Perancangan Sistem Akuisisi Data Dengan Pengukuran Kecepatan Angin, Suhu, Dan Kelembapan Udara Jarak Jauh.

BAB II

LANDASAN TEORI 2.1 Modul GSM (Global System Mobile)

Modul GSM adalah peralatan yang didesain supaya dapat digunakan untuk aplikasi komunikasi dari mesin ke mesin atau dari manusia ke mesin. Modul GSM merupakan peralatan yang digunakan sebagai mesin dalam suatu aplikasi. Dalam aplikasi yang dibuat harus terdapat mikrokontroler yang akan mengirimkan perintah kepada modul GSM berupa AT command melalui RS232 sebagai komponen penghubung (communication links). Rangkaian Modul GSM ditunjukkan pada gambar 2.1 berikut :

Gambar 2.1 Modul GSM

Modul GSM merupakan bagian dari pusat kendali yang berfungsi sebagai transceiver. Modul GSM mempunyai fungsi yang sama dengan sebuah telepon seluler yaitu mampu melakukan fungsi pengiriman dan penerimaan SMS. Dengan adanya sebuah modul GSM maka aplikasi yang dirancang dapat dikendalikan dari jarak jauh dengan menggunakan jaringan GSM sebagai media akses. Diagram blok rangkaian Modul GSM ditunjukkan pada Gambar 2.2.

Gambar 2.2 Diagram blok rangkain modul GSM 2.2 Jaringan GSM

Jaringan GSM terdiri dari beberapa subsystem yang memiliki fungsi dan interface-nya masing-masing. Jaringan GSM dibagi menjadi tiga bagian besar subsystem, yaitu:

1. Mobile Station Subsystem (MSS) Mobile station (MS) terdiri dari mobile equipment (telepon seluler) dan kartu pintar yang disebut subcriber identity module card (SIM). Mobile equipment secara unik diidentifikasikan oleh international mobile equipment identity (IMEI).

2. Base Station Subsystem (BSS) Base station terdiri atas 2 bagian yaitu base transceiver station (BTS) dan base station controller (BSC). BTS memiliki transceiver radio yang mendefinisikan sel dan menangani protokol hubungan radio dengan MS. MSS dan BSS berkomunikasi melalui interface udara atau hubungan radio. BSC mengatur radio resources untuk satu atau lebih BTS dan menangani setup saluran radio, frequency hope dan proses handover.

3. Network Switching Subsystem (NSS) Komponen utama dari network switchinf subsystem (NSS) adalah mobile switching center (MSC). MSC melakukan switching hubungan antar sesama pemakai telepon seluler, dan antara pemakai telepon seluler dengan pemakain telepon tetap (PSTN atau ISDN).

2.3 Layanan SMS Pada Sistem GSM

SMS dikembangkan terutama sebagai alat pengirim informasi data konfigurasi dari handset GSM sebagai bagian dari protokol jaringan dan tidak lebih dari sekedar layanan tambahan daripada layanan utama sistem GSM yaitu layanan voice dan switched data. Namun pada akhirnya SMS menjadi sukses sebagai layanan messaging paling populer di dunia. Berdasarkan mekanisme distribusi pesan SMS oleh aplikasi SMS, terdapat empat macam mekanisme pengiriman pesan, yaitu:

A. Pull, yaitu pesan yang dikirimkan ke pengguna berdasarkan permintaan pengguna.

B. Push – event based, yaitu pesan yang diaktivasi oleh aplikasi berdasarkan kejadian yang berlangsung.

C. Push – scheduled, yaitu pesan yang diaktivasi oleh aplikasi berdasarkan waktu yang telah terjadwal.

D. Push – personal profile, yaitu pesan yang diaktivasi oleh aplikasi berdasarkan profil dan preferensi dari pengguna.

SMS dikembangkan terutama sebagai alat pengirim informasi data konfigurasi dari handset GSM sebagai bagian dari protokol jaringan dan tidak lebih dari sekedar layanan tambahan daripada layanan utama sistem GSM yaitu layanan voice dan switched data. Namun pada akhirnya SMS menjadi sukses sebagai layanan messaging paling populer di dunia. Berdasarkan mekanisme distribusi pesan SMS oleh aplikasi SMS, terdapat empat macam mekanisme pengiriman pesan, yaitu:

A. Pull, yaitu pesan yang dikirimkan ke pengguna berdasarkan permintaan pengguna.

B. Push – event based, yaitu pesan yang diaktivasi oleh aplikasi berdasarkan kejadian yang berlangsung.

C. Push – scheduled, yaitu pesan yang diaktivasi oleh aplikasi berdasarkan waktu yang telah terjadwal.

D. Push – personal profile, yaitu pesan yang diaktivasi oleh aplikasi berdasarkan profil dan preferensi dari pengguna.

SMS adalah data tipe asynchronous message yang pengiriman datanya dilakukan dengan mekanisme protocol store and forward. Hal ini berarti bahwa pengirim dan penerima SMS tidak perlu berada dalam status berhubungan (connected/online) satu sama lain ketika akan saling bertukar pesan SMS. Pengiriman pesan SMS secara store and forward berarti pengiriman pesan SMS menuliskan pesan dan nomor telepon tujuan dan kemudian mengirimkannya (store) ke server SMS (SMS-Center) yang kemudian bertanggung jawab untuk mengirimkan pesan tersebut (forward) ke nomor tujuan. Keuntungan dari mekanisme store and forward pada SMS adalah, penerima tidak perlu dalam status online ketika ada pengirim yang bermaksud mengirimkan pesan kepadanya.

