• Tidak ada hasil yang ditemukan

Sistem Pemantauan Ketinggian Air Melalui SMS Berbasis Mikrokontroler

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2017

Membagikan "Sistem Pemantauan Ketinggian Air Melalui SMS Berbasis Mikrokontroler"

Copied!
31
0
0

Teks penuh

(1)

SISTEM PEMANTAUAN KETINGGIAN AIR MELALUI SMS

BERBASIS MIKROKONTROLER

DIDI RACHMADI

DEPARTEMEN ILMU KOMPUTER

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR

BOGOR 2015

(2)
(3)

PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN

SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA

Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Sistem Pemantauan Ketinggian Air Melalui SMS Berbasis Mikrokontroler adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apapun kepada perguruan tinggi manapun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini.

Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut Pertanian Bogor.

Bogor, Februari 2015

Didi Rachmadi

(4)

ABSTRAK

DIDI RACHMADI. Sistem Pemantauan Ketinggian Air Melalui SMS Berbasis Mikrokontroler. Dibimbing oleh KARLISA PRIANDANA.

Ketinggian permukaan air pada bendungan/waduk buatan adalah salah satu parameter yang perlu diukur untuk mendeteksi banjir secara dini. Penelitian ini bertujuan untuk mengembangkan prototipe sistem peringatan dini banjir dengan menggunakan sensor ultrasonic yang diintergrasikan dengan mikrokontroler untuk mengukur ketinggian air. Modul GSM shield juga ditambahkan agar sistem dapat memberi informasi mengenai ketinggian air serta peringatan SIAGA I atau SIAGA II melalui pesan singkat. Sistem ini dilengkapi dengan buzzer yang berfungsi sebagai alarm tanda banjir ketika ketinggian air berada di posisi SIAGA I atai SIAGA II. Servo digunakan untuk memodelkan pintu air pada bendung Katulampa yang berlokasi di Bogor, Jawa Barat. Prototipe yang dikembangkan dapat membaca ketinggian air dengan rata-rata kesalahan sebesar 1.21 cm. Waktu respon rata-rata sistem dalam mengirim informasi ketinggian air dan pesan peringatan masing-masing adalah sekitar 5.61 detik dan 5.65 detik.

Kata kunci: alarm, banjir, GSM shield, ketinggian air,mikrokontroler, peringatan dini, sensor ultrasonic

ABSTRACT

DIDI RACHMADI. Water Level Monitoring System Via SMS Based Microcontroller. Supervised by KARLISA PRIANDANA.

The water level of dam/reservoir is one of the parameters that have to be measured for early detection of flooding. This research aims to develop prototype of flooding early warning system by using an ultrasonic sensor that is integrated with microcontroller for measuring the water level. GSM shield is also added, so that the system can give information about the water’s level and SIAGA I or II alert via short massage. Buzzer is used to give an alert when the water level potition is at SIAGA I or II. Servo is used to model the Katulampa floodgates located in Bogor, West Java. The protoype can read the water’s level with an average error of 1.21 cm. The average respone time of this system to send the information of water’s level and alert massage are about 5.61 seconds and 5.65 seconds.

(5)

Skripsi

sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Ilmu Komputer

pada

Departemen Ilmu Komputer

SISTEM PEMANTAUAN KETINGGIAN AIR MELALUI

SMS BERBASIS MIKROKONTROLER

NAMA PENULIS

DEPARTEMEN ILMU KOMPUTER

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR

(6)
(7)

Judul Skripsi : Sistem Pemantauan Ketinggian Air Melalui SMS Berbasis Mikrokontroler

Nama : Didi Rachmadi NIM : G64124023

Disetujui oleh

Karlisa Priandana, ST MEng Pembimbing

Diketahui oleh

Dr Ir Agus Buono, MSi MKom Ketua Departemen

Tanggal Lulus:

(8)

PRAKATA

Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah subhanahu wa ta’ala atas segala rahmat, karunia serta nikmat-Nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Tema yang dipilih dalam penelitian yang dilaksanakan sejak bulan April 2014 ini yakni mikrokontroler, dengan judul Sistem Pemantauan Ketinggian Air Melalui SMS Berbasis Mikrokontroler.

