, dan melakukan koreksi serta penyempurnaan data (Pazan dan Niiler, 2004) untuk kemudian dipublikasikan kepada masyarakat riset. Produsen drifter SVP bertugas melakukan produksi sesuai spesifikasi dan kebutuhan para peneliti.

Gambar 2. Peta penyebaran drifter SVP hingga tahun 2000 (Sumber: http://sunburn.aoml.noaa.gov/phod/dac/index.php)

2.2. Perancangan Drifter SVP

Saat ini ada dua desain dasar dari drifter SVP yaitu pertama drifter SVP yang relatif besar dan yang terbaru yaitu mini drifter SVP. Desain pertama sangat kuat tetapi cenderung mahal dan berat. Desain ulang yang menghasilkan mini drifter SVP diusulkan pada bulan desember 2002 dan sudah diproduksi oleh beberapa produsen drifter.

Ada beberapa produsen SVP drifter hingga saat ini yaitu Clearwater Instrument (Watertown, MA USA; http://www.clearwater-inst.com), Marlin-Yug (Sevastopol, Ukraina; http://marlin.stel.sebastopol.ua), Metocean Data Systems (Dartmouth, Nova Scotia, Kanada; http://www.metocean.com), Pacific Pilin (Oceanside, CA USA; http://www.pacificgyre.com), dan Technocean (Cape Coral,

87 FL USA; http://www.technocean.com). Diameter drifter SVP berkisar dari 30.5 cm (mini terkecil) sampai 40 cm. Awalnya, pelampung permukaan terbuat dari fiberglass dengan tebal 0.3-0.4 cm (Sybrandy dan Niiler 1991). Kebanyakan produsen sekarang beralih ke bahan yang lebih murah yaitu bahan plastik ABS (Akrilonitril-Butadiene-styrene) yang biasanya digunakan untuk konstruksi lambung kapal. Pelampung pada bagian permukaan berisi baterai dengan dilengkapi dioda pelindung, biasanya 4-5 buah masing-masing dengan 7-9 buah D-sel baterai alkaline.

Pemancar satelit (401,650 MHz, 10 kHz) biasanya diaktifkan dengan menghilangkan magnet dari lambung buoy, sebuah termistor untuk sub-surface suhu permukaan laut, terletak di bagian bawah untuk menghindari pemanasan akibat radiasi langsung dari matahari, dan alat lain seperti pengukur tekanan udara, kecepatan angin dan arah angin, salinitas, atau warna lautan. Kebanyakan produsen menggunakan cat oksida di bagian dasar hingga setengah dari permukaan yang mengambang untuk mengurangi biofouling.

Adapun beberapa standarisasi dan spesifikasi dari SVP drifter (http://www.aoml.noaa.gov/phod/dac/dacdata.php, Gambar. 3) yaitu pelampung permukaan berdiameter 32 cm (atau 40 cm), terbuat dari bahan plastik ABS setebal 4 mm (0,16 ") dan menggunakan mantel luar yang berfungsi untuk melindungi terhadap sinar UV. Parasut berlubang terbuat dari kain berbahan non-fray sintetik memiliki diameter 61 cm, panjang 490 cm. Konstruksi terdiri dari 4 bagian silinder, masing-masing memiliki panjang 122 cm dengan dua pasang lubang dengan masing-masing berdiameter 30.5 cm. Transmiter menggunakan transmitter ARGOS dengan 32 baterai D-Alkaline yang setara dengan 75 AH atau dapat beroperasi selama 24 bulan. Catu daya utama sebesar 12 V dengan rata-rata konsumsi daya sebesar 0.035 Watt (56 bit format data) atau 0.084 Watt ( 248 bit format data pengiriman).

Thermistor ditempatkan pada bagian bawah pelampung berupa tipe YSI 4018 yang merupakan sensor suhu linier. Pada generasi drifter SVP terbaru thermistor ini kemudian diganti menggunakan sensor suhu digital produksi DALLAS DS18B20 (Motyzhev, 2010), dan adapun spesifikasi dari sensor tersebut seperti terlihat pada Tabel 1.

88 Gambar 3. Desain wahana dan elektronik drifter SVP Sumber: http://www.aoml.noaa.gov/phod/dac/schematic.jpg

Tabel 1. Spesifikasi sensor suhu SVP drifter.

Parameter Spesifikasi

Calibrated Temperature Range 0 to 40 С

Sensors DS18B20 (Dallas Semiconductor)

Accuracy +/-0,2 С

Sensitivity 0,04 С

Measurement Reading Time 20 s (for 10 sensors)

Number of sensors 10

Time Constant 100 s (in stirred water)

Levels 12,5; 17,0; 22,0; 27,0; 32; 37.0; 42,0; 47,0; 52,0; 57,0 m

Sensor suhu berjumlah sepuluh buah yang ditempatkan pada setiap kedalaman 5 m dengan waktu pembacaan selama 20 detik untuk 10 sensor tersebut dan memiliki akurasi sekitar 0.2 С. Kalibrasi data dilakukan pada selang suhu 0-40С, dimana akurasi sangat dipengaruhi oleh cara pembungkusan sensor agar kedap air. Data dari drifter biasanya dikirimkan setiap setengah jam atau satu

89 jam. Tabel 2, menunjukan beberapa contoh selang waktu transmisi data yang dilakukan oleh beberapa drifter yang sudah diujicobakan. Data sensor (termasuk SST dan tegangan baterai) biasanya diambil pada interval 90 detik. Rata-rata dihitung melalui pengamatan tujuh sampai sepuluh contoh secara terus menerus. Kemudian pada akhirnya data yang akan dikirimkan umumnya setiap 30-60 menit. Pada kasus tertentu transmisi data bervariasi seperti pada kasus yang membutuhkan data yang cukup detail misalnya daerah pesisir, drifter dibuat agar dapat dikonfigurasi ulang untuk mengatur selang waktu pengiriman.

