Rancang bangun pengukur kemiringan pantai berbasis mikrokontroler dengan sensor accelerometer
RANCANG BANGUN PENGUKUR KEMIRINGAN PANTAI
BERBASIS MIKROKONTROLER DENGAN SENSOR
ACCELEROMETER
MUHAMAD RAKIF PANGUALE
DEPARTEMEN ILMU DAN TEKNOLOGI KELAUTAN
FAKULTAS PERIKANAN DAN ILMU KELAUTAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2015
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Rancang Bangun
Pengukur Kemiringan Pantai Berbasis Mikrokontroler dengan Sensor
Accelerometer adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing
dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun.
Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun
tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan
dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, Maret 2015
Muhamad Rakif Panguale
NIM C54100004
ABSTRAK
MUHAMAD RAKIF PANGUALE. Rancang Bangun Pengukur Kemiringan Pantai
Berbasis Mikrokontroler dengan Sensor Accelerometer. Dibimbing oleh INDRA JAYA
dan I WAYAN NURJAYA.
Penelitian ini telah menghasilkan sebuah instrumen kemiringan pantai (BS-Meter)
dengan sensor accelerometer untuk membaca kemiringan. Terdapat lima tahapan dalam
perancangan instrumen ini yaitu, perancangan casing, perancangan elektronik,
perancangan perangkat lunak, uji laboratorium dan uji lapang. Casing terbuat dari
alumunium dan penyangga berupa papan sepanjang 1 meter yang didesain sederhana
dan mudah untuk digunakan. Penyangga menggambarkan kemiringan pantai dengan
asumsi kemiringan pada setiap 1 meter dianggap linear. Sistem elektronik dibangun
menggunakan Arduino Mega sebagai prosesor, sensor accelerometer untuk
mendapatkan data kemiringan dan PMB-688 GPS sebagai sensor posisi. Data yang
didapatkan akan ditampilkan pada Liquid Cristal Display (LCD) dan akan tersimpan
pada SD Card. Hasil uji laboratorium antara sudut yang terbaca BS-Meter dengan sudut
busur menunjukan nilai galat (error) antara -0.43 sampai dengan 0.96 derajat dengan
nilai Root Mean Square Error (RMSE) 0.41 sehingga dapat dikatakan bahwa BS-Meter
memiliki akurasi yang baik. Hasil uji-t pada selang kepercayaan 95 persen (0.05),
menunjukkan nilai sudut pada busur tidak berbeda nyata dengan nilai sudut yang
terbaca pada BS-Meter. Uji lapang dilakukan di Stasiun Lapang Kelautan (SLK)
Palabuhanratu dengan alat pembanding berupa waterpass. Hasil pengukuran lapang dari
BS-Meter menunjukan kemiringan pantai Palabuhanratu berkisar antara 2.16 derajat
hingga 8.32 derajat, sedangkan pengukuran menggunakan waterpass berkisar antara
2.42 derajat hingga 11.10 derajat dengan lebar pantai atau paras muka pantai berkisar
antara 5 meter sampai 18 meter. Perbedaan pengukuran kemiringan pantai antara BSMeter dan waterpass (error) berkisar antara 0.13 derajat hingga 3.00 derajat. Nilai
koefisien determinasi (R2) antara hasil pengukuran BS-meter dan hasil pengukuran
waterpass adalah 0.97 sampai 0.99 sehingga BS-Meter yang dikembangkan telah
berfungsi dengan baik dan akurat.
Kata kunci: kemiringan, instrumen, Palabuhanratu, accelerometer
ABSTRACT
MUHAMAD RAKIF PANGUALE. Design and Development Beach Slope Instrument
Based on Microcontroller with Accelerometer Sensor. Supervised by INDRA JAYA
and I WAYAN NURJAYA.
The aim of this research is to design and construct an instrument to measure
beach slope BS-Meter with accelerometer sensor. There were five stages in the design
of this instrument, namely: casing design, electronic design, software design, laboratory
tests and field trials. The casing is made of aluminum and 1-meter supporting board to
make the instrument simple and easy to use. It is assumed, therefore, that within 1-meter
there are no changes of the beach slope. An electronic system was built using the
Arduino Mega as a microcontroller; while accelerometer sensor and GPS PMB-688
were used to obtain data slope and position, respectively. The data obtained is displayed
on the Liquid Cristal Display (LCD) and stored on the SD Card. Laboratory test
between BS-Meter and arc angle showed the different between -0.43 up to 0.96
degrees with a value of Root Mean Square Error (RMSE) 0.41. Thus BS-Meters have
good accuracy. The Statistics Analysis of the t-test at a 95 percent with confidence
interval = 0.05, showed that the value of the angle on the arc angle was not
significantly different from the value of BS-Meter. Field test was also performed to
compare the results of measuring BS-Meter with a Water pass. The results of field
measurements of BS-Meter showed that the Palabuhanratu beach slope ranging from
2.16 to 8.32 degrees, while measurements using waterpass ranging from 2.42 to 11.10
degrees. Error or difference value of measurements between the BS-meter and Water
pass is ranging from 0.13 to 3.00 degrees. The determination coefficient calculation
(R2) between BS-meter and Water pass ranged from 0.97 to 0.99. Therefore, the BSMeter functions correctly and accurately.
Keywords: slope, instrument, Palabuhanratu, accelerometer
RANCANG BANGUN PENGUKUR KEMIRINGAN PANTAI
BERBASIS MIKROKONTROLER DENGAN SENSOR
ACCELEROMETER
MUHAMAD RAKIF PANGUALE
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Ilmu Kelautan
pada
Departemen Ilmu dan Teknologi Kelautan
DEPARTEMEN ILMU DAN TEKNOLOGI KELAUTAN
FAKULTAS PERIKANAN DAN ILMU KELAUTAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2015
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu wa ta’ala atas segala
karunia-Nya sehingga karya ilmiah yang berjudul Rancang Bangun Pengukur
Kemiringan Pantai Berbasis Mikrokontroler dengan Sensor Accelerometer berhasil
diselesaikan. Terima kasih penulis ucapkan kepada :
1. Bapak Prof. Dr. Indra Jaya, M.Sc dan Bapak Dr. Ir. I Wayan Nurjaya, M.Sc.
selaku pembimbing skripsi atas masukan, saran, arahan dan motivasinya
sehingga terselesaikan skripsi ini.
2. Bapak Prof. Dr. Ir. Mulia Purba, M.Sc selaku penguji sidang serta Bapak Dr.
Henry Munandar Manik, S.Pi., MT selaku Gugus Kendali Mutu atas masukan,
saran serta bimbingan sehingga terselesaikan skripsi ini.
3. Seluruh staf pendidik dan kependidikan Departemen Ilmu dan Teknologi
Kelautan, FPIK-IPB atas arahan, bimbingan dan bantuan selama menjalani
kuliah.
4. Kedua Orang tua tercinta, Arifuddin Panguale dan Rakiah Dulati, adik, serta
segenap keluarga besar atas segala do‟a, dukungan, semangat, serta kasih
sayangnya.
5. Husnul Khatimah, S.Ik. atas masukan, motivasi serta bantuan dalam
penyelesaian skripsi.
6. Segenap warga “Bengkel‟ Workshop Akustik dan Instrumentasi Kelautan,
Marine Instrumentation and Telemetry (MIT) Club diklat 01, 02, dan 03 yang
telah banyak membantu selama pengumpulan data dan penulisan.
7. Teman dan sahabat tercinta ITK 47 dan Kosan Bu Yoyo atas bantuan, motivasi,
doa dan pelajarannya.
8. Pihak-pihak lainnya yang telah membantu terlaksananya skripsi ini, yang tidak
dapat disebutkan satu per-satu.
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, Maret 2015
Muhamad Rakif Panguale
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
vi
DAFTAR GAMBAR
vi
DAFTAR LAMPIRAN
vi
PENDAHULUAN
1
Latar Belakang
1
Tujuan Penelitian
1
METODE
1
Waktu dan Tempat Penelitian
1
Alat dan Bahan Penelitian
2
ProsedurPenelitian
3
HASIL DAN PEMBAHASAN
14
Hasil Rancang Bangun
14
Uji Laboratorium
14
Uji Lapang
16
SIMPULAN DAN SARAN
17
Simpulan
17
Saran
18
DAFTAR PUSTAKA
18
LAMPIRAN
21
RIWAYAT HIDUP
39
DAFTAR TABEL
1
2
3
Alat yang digunakan dalam penelitian
Bahan yang digunakan dalam penelitian
Konfigurasi Pin Arduino dengan perangkat lain
2
2
6
DAFTAR GAMBAR
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
Desain instrumen kemiringan pantai (a) Kotak kompartemen (b) Kotak
kompartemen pada penyangga
Hubungan fungsional elektronik kemiringan pantai
Rangkaian elektronik Arduino Mega
Rangkaian modul RTC DS3231
Rangkaian modul DT-Sense 3D Accelerometer & Magnetometer
Rangkain modul LCD 16 x 4
Modul PMB-688
Rangkaian modul SD Card Catalex
Rangkain tombol (push button)
Diagram alir perangkat lunak instrumen kemiringan pantai
Sudut Kemiringan dari 3 sumbu accelerometer
Pengukuran kemiringan pantai menggunkan waterpass
a) Kotak kompartemen dan b) penyanggga BS-Meter
Kalibrasi sensor BS-Meter (a) Fit data pengukuran (b) Plot Pengukuran
Contoh data BS-Meter
Profil kemiringan pantai di stasiun 1 hasil pengukuran menggunakan BSMeter dan waterpass
3
4
5
7
7
8
8
9
9
10
12
13
14
15
16
17
DAFTAR LAMPIRAN
1
2
3
4
Uji F antara sudut pengukuran BS-Meter dan sudut busur di Workshop
Akustik dan Instrumentasi Kelautan FPIK IPB
Uji-t antara sudut pengukuran BS-Meter dan sudut busur di Workshop
Akustik dan Instrumentasi Kelautan ITK FPIK IPB
Perhitungan koefisien determinasi (R2) antara BS-Meter dan waterpass
pada setiap profil kemiringan pantai Palabuhanratu, Jawa Barat.
Profil kemiringan pantai pada setiap stasiun pengamatan di Stasiun Lapang
Kelautan (SLK) IPB, Palabuhanratu
21
22
23
24
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Daerah pantai merupakan kawasan yang memiliki keanekaragaman hayati
(biodiversity) yang tinggi (Sihasale 2013). Selain itu, memiliki multifungsi
pemanfaatan, diantaranya sebagai kawasan pemukiman, kawasan industri dan
pertambangan, kawasan rekreasi dan wisata, tempat mencari nafkah, pelabuhan dan
habitat bagi berbagai organisme pantai (Setyandito dan Yuwono 2008).
Kompleksitas tersebut dapat menimbulkan berbagai permasalahan bila tidak ditata
secara baik, salah satunya adalah perubahan morfologi pantai (Savitri et al 2012).
Menurut Diposaptono (2004) perubahan bentuk pantai merupakan rangkaian
proses pantai yang diakibatkan oleh faktor eksternal (arus, gelombang, angin dan
pasang surut) dan internal (karakteristik dan tipe sedimen serta lapisan dasar dimana
sedimen tersebut berada). Bentuk pantai sangat dipengaruhi oleh gelombang,
jumlah dan sifat-sifat sedimen, ukuran dan bentuk partikel, dan arus serta batimetri
pantai. Proses utama yang berperan adalah littoral transport yang dapat dibedakan
menjadi dua yaitu transpor sepanjang pantai (longshore transport) dan transpor
tegak lurus pantai (onshore-offshore transport). Transpor tegak lurus pantai
dipengaruhi oleh kecuraman gelombang (wave steepness), ukuran sedimen, dan
kemiringan pantai.
Salah satu parameter perubahan bentuk pantai adalah kemiringan pantai.