Penulis mengucapkan terima kasih kepada Ibu Karlisa Priandana, ST MEng selaku pembimbing dari Departemen Ilmu Komputer IPB yang sangat sabar, rajin serta ikhlas membimbing penulis sehingga skripsi ini akhirnya dapat diselesaikan, dan juga kepada Bapak Heru Sukoco serta Ibu Sri Wahjuni yang telah memberikan saran dan kritik yang membangun. Ucapan terima kasih sebesar-besarnya kepada Ibu dan Bapak tercinta yaitu Muhidin dan Eti Nuraeti yang selalu mendoakan, mendukung, menyemangatai baik secara moral maupun materil serta adik saya Dini Maryani yang juga selalu menyemangati. Ucapan terima kasih juga penulis sampaikan kepada teman-teman, Beben, Dody, Fithranto, Puguh yang sangat solid, setia kawan berjuang bersama saling membantu baik senang maupun susah serta teman-teman Ilmu Komputer Alih Jenis angkatan 7 yang sangat kompak.

Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.

Bogor, Februari 2015

(9)

DAFTAR ISI

DAFTAR TABEL viii

DAFTAR GAMBAR viii

PENDAHULUAN 1

Latar Belakang 1

Perumusan Masalah 2

Tujuan Penelitian 2

Manfaat Penelitian 2

Ruang Lingkup Penelitian 2

METODE 3

Analisis Kebutuhan dan Perancangan 3

Persiapan Alat dan Bahan 4

Implementasi 6

Pengujian 6

Evaluasi 7

HASIL DAN PEMBAHASAN 7

Analisis Kebutuhan 7

Perancangan 8

Persiapan Alat dan Bahan 9

Implementasi 11

Pengujian 13

Evaluasi 16

SIMPULAN DAN SARAN 17

Simpulan 17

Saran 17

(10)

DAFTAR TABEL

1. Pengelompokan status ketinggian muka air 4

2. Hasil perhitungan RMSE persamaan (3) 10

3. Hasil perhitungan RMSE persamaan (5) 10

4. Hasil pengujian akurasi alat 14

5. Hasil pengujian fitur CEK 15

6. Hasil pengujian fitur peringatan otomatis 15

7. Hasil pengujian peringatan bunyi dan pintu air otomatis 15

DAFTAR GAMBAR

1. Metode penelitian 3

2. Arduino Uno 4

3. Prinsip kerja sensor ultrasonic 5

4. Rancangan susunan perangkat keras 8

5. Pengukuran ketinggian air 8

6. Regresi linier pada sensor ultrasonic 9

7. Skema alat monitoring ketinggian air 11

8. Flowchart CEK ketinggian air 12

9. Flowchart kirim pesan otomatis 12

10.Flowchart peringatan bunyi 13

11.Flowchart buka tutup pintu air otomatis 13

12.Ilustrasi perbandingan pemantulan gelombang ultrasonic pada permukaan air tenang/datar (a) dan permukaan air beriak (b) 16

(11)
(12)
(13)

PENDAHULUAN

Latar Belakang

Badan Nasional Penanggulangan Bencana Indonesa (BNPB) menyatakan, banjir merupakan bencana alam dengan frekuensi kejadian terbanyak dibandingkan dengan bencana alam lainnya sekaligus bencana alam yang menelan korban terbanyak ke-3 dalam periode tahun 1815-2014. Kerugian - kerugian ini dapat dikurangi apabila masyarakat sudah mengetahui terlebih dahulu bahwa akan terjadi banjir. Salah satu tanda banjir yaitu ketinggian air pada aliran sungai / bendung. Bendung dibedakan menjadi 3 jenis yaitu, bendung tetap, bendung gerak, dan bendung karet. Bendung tetap merupakan bendung yang sebagaian besar terbuat dari konstruksi pasangan tembok/beton dan dilengkapi dengan pintu air. Salah satu contoh bendung tetap adalah bendung Katulampa yang membendung aliran sungai Ciliwung di wilayah Bogor, Jawa Barat. Pintu air pada bendung tetap maupun pada bendung gerak dan karet fungsinya secara umum sama, yaitu untuk membendung aliran sungai sehingga muka air menjadi tinggi lalu air tersebut dialirkan sebagian ke irigasi, namun ada sedikit perbedaan pada pintu air bendung tetap. Pintu air bendung tetap hanya dibuka ketika ketinggian air surut atau ketika menguras sedimentasi, tetapi pada pintu air bendung gerak dan karet dibuka saat ketinggian air meninggi untuk mengantisipasi meluapnya air yang berpotensi banjir.

