STASIUN CUACA MINI Berbasis Mikrokontroler MC68HC908QB8
STASIUN CUACA MINI
Berbasis Mikrokontroler MC68HC908QB8
TUGAS AKHIR
Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat
Memperoleh Gelar Sarjana Teknik pada
Program Studi Teknik Elektro
Disusun oleh:
Y.S. SOEFIAN NUR HIDAYAT
NIM: 035114003 PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA
2007
MINI WEATHER STATION
Based on MC68HC908QB8 Microcontroller
FINAL PROJECT
Presented as Partial Fulfillment of the Requirements
To Obtain the SARJANA TEKNIK Degree
in Electrical Engineering
By:
Y.S. SOEFIAN NUR HIDAYAT
Student Number: 035114003 ELECTRICAL ENGINEERING DEPARTEMENT SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY SANATA DHARMA UNIVERSITY YOGYAKARTA
2007
LEMBAR PERNYATAAN KEASLIAN KARYA
Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa tugas akhir yang saya tulis ini tidak memuat karya atau bagian karya orang lain, kecuali yang telah disebutkan dalam kutipan dan daftar pustaka, sebagaimana layaknya karya ilmiah.
Yogyakarta, 13 September 2007 Y.S. Soefian Nur Hidayat
MOTTO DAN PERSEMBAHAN
MOTTO:
“ BERTAMBAHNYA UMUR ITU PASTI, TETAPI MENJADI
DEWASA ITU ADALAH SEBUAH PILIHAN”A - MILD
” HIDUP BAGAIKAN MENULIS SEBUAH BUKU, ENTAH
BAGAIMANA KITA SEMUA INGIN MENULIS BUKU KITA,
MENJADI CERITA YANG MENARIK BAGI ORANG LAIN ATAU
MENJADI CERITA YANG . . . ” PENULISKupersembahkan Tugas Akhir ini untuk: Tuhanku yang Termulia Papa dan Mamaku yang Terkasih
Kakak-kakakku yang Tersayang Adikku yang Tercint a Keponakan-keponakanku yang Ku-Sayangi
Judul : Stasiun Cuaca Mini Nama Mahasiswa : Y.S. Soefian Nur Hidayat No. Mahasiswa : 035114003
INTISARI
Teknologi Stasiun Cuaca Mini menawarkan banyak manfaat yang signifikan bagi para pengguna, sekaligus menawarkan tantangan bagi siapa saja yang ingin mengembangkan teknologi ini. Stasiun cuaca mini akan diaplikasikan untuk memberikan kemudahan dalam memberikan informasi cuaca yang relevan. Alat ini secara khusus akan memberikan informasi curah hujan, waktu hujan, suhu udara dan waktu suhu udara secara .
real time
Dalam penelitian ini stasiun cuaca mini dibuat dalam bentuk model, menggunakan mikrokontroler Freescale MC68HC908QB8 sebagai pengumpul data dan pengolah data. Model tipping-bucket digunakan sebagai sensor tingkat curah hujan, sedangkan LM35 digunakan sebagai sensor suhu udara dan RTC DS1305 digunakan sebagai penghasil waktu dan tanggal. Data-data tersebut akan ditampilkan pada layar monitor menggunakan perangkat lunak Visual Basic yang telah diprogram.
Stasiun Cuaca Mini bekerja dengan ketelitian curah hujan sebesar 1 mm dan rata-rata galat pengukuran suhu udara sebesar 0,85%. Kata kunci: Stasiun Cuaca, Mikrokontroler MC68HC908QB8.
Title : Mini Weather Station Student Name : Y.S. Soefian Nur Hidayat Student Number : 035114003
ABSTRACT
Mini Weather Station technology provides many significant benefits for the users and challenges everyone who is willing to develop this technology. Mini weather will be used to give an easy access to relevant weather information. This instrument especially provides the informations of rain-fall, raining-time and real-time temperature.
In this research, mini weather station is designed in a model with MC68HC908QB8 Freescale microcontroller as data collector and data processor. Tipping-bucket model is used as the sensor of rain-fall level, LM35 is used as temperature sensor and DS1305 RTC is used to generate/real time date and time. The collected data will be shown on the monitor by a program written on Visual Basic.
Mini weather station works well with 1 millimeter of rain-fall accuracy and 0.85 percent of temperature measurement error average. Keywords: Weather Station, MC68HC908QB8 Microcontroller.
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis hanjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas berkat dan rahmat-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan karya tulis berjudul “Stasiun Cuaca Mini Berbasis Mikrokontroler MC68HC908QB8”.
Karya tulis ini merupakan salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik Elektro Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Penulisan tugas akhir ini didasarkan pada hasil-hasil yang penulis dapatkan selama tahap perancangan, pembuatan, pengujian dan pengembangan alat.
Penulisan skripsi ini tidak lepas dari bantuan berbagai pihak. Untuk itu, penulis mengucapkan terima kasih kepada:
1. Ibu Wuri, S.T., M.T. selaku dosen pembimbing I, yang telah meluangkan waktu, tenaga dan pikirannya untuk membimbing penulis.
2. Ir. Tjendro selaku dosen pembimbing II, yang telah meluangkan waktu, tenaga, semangat, nasehat dan pikirannya untuk membimbing penulis.
3. Bapak Raymond Weisling selaku pimpinan perusahaan tempat penulis melaksanakan Kerja Praktek, yang telah memberikan ide dan menyumbangkan pemikirannya demi membantu penulis.
4. Bapak/Ibu dosen jurusan Teknik Elektro Universitas Sanata Dharma, atas pengetahuan yang telah diberikan kepada penulis selama kuliah.