Tabel 2. Beberapa contoh selang waktu transmisi drifter yang sudah ada

No Nama Program Selang Waktu Pencatatan (menit)

1 MONTED'ORO 2010 buoys 30

2 LATEX buoys 60

3 PELMED/SARDONE 2008 buoys 30

4 PELMED/SARDONE 2007 buoys 60

5 ECOLO4 buoys 60

6 ECOLO2005 60

7 EDILOIRE 2005 60

8 Juvaga 2005 60

Sumber: http://www.coriolis.eu.org/Data-Services-Products/View-Download/Surface-Drifter-data/

2.3. Penggembangan Drifter untuk Pesisir

Menurut Ohlman, (2007), drifter yang digunakan untuk laut pesisir harus memiliki dimensi kecil sehingga mampu mengukur pergerakan arus kecil, dan harus ekonomis sehingga dapat digunakan dalam jumlah besar. Selain itu, harus memiliki resolusi spasial yang baik, dengan sampling posisi hampir real-time sehingga dapat dipantau dan dikonfigurasi kembali, memiliki daya rendah sehingga dapat dioperasikan dalam waktu yang lama. Ohlman kemudian menggunakan sebuah parasut disebut corner-radar-reflector-type (Gambar. 4a), Parasut ini dibuat menggunakan tiga bidang kain nilon seluas 85 cm2 yang dibingkai dengan kayu. Pusat frame adalah batang baja galvanis yang berfungsi sebagai pemberat. Pelampung permukaan terbuat dari plastik ABS berdiameter 20 cm dengan sistem telemetri menggunakan GSM. CODE juga mengembangkan sebuah drifter yang dikhusukan diterapkan untuk laut pesisir yang disebut Davis

90 Drifter (Gambar 4b). Davis Drifter memiliki 3 komponen utama yaitu badan utama yang terbuat dari PVC sepanjang 3 m dengan diameter 10 inci, pada bagian inilah perangkat elektronika ditempatkan. Pelampung berjumlah 4 buah yang ditempatkan pada setiap sudut, bagian kedua yaitu layar yang berfungsi untuk menangkap aliran arus, dan terakhir yaitu paket elektronika dengan sistem transmisi menggunakan transmisi ARGOS.

(a) (b)

Gambar 4. (a) Drifter Pesisir Ohlman (2007) ,(b) Drifter Davis milik CODE AOML juga telah mengembangkan drifter untuk perairan dangkal yang diterapkan di teluk Florida. Dasar pemikiranya adalah dibutuhkan perangkat yang mampu beroperasi di kedalaman air satu meter atau kurang hingga jangka waktu dua minggu. Ukuran kecil adalah faktor baik dalam meminimalkan pengaruh angin permukaan. Drifter juga kemudian dilengkapi dengan GPS untuk penentuan posisi yang akurat dan pengiriman data menggunakan pemancar ARGOS. Pelampung terbuat dari bahan Lexan dengan tebal 0.125 inci, bagian atas sedikit berkubah dan bagian bawah sirip dibentuk dalam upaya untuk menampung pergerakan air. Sayangnya, pada saat uji coba terdapat beberapa masalah yaitu pertama sirip yang digunakan terbukti tidak cukup untuk menjaga pengaruh angin seminimal mungkin, sehingga kemudian ditambahkan parasut dan di dapatkan hasil yang cukup baik. (lihat Gambar 5). Parasut ini dibuat saling menyilang, lembaran PVC yang fleksibel dengan panjang 0.75 meter.

91 Gambar 5. Drifter Buoy produksi AOML

Sumber:http://www.aoml.noaa.gov/phod/instrument_development/

2.4. Drag Area Ratio untuk menentukan baik buruknya desain drifter

Gerak drifter berbeda dengan gerak masa air, dimana gerak tersebut sangat ditentukan oleh kemampuan drifter menangkap aliran masa air. Penentuan kemampuan drifter mengikuti masa air ini dapat dihitung menggunakan drag area ratio yaitu perbandingan antara luas permukaan drogue dengan jumlah luas permukaan lain seperti luas bola permukaan dan lainnya. Drag area ratio (R) ini kemudian didefinisikan oleh Niiler et al (1995) yaitu:

_∑ ... (1)

Dimana C adalah nilai drag coefficient dan A adalah proyeksi dari luas area. Koefisien s dan d adalah merupakan sub-index dari setiap komponen yang dihitung dan ikut mempengaruhi pergerakan drifter. Drag coefficient adalah kuantitas berdimensi yang digunakan untuk mengukur hambatan atau perlawanan dari objek di lingkungan fluida seperti udara atau air. Secara sederhana kemudian nilai dari koefisien tersebut dibuat dalam grafik Gambar 6, dimana bentuk silinder memiliki nilai koefisien yang lebih besar dibandingkan dengan bentuk bola dan lainya. Semakin besar nilai koefisien tersebut berarti semakin besar hambatan dari sebuah objek terhadap aliran air.

Menurut Sybrandy et al (2009), yang ditulis pada manual penggunaan drifter SVP yaitu perbandingan antara daya tangkap dari parasut (drogue) terhadap pergerakan masa air dengan luas bola buoy permukaan dan lainnya sehingga

92 pergerakan drifter mampu mewakili pergerakan masa air dengan ketelitian dibawah 1 cm/s terhadap pergerakan masa air sesungguhnya dimana drifter harus memiliki nilai drag area ratio lebih besar dari 40. Kemudian secara sederhana pada aplikasi drifter perumusan tersebut kemudian ditulis dalam bentuk (Niiler, 1995) berikut:

...(2) dimana,

...(3)

93 Nilai R ini kemudian dapat digunakan untuk menghitung nilai slip velocity dari drifter dan masa air, dimana pengaruh angin dan gradien vertikal dari arus juga dimasukan, yang ditulis menjadi:

_...(4)

Dimana adalah slip velocity, adalah kecepatan angin dan adalah gradien vertikal dari arus. Dari persamaan (4) terlihat bahwa semakin tinggi nilai R maka semakin kecil slip velocity yang dihasilkan. Menurut Niiler dan Paduan (1995) desain SVP memiliki slip velocity 0.7 cm/s pada saat kecepatan angin 10 cm/s tetapi jika kehilangan drogue maka slip velocity menjadi 8.9 cm/s pada kecepatan angin tersebut. Tabel 3. merupakan contoh perhitungan drag area ratio (Sybandry et al, 2009)

Tabel 3. Perhitungan drag area ratio (contoh)

Component

Frontal Area

Drag Coeficient

Drag Area

Drag Area Ratio

Surface Sphere 731 0.47 343 40.8

Pipe and cap below surface sphere 45 1.4 63

Urethane Below Surface Sphere 40 1.4 56

Tether 400 1.4 560

Pipe and cap above radial hub 45 1 45

Urethane Above Drogue 40 1 40

Drogue 29768 1 41675

Drag Coeficients:

Sphere 0.47

Holeysock type drogue 1.4

Other elements except Urethane and pipe on top of radial hub 1.4

Urethane and pipe on top of radial hub 1

Sumber : http://gisweb.wh.whoi.edu/ioos/drift/svpb_design_manual.pdf

2.5. Transmisi dan Format Data Drifter

Arsitektur sistem transmisi dan pengolahan data drifter yang dimiliki DAC cukup kompleks. Data yang dikirimkan dari drifter dikirimkan melalui satelit, kemudian oleh satelit dikirimkan ke stasiun penerima ARGOS. Data tersebut

94 kemudian diteruskan oleh ARGOS ke DAC (AOML) untuk kemudian dilakukan proses pengolahan dan kontrol kualitas data (Gambar 7). Ada beberapa tahapan yang dilakukan untuk melakukan kontrol kualitas data yang dilakukan oleh AOML (Pazos, M. 2003 ) yaitu:

1) Decode data.