Tinggi muka air bendung yang dijadikan sebagai indikator potensi banjir di wilayah DKI Jakarta adalah bendung Katulampa karena sebagian besar wilayahnya terlewati aliran sungai Ciliwung yang berasal dari Bogor. Oleh karena itu perlu pemantauan tinggi muka air pada bendung Katulampa untuk antisipasi terjadinya banjir. Pemantauan ketinggian bisa dilakukan dengan berbagai macam cara salah satunya dengan memanfaatkan teknologi mikrokontroler, mikroprosesor yang diintegrasikan dengan sensor/radar tertentu. Gabungan antara

smart sensor dan mikroprosesor yang berbasis Field Programmable Gate Array

(FPGA) dapat melakukan pemantauan level ketinggian air (Srikanth et al 2005), namun cara tersebut tidak ekonomis sehingga diperlukan alternatif sensor lain yang dapat mengukur ketinggian air. Cara lain yang pernah dilakukan adalah dengan menggunakan radar Doppler (Guochao et al 2013). Namun cara tersebut memiliki kendala karena radar Doppler memerlukan rancangan perangkat keras yang rumit atau specialized hardware (Raj et al 2012). Taufiqurrahman et al (2013) menggunakan alternatif yang lebih ekonomis dengan mengintegrasikan sensor ulltrasonic dan mikrokontroler untuk mengukur ketinggian air. Akurasi pembacaan ketinggian air menjadi poin penting yang harus diperhatikan. John et al (2012) dalam penelitiannya menggunakan 4 sensor microwave radar (H-3611) untuk mengetahui variasi ketinggian air sehingga dapat diambil nilai ketinggian air yang tepat.

. Penelitian ini mengadopsi ide dari Taufiqurrahman et al dengan penambahkan modul GSM Shield agar level ketinggian air dapat dipantau melalui pesan singkat. Sistem yang akan dibuat hanya menggunakan sebuah sensor

ultrasonic yang berperan sebagai komponen pemantau ketinggian air. Oleh sebab itu sensor perlu perlu dikalibrasi terlebih dahulu agar akurasi pembacaan

(14)

2

ketinggian air menjadi optimal. Penelitian ini menjadikan bendung Katulampa sebagai model implementasi dan simulasi pengujian dalam membangun prototipe alat pendeteksi dini banjir. Pemantauan ketinggian air melalui pesan singkat akan memudahkan pengawas bendungan/bendung untuk memantau ketinggian air dari jarak jauh tanpa harus berada pada area bendungan/bendung.

.

Perumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang yang telah dipaparkan sebelumnya, masalah yang timbul adalah bagaimana merancang dan membangun suatu sistem peringatan dini banjir yang dapat memantau ketinggian air secara jarak jauh melalui pesan singkat.

Tujuan Penelitian

Tujuan penelitian ini adalah membuat prototype alat pendeteksi dini banjir dengan fungsi sebagai berikut :

1. Memonitor ketinggian air melalui pesan singkat 2. Mengirim pesan peringatan SIAGA I atau SIAGA II.

Manfaat Penelitian

Realisasi prototipe yang telah dikembangkan dalam penelitian ini diharapkan dapat:

1. Memfasilitasi pengawas bendungan untuk mengecek status ketinggian air dari mana saja melalui pesan singkat dengan syarat terhubung dengan jaringan selular, sehingga pengawas dapat lebih cepat memutuskan tindakan selanjutnya dalam menanggulangi banjir.

2. Mengurangi kerugian yang dialami masyarakat akibat banjir.

Ruang Lingkup Penelitian

1. Mikrokontroler yang digunakan adalah Arduino Uno.

2. Pesan singkat peringatan SIAGA I atau SIAGA II hanya dikirmkan ke nomor ponsel penanggung jawab dalam pengawasan tinggi muka air pada bendung. 3. Pendaftaran nomor ponsel penanggung jawab di luar batasan penelitian dan

nomor didaftarkan secara hardcode.

4. Pengembangan dan pengujian prototipe dilakukan dengan simulasi pada bejana berisi air yang diibaratkan sebagai bendungan/sungai.

sebelum titik dua jangan ada spasi. ganti semua.

(15)

3

METODE

Tahapan penelitian yang dilakukan dapat dilihat pada Gambar 1.

Gambar 1 Metode penelitian

Analisis Kebutuhan dan Perancangan

Tahapan ini dilakukan untuk menentukan fungsi-fungsi yang akan diimplementasikan pada sistem monitoring ketinggian air. Sistem diharapkan dapat memonitor tinggi air secara realtime dan menginformasikannya melalui pesan singkat. Menurut Badan Penanggulangan Bencana Daerah (BPBD) DKI Jakarta, tinggi muka air dibedakan menjadi 4 kelompok (Tabel 1). Tinggi muka air dikatakan 0 (nol) ketika tinggi air sama atau lebih rendah dari punggung bendung. Punggung bendung merupakan batas tinggi terendah agar air bisa melewati bendung dan mengalir ke aliran sungai. Pintu air pada bendung Katulampa akan dibuka jika tinggi muka air sama atau lebih rendah dari punggung bendung. Hal tersebut perlu dilakukan untuk mencegah debit air pada sungai Ciliwung tidak terlalu sedikit.

