Pembuatan Automatic Rain Recorder untuk Pengukuran Curah Hujan Menggunakan Microcontroller ATmega8
PEMBUATAN AUTOMATIC RAIN RECORDER UNTUK
PENGUKURAN CURAH HUJAN MENGGUNAKAN
MICROCONTROLLER ATmega8
PRASEPVIANTO ESTU BROTO
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2011
ABSTRAK
PRASEPVIANTO ESTU BROTO. Pembuatan Automatic Rain Recorder untuk
Pengukuran Curah Hujan Menggunakan Microcontroller ATmega8. Dibimbing oleh
ARDIAN ARIF SETIAWAN dan JAJANG JUANSAH.
Penelitian ini dilakukan untuk merancang prototype penakar hujan otomatis
atau yang lebih dikenal dengan sebutan automatic rain recorder (ARR) dengan akurasi
yang diperoleh dari hasil pengujian adalah 88,3%. ARR terdiri dari Microcontroller
ATmega8 sebagai CPU (central processing unit) serta akuisisi data. Pewaktuan lokal
menggunakan RTC (real time clock) serial dengan dilengkapi baterai litium sebagai
backup catu daya. Media penyimpan data menggunakan memori AT24C256 dengan
kapasitas hingga 32 Kbyte. Komunikasi dengan komputer menggunakan jalur serial
RS232 untuk mengatur waktu RTC dan mengunduh data dari memori . Sensor sebagai
penakar curah hujan menggunakan jenis tipping bucket dengan resolusi alat sebesar 0.2
mm. Air hujan yang masuk ke dalam penampung pada tipping bucket menghidupkan read
switch dan memberikan logika high pada Microcontroller.
Kata kunci : automatic rain recorder, microcontroller, hujan, tipping bucket.
PERNYATAAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi yang berjudul Pembuatan Automatic
Rain Recorde untuk Pengukuran Curah Hujan Menggunakan Microcontroller
ATmega8 adalah benar-benar hasil karya saya sendiri di bawah bimbingan Ardian Arif
Setiawan, S.Si. M.Si. dan Jajang Juansah, S.Si. M.Si. dan belum pernah dipublikasikan
sebagai karya ilmiah pada perguruan tinggi atau lembaga manapun. Sumber informasi
yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari
penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian
akhir skripsi ini.
Bogor, Agustus 2011
Prasepvianto Estu Broto
Judul
Nama
NRP
: Pembuatan Automatic Rain Recorder untuk Pengukuran Curah Hujan
Menggunakan Microcontroller ATmega8.
: Prasepvianto Estu Broto
: G74063206
Menyetujui :
Pembimbing I
Pembimbing II
Ardian Arif Setiawan, S.Si. M.Si.
Jajang Juansah, S.Si. M.Si.
NIP.19720311 200604 1011
NIP.197711020 200501 1002
Mengetahui :
Ketua Departemen Fisika
FMIPA IPB
Dr. Ir. Irzaman, M.Si
NIP. 19630708 199512 1001
Tanggal Lulus :
PEMBUATAN AUTOMATIC RAIN RECORDER UNTUK
PENGUKURAN CURAH HUJAN MENGGUNAKAN
MICROCONTROLLER ATmega8
Skripsi
Sebagai Salah Satu Syarat untuk Memperoleh Gelar Sarjana Sains
pada Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Institut Pertanian Bogor
Oleh :
Prasepvianto Estu Broto
G74063206
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2011
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Wonogiri, Jawa Tengah pada tanggal 21 September 1988
dari pasangan Bapak Suratmo dan Ibu Darti Ryani. Penulis merupakan putra pertama dari
tiga bersaudara. Penulis menyelesaikan masa studi di SD N 6 Wonogiri selama 6 tahun
kemudian melanjutkan ke SMP N 1 Wonogiri selama tiga tahun dan melanjutkan
pendidikan ke jenjang menengah atas di SMA N 1 Wonogiri sampai dengan tahun 2006
dan pada tahun yang sama penulis melanjutkan pendidikan sarjana strata satu di
Departemen Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam (FMIPA) Institut
Pertanian Bogor (IPB) melalui jalur USMI. Selama mengikuti perkuliahan, penulis aktif
dalam organisasi kemahasiswaan sebagai Staff Departemen Instrumentasi dan Teknologi
(INSTEK) HIMAFI 2008-2009. Penulis pernah mewakili IPB dan memperoleh juara II
dalam Lomba Inovasi Teknologi BMKG tingkat nasional tentang pembuatan prototype
penakar hujan berbasis microcontroller.
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah Swt karena atas segala rahmat,
hidayah dan karunia-Nya, penulis dapat menyelesaikan skripsi dengan judul ”Pembuatan
Automatic Rain Recorder untuk Pengukuran Curah Hujan Menggunakan Microcontroller
ATmega8” . Skripsi ini sebagai salah satu syarat kelulusan program sarjana di
Departemen Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian
Bogor.
Penulis mengucapkan terima kasih kepada pihak-pihak yang telah membantu
dalam penyusunan skripsi ini, yaitu kepada :
1. Bapak Ardian Arif Setiawan, S.Si. M.Si. selaku dosen pembimbing I yang telah
memberikan bimbingan, motivasi, serta arahan kepada penulis.
2. Bapak Jajang Juansah, S.Si. M.Si. selaku dosen pembimbing II yang telah
memberikan bimbingan, saran dan semangat kepada penulis.
3. Bapak Drs. Moh. Nur Indro, M.Sc selaku dosen penguji atas masukan dan saran
kepada penulis.
4. Bapak dan Ibu tercinta yang telah memberikan do’a, dukungan serta semangat kepada
penulis.
5. Bapak dan Ibu dosen FISIKA IPB yang telah mengajar dan membantu penulis dalam
meningkatkan ilmu pengetahuan selama masa studi.
6. Pakde Momon sekeluarga yang telah banyak memberikan nasehat dan motivasi.
7. Mas Adi yang telah banyak memberikan bantuan kepada penulis dalam menyelesaikan
tugas akhir ini.
8. Keluarga Besar Majlis Ta’lim Assalam yeng telah menemani penulis dalam
mengerjakan tugas akhir ini.
9. Teman- teman fisika angkatan 41,42,43,44,45, dan 46 yang telah banyak membantu
penulis.
Semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi masyarakat. Saran dan kritik yang
dapat membangun sangat penulis harapkan.
Bogor, Agustus 2011
Penulis
DAFTAR ISI
Halaman
DAFTAR TABEL ....................................................................................................... iii
DAFTAR GAMBAR ..................................................................................................... iv
DAFTAR LAMPIRAN .................................................................................................. v
PENDAHULUAN .......................................................................................................... 1
Latar Belakang ..................................................................................................... 1
Tujuan Penelitian ................................................................................................. 1
TINJAUAN PUSTAKA ................................................................................................. 1
Curah Hujan ......................................................................................................... 1
Pengertian Penakar Hujan .................................................................................. 2
Tipping bucket Sensor ........................................................................................... 2
Kalibrasi Sensor ................................................................................................... 3
Microcontroller ATMega8 ................................................................................... 3
Real Time Clock DS1307 ...................................................................................... 4
EEPROM .............................................................................................................. 4
Komunikasi RS232 ............................................................................................... 5
BAHAN DAN METODE ............................................................................................... 5
Tempat dan Waktu Penelitian ............................................................................ 5
Bahan dan Alat ..................................................................................................... 5
Rancangan Blok Sistem ....................................................................................... 6
a. Logger ............................................................................................................... 6
b. Rancangan Sistem ............................................................................................. 6
Metodologi Perancangan ..................................................................................... 6
a. Rangkaian Minimum Sistem ATmega8 ............................................................. 6
b. Rangkaian RTC DS1307 ................................................................................... 6
c. Rangkaian EEPROM AT24C256 ...................................................................... 7
d. Rancangan RS232 Converter ............................................................................ 7
e. Pemrograman Microcontroller .......................................................................... 7
HASIL DAN PEMBAHASAN ...................................................................................... 8
Hasil Perancangan Rangkaian ARR .................................................................. 8
a. Rangkaian ATmega8 ......................................................................................... 8
b. Rangkaian Tipping Bucket Sensor ..................................................................... 8
c. Rangkaian RTC DS1307 ................................................................................... 9
d. Rangkaian EEPROM AT24C256 .................................................................... 10
e. Rangkaian MAX232 Converter ...................................................................... 10
f. Flowchart Umum Sistem ................................................................................ 11
g. Flowchart Penghitung Pulsa ........................................................................... 12
h. Flowchart Komunikasi PC.............................................................................. 12
Hasil Uji Lapang dan Analisa Curah Hujan ................................................... 13
Pengujian Laboratorium ................................................................................... 13
Pengujian Tipping Bucket Sensor ................................................................ 13
Pengujian Kinerja Alat ................................................................................. 14
Pengujian Alat dengan Sensor Tipping bucket dalam Pengukuran Curah
Hujan……………………………………………………………………… 16
Pengujian Lapangan ............................................................................................. 17
KSIMPULAN DAN SARAN ....................................................................................... 20
Kesimpulan ......................................................................................................... 20
Saran ................................................................................................................... 20
DAFTAR PUSTAKA ................................................................................................... 20
LAMPIRAN.................................................................................................................. 22
DAFTAR TABEL
Halaman
1. Hasil pengujian sensor tipping bucket ...................................................................... 14
2. Hasil Pengamatan di Stasiun Klimatologi Klas 1, Darmaga, Bogor pada tanggal
1 dan 4 Desember 2010. ............................................................................................ 17
DAFTAR GAMBAR
Halaman
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
22.
23.
24.
25.
26.
27.
28.
29.
30.
31.
32.
33.
34.
35.
36.
37.
38.
39.