Kemiringan pantai sangat penting untuk mengetahui tinggi run up tsunami, untuk
mengetahui klasifikasi mangrove di kawasan rehabilitasi pantai, sebagai acuan
konstruksi bangunan pantai serta studi menganai coastal defense. Pengukuran
kemiringan pantai di Indonesia umumnya masih dilakukan secara konvensional.
Pengukuran dilakukan menggunakan waterpass dan kompas geologi. Pengukuran
ini kurang praktis karena membutuhkan lebih dari satu orang untuk melakukan
pengamatan kemiringan pantai. Oleh karena itu, perlu adanya instrumen yang
praktis dalam melakukan pengukuran kemiringan pantai.
Tujuan Penelitian
1.
2.
3.
Tujuan dari penelitian ini, yaitu :
Merancang instrumen yang praktis dalam penggunaannya untuk mengukur
kemiringan pantai.
Mendapatkan informasi uji laboratorium instrumen kemiringan pantai yang
telah dibuat.
Mendapatkan nilai kemiringan pantai Palabuhanratu.
METODE
Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitan dilakukan pada bulan April sampai bulan Desember 2014.
Perancangan instrumen dan uji laboratorium dilakukan di Laboratorium
2
Instrumentasi, Bagian Akustik dan Instrumentasi Kelautan, Departemen Ilmu dan
Teknologi Kelautan, Fakultas Perikanan dan Ilmu Kelautan, Institut Pertanian
Bogor. Uji lapang dilakukan di Stasiun Lapang Kelautan FPIK IPB, Palabuhanratu,
Sukabumi, Jawa Barat.
Alat dan Bahan Penelitian
Alat yang digunakan dalam penelitian ini dapat dilihat pada Tabel 1.
Tabel 1 Alat yang digunakan dalam penelitian
Alat
Solder
Obeng
Gerinda
Bor
Laptop
Tipe/Nilai
40 W
+/Krisbow
Krisbow
Lenovo
Arduino IDE
Google SketchUp
Multimeter Digital
Versi 1.5.5. BETA
Versi 8
HELES UX893TR
Fungsi
Menyolder antar komponen
Menguatkan sekrup
Memotong komponen
Melubangi komponen
Merancang perangkat keras dan
lunak serta pengolahan data
Mengunduh firmware
Membuat desain instrumen
Mengukur tegangan, hambatan,
dan koneksi komponen elektonik
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini dapat dilihat pada Tabel 2.
Tabel 2 Bahan yang digunakan dalam penelitian
Bahan
Sensor Accelerometer
Nilai/Tipe
DT-Sense 3D Accelerometer &
Magnetometer
Display
LCD 4x16
Sensor posisi
PMB-688 GPS Ext Antenna
Modul mikrokontroler Arduino Mega
Modul penyimpanan Modul SD Card Catalex
data
Real Time Clock DT I/O I2C Peripheral
DS3231
Micro SD card
MMC 2 GB
Baterai
Lippo 11.7 volt DC 900 mAH
Kotak komponen
Alumunium
Kayu Balok
Papan
Kabel Pelangi
Jumlah
1 Buah
1 Buah
1 Buah
1 Buah
1 Buah
1 Buah
1 Buah
1 Buah
1 Buah
1 Meter
2 Meter
Bahan yang digunakan berupa mikrokontroler arduino mega sebagai prosesor
instrumen kemiringan pantai. Sensor yang digunakan terdiri dari DT-Sense 3D
3
Accelerometer & Magnetometer yang digunakan untuk mendapatkan nilai
kemiringan, PMB-688 GPS untuk mendapatkan nilai lintang dan bujur, dan RTC
DS3231 sebagai pencacah waktu. Selain itu, untuk menyimpan data menggunakan
Modul SD Card Catalex yang dilengkapi dengan Micro SD card 2GB serta untuk
menampilkan data menggunakan LCD 16x4. Bahan casing terdiri dari kotak
komponen berbahan alumunium dan penyangga berbahan kayu dengan panjang
satu meter. Seluruh bahan elektronik didapatkan dari toko elektronik yang
menyediakan modul komponen elektronika siap pakai sedangkan bahan casing
didapatkan dari tukang kayu.
Prosedur Penelitian
Perancangan Alat
Perancangan casing
Pembuatan desain casing menggunakan software Google SketchUp 08.
Casing terbagi atas kotak kompartemen dan penyangga. Kotak kompartemen
merupakan bagian dari instrumen yang digunakan untuk menyimpan atau
meletakkan komponen. Penyangga merupakan balok kayu dengan dimensi 100 cm
x 15.5 cm x 1.5 cm (Gambar 1). Penyangga balok kayu berfungsi memberikan
gambaran pengukuran kemiringan setiap 100 cm dengan asumsi kemiringan
tersebut dianggap linear.
Tampilan
160 mm
Tombol kendali
Tombol power
55 mm
115 mm
(a)
(b)
Gambar 1 Desain instrumen kemiringan pantai (a) Kotak kompartemen (b) Kotak
kompartemen pada penyangga
4
Perancangan sistem elektronik
Sistem elektronik terdiri dari mikrokontroler Arduino Mega sebagai prosesor,
sensor accelerometer untuk mendapatkan data kemiringan, PMB-688 GPS sebagai
sensor posisi. Data yang didapatkan akan ditampilkan pada Liquid Cristal Display
(LCD) dan akan tersimpan pada micro SD Card. Semua komponen tersebut
membutuhkan catu daya dari baterai 5 V. Secara umum hubungan fungsional
elektronik dapat dilihat pada Gambar 2.
Gambar 2 Hubungan fungsional elektronik kemiringan pantai
Rangkaian Utama Mikrokontroler
Mikrokontroler yang digunakan adalah Arduino Mega yang merupakan
papan mikrokontroler dengan dasar ATMega 1820 (Gambar 3). Arduino Mega
dapat beroperasi pada pasokan daya eksternal 6 sampai 20 volt. ATmega1280 yang
digunakan pada Arduino Mega memiliki 128 KB flash memori untuk menyimpan
kode, 8 KB dari SRAM dan 4 KB. ATmega1280 menyediakan empat Universal
Asyncronous Receiver/Transmiter (UART) untuk komunikasi serialTTL (5V).
Arduino Mega dapat diprogram dengan software Arduino IDE. ATmega1280 pada
Arduino Mega memiliki bootloader yang memungkinkan untuk meng-upload kode
baru tanpa menggunakan hardware programmer eksternal. Arduino Mega
memiliki kristal eksternal sebesar 16 MHz sehingga proses instruksi perintah lebih
cepat (http://arduino.cc/).
5
Gambar 3 Rangkaian elektronik Arduino Mega
6
Konfigurasi pin Arduino dengan beberapa perangkat ditunjukan Tabel 3.
Tabel 3 Konfigurasi Pin Arduino dengan perangkat lain
Perangkat
DT-Sense 3D Accelerometer &
Magnetometer
LCD 4x16
PMB-688 GPS Ext Antenna
Modul SD Card Catalex
RTC DS3231
Push Button
Pin
SDA
20
SCL 21
D44
D45
D46
D47
D48
D49
RX3 15
D50
D51
D52
D53
SDA
20
SCL 21
A0
A1
A2
A3
Keterangan
SDA
SCL
RS
Enable
D4
D5
D6
D7
RX Data
MISO
MOSI
SCK
SS
SDA
SCL
Input Push Button 1
Input Push Button 2
Input Push Button 3
Input Push Button 4
Rangkaian Real Time Clock (RTC)
IC RTC DS3231 memiliki akurasi dan presisi yang sangat tinggi dalam
mencacah waktu dengan extremely accurate temperature compensated (TCXO).
DS3231 memiliki kristal internal dan rangkaian kapasitor tuning untuk menjaga
kestabilan detak frekuensi (Gambar 4). Modul RTC DS3231 dapat bergeser kurang
dari 1 menit per tahunnya. Modul ini juga sudah dilengkapi dengan IC AT24C32
yang memberikan EEPROM tambahan sebesar 4 KB (32.768 bit) yang dapat
digunakan untuk berbagai keperluan (Maxim Integrated 2013).
7
Gambar 4 Rangkaian modul RTC DS3231
Rangkaian Sensor Accelerometer
Sensor accelerometer yang digunakan adalah DT-Sense 3D Accelerometer
& Magnetometer yang merupakan suatu modul accelerometer dan magnetometer
mengunakan ICLSM303DLHC (Gambar 5). Modul ini mampu menghasilkan 3
sumbu pembacaan akselerometer dengan range ±2g sampai dengan ±16g serta
3 sumbu pembacaan magnetometer dengan range ±1.3 gauss s/d ±8.1 gauss.
Tegangan yang dibutuhkan sensor accelerometer untuk beroperasi berkisar 2.16 V
sampai 3.6 V dengan tegangan tipikal 3.3 V. Modul ini menggunakan antarmuka
I2C dengan mode standard an cepat 100 kHz and 400 kHz (Inovative Electronic
2012).
Gambar 5 Rangkaian modul DT-Sense 3D Accelerometer & Magnetometer
Rangkaian Liquid Cristal Display (LCD)
Liquid Cristal Display (LCD) adalah salah satu jenis display elektronik yang
dibuat dengan teknologi CMOS logic yang bekerja dengan tidak menghasilkan
cahaya tetapi memantulkan cahaya yang ada di sekelilingnya terhadap front-lit atau
mentransmisikan cahaya dari back-lit. Liquid Cristal Display (LCD) berfungsi
sebagai penampil data baik dalam bentuk karakter, huruf, angka ataupun grafik.
Dalam modul Liquid Cristal Display (LCD) terdapat mikrokontroler yang berfungsi
sebagai pengendali tampilan karakter Liquid Cristal Display (LCD).
Mikrokontroler pada suatu Liquid Cristal Display (LCD) dilengkapi dengan
memori dan register. Memori yang digunakan mikrokontroler internal LCD adalah
8
Display Data Random Access Memory (DDRAM), Character Generator Random
Access Memory (CGRAM), Character Generator Read Only Memory (CGROM).
Register control yang terdapat dalam suatu LCD diantaranya adalah. Register
perintah, Register data.Pin, kaki atau jalur input dan kontrol dalam suatu Liquid
Cristal Display (LCD) diantaranya adalah : Pin data, Pin RS (Register Select), Pin
R/W (Read/Write), Pin E (Enable), Pin VLCD (Gambar 6).
Gambar 6 Rangkain modul LCD 16 x 4
Rangkaian Sensor Posisi
Sensor posisi yang digunakan adalah GPS Module PMB-688, yang
merupakan modul GPS biaya rendah (Gambar 7). Modul ini dapat melacak hingga
20 satelit dengan selang pangambilan data satu detik. Modul ini memiliki keluaran
National Marine Electronics Association (NMEA ) 0183 v2.2 melalui komunikasi
serial TTL maupun RS232 dengan kecepatan 4800 bps. Tegangan yang dibutuhkan
GPS Module PMB-688 untuk beroperasi berkisar 3.3 V DC sampai 5 V DC
(Parallax Inc. 2012).
Gambar 7 Modul PMB-688
Rangkaian Penyimpanan
Modul Micro SD Card Adapter adalah modul pembaca kartu Micro SD
dengan antarmuka Serial Peripheral Interface (SPI), dan dilengkapi MCU untuk
membaca dan menulis pada kartu micro SD Card. Tegangan yang dibutuhkan
modul untuk beroperasi berkisar 4.5 V sampai 5.5 V dan mendukung kartu Mikro
SD dan Mikro SDHC (Indo-Ware 2013).