Status ketinggian air yang akan diimplementasikan pada sistem ini adalah status ketinggian air pada pintu air Katulampa yang terletak di Kota Bogor Jawa Barat. Skala perbandingan yang akan digunakan adalah 1:10 dengan kriteria sebagai berikut :

 Pintu air dibuka : h ≤0 cm  SIAGA IV : h < 8 cm

 SIAGA III : 8 cm ≤ h < 15 cm  SIAGA II : 15 cm ≤ h < 20 cm

 SIAGA I : h≥ 20 cm

Keterangan, h adalah ketinggian muka air.

(16)

4

Tabel 1 Pengelompokan status ketinggian muka air

Pintu air Siaga IV Siaga III Siaga II Siaga I Katulampa 1 - 79 cm 80 - 149 cm 150 - 199 cm ≥ 200 cm Pesanggrahan 1 - 149 cm 150 - 249 cm 250 - 349 cm ≥ 350 cm Angke Hulu 1 - 149 cm 150 - 249 cm 250 - 299 cm ≥ 300 cm Cipinang Hulu 1 - 149 cm 150 - 199 cm 200 - 249 cm ≥ 250 cm

Persiapan Alat dan Bahan

Alat yang diperlukan untuk merakit alat monitoring ketinggian air, di antaranya sensor, mikrokontroler, GSM shield, servo, buzzer, serta komponen - komponen tambahan lainnya. Komponen-komponen utama yang digunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut :

Mikrokontroler Arduino Uno

Arduino Uno merupakan board/modul mikrokontroler berbasis ATmega328 yang dilengkapi dengan kemampuan untuk berinteraksi dengan alat lain melalui input/output-nya (I/O).

Sumber: circuit-diagram.org

Gambar 2 Arduino Uno

Gambar 2 dapat dilihat bahwa Arduino Uno memiliki 29 pin yang terdiri dari:

- 14 pin digital I/O (D0 - D13) yang befungsi untuk menerima data masukan atau nilai output berupa data digital, selain itu 6 pin diataranya dapat digunakan sebagai pulse width modulation (PWM). PWM merupakan sebuah cara memanipulasi lebar sinyal dalam satu periode untuk mendapatkan tegangan rata-rata yang berbeda. Implementasi PWM berbasis mikrokontroler bisa berupa pengendalian sudut putaran pada motor servo.

(17)

5

- Pin Vin yang merupakan pin input tegangan eksternal ke board Arduino (7 - 12 V).

- Pin 5 V dan 3.3 V merupakan pin otuput yang menghasilkan tegangan masing-masing 5 V dan 3.3 V.

- 3 pin GND yang berfungsi sebagai pin input tegangan negatif dari sumber tegangan DC.

- Pin RESET yang berfungsi untuk mengatur kembali chip ATmega328.

- Pin IOREF dan AREF yang merupakan pin tegangan referensi ketika mikrokontroler beroperasi.

Sensor Ultrasonic

Sensor adalah peralatan yang digunakan untuk mengubah suatu besaran fisik menjadi besaran listrik sehingga dapat dianalisa dengan rangkain listrik tertentu (Budiarso et al 2011). Sensor ultrasonic adalah alat yang terdiri dari 2 unit yaitu unit pemancar dan unit penerima, prinsip kerjanya merupakan pantulan gelombang (Gambar 3). Unit pemancar akan memancarkan gelombang ultrasonic

melalui medium udara, jika gelombang tersebut mengenai suatu objek, maka gelombang akan dipantulkan kembali dan diterima oleh unit penerima pada sensor, sehingga akan menghasilkan tegangan bolak-balik dengan frekuensi yang sama (Taufiqurrahman et al 2013). Pantulan gelombang ultrasonic tersebut dapat dimanfaatkan untuk mengukur jarak antara sensor.

Gambar 3 Prinsip kerja sensor ultrasonic

GSM Shield

GSM Shield merupakan modul tambahan yang dapat dipasang ke mikrokontroler. GSM shield berfungsi untuk menerima/mengirim SMS, menerima/membuat panggilan suara dan sebagainya. GSM Shield yang digunakan mendapatkan catu daya sebesar 5 volt dari mikrokontroler dan beroperasi pada frekuensi GSM900MHz.