Cara kerja penakar hujan jenis tipping bucket ......................................................... 3
Penakar hujan jenis tipping bucket .......................................................................... 3
3(a) Susunan pin microcontroller ATmega8, 3(b). Tampilan fisik
microcontroller ATmega8……………………………………………………….. 4
4(a) Susunan pin out, 4(b) tampilan fisik RTC DS1307 ......................................... 4
Susunan antar muka RTC DS1307 dengan CPU ..................................................... 4
Susunan pin EEPROM AT24C256.......................................................................... 5
Susunan Port DB 9 .................................................................................................. 5
Blok diagram logger ................................................................................................ 6
Blok diagram penakar hujan otomatis ..................................................................... 6
Rabgkaian minimum sistem ATMega8 ................................................................... 7
Rangkaian RTC DS1307 ......................................................................................... 7
Rangkaian EEPROM AT24C256 ............................................................................ 7
Rangkaian RS232 converter .................................................................................... 7
Hasil perancangan rangkaian ARR .......................................................................... 8
Rangkaian ATmega8 yang telah terpasang.............................................................. 8
Rangkaian penahan goncangan ................................................................................ 8
Reed switch yang terpasang pada tipping bucket sensor.......................................... 9
Jungkitan pada tipping bucket sensor dengan penahan yang telah dikalibrasi ........ 9
Rangkaian RTC DS1307 yang telah terpasang ........................................................ 9
Rangkaian AT24C256 ........................................................................................... 11
Rangkaian MAX232 .............................................................................................. 11
Flowchart umum sistem ........................................................................................ 12
Flowchart penghitung pulsa .................................................................................. 12
Flowchart komunikasi PC ..................................................................................... 13
Pengujian tipping bucket menggunakan pipet ....................................................... 13
Pengujian alat ARR ............................................................................................... 15
Pengiriman file text menggunakan hyperterminal ................................................. 15
Download data curah hujan dari ARR ke PC ........................................................ 15
Format data curah hujan yang tersimpan dalam file.txt ......................................... 15
Penakar hujan tipe Hellman ................................................................................... 16
Penakar hujan Observatorium ................................................................................ 17
Pemasangan ARR dengan penakar hujan tipe Hellman ........................................ 17
Data hujan tanggal 1 Desember 2010 menggunakan Hellman .............................. 18
Data hujan tanggal 1 Desember 2010 menggunakan ARR.................................... 18
Data hujan tanggal 4 Desember 2010 menggunakan Hellman .............................. 18
Data hujan tanggal 4 Desember 2010 menggunakan ARR.................................... 18
Pengukuran curah hujan per hari menggunakan Observatorium ........................... 19
Pengukuran curah hujan per hari menggunakan Hellman ..................................... 19
Pengukuran curah hujan per hari menggunakan ARR ........................................... 19
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
1. Data curah hujan menggunakan ARR pada bulan November 2010 ........................ 23
2. Data curah hujan menggunakan Hellman dan Observatorium pada bulan
November 2010 ....................................................................................................... 24
3. Hasil Pengamatan di Stasiun Klimatologi Klas 1, Darmaga, Bogor pada tanggal
1 dan 4 Desember 2010 ........................................................................................... 25
4. Datasheet Atmega 8................................................................................................. 26
5. Datasheet AT24C256 .............................................................................................. 27
6. Datasheet DS1307 ................................................................................................... 28
7. Datasheet Max232 ................................................................................................... 29
8. Skematik Rangkaian ARR....................................................................................... 30
9. Layout PCB ............................................................................................................. 31
10. Lampiran Program ................................................................................................... 32
1
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Peranan air dalam kehidupan
sangat besar. Mekanisme kompleks
kehidupan tidak mungkin berfungsi tanpa
kehadiran cairan yang berupa air. Bagian
besar bumi dan makhluk hidup juga terdiri
atas air. Air yang berasal dari hujan
merupakan fenomena alam yang paling
penting bagi terjadinya kehidupan di
bumi, karena tanpa adanya air hujan,
maka siklus hidrologi berubah dan
keseimbangan bumi akan terganggu.1,2
Disisi lain adanya perubahan
iklim secara global mengakibatkan
perubahan musim yang cukup signifikan
baik secara lokal maupun regional. Faktor
curah hujan yang tinggi merupakan salah
satu faktor utama penyebab banjir pada
saat musim penghujan. Wilayah Indonesia
merupakan daerah tropis yang mempunyai
curah hujan sangat tinggi. Curah hujan
yang tinggi, lereng yang curam di daerah
hulu disertai dengan perubahan ekosistem
dari tanaman tahunan atau tanaman keras
berakar dalam ke tanaman semusim
berakar
dangkal
mengakibatkan
berkurangnya air yang disimpan dalam
tanah, memperbesar aliran permukaan
serta menyebabkan terjadinya tanah
longsor. Curah hujan yang tinggi dalam
kurun waktu yang singkat dan tidak dapat
diserap tanah akan dilepas sebagai aliran
permukaaan yang akhirnya menimbulkan
banjir.1,3
Dari uraian di atas, kita
mengetahui bahwa manfaat air hujan
sangatlah penting bagi kehidupan.
Namun, di lain pihak curah hujan yang
sangat tinggi mengakibatkan suatu
wilayah berpotensi terkena banjir. Untuk
itu perlu dibuat sebuah alat pengukur
curah hujan otomatis dan tercatat dalam
sebuah database sehingga data curah
hujan yang dihasilkan dapat dimanfaatkan
secara optimal, sebagai contoh pemetaan
daerah rawan banjir untuk mengurangi
kerugian akibat banjir.3,4
Curah hujan dapat diukur dengan
alat penakar curah hujan otomatis atau
manual. Alat-alat penakar hujan tersebut
harus diletakkan pada daerah yang masih
alamiah, sehingga curah hujan yang
terukur dapat mewakili wilayah yang luas.
Penghitungan curah hujan dari suatu alat
penakar hujan dihitung dari volume air
hujan dibagi dengan luas mulut penakar.4
Dengan menggunakan penakar
hujan yang bekerja secara manual, maka
pengambilan data juga dilakukan secara
manual. Data yang diperoleh merupakan
kumpulan curah hujan selama selang
waktu tertentu dan dilakukan secara terus
menerus. Ini menyebabkan tidak diketahui
jam berapa terjadinya hujan pada suatu
hari karena data yang didapat merupakan
data rata-rata. Solusi dari masalah ini
adalah pembuatan alat pengukur curah
hujan
dengan
mengunakan
microcontroller yang secara otomatis
dapat menghitung dan menyimpan data
curah hujan, sehingga dapat diketahui
kapan waktu turunnya hujan dan kapan
saat tidak ada hujan dari data yang
tersimpan.4
Tujuan Penelitian
1.
2.
3.
Tujuan penelitian ini adalah :
Membuat prototype logger penakar
curah hujan yang dapat bekerja
secara otomatis dan menyimpan data
secara real time untuk menghitung
curah hujan dan dapat bekerja secara
mandiri.
Melakukan
komunikasi
dengan
komputer untuk proses pengaturan
alat serta proses download data dari
memori logger.
Mempermudah pengolahan data
curah hujan.
TINJAUAN PUSTAKA
Curah Hujan
Hujan adalah kebasahan yang
jatuh ke bumi dalam bentuk cair. Butirbutir hujan mempunyai garis tengah 0,08 6 mm. Hujan terdapat dalam beberapa
2
macam yaitu hujan halus, hujan rintikrintik dan hujan lebat. Perbedaan terutama
pada besarnya butir-butir. Hujan lebat
biasanya turun sebentar saja jatuh dari
awan cumulonimbus. Hujan semacam ini
mempunyai intensitas yang besar.5
Salah satu tipe pengukur hujan
manual yang paling banyak dipakai
adalah tipe observatorium (obs) atau
sering disebut ombrometer. Curah hujan
dari pengukuran alat ini dihitung dari
volume air hujan dibagi dengan luas mulut
penakar. Alat tipe observatorium ini
merupakan alat baku dengan mulut
penakar seluas 100 cm2 dan dipasang
dengan ketinggian mulut penakar 1,2
meter dari permukaan tanah.6
Alat pengukur hujan otomatis
biasanya memakai prinsip pelampung,
timbangan atau jungkitan. Keuntungan
menggunakan alat ukur otomatis ini antara
lain seperti, waktu terjadinya hujan dapat
diketahui, intensitas setiap terjadinya
hujan dapat dihitung, pada beberapa tipe
alat, pengukuran tidak harus dilakukan
tiap hari karena periode pencatatannya
lebih dari sehari, dan beberapa
keuntungan lain.7
Tinggi curah hujan diasumsikan
sama di sekitar tempat penakaran, luasan
yang tercakup oleh sebuah penakar hujan
bergantung pada homogenitas daerahnya
maupun kondisi cuaca lainnya. Penakar
hujan dibagi dalam dua golongan yaitu
tipe manual dan tipe otomatis. Bila yang
diinginkan hanya jumlah hujan harian,
maka dipakai tipe manual. Informasi lebih
banyak diperoleh dari alat otomatis. Alat
yang dipakai yang ada di lapangan. Makin
canggih suatu alat makin banyak
ketrampilan dan kemampuannya.8
Jenis-jenis hujan berdasarkan
besarnya curah hujan menurut BMKG9
dibagi manjadi tiga, yaitu :
1. Hujan sedang, 20 - 50 mm per hari.
2. Hujan lebat, 50-100 mm per hari.
3. Hujan sangat lebat, di atas 100 mm
per hari.
Curah hujan dibatasi sebagai
tinggi air hujan yang diterima di
permukaan sebelum mengalami aliran
permukaan, evaporasi dan peresapan ke
dalam tanah. Data hujan mempunyai
variasi yang sangat besar dibandingkan
unsur iklim lainnya, baik variasi menurut
tempat maupun waktu. Data hujan
biasanya disimpan dalam satu hari dan
berkelanjutan.10
Dengan mengetahui data curah
hujan kita dapat melakukan pengamatan
di suatu daerah untuk pengembangan
dalam bidang pertanian dan perkebunan.
Selain itu dapat juga digunakan untuk
mengetahui potensi suatu daerah terhadap
bencana alam yang disebabkan oleh faktor
hujan.1,3,11
Pengertian Penakar hujan
Penakar hujan adalah instrumen
yang digunakan untuk mendapatkan dan
mengukur jumlah curah hujan pada satuan
waktu tertentu. Panakar hujan mengukur
tinggi hujan seolah-olah air hujan yang
jatuh ke tanah menumpuk ke atas
merupakan kolom air. Air yang
tertampung volumenya dibagi dengan luas
corong penampung, hasilnya adalah tinggi
atau tebal, satuan yang dipakai adalah
milimeter (mm).12
Tipping Bucket Sensor
Sensor yang dipakai untuk
mengukur besarnya curah hujan adalah
rain gauge. Jenis rain gauge bermacammacam, ada sekitar 50 jenis rain gauge
yang memenuhi standard internasional.
Salah satunya adalah jenis tipping bucket.
Tipping bucket sensor bekerja
dengan cara menghitung pulsa persatuan
waktu yang ditentukan dari banyaknya air
yang masuk ke dalam corong sensor
tersebut. Sehingga dari pulsa-pulsa
tersebut dapat diketahui besarnya curah
hujan persatuan luas persatuan waktu. Air
hujan ditampung ke dalam bejana yang
berjungkit. Bila air mengisi bejana
penampung yang setara dengan tinggi
hujan 0,2 mm atau sesuai dengan
spesifikasi sensor akan berjungkit dan air
dikeluarkan. Terdapat dua buah bejana
yang saling bergantian menampung air
hujan. Tiap gerakan bejana berjungkit
secara mekanis tercatat pada pias atau
3
menggerakkan counter (penghitung).
Jumlah hitungan dikalikan dengan 0,2 mm
atau sesuai dengan spesifikasi sensor
merupakan tinggi hujan yang terjadi.
Tipping bucket tidaklah seteliti instrumen
standar lainnya, dikarenakan hujan dapat
saja berhenti sebelum bejana berjungkit
karena curah hujan belum mencapai nilai
0.2 mm. sehingga nilai curah hujan di
bawah 0,2 mm tidak tercatat. Ketika
bejana berjungkit, akan menggerakkan
saklar (seperti reed switch) yang
kemudian direkam secara elektronik. Cara
kerja alat penakar hujan ditunjukkan pada
Gambar 1.12
Keuntungan dari alat pengukur
hujan tipe tipping bucket adalah karakter
dari hujan (ringan, sedang atau berat)
dapat dengan mudah diperoleh. Karakter
hujan ditentukan oleh jumlah hujan yang
turun dalam beberapa waktu (biasanya 1
jam) serta dengan menghitung jumlah
jungkitan dalam jangka waktu 10 menit
pengamat dapat menentukan karakter dari
hujan. Contoh penakar hujan jenis tipping
bucket yang terpasang di lapangan
ditunjukkan pada Gambar 2.14
Gambar 1. Cara kerja penakar hujan jenis
Tipping Bucket.13
Gambar 2. Penakar hujan jenis Tipping
Bucket. (Difoto dengan kamera digital 9Mega
Pixel atau MP)
Kalibrasi Sensor
Kalibrasi pada tipping bucket
sensor dilakukan dengan cara mengatur
keseimbangan jungkitan dengan merubah
ketinggian baut penahan jungkitan
tersebut. Untuk mendapatkan volume yang
tertampung dalam curah hujan diperoleh
dari luas penampang corong pada tipping
bucket dikalikan dengan tinggi curah
hujan yang diinginkan. Misalnya diameter
corong tabung 20 cm dan ketinggian
curah hujan yang diinginkan 0.2 mm
maka untuk mendapatkan volume pada
setiap jungkitan dihitung dengan cara :
.
.
.
.