5. Semua karyawan Sekretariat (Pak Djito, Bu Titik, dll) dan semua para laboran (Mas Suryono, Mas Broto, Mas Mardi, Mas Hardi), yang telah membantu penulis dalam proses menimba ilmu di Universitas Sanata Dharma.
6. Bapak Tikno dan Bapak Haryanto selaku karyawan Balai SABO, yang telah memberikan ijin penulis untuk melakukan penelitian terhadap sensor curah hujan yang dimiliki balai SABO.
7. Bapak Petrus Setyo Prabowo, S.T., yang selalu menghibur dan memotivasi penulis lewat canda tawanya yang hangat.
8. Mas Abeng yang telah membantu dalam pembuatan box stasiun cuaca mini.
9. Suci Apsari yang rela memberikan motivasi, dukungan, meminjamkan komputer, printer dan memberikan saran dalam pemrograman Visual Basic.
10. Anak-anak Kamboja Bang Pipix, Bang Ganda, Mas Dani, Kim Kyo Young (Nuna), Mas Suryo, Mas Bayu (Vodkobay), Mas Tinus, Mas Kisna, Ronny
Baban dan Irine, Suryo, Frans, Sintong, Budi Bulet, Nobert dan Daniel kecil yang telah mengisi cerita dalam hidupku.
11. Kawan–kawan dari kampung halamanku Neos-ku sayang, Leo Silet, Poltax Minyak, Rizkie Solip, Franki (Pengxi), Encus, Ferdinand, Rudy Gondrong, Doyox TB, Titis family, Andreas, Sintho dan Linda, Martha, Alvita, Liana dan Hendro Carmel yang telah memberikan warna dalam hidup ini.
12. Winarto (terima kasih atas Flashdisk dan idenya), Suryo (terima kasih atas saran VB-nya), Merry, Dennis, Joe, Inggit, Boen, Radit, DC, Ronny, Yakob, Miko (TE’04) dan teman-teman Teknik Elektro 2003 lainnya.
13. Om Listrik dan istri, Combat dan istri, Dwi (Uscab), Gimbal, Jubert, pak Kabul dan pak Aris sekeluarga yang telah memberikan warna dalam kehidupanku.
14. Bapak dan ibu kost Wisma DMP (Depan Makam Paingan), terima kasih selama 2 tahun pertama saya bisa tinggal di tempat anda.
15. Semua teman-teman kost DMP (Pii, Nendar, Donny, Alex. Berlin), semua teman-teman kost jalan Mawar (Koko Andrew, Nando, Ronny, Gentong, Mas Guntur, Mas Wisnu, Mas Dendra) sebagai sahabat-sahabatku terbaik yang pernah penulis miliki.
16. Kawan-kawan di organisasi BEMFT-USD, FPPI, GP, TAJAM, FORSOS dan organisasi-organisasi lainnya, terima kasih atas proses pembelajaran di bidang sosial, budaya dan politik.
17. Semua pihak yang tidak bisa disebutkan satu persatu.
Penulis mengakui bahwa karya tulis ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu, segala kritik dan saran yang membangun akan penulis terima dengan senang hati. Akhir kata, semoga tugas akhir ini berguna bagi semua pihak dan dapat menjadikan bahan kajian lebih lanjut.
Yogyakarta, 13 September 2007 Penulis
Y.S. Soefian Nur Hidayat
DAFTAR ISI
Halaman Judul Bahasa Indonesia ........................................................................... i Halaman Judul Bahasa Inggris ............................................................................... ii Lembar Pengesahan oleh Pembimbing .................................................................. iii Lembar Pengesahan oleh Penguji .......................................................................... iv Lembar Pernyataan Keaslian Karya ....................................................................... v Halaman Persembahan dan Moto Hidup ................................................................ vi Intisari ..................................................................................................................... vii Abstract ................................................................................................................... viii Kata Pengantar ........................................................................................................ ix Daftar Isi ................................................................................................................. xi Daftar Gambar ........................................................................................................ xiv Daftar Tabel ............................................................................................................ xvi
BAB I PENDAHULUAN ..................................................................................... 1
1.1. Latar Belakang Masalah ...................................................................... 1
1.2. Tujuan dan Manfaat ............................................................................. 2
1.3. Batasan Masalah .................................................................................. 3
1.4. Metodologi Penelitian .......................................................................... 3
1.5. Sistematika Penulisan .......................................................................... 4
BAB II DASAR TEORI ....................................................................................... 5
2.1. Pencatat Hujan Tipping-bucket ........................................................... 5
2.2. Sensor Optis ......................................................................................... 6
2.3. Transistor Sebagai Saklar .................................................................... 7
2.4. Sensor Suhu LM35 .............................................................................. 8
2.5. Real Time Clock (RTC) DS1305 ......................................................... 9
2.5.1. Pengenalan .................................................................................. 9
2.5.2. Fitur ............................................................................................ 10
2.5.3. Penempatan Pin ........................................................................... 10
2.5.4. Peta Memori RTC ....................................................................... 11
2.6. Komunikasi Serial ............................................................................... 12
2.6.1. Port Komunikasi Serial .............................................................. 13
2.6.2. RS232 ......................................................................................... 14
3.1.3. Perancangan Antarmuka Mikrokontroler dengan DS1305 ......... 34
4.1. Pengamatan dan Pembahasan Data Curah Hujan ................................ 47
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN .............................................................. 45