(18)

6

Buzzer

Buzzer adalah komponen elektronika yang berfungsi mengubah arus listrik menjadi getaran bunyi. Buzzer digunakan untuk memberikan pesan peringatan bahwa suatu pekerjaan telah selesai atau peringatan bahwa ada suatu kejadian yang tidak normal (warning).

Motor Servo

Motor servo adalah sebuah perangkat atau akuator putar yang dikendalikan dengan memberikan sinyal PWM melalui kabel. Motor servo dibedakan menjadi 2 jenis yaitu servo kontinyu dan servo rotasi 1800. Servo yang digunakan pada pengembangan prototipe sistem pendeteksi banjir ini adalah servo rotasi 1800 (900 ke arah kanan dan 900 ke arah kiri). Lebar pulsa PWM sebesar 1.5 ms akan memutar poros servo ke posisi 900 (posisi tengah). Poros servo akan berputar menuju posisi 00 jika lebar pulsa PWM yang diberikan kurang dari 1.5 ms, sebaliknya poros servo akan berputar menuju posisi 1800 jika lebar pulsa PWM yang diberikan lebih dari 1.5 ms.

Implementasi

Implementasi merupakan tahap perakitan prototipe pendeteksi dini banjir sesuai dengan analisis kebutuhan perangkat keras serta perancangan yang telah dilakukan sebelumnya.

Pengujian

Pengujian dilakukan dengan beberapa tahap, yaitu:

1. Pengujian akurasi dilakukan dengan cara mengukur ketinggian air pada suatu bejana dengan alat ukur jarak manual (penggaris/meteran). Hasil yang diperoleh dibandingkan dengan nilai ketinggian air yang didapat dari sensor ultrasonic dengan cara menghitung Root Mean Square Error

(RMSE). Perhitungan RMSE adalah sebagai berikut:

√ ∑ ̂ (1)

keterangan

hj = nilai hasil pengukuran ke-j menggunakan penggaris (cm) ̂ = nilai hasil pembacaan ke-j oleh sistem (cm)

n = banyaknya data nilai pengujian

Pengukuran dilakukan sebanyak 20 kali (5 kali untuk setiap status ketinggian).

2. Pengujian dalam pengiriman dan penerimaan pesan singkat oleh GSM

shield. Pengujian dilakukan dengan cara mengirim pesan singkat ke prototipe. Kemudian, waktu respon rata-rata alat dalam pengiriman pesan balasan dihitung. Respon alat juga diuji dalam hal pengiriman pesan otomatis jika ketinggian air masuk pada kondisi SIAGA I atau SIAGA II.

3. Pengujian peringatan berupa bunyi atau alarm jika ketinggian air masuk pada kondisi SIAGA I atau SIAGA II.

(19)

7 4. Pengujian fungsi servo yang diibaratkan sebagai pembuka/penutup pintu

air secara otomatis.

Evaluasi

Tahapan evaluasi adalah sebagai berikut:

1. Ketepatan alat dianggap kurang baik jika perbedaan rata-rata hasil pengukuran menggunakan sensor ultrasonic dengan ketinggian aktualnya lebih dari 2 cm (RMSE <2 cm). Sedangkan, ketepatan alat dianggap baik jika rata-rata hasil pengukuran memiliki selisih kurang dari 2 cm (RMSE >2 cm ). Selisih maksimum 2 cm dipilih karena nilai tersebut mewakili perbedaan tinggi air sebesar 20 cm pada kondisi sebenarnya. Nilai ini dianggap berada pada ambang wajar kesalahan pembacaan ketinggian air. 2. Mikrokontroler melalui GSM shield harus dapat mengirim pesan singkat

secara otomatis kepada nomor ponsel penerima pada saat ketinggian air SIAGA I atau SIAGA II. Mikrokontroler juga harus dapat menerjemahkan pesan singkat yang dikirim ponsel dan membalasnya dengan nilai ketinggian air secara realtime. Jika mikrokontroler tidak bisa memenuhi fitur yang dijelaskan di atas maka harus dilakukan perbaikan dan diuji kembali.

3. Buzzer harus dapat berbunyi jika ketinggian air mencapai level SIAGA I atau SIAGA II dan tidak berbunyi/berhenti berbunyi jika ketinggian air mencapai SIAGA III atau SIAGA IV.