Microcontroller ATmega8
ATmega8 adalah low power
microcontroller 8 bit dengan arsitektur
Reduced Instruction Set Computing
(RISC). Microcontroller ini dapat
mengeksekusi perintah dalam satu periode
clock
untuk
setiap
instruksi.
Microcontroller ini diproduksi oleh atmel
dari seri AVR. Penggunaan ATmega8
dikarenakan harganya yang murah dan
mempunyai fasilitas yang sangat memadai
untuk mengembangkan berbagai aplikasi.
Selain itu, dalam perancangan alat ini
tidak dibutuhkan banyak port untuk
program I/0. Beberapa fitur dari ATmega8
adalah sebagai berikut15 :
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
8 Kbyte Flash Program
512 Kbyte EEPROM
1 Kbyte SRAM
2 timer 8 bit dan 1 timer 16 bit
Analog to Digital Converter
USART
Analog Comparator
Two wire interface (I2C)
23 programmable I/O
Package 28 PDIP
4
Susunnan pin dann tampilan ffisik
microcontrolller ATmegaa8 ditunjukkkan
m
p
pada
Gambarr 3.
R Time Cllock DS1307
Real
Agar pencatatan data
d
hujan ppada
memory cardd teridentifikaasi dengan bbaik
m
p
pada
setiap pencatatan
p
diiperlukan waaktu
l
lokal
pencataatan. Waktu lokal
l
pencataatan
d
diproses
menggunakan
m
IC keluaaran
D
DALLAS
D
DS1307
denggan komunikkasi
p
pengantarmuk
kaan komunnikasi 2 kaabel
(
(I2C).
Keluarran IC ini berrupa data tangggal
d waktu yang
dan
y
sesuai dengan
d
kalennder
m
masehi
deng
gan tidak bergantung ppada
p
pencatuan
daan device laain. IC DS13307
m
menyimpan
nilai
n
dalam register
r
terpissah,
u
untuk
tahun, bulan, hari, jam, menit dan
d
detik
juga tersedia register unntuk
p
penyimpanan
n data sementtara atau alaarm.
S
Susunan
pin out serta tam
mpilan fisik R
RTC
D
DS1307
ditu
unjukkan paada Gambar 4.
S
Sedangkan
Gambar 5 menunjukkkan
s
susunan
antarmuka RTC DS1307 dengan
18
C
CPU.
3(aa)
3(b)
Gambar 3(a)) Susunan pin microcontrolle
m
er
ATmegga8.16 3(b) Tam
mpilan fisik
micro
ocontroller ATm
mega8.17
4(a)
4(b)
Gambar 4(a) Susunan
S
pin ouut.19 4(b) tampiilan
fiisik RTC DS13
307.20
Gam
mbar 5. Susunann antarmuka RTC
R DS1307
denngan CPU.21
EEP
PROM
Electricallly
Erasable
Prog
grammable Read Onlyy Memory
(EEP
PROM) tipe 24xx adalah memori
seriaal yang mengggunakan tekknologi I2C
di mana
m
dengaan adanya penggunaan
p
teknoologi tersebutt, jumlah hig
gh low (I/O)
yangg digunakann untuk meng-akses
mem
mori tersebut semakin sediikit. Hal ini
sangaat bermanfaat bagi sebbuah sistem
yangg
memerluukan
bany
yak
I/O.
Pengggunaan I/O yang semaakin sedikit
untukk
mengakkses
memoori,
akan
menyyediakan lebiih banyak I/O
O yang dapat
digunnakan untuk keperluan
k
lainn.
I2C adalaah teknologi komunikasi
seriaal yang ditem
mukan oleh Philips
P
pada
tahunn 1992 dan ddirevisi hinggga versi 2.1
yangg terbaru padaa tahun 20000. Teknologi
ini hanya
h
mengguunakan 2 buaah jalur I/O
yaituu Serial Data (SDA) dan Serial
S
Clock
(SCL
L).
SDA merrupakan jalurr data pada
komuunikasi
I2C
sedangkkan
SCL
meru
upakan jalur clock di mana
m
sinyal
clockk akan selalu muncul untuuk setiap bit
dari pengiriman
p
ddata.
Komunikaasi I2C dicipptakan oleh
Philipps bukan hanya unntuk serial
EEPR
ROM melainnkan juga dipperuntukkan
bagi komponen--komponen lain yang
mpunyai kem
mampuan 4(b)
unttuk diakses
mem
secarra I2C. Olleh karena itu, untuk
mem
mbedakan anntara serial EEPROM
denggan komponeen-komponenn yang lain
digunnakan
slaave
addreess
yang
menuunjukkan ideentitas dari komponen
5
ttersebut. Dallam hal ini serial
s
EEPRO
OM
m
mempunyai
kode 1010. Susunan pin
E
EEPROM
AT24C256
A
diitunjukkan ppada
G
Gambar
6.22
K
Komunikasi
RS232
RS2332
merupaakan
stanndar
aantarmuka komunikasi
k
a
antara
kompuuter
P
PC
dan peerangkat lainnnya. Interfface
R
RS232
yangg biasanya dikenal
d
sebaagai
s
serial
interfa
face dan sering digunakkan
u
untuk
interrconnection terminal ke
t
terminal
atau komputer kee peralatan lain.
seerial
adaalah
Antarrmuka
p
perangkat
komunikasi dua
d
arah yang
d
dapat
mengirrim dan menerima data pada
s
saat
yang sama. Kecepatan
K
d
dari
k
komunikasi
RS232 dinnyatakan dallam
b
baud.
Dalam
m akuisisi data kecepaatan
r
rendah,
baud
d setara dengaan bit per deetik.
R
RS232
ini dapat
d
berjalan
n hingga 1115,2
24
K
KBaud.
Perallatan pada koomunikasi serrial
d
dibagi
menjadi dua kelom
mpok, yaitu Data
D
C
Communicati
ion Equipmeent (DCE) dan
D
Data
Termina
al Equipmentt (DTE). Conntoh
d DCE adaalah modem, plotter,
dari
p
scannner,
d lain lain. Sedangkan contoh
dan
c
dati D
DTE
a
adalah
terminnal di kompu
uter. Spesifikkasi
e
elektronik
daari serial porrt merujuk ppada
E
Electronic
Ind
dustry Associiation (EIA):
1. “Space” (logika
(
0) adaalah tegangann
a
antara
+3 hingga +25 V.
2 “Mark” (logika 1) adaalah tegangan
2.
a
antara
-3 hing
gga -25V.
3 Daerah anntara +3V hin
3.
ngga -3V tidaak
d
didefinisikan
/ tidak dipakai.
4 Tegangann open circuitt tidak boleh
4.
m
melebihi
25V
V.
5 Arus hubbungan singkaat tidak boleh
5.
m
melebihi
500m
mA.
Komuunikasi seriaal membutuhkkan
p
port
sebagaii saluran daata. Gambarr 7
m
merupakan
tampilan poort DB9 yang
u
umum
digunaakan sebagai port
p serial.
Gambar 6. Suusunan Pin EEP
PROM
AT
T24C256.23
Gambar 7. Susunan
S
port DB
D 9.25
BAHAN D
DAN METO
ODE
Temp
pat dan Wak
ktu Penelitian
n
Penelitiann dilakukann di lab
Departemeen
Fisika,
microocontroller,
Fakuultas
Mateematika
d
dan
Ilmu
Penggetahuan Alaam, Institutt Pertanian
Bogo
or. Penelitiann dilaksanakaan selama 8
bulann yaitu, padda bulan Meei-Desember
20100.
Bahaan dan Alat
Bahan uutama yang digunakan
m penelitiaan ini an
ntara lain
dalam
microocontroller ATmega8, EEPROM
AT244C256, RTC
C DS1307, MAX232,
RS2332, baterei CMOS, kaabel, PCB,
resisttor dan kapaasitor sesusaii keperluan.
Alat yang digunakan teerdiri dari
meter, logic prrobe, solder,
kompputer, multim
attraacktor, kabeel downloadder, kabel
seriaal, catu daya 12VDC dan
d
tipping
buckket sensor.
6
Rancangan Blok Sistem
a. Logger
Sebuah data logger adalah
perangkat elektronik yang mencatat data
dari waktu ke waktu atau berhubungan
dengan lokasi baik dengan built in
instrumen atau sensor atau melalui
instrumen eksternal dan sensor.
Diagram logger diperlihatkan
pada
Gambar
8
terdiri
dari
microcontroller ATmega8, Real Time
Clock, Memori EEPROM, serta RS232
Transceiver.
ATmega8
menghitung
jumlah pulsa dari sensor curah hujan,
mengambil data waktu dari RTC dan
menyimpan data curah hujan serta waktu
kedalam EEPROM. ATmega 8 juga bisa
mengeset waktu dan menghapus data yang
tersimpan dalam EEPROM. RS232
berfungsi untuk mengirimkan dan
menerima perintah dari komputer ke
ATmega 8.
Gambar 8. Blok diagram Logger
Gambar 9. Blok diagram sistem penakar
hujan otomatis.
Metodologi Perancangan
a. Rangkaian Minimum Sistem ATmega8
b. Rancangan Sistem
Sistem panakar hujan otomatis
terdiri dari bagian perangkat lunak
komputer dan logger (perekam data).
Perangkat
lunak
komputer
dapat
melakukan perintah untuk pengaturan
parameter logger serta download data
curah hujan harian dari memori EEPROM
sesuai dengan file yang tersimpan tiap
hari melalui jalur serial RS232. Selain itu
juga dapat menghapus data pada
EEPROM dan mengeset waktu RTC.
Desain lengkap sistem panakar hujan
otomatis ditunjukkan gambar dibawah ini.
Gambar 9 merupakan blok diagram sistem
penakar hujan otomatis.
Secara umum microcontroller
mengendalikan semua proses sistem dan
juga komunikasi dengan eksternal sistem.
Titik berat tugas microcontroller adalah
pembacaan
sensor
curah
hujan,
menggabungkannya
dengan
sistem
perwaktu RTC, menyimpan data ke dalam
EEPROM dan mengirimkannya dalam
bentuk data serial jika terjadi komunikasi
dengan PC.
Pada penelitian akan dibuat
rangkaian menggunakan microcontroller
ATmega8 dengan konfigurasi seperti pada
Gambar 10. Rangkaian ini sebagai inti
dari kontrol sistem pengukuran.
b. Rangkaian RTC DS1307
Sistem pewaktuan diperlukan
pada data logger untuk mendukung
sistematika data. Pencatatan waktu lokal
dibangun menggunakan IC keluaran
DALLAS DS1307 dengan komunikasi
pengantarmukaan komunikasi 2 kabel
(I2C).
Keluaran IC ini berupa data
tanggal dan waktu yang sesuai dengan
kalender masehi dengan tidak bergantung
pada pencatuan dan device lain. IC
DS1307 menyimpan nilai dalam register
terpisah, untuk tahun, bulan, hari, jam,
menit dan detik juga tersedia register
untuk penyimpanan data sementara atau
alarm.
Rangkaian
RTC
DS1307
ditunjukkan pada Gambar 11.
7
kapastor
tambahan
untuk
desain
rangkaian. Skema rangkaian RS232
converter ditunjukkan pada Gambar 13.
e. Pemrograman Microcontroller.
Gambar 10. Rangkaian minimum sistem
ATMega 8
Gambar 11. Rangkaian RTC DS1307
Pembuatan ARR menggunakan
microcontroller
ATmega
8
dapat
diprogram dengan CodeVisionAVR yang
merupakan software C-cross Compiler,
dimana program dapat ditulis dalam
bahasa C. CodeVision memiliki IDE
(Integrated development Environment)
yang lengkap, dimana penulisan program,
compile, link, pembuatan kode mesin
(assembler) dan download program ke
ATmega8 dapat dilakukan dengan
CodeVision, selain itu ada fasilitas
terminal, yaitu melakukan komunikasi
serial dengan microcontroller yang sudah
di program. Proses download program ke
microcontroller
ATmega8
dapat
menggunakan System programmable
Flash on-Chip mengizinkan memori
program untuk diprogram ulang dalam
sistem menggunakan hubungan serial SPI.
c. Rancangan EEPROM AT24C256
I2C Serial EEPROM adalah
merupakan Serial EEPROM yang diakses
dengan teknologi komunikasi serial.