9
Gambar 8 Rangkaian modul SD Card Catalex
Rangkaian Tombol (Push Buttons)
Rangkaian tombol merupakan rangkaian input yang bernilai HIGH dan
LOW. Rangkaian ini berfungsi sebagai kendali dari menu. Rangkaian ini
membutuhkan push button dan resistor 4,7 KOhm yang berfungsi sebagai pull-up
atau pull-down, tergantung penempatannya. Rangkaian tombol pada instrumen
kemiringan pantai merupakan pull-up dimana pin Arduino akan dihubungkan
dengan GND (ground) melalui tombol dan resistor akan dipasangkan antara pin
Arduino dan +5V, sehingga ketika tombol ditekan, pin akan menjadi LOW
sedangkan ketika tombol dilepas maka pin akan terhubung dengan +5V melalui
resistor dan pin menjadi HIGH
Gambar 9 Rangkain tombol (push button)
Perancangan Perangkat Lunak
Perancangan perangkat lunak (firmware) menggunakan pemograman
Arduino IDE versi 1.5.5. BETA dengan bahasa C++ (Lampiran 5). Perangkat lunak
merupakan perintah atau intruksi yang ditanam pada mikrokontroler yaitu Arduino
Mega. Perangkat lunak dirancang agar mikrokontroler mendapatkan data
kemiringan dari sensor accelerometer dan data posisi dari sensor posisi. Kemudian
10
ditampilkan pada LCD dan disimpan pada media penyimpanan (micro SD Card).
Adapun alur perangkat lunak instrumen kemiringan pantai ditunjukan pada
Gambar 10.
Gambar 10 Diagram alir perangkat lunak instrumen kemiringan pantai
Pada saat instrumen kemiringan pantai dinyalakan, maka mikrokontroler
pada Arduino Mega akan menginisialisasi LCD, modul SD card, sensor posisi
(PMB-688 GPS), sensor kemiringan (DT-Sense 3D Accelerometer &
Magnetometer) dan RTC (DS3231). Kemudian pada display LCD akan
menampilkan “BS-Meter : Copyright 2014 : MIT – IPB”. Setelah selang waktu 2
detik, maka Arduino Mega akan menginisialisasi micro SD card, dilanjutkan waktu
11
tunggu 5 detik. Jika micro SD card tidak terpasang pada modul SD card atau rusak
maka pada display LCD akan menampilkan “Anda tidak dapat simpan data”.
LCD akan menampilkan daftar menu yang tersusun ke bawah yaitu mulai
ukur, atur waktu, dan pilih header. Pemilihan menu menggunakan tombol Up dan
Down, mengeksekusi pilihan menu menggunakan tombol Enter. Pada saat
mengeksekusi menu “Mulai ukur” maka LCD akan menampilkan data waktu, data
kemiringan, dan data posisi berturut-turut ke bawah. Bila ingin menyimpan data
maka tekan tombol Down dan LCD akan menampilkan “Data tersimpan”,
sedangkan mengganti nilai ulangan dengan menekan tombol Up dan LCD akan
menampilkan “Ulangan – nilai ulangannya”. Nilai ulangan awal adalah 1 (satu).
Bila waktu yang ditampilkan belum sesuai maka perlu dilakukan pengaturan
waktu dengan mengeksekusi “Atur waktu”. Pada saat atur waktu dieksekusi maka
LCD akan menampilkan “Masukkan tahun:”. Nilai tahun diatur menggunakan
tombol Up dan Down. Tombol Up menambah 1 (satu) pada nilai tahun sedangkan
tombol Down akan mengurangi 1 (satu) pada nilai tahun. Setelah nilai tahun sesuai
tekan tombol Enter maka LCD akan menampilkan “Masukkan bulan:”. Untuk
mengatur bulan, hari, jam dan menit sama dengan cara mengatur tahun. Nilai awal
tahun, bulan, hari, jam, dan menit adalah 0 (nol). Setelah pengaturan menit, tekan
tombol Esc sehingga akan kembali ke menu awal dan pengaturan waktu telah
selesai.
Untuk mengatur nilai header maka eksekusi menu “Nilai header”. Pada saat
nilai header dieksekusi maka LCD akan menampilkan “Masukkan nilai header:”.
Nilai header diatur menggunakan tombol Up dan Down. Tombol Up menambah 1
(satu) pada nilai tahun sedangkan tombol Down akan mengurangi 1 (satu) pada nilai
tahun. Nilai awal header adalah 0 (nol).
Uji Laboratorium
Uji laboratorium dilakukan setelah alat dapat bekerja sesuai harapan. Uji
laboratorium terdiri dari kalibrasi sensor dan menduga akurasi instrumen
kemiringan pantai. Kalibrasi sensor didapatkan dari nilai regresi linear data
instrumen kemiringan pantai dengan busur yang kemudian dimasukkan dalam
tambahan program. Pendugaan akurasi instrumen kemiringan pantai dilakukan
dengan membandingkan sudut busur dengan sudut yang terbaca pada instrumen
kemiringan pantai setelah kalibrasi sehingga didapatkan nilai galat (error) dan Root
Mean Square Error (RMSE). Akurasi instrumen kemiringan pantai diduga dari
nilai Root Mean Square Error (RMSE).
Uji Lapang
Uji lapang dilaksanakan di pantai Stasiun Lapang Kelautan FPIK IPB
Palabuhanratu dengan 30 stasiun pengamatan. Satu stasiun pengamatan akan
menghasilkan satu profil kemiringan pantai. Pengukuran kemiringan pantai
dilakukan dengan instrumen kemiringan pantai dan alat ukur bandingan
menggunakan waterpass.
12
Analisis Data
Perhitungan Nilai Kemiringan Accelerometer
Accelerometer adalah sebuah sensor yang digunakan untuk mengukur
percepatan suatu obyek. Accelerometer dapat mengukur percepatan dynamic dan
static. Pengukuran percepatan dynamic adalah pengukuran percepatan pada obyek
bergerak, sedangkan percepatan static adalah pengukuran percepatan terhadap
gravitasi bumi. Untuk mengukur sudut kemiringan (tilt) hanya diperlukan
pengukuran percepatan static (Haryanti dan Kusumaningrum 2008). Dengan 3
sumbu accelerometer, maka sumbu z dapat dikombinasikan dengan sumbu X dan
Y sehingga dapat meningkatkan sensitifitas dan akurasi pada pengukuran sudut
kemringan (Gambar 11).
Gambar 11 Sudut Kemiringan dari 3 sumbu accelerometer
Sebelum menghitungan sudut kemringan, nilai digital masing-masing
sumbu difilter menggunakan low-pass filter (STMikroelectronic 2010). Sudut
kemiringan diperoleh dari nilai pitch accelerometer menggunakan perhitungan
trigonometri dengan persamaan 1. Sudut kemiringan dari nilai pitch berkisar antara
-90 sampai dengan 90 derajat.
����ℎ = � =
arctan
√ �
�
�
∗ 8
+ �
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (1)
dimana Ax merupakan hasil filter nilai digital sumbu X pada accelerometer, Ay
merupakan hasil filter nilai digital sumbu Y pada accelerometer, Az merupakan hasil
filter nilai digital sumbu Z pada accelerometer dan Pitch merupakan nilai
kemiringan instrumen kemiringan pantai.
Perhitungan Nilai Galat dan RMSE
Nilai galat merupakan penyimpangan hasil pengukuraan terhadap nilai
sebenarnya (Idris 2014). RMSE merupakan parameter yang digunakan untuk
mengevaluasi nilai dari pengamatan terhadap nilai sebenarnya atau nilai yang
dianggap benar (Wibowo 2010). Secara umum persamaan untuk menghitung
besarnya galat dan RMSE dihitung berdasarkan Persamaan 2 dan 3 (Idris 2014).
� = �� − �� . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (2)
∑�
�= � −��
� �= √
�
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (3)
13
dimana � merupakan nilai galat (derajat), �� merupakan nilai hasil kalibrasi
instrumen kemiringan pantai (derajat), �� merupakan sudut sebenarnya (derajat),
� � merupakan Root Mean Square Error (derajat), dan merupakan jumlah
data.
Perhitungan Data Waterpas
Menurut Saribun (2007), kemiringan dapat dinyatakan dalam derajat maupun
persen. Pengukuran kemiringan pantai yang dinyatakan dalam derajat
menggunakan waterpass dan balok. Berikut perhitungan kemiringan pantai yang
dinyatakan dalam derajat berdasarkan persamaan 4 (Panjaitan et al 2012).
�� ��� �� �� ��� = ��� ��
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (4)
dimana nilai x merupakan panjang balok, sedangkan nilai y diperoleh dari hasil
pengukuran jarak antara permukaan pantai dengan alat waterpass yang diposisikan
tegak lurus terhadap sumbu x. Penempatan waterpass ditunjukan pada Gambar 12
panjang x sebesar satu meter dengan asumsi kemiringan pantai sepanjang x
dianggap linear.
α
Gambar 12 Pengukuran kemiringan pantai menggunkan waterpass
Perhitungan Uji Statistik
Uji statistik yang digunakan pada peneltian ini meruapakan uji-t dan
perhitungan koefisien determinasi (R2). Uji-t termasuk dalam golongan statistika
parametrik. Statistik uji ini digunakan dalam pengujian hipotesis. Uji-t dapat dibagi
menjadi 2, yaitu uji-t yang digunakan untuk pengujian hipotesis 1-sampel dan uji-t
yang digunakan untuk pengujian hipotesis 2-sampel. Bila dihubungkan dengan
kebebasan (independency) sampel yang digunakan (khusus bagi uji-t dengan 2sampel), maka uji-t dibagi lagi menjadi 2, yaitu uji-t untuk sampel bebas
(independent) dan uji-t untuk sampel berpasangan (paired). Oleh karena itu, apabila
uji-t hendak digunakan untuk melakukan pengujian hipotesis terhadap 2-sampel,
maka harus dilakukan pengujian mengenai asumsi kehomogenan ragam populasi
terlebih dahulu dengan menggunakan uji-F (Suryono dan Rejekiningsih 2007).
Perhitungan uji F menggunakan F-Test Two-Sample for Variances pada MS. Excel.
14
Uji-t yang digunakan pada penelitian ini merupakan uji-t untuk sampel bebas.
Berdasarkan hasil uji F, jika varian sama maka uji t menggunakan t-Test: TwoSamples Assuming Equal Variances (diasumsikan varian sama) dan jika varian
berbeda menggunakan t-Test: Two-Samples Assuming Unequal Variances
(diasumsikan varian berbeda) pada MS. Excel.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil Rancang Bangun
Rancang bangun intrumen diberi nama BS-Meter seperti pada gambar 13
dibagi menjadi 2 bagian yaitu kotak kompartemen dan penyangga. Penyangga yang
digunakan merupakan papan dengan dimensi 100 cm x 15.5 cm x 1.5 cm. Pada
bagian kotak kompartemen terdapat tombol kendali untuk memilih menu dan
tombol power. Selain itu, pada kotak kompartemen terdapat Liquid Cristal Display
(LCD) untuk menampilkan hasil daftar menu dan hasil pengukuran. Bagian dalam
kotak kompartemen terdapat rangkaian elektronik yang terdiri dari mikrokontroler
arduino mega , sensor accelerometer, sensor posisi, dan Real Time Clock.
(a)
(b)
Gambar 13 a) Kotak kompartemen dan b) penyanggga BS-Meter
BS-Meter dapat mengukur pada area sempit. Instrumen ini lebih praktis
dibandingkan dengan alat pengukur kemiringan yang lain. Selain itu, nilai hasil
pengukuran merupakan nilai digital. BS-Meter hanya khusus digunakan pada pantai
berpasir.