3.2.2.1. Perancangan Database ..................................................... 43
3.2.2. Perancangan Perangkat Lunak Visual Basic 6.0. ....................... 42
3.2.1.6. Rancangan Subrutin ADC10 ........................................... 41
3.2.1.5. Rancangan Subrutin Kirim/Ambil Data DS1305 ............ 40
3.2.1.4. Rancangan Subrutin Pengiriman Data ke PC .................. 40
3.2.1.3. Rancangan Interupsi Penerimaan Data dari PC .............. 39
3.2.1.2. Rancangan Interupsi Eksternal (IRQ) ............................. 39
3.2.1.1. Rancangan Interupsi Keyboard (KBI) ............................ 38
3.2.1. Perancangan Perangkat Lunak Mikrokontroler .......................... 36
3.2. Perancangan Perangkat Lunak ............................................................. 36
3.1.4. Perancangan Pengubah Level Tegangan TTL Menjadi RS232 .. 35
3.1.2.2. Sensor Optis dan Transistor Sebagai Saklar ................... 32
2.7. Pemrograman Visual Basic ................................................................. 15
3.1.2.1. Tipping-Bucket ............................................................... 31
3.1.2. Perancangan Sensor Tingkat Curah Hujan ................................. 31
3.1.1. Perancangan Sensor Suhu ........................................................... 30
3.1. Perancangan Perangkat Keras .............................................................. 30
BAB III RANCANGAN PENELITIAN ............................................................. 29
2.8.5. Analog to Digital Converter (ADC) …....................................... 24
2.8.4. Keyboard Interrupt Module (KBI) .............................................. 23
2.8.3.1. IRQ Status and Control Register (INTSCR) …….......... 22
2.8.3. External Interrupt (IRQ) ............................................................. 22
2.8.2.2. Register Data Port B ....................................................... 20
2.8.2.1. Register Data Port A ....................................................... 19
2.8.2. Port-Port Input/Output ................................................................ 18
2.8.1. Gambaran Umum ....................................................................... 17
2.8. Mikrokontroler MC68HC908QB8 ...................................................... 17
4.2. Pengamatan dan Pembahasan Data Suhu Udara .................................. 49
4.3. Pembahasan Program Mikrokontroler .................................................. 50
4.4. Pengamatan dan Pembahasan Program Visual Basic .......................... 51
4.4.1. Pengamatan dan Pembahasan Form Progress ............................ 51
4.4.2. Pengamatan dan Pembahasan Form SetRTCTime ..................... 52
4.4.3. Pengamatan dan Pembahasan Form KirimData ......................... 52
4.4.4. Pengamatan dan Pembahasan Form Menu ................................. 52
4.4.5. Pengamatan dan Pembahasan Form EndProgram ...................... 54
4.4.5. Pengamatan dan Pembahasan Database ..................................... 55
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ................................................................ 56
5.1 Kesimpulan ............................................................................................ 56
5.2 Saran ...................................................................................................... 56 ............................................................................................. 57
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN RANGKAIAN LENGKAP .................................................................. L1
LAMPIRAN SPESIFIKASI ALAT DAN DIMENSI ALAT ..................................... L2
LAMPIRAN DATA TABEL CURAH HUJAN ........................................................ L3
.......................................................... L4
LAMPIRAN DATA TABEL SUHU UDARA
LAMPIRAN LISTING PROGRAM MIKROKONTROLER .................................... L5
LAMPIRAN LISTING PROGRAM VISUAL BASIC .............................................. L6
...................................................................................... L7
LAMPIRAN DATASHEET
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2-1 Pencatat Hujan Tipping-Bucket ........................................................... 6 Gambar 2-2 Optocoupler ......................................................................................... 6 Gambar 2-3 Konfigurasi Terhalang ON .................................................................. 7 Gambar 2-4 Konfigurasi Common Emitter Transistor Sebagai Saklar..................... 7 Gambar 2-5 Penempatan Pin LM35 ........................................................................ 8 Gambar 2-6 LM35 dengan Damper R-C .................................................................. 9 Gambar 2-7 Penempatan Pin DS1305 ..................................................................... 10 Gambar 2-8 Sebuah Frame dalam Komunikasi Serial ............................................ 13 Gambar 2-9
Port DB9: (a) Male; (b) Female .......................................................... 13
Gambar 2-10 Level Tegangan TTL dan RS232 Pada Pengiriman Huruf ‘A’ Tanpa Bit Paritas ................................................................................ 15