Memori ini adalah merupakan memori
eksternal yang cukup efektif bagi
microcontroller
yang
membutuhkan
ekstra memori. Hal ini disebabkan karena
I2C Serial EEPROM hanya membutuhkan
2 jalur I/O saja sehingga mereduksi
pemakaian
I/O
microcontroller.
Rangkaian
EEPROM
AT24C256
ditunjukkan pada Gambar 12.
Gambar 12. Rangkaian EEPROM AT24C256
d. Rancangan RS232 Converter
RS232 converter merupakan
pengubah level tegangan TTL menjadi
level teganga RS232, IC yang digunakan
dalam perancangan ini adalah MAX232
produksi maxim. Chip ini memiliki dapat
mengakomodir 2 jalur pengirim dan 2
jalur penerima. Membutuhkan beberapa
Gambar 13. Rangkaian RS232 converter.
8
HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil Perancangan Rangkaian ARR
Perancangan rangkaian ARR
dibuat berdasarkan skematik rangkaian.
Skematik tersebut kemudian dicetak
menjadi PCB, selanjutnya dipasang
komponen sesuai tempat yang telah
dirancang. Gambar 14 menunjukkan hasil
perancangan dari rangkaian ARR secara
keseluruhan.
a. Rangkaian ATmega8
Microcontroller
ATmega8
merupakan pusat dari proses yang akan
dijalankan oleh sistem. Microcontroller
menerima perintah berupa program dari
komputer dan melaksanakannya. Untuk
dapat berkomunikasi dengan komputer,
microcontroller minimal harus memiliki
sebuah
rangkaian
seperti
yang
ditunjukkan pada Gambar 8.15
PortD.7
pada
ATmega8
disambungkan ke kaki LED yang negatif
dan kaki LED positif diberi hambatan
sebesar 560 Ω sebelum dihubungkan ke
VCC. Pin Reset dihubungkan ke resistor
47 k Ω ke VCC dan ke kapasitor 3.3 µF
menuju GND (ground). Kristal tidak
dipasang karena menggunakan kristal
internal pada ATmega8 sebesar 1 MHz.
Konektor ISP dihubungkan ke pin MOSI,
RST, SCK, MISO, GND dan VCC.
Gambar 15 menunjukkan komponen
ATmega8 yang tela terpasang.
Gambar 14. Hasil rancangan rangkaian ARR.
(Difoto menggunakan kamera digital 9 MP)
Gambar 15. Rangkaian Atmega 8 yang telah
terpasang. (Difoto menggunakan kamera
digital 9 MP)
470
Reed Switch
INT0
0.1 uF
GND
Gambar 16. Rangkaian penahan goncangan.
b. Rangkaian Tipping Bucket Sensor
Pembacaan sensor penakar hujan
akan memanfaatkan fasilitas interupt 0
dari microcontroller yang digabungkan
dengan sumber ground. Dimana jika pin
interupt 0 dipicu oleh ground maka akan
menyebabkan penghitung curah hujan
bekerja. Untuk menghindari adanya
goncangan yang sering terjadi pada pin
interupt 0 perlu dipasang resistor serta
kapasitor keramik, sehingga hanya satu
pulsa yang terjadi setiap terjadi jungkitan
pada sensor curah hujan. Gambar 16
merupakan rangkaian penahan goncangan.
Prinsip dasar tipping bucket
sensor yaitu apabila bagian permukaan
dari sensor terkena medan magnet maka
dua buah kontak plate tipis yang terdapat
dibagian dalam sensor akan tertarik oleh
medan magnet, sehingga kontak akan
terhubung dan mengakibatkan logika high
pada interup 0. Setiap kali kontak
terhubung berarti 1 kali jungkitan pada
tipping bucket yang merupakan curah
hujan dalam 0.2 mm. Gambar 17
merupakan reed switch yang terpasang
pada tipping bucket sensor.
9
Medaan
maggnet
unntuk
menggerakann reed switcch, berasal dari
m
d
m
magnet
yang
g terdapat pada jungkiitan
t
tipping
buckket, yang berrgerak naik dan
t
turun,
gerakaan itulah yang dideteksi oleh
o
r
reed
switch. Sensor ini haanya mempunnyai
d buah kabbel untuk keeluarannya, yang
dua
d
dihubungkan
ke pin in
nterup dan ke
g
ground.
d
dengan
Kalibbrasi sensor dilakukan
m
merubah
kettinggian pennahan jungkiitan
a
agar
dapat beergerak ketika volume dallam
j
jungkitan
sebbesar 6.28 mm
m 3. Gambar 18
m
menunjukkan
n jungkitan pada tippping
b
bucket
sensorr dengan penaahan yang sudah
d
dikalibrasi.
Gambar 17. Reed
R
switch yan
ng terpasang paada
tipping buckeet sensor. (Difooto menggunakkan
kaamera digital 9MP)
9
Gambar 18. Jungkitan padaa tipping buckeet
n yang sudah
sensor deengan penahan
dikalibrasi. (Difoto
(
mengg
gunakan kamerra
digital 9 MP
P)
mbar 19. Ranggkaian RTC DS
S1307 yang
Gam
telahh terpasang. (Diifoto menggun
nakan kamera
diggital 9 MP)
c. Rangkaian
R
RTC
C DS1307
RTC DS
S1307 meruppakan RTC
denggan antarmukka i2C sehinngga hanya
ada 2 pin yanng dihungk
kan dengan
microocontroller. Kedua pin ini adalah
SDA
A serta SCL. Kedua pin memerlukan
m
pull up resistor 110 Kohm sessuai dengan
m
datassheet. Pada rangkaian menggunaan
kristaal 32.768 ssebagai sum
mber clock.
Untuuk menahan data waktu tetap up to
date ketika catu ddaya dimatikaan perlu ada
baterrai eksternal yang dipasanng pada pin
RTC. Hasil ranngkaian RTC
C DS1307
ditun
njukkan pada Gambar 19.
Pada perrancangan, seperti pada
Gam
mbar 9, pin 1 dan 2 dihubungkan
d
denggan kristal pem
mbangkit frekkuensi clock
sebessar 32 MHz.. Pin 3 dihubbungkan ke
sebuaah bateri CM
MOS sebagaii catu daya
cadanngan yang akan
a
berfunggsi menjaga
stabilitas kerja RT
RTC dalam peenghitungan
d
utama paadam. Pin 4
wakttu saat catu daya
sebaggai groundd, sedangkaan sebagai
masuukan catu ddayanya melaalui pin 8.
Catu daya yang menuju
m
RTC
C disediakan
sendiiri dari regullator 78L05 sebesar 5V
untukk menjamin catu daya utama
u
RTC.
Pin 5 (SDA) dan pin 6 (SCL) merupakan
pin yang digunaakan untuk komunikasi
tekniik I2C ddengan microcontroller
sebaggai jalur data waktu yang diambil
d
dari
RTC.
Untuk m
melakukan pengesetan
menggunakann program
wakttu diatur m
berik
kut :
void set_jam(void)
d)
{
//R,T,14:00::00,16:03:11**
10
//012345678901234567890123
if(dat_ser[6]+0x30 == ':'){
if(dat_ser[9]+0x30 == ':'){
// printf("OK \n\r");
dat_ser[4] = dat_ser[4]*10 +
dat_ser[5];
dat_ser[7] = dat_ser[7]*10 +
dat_ser[8];
dat_ser[10] = dat_ser[10]*10
+ dat_ser[11];
// data hari/tgl
dat_ser[13] = dat_ser[13]*10
+ dat_ser[14];
dat_ser[16] = dat_ser[16]*10
+ dat_ser[17];
dat_ser[19] = dat_ser[19]*10
+ dat_ser[20];
// write to rtc
rtc_set_time(dat_ser[4],dat_ser[7],dat_se
r[10]);
rtc_set_date(dat_ser[13],dat_ser[16],dat
_ser[19]);
}
}
}
d. Rangkaian EEPROM AT24C256
Perancangan pada Gambar 10, pin
1 sampai dengan 4 dihubungkan ke GND.
Pin 5 (SDA) dan pin 6 (SCL) merupakan
pin yang digunakan untuk komunikasi
teknik I2C seperti pada RTC. Pin 7
merupakan write protect yang disambung
ke resistor 10 k Ω dan selanjutnya
dihubungkan ke VCC. Pin 8 sebagai
masukan catu daya yang dihubungkan ke
VCC. Gambar 20 merupakan hasil
rangkaian AT24C256.
Pembacaan dan pencatatan data
ke EEPROM menggunakan program :
void read24C256(char slave, unsigned int
ads, int count)
{
if (i2c_start() && i2c_write(slave)) {
i2c_write(ads >> 8);
i2c_write(ads & 0xFF);
i2c_start();
i2c_write(slave | 1);
ads = 0;
while (count--)
eep2[ads++] = i2c_read(1);
i2c_read(0);
i2c_stop();
} else
printf("the 24C256 did not respond
to slave %02X\r\n", slave);
}
void write24C256(char slave, unsigned int
ads, int count)
{
if (i2c_start() && i2c_write(slave)) {
i2c_write(ads >> 8);
// uses a
two-byte address
i2c_write(ads & 255); // lo-byte
ads = 0;
while (count--)
i2c_write(eep[ads++]);
i2c_stop();
delay_ms(10);
// allow
time for eeprom to write
} else
printf("the 24C256 did not respond
to slave %02X\r\n", slave);
}
e. Rangkaian MAX232 Converter
Pemasangan MAX232 seperti
pada Gambar 11, dilakukan dengan
menghubungkan pin 1 dan 3 ke kaki
positif kapasitor 10 µF. Sedang pin 4 dan
5 dihubungkan ke kaki negative dari
kapasitur 10 µF tersebut. Pin 2
dihubungkan ke kaki positif kapasitor 10
µF yang telah terhubung ke VCC. Untuk
pin 6 dihubungkan ke kaki negative
kapasitor 10 µF yang telah terhubung ke
GND. Pin 11 (TXD) dan 12 (RXD)
digunakan
untuk
pengiriman
dan
penerimaan data dengan microcontroller.
Pin 13 (RXDIN) dan 14 (TXDA)
digunakan untuk mengirim dan menerima
data dengan komputer. Pin 16 sebagai
masukan catu daya yang dihubungkan ke
VCC. Gambar 21 merupakan hasil
rangkaian MAX232.
11
Gambar 20. Rangkaian AT24C256. (Difoto
dengan kamera digital 9 MP)
download();
}
if(kontrol_input == 'S'){ // Status
status();
}
if(kontrol_input == 'E'){ //Erase
erase_data();
status();
}
status_serial_in = 0;
index_in = 0;
PORTD.7 = 1;
}
Pemasangan pin 2 (transmitted
data) dan pin 3 (received data) pada DB9
dihubungkan menyilang dengan ARR. Pin
2 ke RXDIN dan pin 3 ke TXDA. Ini
dikarenakan transmitter data komputer
agar masuk ke receiver dari ARR dan
receiver data komputer memperoleh data
dari transmitter ARR, sehingga terjadi
komunikasi dua arah yang dapat mengirim
dan menerima data secara bersamaan.
f. Flowchart Umum Sistem
Gambar 21. Rangkaian MAX232. (Difoto
dengan kamera digital 9 MP)
Program untuk mengeset ARR
dengan komputer yaitu :
void order_serial(void)
{
// R,T,00:00:00,00:00:00*
// 0123456789012345678901234
delay_ms(10);
PORTD.7 = 0;
for(index_in = 2; index_in
PENGUKURAN CURAH HUJAN MENGGUNAKAN
MICROCONTROLLER ATmega8
PRASEPVIANTO ESTU BROTO
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2011
ABSTRAK
PRASEPVIANTO ESTU BROTO. Pembuatan Automatic Rain Recorder untuk
Pengukuran Curah Hujan Menggunakan Microcontroller ATmega8. Dibimbing oleh
ARDIAN ARIF SETIAWAN dan JAJANG JUANSAH.