Uji Laboratorium
Kalibrasi Data
Proses kalibrasi digunakan untuk mengkoreksi hasil pembacaan sensor
kemiringan. Kalibrasi dilakukan dengan membandingkan sudut pada busur dan
sudut pada instrumen kemringan pantai. Rata-rata perbedaan sudut BS-Meter dan
15
sudut pada busur sebesar 1.32 derajat dengan perbedaan maksimum sebesar 2.90
derajat. Persamaan regresi yang didapatkan dari sudut busur dan sudut BS-Meter
yaitu Y=0.9504X + 1.3232 dengan R2 = 0.9996 (Gambar 14). Variabel X
merupakan sudut BS-Meter sedangkan variabel Y merupakan sudut busur.
(a)
(b)
Gambar 14 Kalibrasi sensor BS-Meter (a) Fit data pengukuran (b) Plot
Pengukuran
Berdasarkan hasil kalibrasi maka dapat diketahui nilai galat (error) dan nilai
RMSE (Root Mean Square Error). Galat hasil kalibrasi BS-Meter berkisar antara -
16
0.43 sampai dengan 0.96 derajat dengan nilai RMSE 0.41 derajat. Hal ini
menunjukan keakuratan alat yang baik dimana nilai RMSE yang kecil. Nilai RMSE
menjelaskan keakuratan data, dimana nilai RMSE semakin menuju ke 0 data
dikatakan akan semakin akurat (Khatimah 2014). Setelah dilakukan uji statistik
dengan uji-t (Lampiran 2) dengan asumsi data memiliki ragam yang homogen
(Lampiran 1) pada selang kepercayaan 95 persen (0.05), diketahui bahwa t-hitung
0.03 lebih kecil dari nilai t-tabel 2.00 dan nilai p-value 0.98 lebih besar dari pada
nilai alpha 0,05, sehingga nilai sudut pada busur tidak berbeda nyata dengan nilai
sudut yang terbaca pada BS-Meter.
Media Penyimpanan
Media penyimpanan menggunakan micro SD card V-Gen dengan kapasitas
2 GB. Data yang tersimpan berekstensi .txt dengan nama file data tanggal
pengukuran. Isi dari file tersebut berupa header, ulangan, tanggal, jam, sudut,
lintang, dan bujur serta menggunakan spasi sebagai pemisah data (Gambar 15).
Gambar 15 Contoh data BS-Meter
Uji Lapang
Uji lapang dilaksanakan di pantai Stasiun Lapang Kelautan (SLK) FPIK
IPB Palabuhanratu pada tanggal 25 Desember 2014 dengan kordinat -7.006812 LS,
106.5404739 BT hingga -7.0196681 LS, 106.5403747 BT. Selain menggunakan
BS-Meter, pengukuran juga menggunakan waterpass sebagai data bandingan.
Pengukuran dilakukan di 30 stasiun pengamatan dengan jarak antar stasiun sebesar
50 meter. Salah satu hasil pengukuran berupa profil pantai ditunjukkan oleh
Gambar 16 pada stasiun 1.
17
Gambar 16 Profil kemiringan pantai di stasiun 1 hasil pengukuran menggunakan
BS-Meter dan waterpass
Berdasarkan hasil pengukuran, kemiringan pantai menggunakan BS-Meter
berkisar antara 2.16 derajat hingga 8.32 derajat, sedangkan pengukuran
menggunakan waterpass berkisar antara 2.42 derajat hingga 11.10 derajat. Lebar
pantai atau paras muka pantai berkisar antara 5 meter sampai 18 meter. Menurut
Oktariadi (2009), garis pantai Sukabumi umumnya lurus, paras muka pantai sempit
berkisar 5 – 15 m dengan kemiringan 5 derajat hingga 10 derajat, kecuali di Ciwaru
berupa pedataran aluvium yang luas.
Perbedaan pengukuran kemiringan pantai antara BS-Meter dan waterpass
(error) berkisar antara 0.13 derajat hingga 3.00 derajat. Berdasarkan tabel pada
lampiran 3 diperoleh nilai koefisien determinasi (R2) antara 0.97 sampai 0.99. Hal
ini menunjukkan bahwa hasil pengukuran BS-Meter dapat menggambarkan hasil
pengukuran waterpass sebesar 97 persen sampai 99 persen.
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Penelitian ini telah menghasilkan sebuah BS-Meter dengan sensor
accelerometer untuk membaca kemiringan. Casing yang terbuat dari alumunium
dan penyanggga berupa papan sepanjang 1 meter yang didesain sederhana dan
18
mudah untuk digunakan. Penyangga menggambarkan kemiringan pantai dengan
asumsi kemiringan pada setiap 1 meter dianggap linear. Namun instrumen ini hanya
dapat digunakan pada pantai berpasir. Hasil uji laboratorium yang membandingkan
antara sudut yang terbaca intrumen kemiringan pantai dengan sudut busur
menunjukan nilai galat (error) antara (-0.43) sampai dengan 0.96 derajat dengan
nilai RMSE (Root Mean Square Error) 0.41 derajat. Berdasarkan hasil uji
laboratorium BS-Meter mempunyai akurasi yang cukup baik yang diduga
menggunakan nilai RSME. Setelah dilakukan uji statistik dengan uji-t pada selang
kepercayaan 95 persen (0.05), menunjukkan nilai sudut pada busur tidak berbeda
nyata dengan nilai sudut yang terbaca pada BS-Meter. Uji lapang yang dilakukan
di Stasiun Lapang Kelautan (SLK) Palabuhanratu dengan alat pembanding berupa
waterpass. Hasil pengukuran lapang dari intrumen kemiringan pantai menunjukan
kemiringan pantai Palabuhanratu berkisar antara 2.16 derajat hingga 8.32 derajat,
sedangkan pengukuran menggunakan waterpass berkisar antara 2.42 derajat hingga
11.10 derajat dengan lebar pantai atau paras muka pantai berkisar antara 5 meter
sampai 18 meter. Perbedaan pengukuran kemiringan pantai antara BS-Meter dan
waterpass (error) berkisar antara 0.13 derajat hingga 3.00 derajat. Berdasarkan
hasil perhitungan nilai koefisien determinasi (R 2) antara 0.97 sampai 0.99. Hal ini
menunjukkan bahwa instrument BS-Meter yang dirancangbangun telah berfungsi
dengan baik dan akurat.
Saran
Rancang bangun pengukur kemiringan pantai diharapkan masih terus
dikembangkan untuk mengatasi kelemahan yang terdapat pada penelitian ini.
Ukuran dari casing perlu didesain lebih kecil dan penyangga yang dapat dibongkar
pasang agar penggunaannya lebih praktis. Memaksimalkan sensor accelerometer
dengan menggunakan nilai pada sumbu z sehingga dapat menghasilkan
penampakan kemiringan dua dimensi. Perancangan perangkat lunak yang lebih
baik agar galat yang ditimbulkan oleh stabilitas sensor dapat diminimalisir.
DAFTAR PUSTAKA
Diposaptono S. 2004. Penambangan Pasir Dan Ekologi Laut. Kasubdit Mitigasi
Lingkungan Pesisir Pada Direktorat Jenderal Pesisir Dan Pulau-Pulau Kecil,
Departemen Kelautan Dan Perikanan [internet]. Tersedia pada:
http://www.kompas.com. (diunduh 2014 Maret 25).
Haryanti M, Kusumaningrum N. 2008. Aplikasi Accelerometer 3 Axis Untuk
Mengukur Sudut Kemiringan (Tilt) Engineering Model Satelit Di Atas Air
Bearing. TESLA. 10(2) : 55-58.
Idris M. 2014. Rancang Bangun dan Uji Kinerja Water Temperature Data Logger
[skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.
Indo-Ware. 2013. Manual MicroSD Card Adapter.pdf [internet]. Tersedia pada:
http://dropbox.indo-ware.com/files/www.indo-
19
ware.com_Manual_MicroSD_Card_Adapter.pdf. (diunduh 2014 November
15).
Inovative Electronic. 2012. DT-Sense 3D Accelerometer & Magnetometer
[internet].
Tersedia
pada:
http://www.innovativeelectronics.com/index.php?pg=ie_pdet&idp=162.
(diunduh 2014 November 15).
Khatimah H. 2014. Pengembangan Perangkat Lunak Antarmuka Instrumen
Motiwali (Tide Gauge) untuk Analisis Data Pasang Surut [skripsi]. Bogor
(ID): Institut Pertanian Bogor.
Maxim Integreted. 2013. DS3231-Extremely Accurate I²C-Integrated
RTC/TCXO/Crystal.pdf
[internet].
Tersedia
pada
:
http://datasheets.maximintegrated.com/en/ds/DS3231.pdf. (diunduh 2014
November 15).
Oktariadi O. 2009. Peran Kapasitas Bentang Alam Dalam Upaya Kesiapsiagaan
Menghadapi Bencana Tsunami Wilayah Pesisir Sukabumi, Jawa Barat. Bul.
Geol. Tata Lingk. 19(1) : 39-49.
Panjaitan RA, Iskandar, H. SA. 2012. Hubungan Perubahan Garis Pantai Terhadap
Habitat Bertelur Penyu Hijau (Chelonia mydas) di Pantai Pangumbahan
Ujung Genteng, Kabupaten Sukabumi. J. Perik. Kel. 3(3) : 311-320.
Parallax Inc. 2012. PMB-688 GPS Module [internet]. Tersedia pada:
http://www.parallax.com/downloads/polstar-pmb-688-gps-productspecification. (diunduh 2014 November 15)
Saribun DS. 2007. Pengaruh jenis penggunaan lahan dan kelas kemiringan lereng
terhadap bobot isi, porositas total, dan kadar air tanah pada sub-DAS
Cikapundung Hulu. [skripsi]. Bandung: Fakultas Pertanian, Universitas
Padjadjaran.
Savitri MAD, Junianto, Taofiqurrahman A. 2012. Kajian Tingkat Kerentanan
Lingkungan Fisik Pesisir Menggunakan Metode AHP (Analitical Hirarchy
Process) di Kabupaten Bantul, Yogyakarta. J. Perik. Kel. 3(3) : 301-310.
Setyandito O, Yuwono N. 2008. Kajian Stabilitas Kemiringan Pantai Pasir Buatan
(n = 1:10) Akibat Gelombang. J. Tek. Sip. 8(2) : 119-132.
Sihasale DH 2013. Keanekaragaman Hayati di Kawasan Pantai Kota Ambon dan
Konsekuensi untuk Pengembangan Pariwisata Pesisir. J. Ind. Tour. Dev. Std.
1(1).
STMicroelectronics. 2010. AN3182 Application Note Tilt Measurement Using a
Low-g 3-Axis Accelerometer. [internet]. Tersedia pada : www.st.com.
(diunduh 2014 November 15)
Suryono H, Rejekiningsih T. 2007. Uji Persyaratan Analisis Statistik. Inov. Pend.
8(2) : 0216-1303.
20
Wibowo PE. 2010. Identifikai Penutupan Lahan Pulau Panggang, Pulau Pramuka,
dan Pulau Karya, antara Tahun 2004 dan Tahun 2008 [skripsi]. Bandung (ID):
Institut Teknologi Bandung.
21
Lampiran 3 Uji F antara sudut pengukuran BS-Meter dan sudut busur di
Workshop Akustik dan Instrumentasi Kelautan FPIK IPB
Hipotesis
H0 : δ1 = δ2 (Varian/ragam sudut pengukuran BS-Meter dan sudut busur homogen)
H1 : δ1 ≠ δ2 (Varian/ragam sudut pengukuran BS-Meter dan sudut busur tidak
homogen)
Kriteria penerimaan uji hipotesis
Terima H0 : jika p-value > 0.05
Tolak H0
: p-value ≤ 0.05
Hasil analisis
F-Test Two-Sample for Variances
BS-Meter
Mean (derajat)
Variance
Observations
df
F
P(F alpha (α)
Tolak H0
: jika |t-hitung| > t-tabel atau p-value ≤ alpha (α)
Hasil analisis
t-Test: Two-Sample Assuming Equal Variances
BS-Meter
Mean (derajat)
Variance
Observations
Pooled Variance
Hypothesized Mean Difference
Df
t Stat
P(T
BERBASIS MIKROKONTROLER DENGAN SENSOR
ACCELEROMETER
MUHAMAD RAKIF PANGUALE
DEPARTEMEN ILMU DAN TEKNOLOGI KELAUTAN
FAKULTAS PERIKANAN DAN ILMU KELAUTAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2015
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Rancang Bangun
Pengukur Kemiringan Pantai Berbasis Mikrokontroler dengan Sensor
Accelerometer adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing
dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun.
Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun
tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan
dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, Maret 2015
Muhamad Rakif Panguale
NIM C54100004
ABSTRAK
MUHAMAD RAKIF PANGUALE. Rancang Bangun Pengukur Kemiringan Pantai
Berbasis Mikrokontroler dengan Sensor Accelerometer. Dibimbing oleh INDRA JAYA
dan I WAYAN NURJAYA.
Penelitian ini telah menghasilkan sebuah instrumen kemiringan pantai (BS-Meter)
dengan sensor accelerometer untuk membaca kemiringan. Terdapat lima tahapan dalam
perancangan instrumen ini yaitu, perancangan casing, perancangan elektronik,
perancangan perangkat lunak, uji laboratorium dan uji lapang. Casing terbuat dari
alumunium dan penyangga berupa papan sepanjang 1 meter yang didesain sederhana
dan mudah untuk digunakan. Penyangga menggambarkan kemiringan pantai dengan
asumsi kemiringan pada setiap 1 meter dianggap linear. Sistem elektronik dibangun
menggunakan Arduino Mega sebagai prosesor, sensor accelerometer untuk
mendapatkan data kemiringan dan PMB-688 GPS sebagai sensor posisi. Data yang
didapatkan akan ditampilkan pada Liquid Cristal Display (LCD) dan akan tersimpan
pada SD Card. Hasil uji laboratorium antara sudut yang terbaca BS-Meter dengan sudut
busur menunjukan nilai galat (error) antara -0.43 sampai dengan 0.96 derajat dengan
nilai Root Mean Square Error (RMSE) 0.41 sehingga dapat dikatakan bahwa BS-Meter
memiliki akurasi yang baik. Hasil uji-t pada selang kepercayaan 95 persen (0.05),
menunjukkan nilai sudut pada busur tidak berbeda nyata dengan nilai sudut yang
terbaca pada BS-Meter. Uji lapang dilakukan di Stasiun Lapang Kelautan (SLK)
Palabuhanratu dengan alat pembanding berupa waterpass. Hasil pengukuran lapang dari
BS-Meter menunjukan kemiringan pantai Palabuhanratu berkisar antara 2.16 derajat
hingga 8.32 derajat, sedangkan pengukuran menggunakan waterpass berkisar antara
2.42 derajat hingga 11.10 derajat dengan lebar pantai atau paras muka pantai berkisar
antara 5 meter sampai 18 meter. Perbedaan pengukuran kemiringan pantai antara BSMeter dan waterpass (error) berkisar antara 0.13 derajat hingga 3.00 derajat. Nilai
koefisien determinasi (R2) antara hasil pengukuran BS-meter dan hasil pengukuran
waterpass adalah 0.97 sampai 0.99 sehingga BS-Meter yang dikembangkan telah
berfungsi dengan baik dan akurat.
Kata kunci: kemiringan, instrumen, Palabuhanratu, accelerometer
ABSTRACT
MUHAMAD RAKIF PANGUALE. Design and Development Beach Slope Instrument
Based on Microcontroller with Accelerometer Sensor. Supervised by INDRA JAYA
and I WAYAN NURJAYA.
The aim of this research is to design and construct an instrument to measure
beach slope BS-Meter with accelerometer sensor. There were five stages in the design
of this instrument, namely: casing design, electronic design, software design, laboratory
tests and field trials. The casing is made of aluminum and 1-meter supporting board to
make the instrument simple and easy to use. It is assumed, therefore, that within 1-meter
there are no changes of the beach slope. An electronic system was built using the
Arduino Mega as a microcontroller; while accelerometer sensor and GPS PMB-688
were used to obtain data slope and position, respectively. The data obtained is displayed
on the Liquid Cristal Display (LCD) and stored on the SD Card. Laboratory test
between BS-Meter and arc angle showed the different between -0.43 up to 0.96
degrees with a value of Root Mean Square Error (RMSE) 0.41. Thus BS-Meters have
good accuracy. The Statistics Analysis of the t-test at a 95 percent with confidence
interval = 0.05, showed that the value of the angle on the arc angle was not
significantly different from the value of BS-Meter. Field test was also performed to
compare the results of measuring BS-Meter with a Water pass. The results of field
measurements of BS-Meter showed that the Palabuhanratu beach slope ranging from
2.16 to 8.32 degrees, while measurements using waterpass ranging from 2.42 to 11.10
degrees. Error or difference value of measurements between the BS-meter and Water
pass is ranging from 0.13 to 3.00 degrees. The determination coefficient calculation
(R2) between BS-meter and Water pass ranged from 0.97 to 0.99. Therefore, the BSMeter functions correctly and accurately.
Keywords: slope, instrument, Palabuhanratu, accelerometer
RANCANG BANGUN PENGUKUR KEMIRINGAN PANTAI
BERBASIS MIKROKONTROLER DENGAN SENSOR
ACCELEROMETER
MUHAMAD RAKIF PANGUALE
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Ilmu Kelautan
pada
Departemen Ilmu dan Teknologi Kelautan
DEPARTEMEN ILMU DAN TEKNOLOGI KELAUTAN
FAKULTAS PERIKANAN DAN ILMU KELAUTAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2015
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu wa ta’ala atas segala
karunia-Nya sehingga karya ilmiah yang berjudul Rancang Bangun Pengukur
Kemiringan Pantai Berbasis Mikrokontroler dengan Sensor Accelerometer berhasil
diselesaikan. Terima kasih penulis ucapkan kepada :
1. Bapak Prof. Dr. Indra Jaya, M.Sc dan Bapak Dr. Ir. I Wayan Nurjaya, M.Sc.
selaku pembimbing skripsi atas masukan, saran, arahan dan motivasinya
sehingga terselesaikan skripsi ini.
2. Bapak Prof. Dr. Ir. Mulia Purba, M.Sc selaku penguji sidang serta Bapak Dr.
Henry Munandar Manik, S.Pi., MT selaku Gugus Kendali Mutu atas masukan,
saran serta bimbingan sehingga terselesaikan skripsi ini.
3. Seluruh staf pendidik dan kependidikan Departemen Ilmu dan Teknologi
Kelautan, FPIK-IPB atas arahan, bimbingan dan bantuan selama menjalani
kuliah.
4. Kedua Orang tua tercinta, Arifuddin Panguale dan Rakiah Dulati, adik, serta
segenap keluarga besar atas segala do‟a, dukungan, semangat, serta kasih
sayangnya.
5. Husnul Khatimah, S.Ik. atas masukan, motivasi serta bantuan dalam
penyelesaian skripsi.
6. Segenap warga “Bengkel‟ Workshop Akustik dan Instrumentasi Kelautan,
Marine Instrumentation and Telemetry (MIT) Club diklat 01, 02, dan 03 yang
telah banyak membantu selama pengumpulan data dan penulisan.
7. Teman dan sahabat tercinta ITK 47 dan Kosan Bu Yoyo atas bantuan, motivasi,
doa dan pelajarannya.
8. Pihak-pihak lainnya yang telah membantu terlaksananya skripsi ini, yang tidak
dapat disebutkan satu per-satu.
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, Maret 2015
Muhamad Rakif Panguale
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
vi
DAFTAR GAMBAR
vi
DAFTAR LAMPIRAN
vi
PENDAHULUAN
1
Latar Belakang
1
Tujuan Penelitian
1
METODE
1
Waktu dan Tempat Penelitian
1
Alat dan Bahan Penelitian
2
ProsedurPenelitian
3
HASIL DAN PEMBAHASAN
14
Hasil Rancang Bangun
14
Uji Laboratorium
14
Uji Lapang
16
SIMPULAN DAN SARAN
17
Simpulan
17
Saran
18
DAFTAR PUSTAKA
18
LAMPIRAN
21
RIWAYAT HIDUP
39
DAFTAR TABEL
1
2
3
Alat yang digunakan dalam penelitian
Bahan yang digunakan dalam penelitian
Konfigurasi Pin Arduino dengan perangkat lain
2
2
6
DAFTAR GAMBAR
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
Desain instrumen kemiringan pantai (a) Kotak kompartemen (b) Kotak
kompartemen pada penyangga
Hubungan fungsional elektronik kemiringan pantai
Rangkaian elektronik Arduino Mega
Rangkaian modul RTC DS3231
Rangkaian modul DT-Sense 3D Accelerometer & Magnetometer
Rangkain modul LCD 16 x 4
Modul PMB-688
Rangkaian modul SD Card Catalex
Rangkain tombol (push button)
Diagram alir perangkat lunak instrumen kemiringan pantai
Sudut Kemiringan dari 3 sumbu accelerometer
Pengukuran kemiringan pantai menggunkan waterpass
a) Kotak kompartemen dan b) penyanggga BS-Meter
Kalibrasi sensor BS-Meter (a) Fit data pengukuran (b) Plot Pengukuran
Contoh data BS-Meter
Profil kemiringan pantai di stasiun 1 hasil pengukuran menggunakan BSMeter dan waterpass
3
4
5
7
7
8
8
9
9
10
12
13
14
15
16
17
DAFTAR LAMPIRAN
1
2
3
4
Uji F antara sudut pengukuran BS-Meter dan sudut busur di Workshop
Akustik dan Instrumentasi Kelautan FPIK IPB
Uji-t antara sudut pengukuran BS-Meter dan sudut busur di Workshop
Akustik dan Instrumentasi Kelautan ITK FPIK IPB
Perhitungan koefisien determinasi (R2) antara BS-Meter dan waterpass
pada setiap profil kemiringan pantai Palabuhanratu, Jawa Barat.
Profil kemiringan pantai pada setiap stasiun pengamatan di Stasiun Lapang
Kelautan (SLK) IPB, Palabuhanratu
21
22
23
24
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Daerah pantai merupakan kawasan yang memiliki keanekaragaman hayati
(biodiversity) yang tinggi (Sihasale 2013). Selain itu, memiliki multifungsi
pemanfaatan, diantaranya sebagai kawasan pemukiman, kawasan industri dan
pertambangan, kawasan rekreasi dan wisata, tempat mencari nafkah, pelabuhan dan
habitat bagi berbagai organisme pantai (Setyandito dan Yuwono 2008).
Kompleksitas tersebut dapat menimbulkan berbagai permasalahan bila tidak ditata
secara baik, salah satunya adalah perubahan morfologi pantai (Savitri et al 2012).
Menurut Diposaptono (2004) perubahan bentuk pantai merupakan rangkaian
proses pantai yang diakibatkan oleh faktor eksternal (arus, gelombang, angin dan
pasang surut) dan internal (karakteristik dan tipe sedimen serta lapisan dasar dimana
sedimen tersebut berada). Bentuk pantai sangat dipengaruhi oleh gelombang,
jumlah dan sifat-sifat sedimen, ukuran dan bentuk partikel, dan arus serta batimetri
pantai. Proses utama yang berperan adalah littoral transport yang dapat dibedakan
menjadi dua yaitu transpor sepanjang pantai (longshore transport) dan transpor
tegak lurus pantai (onshore-offshore transport). Transpor tegak lurus pantai
dipengaruhi oleh kecuraman gelombang (wave steepness), ukuran sedimen, dan
kemiringan pantai.
Salah satu parameter perubahan bentuk pantai adalah kemiringan pantai.