Mengkonversi data yang sekarang diterima ke data yang telah ditentukan sesuai dengan metode konversi yang sudah ditentukan yaitu berdasarkan data ID dari buoy yang diterima. Format data ARGOS dalam bentuk binari kemudian di-decode menjadi angka dan nilai yang dimaksud.

2) Indentifikasi buoy baru dan memasukannya ke direktori file.

Menentukan waktu penyebaran dan posisi transmisi dari data yang baik dan diterima pertama kali pada proses pengiriman. Hal ini dilakukan jika ID buoy belum terdeteksi atau merupakan ID baru.

3) Mencari buoy yang mati (tidak mengirimkan data lagi), melihat posisi terakhir dan kenapa buoy tersebut mati.

Menjalankan program yang mampu mengidentifikasi transmisi buoy dari lokasi yang sama atau buoy yang tidak memiliki data baru setelah update terakhir, kemudian memasukan nomor ID buoy tersebut ke direktori file.

4) Melakukan pengecekan sensor SST, waktu terakhir sensor tersebut mengirimkan data yang baik, dan kenapa sensor tersebut gagal.

Setiap data SST yang diterima kemudian dibandingkan dengan

Climatology Reynold’s untuk menentukan gagal tidaknya sensor suhu. Waktu terakhir dari buoy tersebut mengirimkan data SST yang baik kemudian dimasukan ke dalam direktori file.

5) Mengedit posisi dan SST.

Menjalankan perangkat lunak yang mampu mendeteksi posisi yang tidak tepat berdasarkan kecepatan dan beberapa lokasi terakhir yang diberikan, kemudian posisi yang tidak tepat akan dihapus. Pada saat yang sama perangkat lunak memeriksan nilai SST. Nilai SST yang menyimpang akan dibuang berdasarkan kriteria perubahan suhu relatif terhadap suhu baru yang diberikan buoy. Setiap kesalahan posisi dan SST kemudian dicatat.

95 6) Deteksi lepasnya drogue.

Mendeteksi hilang tidaknya atau lepasnya drogue, bila drogue lepas kemudian waktu dan ID buoy tersebut dicatat.

7) Melakukan interpolasi data per-6 jam menggunakan metode krigging. Setiap data buoy yang aktif dan diterima kemudian diinterpolasi setiap 6 jam berdasarkan referensi Hansen and Poulain (1996).

8) Memasukan data ke basisdata

Data yang telah diolah berdasarkan langkah di atas kemudian dimasukan ke http://www.aoml.noaa.gov/PHOD/DAC/DACDATA.HTML .

Gambar 7. Alur Data Drifter DAC (AOML) Sumber: http://www.aoml.noaa.gov/

Ada 3 bagian utama dari sistem transmisi data drifter yaitu, drifter itu sendiri, stasiun penerima dan bagian prosesing data. Pada beberapa perancangan drifter sistem transmisi, khususnya untuk aplikasi drifter di perairan pantai sistem transmisi memanfaatkan jaringan GSM, seperti yang dilakukan Ohlman (2005). Sensor drifter mengukur data seperti suhu permukaan laut, rata-rata data biasanya diukur setiap 90 detik, dan mengirimkan data perataan setiap selang waktu tertentu dari sensor dengan frekuensi radio 401,65 MHz. Setiap pemancar drifter diberikan kode Platform Terminal Transmitter (PTT) kemudian sering disebut

96 sebagai ID drifter. Sistem penentuan posisi drifter ARGOS bukanlah diberikan GPS. melainkan dihitung berdasarkan pergeseran transmisi Doppler dari waktu sinyal yang dikirimkan drifter seperti yang dijelaskan dalam Manual Pengguna ARGOS. Motyzhev (2007), ada tiga pembagian lokasi yaitu kelas satu (error antara 350-1000 meter), kelas dua (error antara 150-350 meter) dan kelas tiga (error kurang dari 150 meter), sedangkan ORBCOMM dan IRRIDIUM menggunakan GSP untuk penentuan posisi. Jenis komunikasi ARGOS menggunakan komunikasi satu arah artinya tidak ada pengontrolan oleh stasiun darat terhadap drifter, sedangkan pada ORBCOMM dan IRIDIUM mengimplementasikan komunikasi dua arah (Tabel 4).

Tabel 4. Perbandingan sistem drifter dari IRIDIUM, ARGOS dan ORBOCOMM

Perbandinagan ARGOS ORBCOMM IRIDIUM

Communication Method

one way

(transmission)

only two way two way

Coverage

Global (number of messages per day depend on latitude)

between +60 and -60

deg latitude Global Remote System

control (change message rate and

message type) no yes yes

Max. Number of bytes in message

32 bytes (20 bit ID) 31 bytes (28

bit ID) 512 bytes 100 Kbytes Position

by sattellite (± 300

m) by GPS (± 10 m) by GPS (± 10 m)

Position drift alarm

As option by Argis or using W@ves21 or seasaw software

As option by Argis or using W@ves21 or seasaw software

As option by Argis or using W@ves21 or seasaw software

Transmiter ID

to be obtained from CLS to setup buoy system

to be specified as part of provisioning by an orbcomm service provider

phonenymber of the iridium subscription Typical Power

consumption

ca 70 mW ca 40 mW

ca 100 mW ca 200

mW ca 74 mW

Combintaion with

local HF transmitter yes yes yes Disable option

and/or activity yes yes yes

97 Penggunaan komunikasi GSM untuk transmisi data real-time kelautan mulai dilakukan, hal ini dikarenakan biaya yang dikeluarkan untuk komunikasi ini lebih murah jika dibandingkan transmisi data menggunakan satelit. Kelemahan transmisi data menggunakan jaringan ini yaitu sangat bergantung dengan coverage area dari operator GSM di tempat dilakukan pengukuran. Data real-time seperti buoy yang ditempatkan di pesisir sudah cukup banyak yang mengadopsi jaringan ini seperti terlihat di Tabel 5.

Tabel 5. Perbandingan teknologi buoy untuk ocean monitoring.