Penelitian ini dilakukan untuk merancang prototype penakar hujan otomatis
atau yang lebih dikenal dengan sebutan automatic rain recorder (ARR) dengan akurasi
yang diperoleh dari hasil pengujian adalah 88,3%. ARR terdiri dari Microcontroller
ATmega8 sebagai CPU (central processing unit) serta akuisisi data. Pewaktuan lokal
menggunakan RTC (real time clock) serial dengan dilengkapi baterai litium sebagai
backup catu daya. Media penyimpan data menggunakan memori AT24C256 dengan
kapasitas hingga 32 Kbyte. Komunikasi dengan komputer menggunakan jalur serial
RS232 untuk mengatur waktu RTC dan mengunduh data dari memori . Sensor sebagai
penakar curah hujan menggunakan jenis tipping bucket dengan resolusi alat sebesar 0.2
mm. Air hujan yang masuk ke dalam penampung pada tipping bucket menghidupkan read
switch dan memberikan logika high pada Microcontroller.
Kata kunci : automatic rain recorder, microcontroller, hujan, tipping bucket.
PERNYATAAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi yang berjudul Pembuatan Automatic
Rain Recorde untuk Pengukuran Curah Hujan Menggunakan Microcontroller
ATmega8 adalah benar-benar hasil karya saya sendiri di bawah bimbingan Ardian Arif
Setiawan, S.Si. M.Si. dan Jajang Juansah, S.Si. M.Si. dan belum pernah dipublikasikan
sebagai karya ilmiah pada perguruan tinggi atau lembaga manapun. Sumber informasi
yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari
penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian
akhir skripsi ini.
Bogor, Agustus 2011
Prasepvianto Estu Broto
Judul
Nama
NRP
: Pembuatan Automatic Rain Recorder untuk Pengukuran Curah Hujan
Menggunakan Microcontroller ATmega8.
: Prasepvianto Estu Broto
: G74063206
Menyetujui :
Pembimbing I
Pembimbing II
Ardian Arif Setiawan, S.Si. M.Si.
Jajang Juansah, S.Si. M.Si.
NIP.19720311 200604 1011
NIP.197711020 200501 1002
Mengetahui :
Ketua Departemen Fisika
FMIPA IPB
Dr. Ir. Irzaman, M.Si
NIP. 19630708 199512 1001
Tanggal Lulus :
PEMBUATAN AUTOMATIC RAIN RECORDER UNTUK
PENGUKURAN CURAH HUJAN MENGGUNAKAN
MICROCONTROLLER ATmega8
Skripsi
Sebagai Salah Satu Syarat untuk Memperoleh Gelar Sarjana Sains
pada Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Institut Pertanian Bogor
Oleh :
Prasepvianto Estu Broto
G74063206
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2011
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Wonogiri, Jawa Tengah pada tanggal 21 September 1988
dari pasangan Bapak Suratmo dan Ibu Darti Ryani. Penulis merupakan putra pertama dari
tiga bersaudara. Penulis menyelesaikan masa studi di SD N 6 Wonogiri selama 6 tahun
kemudian melanjutkan ke SMP N 1 Wonogiri selama tiga tahun dan melanjutkan
pendidikan ke jenjang menengah atas di SMA N 1 Wonogiri sampai dengan tahun 2006
dan pada tahun yang sama penulis melanjutkan pendidikan sarjana strata satu di
Departemen Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam (FMIPA) Institut
Pertanian Bogor (IPB) melalui jalur USMI. Selama mengikuti perkuliahan, penulis aktif
dalam organisasi kemahasiswaan sebagai Staff Departemen Instrumentasi dan Teknologi
(INSTEK) HIMAFI 2008-2009. Penulis pernah mewakili IPB dan memperoleh juara II
dalam Lomba Inovasi Teknologi BMKG tingkat nasional tentang pembuatan prototype
penakar hujan berbasis microcontroller.
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah Swt karena atas segala rahmat,
hidayah dan karunia-Nya, penulis dapat menyelesaikan skripsi dengan judul ”Pembuatan
Automatic Rain Recorder untuk Pengukuran Curah Hujan Menggunakan Microcontroller
ATmega8” . Skripsi ini sebagai salah satu syarat kelulusan program sarjana di
Departemen Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian
Bogor.
Penulis mengucapkan terima kasih kepada pihak-pihak yang telah membantu
dalam penyusunan skripsi ini, yaitu kepada :
1. Bapak Ardian Arif Setiawan, S.Si. M.Si. selaku dosen pembimbing I yang telah
memberikan bimbingan, motivasi, serta arahan kepada penulis.
2. Bapak Jajang Juansah, S.Si. M.Si. selaku dosen pembimbing II yang telah
memberikan bimbingan, saran dan semangat kepada penulis.
3. Bapak Drs. Moh. Nur Indro, M.Sc selaku dosen penguji atas masukan dan saran
kepada penulis.
4. Bapak dan Ibu tercinta yang telah memberikan do’a, dukungan serta semangat kepada
penulis.
5. Bapak dan Ibu dosen FISIKA IPB yang telah mengajar dan membantu penulis dalam
meningkatkan ilmu pengetahuan selama masa studi.
6. Pakde Momon sekeluarga yang telah banyak memberikan nasehat dan motivasi.
7. Mas Adi yang telah banyak memberikan bantuan kepada penulis dalam menyelesaikan
tugas akhir ini.
8. Keluarga Besar Majlis Ta’lim Assalam yeng telah menemani penulis dalam
mengerjakan tugas akhir ini.
9. Teman- teman fisika angkatan 41,42,43,44,45, dan 46 yang telah banyak membantu
penulis.
Semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi masyarakat. Saran dan kritik yang
dapat membangun sangat penulis harapkan.
Bogor, Agustus 2011
Penulis
DAFTAR ISI
Halaman
DAFTAR TABEL ....................................................................................................... iii
DAFTAR GAMBAR ..................................................................................................... iv
DAFTAR LAMPIRAN .................................................................................................. v
PENDAHULUAN .......................................................................................................... 1
Latar Belakang ..................................................................................................... 1
Tujuan Penelitian ................................................................................................. 1
TINJAUAN PUSTAKA ................................................................................................. 1
Curah Hujan ......................................................................................................... 1
Pengertian Penakar Hujan .................................................................................. 2
Tipping bucket Sensor ........................................................................................... 2
Kalibrasi Sensor ................................................................................................... 3
Microcontroller ATMega8 ................................................................................... 3
Real Time Clock DS1307 ...................................................................................... 4
EEPROM .............................................................................................................. 4
Komunikasi RS232 ............................................................................................... 5
BAHAN DAN METODE ............................................................................................... 5
Tempat dan Waktu Penelitian ............................................................................ 5
Bahan dan Alat ..................................................................................................... 5
Rancangan Blok Sistem ....................................................................................... 6
a. Logger ............................................................................................................... 6
b. Rancangan Sistem ............................................................................................. 6
Metodologi Perancangan ..................................................................................... 6
a. Rangkaian Minimum Sistem ATmega8 ............................................................. 6
b. Rangkaian RTC DS1307 ................................................................................... 6
c. Rangkaian EEPROM AT24C256 ...................................................................... 7
d. Rancangan RS232 Converter ............................................................................ 7
e. Pemrograman Microcontroller .......................................................................... 7
HASIL DAN PEMBAHASAN ...................................................................................... 8
Hasil Perancangan Rangkaian ARR .................................................................. 8
a. Rangkaian ATmega8 ......................................................................................... 8
b. Rangkaian Tipping Bucket Sensor ..................................................................... 8
c. Rangkaian RTC DS1307 ................................................................................... 9
d. Rangkaian EEPROM AT24C256 .................................................................... 10
e. Rangkaian MAX232 Converter ...................................................................... 10
f. Flowchart Umum Sistem ................................................................................ 11
g. Flowchart Penghitung Pulsa ........................................................................... 12
h. Flowchart Komunikasi PC.............................................................................. 12
Hasil Uji Lapang dan Analisa Curah Hujan ................................................... 13
Pengujian Laboratorium ................................................................................... 13
Pengujian Tipping Bucket Sensor ................................................................ 13
Pengujian Kinerja Alat ................................................................................. 14
Pengujian Alat dengan Sensor Tipping bucket dalam Pengukuran Curah
Hujan……………………………………………………………………… 16
Pengujian Lapangan ............................................................................................. 17
KSIMPULAN DAN SARAN ....................................................................................... 20
Kesimpulan ......................................................................................................... 20
Saran ................................................................................................................... 20
DAFTAR PUSTAKA ................................................................................................... 20
LAMPIRAN.................................................................................................................. 22
DAFTAR TABEL
Halaman
1. Hasil pengujian sensor tipping bucket ...................................................................... 14
2. Hasil Pengamatan di Stasiun Klimatologi Klas 1, Darmaga, Bogor pada tanggal
1 dan 4 Desember 2010. ............................................................................................ 17
DAFTAR GAMBAR
Halaman
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
22.
23.
24.
25.
26.
27.
28.
29.
30.
31.
32.
33.
34.
35.
36.
37.
38.
39.