Kemiringan pantai sangat penting untuk mengetahui tinggi run up tsunami, untuk
mengetahui klasifikasi mangrove di kawasan rehabilitasi pantai, sebagai acuan
konstruksi bangunan pantai serta studi menganai coastal defense. Pengukuran
kemiringan pantai di Indonesia umumnya masih dilakukan secara konvensional.
Pengukuran dilakukan menggunakan waterpass dan kompas geologi. Pengukuran
ini kurang praktis karena membutuhkan lebih dari satu orang untuk melakukan
pengamatan kemiringan pantai. Oleh karena itu, perlu adanya instrumen yang
praktis dalam melakukan pengukuran kemiringan pantai.
Tujuan Penelitian
1.
2.
3.
Tujuan dari penelitian ini, yaitu :
Merancang instrumen yang praktis dalam penggunaannya untuk mengukur
kemiringan pantai.
Mendapatkan informasi uji laboratorium instrumen kemiringan pantai yang
telah dibuat.
Mendapatkan nilai kemiringan pantai Palabuhanratu.
METODE
Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitan dilakukan pada bulan April sampai bulan Desember 2014.
Perancangan instrumen dan uji laboratorium dilakukan di Laboratorium
2
Instrumentasi, Bagian Akustik dan Instrumentasi Kelautan, Departemen Ilmu dan
Teknologi Kelautan, Fakultas Perikanan dan Ilmu Kelautan, Institut Pertanian
Bogor. Uji lapang dilakukan di Stasiun Lapang Kelautan FPIK IPB, Palabuhanratu,
Sukabumi, Jawa Barat.
Alat dan Bahan Penelitian
Alat yang digunakan dalam penelitian ini dapat dilihat pada Tabel 1.
Tabel 1 Alat yang digunakan dalam penelitian
Alat
Solder
Obeng
Gerinda
Bor
Laptop
Tipe/Nilai
40 W
+/Krisbow
Krisbow
Lenovo
Arduino IDE
Google SketchUp
Multimeter Digital
Versi 1.5.5. BETA
Versi 8
HELES UX893TR
Fungsi
Menyolder antar komponen
Menguatkan sekrup
Memotong komponen
Melubangi komponen
Merancang perangkat keras dan
lunak serta pengolahan data
Mengunduh firmware
Membuat desain instrumen
Mengukur tegangan, hambatan,
dan koneksi komponen elektonik
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini dapat dilihat pada Tabel 2.
Tabel 2 Bahan yang digunakan dalam penelitian
Bahan
Sensor Accelerometer
Nilai/Tipe
DT-Sense 3D Accelerometer &
Magnetometer
Display
LCD 4x16
Sensor posisi
PMB-688 GPS Ext Antenna
Modul mikrokontroler Arduino Mega
Modul penyimpanan Modul SD Card Catalex
data
Real Time Clock DT I/O I2C Peripheral
DS3231
Micro SD card
MMC 2 GB
Baterai
Lippo 11.7 volt DC 900 mAH
Kotak komponen
Alumunium
Kayu Balok
Papan
Kabel Pelangi
Jumlah
1 Buah
1 Buah
1 Buah
1 Buah
1 Buah
1 Buah
1 Buah
1 Buah
1 Buah
1 Meter
2 Meter
Bahan yang digunakan berupa mikrokontroler arduino mega sebagai prosesor
instrumen kemiringan pantai. Sensor yang digunakan terdiri dari DT-Sense 3D
3
Accelerometer & Magnetometer yang digunakan untuk mendapatkan nilai
kemiringan, PMB-688 GPS untuk mendapatkan nilai lintang dan bujur, dan RTC
DS3231 sebagai pencacah waktu. Selain itu, untuk menyimpan data menggunakan
Modul SD Card Catalex yang dilengkapi dengan Micro SD card 2GB serta untuk
menampilkan data menggunakan LCD 16x4. Bahan casing terdiri dari kotak
komponen berbahan alumunium dan penyangga berbahan kayu dengan panjang
satu meter. Seluruh bahan elektronik didapatkan dari toko elektronik yang
menyediakan modul komponen elektronika siap pakai sedangkan bahan casing
didapatkan dari tukang kayu.
Prosedur Penelitian
Perancangan Alat
Perancangan casing
Pembuatan desain casing menggunakan software Google SketchUp 08.
Casing terbagi atas kotak kompartemen dan penyangga. Kotak kompartemen
merupakan bagian dari instrumen yang digunakan untuk menyimpan atau
meletakkan komponen. Penyangga merupakan balok kayu dengan dimensi 100 cm
x 15.5 cm x 1.5 cm (Gambar 1). Penyangga balok kayu berfungsi memberikan
gambaran pengukuran kemiringan setiap 100 cm dengan asumsi kemiringan
tersebut dianggap linear.
Tampilan
160 mm
Tombol kendali
Tombol power
55 mm
115 mm
(a)
(b)
Gambar 1 Desain instrumen kemiringan pantai (a) Kotak kompartemen (b) Kotak
kompartemen pada penyangga
4
Perancangan sistem elektronik
Sistem elektronik terdiri dari mikrokontroler Arduino Mega sebagai prosesor,
sensor accelerometer untuk mendapatkan data kemiringan, PMB-688 GPS sebagai
sensor posisi. Data yang didapatkan akan ditampilkan pada Liquid Cristal Display
(LCD) dan akan tersimpan pada micro SD Card. Semua komponen tersebut
membutuhkan catu daya dari baterai 5 V. Secara umum hubungan fungsional
elektronik dapat dilihat pada Gambar 2.
Gambar 2 Hubungan fungsional elektronik kemiringan pantai
Rangkaian Utama Mikrokontroler
Mikrokontroler yang digunakan adalah Arduino Mega yang merupakan
papan mikrokontroler dengan dasar ATMega 1820 (Gambar 3). Arduino Mega
dapat beroperasi pada pasokan daya eksternal 6 sampai 20 volt. ATmega1280 yang
digunakan pada Arduino Mega memiliki 128 KB flash memori untuk menyimpan
kode, 8 KB dari SRAM dan 4 KB. ATmega1280 menyediakan empat Universal
Asyncronous Receiver/Transmiter (UART) untuk komunikasi serialTTL (5V).
Arduino Mega dapat diprogram dengan software Arduino IDE. ATmega1280 pada
Arduino Mega memiliki bootloader yang memungkinkan untuk meng-upload kode
baru tanpa menggunakan hardware programmer eksternal. Arduino Mega
memiliki kristal eksternal sebesar 16 MHz sehingga proses instruksi perintah lebih
cepat (http://arduino.cc/).
5
Gambar 3 Rangkaian elektronik Arduino Mega
6
Konfigurasi pin Arduino dengan beberapa perangkat ditunjukan Tabel 3.
Tabel 3 Konfigurasi Pin Arduino dengan perangkat lain
Perangkat
DT-Sense 3D Accelerometer &
Magnetometer
LCD 4x16
PMB-688 GPS Ext Antenna
Modul SD Card Catalex
RTC DS3231
Push Button
Pin
SDA
20
SCL 21
D44
D45
D46
D47
D48
D49
RX3 15
D50
D51
D52
D53
SDA
20
SCL 21
A0
A1
A2
A3
Keterangan
SDA
SCL
RS
Enable
D4
D5
D6
D7
RX Data
MISO
MOSI
SCK
SS
SDA
SCL
Input Push Button 1
Input Push Button 2
Input Push Button 3
Input Push Button 4
Rangkaian Real Time Clock (RTC)
IC RTC DS3231 memiliki akurasi dan presisi yang sangat tinggi dalam
mencacah waktu dengan extremely accurate temperature compensated (TCXO).
DS3231 memiliki kristal internal dan rangkaian kapasitor tuning untuk menjaga
kestabilan detak frekuensi (Gambar 4). Modul RTC DS3231 dapat bergeser kurang
dari 1 menit per tahunnya. Modul ini juga sudah dilengkapi dengan IC AT24C32
yang memberikan EEPROM tambahan sebesar 4 KB (32.768 bit) yang dapat
digunakan untuk berbagai keperluan (Maxim Integrated 2013).
7
Gambar 4 Rangkaian modul RTC DS3231
Rangkaian Sensor Accelerometer
Sensor accelerometer yang digunakan adalah DT-Sense 3D Accelerometer
& Magnetometer yang merupakan suatu modul accelerometer dan magnetometer
mengunakan ICLSM303DLHC (Gambar 5). Modul ini mampu menghasilkan 3
sumbu pembacaan akselerometer dengan range ±2g sampai dengan ±16g serta
3 sumbu pembacaan magnetometer dengan range ±1.3 gauss s/d ±8.1 gauss.
Tegangan yang dibutuhkan sensor accelerometer untuk beroperasi berkisar 2.16 V
sampai 3.6 V dengan tegangan tipikal 3.3 V. Modul ini menggunakan antarmuka
I2C dengan mode standard an cepat 100 kHz and 400 kHz (Inovative Electronic
2012).
Gambar 5 Rangkaian modul DT-Sense 3D Accelerometer & Magnetometer
Rangkaian Liquid Cristal Display (LCD)
Liquid Cristal Display (LCD) adalah salah satu jenis display elektronik yang
dibuat dengan teknologi CMOS logic yang bekerja dengan tidak menghasilkan
cahaya tetapi memantulkan cahaya yang ada di sekelilingnya terhadap front-lit atau
mentransmisikan cahaya dari back-lit. Liquid Cristal Display (LCD) berfungsi
sebagai penampil data baik dalam bentuk karakter, huruf, angka ataupun grafik.
Dalam modul Liquid Cristal Display (LCD) terdapat mikrokontroler yang berfungsi
sebagai pengendali tampilan karakter Liquid Cristal Display (LCD).
Mikrokontroler pada suatu Liquid Cristal Display (LCD) dilengkapi dengan
memori dan register. Memori yang digunakan mikrokontroler internal LCD adalah
8
Display Data Random Access Memory (DDRAM), Character Generator Random
Access Memory (CGRAM), Character Generator Read Only Memory (CGROM).
Register control yang terdapat dalam suatu LCD diantaranya adalah. Register
perintah, Register data.Pin, kaki atau jalur input dan kontrol dalam suatu Liquid
Cristal Display (LCD) diantaranya adalah : Pin data, Pin RS (Register Select), Pin
R/W (Read/Write), Pin E (Enable), Pin VLCD (Gambar 6).
Gambar 6 Rangkain modul LCD 16 x 4
Rangkaian Sensor Posisi
Sensor posisi yang digunakan adalah GPS Module PMB-688, yang
merupakan modul GPS biaya rendah (Gambar 7). Modul ini dapat melacak hingga
20 satelit dengan selang pangambilan data satu detik. Modul ini memiliki keluaran
National Marine Electronics Association (NMEA ) 0183 v2.2 melalui komunikasi
serial TTL maupun RS232 dengan kecepatan 4800 bps. Tegangan yang dibutuhkan
GPS Module PMB-688 untuk beroperasi berkisar 3.3 V DC sampai 5 V DC
(Parallax Inc. 2012).
Gambar 7 Modul PMB-688
Rangkaian Penyimpanan
Modul Micro SD Card Adapter adalah modul pembaca kartu Micro SD
dengan antarmuka Serial Peripheral Interface (SPI), dan dilengkapi MCU untuk
membaca dan menulis pada kartu micro SD Card. Tegangan yang dibutuhkan
modul untuk beroperasi berkisar 4.5 V sampai 5.5 V dan mendukung kartu Mikro
SD dan Mikro SDHC (Indo-Ware 2013).