4. Servo harus dapat begerak membuka pintu air secara otomatis jika ketinggian air mengalami penurunan/surut (kurang dari SIAGA IV) dan secara otomatis menutup pintu air jika ketinggian air melebihi SIAGA IV.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Analisis Kebutuhan

Sistem monitoring ketinggian air adalah suatu sistem peringatan dini banjir yang dapat memonitor ketinggian air dimanapun dan kapanpun melalui pesan singkat. Sistem akan mengeluarkan peringatan bunyi dan mengirimkan pesan peringatan secara otomatis jika ketinggian air yang terbaca oleh sensor

ultrasonic memasuki level SIAGA I atau SIAGA II (h ≥ 15 cm). Akan tetapi,

sistem tidak akan memberikan peringatan apapun jika ketinggian air berada pada level SIAGA III atau SIAGA IV (h< 15 cm). Sistem dapat menginformasikan ketinggian air secara realtime jika pengguna mengirimkan pesan kepada alat dengan isi pesan “CEK”. Selain itu, servo akan bergerak membuka pintu air ketika ketinggian air surut atau dibawah SIAGA IV (h ≤ 0 cm) dan servo akan menutup pintu air jika ketinggian air berada pada SIAGA IV sampai SIAGA I (h

≥ 1 cm).

(20)

8

Perancangan

Gambar 4 Rancangan susunan perangkat keras

Gambar 4 menunjukan rancangan sistem monitoring ketinggian air. Catu daya terhubung dengan mikrokontroler, sedangkan sensor, GSM sheild, servo dan

buzzer mendapat daya dari mikrokontroler. GSM shield berperan sebagai jembatan antara sistem dengan pengguna melalui ponselnya. Mikrokontroler berperan sebagai pengendali keseluruhan sistem. Sensor membaca ketinggian air lalu dikirim ke mikrokontroler berupa sinyal. Sinyal tersebut diproses mikrokontroler sehingga menghasilkan return time lalu diproses menjadi informasi ketinggian air. Ketinggian air diperoleh dengan cara menghitung selisih antara H dengan h’ (Persamaan 2). Ilustrasi pengukuran ketinggian air dapat dilihat pada Gambar 5.

Gambar 5 Pengukuran ketinggian air

(2) Jarak permukaan air dari sensor ultrasonic (‘h) dapat diperoleh dengan berbagai cara. ITead Studio pada tahun 2010 telah merekomendasikan persamaan/rumus standar untuk menghitung jarak menggunakan sensor ultrasonic

(21)

9

(3) Keterangan :

H = tinggi bejana (cm)

h’ = jarak permukaan air dari sensor ultrasonic (cm)

h = tinggi permukaan air dari dasar bejana (cm)

t = return time yang terbaca dari sensor ultrasonic

(µs)

Cara lain untuk mendapatkan nilai ketinggian air adalah dengan mengkalibrasi sensor ultrasonic menggunakan regresi linier, dengan demikian maka menghasilkan persamaan yang merupakan pemodelan perhitungan jarak.

Persiapan Alat dan Bahan Kalibrasi Sensor Ultrasonic

Kalibrasi sensor dengan regresi linier dilakukan untuk mendapatkan rumus pemodelan pengukuran jarak dan diharapkan dapat mengurangi kesalahan pembacaan jarak. Pengukuran jarak dilakukan dari 0 cm sampai dengan 50 cm (step 1 cm). Hasil kalibrasi dengan regresi linier dapat dilihat pada Gambar 6.

Gambar 6 Regresi linier pada sensor ultrasonic

Gambar 6 menunjukkan bahwa persamaan kalibrasi sensor yang diperoleh adalah sebagai berikut:

(4) dengan demikian,

(22)

10

sistem lalu dihitung RMSE nya terhadap jarak sebenarnya/hasil pengukuran secara manual dengan penggaris.

Tabel 2 Hasil perhitungan RMSE persamaan (3) Jarak Tabel 3 Hasil perhitungan RMSE persamaan (5)

Jarak

(23)

HCSR-11 04/persamaan 3. Sehingga persamaaan yang dipilih untuk diimplementasikan ke sistem pemantauan ketinggian air adalah persamaan 5.

Hasil penelitian dapat digabung dengan pembahasan menjadi bab Hasil dan Pembahasan. Pemisahan atau penggabungan kedua bagian ini bergantung pada keadaan data dan kedalaman pembahasannya sesuai dengan arahan pembimbing. Bila Hasil dan Pembahasan disatukan dalam satu bab, sajikan dahulu hasil penelitian, beri penjelasan yang cukup untuk temuan penting, lanjutkan dengan analisis dan kemudian dengan pembahasan. Subbab dalam Hasil dan Pembahasan dikembangkan secara sistematis dan mengarah ke simpulan.