Cara kerja penakar hujan jenis tipping bucket ......................................................... 3
Penakar hujan jenis tipping bucket .......................................................................... 3
3(a) Susunan pin microcontroller ATmega8, 3(b). Tampilan fisik
microcontroller ATmega8……………………………………………………….. 4
4(a) Susunan pin out, 4(b) tampilan fisik RTC DS1307 ......................................... 4
Susunan antar muka RTC DS1307 dengan CPU ..................................................... 4
Susunan pin EEPROM AT24C256.......................................................................... 5
Susunan Port DB 9 .................................................................................................. 5
Blok diagram logger ................................................................................................ 6
Blok diagram penakar hujan otomatis ..................................................................... 6
Rabgkaian minimum sistem ATMega8 ................................................................... 7
Rangkaian RTC DS1307 ......................................................................................... 7
Rangkaian EEPROM AT24C256 ............................................................................ 7
Rangkaian RS232 converter .................................................................................... 7
Hasil perancangan rangkaian ARR .......................................................................... 8
Rangkaian ATmega8 yang telah terpasang.............................................................. 8
Rangkaian penahan goncangan ................................................................................ 8
Reed switch yang terpasang pada tipping bucket sensor.......................................... 9
Jungkitan pada tipping bucket sensor dengan penahan yang telah dikalibrasi ........ 9
Rangkaian RTC DS1307 yang telah terpasang ........................................................ 9
Rangkaian AT24C256 ........................................................................................... 11
Rangkaian MAX232 .............................................................................................. 11
Flowchart umum sistem ........................................................................................ 12
Flowchart penghitung pulsa .................................................................................. 12
Flowchart komunikasi PC ..................................................................................... 13
Pengujian tipping bucket menggunakan pipet ....................................................... 13
Pengujian alat ARR ............................................................................................... 15
Pengiriman file text menggunakan hyperterminal ................................................. 15
Download data curah hujan dari ARR ke PC ........................................................ 15
Format data curah hujan yang tersimpan dalam file.txt ......................................... 15
Penakar hujan tipe Hellman ................................................................................... 16
Penakar hujan Observatorium ................................................................................ 17
Pemasangan ARR dengan penakar hujan tipe Hellman ........................................ 17
Data hujan tanggal 1 Desember 2010 menggunakan Hellman .............................. 18
Data hujan tanggal 1 Desember 2010 menggunakan ARR.................................... 18
Data hujan tanggal 4 Desember 2010 menggunakan Hellman .............................. 18
Data hujan tanggal 4 Desember 2010 menggunakan ARR.................................... 18
Pengukuran curah hujan per hari menggunakan Observatorium ........................... 19
Pengukuran curah hujan per hari menggunakan Hellman ..................................... 19
Pengukuran curah hujan per hari menggunakan ARR ........................................... 19
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
1. Data curah hujan menggunakan ARR pada bulan November 2010 ........................ 23
2. Data curah hujan menggunakan Hellman dan Observatorium pada bulan
November 2010 ....................................................................................................... 24
3. Hasil Pengamatan di Stasiun Klimatologi Klas 1, Darmaga, Bogor pada tanggal
1 dan 4 Desember 2010 ........................................................................................... 25
4. Datasheet Atmega 8................................................................................................. 26
5. Datasheet AT24C256 .............................................................................................. 27
6. Datasheet DS1307 ................................................................................................... 28
7. Datasheet Max232 ................................................................................................... 29
8. Skematik Rangkaian ARR....................................................................................... 30
9. Layout PCB ............................................................................................................. 31
10. Lampiran Program ................................................................................................... 32
1
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Peranan air dalam kehidupan
sangat besar. Mekanisme kompleks
kehidupan tidak mungkin berfungsi tanpa
kehadiran cairan yang berupa air. Bagian
besar bumi dan makhluk hidup juga terdiri
atas air. Air yang berasal dari hujan
merupakan fenomena alam yang paling
penting bagi terjadinya kehidupan di
bumi, karena tanpa adanya air hujan,
maka siklus hidrologi berubah dan
keseimbangan bumi akan terganggu.1,2
Disisi lain adanya perubahan
iklim secara global mengakibatkan
perubahan musim yang cukup signifikan
baik secara lokal maupun regional. Faktor
curah hujan yang tinggi merupakan salah
satu faktor utama penyebab banjir pada
saat musim penghujan. Wilayah Indonesia
merupakan daerah tropis yang mempunyai
curah hujan sangat tinggi. Curah hujan
yang tinggi, lereng yang curam di daerah
hulu disertai dengan perubahan ekosistem
dari tanaman tahunan atau tanaman keras
berakar dalam ke tanaman semusim
berakar
dangkal
mengakibatkan
berkurangnya air yang disimpan dalam
tanah, memperbesar aliran permukaan
serta menyebabkan terjadinya tanah
longsor. Curah hujan yang tinggi dalam
kurun waktu yang singkat dan tidak dapat
diserap tanah akan dilepas sebagai aliran
permukaaan yang akhirnya menimbulkan
banjir.1,3
Dari uraian di atas, kita
mengetahui bahwa manfaat air hujan
sangatlah penting bagi kehidupan.
Namun, di lain pihak curah hujan yang
sangat tinggi mengakibatkan suatu
wilayah berpotensi terkena banjir. Untuk
itu perlu dibuat sebuah alat pengukur
curah hujan otomatis dan tercatat dalam
sebuah database sehingga data curah
hujan yang dihasilkan dapat dimanfaatkan
secara optimal, sebagai contoh pemetaan
daerah rawan banjir untuk mengurangi
kerugian akibat banjir.3,4
Curah hujan dapat diukur dengan
alat penakar curah hujan otomatis atau
manual. Alat-alat penakar hujan tersebut
harus diletakkan pada daerah yang masih
alamiah, sehingga curah hujan yang
terukur dapat mewakili wilayah yang luas.
Penghitungan curah hujan dari suatu alat
penakar hujan dihitung dari volume air
hujan dibagi dengan luas mulut penakar.4
Dengan menggunakan penakar
hujan yang bekerja secara manual, maka
pengambilan data juga dilakukan secara
manual. Data yang diperoleh merupakan
kumpulan curah hujan selama selang
waktu tertentu dan dilakukan secara terus
menerus. Ini menyebabkan tidak diketahui
jam berapa terjadinya hujan pada suatu
hari karena data yang didapat merupakan
data rata-rata. Solusi dari masalah ini
adalah pembuatan alat pengukur curah
hujan
dengan
mengunakan
microcontroller yang secara otomatis
dapat menghitung dan menyimpan data
curah hujan, sehingga dapat diketahui
kapan waktu turunnya hujan dan kapan
saat tidak ada hujan dari data yang
tersimpan.4
Tujuan Penelitian
1.
2.
3.
Tujuan penelitian ini adalah :
Membuat prototype logger penakar
curah hujan yang dapat bekerja
secara otomatis dan menyimpan data
secara real time untuk menghitung
curah hujan dan dapat bekerja secara
mandiri.
Melakukan
komunikasi
dengan
komputer untuk proses pengaturan
alat serta proses download data dari
memori logger.
Mempermudah pengolahan data
curah hujan.
TINJAUAN PUSTAKA
Curah Hujan
Hujan adalah kebasahan yang
jatuh ke bumi dalam bentuk cair. Butirbutir hujan mempunyai garis tengah 0,08 6 mm. Hujan terdapat dalam beberapa
2
macam yaitu hujan halus, hujan rintikrintik dan hujan lebat. Perbedaan terutama
pada besarnya butir-butir. Hujan lebat
biasanya turun sebentar saja jatuh dari
awan cumulonimbus. Hujan semacam ini
mempunyai intensitas yang besar.5
Salah satu tipe pengukur hujan
manual yang paling banyak dipakai
adalah tipe observatorium (obs) atau
sering disebut ombrometer. Curah hujan
dari pengukuran alat ini dihitung dari
volume air hujan dibagi dengan luas mulut
penakar. Alat tipe observatorium ini
merupakan alat baku dengan mulut
penakar seluas 100 cm2 dan dipasang
dengan ketinggian mulut penakar 1,2
meter dari permukaan tanah.6
Alat pengukur hujan otomatis
biasanya memakai prinsip pelampung,
timbangan atau jungkitan. Keuntungan
menggunakan alat ukur otomatis ini antara
lain seperti, waktu terjadinya hujan dapat
diketahui, intensitas setiap terjadinya
hujan dapat dihitung, pada beberapa tipe
alat, pengukuran tidak harus dilakukan
tiap hari karena periode pencatatannya
lebih dari sehari, dan beberapa
keuntungan lain.7
Tinggi curah hujan diasumsikan
sama di sekitar tempat penakaran, luasan
yang tercakup oleh sebuah penakar hujan
bergantung pada homogenitas daerahnya
maupun kondisi cuaca lainnya. Penakar
hujan dibagi dalam dua golongan yaitu
tipe manual dan tipe otomatis. Bila yang
diinginkan hanya jumlah hujan harian,
maka dipakai tipe manual. Informasi lebih
banyak diperoleh dari alat otomatis. Alat
yang dipakai yang ada di lapangan. Makin
canggih suatu alat makin banyak
ketrampilan dan kemampuannya.8
Jenis-jenis hujan berdasarkan
besarnya curah hujan menurut BMKG9
dibagi manjadi tiga, yaitu :
1. Hujan sedang, 20 - 50 mm per hari.
2. Hujan lebat, 50-100 mm per hari.
3. Hujan sangat lebat, di atas 100 mm
per hari.
Curah hujan dibatasi sebagai
tinggi air hujan yang diterima di
permukaan sebelum mengalami aliran
permukaan, evaporasi dan peresapan ke
dalam tanah. Data hujan mempunyai
variasi yang sangat besar dibandingkan
unsur iklim lainnya, baik variasi menurut
tempat maupun waktu. Data hujan
biasanya disimpan dalam satu hari dan
berkelanjutan.10
Dengan mengetahui data curah
hujan kita dapat melakukan pengamatan
di suatu daerah untuk pengembangan
dalam bidang pertanian dan perkebunan.
Selain itu dapat juga digunakan untuk
mengetahui potensi suatu daerah terhadap
bencana alam yang disebabkan oleh faktor
hujan.1,3,11
Pengertian Penakar hujan
Penakar hujan adalah instrumen
yang digunakan untuk mendapatkan dan
mengukur jumlah curah hujan pada satuan
waktu tertentu. Panakar hujan mengukur
tinggi hujan seolah-olah air hujan yang
jatuh ke tanah menumpuk ke atas
merupakan kolom air. Air yang
tertampung volumenya dibagi dengan luas
corong penampung, hasilnya adalah tinggi
atau tebal, satuan yang dipakai adalah
milimeter (mm).12
Tipping Bucket Sensor
Sensor yang dipakai untuk
mengukur besarnya curah hujan adalah
rain gauge. Jenis rain gauge bermacammacam, ada sekitar 50 jenis rain gauge
yang memenuhi standard internasional.
Salah satunya adalah jenis tipping bucket.
Tipping bucket sensor bekerja
dengan cara menghitung pulsa persatuan
waktu yang ditentukan dari banyaknya air
yang masuk ke dalam corong sensor
tersebut. Sehingga dari pulsa-pulsa
tersebut dapat diketahui besarnya curah
hujan persatuan luas persatuan waktu. Air
hujan ditampung ke dalam bejana yang
berjungkit. Bila air mengisi bejana
penampung yang setara dengan tinggi
hujan 0,2 mm atau sesuai dengan
spesifikasi sensor akan berjungkit dan air
dikeluarkan. Terdapat dua buah bejana
yang saling bergantian menampung air
hujan. Tiap gerakan bejana berjungkit
secara mekanis tercatat pada pias atau
3
menggerakkan counter (penghitung).
Jumlah hitungan dikalikan dengan 0,2 mm
atau sesuai dengan spesifikasi sensor
merupakan tinggi hujan yang terjadi.
Tipping bucket tidaklah seteliti instrumen
standar lainnya, dikarenakan hujan dapat
saja berhenti sebelum bejana berjungkit
karena curah hujan belum mencapai nilai
0.2 mm. sehingga nilai curah hujan di
bawah 0,2 mm tidak tercatat. Ketika
bejana berjungkit, akan menggerakkan
saklar (seperti reed switch) yang
kemudian direkam secara elektronik. Cara
kerja alat penakar hujan ditunjukkan pada
Gambar 1.12
Keuntungan dari alat pengukur
hujan tipe tipping bucket adalah karakter
dari hujan (ringan, sedang atau berat)
dapat dengan mudah diperoleh. Karakter
hujan ditentukan oleh jumlah hujan yang
turun dalam beberapa waktu (biasanya 1
jam) serta dengan menghitung jumlah
jungkitan dalam jangka waktu 10 menit
pengamat dapat menentukan karakter dari
hujan. Contoh penakar hujan jenis tipping
bucket yang terpasang di lapangan
ditunjukkan pada Gambar 2.14
Gambar 1. Cara kerja penakar hujan jenis
Tipping Bucket.13
Gambar 2. Penakar hujan jenis Tipping
Bucket. (Difoto dengan kamera digital 9Mega
Pixel atau MP)
Kalibrasi Sensor
Kalibrasi pada tipping bucket
sensor dilakukan dengan cara mengatur
keseimbangan jungkitan dengan merubah
ketinggian baut penahan jungkitan
tersebut. Untuk mendapatkan volume yang
tertampung dalam curah hujan diperoleh
dari luas penampang corong pada tipping
bucket dikalikan dengan tinggi curah
hujan yang diinginkan. Misalnya diameter
corong tabung 20 cm dan ketinggian
curah hujan yang diinginkan 0.2 mm
maka untuk mendapatkan volume pada
setiap jungkitan dihitung dengan cara :
.
.
.
.
Microcontroller ATmega8
ATmega8 adalah low power
microcontroller 8 bit dengan arsitektur
Reduced Instruction Set Computing
(RISC). Microcontroller ini dapat
mengeksekusi perintah dalam satu periode
clock
untuk
setiap
instruksi.