Gambar 2-11 Visual Basic IDE ................................................................................ 15 Gambar 2-12 Konfigurasi Pin Mikrokontroler MC68HC908QB8 .......................... 18 Gambar 2-13 Register Data Port A (PTA) .............................................................. 19 Gambar 2-14 Data Direction Register A (DDRA) ................................................. 19 Gambar 2-15 Port A Input Pullup Enable Register (PTAPUE) .............................. 20 Gambar 2-16 Register Data Port B (PTB) ............................................................... 21 Gambar 2-17 Data Direction Register B (DDRB) .................................................. 21 Gambar 2-18 Port B Input Pullup Enable Register (PTBPUE) .............................. 21 Gambar 2-19 IRQ Status and Control Register (INTSCR) ..................................... 22 Gambar 2-20 Keyboard Status and Control Register (KBSCR) ............................. 23 Gambar 2-21 Port A Keyboard Interrupt Enable Bits (KBIER) ............................ 24 Gambar 2-22 ADC10 Status and Control Register (ADCSC) ................................ 26 Gambar 2-23 Register Data High ADC10, Mode 8-Bit dan Mode10-Bit ............... 26 Gambar 2-24 Register Data Low ADC10 ................................................................ 27 Gambar 2-25 Register Clock ADC10 (ADCLK) ..................................................... 27 Gambar 3-1 Rancangan Diagram Blok Stasiun Cuaca Mini ................................... 29 Gambar 3-2 Rancangan Sensor Suhu dengan IC LM35 .......................................... 30 Gambar 3-3 Rancangan Sensor Pengukur Curah Hujan .......................................... 32 Gambar 3-4 Rancangan Sensor Optis ...................................................................... 33 Gambar 3-5 Rancangan Koneksi Mikrokontroler dengan DS1305 ........................ 35
Gambar 3-6 Rancangan Pengubah tegangan Level TTL menjadi RS232 ............... 35 Gambar 3-7 Rancangan Diagram Alir Program Utama ........................................... 37 Gambar 3-8 Rancangan Diagram Alir Subrutin Program Utama ............................ 38 Gambar 3- 9 Rancangan Diagram Alir Interupsi Keyboard .................................... 38 Gambar 3-10 Rancangan Diagram Alir Interupsi Eksternal .................................... 39 Gambar 3-11 Rancangan Diagram Alir Interupsi Penerimaan Data dari PC .......... 40 Gambar 3-12 Rancangan Diagram Alir Subrutin Pengiriman Data ke PC ............. 40 Gambar 3-13 Rancangan Diagram Alir Subrutin DS1305 : (a) Kirim ; (b) Ambil . 41 Gambar 3-14 Rancangan Diagram Alir Subrutin ADC10 ....................................... 41 Gambar 3-15 Rancangan Tampilan Form Utama ................................................... 42 Gambar 3-16 Rancangan Diagram Alir Form Utama ............................................. 43 Gambar 3-17 Rancangan Diagram Alir Database .................................................. 44 Gambar 4-1 Tampilan Luar Perangkat Keras Stasiun Cuaca Mini ......................... 45 Gambar 4-2 Tampilan Dalam Perangkat Keras Stasiun Cuaca Mini ...................... 46 Gambar 4-3 Pengujian Wadah Penampung ............................................................ 47 Gambar 4-4 Tampilan Form Progress “MWS” ....................................................... 51 Gambar 4-5 Tampilan Form SetRTCTime “MWS” ................................................ 52 Gambar 4-6 Tampilan Form KirimData “MWS” .................................................... 52 Gambar 4-7 Tampilan Form Menu “MWS” ........................................................... 53 Gambar 4-8 Tampilan Form Menu Saat Hujan “MWS” ......................................... 53 Gambar 4-9 Tampilan Form Menu Selesai Hujan “MWS” ..................................... 54 Gambar 4-10 Tampilan Form EndProgram “MWS” ................................................ 54 Gambar 4-11 Tabel Database .................................................................................. 55
DAFTAR TABEL
Tabel 2-1 Peta Alamat RTC DS1305 dan Alamat RAM ........................................ 12 Tabel 3-1 Perancangan Tabel Curah Hujan ............................................................ 44 Tabel 3-2 Perancangan Tabel Suhu Udara .............................................................. 44 Tabel 4-1 Pengamatan Interupsi Satu Detik DS1305 .............................................. 46 Tabel 4-2 Pengujian Wadah Penampung ................................................................. 47 Tabel 4-3 Pengamatan Sensor Optis ........................................................................ 48 Tabel 4-4 Pengamatan Data Curah Hujan ............................................................... 48 Tabel 4-5 Pengamatan Data Suhu Udara ................................................................. 49
BAB I PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang Masalah
o o Indonesia merupakan negara tropis yang terletak pada 6 LU-11 LS dan o o
95 BT-141 BT, serta di sepanjang garis khatulistiwa. Faktor tersebut menyebabkan keadaan cuaca di Indonesia cenderung berubah dari waktu ke waktu. Perbandingan
2
2 antara daratan/lautan, adalah 1 : 4 (1.919.443 km : 7.228.138 km ) dan dihuni ±210 juta jiwa. Pengamatan akan keadaan cuaca ini sangat penting, mengingat keadaan geografis Indonesia yang sebagian besar berbentuk kepulauan. Informasi cuaca sangat diperlukan oleh masyarakat sebagai salah satu pedoman penting dalam menjalankan aktifitas mereka [1].
Untuk mengantisipasi fluktuasi cuaca yang selalu berubah dari waktu ke waktu serta dari satu tempat ke tempat lainnya, diperlukan baik sarana (peralatan pengukur cuaca, komputer canggih untuk analisis/peramalan) dan tenaga pengamat, serta yang tak kalah penting adalah ahli meteorologi yang mampu menganalisis data–data cuaca secara kritis. Sangatlah sulit diharapkan suatu hasil ramalan atau hasil analisis cuaca/iklim yang handal, jika menggantungkan pada suatu kondisi (peralatan, sumberdaya manusia) yang marginal. Sebenarnya masalah data cuaca tidak hanya untuk peramalan cuaca/iklim, namun lebih banyak manfaat lainnya untuk perencanaan berbagai bidang seperti, pewilayahan komoditas pertanian, perencanaan pembangunan bendungan serta kontruksi hidrologi lainnya, transportasi, pariwisata serta untuk penelitian.
Alat ukur cuaca mutlak diperlukan untuk memenuhi kebutuhan akan informasi cuaca. Unsur-unsur cuaca yang penting untuk diketahui diantaranya adalah suhu udara dan tingkat curah hujan. Data-data tersebut harus diproses dengan cepat secara berkesinambungan dari waktu ke waktu. Curah hujan adalah semua air yang jatuh dari atmosfer setelah melalui proses kondensasi alami dan jatuh ke permukaan bumi. Jumlah curah hujan yang jatuh, biasanya diukur dalam satuan milimeter atau inci. Curah hujan harian rata-rata adalah jumlah curah hujan dalam satu bulan dibagi dengan banyaknya hari dalam satu bulan.