Implementasi

Sistem monitoring ketinggian air melalui sms/pesan singkat merupakan hasil komunikasi antara sensor ultrasonic (HC-SR04) dengan ponsel melalui mikrokontroler Arduino Uno yang dilengkapi dengan modul GSM shield (Icomsat V1.1) (Gambar 6). Sensor ultrasonic membaca ketinggian air dengan memancarkan gelombang ultrasonic (40 kHz) dari unit pemancarnya menuju ke permukaan air. Waktu tempuh didapat ketika terjadi pantulan gelombang dari permukaan air ke unit penerima. Waktu tempuh tersebut dikirimkan ke Arduino Uno lalu diperoses sehingga menghasilkan informasi ketinggian air.

Gambar 7 Skema alat monitoring ketinggian air

Nilai ketinggian air dikonversi menjadi bentuk string dan dikirimkan ke ponsel melalui modul GSM shield berupa SMS/pesan singkat. Pengiriman nilai ketinggian air ke ponsel terjadi ketika pengguna melakukan permintaan ke alat berupa pesan singkat berisi konten “CEK” ke nomor yang telah dipasang di GSM

shield. Pengiriman secara otomatis akan dilakukan sebanyak satu kali di setiap ambang batas SIAGA I (15 ≤ h < 20 cm) dan SIAGA II (h≥ 20 cm). Buzzer akan berbunyi ketika ketinggian air mencapai SIAGA II atau SIAGA I dan akan berhenti berbunyi ketika ketinggian air lebih rendah dari SIAGA II. Mikrokontroler memerintahkan poros servo untuk bergerak membuka pintu air ketika ketinggian air lebih rendah dari SIAGA IV (h < 1 cm) dan menutup pintu air ketika ketinggian air telah mencapai SIAGA IV atau lebih.

(24)

12

masing komponen. Penelitian ini menggunakan library Marco Martines untuk memprogram GSM shield, library dapat diunduh di https://github.com/MarcoMartines/GSM-GPRS-GPS-Shield.

Dalam penelitian ini terdapat dua fitur monitoring ketinggan air yaitu: 1. Fitur CEK

2. Fitur peringatan otomatis SIAGA I dan SIAGA II

Gambar 8 Flowchart CEK ketinggian air

Gambar 8 menunjukkan alur fitur CEK pada sistem monitoring ketinggian air. Ponsel mengirim pesan singkat kepada alat berisi konten “CEK”, lalu alat akan mengecek apakah pesan yang diterima sesuai. Jika sesuai, maka sistem akan membalas pesan tersebut dengan mengirimkan informasi ketinggian air. Jika pesan yang dikirim tidak sesuai, maka sistem akan menghapus pesan tersebut.

Gambar 9 Flowchart kirim pesan otomatis

Gambar 9 menunjukkan alur fitur kirim otomatis. Sistem akan mengirim pesan peringatan SIAGA II ketika ketinggian air yang terukur oleh sensor

ultrasonic berkisar 15 - 19.9 cm sedangkan, ketika ketinggian air yang terbaca sensor ≥ 20 cm maka sistem akan mengirim pesan peringatan SIAGA I. Pesan singkat hanya dikirim kepada nomor ponsel yang telah ditentukan sebelumnya dan diprogramkan ke sistem.

Keterangan: h : ketinggian air

(25)

13

Integrasi Buzzer (peringatan bunyi)

Gambar 10 Flowchart peringatan bunyi

Peringatan bunyi merupakan suatu peringatan dari sistem berupa bunyi yang secara otomatis aktif ketika ketinggian air yang terbaca oleh sensor ultrasonic

berada pada posisi SIAGA II atau SIAGA I. Peringatan akan berhenti berbunyi ketika ketinggian air turun memasuki level SIAGA III/SIAGA IV atau setelah 15 menit dimulai dari berbunyinya buzzer. Alur kerja peringatan bunyi dapat dilihat pada Gambar 10. Peringatan bunyi memanfaatkan buzzer sebagai alat untuk menghasilkan bunyi.

Integrasi Motor Servo

Integrasi motor servo dilakukan agar pintu air dapat dibuka dan ditutup secara otomatis. Gambar 11 menunjukkan alur kerja dari buka tutup pintu air secara otomatis. Pintu air akan terbuka ketika ketinggian air yang terbaca oleh sensor ultrasonic berada di bawah punggung bendung (h < 1 cm). Pembukaan pintu air pada keadaan yang sebenarnya dilakukan untuk menjaga aliran sungai tetap dialiri air. Pintu air tertutup ketika ketinggian air yang terbaca sensor

ultrasonic di posisi SIAGA IV sampai SIAGA I (h > 0 cm), karena pada level tersebut permukaan air lebih tinggi dari punggung bendung sehingga perlu ditutup agar debit air pada aliran sungai tidak terlalu besar.