Kini SMS tidak terbatas untuk komunikasi antar manusia pengguna saja, namun juga bisa dibuat otomatis dikirim/diterima oleh peralatan (komputer, mikrokontroler, dsb) untuk mencapai suatu tujuan tertentu. Namun untuk melakukannya, kita harus memahami dulu cara kerja SMS itu sendiri.

Ketika pengguna mengirim SMS, maka pesan dikirim ke MSC melalui jaringan seluler yang tersedia yang meliputi tower BTS yang sedang meng-handle komunikasi pengguna, lalu ke BSC, kemudian sampai ke MSC. MSC kemudian mem-forward lagi SMS ke SMSC untuk disimpan. SMSC kemudian mengecek (lewat HLR - Home Location Register) untuk mengetahui apakah handphone tujuan sedang aktif dan dimanakah handphone tujuan tersebut. Jika handphone sedang tidak aktif maka pesan tetap disimpan di SMSC itu sendiri, menunggu MSC memberitahukan bahwa handphone sudah aktif kembali untuk kemudian SMS dikirim dengan batas maksimum waktu tunggu yaitu validity period dari pesan SMS itu sendiri. Jika handphone tujuan aktif maka pesan disampaikan MSC lewat jaringan yang sedang meng-handle penerima (BSC dan BTS).

Sebenarnya, di dalam kebanyakan handphone dan GSM/CDMA modem terdapat suatu komponen wireless modem/engine yang dapat diperintah antara lain untuk mengirim suatu pesan SMS dengan protokol tertentu. Standar perintah tersebut dikenal sebagai AT-Command, sedangkan protokolnya disebut sebagai PDU (Protokol Data Unit). Melalui AT-Command dan PDU inilah kita dapat membuat komputer/mikrokontroler mengirim/menerima SMS secara otomatis berdasarkan program yang kita buat.

2.4 AT-Command

AT-Command merupakan perintah standar yang dapat diterima oleh modem. Perintah AT (Hayes AT-Command) digunakan untuk berkomunikasi dengan terminal (modem) melalui gerbang serial pada computer. AT-Command ini dipakai untuk memerintahkan telephon selular mengirim dan menerima pesan sms. Selain itu, AT-Command juga dapat dipakai untuk mengetahui atau membaca kondisi dari terminal seperti mengetahui kondisi sinyal, kondisi baterai, nama operator, lokasi, menambah item pada daftar telephone, mengetahui model telephone selular yang dipakai, nomor IMEI (Internasional Mobile Statition Equiqment Identity) dan informasi – informasi lainnya yang berhubungan dengan telephone selular tersebut. Perintah – perintah AT-Command dikirimkan ke telephone selular dalam bentuk string (teks). Komunikasi data antara telephone selular dengan peripheral lainnya seperti mikrokontroler dilakukan secara serial menggunakan perintah – perintah AT (Hayes AT Command) melalui komunikasi serial RS-232.

Tabel 2.1 berikut adalah beberapa jenis perintah AT-Command.

Perintah Fungsi

AT+CPBF Mencari nomor telephone yang tersimpan AT+CPBR Membaca buku telephone

AT+CPBW Menulis nomor telephone di buku telephone AT+CMGF Menyeting mode SMS teks atau PDU AT+CMGF=0 Menyeting mode PDU

AT+CMGF=1 Menyeting mode SMS teks AT+CMGS Mengirim sebuah perintah SMS AT+CMGR Membaca sebuah pesan

AT+CMG Melihat semua daftar sms yag ada AT+CMGD Menghapus sebuah SMS

AT+CMNS Menyeting sebuah lokasi penyimpanan SMS

AT+COPS? Untuk mengetahui sebuah nama provider kartu GSM AT+CSCA Untuk mengetahui alamat SMS Center

AT+CGMI Untuk mengetahui nama dan jenis ponsel AT+CGMM Untuk mengetahui jenis ponsel

AT+CBC Untuk mengetahui level baterai

Tabel 2.1 jenis perintah AT-Command 2.5 Sensor Suhu dan Kelembapan

SHT11 Module merupakan modul sensor suhu dan kelembaban relatif dari Sensirion. Modul ini dapat digunakan sebagai alat pengindra suhu dan kelembaban dalam aplikasi pengendali suhu dan kelembaban ruangan maupun aplikasi pemantau suhu dan kelembaban relatif ruangan.