Untuk meningkatkan kinerja alat ukur suhu udara dan tingkat curah hujan, dapat ditambahkan sebuah piranti yang mampu mengolah data dan menghasilkan data yang real time. Pada penelitian ini piranti yang digunakan adalah mikrokontroler. Mikrokontroler sebagai suatu terobosan teknologi mikroprosesor dan mikrokomputer hadir memenuhi kebutuhan pasar (market need) dan teknologi baru. Mikrokontroler hadir untuk memenuhi selera industri dan para konsumen akan kebutuhan dan keinginan alat-alat bantu yang lebih baik dan canggih. Pada perancangan ini, data dari sensor diambil dan diolah dalam mikrokontroler serta ditransmisikan ke komputer untuk ditampilkan.
Stasiun hujan di Indonesia sekitar 4.000 buah, hampir seluruhnya diamati secara manual dan sebagian sudah tidak beroperasi. Disamping tingkat kepercayaan data yang meragukan khususnya akibat faktor kesalahan manusia, dengan pengamatan manual tersebut, transfer data akan memakan waktu yang lama sampai kepada si pengguna. Untuk menyongsong era informasi sebaiknya mulai dilakukan modernisasi peralatan klimatologi tersebut, sehingga informasi dapat segera diakses untuk perencanaan [2]. Stasiun Cuaca Mini merupakan alat pemantau cuaca otomatis, dengan data cuaca yang terekam berupa data digital.
1.2. Tujuan dan Manfaat
Tujuan yang akan dicapai yaitu membuat suatu peralatan yang berfungsi untuk memberi informasi cuaca, dalam hal ini suhu udara dan tingkat curah hujan. Manfaat yang akan dicapai adalah:
1. Untuk masyarakat umum Masyarakat dapat mengetahui informasi cuaca sebagai salah satu pedoman penting untuk menjalankan aktifitas mereka.
2. Untuk perkembangan ilmu pengetahuan Menambah literatur aplikasi mikrokontroler dalam dunia meteorologi, khususnya stasiun cuaca.
1.3. Batasan Masalah
Dalam tugas akhir ini tidak semua aspek yang berhubungan dengan Mini akan dibahas. Oleh karena itu perlu diberikan beberapa pembatasan
Weather Station
masalah antara lain sebagai berikut: 1. Pengumpul data menggunakan IC mikrokontroler motorola MC68HC908QB8.
2. Unit penampil berbasis PC menggunakan perangkat lunak Microsoft Visual Basic.
3. Pengiriman data dari mikrokontroler ke PC menggunakan komunikasi serial.
4. Pendeteksi suhu udara menggunakan sensor IC LM35.
5. Mendesain sensor pendeteksi tingkat curah hujan.
1.4. Metodologi Penelitian
Langkah yang diambil untuk menyelesaikan permasalahan-permasalahan dalam penelitian ini adalah :
1. Studi pustaka meliputi : Perumusan ide pokok.
Mencari data-data yang dapat dijadikan sebagai referensi penelitian. Mempelajari berbagai jenis buku mengenai teori-teori rangkaian yang dipakai untuk pembuatan alat.
Membuat diagram blok sistem sesuai dengan konsep dan data-data yang dapat dijadikan pendukung.
2. Studi laboratorium meliputi: Mempelajari cara kerja alat curah hujan pada Badan Penelitian dan
Pengembangan Pusat Penelitian dan Pengembangan Sumberdaya Air Balai SABO, Sopalan, Maguwoharjo, Depok, Sleman.
3. Perancangan perangkat keras dan perangkat lunak meliputi: Merancang skema rangkaian berdasarkan dasar teori dan datasheet.
Merancang diagram alir pengolah data dan penampil data. Merancang layout (PCB) perangkat keras.
4. Implementasi meliputi: Penyediaan seluruh komponen yang dibutuhkan Pemrograman pengolah data dan penampil data.
Perakitan dan pembuatan alat, serta diadakan pengujian masing-masing (sub-sistem) dari perangkat-perangkat tersebut, sebelum dilakukan integrasi.
5. Pengujian dan pengetesan alat meliputi:
Menguji secara langsung cara kerja alat, kemudian mengumpulkan data- data untuk mengetahui keadaan sistem secara keseluruhan dan data-data tersebut diusun sebagai hasil akhir dalam laporan tugas akhir.
1.5. Sistematika Penulisan
Tugas akhir ini memiliki sistematika penulisan sebagai berikut:
BAB I : PENDAHULUAN BAB ini berisi latar belakang penelitian, tujuan dan manfaat penelitian, batasan masalah, metodologi penelitian dan sistematika penulisan. BAB II : DASAR TEORI BAB ini berisi studi pustaka tentang landasan teori penelitian: Pencatat Hujan
- bucket, Sensor Optis, Transistor Sebagai Saklar, Sensor Suhu LM35, Real
Tipping
Time Clock (RTC) DS1305, Komunikasi Serial, Pemrograman Visual Basic dan
Mikrokontroler MC68HC908QB8.
BAB III : RANCANGAN PENELITIAN BAB ini berisi tentang diagram blok perancangan, perancangan perangkat keras (hardware) dan perancangan perangkat lunak (software) yang akan dibuat. BAB IV : HASIL DAN PEMBAHASAN BAB ini berisi hasil perancangan, hasil pengujian, analisis data dan pembahasan analisa. BAB V: KESIMPULAN DAN SARAN BAB ini berisi tentang kesimpulan akhir dan saran-saran penulis tentang alat yang dibuat.