Buoy (Program Name) Documentation Enabling Technologies Body Hull

Sensor & Parameters

Power

supply Telemetry

ESROB &

NMB This study

2.4 m diameter discus Met. Physical, Biogeochemi cal solar panel Cellular CDMA, two-way

MAREL buoy

Blain, et al (2004) discus

4 m

diameter Physio-chemical solar panel Cellular GSM, two-way

Smart Buoy

Milis, et al. (2002)

Met. Physio-biogeochemi

cal

satellite, one-way

OASIS moorings

Chavez, et al. (1997)

~2 m diameter donat

Met. Physio-biogeochemi cal

solar panel

Cellular, two way

(COMPS) USF

Weisberg, et al. (2002)

met.,

physical

GOES satellite, one-way

TABS/SE MB

Guinasso, et al. (2001)

0.79 m diameter met., physical solar panel Satellite/Celu llar, two way (NDBC) Moored Buoy http://seaboard. ndbc.noaa.gov Various (12 m) met., physical solar panel ARGOS satellite, one way

Coastal Buoy

SYSTEA

Brochure

Met. Physio-biogeochemi cal

solar panel

GSM, two way

CMBS

METOCEAN

Brochure Flexible

Flexible, one ir two way ATLAS

(TAO/TRI TON)

Miliburn, et al. (1996)

2.3 m

diamter Met., T/S

Battery pack

ARGOS satellite, one way

Sumber : http://plaza.snu.ac.kr/~gkim/lecture/paper/37.pdf

Pengiriman data drifter menggunakan format data tertentu dengan tujuan untuk menghemat biaya transmisi dan kemudahan penerimaan dan pengolahan

98 data yang dilakukan. Format data sangat ditentukan oleh kompleksitas perangkat keras terutama jenis dan jumlah sensor serta model komunikasi serta kebutuhan dan kendali sistem. Contoh, ARGOS memiliki panjang format data 56 bit, seperti Tabel 6. Selain data sensor dikirimkan juga tegangan baterai untuk mengetahui kondisi drifter, age untuk waktu dan tanggal data, rank untuk pengenal baris serta checksum untuk memastikan data terkirim sempurna atau tidak.

Tabel 6. Format data ARGOS

Item Bits No. Bits Loc. Min Max Res Formula

CheckSum 8 0-7 0 255 - Lower 8 bits

Rank Standard Warning

4 8-11 0

0

0 3

- Rank=0, always Rank=4 (0,1, 2, 3)

AgeB 6 12-17 0 63 - Age (minutes)

Air Pressure Standard Warning

11 18-28 850.0 930.0

1054.7 1032.35

0.1 0.05

BP(hPa) = 0.1n + 850 BP(hPa) = 0.05n +

930

SST 9 29-37 -5.0 35.88 0.08 SST(C) = 0.08n – 5 Air Pressure

Tenden.

Standard Warning

9 38-46 -25.5 -12.75 25.6 12.8 0.1 0.05

APT(hPa) = 0.1n – 25.5 APT(hPa) = 0.05n –

12.75 Submergence 6 47-52 0 100 - Percent = 100n/63

Battery Volt. 3 53-55 7 14 - BV = n + 7

Total 56

Sumber: http://www.argos-system.org/?nocache=0.7871551238931715

2.6. Penentuan Posisi menggunakan GPS

. GPS dapat dikatakan sebagai sistem radio navigasi dan penentuan posisinya menggunakan satelit. Konsep dasar penentuan posisi dengan GPS adalah dengan melakukan pengamatan terhadap beberapa satelit secara simultan, dan tidak hanya satu satelit saja, seperti halnya menentukan posisi pada bidang datar yaitu membaring beberapa benda acuan/objek baringan, (Abidin et al, 1995). Sistem GPS mulai direncanakan sejak tahun 1973 oleh angkatan udara Amerika Serikat

99 (Easton, 1980), dan pengembangannya sampai sekarang ini ditangani oleh Departemen Pertahanan Amerika Serikat, dibawah lembaga yang dinamakan NAVSTAR (Navigation Satellite Timing and Rangin Global Positioning System), dan sistem yang dimiliki oleh Rusia dengan nama GLONASS singkatan dari Global Navigation Satellite System. Sistem yang dapat digunakan oleh banyak orang sekaligus dalam segala cuaca didesain untuk memberikan posisi dan kecepatan dalam tiga dimensi dan juga informasi mengenai waktu secara kontinu diseluruh dunia. Sinyal GPS mengandung tiga informasi yaitu kode pseudorandom, data ephemeris dan data almanak. Sinyal transmisi dari satelit GPS merupakan sinyal identifikasi satelit saat sedang mengirim informasi terhadap GPS Penerima. Selanjutnya GPS penerima menghitung timing waktu rambatan gelombang dari satelite NAVSTAR dengan menghitung selisih timing pulsa antara pseudo random code dari GPS Penerima. Lebar frekuensi (bandwidth) yang dibutuhkan untuk mentransmisikan pseudo random code sekitar 1 MHz, sehingga transmisi sinyal GPS ditransmisikan pada gelombang 20 cm atau sekitar 1.2 -1.5 GHZ.

GPS yang digunakan pada drifter selama ini umumnya menggunakan GPS yang diproduksi oleh pemberi layanan komunikasi transfer data satelit seperti ARGOS, ORBCOMM. GPS ini langsung terintegrasi dengan sistem transmisi perusahaan tersebut, dan memang didesain khusus untuk penentuan posisi aplikasi sistem tracking. Adapun perbandingan spesifikasi instrumen tracking yang diproduksi oleh ARGOS, ORBCOMM dan IRIDIUM terlihat pada Tabel 3. dengan kesalahan rata-rata sekitar 10 m. Saat ini perangkat GPS diproduksi untuk memenuhi kebutuhan lebih umum dan perancangan instrumen tepat guna. Sinyal GPS yang terbuka untuk umum memungkinkan siapapun dapat membuat penerimanya, dan dengan perkembangan kebutuhan akan penentuan posisi mengakibatkan semakin banyak produsen pembuat chipset GPS ini yang menyebabkan harganya semakin terjangkau.

100 Chipset GPS diproduksi secara massal dengan maksud memberikan kemudahan bagi pengembang instrument dalam berbagai bidang aplikasi yang membutuhkan penentuan posisi. Dengan alasan untuk kompatibilitas berbagai chipset dengan produsen berbeda membuat sebuah standar kalimat yang dikeluarkan oleh sebuah chipset GPS. Sampai saat ini standar kalimat tersebut biasa disebut standar NMEA 0183. Standar NMEA memiliki banyak jenis bentuk kalimat laporan, yang diantaranya berisi data koordinat lintang (latitude), bujur (longitude), ketinggian (altitude), waktu sekarang standar UTC (UTC time), dan kecepatan (speed over ground). Umumnya NMEA-0183 menggunakan komunikasi RS232 sebagai jalur komunikasi dengan perangkat luar seperti komputer atau mikrokontroler dengan beberapa kecepatan (baud rate) yang biasanya dapat diatur. Beberapa jenis kalimat NMEA-0183 yang umum digunakan dapat dilihat pada Tabel 7.

