Herlan1), Sahrul Arif2), Ferdian Yunazar3), Elli A. Gojali4), Ade Ramdan5)
Pusat Penelitian Informatika - LIPI
herlan@informatika.lipi.go.id1), sahrul@informatika.lipi.go.id2), ferdian@informatika.lipi.go.id3), elli@informatika.lipi.go.id4), ade@informatika.lipi.go.id5)
Abstract
Information and communications technology now plays a very important role in our daily lives. Needs for the latest information and communication is an absolute thing in this era of almost online now. Pusat Penelitian Informatika LIPI with products integrated weather station sites can provide information on the state of the weather at a place with realtime. Readings weather sensors on weather stations can be displayed on the web and accessed online. So that it can facilitate the user when to take the data from weather stations that have been installed. By using the weather stations of LIPI that integrated online local governments become quite helped because information about rainfall and possible flooding can be detected early.
Keywords: online weather station, realtime, Cilengkrang, rainfall
Abstrak
Teknologi informasi komunikasi saat ini memegang peranan yang sangat penting dalam kehidupan kita sehari-hari. Kebutuhan masyarakat akan informasi dan komunikasi yang terkini merupakan suatu hal yang mutlak di jaman yang serba online saat ini. Pusat Penelitian Informatika LIPI dengan produk stasiun cuaca yang terintegrasi secara web dapat memberikan informasi mengenai keadaan cuaca pada suatu tempat dengan realtime. Hasil pembacaan sensor-sensor cuaca pada stasiun cuaca tersebut dapat di tampilkan pada web dan di akses secara online. Sehingga hal ini dapat memudahkan pengguna ketika ingin mengambil data-data dari stasiun cuaca yang telah terpasang. Dengan menggunakan stasiun cuaca LIPI yang terintegrasi secara online tentunya pemerintah setempat menjadi cukup terbantu karena informasi mengenai curah hujan dan kemungkinan banjir dapat di deteksi lebih dini. Kata kunci: stasiun cuaca online, realtime, Cilengkrang, curah hujan.
1. Pendahuluan
Data curah hujan sangat diperlukan dalam setiap analisis hidrologi, terutama untuk menghitung debit kemungkinan banjir baik secara empiris maupun model matematis. Hal tersebut disebabkan karena data debit untuk selang waktu pengamatan yang cukup panjang belum dapat diperoleh atau tidak ada.
Curah hujan sebesar 1 mm artinya adalah “tinggi” air hujan yang terukur setinggi 1 mm pada daerah seluas 1
m2 (meter persegi). Artinya “banyaknya” air hujan yang
turun dengan ukuran 1 mm adalah 1 mm x 1 m2 = 0,001
m3 atau 1 liter.Jadi misal suatu daerah pada suatu hari
memiliki curah hujan sebesar 8000 mm, dan wilayah itu
memiliki luas 100 km2, maka jumlah air yang “turun” di
daerah itu adalah 8000 mm x 100 km2 = 8 x 1011 liter.
Jika air sebanyak itu jatuh ke bumi dan tidak langsung mengalir atau meresap ke dalam tanah, maka dapat diperkirakan berapa luas daerah yang tergenang air itu. Sebagai contoh : luas wilayah yang tergenang air setinggi rata-rata 1 meter di area hujan tadi adalah 8 x
1011 liter / 1 m = 8 x 108 m2 = 800 km2.
Curah hujan dihitung harian, mingguan, hingga tahunan, sesuai kebutuhan. Pembangunan Saluran Drainase, selokan, irigasi, serta pengendalian banjir selalu menggunakan data curah hujan ini, untuk mengetahui berapa jumlah hujan yang pernah terjadi di suatu tempat, sebagai perkiraan pembuatan besarnya
saluran atau sarana pendukung lainnya saat hujan sebesar itu akan datang lagi dimasa mendatang.
Sebagai contoh, rata-rata curah hujan di Indonesia adalah 2000-3000 mm/tahun (artinya kalau air hujan "dikumpulkan" selama satu tahun akan setinggi 2-3 meter!). Curah hujan tertinggi ada di daerah Jawa Tengah Baturaden sebesar 7069 mm/thn, dan curah hujan terendah ada di daerah Palu, Sulawesi tengah sebesar 547mm/tahun.[1]
Intensitas curah hujan dapat dikelompokkan menurut tingkat presipitasi:
a. Gerimis : ketika tingkat presiptasinya < 25 millimetre (0.98 in) per jam.
b. Hujan sedang : ketika tingkat presiptasinya antara 25 millimetre (0.98 in) – 76 millimetre (3.0 in) atau 10 millimetre (0.39 in) per jam.
c. Hujan deras : ketika tingkat presiptasinya > 76 millimetre (3.0 in) per jam, atau antara 10 millimetre (0.39 in) dan 50 millimetre (2.0 in) per jam.
d. Hujan badai : ketika tingkat presiptasinya > 50 millimetre (2.0 in) per jam.