BAB II DASAR TEORI
2.1. Pencatat Hujan Tipping-Bucket
Alat pencatat hujan tipping-bucket ditunjukkan pada gambar 2-1. Aliran air dari corong akan masuk ke dalam pipa, kemudian turun ke wadah penampung A yang datar. Setelah menerima air, wadah A akan menjadi lebih berat sehingga turun. Saat mencapai kapasitas maksimumnya air dari wadah A akan tumpah, aliran air selanjutnya akan masuk ke wadah penampung B dan begitu seterusnya sehingga air dari corong berhenti mengalir. Pengisian wadah penampung ini berdasarkan jumlah (berat) air yang sama, maka model alat ukur hujan harus disesuaikan, sehingga hubungan nilai/besar curah hujan dapat dengan mudah dihitung.
Ketika digunakan bersama dengan alat ukur curah hujan pada area
2 pengumpulan seluas 150 cm , maka banyaknya curah hujan pada masing-masing pengisian wadah penampung adalah 1,0 mm. Sedangkan ketika digunakan bersama
2 dengan alat ukur curah hujan pada area pengumpulan seluas 750 cm , maka banyaknya jumlah curah hujan pada masing-masing pengisian wadah penampung adalah 0,2 mm. Pada penggunaan alat ukur curah hujan untuk diameter pengumpulan sepanjang 5 inchi, maka titik keseimbangan pada unit wadah penampung pengisian dapat diatur hingga tiap-tiap pengisian berisi 1,0 mm curah hujan.
Gerakan Tipping-bucket ini, dapat digunakan untuk menutup kontak pada rangkaian elektronik dengan tepat. Magnet ‘C’ akan menyebabkan reed switch ‘D’ atau terhubung sementara setiap kali wadah penampung melakukan pengisian.
latch
Dengan konstruksi rangkaian yang terdiri dari pulsa pencacah dan baterai kering, maka secara langsung akan dikumpulkan curah hujan hingga kenaikan 15 gram, serta disesuaikan dengan luas area pengumpulan corong dan dapat dibuat dengan jarak ratusan meter dari alat ukur. Pulsa yang direkam akan disubstitusi menjadi counter yang tidak hanya memberi informasi mengenai jumlah curah hujan pada periode yang diinginkan tetapi juga waktu dan kecepatan curah hujan [3].
Gambar 2-1 Pencatat Hujan Tipping-Bucket A.
C. Wadah penampung Magnet
B. Wadah penampung
D. Reed Switch Sensor Optis 2.2.
Posisi tertentu pada sistem pengendali posisi, dapat dideteksi dengan menggunakan limit switch atau menggunakan sensor optis. Pada penggunaan limit
switch sebagai pendeteksi posisi, benda yang akan dideteksi posisinya harus terjadi
kontak fisik (gesekan, desakan) dengan limit switch, sedangkan pada penggunaan sensor optis tidak terjadi gesekan antara benda yang dideteksi dengan sensor optis.
Optocoupler adalah salah satu komponen optoelektronika yang
menggabungkan optika dengan elektronika. Optocoupler atau opto penggandeng menggabungkan LED dengan fototransistor dalam satu kemasan. Gambar
optocoupler ditunjukkan pada gambar 2-2 di bawah ini.
Gambar 2-2 Optocoupler Berdasarkan gambar 2-3, pada kondisi fototransistor terhalang atau tidak mendapatkan cahaya dari LED, maka fototransistor akan OFF (cut-off) sehingga nilai
Vo sama dengan Vcc. Sebaliknya, pada kondisi fototransistor tidak terhalang atau mendapatkan cahaya dari LED, maka fototransistor akan ON (saturasi) sehingga Vo mendekati nol [4].
Gambar 2-3 Konfigurasi Terhalang ON
1. Bila Q1 terhalang (gelap), maka photo NPN OFF dan Vo ≈Vcc.
2. Bila Q1 tidak terhalang (terang), maka photo NPN ON dan Vo ≈0.
Untuk menghitung besarnya nilai R dan Rc dapat dilakukan perhitungan Led menggunakan hukum kirchoff tegangan sebagai berikut:
- Vcc + I Led . R Led + V Led = 0
Vcc
- Led
V R Led = ........................................................................... (2.1.a)
I Led
- Vcc + Ic. Rc + V CE = 0
Vcc
- CE
V Rc = .............................................................................. (2.1.b) C
I Transistor Sebagai Saklar 2.3.
Transistor dalam aplikasi elektronika dapat digunakan sebagai saklar. Pada kondisi jenuh (saturation), transistor berlaku seperti saklar tertutup dan pada kondisi menyumbat (cut-off), transistor berlaku seperti saklar terbuka.
Gambar 2-4 Konfigurasi Common Emitter Transistor Sebagai Saklar Pada umumnya saklar transistor menggunakan konfigurasi common emitor seperti ditunjukkan pada Gambar 2-4. Saat transistor berada pada kondisi jenuh (saturation), tegangan kolektor-emitor (V CE ) mendekati nol dan menyebabkan arus kolektor (I C ) mengalir dari kolektor ke emitor, kondisi ini dianalogikan seperti saklar dalam keadaan tertutup atau on. Pada kondisi menyumbat (cut-off) V mendekati
CE tegangan suplai (V CC ), sehingga I C tidak dapat mengalir dari kolektor ke emitor, kondisi ini dianalogikan seperti saklar yang terbuka atau off [5].