Microcontroller ini diproduksi oleh atmel
dari seri AVR. Penggunaan ATmega8
dikarenakan harganya yang murah dan
mempunyai fasilitas yang sangat memadai
untuk mengembangkan berbagai aplikasi.
Selain itu, dalam perancangan alat ini
tidak dibutuhkan banyak port untuk
program I/0. Beberapa fitur dari ATmega8
adalah sebagai berikut15 :
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
8 Kbyte Flash Program
512 Kbyte EEPROM
1 Kbyte SRAM
2 timer 8 bit dan 1 timer 16 bit
Analog to Digital Converter
USART
Analog Comparator
Two wire interface (I2C)
23 programmable I/O
Package 28 PDIP
4
Susunnan pin dann tampilan ffisik
microcontrolller ATmegaa8 ditunjukkkan
m
p
pada
Gambarr 3.
R Time Cllock DS1307
Real
Agar pencatatan data
d
hujan ppada
memory cardd teridentifikaasi dengan bbaik
m
p
pada
setiap pencatatan
p
diiperlukan waaktu
l
lokal
pencataatan. Waktu lokal
l
pencataatan
d
diproses
menggunakan
m
IC keluaaran
D
DALLAS
D
DS1307
denggan komunikkasi
p
pengantarmuk
kaan komunnikasi 2 kaabel
(
(I2C).
Keluarran IC ini berrupa data tangggal
d waktu yang
dan
y
sesuai dengan
d
kalennder
m
masehi
deng
gan tidak bergantung ppada
p
pencatuan
daan device laain. IC DS13307
m
menyimpan
nilai
n
dalam register
r
terpissah,
u
untuk
tahun, bulan, hari, jam, menit dan
d
detik
juga tersedia register unntuk
p
penyimpanan
n data sementtara atau alaarm.
S
Susunan
pin out serta tam
mpilan fisik R
RTC
D
DS1307
ditu
unjukkan paada Gambar 4.
S
Sedangkan
Gambar 5 menunjukkkan
s
susunan
antarmuka RTC DS1307 dengan
18
C
CPU.
3(aa)
3(b)
Gambar 3(a)) Susunan pin microcontrolle
m
er
ATmegga8.16 3(b) Tam
mpilan fisik
micro
ocontroller ATm
mega8.17
4(a)
4(b)
Gambar 4(a) Susunan
S
pin ouut.19 4(b) tampiilan
fiisik RTC DS13
307.20
Gam
mbar 5. Susunann antarmuka RTC
R DS1307
denngan CPU.21
EEP
PROM
Electricallly
Erasable
Prog
grammable Read Onlyy Memory
(EEP
PROM) tipe 24xx adalah memori
seriaal yang mengggunakan tekknologi I2C
di mana
m
dengaan adanya penggunaan
p
teknoologi tersebutt, jumlah hig
gh low (I/O)
yangg digunakann untuk meng-akses
mem
mori tersebut semakin sediikit. Hal ini
sangaat bermanfaat bagi sebbuah sistem
yangg
memerluukan
bany
yak
I/O.
Pengggunaan I/O yang semaakin sedikit
untukk
mengakkses
memoori,
akan
menyyediakan lebiih banyak I/O
O yang dapat
digunnakan untuk keperluan
k
lainn.
I2C adalaah teknologi komunikasi
seriaal yang ditem
mukan oleh Philips
P
pada
tahunn 1992 dan ddirevisi hinggga versi 2.1
yangg terbaru padaa tahun 20000. Teknologi
ini hanya
h
mengguunakan 2 buaah jalur I/O
yaituu Serial Data (SDA) dan Serial
S
Clock
(SCL
L).
SDA merrupakan jalurr data pada
komuunikasi
I2C
sedangkkan
SCL
meru
upakan jalur clock di mana
m
sinyal
clockk akan selalu muncul untuuk setiap bit
dari pengiriman
p
ddata.
Komunikaasi I2C dicipptakan oleh
Philipps bukan hanya unntuk serial
EEPR
ROM melainnkan juga dipperuntukkan
bagi komponen--komponen lain yang
mpunyai kem
mampuan 4(b)
unttuk diakses
mem
secarra I2C. Olleh karena itu, untuk
mem
mbedakan anntara serial EEPROM
denggan komponeen-komponenn yang lain
digunnakan
slaave
addreess
yang
menuunjukkan ideentitas dari komponen
5
ttersebut. Dallam hal ini serial
s
EEPRO
OM
m
mempunyai
kode 1010. Susunan pin
E
EEPROM
AT24C256
A
diitunjukkan ppada
G
Gambar
6.22
K
Komunikasi
RS232
RS2332
merupaakan
stanndar
aantarmuka komunikasi
k
a
antara
kompuuter
P
PC
dan peerangkat lainnnya. Interfface
R
RS232
yangg biasanya dikenal
d
sebaagai
s
serial
interfa
face dan sering digunakkan
u
untuk
interrconnection terminal ke
t
terminal
atau komputer kee peralatan lain.
seerial
adaalah
Antarrmuka
p
perangkat
komunikasi dua
d
arah yang
d
dapat
mengirrim dan menerima data pada
s
saat
yang sama. Kecepatan
K
d
dari
k
komunikasi
RS232 dinnyatakan dallam
b
baud.
Dalam
m akuisisi data kecepaatan
r
rendah,
baud
d setara dengaan bit per deetik.
R
RS232
ini dapat
d
berjalan
n hingga 1115,2
24
K
KBaud.
Perallatan pada koomunikasi serrial
d
dibagi
menjadi dua kelom
mpok, yaitu Data
D
C
Communicati
ion Equipmeent (DCE) dan
D
Data
Termina
al Equipmentt (DTE). Conntoh
d DCE adaalah modem, plotter,
dari
p
scannner,
d lain lain. Sedangkan contoh
dan
c
dati D
DTE
a
adalah
terminnal di kompu
uter. Spesifikkasi
e
elektronik
daari serial porrt merujuk ppada
E
Electronic
Ind
dustry Associiation (EIA):
1. “Space” (logika
(
0) adaalah tegangann
a
antara
+3 hingga +25 V.
2 “Mark” (logika 1) adaalah tegangan
2.
a
antara
-3 hing
gga -25V.
3 Daerah anntara +3V hin
3.
ngga -3V tidaak
d
didefinisikan
/ tidak dipakai.
4 Tegangann open circuitt tidak boleh
4.
m
melebihi
25V
V.
5 Arus hubbungan singkaat tidak boleh
5.
m
melebihi
500m
mA.
Komuunikasi seriaal membutuhkkan
p
port
sebagaii saluran daata. Gambarr 7
m
merupakan
tampilan poort DB9 yang
u
umum
digunaakan sebagai port
p serial.
Gambar 6. Suusunan Pin EEP
PROM
AT
T24C256.23
Gambar 7. Susunan
S
port DB
D 9.25
BAHAN D
DAN METO
ODE
Temp
pat dan Wak
ktu Penelitian
n
Penelitiann dilakukann di lab
Departemeen
Fisika,
microocontroller,
Fakuultas
Mateematika
d
dan
Ilmu
Penggetahuan Alaam, Institutt Pertanian
Bogo
or. Penelitiann dilaksanakaan selama 8
bulann yaitu, padda bulan Meei-Desember
20100.
Bahaan dan Alat
Bahan uutama yang digunakan
m penelitiaan ini an
ntara lain
dalam
microocontroller ATmega8, EEPROM
AT244C256, RTC
C DS1307, MAX232,
RS2332, baterei CMOS, kaabel, PCB,
resisttor dan kapaasitor sesusaii keperluan.
Alat yang digunakan teerdiri dari
meter, logic prrobe, solder,
kompputer, multim
attraacktor, kabeel downloadder, kabel
seriaal, catu daya 12VDC dan
d
tipping
buckket sensor.
6
Rancangan Blok Sistem
a. Logger
Sebuah data logger adalah
perangkat elektronik yang mencatat data
dari waktu ke waktu atau berhubungan
dengan lokasi baik dengan built in
instrumen atau sensor atau melalui
instrumen eksternal dan sensor.
Diagram logger diperlihatkan
pada
Gambar
8
terdiri
dari
microcontroller ATmega8, Real Time
Clock, Memori EEPROM, serta RS232
Transceiver.
ATmega8
menghitung
jumlah pulsa dari sensor curah hujan,
mengambil data waktu dari RTC dan
menyimpan data curah hujan serta waktu
kedalam EEPROM. ATmega 8 juga bisa
mengeset waktu dan menghapus data yang
tersimpan dalam EEPROM. RS232
berfungsi untuk mengirimkan dan
menerima perintah dari komputer ke
ATmega 8.
Gambar 8. Blok diagram Logger
Gambar 9. Blok diagram sistem penakar
hujan otomatis.
Metodologi Perancangan
a. Rangkaian Minimum Sistem ATmega8
b. Rancangan Sistem
Sistem panakar hujan otomatis
terdiri dari bagian perangkat lunak
komputer dan logger (perekam data).
Perangkat
lunak
komputer
dapat
melakukan perintah untuk pengaturan
parameter logger serta download data
curah hujan harian dari memori EEPROM
sesuai dengan file yang tersimpan tiap
hari melalui jalur serial RS232. Selain itu
juga dapat menghapus data pada
EEPROM dan mengeset waktu RTC.
Desain lengkap sistem panakar hujan
otomatis ditunjukkan gambar dibawah ini.
Gambar 9 merupakan blok diagram sistem
penakar hujan otomatis.
Secara umum microcontroller
mengendalikan semua proses sistem dan
juga komunikasi dengan eksternal sistem.
Titik berat tugas microcontroller adalah
pembacaan
sensor
curah
hujan,
menggabungkannya
dengan
sistem
perwaktu RTC, menyimpan data ke dalam
EEPROM dan mengirimkannya dalam
bentuk data serial jika terjadi komunikasi
dengan PC.
Pada penelitian akan dibuat
rangkaian menggunakan microcontroller
ATmega8 dengan konfigurasi seperti pada
Gambar 10. Rangkaian ini sebagai inti
dari kontrol sistem pengukuran.
b. Rangkaian RTC DS1307
Sistem pewaktuan diperlukan
pada data logger untuk mendukung
sistematika data. Pencatatan waktu lokal
dibangun menggunakan IC keluaran
DALLAS DS1307 dengan komunikasi
pengantarmukaan komunikasi 2 kabel
(I2C).
Keluaran IC ini berupa data
tanggal dan waktu yang sesuai dengan
kalender masehi dengan tidak bergantung
pada pencatuan dan device lain. IC
DS1307 menyimpan nilai dalam register
terpisah, untuk tahun, bulan, hari, jam,
menit dan detik juga tersedia register
untuk penyimpanan data sementara atau
alarm.
Rangkaian
RTC
DS1307
ditunjukkan pada Gambar 11.
7
kapastor
tambahan
untuk
desain
rangkaian. Skema rangkaian RS232
converter ditunjukkan pada Gambar 13.
e. Pemrograman Microcontroller.
Gambar 10. Rangkaian minimum sistem
ATMega 8
Gambar 11. Rangkaian RTC DS1307
Pembuatan ARR menggunakan
microcontroller
ATmega
8
dapat
diprogram dengan CodeVisionAVR yang
merupakan software C-cross Compiler,
dimana program dapat ditulis dalam
bahasa C. CodeVision memiliki IDE
(Integrated development Environment)
yang lengkap, dimana penulisan program,
compile, link, pembuatan kode mesin
(assembler) dan download program ke
ATmega8 dapat dilakukan dengan
CodeVision, selain itu ada fasilitas
terminal, yaitu melakukan komunikasi
serial dengan microcontroller yang sudah
di program. Proses download program ke
microcontroller
ATmega8
dapat
menggunakan System programmable
Flash on-Chip mengizinkan memori
program untuk diprogram ulang dalam
sistem menggunakan hubungan serial SPI.
c. Rancangan EEPROM AT24C256
I2C Serial EEPROM adalah
merupakan Serial EEPROM yang diakses
dengan teknologi komunikasi serial.