Tabel 7. Jenis kalimat NMEA yang umum digunakan

Kalimat Deskripsi

$GPGGA Meminta fixed data dari GPS

$GPGLL Meminta Posisi Latitude dan Longitude $GPGSA GNSS DOP and active satellites

$GPGSV GNSS satellites yang tertangkap

$GPRMC Recommended minimum specific GNSS data

Jumlah kalimat NMEA yang didukung oleh sebuah GPS penerima bervariasi, tergantung produsen dan tujuan dari GPS. Chipset GPS penerima umumnya mendukung kelima kalimat NMEA pada Tabel 7. Pada beberapa perancangan tidak semua kalimat NMEA digunakan karena NMEA dirancang sesuai dengan kebutuhan umum pengguna sehingga dengan satu atau lebih kalimat NMEA sudah dapat menyelesaikan masalah yang ingin diselesaikan.

2.7. Mikrokontroler sebagai Pusat Kendali dalam Rancang Bangun Drifter

Mikrokontroler adalah suatu alat elektronika digital yang mempunyai masukan dan keluaran serta kendali dengan program yang bisa ditulis dan dihapus dengan cara khusus, dimana cara kerja mikrokontroler sebenarnya membaca dan menulis data. Mikrokontroler merupakan komputer didalam chip yang digunakan untuk mengontrol peralatan elektronik. Secara harfiahnya bisa disebut

101 "pengendali kecil" dimana sebuah sistem elektronik yang sebelumnya banyak memerlukan komponen-komponen pendukung seperti IC TTL dan CMOS dapat dikurangi dan akhirnya terpusat serta dikendalikan oleh mikrokontroler ini. Mikrokontroler adalah versi mini atau mikro dari sebuah komputer karena mikrokontroler sudah mengandung beberapa peripheral yang langsung bisa dimanfaatkan, misalnya port paralel, port serial, komparator, konversi digital ke analog (DAC), konversi analog ke digital (ADC) dan sebagainya hanya menggunakan sistem minimum yang tidak rumit atau kompleks.

Drifter awalnya menggunakan Central Processing Unit (CPU) atau mikrokontroler yang secara khusus diproduksi oleh produsen Drifter, sehingga mikrokontroler dan sistem transmisi serta penentuan posisi merupakan satu kesatuan. Gambar 8. memperlihatkan struktur elektronik dari “Smart Buoy” yang dikembangkan oleh Motyzhev (2004). Terlihat bahwa pemancar ARGOS, sensor, GPS, dan transceiver GSM bermuara pada satu Central Processing Unit melalui perantaraan komunikasi serial. CPU tersebut berfungsi mengatur semua alur kerja dari peralatan yang terhubung, mengolah data dan kemudian mengirimkan data tersebut.

102 Seiring dengan makin murahnya harga mikrokontroler dengan fasilitas tambahan yang sangat memadai misalnya sebagai perantara komunikasi serial internal. Beberapa perancang melakukan perancangan dengan menggunakan mikrokontroler komersial, misalnya Perez C. (2003), yang menggunakan RCM2300 dari Rabbit Semiconductor. Dalen et al. (2004) menggunakan MC 1460 CE2 mikrokontroler keluaran perusahaan MOTOROLA. Aplikasi tersebut pada umumnya memiliki sistem diagram yang sederhana seperti Gambar 9, dimana mikrokontroler dihubungkan dengan beberapa alat seperti GPS, RF transmitter dan sensor serta kemudian mengaturnya dalam cara kerja yang diinginkan oleh pembuat.

Gambar 9. Sistem diagram yang dibangun dari drifter wireless oleh Yu-Dong. Sumber:http://www.ece.stevens-tech.edu/

Salah satu tipe mikrokontroler yang sering dan banyak digunakan karena kecepatannya yang tinggi, harga yang relatif murah dengan fasilitas tambahan yang cukup banyak yaitu mikrokontroler seri AVR ATMEGA keluaran perusahaan ATMEL. Mikrokontroler AVR merupakan mikrokontroler keluaran perusahaan ATMEL coorporation yang memiliki arsitektur RISC 8 Bit, semua instruksi dikemas dalam kode 16-bit dan sebagian besar instruksi dieksekusi dalam satu siklus instruksi clock. AVR dikelompokkan kedalam 4 kelas, yaitu ATtiny, keluarga AT90Sxx, keluarga ATMega, dan keluarga AT86RFxx. Dari semua kelas yang membedakan satu sama lain adalah ukuran onboard memori, onboard peripheral dan fungsinya. Dari segi arsitektur dan instruksi yang digunakan semua kelas ini bisa dikatakan hampir sama.

Microcontroler, data log

GPS Receiver RF

Transmiter

103 Beberapa arsitektur dasar yang dimiliki oleh ATMega32 yaitu:

 Saluran IO sebanyak 32 buah, yaitu Port A, Port B, Port C dan Port D  ADC 10 bit sebanyak 8 Channel

 Tiga buah timer / counter  32 register

 Watchdog Timer dengan oscillator internal  Memori Flash sebesar 8 kb

 Sumber Interrupt internal dan eksternal  Port SPI (Serial Pheriperal Interface)  Komparator analog

 Port USART (Universal Synchronous Asynchronous Receiver Transmitter)

 Sistem prosesor 8 bit berbasis RISC dengan kecepatan maksimal 16 MHz.  Ukuran memory flash 8KB, SRAM sebesar 512 byte, EEPROM sebesar

512 byte.

 Mode Sleep untuk penghematan penggunaan daya listrik

Di Indonesia mikrokontroler ini cukup terkenal, banyak digunakan dan mudah didapatkan dikarenakan harga yang murah dan mudah digunakan. Fitur yang lengkap juga menjadi alasan mengapa mikrokontroler ini banyak digunakan. Fitur-fitur yang sering digunakan khusunya untuk perancangan instrument di bidang kelautan seperti ADC (Analog to Digital Converter) biasa digunakan untuk mengkonversi sinyal analog sensor. USART biasanya digunakan untuk komunikasi dengan peralatan lain seperti GPS dan Modem GSM. EEPROM biasa digunakan untuk penyimpanan data (data logger).

2.8. Modem GSM sebagai Pengirim dan Penerima data

Sebuah modem GSM adalah tipe khusus modem yang menerima kartu SIM seperti ponsel. Dari sudut pandang operator, modem GSM terlihat seperti ponsel. Sebuah modem GSM dapat menjadi perangkat modem khusus dengan peripheral serial, USB atau sambungan Bluetooth. Istilah modem GSM digunakan sebagai istilah umum untuk mengacu pada setiap modem yang

104 mendukung satu atau lebih dari protokol dalam evolusi keluarga GSM, termasuk teknologi 2.5G GPRS dan EDGE, serta 3G teknologi WCDMA,UMTS, HSDPA dan HSUPA (Mouly et al. 1992).