Nilai resistor basis (R ) dan resistor kolektor (R ) dapat dihitung dengan B C menggunakan hukum kirchoff tegangan sebagai berikut :
Vb - V BE – I B . R B = 0 V b −
V BE R B = ............................................................................... (2.2.a)
I B
V CC – I C . R C – V CE = 0
V CC −
V CE R C = ............................................................................. (2.2.b)
I C
Sensor Suhu LM35 2.4.
Sensor adalah suatu piranti yang mengubah besaran fisis menjadi besaran elektris. Salah satu sensor yang banyak dipakai adalah sensor suhu yang mengubah besaran temperatur menjadi tegangan analog yang proporsional. Sensor suhu LM35 menghasilkan keluaran berupa tegangan yang linear, tiap kenaikan derajat celcius pada benda terukur. Dengan demikian, dapat dikatakan bahwa LM35 adalah sensor suhu linear. Penempatan pin LM35 ditunjukkan pada gambar 2-5 di bawah ini:
Gambar 2-5 Penempatan Pin LM35 Karakteristik sensor suhu LM35 ini yaitu: 1. Dikalibrasi langsung dalam derajat celcius. o 2.
C. Memiliki faktor skala linier + 10 mV/
3. Memiliki ketepatan 0,5°C pada suhu + 25°C o o
4. C sampai +150 C.
Jangkauan maksimal suhu antara -55 5. Cocok untuk aplikasi jarak jauh.
6. Harga yang cukup murah.
7. Beroperasi pada tegangan catu 4V sampai 30V.
8. Memiliki arus drain kurang dari 60 µA.
9. Pemanasan sendiri yang lambat (low self – heating), 0,08°C di udara diam. o 10.
C. Ketidaklinearan hanya sekitar ± 0,25 11.
Impedansi keluaran yang kecil, 0,1 Ω untuk beban 1 mA.
Pada aplikasinya LM35 membutuhkan penambahan R dan C. Besarnya resistor yang diseri dengan kapasitor tersebut adalah 75 Ω, sedangkan kapasitor yang digunakan besarnya 1 µF. Tujuan pemasangan R dan C yang diseri tersebut adalah sebagai damper R-C sensor LM35, damper R-C tersebut dapat mengurangi noise yang ditimbulkan dari kabel penghubung [6]. Gambar 2-6 menunjukkan konfigurasi LM35 dengan damper R-C.
Gambar 2-6 LM35 dengan Damper R-C
2.5. Real Time Clock (RTC) DS1305
2.5.1. Pengenalan
DS1305 merupakan sumber jam dan penanggalan digital. DS1305 dapat memberikan informasi detik, menit, jam, hari, tanggal, bulan dan tahun. Tanggal terakhir pada akhir bulan disesuaikan secara otomatis untuk bulan yang lebih kecil dari 31 hari dan koreksi pada tahun kabisat. DS1305 berkomunikasi dengan mikrokontroler dengan sistem komunikasi Serial Peripheral Interface (SPI) atau koneksi antarmuka tiga kabel. Pengiriman data hanya dapat dilakukan untuk satu byte atau beberapa byte dalam waktu tertentu.
2.5.2. Fitur
RTC DS1305 memiliki fitur sebagai berikut: 1. DS1305 menghitung detik, menit, jam, hari, tanggal, bulan dan tahun (termasuk tahun kabisat).
2. 96 byte nonvolatile RAM untuk menyimpan data.
3. Antarmuka dengan sistem komunikasi SPI, khusus mikrokontroler Motorola atau menggunakan koneksi tiga kabel.
4. Dapat memberikan sinyal keluaran gelombang kotak yang terprogram, untuk kombinasi detik, menit, jam dan hari.
5. Catu daya ganda: sebagai catu daya utama dan cadangan.
6. Disediakan pilihan dengan arus kecil untuk mengisi catu daya cadangan (Trickle Charger ).
7. Beroperasi pada tegangan 2V sampai 5,5V.
8. Jangkauan temperatur kerja – 40 o
C sampai + 85 o C.
9. Tersedia dalam kemasan 20 pin TSSOP dan 16 pin DIP.
2.5.3. Penempatan Pin Penempatan pin RTC DS1305 ditunjukkan pada gambar 2-7.
Gambar 2-7 Penempatan Pin DS1305 DS1305 mempunyai 16 pin dengan fungsi-fungsi sebagai berikut: 1. Vcc 1 = catu daya utama.
2. Vcc 2 = catu daya cadangan. Pada sistem trickle charger, pin ini terhubung dengan sumber pengisi baterai.
3. X1 dan X2 = dihubungkan dengan kristal 32,768 kHz.
4. = masukan catu daya cadangan +3V, dengan standar baterai lithium atau
V Bat sumber energi lainnya.
5. GND = ground.
6. Serial Data Input (SDI) = masukan data serial. Pada saat komunikasi SPI dipilih, pin SDI akan menjadi masukan data serial bagi bus SPI. Ketika komunikasi tiga kabel dipilih, pin SDI harus dihubungkan dengan pin SDO.
7. Serial Data Output (SDO) = keluaran data serial. Pada saat komunikasi SPI dipilih, pin SDO akan menjadi keluaran data serial bagi bus SPI. Ketika komunikasi tiga kabel dipilih, pin SDO harus dihubungkan dengan pin SDI.
8. Serial Clock Input (SCLK) = Clock serial. Digunakan untuk mensinkronisasi pengiriman data pada antarmuka serial dengan SPI atau koneksi tiga kabel.