Spesifikasi dari SHT11 ini adalah sebagai berikut:

1. Berbasis sensor suhu dan kelembaban relatif Sensirion SHT11.

2. Mengukur suhu dari -40C hingga +123,8C, atau dari -40F hingga +254,9F dan kelembaban relatif dari 0%RH hingga 1%RH.

3. Memiliki ketetapan (akurasi) pengukuran suhu hingga 0,5C pada suhu 25C dan ketepatan (akurasi) pengukuran kelembaban relatif hingga 3,5%RH.

4. Memiliki atarmuka serial synchronous 2-wire, bukan I2C.

5. Jalur antarmuka telah dilengkapi dengan rangkaian pencegah kondisi sensor lock-up. 6. Membutuhkan catu daya +5V DC dengan konsumsi daya rendah30 μW.

7. Modul ini memiliki faktor bentuk 8 pin DIP 0,6sehingga memudahkan pemasangannya.

Gambar 2.3 Sensor SHT 11

2.6 Prinsip Kerja SHT11

SHT11 adalah sebuah single chip sensor suhu dan kelembaban relatif dengan multi modul sensor yang outputnya telah dikalibrasi secara digital. Dibagian dalamnya terdapat kapasitas polimer sebagai eleman untuk sensor kelembaban relatif dan sebuah pita regangan yang digunakan sebagai sensor temperatur. Output kedua sensor digabungkan dan dihubungkan pada ADC 14 bit dan sebuah interface serial pada satu chip yang sama. Sensor ini mengahasilkan sinyal keluaran yang baik dengan waktu respon yang cepat. SHT11 ini dikalibrasi pada ruangan denagn kelembaban yang teliti menggunakan hygrometer sebagai referensinya. Koefisien kalibrasinya telah diprogramkan kedalam OTP memory. Koefisien tersebut akan digunakan untuk mengaklibrasi keluaran dari sensor selama proses pengukuran.

Gambar 2.4 Diagram Blok SHT11

Sistem sensor yang digunakan untuk mengukur suhu dan kelembaban adalah SHT11 dengan sumber tegangan 5 Volt dan komunikasi bidirectonal 2-wire. Sistem sensor ini mempunyai 1 jalur data yang digunakan untuk perintah pengalamatan dan pembacaan data. Pengambilan data untuk masing-masing pengukuran dilakukan dengan memberikan perintah pengalamatan oleh mikrokontroler. Kaki serial Data yang terhubung dengan mikrokontroler memberikan perintah pengalamatan pada pin Data SHT11 “00000101” untuk mengukur kelembaban relatif dan “00000011” untuk pengukuran temperatur. SHT11 memberikan keluaran data kelembaban dan temperatur pada pin Data secara bergantian sesuai dengan clock yang diberikan mikrokontroler agar sensor dapat bekerja. Sensor SHT11 memiliki ADC (Analog to Digital Converter) di dalamnya sehingga keluaran data SHT11 sudah terkonversi dalam bentuk data digital dan tidak memerlukan ADC eksternal dalam pengolahan data pada mikrokontroler. Berikut cara menghubungkan modul SHT11 dengan rangkaian sistem minimum dan berikut ulasan tentang programnya menggunakan bahasa c. Hubungan antara modul SHT11 dengan sistem mikrokontroler Atmega8535 sebagai berikut:

*pin ini tidak mutlak dan dapat diganti dengan pin lain tetapi program juga harus disesuaikan PA.0 digunakan untuk membaca dan menulis data dari/ke modul SHT11. Sedangkan PA.1 digunakan untuk menghasilkan pulsa (clock) untuk sinkronisasi proses komunikasi 2-wire . Dalam permintaan pengukuran temperatur dan kelembapan secara teknis sama hanya perbedaannya terletak nilai byte permintaan pengukuran yaitu nilai byte=0x03 untuk temperatur dan nilai byte=0x05 untuk kelembapan.

2.7 Mikrokontroler AVR ATMega8535

Mikrokontroler yaitu teknologi semikonduktor dengan kandungan transistor yang lebih banyak namun hanya membutuhkan ruang yang kecil, dapat digunakan untuk membuat suatu aplikasi. Pada mikrokontroler, program 25olynom disimpan dalam ROM yang ukurannya 25olynomi lebih besar, sementara RAM digunakan sebagai tempat penyimpanan sementara, termasuk register-register yang digunakan pada mikrokontroler yang bersangkutan. Pada sistem 25olynomi perbandingan RAM dan ROM nya besar, artinya program pengguna disimpan dalam ruang RAM yang relative besar, sedangkan rutin-rutin antar muka perangkat keras disimpan dalam ROM yang sangat kecil. Sedangkan pada mikrokontroler perbandingan RAM dan ROM nya yang besar artinya program control disimpan dalam ROM yang ukurannya 25olynomi besar sedangkan RAM digunakan sebagai tempat penyimpanan sementara termasuk register-register yang digunakan pada mikrokontroler yang bersangkutan.