9
Gambar 8 Rangkaian modul SD Card Catalex
Rangkaian Tombol (Push Buttons)
Rangkaian tombol merupakan rangkaian input yang bernilai HIGH dan
LOW. Rangkaian ini berfungsi sebagai kendali dari menu. Rangkaian ini
membutuhkan push button dan resistor 4,7 KOhm yang berfungsi sebagai pull-up
atau pull-down, tergantung penempatannya. Rangkaian tombol pada instrumen
kemiringan pantai merupakan pull-up dimana pin Arduino akan dihubungkan
dengan GND (ground) melalui tombol dan resistor akan dipasangkan antara pin
Arduino dan +5V, sehingga ketika tombol ditekan, pin akan menjadi LOW
sedangkan ketika tombol dilepas maka pin akan terhubung dengan +5V melalui
resistor dan pin menjadi HIGH
Gambar 9 Rangkain tombol (push button)
Perancangan Perangkat Lunak
Perancangan perangkat lunak (firmware) menggunakan pemograman
Arduino IDE versi 1.5.5. BETA dengan bahasa C++ (Lampiran 5). Perangkat lunak
merupakan perintah atau intruksi yang ditanam pada mikrokontroler yaitu Arduino
Mega. Perangkat lunak dirancang agar mikrokontroler mendapatkan data
kemiringan dari sensor accelerometer dan data posisi dari sensor posisi. Kemudian
10
ditampilkan pada LCD dan disimpan pada media penyimpanan (micro SD Card).
Adapun alur perangkat lunak instrumen kemiringan pantai ditunjukan pada
Gambar 10.
Gambar 10 Diagram alir perangkat lunak instrumen kemiringan pantai
Pada saat instrumen kemiringan pantai dinyalakan, maka mikrokontroler
pada Arduino Mega akan menginisialisasi LCD, modul SD card, sensor posisi
(PMB-688 GPS), sensor kemiringan (DT-Sense 3D Accelerometer &
Magnetometer) dan RTC (DS3231). Kemudian pada display LCD akan
menampilkan “BS-Meter : Copyright 2014 : MIT – IPB”. Setelah selang waktu 2
detik, maka Arduino Mega akan menginisialisasi micro SD card, dilanjutkan waktu
11
tunggu 5 detik. Jika micro SD card tidak terpasang pada modul SD card atau rusak
maka pada display LCD akan menampilkan “Anda tidak dapat simpan data”.
LCD akan menampilkan daftar menu yang tersusun ke bawah yaitu mulai
ukur, atur waktu, dan pilih header. Pemilihan menu menggunakan tombol Up dan
Down, mengeksekusi pilihan menu menggunakan tombol Enter. Pada saat
mengeksekusi menu “Mulai ukur” maka LCD akan menampilkan data waktu, data
kemiringan, dan data posisi berturut-turut ke bawah. Bila ingin menyimpan data
maka tekan tombol Down dan LCD akan menampilkan “Data tersimpan”,
sedangkan mengganti nilai ulangan dengan menekan tombol Up dan LCD akan
menampilkan “Ulangan – nilai ulangannya”. Nilai ulangan awal adalah 1 (satu).
Bila waktu yang ditampilkan belum sesuai maka perlu dilakukan pengaturan
waktu dengan mengeksekusi “Atur waktu”. Pada saat atur waktu dieksekusi maka
LCD akan menampilkan “Masukkan tahun:”. Nilai tahun diatur menggunakan
tombol Up dan Down. Tombol Up menambah 1 (satu) pada nilai tahun sedangkan
tombol Down akan mengurangi 1 (satu) pada nilai tahun. Setelah nilai tahun sesuai
tekan tombol Enter maka LCD akan menampilkan “Masukkan bulan:”. Untuk
mengatur bulan, hari, jam dan menit sama dengan cara mengatur tahun. Nilai awal
tahun, bulan, hari, jam, dan menit adalah 0 (nol). Setelah pengaturan menit, tekan
tombol Esc sehingga akan kembali ke menu awal dan pengaturan waktu telah
selesai.
Untuk mengatur nilai header maka eksekusi menu “Nilai header”. Pada saat
nilai header dieksekusi maka LCD akan menampilkan “Masukkan nilai header:”.
Nilai header diatur menggunakan tombol Up dan Down. Tombol Up menambah 1
(satu) pada nilai tahun sedangkan tombol Down akan mengurangi 1 (satu) pada nilai
tahun. Nilai awal header adalah 0 (nol).
Uji Laboratorium
Uji laboratorium dilakukan setelah alat dapat bekerja sesuai harapan. Uji
laboratorium terdiri dari kalibrasi sensor dan menduga akurasi instrumen
kemiringan pantai. Kalibrasi sensor didapatkan dari nilai regresi linear data
instrumen kemiringan pantai dengan busur yang kemudian dimasukkan dalam
tambahan program. Pendugaan akurasi instrumen kemiringan pantai dilakukan
dengan membandingkan sudut busur dengan sudut yang terbaca pada instrumen
kemiringan pantai setelah kalibrasi sehingga didapatkan nilai galat (error) dan Root
Mean Square Error (RMSE). Akurasi instrumen kemiringan pantai diduga dari
nilai Root Mean Square Error (RMSE).
Uji Lapang
Uji lapang dilaksanakan di pantai Stasiun Lapang Kelautan FPIK IPB
Palabuhanratu dengan 30 stasiun pengamatan. Satu stasiun pengamatan akan
menghasilkan satu profil kemiringan pantai. Pengukuran kemiringan pantai
dilakukan dengan instrumen kemiringan pantai dan alat ukur bandingan
menggunakan waterpass.
12
Analisis Data
Perhitungan Nilai Kemiringan Accelerometer
Accelerometer adalah sebuah sensor yang digunakan untuk mengukur
percepatan suatu obyek. Accelerometer dapat mengukur percepatan dynamic dan
static. Pengukuran percepatan dynamic adalah pengukuran percepatan pada obyek
bergerak, sedangkan percepatan static adalah pengukuran percepatan terhadap
gravitasi bumi. Untuk mengukur sudut kemiringan (tilt) hanya diperlukan
pengukuran percepatan static (Haryanti dan Kusumaningrum 2008). Dengan 3
sumbu accelerometer, maka sumbu z dapat dikombinasikan dengan sumbu X dan
Y sehingga dapat meningkatkan sensitifitas dan akurasi pada pengukuran sudut
kemringan (Gambar 11).
Gambar 11 Sudut Kemiringan dari 3 sumbu accelerometer
Sebelum menghitungan sudut kemringan, nilai digital masing-masing
sumbu difilter menggunakan low-pass filter (STMikroelectronic 2010). Sudut
kemiringan diperoleh dari nilai pitch accelerometer menggunakan perhitungan
trigonometri dengan persamaan 1. Sudut kemiringan dari nilai pitch berkisar antara
-90 sampai dengan 90 derajat.
����ℎ = � =
arctan
√ �
�
�
∗ 8
+ �
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (1)
dimana Ax merupakan hasil filter nilai digital sumbu X pada accelerometer, Ay
merupakan hasil filter nilai digital sumbu Y pada accelerometer, Az merupakan hasil
filter nilai digital sumbu Z pada accelerometer dan Pitch merupakan nilai
kemiringan instrumen kemiringan pantai.
Perhitungan Nilai Galat dan RMSE
Nilai galat merupakan penyimpangan hasil pengukuraan terhadap nilai
sebenarnya (Idris 2014). RMSE merupakan parameter yang digunakan untuk
mengevaluasi nilai dari pengamatan terhadap nilai sebenarnya atau nilai yang
dianggap benar (Wibowo 2010). Secara umum persamaan untuk menghitung
besarnya galat dan RMSE dihitung berdasarkan Persamaan 2 dan 3 (Idris 2014).
� = �� − �� . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (2)
∑�
�= � −��
� �= √
�
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (3)
13
dimana � merupakan nilai galat (derajat), �� merupakan nilai hasil kalibrasi
instrumen kemiringan pantai (derajat), �� merupakan sudut sebenarnya (derajat),
� � merupakan Root Mean Square Error (derajat), dan merupakan jumlah
data.
Perhitungan Data Waterpas
Menurut Saribun (2007), kemiringan dapat dinyatakan dalam derajat maupun
persen. Pengukuran kemiringan pantai yang dinyatakan dalam derajat
menggunakan waterpass dan balok. Berikut perhitungan kemiringan pantai yang
dinyatakan dalam derajat berdasarkan persamaan 4 (Panjaitan et al 2012).
�� ��� �� �� ��� = ��� ��
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (4)
dimana nilai x merupakan panjang balok, sedangkan nilai y diperoleh dari hasil
pengukuran jarak antara permukaan pantai dengan alat waterpass yang diposisikan
tegak lurus terhadap sumbu x. Penempatan waterpass ditunjukan pada Gambar 12
panjang x sebesar satu meter dengan asumsi kemiringan pantai sepanjang x
dianggap linear.
α
Gambar 12 Pengukuran kemiringan pantai menggunkan waterpass
Perhitungan Uji Statistik
Uji statistik yang digunakan pada peneltian ini meruapakan uji-t dan
perhitungan koefisien determinasi (R2). Uji-t termasuk dalam golongan statistika
parametrik. Statistik uji ini digunakan dalam pengujian hipotesis. Uji-t dapat dibagi
menjadi 2, yaitu uji-t yang digunakan untuk pengujian hipotesis 1-sampel dan uji-t
yang digunakan untuk pengujian hipotesis 2-sampel. Bila dihubungkan dengan
kebebasan (independency) sampel yang digunakan (khusus bagi uji-t dengan 2sampel), maka uji-t dibagi lagi menjadi 2, yaitu uji-t untuk sampel bebas
(independent) dan uji-t untuk sampel berpasangan (paired). Oleh karena itu, apabila
uji-t hendak digunakan untuk melakukan pengujian hipotesis terhadap 2-sampel,
maka harus dilakukan pengujian mengenai asumsi kehomogenan ragam populasi
terlebih dahulu dengan menggunakan uji-F (Suryono dan Rejekiningsih 2007).
Perhitungan uji F menggunakan F-Test Two-Sample for Variances pada MS. Excel.
14
Uji-t yang digunakan pada penelitian ini merupakan uji-t untuk sampel bebas.
Berdasarkan hasil uji F, jika varian sama maka uji t menggunakan t-Test: TwoSamples Assuming Equal Variances (diasumsikan varian sama) dan jika varian
berbeda menggunakan t-Test: Two-Samples Assuming Unequal Variances
(diasumsikan varian berbeda) pada MS. Excel.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil Rancang Bangun
Rancang bangun intrumen diberi nama BS-Meter seperti pada gambar 13
dibagi menjadi 2 bagian yaitu kotak kompartemen dan penyangga. Penyangga yang
digunakan merupakan papan dengan dimensi 100 cm x 15.5 cm x 1.5 cm. Pada
bagian kotak kompartemen terdapat tombol kendali untuk memilih menu dan
tombol power. Selain itu, pada kotak kompartemen terdapat Liquid Cristal Display
(LCD) untuk menampilkan hasil daftar menu dan hasil pengukuran. Bagian dalam
kotak kompartemen terdapat rangkaian elektronik yang terdiri dari mikrokontroler
arduino mega , sensor accelerometer, sensor posisi, dan Real Time Clock.
(a)
(b)
Gambar 13 a) Kotak kompartemen dan b) penyanggga BS-Meter
BS-Meter dapat mengukur pada area sempit. Instrumen ini lebih praktis
dibandingkan dengan alat pengukur kemiringan yang lain. Selain itu, nilai hasil
pengukuran merupakan nilai digital. BS-Meter hanya khusus digunakan pada pantai
berpasir.
Uji Laboratorium
Kalibrasi Data
Proses kalibrasi digunakan untuk mengkoreksi hasil pembacaan sensor
kemiringan. Kalibrasi dilakukan dengan membandingkan sudut pada busur dan
sudut pada instrumen kemringan pantai. Rata-rata perbedaan sudut BS-Meter dan
15
sudut pada busur sebesar 1.32 derajat dengan perbedaan maksimum sebesar 2.90
derajat. Persamaan regresi yang didapatkan dari sudut busur dan sudut BS-Meter
yaitu Y=0.9504X + 1.3232 dengan R2 = 0.9996 (Gambar 14). Variabel X
merupakan sudut BS-Meter sedangkan variabel Y merupakan sudut busur.