2. Dasar Teori
2.1 Sensor Curah Hujan
Pada kegiatan ini perangkat sensor penakar hujannya menggunakan Tipping Bucket. Dimana pada saat bucketnya saling berjungkit, secara elektrik terjadi kontak dan menghasilkan keluaran nilai curah hujan.
| Seminar Nasional Embedded Systems, Bandung 20 September 2012
58
Penakar hu jan t ype tipping bucket, nilai curah huja nnya t iap bucket berjungkit tidak sama,
serta luas permukaan corongn ya be ragam
tegantung dari merk pembuatnya. J adi dalam kita mengoperasika n penakar hu jan je nis tipping bucket, kita harus pula mengetahui secara teliti dasar dari perhitungan data yang dihasilkannya.[2]
Gambar 1. Sensor curah hujan
Gambar 1. adalah gambar dari sensor curah hujan yang digunakan pada kegiatan ini. Diameter dari tabung sensor curah hujan tersebut adalah 20 cm atau 200 mm. Sedangkan bagian dalam dari tabung sensor ini dapat dilihat seperti pada gambar 2. yaitu gambar penakar hujan Tipping Bucket elektrik.
Gambar 2. Penakar hujan Tipping Bucket elektrik
Nilai tiap jungkit / tip bucket dari sensor yang digunakan pada kegiatan ini adalah 0,2 mm dan volume air yang dituangkan untuk menjungkitkan bucket sesaat setelah airnya tercurah semua yaitu 6,285 mL. Angka ini didapat dari perhitungan sebagai berikut :
Diameter tabung (d) = 200 mm, atau jari-jari (r) = 100 mm, Tinggi(t) = 1 mm.
Volume = 22/7 x 10000 x 1 = 31428,571 mm3
Karena 1 jungkit = 0,2 mm, maka volume tabung harus dibagi dengan 5 :
Volume = 31428,571/5 = 6285,7143 mm3
= 0,006285 L = 6,285 mL
2.2 Sensor Metpak
Metpak Pro merupakan sensor cuaca yang dapat mengukur beberapa parameter yaitu, kecepatan angin, arah angin, temperatur udara, kelembaban udara, tekanan udara dan titik embun. Gambar dari sensor Metpak Pro dapat dilihat pada gambar 3.
Gambar 3. Sensor Metpak_Pro [3]
Fitur-fitur sensor metpak pro diantaranya:
Pengukuran kecepatan angin, arah angin, kelembaban udara, tekanan udara, titik embun, input PRT untuk tambahan sesor suhu, input digital untuk tipping bucket curah hujan [3]
Spesifikasi sensor metpak pro :[3]
Parameters - Met : Wind Speed & Direction, Temperature, Humidity, Barometric Pressure, Dew Point
Wind Speed Range : 0-60m/s (134 mph) Wind Direction Range : 0-359º - No dead band Relative Humidity Range : 0 to 100% RH Barometric Pressure Range : 600 to 1100 hPa Dew Point Resolution : 0.1ºC (0.1ºF)
Digital Output : RS232, RS422, RS485* or SDI-12
(user selectable)
2.3 ATMega8535
Mikrokontroler ATMega8535 merupakan
mikrokontroler 8-bit teknologi CMOS dengan konsumsi daya rendah yang berbasis arsitektur enhanced RISC AVR. Dengan eksekusi instruksi yang sebagian besar hanya menggunakan satu siklus clock, ATMega 8535 mencapai throughput sekitar 1 MIPS per MHz yang mengijinkan perancang sistem melakukan optimasi daya versus kecepatan pemrosesan.[4]
ATMega8535 menyediakan fitur-fitur: 8K byte
memori In-System Programmable Flash dengan
kemampuan Read-While-Write, 512 byte EEPROM, 512 byte SRAM, 32 saluran I/O untuk keperluan umum, 32 register GPR, tiga buah flexible Timer/Counter dengan
| Seminar Nasional Embedded Systems, Bandung 20 September 2012 59 programmable USART, satu byte diarahkan untuk
Two-wire Serial Interface, 8-kanal ADC 10 bit dengan optional differential input stage dengan programmable gain untuk kemasan TQFP, sebuah programmable Watchdog Timer dengan Internal Oscillator, sebuah SPI