2.8 Arsitektur Mikrokontroler AVR ATMega 8535

Mikrokontroler AVR memiliki arsitektur RISC 8 bit, dimana semua intruksi dikemas dalam kode 16-bit dan sebagian besar instruksi dieksekusi dalam 1 (satu) siklus clock, berbeda dengan instruksi MCS51 yang membutuhkan 12 siklus clock. Selain itu AVR berteknologi RISC (Reduced Instruction Set Computing).

Secara garis besar arsitektur mikrokontroler ATMega8535 memiliki bagian sebagai berikut :

1. Saluran I/O sebanyak 32 buah ysng terdiri dari 4 port yakni (port A, port B, port C, port D)

2. ADC 10 bit (8 pin di port A.0 s/d port A.7)

3. 3 buah timer/counter dengan kemampuan pembandingan. 4. SRAM sebesar 512 byte.

5. Memori flash sebesar 8 kb dengan kemampuan Read While Write 6. EEPROM 512 byte yang dapat deprogram saat operasi.

7. Antarmuka komparator analog.

8. Port USART antar komunikasi serial dengan kecepatan maksimal 2,5 Mbps. 9. Unit interupsi internal dan eksternal.

10.4 channel PWM

11.Watchdog Timer dengan osilator internal. 12.Port antarmuka SPI8535

13.6 sleep modes (Idle, ADC Noise Reduction, Power-Save, Power-Down, Standby and Extended Standby) untuk penghematan daya listrik.

2.9 Rangkaian Display LCD

Rangkaian display LCD ini berfungsi untuk menampilkan status relay (ON atau OFF). Rangkaian display LCD ditunjukkan pada gambar 2.6 berikut ini :

Gambar 2.6 Rangkaian Display LCD

LCD terdiri dari sejumlah memory yang digunakan untuk display. Semua teks yang kita tuliskan ke LCD adalah disimpan didalam memory ini, dan LCD secara berturutan membaca memory ini untuk menampilkan teks ke LCD itu sendiri.

Gambar 2.7 Peta Memori LCD

Pada peta memori tersebut, daerah yang berwarna biru ( 00 s/d 0F dan 40 s/d 4F ) adalah display yang tampak. Sebagaimanan yang anda lihat, jumlahnya sebanyak 16 karakter per baris dengan dua baris. Angka pada setiap kotak adalah alamat memori yang bersesuaian dengan posisi dari layar.

2.10 Komunikasi Serial RS 232

Perangkat yag menggunakan kabel serial untuk komunikasi di bagi menjadi dua kategori. Yaitu DCE (Data Communications Equipment) dan DTE (Data Terminal Equipment). Peralatan komunikasi adalah perangkat seperti modem, adaptor, dll.

Komunikasi serial merupakan hal yang penting dalam system embedded, karena dengan komunikasi serial kita dapat dengan mudah menghubungkan mikrokontroler dengan devais lainnya. Port serial pada mikrokontroler terdiri atas dua pin yaitu RXD dan TXD. RXD berfungsi untuk mengirim data dari komputer atau perangkat lainnya, standard komunikasi serial untuk computer adalah RS-232, RS-232 mempunyai standard tegangan yang berbeda dengan serial port mikrokontroler, sehingga agar sesuai dengan RS-232 maka dibutuhkan suatu rangkaian level converter, IC yang digunakan bermacam-macam, tapi yang paling mudah dan sering digunakan ialah IC MAX232/HIN232. Pada mikrokontroler AVR ATmega 16, pin PD0 dan PD1 digunakan untuk komunikasi serial USART (Universal Syncronous and Asyncronous Seial Receiver and Transmitter) yang mendukung komunikasi full duplex komunikasi 2 arah.

Pada prinsipnya, komunikasi serial ialah komunikasi dimana pengiriman data dilakukan per bit, sehingga lebih lambat dibandingkan komunikasi parallel seperti pada port printer yang mampu mengirim 8 bit sekaligus dalam sekali detak. Beberapa contoh komunikasi serial ialah mouse, scanner, dan system akuisisi data yang terhubung ke port COM1/COM2, berikut adalah konektor RS-232 ditunjukkan pada gambar 2.8.