Memori ini adalah merupakan memori
eksternal yang cukup efektif bagi
microcontroller
yang
membutuhkan
ekstra memori. Hal ini disebabkan karena
I2C Serial EEPROM hanya membutuhkan
2 jalur I/O saja sehingga mereduksi
pemakaian
I/O
microcontroller.
Rangkaian
EEPROM
AT24C256
ditunjukkan pada Gambar 12.
Gambar 12. Rangkaian EEPROM AT24C256
d. Rancangan RS232 Converter
RS232 converter merupakan
pengubah level tegangan TTL menjadi
level teganga RS232, IC yang digunakan
dalam perancangan ini adalah MAX232
produksi maxim. Chip ini memiliki dapat
mengakomodir 2 jalur pengirim dan 2
jalur penerima. Membutuhkan beberapa
Gambar 13. Rangkaian RS232 converter.
8
HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil Perancangan Rangkaian ARR
Perancangan rangkaian ARR
dibuat berdasarkan skematik rangkaian.
Skematik tersebut kemudian dicetak
menjadi PCB, selanjutnya dipasang
komponen sesuai tempat yang telah
dirancang. Gambar 14 menunjukkan hasil
perancangan dari rangkaian ARR secara
keseluruhan.
a. Rangkaian ATmega8
Microcontroller
ATmega8
merupakan pusat dari proses yang akan
dijalankan oleh sistem. Microcontroller
menerima perintah berupa program dari
komputer dan melaksanakannya. Untuk
dapat berkomunikasi dengan komputer,
microcontroller minimal harus memiliki
sebuah
rangkaian
seperti
yang
ditunjukkan pada Gambar 8.15
PortD.7
pada
ATmega8
disambungkan ke kaki LED yang negatif
dan kaki LED positif diberi hambatan
sebesar 560 Ω sebelum dihubungkan ke
VCC. Pin Reset dihubungkan ke resistor
47 k Ω ke VCC dan ke kapasitor 3.3 µF
menuju GND (ground). Kristal tidak
dipasang karena menggunakan kristal
internal pada ATmega8 sebesar 1 MHz.
Konektor ISP dihubungkan ke pin MOSI,
RST, SCK, MISO, GND dan VCC.
Gambar 15 menunjukkan komponen
ATmega8 yang tela terpasang.
Gambar 14. Hasil rancangan rangkaian ARR.
(Difoto menggunakan kamera digital 9 MP)
Gambar 15. Rangkaian Atmega 8 yang telah
terpasang. (Difoto menggunakan kamera
digital 9 MP)
470
Reed Switch
INT0
0.1 uF
GND
Gambar 16. Rangkaian penahan goncangan.
b. Rangkaian Tipping Bucket Sensor
Pembacaan sensor penakar hujan
akan memanfaatkan fasilitas interupt 0
dari microcontroller yang digabungkan
dengan sumber ground. Dimana jika pin
interupt 0 dipicu oleh ground maka akan
menyebabkan penghitung curah hujan
bekerja. Untuk menghindari adanya
goncangan yang sering terjadi pada pin
interupt 0 perlu dipasang resistor serta
kapasitor keramik, sehingga hanya satu
pulsa yang terjadi setiap terjadi jungkitan
pada sensor curah hujan. Gambar 16
merupakan rangkaian penahan goncangan.
Prinsip dasar tipping bucket
sensor yaitu apabila bagian permukaan
dari sensor terkena medan magnet maka
dua buah kontak plate tipis yang terdapat
dibagian dalam sensor akan tertarik oleh
medan magnet, sehingga kontak akan
terhubung dan mengakibatkan logika high
pada interup 0. Setiap kali kontak
terhubung berarti 1 kali jungkitan pada
tipping bucket yang merupakan curah
hujan dalam 0.2 mm. Gambar 17
merupakan reed switch yang terpasang
pada tipping bucket sensor.
9
Medaan
maggnet
unntuk
menggerakann reed switcch, berasal dari
m
d
m
magnet
yang
g terdapat pada jungkiitan
t
tipping
buckket, yang berrgerak naik dan
t
turun,
gerakaan itulah yang dideteksi oleh
o
r
reed
switch. Sensor ini haanya mempunnyai
d buah kabbel untuk keeluarannya, yang
dua
d
dihubungkan
ke pin in
nterup dan ke
g
ground.
d
dengan
Kalibbrasi sensor dilakukan
m
merubah
kettinggian pennahan jungkiitan
a
agar
dapat beergerak ketika volume dallam
j
jungkitan
sebbesar 6.28 mm
m 3. Gambar 18
m
menunjukkan
n jungkitan pada tippping
b
bucket
sensorr dengan penaahan yang sudah
d
dikalibrasi.
Gambar 17. Reed
R
switch yan
ng terpasang paada
tipping buckeet sensor. (Difooto menggunakkan
kaamera digital 9MP)
9
Gambar 18. Jungkitan padaa tipping buckeet
n yang sudah
sensor deengan penahan
dikalibrasi. (Difoto
(
mengg
gunakan kamerra
digital 9 MP
P)
mbar 19. Ranggkaian RTC DS
S1307 yang
Gam
telahh terpasang. (Diifoto menggun
nakan kamera
diggital 9 MP)
c. Rangkaian
R
RTC
C DS1307
RTC DS
S1307 meruppakan RTC
denggan antarmukka i2C sehinngga hanya
ada 2 pin yanng dihungk
kan dengan
microocontroller. Kedua pin ini adalah
SDA
A serta SCL. Kedua pin memerlukan
m
pull up resistor 110 Kohm sessuai dengan
m
datassheet. Pada rangkaian menggunaan
kristaal 32.768 ssebagai sum
mber clock.
Untuuk menahan data waktu tetap up to
date ketika catu ddaya dimatikaan perlu ada
baterrai eksternal yang dipasanng pada pin
RTC. Hasil ranngkaian RTC
C DS1307
ditun
njukkan pada Gambar 19.
Pada perrancangan, seperti pada
Gam
mbar 9, pin 1 dan 2 dihubungkan
d
denggan kristal pem
mbangkit frekkuensi clock
sebessar 32 MHz.. Pin 3 dihubbungkan ke
sebuaah bateri CM
MOS sebagaii catu daya
cadanngan yang akan
a
berfunggsi menjaga
stabilitas kerja RT
RTC dalam peenghitungan
d
utama paadam. Pin 4
wakttu saat catu daya
sebaggai groundd, sedangkaan sebagai
masuukan catu ddayanya melaalui pin 8.
Catu daya yang menuju
m
RTC
C disediakan
sendiiri dari regullator 78L05 sebesar 5V
untukk menjamin catu daya utama
u
RTC.
Pin 5 (SDA) dan pin 6 (SCL) merupakan
pin yang digunaakan untuk komunikasi
tekniik I2C ddengan microcontroller
sebaggai jalur data waktu yang diambil
d
dari
RTC.
Untuk m
melakukan pengesetan
menggunakann program
wakttu diatur m
berik
kut :
void set_jam(void)
d)
{
//R,T,14:00::00,16:03:11**
10
//012345678901234567890123
if(dat_ser[6]+0x30 == ':'){
if(dat_ser[9]+0x30 == ':'){
// printf("OK \n\r");
dat_ser[4] = dat_ser[4]*10 +
dat_ser[5];
dat_ser[7] = dat_ser[7]*10 +
dat_ser[8];
dat_ser[10] = dat_ser[10]*10
+ dat_ser[11];
// data hari/tgl
dat_ser[13] = dat_ser[13]*10
+ dat_ser[14];
dat_ser[16] = dat_ser[16]*10
+ dat_ser[17];
dat_ser[19] = dat_ser[19]*10
+ dat_ser[20];
// write to rtc
rtc_set_time(dat_ser[4],dat_ser[7],dat_se
r[10]);
rtc_set_date(dat_ser[13],dat_ser[16],dat
_ser[19]);
}
}
}
d. Rangkaian EEPROM AT24C256
Perancangan pada Gambar 10, pin
1 sampai dengan 4 dihubungkan ke GND.
Pin 5 (SDA) dan pin 6 (SCL) merupakan
pin yang digunakan untuk komunikasi
teknik I2C seperti pada RTC. Pin 7
merupakan write protect yang disambung
ke resistor 10 k Ω dan selanjutnya
dihubungkan ke VCC. Pin 8 sebagai
masukan catu daya yang dihubungkan ke
VCC. Gambar 20 merupakan hasil
rangkaian AT24C256.
Pembacaan dan pencatatan data
ke EEPROM menggunakan program :
void read24C256(char slave, unsigned int
ads, int count)
{
if (i2c_start() && i2c_write(slave)) {
i2c_write(ads >> 8);
i2c_write(ads & 0xFF);
i2c_start();
i2c_write(slave | 1);
ads = 0;
while (count--)
eep2[ads++] = i2c_read(1);
i2c_read(0);
i2c_stop();
} else
printf("the 24C256 did not respond
to slave %02X\r\n", slave);
}
void write24C256(char slave, unsigned int
ads, int count)
{
if (i2c_start() && i2c_write(slave)) {
i2c_write(ads >> 8);
// uses a
two-byte address
i2c_write(ads & 255); // lo-byte
ads = 0;
while (count--)
i2c_write(eep[ads++]);
i2c_stop();
delay_ms(10);
// allow
time for eeprom to write
} else
printf("the 24C256 did not respond
to slave %02X\r\n", slave);
}
e. Rangkaian MAX232 Converter
Pemasangan MAX232 seperti
pada Gambar 11, dilakukan dengan
menghubungkan pin 1 dan 3 ke kaki
positif kapasitor 10 µF. Sedang pin 4 dan
5 dihubungkan ke kaki negative dari
kapasitur 10 µF tersebut. Pin 2
dihubungkan ke kaki positif kapasitor 10
µF yang telah terhubung ke VCC. Untuk
pin 6 dihubungkan ke kaki negative
kapasitor 10 µF yang telah terhubung ke
GND. Pin 11 (TXD) dan 12 (RXD)
digunakan
untuk
pengiriman
dan
penerimaan data dengan microcontroller.
Pin 13 (RXDIN) dan 14 (TXDA)
digunakan untuk mengirim dan menerima
data dengan komputer. Pin 16 sebagai
masukan catu daya yang dihubungkan ke
VCC. Gambar 21 merupakan hasil
rangkaian MAX232.
11
Gambar 20. Rangkaian AT24C256. (Difoto
dengan kamera digital 9 MP)
download();
}
if(kontrol_input == 'S'){ // Status
status();
}
if(kontrol_input == 'E'){ //Erase
erase_data();
status();
}
status_serial_in = 0;
index_in = 0;
PORTD.7 = 1;
}
Pemasangan pin 2 (transmitted
data) dan pin 3 (received data) pada DB9
dihubungkan menyilang dengan ARR. Pin
2 ke RXDIN dan pin 3 ke TXDA. Ini
dikarenakan transmitter data komputer
agar masuk ke receiver dari ARR dan
receiver data komputer memperoleh data
dari transmitter ARR, sehingga terjadi
komunikasi dua arah yang dapat mengirim
dan menerima data secara bersamaan.
f. Flowchart Umum Sistem
Gambar 21. Rangkaian MAX232. (Difoto
dengan kamera digital 9 MP)
Program untuk mengeset ARR
dengan komputer yaitu :
void order_serial(void)
{
// R,T,00:00:00,00:00:00*
// 0123456789012345678901234
delay_ms(10);
PORTD.7 = 0;
for(index_in = 2; index_in