serial port dan enam software selectable power saving
modes.[4]
3. Metodologi dan Perancangan 3.1 Metodologi Pelaksanaan 3.1.1 Lokasi Kegiatan
Lokasi yang dipilh untuk kegiatan ini adalah di Kecamatan Cilengkrang Kabupaten Bandung Jawa Barat
3.1.2 Fokus Kegiatan
Kegiatan ini diarahkan untuk menghasilkan alat pengukur curah hujan yang handal sehingga dapat digunakan sebagai acuan informasi keadaan curah hujan di lingkungan sekitar. Dengan adanya informasi yang akurat diharapkan industri yang bergantung dengan faktor curah hujan akan lebih optimal dalam proses produksinya.[1]
3.1.3 Ruang Lingkup
a. Implementasi alat pengukur curah hujan dilakukan di kecamatan Cilengkrang kabupaten bandung b. Alat pengukur curah hujan ini dilengkapi dengan
lima buah sensor cuaca yaitu kecepatan angin, arah angin, temperatur udara, kelembaban udara dan titik embun.
c. Penggunaan alat ini dibatasi hanya untuk mencakup
wilayah kecamatan Cilengkrang
3.1.4 Bentuk Kegiatan
a. Survey lokasi tempat yang akan ditentukan untuk pemasangan sensor dan peletakan server.
b. Instalasi dan konfigurasi perangkat keras serta perangkat lunak. Perangkat keras yang digunakan di sini yaitu satu buah server dan satu set sensor cuaca yang terpasang secara outdoor. Sedangkan perangkat lunak yaitu instalasi program-program yang akan digunakan dalam pembuatan server dan aplikasi pada web.
c.
Ujicoba kinerja sistem untuk kemudian dilakukanevaluasi dan konfigurasi hingga sistem dapat berjalan optimal dan handal.
d. Alih teknologi dari peneliti kepada pengguna, yaitu masyarakat setempat dan aparat pemerintahan Kecamatan Cilengkrang. Alih teknologi dalam hal
ini adalah pelatihan pengoperasian dan
pemeliharaan alat serta serah terima satu set perangkat Alat Pengukur Curah Hujan Online yang telah terpasang dan dapat beroperasi serta termonitor secara waktu nyata melalui web.[1]
3.2 Perancangan
3.2.1 Perancangan dan Implementasi Hardware
Perancangan hardware alat pengukur curah hujan online ini merupakan sebuah system yang terbagi dari beberapa bagian, yaitu :
a. Sensor curah hujan, sebagai masukan parameter curah hujan
b. Sensor Metpakpro, sebagai masukan parameter temperature udara, tekanan udara, kelembaban udara, titik embun, arah angin dan kecepatan angin c. Mikrokontroler, sebagai pembaca pulsa-pulsa dari
sensor curah hujan
d. Converter RS-232 to RS-485, sebagai pengubah sinyal RS-232 menjadi sinyal RS-485
e. Server, sebagai pengumpul data
Gambar 4. Adalah desain sistem dari alat pengukur curah hujan online yang dipasang di kecamatan Cilengkrang. Alat tersebut terbagi dari dua bagian yaitu pertama adalah sensor metpak dan sensor curah hujan juga sebuah kotak yang berisi modul-modul elektronik yang akan dipasang diluar ruangan. Sensor-sensor tersebut dipasang pada satu tiang. Bagian kedua adalah komputer server dan sebuah kotak yang berisi power supply dan converter sinyal RS-232 to RS-485. Kotak ini dipasang di dalam ruangan berdekatan dengan server yang berfungsi untuk membaca data curah hujan dan data dari sensor Metpak.
Gambar 4. Desain system alat pengukur curah hujan online
Data-data tersebut dapat diakses oleh masyarakat melalui jaringan internet. Tentunya melalui data yang mereka lihat nantinya mereka juga dapat mengambil suatu kesimpulan apakah curah hujan yang dialami pada daerah mereka dapat menimbulkan banjir atau tidak.