Gambar 2.8 Konektor RS-232

Serial port RS-232 berfungsi untuk menghubungkan / koneksi dari perangkat yang satu dengan perangkat yang lain, atau peralatan standart yang menyangkut komunikasi data antara computer

– computer dengan alat – alat pelengkap computer. Perangkat lainnya itu seperti modem, mouse, cash register dan lain sebagainya. Serial port RS-232 pada konektor DB9 memiliki 9 buah dan pada konektor DB25 memiliki pin 25 buah. Pasangan dari masing – masing pin antara lain :

Pin DB9 Pin DB25 Singkatan Keterangan

Pin 3 Pin 2 TD Transmit Data

Pin 2 Pin 3 RD Receive Data

Pin 7 Pin 4 RTS Request To Send

Pin 8 Pin 5 CTS Clear To Send

Pin 6 Pin 6 DSR Data Set Ready

Pin 5 Pin 7 SG Signal Ground

Pin 1 Pin 8 CD Carrier Detect

Pin 4 Pin 20 DTR Data Terminal Ready

Pin 9 Pin 22 RI Ring Indikator

Tabel 2.2 Fungsi PIN DB9 dan DB25 Berikut keterangan fungsi masing – masing pin.

Singkatan Keterangan Fungsi

TD Transmit Data Untuk Pengiriman data serial (TDX) RD Receive Data Untuk Penerimaan data serial (RDX)

RTS Request To Send Sinyal untuk menginformasikan perangkat bahwa UART siap melakukan pertukaran data CTS Clear To Send Digunakan untuk memberitahukan bahwa

perangkat siap untuk melakukan pertukaran data DSR Data Set Ready Memberitahukan UART bahwa perangkat siap

untuk melakukan pertukaran data SG Signal Ground Dihubungkan ke ground

CD Carrier Detect Saat perangkat mendekati suatu carier, dari perangkat lain, maka sinyal ini akan di aktifkan DTR Data Terminal Ready Untuk memberitahukan bahwa UART siap

RI Ring Indikator Akan aktif jika ada sinyal masuk Tabel 2.3 Fungsi Masing – Masing PIN

2.10 ANEMOMETER

Anemometer yang digunakan pada stasiun pengamatan cuaca adalah anemometer jenis cup counter yang menerapkan metode mekanik dalam pengukurannya. Karena mahalnya peralatan yang biasa digunakan, sehingga membuat masyarakat kebanyakan tidak dapat memiliki alat tersebut. Sebagaimana kita ketahui bahwa prinsip kerja dari alat pengukur kecepatan angin yang biasa digunakan, cukup sederhana yaitu cup yang berjumlah tiga buah berputar pada suatu tiang yang dihubungkan dengan counter. Dengan mengetahui prinsip yang sederhana tersebut kita dapat mengembangkan alat ini, yaitu dengan merancang alat pengukur kecepatan angin dari bahan-bahan yang mudah didapat dan terjangkau harganya akan tetapi dapat bekerja secara optimal.

Sangatlah penting untuk diingat bahwa kecepatan angin merupakan suatu kuantitas vektor yang mempunyai besaran. Kecepatan angin adalah perpindahan udara tiap satu satuan waktu dengan satuan meter/detik atau meter/menit. Kecepatan angin pada dasarnya ditentukan oleh perbedaan tekanan udara antara tempat asal dan tujuan angin (sebagai faktor pendorong) dan resistensi medan yang dilaluinya. Kecepatan angin berbanding lurus dengan tekanan udara. Sebagian besar anemometer umumnya tidak dapat merekam kecepatan angin dibawah 1 sampai 2 mil/jam karena ada faktor gesekan pada awal putaran.

Pada dasarnya, Anemometer terdiri dari beberapa sistem mekanika yang digabung menjadi satu sehingga mempunyai fungsi baru yang bermanfaat. Menurut Zemansky, kecenderungan suatu gaya menyebabkan putaran tergantung pada garis kerja serta besar gaya tersebut. Torka disebut juga momen gaya, berperan sebagai gaya pemutar. Jika torka resultan yang diderita benda tidaklah nol maka benda melakukan gerak putar dengan frekuensi sudut berubah terhadap waktu. Selain itu benda disebut dalam kesetimbangan translasi bila gaya resultannya nol. Jarak tegak lurus dari titik ke garis kerja suatu gaya disebut lengan gaya atau lengan momen dari gaya itu terhadap sumbu. Hasil kali besar suatu gaya dengan lengan gaya disebut momen gaya itu terhadap sumbu, atau juga disebut gaya putar.

Alat ini diharapkan memberikan dampak yang positif dalam perkembangan ilmu pengetahuan, khususnya sebagai bahan pembelajaran. Pada penelitian ini akan dirancang dan dibangun anemometer serta dilakukan optimasi kerjanya.

Wind velocity adalah suatu besaran vector tiga dimensi dengan fluktuasi acak dalam skala kecil di atmosfer dan dalam waktu yang bersamaan mengikuti pergerakan udara dalam skala yang lebih besar. Pengamatan angin permukaan umumnya di jabarkan dalam vector dua dimensi melalui dua parameter, yaitu arah dan kecepatan.

Umumnya pengamatan angin permukaaan (horizontal wind speed) adalah rata-rata pengamatan selama periode 10 s/d 60 menit sesuai dengan kebutuhan Forecast.