Saat ini banyak sekali produsen modem GSM dengan bentuk dan fasilitas produk yang berbeda. Fasilitas seperti GPS-pun kemudian dimasukan kedalam sebuah modem GPS oleh beberapa produsen modem GSM (Gambar 10), hal ini dimaksudkan karena sifat komunikasi GSM yang bisa dilakukan dimanapun dapat digabungkan dengan kemampuan pengukuran posisi GPS.

(a) (b)

Gambar 10 . Modem GSM produksi Wavecom inc (a), Modem GSM dengan GPS build-in produksi SIMCom inc (b)

Sebuah modem GSM memaparkan sebuah antarmuka yang memungkinkan aplikasi komputer atau peralatan lain untuk mengirim dan menerima pesan melalui antarmuka modem. Agar dapat melaksanakan tugas ini, modem GSM harus mendukung sebuah extended perintah AT set seperti yang didefinisikan dalam spesifikasi GSM 07.05 dan ETSI dan 3GPP TS 27,005 (Smith Clint dan Daniel Collins. 2002).

Penggunaan modem GSM untuk aplikasi kelautan mulai dilakukan karena alasan semakin murahnya harga instrumen ini dan murahnya biaya transmisi serta coverage area yang sangat luas. Para produsen instrumen kelautan terkemuka kemudian melakukan modifikasi terutama karena modem ini pada umumnya dibuat untuk aplikasi darat (rumah) agar sesuai dengan instrumen yang mereka

105 bangun dan lingkungan kelautan, seperti AANDERA sebuah perusahaan produsen instrumen kelautan terkemuka kemudian mengeluarkan produk yang berbasis modem GSM Wavecom.inc seperti terlihat pada Gambar 11. Pada gambar modem diletakkan dalam sebuah box yang terlindung rapi untuk menghindari udara lembab dan air, memiliki mounting plate sehingga mudah ditempatkan dan tidak terguncang. Modul modem tersebut digunakan untuk transmisi data dari produk instrumen yang dikeluarkan AANDERA.inc seperti drifter buoy, buoy, tide instrumen dan lainnya.

Gambar 11. GSM Communication unit 3742 berisi modem GSM produksi Wavecom.inc digunakan AANDERA.inc sebagai transmitter data produk yang dimilikinya.

Sumber: http://www.aadi.no/../GSM%20Communication%20Unit.pdf

2.8.1 Standar Pengantarmukaan Modem GSM (AT-COMMAND)

AT-Command adalah perintah yang dapat diberikan kepada ponsel atau modem GSM/CDMA untuk melakukan sesuatu, termasuk untuk mengirim dan menerima SMS. Dengan memberikan perintah ini di dalam komputer atau mikrokontroler maka perangkat kita dapat melakukan pengiriman atau penerimaan SMS secara otomatis untuk mencapai tujuan tertentu. AT-Command ini sebenarnya adalah pengembangan dari perintah yang dapat diberikan kepada

106 modem Hayes yang sudah ada. Dinamakan AT-Command karena semua perintah diawali dengan karakter A dan T. Antar perangkat ponsel dan modem GSM/CDMA bisa memiliki AT-Command yang berbeda-beda, namun biasanya mirip antara satu perangkat dengan perangkat lain. Untuk dapat mengetahui secara persis maka kita harus mendapatkan dokumen teknis dari produsen pembuat ponsel atau modem GSM/CDMA tersebut.

Beberapa perintah AT-Command yang biasanya digunakan (Tabel 8) dalam pembuatan penerima dan pengirim SMS mengikuti spesifikasi GSM 07.05 dan ETSI dan 3GPP TS 27,005.

Tabel 8. Jenis kalimat AT-COMMAND sebuah modem GSM Standar

AT Command Keterangan

AT Mengecek apakah modem telah terhubung

AT+CMGF Untuk menetapkan format mode dari terminal

AT+CSCS Untuk menetapkan jenis encoding

AT+CNMI Untuk mendeteksi pesan SMS baru masuk secara otomatis

AT+CMGL Membuka daftar SMS yang ada pada SIM Card

AT+CMGS Mengirim pesan SMS

AT+CMGR Membaca pesan SMS

AT+CMGD Menghapus pasan SMS

ATE1 Mengatur ECHO

AT+CGMI Mengecek Merk HP

AT+CGMM Mengecek Seri HP

AT+CGMR Mengecek Versi Keluaran HP

AT+CBC Mengecek Baterai

AT+CSQ Mengecek Kualitas Sinyal

Ada beberapa komunikasi yang didukung oleh AT-Command yaitu komunikasi serial RS232, IrDa, FBUS dan masih banyak yang lain tergantung pada produsen. Umumnya modem GSM menggunakan komunikasi serial RS232 dikarenakan komunikasi ini lebih umum digunakan dan didukung oleh hampir semua perangkat elektronik.

107

2.9. Sensor Suhu DALLAS DS18B20

DS18B20 adalah thermometer digital menyediakan 9-bit sampai 12-bit untuk pengukuran suhu dalam derajat Celsius dengan fungsi tambahan seperti fungsi alarm dengan nonvolatile user-programmable poin baik pemicu atas dan bawah. DS18B20 yang berkomunikasi melalui bus 1-Wire dan memerlukan satu baris data (dan ground) untuk komunikasi dengan mikroprosesor. Memiliki rentang suhu operasi -55 °C sampai 125 °C dengan keakuratan ± 0.042 °C selama rentang -10 °C hingga 85 °C. DS18B20 Masing-masing memiliki kode serial unik 64-bit, yang memungkinkan DS18B20 lebih dari satu untuk fungsi yang sama dalam bus data 1-Wire, sehingga cukup mudah digunakan dengan satu mikroprosesor untuk mengontrol banyak DS18B20 dan di distribusikan. Gambar 12. menunjukkan diagram blok DS18B20, dan deskripsi dari setiap pin. ROM 64-bit menyimpan serial kode unik perangkat. Scratchpad memory berisi data suhu 2-byte yang merupakan output digital dari sensor suhu. Selain itu, scratchpad menyediakan akses ke register 1-byte untuk alarm pemicu atas dan bawah (TH dan TL) dan 1-byte.untuk konfigurasi Register yang memungkinkan pengguna untuk mengatur resolusi konversi suhu digital 9, 10, 11, atau 12 bit. Register TH, TL, dan konfigurasi memori volatile (EEPROM), sehingga akan dapat menyimpan data bila perangkat dimatikan.