(a)
(b)
Gambar 14 Kalibrasi sensor BS-Meter (a) Fit data pengukuran (b) Plot
Pengukuran
Berdasarkan hasil kalibrasi maka dapat diketahui nilai galat (error) dan nilai
RMSE (Root Mean Square Error). Galat hasil kalibrasi BS-Meter berkisar antara -
16
0.43 sampai dengan 0.96 derajat dengan nilai RMSE 0.41 derajat. Hal ini
menunjukan keakuratan alat yang baik dimana nilai RMSE yang kecil. Nilai RMSE
menjelaskan keakuratan data, dimana nilai RMSE semakin menuju ke 0 data
dikatakan akan semakin akurat (Khatimah 2014). Setelah dilakukan uji statistik
dengan uji-t (Lampiran 2) dengan asumsi data memiliki ragam yang homogen
(Lampiran 1) pada selang kepercayaan 95 persen (0.05), diketahui bahwa t-hitung
0.03 lebih kecil dari nilai t-tabel 2.00 dan nilai p-value 0.98 lebih besar dari pada
nilai alpha 0,05, sehingga nilai sudut pada busur tidak berbeda nyata dengan nilai
sudut yang terbaca pada BS-Meter.
Media Penyimpanan
Media penyimpanan menggunakan micro SD card V-Gen dengan kapasitas
2 GB. Data yang tersimpan berekstensi .txt dengan nama file data tanggal
pengukuran. Isi dari file tersebut berupa header, ulangan, tanggal, jam, sudut,
lintang, dan bujur serta menggunakan spasi sebagai pemisah data (Gambar 15).
Gambar 15 Contoh data BS-Meter
Uji Lapang
Uji lapang dilaksanakan di pantai Stasiun Lapang Kelautan (SLK) FPIK
IPB Palabuhanratu pada tanggal 25 Desember 2014 dengan kordinat -7.006812 LS,
106.5404739 BT hingga -7.0196681 LS, 106.5403747 BT. Selain menggunakan
BS-Meter, pengukuran juga menggunakan waterpass sebagai data bandingan.
Pengukuran dilakukan di 30 stasiun pengamatan dengan jarak antar stasiun sebesar
50 meter. Salah satu hasil pengukuran berupa profil pantai ditunjukkan oleh
Gambar 16 pada stasiun 1.
17
Gambar 16 Profil kemiringan pantai di stasiun 1 hasil pengukuran menggunakan
BS-Meter dan waterpass
Berdasarkan hasil pengukuran, kemiringan pantai menggunakan BS-Meter
berkisar antara 2.16 derajat hingga 8.32 derajat, sedangkan pengukuran
menggunakan waterpass berkisar antara 2.42 derajat hingga 11.10 derajat. Lebar
pantai atau paras muka pantai berkisar antara 5 meter sampai 18 meter. Menurut
Oktariadi (2009), garis pantai Sukabumi umumnya lurus, paras muka pantai sempit
berkisar 5 – 15 m dengan kemiringan 5 derajat hingga 10 derajat, kecuali di Ciwaru
berupa pedataran aluvium yang luas.
Perbedaan pengukuran kemiringan pantai antara BS-Meter dan waterpass
(error) berkisar antara 0.13 derajat hingga 3.00 derajat. Berdasarkan tabel pada
lampiran 3 diperoleh nilai koefisien determinasi (R2) antara 0.97 sampai 0.99. Hal
ini menunjukkan bahwa hasil pengukuran BS-Meter dapat menggambarkan hasil
pengukuran waterpass sebesar 97 persen sampai 99 persen.
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Penelitian ini telah menghasilkan sebuah BS-Meter dengan sensor
accelerometer untuk membaca kemiringan. Casing yang terbuat dari alumunium
dan penyanggga berupa papan sepanjang 1 meter yang didesain sederhana dan
18
mudah untuk digunakan. Penyangga menggambarkan kemiringan pantai dengan
asumsi kemiringan pada setiap 1 meter dianggap linear. Namun instrumen ini hanya
dapat digunakan pada pantai berpasir. Hasil uji laboratorium yang membandingkan
antara sudut yang terbaca intrumen kemiringan pantai dengan sudut busur
menunjukan nilai galat (error) antara (-0.43) sampai dengan 0.96 derajat dengan
nilai RMSE (Root Mean Square Error) 0.41 derajat. Berdasarkan hasil uji
laboratorium BS-Meter mempunyai akurasi yang cukup baik yang diduga
menggunakan nilai RSME. Setelah dilakukan uji statistik dengan uji-t pada selang
kepercayaan 95 persen (0.05), menunjukkan nilai sudut pada busur tidak berbeda
nyata dengan nilai sudut yang terbaca pada BS-Meter. Uji lapang yang dilakukan
di Stasiun Lapang Kelautan (SLK) Palabuhanratu dengan alat pembanding berupa
waterpass. Hasil pengukuran lapang dari intrumen kemiringan pantai menunjukan
kemiringan pantai Palabuhanratu berkisar antara 2.16 derajat hingga 8.32 derajat,
sedangkan pengukuran menggunakan waterpass berkisar antara 2.42 derajat hingga
11.10 derajat dengan lebar pantai atau paras muka pantai berkisar antara 5 meter
sampai 18 meter. Perbedaan pengukuran kemiringan pantai antara BS-Meter dan
waterpass (error) berkisar antara 0.13 derajat hingga 3.00 derajat. Berdasarkan
hasil perhitungan nilai koefisien determinasi (R 2) antara 0.97 sampai 0.99. Hal ini
menunjukkan bahwa instrument BS-Meter yang dirancangbangun telah berfungsi
dengan baik dan akurat.
Saran
Rancang bangun pengukur kemiringan pantai diharapkan masih terus
dikembangkan untuk mengatasi kelemahan yang terdapat pada penelitian ini.
Ukuran dari casing perlu didesain lebih kecil dan penyangga yang dapat dibongkar
pasang agar penggunaannya lebih praktis. Memaksimalkan sensor accelerometer
dengan menggunakan nilai pada sumbu z sehingga dapat menghasilkan
penampakan kemiringan dua dimensi. Perancangan perangkat lunak yang lebih
baik agar galat yang ditimbulkan oleh stabilitas sensor dapat diminimalisir.
DAFTAR PUSTAKA
Diposaptono S. 2004. Penambangan Pasir Dan Ekologi Laut. Kasubdit Mitigasi
Lingkungan Pesisir Pada Direktorat Jenderal Pesisir Dan Pulau-Pulau Kecil,
Departemen Kelautan Dan Perikanan [internet]. Tersedia pada:
http://www.kompas.com. (diunduh 2014 Maret 25).
Haryanti M, Kusumaningrum N. 2008. Aplikasi Accelerometer 3 Axis Untuk
Mengukur Sudut Kemiringan (Tilt) Engineering Model Satelit Di Atas Air
Bearing. TESLA. 10(2) : 55-58.
Idris M. 2014. Rancang Bangun dan Uji Kinerja Water Temperature Data Logger
[skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.
Indo-Ware. 2013. Manual MicroSD Card Adapter.pdf [internet]. Tersedia pada:
http://dropbox.indo-ware.com/files/www.indo-
19
ware.com_Manual_MicroSD_Card_Adapter.pdf. (diunduh 2014 November
15).
Inovative Electronic. 2012. DT-Sense 3D Accelerometer & Magnetometer
[internet].
Tersedia
pada:
http://www.innovativeelectronics.com/index.php?pg=ie_pdet&idp=162.
(diunduh 2014 November 15).
Khatimah H. 2014. Pengembangan Perangkat Lunak Antarmuka Instrumen
Motiwali (Tide Gauge) untuk Analisis Data Pasang Surut [skripsi]. Bogor
(ID): Institut Pertanian Bogor.
Maxim Integreted. 2013. DS3231-Extremely Accurate I²C-Integrated
RTC/TCXO/Crystal.pdf
[internet].
Tersedia
pada
:
http://datasheets.maximintegrated.com/en/ds/DS3231.pdf. (diunduh 2014
November 15).
Oktariadi O. 2009. Peran Kapasitas Bentang Alam Dalam Upaya Kesiapsiagaan
Menghadapi Bencana Tsunami Wilayah Pesisir Sukabumi, Jawa Barat. Bul.
Geol. Tata Lingk. 19(1) : 39-49.
Panjaitan RA, Iskandar, H. SA. 2012. Hubungan Perubahan Garis Pantai Terhadap
Habitat Bertelur Penyu Hijau (Chelonia mydas) di Pantai Pangumbahan
Ujung Genteng, Kabupaten Sukabumi. J. Perik. Kel. 3(3) : 311-320.
Parallax Inc. 2012. PMB-688 GPS Module [internet]. Tersedia pada:
http://www.parallax.com/downloads/polstar-pmb-688-gps-productspecification. (diunduh 2014 November 15)
Saribun DS. 2007. Pengaruh jenis penggunaan lahan dan kelas kemiringan lereng
terhadap bobot isi, porositas total, dan kadar air tanah pada sub-DAS
Cikapundung Hulu. [skripsi]. Bandung: Fakultas Pertanian, Universitas
Padjadjaran.
Savitri MAD, Junianto, Taofiqurrahman A. 2012. Kajian Tingkat Kerentanan
Lingkungan Fisik Pesisir Menggunakan Metode AHP (Analitical Hirarchy
Process) di Kabupaten Bantul, Yogyakarta. J. Perik. Kel. 3(3) : 301-310.
Setyandito O, Yuwono N. 2008. Kajian Stabilitas Kemiringan Pantai Pasir Buatan
(n = 1:10) Akibat Gelombang. J. Tek. Sip. 8(2) : 119-132.
Sihasale DH 2013. Keanekaragaman Hayati di Kawasan Pantai Kota Ambon dan
Konsekuensi untuk Pengembangan Pariwisata Pesisir. J. Ind. Tour. Dev. Std.
1(1).
STMicroelectronics. 2010. AN3182 Application Note Tilt Measurement Using a
Low-g 3-Axis Accelerometer. [internet]. Tersedia pada : www.st.com.
(diunduh 2014 November 15)
Suryono H, Rejekiningsih T. 2007. Uji Persyaratan Analisis Statistik. Inov. Pend.
8(2) : 0216-1303.
20
Wibowo PE. 2010. Identifikai Penutupan Lahan Pulau Panggang, Pulau Pramuka,
dan Pulau Karya, antara Tahun 2004 dan Tahun 2008 [skripsi]. Bandung (ID):
Institut Teknologi Bandung.
21
Lampiran 3 Uji F antara sudut pengukuran BS-Meter dan sudut busur di
Workshop Akustik dan Instrumentasi Kelautan FPIK IPB
Hipotesis
H0 : δ1 = δ2 (Varian/ragam sudut pengukuran BS-Meter dan sudut busur homogen)
H1 : δ1 ≠ δ2 (Varian/ragam sudut pengukuran BS-Meter dan sudut busur tidak
homogen)
Kriteria penerimaan uji hipotesis
Terima H0 : jika p-value > 0.05
Tolak H0
: p-value ≤ 0.05
Hasil analisis
F-Test Two-Sample for Variances
BS-Meter
Mean (derajat)
Variance
Observations
df
F
P(F alpha (α)
Tolak H0
: jika |t-hitung| > t-tabel atau p-value ≤ alpha (α)
Hasil analisis
t-Test: Two-Sample Assuming Equal Variances
BS-Meter
Mean (derajat)
Variance
Observations
Pooled Variance
Hypothesized Mean Difference
Df
t Stat
P(T