Statistik klimatologi biasanya memerlukan data rata-rata pengamatan untuk setiap jam, rata-rata periode siang hari dan periode malam hari. Untuk laporan synoptic pengamatan dilakukan dalam rata-rata 10 menit. Kebutuhan Penerbangan (Aeronautical applications) justru membutuhkan rata-rata pengamatan yang lebih singkat , yaitu rata-rata setiap menit, untuk mengetahui fluktuasi angin turbulensi dan gusty. Pengamatan wind speed di laporkan dalam 0.5 m/s atau dalam satuan lain seperti : Knots, km/jam, mil/jam, m/s atau satuan kecepatan lainnya yang relevan.

Beberapa macam alat ukur angin:

• Cup counter dan wind vane anemometer • Ultrasonic anemometer

• Pressure tube anemometer • Hot wire anemometer • Karman vortex devices

• Lidar (Light detection and ranging) • Sodar (sonic detection and ranging) • Radar (radio detection and ranging)

Cup counter anemometer adalah alat untuk mengukur kecepatan angin. Angin adalah pergerakan udara pada horizontal atau hamper horizontal. Angin mempunyai datangnya misalnya : Angin barat (angin yang dating dari barat) dan angina tenggara (angina yang dating dari tenggara. Arah angin (Derajat ukur) Utara = 0/360, Timur = 90, Selatan = 180, Barat = 270, Arah angin dinyatakan dalam satuan derajat dan

kecepatan angin dinyatakan dalam m/s, km/jam, mil/jam, knots hubungan antara masing-masing satuan ini adalah :

• 6.28 m/s = 22.08 km/jam = 2,25 mil/jam • 1 m/s = 3.6 km/jam = 2 knots

• 1 km/jam = 10/36 m/s = 0.62 mil/jam • 1 mil/jam = 0.447 m/s = 1.6 km/jam • 1 knots = 0.5 m/s = 1.8 km/jam

Agar dapat membandingkan peramatan angin yang dilakukan di berbagai tempat, maka pemasangan anemometer dan vane tidak boleh sesukanya. Alat ini di pasang tinggi yang sama di atas tanah terbuka. Tanah terbuka adalah lapangan dengan benda (Pohon, rumah, dll) yang berjarak 10 kali lebih tinggi benda itu dari tiang anemometer. Tinggi yang telah di setujui adalah 10 meter. Arah angin diukur dengan wind vane. Kecepatan angin diukur dengan wind speed anemometer.

Pada gambar dibawah ini adalah jenis – jenis anemometer yang sudah banyak digunakan.

2.11 Proses Pengukuran Anemometer

Berikut contoh perhitungan sederhana kecepatan angin yang diukur dengan anemometer tiga mangkok. Panjang lingkaran susunan mangkok-mangkok adalah 3 m dan susunan itu berputar pada suatu waktu berputar 20 kali dalam waktu 10 detik, maka kecepatan angin dapat dihitung [(20x3) / 10] = 6 m/s , untuk memudahkan menghitung putaran dari pada piringan anemometer maka salah satu mangkok di beri warna lain.

Sehubungan dengan karena adanya perbedaaan kecepatan angin dari berbagai ketinggian yang berbeda, maka tinggi pemasangan disesuaikan dengan tujuan dan kegunaanya. Untuk bidang agroklimatologi di pasang dengan ketinggian sensor (mangkok) 2 meter di atas permukaan tanah. Di lapangan terbang pemasangan umumnya setinggi 10 meter, dipasang di daerah terbuka pada pancang yang cukup kuat. Untuk keperluan navigasi alat harus di pasang pada jarak 10 x tinggi factor penghalang seperti adanya bangunan atau pohon. Sebagian besar anemometer ini umumnya tidak dapat merekam kecepatan angin di bawah 1-2 mil/jam karena ada faktor gesekan awal putaran.

2.12 Tipe Anemometer

Anemometer sendiri terdapat dua tipe secara umum.Tipe tersebut adalah: a. Anemometer dengan 3 atau 4 mangkok

Sensornya terdiri dari 3 atau 4 buah mangkok yang dipasang pada jari-jari yang berpusat pada suatu sumbu vertikal atau semua mangkok tersebut terpasang pada poros vertikal. Seluruh mangkok menghadap ke satu arah melingkar sehingga bila angin bertiup maka rotor berputar pada arah tetap. Kecepatan putar dari rotor tergantung pada kecepatan tiupan angin. Melalui suatu sistem mekanik roda gigi, perputaran rotor mengatur sistem akumulasi angka penunjuk jarak tiupan angin. Anemometer tipe cup counter hanya dapat mengukur rata-rata kecepatan angin selama suatu periode pengamatan. Dengan alat ini penambahan nilai yang dapat dibaca dari satu pengamatan ke pengamatan berikutnya, menyatakan akumulasi jarak tempuh angin selama waktu dari kedua pengamatan tersebut, sehingga kecepatan anginya adalah sama dengan akumulasi jarak tempuh tersebut di bagi lama selang waktu pengamatanya.

b. Anemometer Termal

Anemometer ini merupakan satu sensor yang digunakan untuk mengukur kecepatan fluida (angin) sesaat. Cara kerja dari sensor ini berdasarkan pada jumlah panas yang hilang secara konvektif dari sensor ke lingkungan sekeliling sensor. Besarnya panas yang dipindahkan dari sensor secara langsung berhubungan dengan kecepatan fluida yang melewati sensor. Jika hanya kecepatan fluida yang berubah, maka panas yang hilang bisa di interpretasikan sebagai kecepatan fluida tersebut. Kerja anemometer ini mengikuti prinsip tabung pitot, yaitu dihitung dari tekanan statis dan tekanan kecepatan.