108 Gambar 12. Bentuk fisik dan peta memori sensor suhu DS18B20

Penggunaan sensor ini untuk aplikasi drifter di ujicobakan oleh Motyzhev (2010) dengan akurasi pengukuran sebesar 0.2 0C dan waktu pembacaan 20 detik untuk sepuluh buah sensor yang disimpan pada 10 strata kedalaman. Olda bondarenko et al (2007), menggunakan array sensor ini untuk aplikasi buoy, dimana sensor ini ditempatkan untuk beberapa kedalaman memanfaatkan komunikasi 1-wire yang dimiliki DS18B20.

2.10. Media Penyimpanan Data MMC/SD Card

Secure Digital Memory Card adalah kartu memori standar untuk peralatan mobile. SD Card dikembangkan kompatibel dengan Multi Media Card (MMC) sehingga peralatan SD Card juga dapat menggunakan MMC dengan beberapa persyaratan. Kemudian, berkembang variasi dari versi ukuran, seperti RS-MMC, miniSD dan microSD, dengan fungsi yang sama. MMC /SDC memiliki mikrokontroler di dalamnya, kontrol memori flash (delete, read, write dan error control). Data ditransfer antara kartu memori dan kontroler sebagai blok data dalam unit 512 byte. Kartu MMC/SD lebih terbuka dari beberapa format lain (XD, Memory Stick) tetapi kurang terbuka dari Compact flash dan USB flash

109 drive. Dari format serial interface, MMC/SD adalah yang paling mudah untuk ditanamkan. Format SD card dilindungi oleh hak paten, lisensi, dan spesifikasi yang tidak dipublikasikan secara terbuka. Namun, semua memori SD dan kartu SDIO yang diperlukan mendukung komunikasi SPI (Serial Programming Interface) yaitu interface 4 jalur yang sedikit lebih lambat (clock, serial, serial out, chip select) dan kompatibel dengan port SPI pada banyak mikrokontroler.

2.11. Biaya Implementasi dan Biaya Rancang bangun Drifter

Implementasi drifter dibagi menjadi beberapa bagian biaya yaitu harga alat drifter itu sendiri, biaya transmisi data dan biaya server ground segment. Drifter SVP berharga $1500 dengan biaya transmisi $15 per-hari transmisi (Sybandri, 2009). Drifter Davis seharga $1200, dengan transmisi menggunakan satelit ORBOCOM yaitu $30 untuk biaya aktivasi dan $2.35 biaya per-bulan.

Implementasi menggunakan transmisi GSM lebih murah dibandingkan dengan transmisi via satelit seperti satelit ARGOS, ORBCOMM dan IRRIDIUM yaitu mendekati $0.5 perhari (Ohlmann, 2005). Pada perancangan sendiri biaya implementasi mendekati $1000 seperti yang dilakukan Yu-dong (2007), drifter yang dirancang menggunakan gelombang RF sendiri sehingga tidak memiliki biaya transmisi (Tabel 9)

Tabel 9. Biaya pembuatan drifter Wireless Yu-dong (2007)

Biaya ground segment sangat bergantung pada kompleksitas proses pengolahan terutama pengolahan otomatis dari data yang diterima. Biaya perangkat keras dan perangkat lunak akan sangat besar seperti implementasi skala besar yang dilakukan pada drifter SVP. Namun untuk aplikasi sederhana biaya ini

110 hanya cukup menggunakan sebuah komputer dan alat penerima data, seperti modem GSM pada aplikasi yang menggunakan transmisi GSM, atau penerima RF untuk aplikasi yang menggunakan transmisi radio frequency (RF).

2.12. Keadaan Umum di Perairan Teluk Pelabuhan Ratu

Teluk Pelabuhan Ratu merupakan teluk terbesar di pantai selatan Jawa yang berhadapan langsung dengan Samudera Hindia. Perairan Teluk Pelabuhan Ratu merupakan tempat bermuaranya 4 sungai yakni sungai Cimandiri, sungai Cibareno, Sungai Ciletuh dan sungai Cikanteh. Dasar perairan ini cukup curam dimana di sepanjang pantai teluk, kedalaman relatif dangkal dan semakin dalam pada bagian tengah sampai ke arah mulut teluk (Gambar 13). Kedalaman perairan pada bagian dangkal mencapai 100 meter dan berjarak 2 sampai 3 km dari pantai kearah tengah teluk. Perairan pada bagian tengah teluk mencapai kedalaman 300 meter yang terus semakin dalam ke arah mulut teluk yang mencapai kedalaman 1500 meter.

Gambar 13. Peta Bathymetry teluk Pelabuhan Ratu (Diolah dari : http://topex.ucsd.edu/cgi-bin/get_srtm30.cgi)

Arus Teluk Pelabuhan Ratu

Arus adalah gerakan horizontal atau verikal dari suatu massa air sehingga massa air menuju kestabilan. Ada dua gaya yang bekerja terhadap air laut

Longitude L a ti tu d e

106.4 106.45 106.5 106.55 -7.06 -7.04 -7.02 -7 -6.98 -6.96 -350 -300 -250 -200 -150 -100 -50 0

197

Lampiran 6. Data per-10 menit hari kedua (30 Agustus 2010)