Konfigurasi perangkat keras untuk alat pengukur curah hujan ini dapat dilihat seperti pada gambar 5. Output dari sensor metpak berupa data temperature udara, kelembaban udara,titik embun, arah angin dan kecepatan angin. Data-data tersebut dikirimkan dari sensor metpak menggunakan komunikasi serial RS-232.
Modul mikrokontroler berfungsi untuk menghitung banyaknya pulsa dari sensor curah hujan. Pada saat turun hujan maka air hujan akan masuk ke sensor curah hujan dan akan mengaktifkan switch yang ada pada sensor curah hujan tersebut dan menghasilkan pulsa ON/OFF yang akan dihitung oleh mikrokontroler. Kecepatan ON/OFF switch tersebut ditentukan oleh besar kecilnya hujan yang turun. Data curah hujan akan dikirimkan oleh mikrokontroler ke komputer server melalui komunikasi serial RS-232.
| Seminar Nasional Embedded Systems, Bandung 20 September 2012
60
Gambar 5 Konfigurasi perangkat keras APCH
Jarak dari sensor curah hujan dan sensor metpak ke komputer server lebih dari 50 meter sehingga supaya data dari sensor-sensor tersebut bisa sampai ke komputer server dengan baik maka diperlukan modul konverter RS-232 ke RS-485. Dibagian komputer juga perlu dipasang konverter yang sama yaitu untuk merubah sinyal RS-232 ke RS-485. Karena pada komputer server tidak ada port RS-232 maka diperlukan modul konverter RS-232 ke USB.
Gambar 6. Modul Converter RS-232 to RS-485 dan power supply
Gambar 6. Adalah modul converter 232 to RS-485 yang sudah dirakit dan ditempatkan dalam sebuah kotak bersama-sama dengan modul power supply. Modul ini ditempatkan di dalam ruangan dekat dengan komputer server. Data dari sensor curah hujan maupun dari sensor metpak yang terdiri dari data suhu, kelembaban udara, titik embun, arah angin dan kecepatan angin akan diterima dahulu oleh modul ini sebelum diterima dan diproses oleh komputer server. Fungsi dari modul converter ini adalah untuk mengubah sinyal RS-232 menjadi sinyal dengan level RS-485 atau sebaliknya yaitu dari sinyal 232 menjadi sinyal RS-485. Ada dua buah modul converter RS-232 to RS-485 yang dirakit pada kotak ini, yang kesatu digunakan untuk melakukan komunikasi antara komputer server dengan sensor curah hujan, dan yang kedua digunakan untuk komunikasi antara komputer server dengan sensor metpak. Untuk mengaktifkan kedua modul konverter tersebut diperlukan tegangan DC 12V yang dihasilkan oleh power supply. Tegangan DC 12V dari modul power supply ini akan digunakan juga untuk mengaktifkan modul-modul lainnya yang dirakit pada kotak outdor yaitu kotak yang dipasang pada tiang di luar ruangan.
Gambar 7. Panel depan kotak modul converter RS-232 to RS-485 dan power supply
Gambar 7. Adalah foto panel depan dari kotak alat pengukur curah hujan yang berisi modul elektronik converter sinyal RS-232 to RS-485 dan sebuah power supply switching. Pada panel depan ini hanya terdapat satu buah lampu led untuk indikator bahwa sistem curah hujan sedang ON.
Gambar 8. Kotak outdor
Gambar 8. Adalah kotak yang dipasang diluar ruangan yang berisi modul-modul elektronik seperti modul mikrokontroler, dua buah converter RS-232 to RS-485 dan modul lampu flasher yang digabungkan dengan bagian distribusi tegangan DC.
| Seminar Nasional Embedded Systems, Bandung 20 September 2012 61
Modul mikrokontroler berfungsi untuk menghitung banyaknya pulsa dari sensor curah hujan. Mikrokontroler yang digunakan untuk keperluan ini menggunakan mikrokontroler AVR ATMega8535 buatan Atmel. Gambar 9. adalah gambar modul mikrokontroler ATMega 8535 yang dibuat sendiri di laboratorium Bidang Komputer.
Ada dua buah modul converter RS-232 to RS-485 yang dipasang pada kotak ini, modul converter yang kesatu digunakan untuk mengubah sinyal RS-232 yang berasal dari mikrokontroler menjadi sinyal RS-485 yang akan dikirimkan ke server. Modul converter yang kedua berfungsi untuk mengubah sinyal RS-232 yang berasal dari sensor Metpak yaitu untuk mengukur kecepatan angin, arah angin, temperatur, kelembaban udara, tekanan udara dan titik embun (dewpoint) yang selanjutnya data-data tersebut dikirimkan ke server yang ditempatkan di dalam ruangan.[1]
Data curah hujan dan data cuaca lainnya dibaca oleh komputer server setiap satu menit sekali.