RI Ring Indikator Akan aktif jika ada sinyal masuk Tabel 2.3 Fungsi Masing – Masing PIN

2.10 ANEMOMETER

Anemometer yang digunakan pada stasiun pengamatan cuaca adalah anemometer jenis cup counter yang menerapkan metode mekanik dalam pengukurannya. Karena mahalnya peralatan yang biasa digunakan, sehingga membuat masyarakat kebanyakan tidak dapat memiliki alat tersebut. Sebagaimana kita ketahui bahwa prinsip kerja dari alat pengukur kecepatan angin yang biasa digunakan, cukup sederhana yaitu cup yang berjumlah tiga buah berputar pada suatu tiang yang dihubungkan dengan counter. Dengan mengetahui prinsip yang sederhana tersebut kita dapat mengembangkan alat ini, yaitu dengan merancang alat pengukur kecepatan angin dari bahan-bahan yang mudah didapat dan terjangkau harganya akan tetapi dapat bekerja secara optimal.

Sangatlah penting untuk diingat bahwa kecepatan angin merupakan suatu kuantitas vektor yang mempunyai besaran. Kecepatan angin adalah perpindahan udara tiap satu satuan waktu dengan satuan meter/detik atau meter/menit. Kecepatan angin pada dasarnya ditentukan oleh perbedaan tekanan udara antara tempat asal dan tujuan angin (sebagai faktor pendorong) dan resistensi medan yang dilaluinya. Kecepatan angin berbanding lurus dengan tekanan udara. Sebagian besar anemometer umumnya tidak dapat merekam kecepatan angin dibawah 1 sampai 2 mil/jam karena ada faktor gesekan pada awal putaran.

Pada dasarnya, Anemometer terdiri dari beberapa sistem mekanika yang digabung menjadi satu sehingga mempunyai fungsi baru yang bermanfaat. Menurut Zemansky, kecenderungan suatu gaya menyebabkan putaran tergantung pada garis kerja serta besar gaya tersebut. Torka disebut juga momen gaya, berperan sebagai gaya pemutar. Jika torka resultan yang diderita benda tidaklah nol maka benda melakukan gerak putar dengan frekuensi sudut berubah terhadap waktu. Selain itu benda disebut dalam kesetimbangan translasi bila gaya resultannya nol. Jarak tegak lurus dari titik ke garis kerja suatu gaya disebut lengan gaya atau lengan momen dari gaya itu terhadap sumbu. Hasil kali besar suatu gaya dengan lengan gaya disebut momen gaya itu terhadap sumbu, atau juga disebut gaya putar.

Alat ini diharapkan memberikan dampak yang positif dalam perkembangan ilmu pengetahuan, khususnya sebagai bahan pembelajaran. Pada penelitian ini akan dirancang dan dibangun anemometer serta dilakukan optimasi kerjanya.

Wind velocity adalah suatu besaran vector tiga dimensi dengan fluktuasi acak dalam skala kecil di atmosfer dan dalam waktu yang bersamaan mengikuti pergerakan udara dalam skala yang lebih besar. Pengamatan angin permukaan umumnya di jabarkan dalam vector dua dimensi melalui dua parameter, yaitu arah dan kecepatan.

Umumnya pengamatan angin permukaaan (horizontal wind speed) adalah rata-rata pengamatan selama periode 10 s/d 60 menit sesuai dengan kebutuhan Forecast.

Statistik klimatologi biasanya memerlukan data rata-rata pengamatan untuk setiap jam, rata-rata periode siang hari dan periode malam hari. Untuk laporan synoptic pengamatan dilakukan dalam rata-rata 10 menit. Kebutuhan Penerbangan (Aeronautical applications) justru membutuhkan rata-rata pengamatan yang lebih singkat , yaitu rata-rata setiap menit, untuk mengetahui fluktuasi angin turbulensi dan gusty. Pengamatan wind speed di laporkan dalam 0.5 m/s atau dalam satuan lain seperti : Knots, km/jam, mil/jam, m/s atau satuan kecepatan lainnya yang relevan.