Jam menit X Y Jarak sudut rad) kec cm/s) u v 7 0 665025.6 9220715 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 7 10 664886.5 9220563 206.59 -2.31 34.43 -19.41 -28.44 7 20 664724.6 9220376 247.56 -2.28 41.26 -20.37 -35.88 7 30 664588.6 9220221 206.36 -2.29 34.39 -17.59 -29.55 7 40 664426.8 9220034 247.53 -2.28 41.26 -20.31 -35.91 7 50 664281.3 9219886 207.49 -2.35 34.58 -22.80 -26.00 8 0 664086.3 9219671 290.52 -2.31 48.42 -26.85 -40.29 8 10 663938 9219527 206.83 -2.37 34.47 -24.51 -24.24 8 20 663754.9 9219361 247.39 -2.41 41.23 -32.40 -25.50 8 30 663607.1 9219218 206.26 -2.37 34.38 -24.30 -24.32 8 40 663462.5 9219070 206.60 -2.35 34.43 -22.54 -26.03 8 50 663328.9 9218915 205.33 -2.28 34.22 -16.57 -29.94 9 0 663229.4 9218785 163.98 -2.22 27.33 -8.79 -25.88 9 10 663114.7 9218615 204.78 -2.17 34.13 -4.89 -33.78 9 20 662994.7 9218447 206.49 -2.19 34.41 -7.69 -33.54 9 30 662898.7 9218313 164.82 -2.19 27.47 -6.25 -26.75 9 40 662789.7 9218192 163.28 -2.30 27.21 -14.81 -22.83 9 50 662676.6 9218074 163.78 -2.33 27.30 -16.98 -21.38 10 0 662589.1 9217988 122.82 -2.37 20.47 -14.27 -14.68 10 10 662517.9 9217889 122.07 -2.20 20.34 -4.80 -19.77 10 20 662439.5 9217745 163.89 -2.07 27.32 4.26 -26.98 10 30 662336 9217619 163.86 -2.26 27.31 -11.50 -24.77 10 40 662230.7 9217494 163.77 -2.27 27.29 -12.38 -24.32 10 50 662110.7 9217382 164.55 -2.39 27.43 -20.67 -18.03 11 0 661973.9 9217229 205.41 -2.30 34.24 -18.35 -28.90 11 10 661832.6 9217080 205.38 -2.33 34.23 -21.03 -27.01 11 20 661734.2 9216948 164.63 -2.21 27.44 -7.83 -26.30 11 30 661639.6 9216816 163.17 -2.19 27.19 -5.98 -26.53 11 40 661569.3 9216715 323.63 -2.18 53.94 -10.11 -52.98 11 50 661488.9 9216573 163.41 -2.09 27.23 2.91 -27.08 12 0 661432.1 9216465 121.93 -2.06 20.32 4.04 -19.92 12 10 661366.6 9216362 82.56 -2.14 13.76 -0.79 -13.74 12 20 661324.2 9216294 80.63 -2.13 13.44 -0.24 -13.44 12 30 661281.7 9216181 120.58 -1.93 20.10 11.19 -16.69 12 40 661260.1 9216103 81.37 -1.84 13.56 10.44 -8.66 12 50 661221.9 9216032 80.67 -2.06 13.44 2.35 -13.24 13 0 661211.9 9215993 40.33 -1.82 6.72 5.40 -4.01 13 10 661166.4 9215928 79.67 -2.18 13.28 -2.53 -13.04 13 20 661136.1 9215902 39.53 -2.44 6.59 -5.62 -3.44 13 30 661120.9 9215865 40.18 -1.96 6.70 3.24 -5.86

198

13 40 661106.4 9215828 40.27 -1.94 6.71 3.61 -5.66

199

Lampiran 7. Script MATLAB untuk merubah ke dalam format KML.

function pwr_kml(name,latlon)

%makes a kml file for use in google earth

%input: name of track, one matrix containing latitude and

longitude

%usage: pwr_kml('track5',latlon)

header=['<kml

xmlns="http://earth.google.com/kml/2.0"><Placemark><descript

ion>"'

name

'"</description><LineString><tessellate>1</tessellate><coord

inates>'];

footer='</coordinates></LineString></Placemark></kml>';

fid = fopen([name '.kml'], 'wt');

d=flipud(rot90(fliplr(latlon)));

fprintf(fid, '%s \n',header);

fprintf(fid, '%.6f, %.6f, 0.0 \n', d);

fprintf(fid, '%s', footer);

200

Lampiran 8. Script MATLAB untuk pengolahan data ke kecepatan dan arah arus

%format data input--- %----latitude,longitude (UTM) , Jarak

%--- %scrip ini menghasilkan Gambar Stickplot dan Pasut

% Komponen U, V, kecepatan dan Arah load datautm;

clc

lat=manual210(:,1); lon=manual210(:,2); jarak=manual210(:,3); kec=jarak/6 ;

r=zeros();arahb=zeros(); for l=2:length(lat)

arahb(l)=atan2(((lon(l)-lon(l-1))),(lat(l)-lat(l-1))); arahw(l)=atand(((lon(l)-lon(l-1)))/(lat(l)-lat(l-1))); end

kec=kec';

[u,v]=pol2cart(arahb,kec); t=1:length(lat);

subplot(2,1,1)

axis([-10 60 -20 20]) [h] = stickplot(t,u,v,0);

grid on

subplot(2,1,2) axis([0 19 0 200])

plot(pasut(1:12,1),pasut(1:12,2));grid on figure

quiver(lat',lon',u,v); grid on

201

Lampiran 9. Grafik Pasang Surut selama uji coba lapang (dermaga Pelabuhan

Ratu )

6 9 12 15 18 21 24 3 6 9 12 15 18 21 24 3 6 9 12 15 18

60 80 100 120 140 160 180 200 220 240

Jam Lokal

T

in

g

g

i

P

a

s

u

t

(C

m

)

204

Lampiran 12.

Overview

sensor suhu DS18B20.

Description Data Sheet

The DS18B20 digital thermometer provides 9-bit to 12-bit Celsius temperature measurements and has an alarm function with nonvolatile user-programmable upper and lower trigger points. The DS18B20 communicates over a 1-Wire® bus that by definition requires only one data line (and ground) for communication with a central microprocessor. It has an operating temperature range of -55°C to +125°C and is accurate to ±0.5°C over the range of -10°C to +85°C. In addition, the DS18B20 can derive power directly from the data line ("parasite power"), eliminating the need for an external power supply.

Each DS18B20 has a unique 64-bit serial code, which allows multiple DS18B20s to function on the same 1-Wire bus. Thus, it is simple to use one microprocessor to control many DS18B20s distributed over a large area. Applications that can benefit from this feature include HVAC environmental controls, temperature monitoring systems inside buildings, equipment, or machinery, and process monitoring and control systems.

Key Features Applications/Uses

 Unique 1-Wire Interface Requires Only One Port

Pin for Communication

 Each Device has a Unique 64-Bit Serial Code

Stored in an On-Board ROM

 Multidrop Capability Simplifies Distributed

Temperature-Sensing Applications

 Requires No External Components

 Can Be Powered from Data Line; Power Supply

Range is 3.0V to 5.5V

 Measures Temperatures from -55°C to +125°C

(-67°F to +257°F)

 ±0.5°C Accuracy from -10°C to +85°C

 Thermometer Resolution is User Selectable from

9 to 12 Bits

 Converts Temperature to 12-Bit Digital Word in

750ms (Max)

 User-Definable Nonvolatile (NV) Alarm Settings

 Alarm Search Command Identifies and Addresses

Devices Whose Temperature is Outside Programmed Limits (Temperature Alarm Condition)

 Available in 8-Pin SO (150 mils), 8-Pin µSOP,

and 3-Pin TO-92 Packages

 Software Compatible with the DS1822

 Applications Include Thermostatic Controls,

Industrial Systems, Consumer Products, Thermometers, or Any Thermally Sensitive System

 Agricultural Equipment

 Audio Equipment

 Automotive

 Climate Control

 GPS Devices

 Hard Disk Drive

 Medical Equipment

 Set-Top Boxes