3.2.2 Perancangan Software
Sistem operasi yang dipasang pada komputer server
menggunakan Linux, sedangkan untuk program
pengumpulan data menggunakan bahasa C. Aplikasi web yang dipakai menggunakan PHP dan untuk database menggunakan MySQL.
Untuk modul mikrokontroler pemrogrammannya menggunakan bahasa C-AVR ATMega8535.[5]
4. Hasil Kegiatan
Hasil dari kegiatan ini adalah sebuah prototype alat pengukur curah hujan yang dilengkapi dengan sensor metpak untuk mengukur temperatur udara, tekanan udara, kelembaban udara, titik embun, arah angin dan kecepatan angin yang sudah dipasang di kecamatan Cilengkrang kabupaten Bandung. Alat ini dapat diakses secara online oleh seluruh lapisan masyarakat sehingga diharapkan dengan adanya informasi mengenai curah hujan dapat meningkatkan kewaspadaan masyarakat akan bahaya banjir.
Gambar 10. Alat pengukur curah hujan di lokasi kecamatan Cilengkrang
Gambar 10. Adalah foto alat pengukur curah hujan (APCH) yang sudah terpasang di lokasi kecamatan Cilengkrang. Untuk memasang sensor curah hujan dan sensor metpak yang didalamnya terdapat sensor suhu, kelembaban udara, titik embun, arah angin dan kecepatan angin perlu dipilih lokasi yang baik dan memenuhi persyaratan yaitu tidak boleh terhalang atau tertutup oleh bangunan maupun pepohonan, selain itu juga perlu diperhatikan masalah perawatan dan keamanannya. Untuk hal tersebut maka di kecamatan Cilengkrang telah dipilih dan ditentukan lokasi untuk pemasangan sensor-sensor tersebut yaitu didepan kantor kecamatan Cilengkrang
Gambar 11. Contoh data hasil pengukuran curah hujan
Contoh data hasil pengukuran curah hujan dapat dilihat seperti pada gambar 11. Karena tidak terjadi hujan maka datanya masih menunjukkan angka 0.00000
Gambar 12. Sistem dash board stasiun cuaca kecamatan Cilengkrang
Data-data cuaca yang diukur oleh alat pengukur curah hujan di kecamatan Cilengkrang dapat diakses melalui internet. Gambar 12. Adalah gambar sistem dash board yang telah dibuat untuk menampilkan data-data cuaca tersebut yaitu data curah hujan, temperatur udara, tekanan udara, kelembaban udara, titik embun, kecepatan angin dan arah angin.
5. Kesimpulan
Hasil dari kegiatan ini telah menghasilkan sebuah prototype alat pengukur curah hujan yang dilengkapi dengan sensor Metpak Pro yang dapat mengukur arah dan kecepatan angin, suhu udara, kelembaban udara,
| Seminar Nasional Embedded Systems, Bandung 20 September 2012
62
tekanan udara dan titik embun. Sistem ini sudah
berfungsi dengan baik dimana data-data hasil
pengukurannya sudah dapat diakses oleh masyarakat yang membutuhkan data-data tersebut melalui jaringan internet.
6. Daftar Pustaka
[1] Laporan Akhir PKPP,Implementasi Alat Pengukur
Curah Hujan (APCH) di Kecamatan Cilengkrang kabupaten Bandung,2012
[2] Baskoro, Adi Pranata, “Sensor Curah Hujan”,
http://ml.scribd.com/doc/24477597/Sensor-Curah-Hujan, (Diakses 10 September 2012)
[3] User Manual MetPakPro Weather Station, Gill
Instruments Ltd., 2011.
[4] Syahrul, Mikrokontroler AVR ATMega8535, Informatika, Bandung, 2012
[5] M.Ary Heryanto, ST. dan Ir. Wisnu Adi P.,
Pemrogramman Bahasa C untuk Mikrokontroler ATMEGA8535, Andi, 2008.
7. Daftar Pertanyaan
1. Penanya: Oka Mahendra (LIPI)
Pertanyaan: Apakah data langsung keluar
dalam RS-232?
Jawaban: ya, data sudah dikeluarkan dalam
| Seminar Nasional Embedded Systems, Bandung 20 September 2012 63