Beberapa macam alat ukur angin:

• Cup counter dan wind vane anemometer • Ultrasonic anemometer

• Pressure tube anemometer • Hot wire anemometer • Karman vortex devices

• Lidar (Light detection and ranging) • Sodar (sonic detection and ranging) • Radar (radio detection and ranging)

Cup counter anemometer adalah alat untuk mengukur kecepatan angin. Angin adalah pergerakan udara pada horizontal atau hamper horizontal. Angin mempunyai datangnya misalnya : Angin barat (angin yang dating dari barat) dan angina tenggara (angina yang dating dari tenggara. Arah angin (Derajat ukur) Utara = 0/360, Timur = 90, Selatan = 180, Barat = 270, Arah angin dinyatakan dalam satuan derajat dan

kecepatan angin dinyatakan dalam m/s, km/jam, mil/jam, knots hubungan antara masing-masing satuan ini adalah :

• 6.28 m/s = 22.08 km/jam = 2,25 mil/jam • 1 m/s = 3.6 km/jam = 2 knots

• 1 km/jam = 10/36 m/s = 0.62 mil/jam • 1 mil/jam = 0.447 m/s = 1.6 km/jam • 1 knots = 0.5 m/s = 1.8 km/jam

Agar dapat membandingkan peramatan angin yang dilakukan di berbagai tempat, maka pemasangan anemometer dan vane tidak boleh sesukanya. Alat ini di pasang tinggi yang sama di atas tanah terbuka. Tanah terbuka adalah lapangan dengan benda (Pohon, rumah, dll) yang berjarak 10 kali lebih tinggi benda itu dari tiang anemometer. Tinggi yang telah di setujui adalah 10 meter. Arah angin diukur dengan wind vane. Kecepatan angin diukur dengan wind speed anemometer.

Pada gambar dibawah ini adalah jenis – jenis anemometer yang sudah banyak digunakan.

2.11 Proses Pengukuran Anemometer

Berikut contoh perhitungan sederhana kecepatan angin yang diukur dengan anemometer tiga mangkok. Panjang lingkaran susunan mangkok-mangkok adalah 3 m dan susunan itu berputar pada suatu waktu berputar 20 kali dalam waktu 10 detik, maka kecepatan angin dapat dihitung [(20x3) / 10] = 6 m/s , untuk memudahkan menghitung putaran dari pada piringan anemometer maka salah satu mangkok di beri warna lain.

Sehubungan dengan karena adanya perbedaaan kecepatan angin dari berbagai ketinggian yang berbeda, maka tinggi pemasangan disesuaikan dengan tujuan dan kegunaanya. Untuk bidang agroklimatologi di pasang dengan ketinggian sensor (mangkok) 2 meter di atas permukaan tanah. Di lapangan terbang pemasangan umumnya setinggi 10 meter, dipasang di daerah terbuka pada pancang yang cukup kuat. Untuk keperluan navigasi alat harus di pasang pada jarak 10 x tinggi factor penghalang seperti adanya bangunan atau pohon. Sebagian besar anemometer ini umumnya tidak dapat merekam kecepatan angin di bawah 1-2 mil/jam karena ada faktor gesekan awal putaran.

2.12 Tipe Anemometer

Anemometer sendiri terdapat dua tipe secara umum.Tipe tersebut adalah: a. Anemometer dengan 3 atau 4 mangkok

Sensornya terdiri dari 3 atau 4 buah mangkok yang dipasang pada jari-jari yang berpusat pada suatu sumbu vertikal atau semua mangkok tersebut terpasang pada poros vertikal. Seluruh mangkok menghadap ke satu arah melingkar sehingga bila angin bertiup maka rotor berputar pada arah tetap. Kecepatan putar dari rotor tergantung pada kecepatan tiupan angin. Melalui suatu sistem mekanik roda gigi, perputaran rotor mengatur sistem akumulasi angka penunjuk jarak tiupan angin. Anemometer tipe cup counter hanya dapat mengukur rata-rata kecepatan angin selama suatu periode pengamatan. Dengan alat ini penambahan nilai yang dapat dibaca dari satu pengamatan ke pengamatan berikutnya, menyatakan akumulasi jarak tempuh angin selama waktu dari kedua pengamatan tersebut, sehingga kecepatan anginya adalah sama dengan akumulasi jarak tempuh tersebut di bagi lama selang waktu pengamatanya.

b. Anemometer Termal

Anemometer ini merupakan satu sensor yang digunakan untuk mengukur kecepatan fluida (angin) sesaat. Cara kerja dari sensor ini berdasarkan pada jumlah panas yang hilang secara konvektif dari sensor ke lingkungan sekeliling sensor. Besarnya panas yang dipindahkan dari sensor secara langsung berhubungan dengan kecepatan fluida yang melewati sensor. Jika hanya kecepatan fluida yang berubah, maka panas yang hilang bisa di interpretasikan sebagai kecepatan fluida tersebut. Kerja anemometer ini mengikuti prinsip tabung pitot, yaitu dihitung dari tekanan statis dan tekanan kecepatan.