9. Serial Interface Mode Input (SERMODE) = mode antarmuka serial. Pin SERMODE dipakai untuk memilih dua mode antarmuka serial. Ketika terhubung dengan GND, maka mode yang dipilih komunikasi 3 kabel dan ketika terhubung dengan Vcc, maka mode yang dipilih komunikasi SPI.
10. Chip Enable (CE) = sinyal CE harus berada pada kondisi tinggi selama proses
read/write . Pin ini memiliki resistor pulldown internal sebesar 55 k Ω.
11. ) = pin memiliki keluaran yang aktif rendah Interrupt 0 Output (
INT
INT
yang dapat digunakan sebagai interupsi bagi prosesor. Pin ini membutuhkan resistor pullup eksternal.
12.
1 ) = pin 1 memiliki keluaran yang aktif rendah
Interrupt 1 Output (
INT
INT
yang dapat digunakan sebagai interupsi bagi prosesor. Pin ini membutuhkan resistor pullup eksternal.
13. Power Fail Output ( PF ) = pin PF digunakan untuk menunjukkan keadaan catu daya utama. Ketika Vcc < Vcc atau Vcc < Vbat, maka pin ini bernilai
1
2
1 rendah.
14. CCIF ) = pin ini memungkinkan DS1305 Interface Logic Power Supply Input (V untuk mengatur keluaran pin SDO dan PF pada level yang tepat untuk logika antarmuka.
2.5.4. Peta Memori RTC Tabel 2-1 menunjukkan peta alamat register dan alamat RAM untuk DS1305.
Alamat register DS1305 berlokasi pada alamat 00h sampai 1Fh untuk baca (read) dan
80H sampai 9FH untuk baca (write). RAM berlokasi pada alamat 20h sampai 7Fh untuk read dan A0h sampai FFH untuk write [7].
Tabel 2-1 Peta Alamat RTC DS1305 dan Alamat RAM
Komunikasi Serial 2.6.
Pada PC standarT, biasanyaT terdapat sebuah port untuk komunikasi serial. Pada prinsipnya, komunikasi serial ialah komunikasi di mana pengiriman data dilakukan per-bit, sehingga lebih lambat dibandingkan komunikasi paralel, seperti pada port printer yang mampu mengirim 8 bit sekaligus dalam sekali detak. Beberapa contoh penerapan komunikasi serial adalah mouse, scanner dan sistem akuisisi data yang terhubung ke port serial COM1/COM2.
Tujuan dasar dari suatu komunikasi data adalah untuk saling menukar atau mengirim informasi berupa data n-bit (1 byte atau lebih) antar stasiun. Komunikasi data antar stasiun yang terpisah oleh jarak yang cukup berjauhan harus menggunakan mode pengiriman data serial untuk mengirimkan datanya, yaitu data dikirim secara bit per-bit melalui satu saluran (kabel) transmisi.
Pada metode asinkron, setiap karakter yang dikirim disinkronkan dengan menyisipkan bit-bit framing (pembingkaian) pada permulaan karakter, yaitu bit start dan pada akhir karakter, yaitu bit stop. Bit start selalu berlogika rendah (0) berfungsi untuk menandakan permulaan karakter. Setelah bit data terakhir (MSB), 1 bit paritas disisipkan, yang berfungsi untuk mengecek keabsahan dari data yang dikirim. Logika 1 untuk paritas genap dan logika 0 untuk paritas ganjil. Bit stop selalu berlogika tinggi (1) dan berfungsi menandakan akhir dari karakter [8]. Gambar sebuah frame dalam komunikasi serial ditunjukkan pada gambar 2-8.
Gambar 2-8 Sebuah Frame dalam Komunikasi Serial
Port Komunikasi Serial 2.6.1.
Komunikasi serial membutuhkan port sebagai saluran data. Pada IBM PC kompatibel port serial bersifat asinkron dimana dapat mengirimkan data sebanyak 1 bit dalam tiap satu waktu. Port yang digunakan biasanya menggunakan konektor DB9. Standar RS232 menyangkut komunikasi data antar komputer (Data Terminal
/DTE) dengan alat-alat pelengkap komputer (Data Circuit-Terminating
Equipment
Equipment /DCE). Berikut tampilan port serial DB9 yang umum digunakan sebagai
serial [9].
port
T (a) (b) TGambar 2-9
Port DB9: (a) Male; (b) Female
DB9 mempunyai 9 pin dengan fungsi-fungsi sebagai berikut: 1. pin 1 = Data Carrier Detect (DCD) atau Received Line Signal Detect, dengan saluran ini DCE memberitahukan ke DTE bahwa pada terminal masukan, ada data masukan.
2. pin 2 = Received Data (RxD), digunakan DTE untuk menerima data ke DCE.
3. pin 3 = Transmitted Data (TxD), digunakan DTE untuk mengirimkan data ke
4. pin 4 = Data Terminal Ready (DTR), pada saluran ini DTE memberitahukan kesiapan terminalnya.
5. pin 5 = Signal Ground (common), saluran ground.
6. pin 6 = Data Set Ready (DSR), sinyal aktif pada saluran ini menunjukkan bahwa DCE sudah siap.
7. pin 7 = Request To Send (RTS), dengan saluran ini DCE diminta untuk mengirimkan data oleh DTE.
8. pin 8 = Clear To Send (CTS), dengan saluran ini DCE memberitahukan bahwa DTE boleh mulai mengirimkan data.
9. pin 9 = Ring Indicator (RI), pada saluran ini DCE memberitahukan ke DTE bahwa sebuah stasiun menghendaki hubungan dengannya.