Gambar 11 Flowchart buka tutup pintu air otomatis

Pengujian

Tahapan pengujian alat terdiri dari 4 pengujian, yaitu uji akurasi alat, uji pengiriman/penerimaan pesan singkat, uji peringatan berupa bunyi dan uji kontrol

servo. Pengujian pengiriman/penerimaan pesan singkat pada alat dibagi menjadi 2 yaitu uji fitur CEK dan uji peringatan otomatis. Keseluruhan pengujian dilakukan

Keterangan: h : ketinggian air

(26)

14

dengan cara memasang sensor ultrasonic mengarah pada bejana yang diisi air secara bertahap dari kosong sampai dengan penuh, dengan memodelkan 4 kondisi ketinggian air (SIAGA I – SIAGA IV) dengan skala 1:10. Pengujian dilakukan di daerah Kedung Halang Sentral, Kota Bogor, Jawa Barat. Rentang waktu pengujian adalah antara pukul 19:00 sampai 20:00 WIB. Pengujan dilakukan pada ruangan tertutup dan keadaan cuaca cerah/tidak hujan.

Pengujian Akurasi

Hasil pengujian akurasi dapat dilihat pada Tabel 4. Pengujian dilakukan pada setiap status ketinggian air. Setiap ketinggian dilakukan 3 kali pengulangan, lalu dihitung masing-masing nilai kesalahannya menggunakan RMSE (persamaan 1) dan dihitung rata-ratanya. Hasil pengujian menunjukkan bahwa rata-rata kesalahan pembacaan ketinggian air adalah sebesar 1.28 cm.

Tabel 4 Hasil pengujian akurasi alat

(27)

15 dalam membalas pesan yang berisi konten “CEK” adalah 5.60 detik. Hasil pengujian fitur “CEK“ dapat dilihat pada Tabel 5.

Tabel 5 Hasil pengujian fitur CEK

Kondisi Waktu respon rata-rata (s) SIAGA IV 6.23 pengisian bejana dengan air. Hasil pengujian fitur peringatan otomatis dapat dilihat pada Tabel 6.

Tabel 6 Hasil pengujian fitur peringatan otomatis Kondisi Ketinggian air sebenarnya

(cm) peringatan adalah 5.65 detik. Hasil respon rata-rata antara fitur peringatan otomatis dan fitur CEK tidak terlalu jauh perbedaanya.

Pengujian Peringatan Bunyi dan Pintu Air/Servo Otomatis

Tahapan ini merupakan pengujian sistem dalam memberikan peringatan berupa bunyi ketika ketinggian air berada pada posisi SIAGA II atau SIAGA I dan pengujian servo dalam memodelkan buka tutup pintu air secara otomatis. Pada Tabel 7 dapat dilihat bahwa pengujian peringatan bunyi seluruhnya berhasil sesuai dengan yang diharapkan serta servo dapat menggerakan pintu air pada posisi terbuka dan tertutup secara otomatis.

Tabel 7 Hasil pengujian peringatan bunyi dan pintu air otomatis

(28)

16

Ketinggian Air

(cm) Status Buzzer

Pintu Air

(servo)

20 s/d 24 SIAGA I Berbunyi Tertutup 15 s/d 19 SIAGA II Berbunyi Tertutup 8 s/d 14 SIAGA III Tidak berbunyi Tertutup 1 s/d 7 SIAGA IV Tidak berbunyi Tertutup 0 atau kurang - Tidak berbunyi Terbuka

Evaluasi

Sistem monitoring ketinggian air dapat mengukur tinggi muka air dengan akurasi yang bagus karena hasil perhitungan RMSE menunjukkan kurang dari 2 cm. Kesalahan pembacaan ketinggian air terjadi di beberapa pengujian salah satunya ketika tinggi muka air aktual berada pada posisi 2 cm, sedangkan hasil pengukuran alat adalah bernilai minus. Penyebabnya adalah karena permukaan air tidak datar sehingga gelombang ultrasonic memantul secara berkali-kali. Ilustrasi pemantulan gelombang dapat dilihat pada Gambar 12.

Gambar 12 Ilustrasi perbandingan pemantulan gelombang ultrasonic pada permukaan air tenang/datar (a) dan permukaan air beriak (b)

Gambar 12 menunjukkan bahwa permukaan air yang bergelombang/beriak/tidak datar menyebabkan pemantulan gelombang bunyi menjadi berkali-kali untuk sampai ke unit penerima. Hal ini mengakibatkan hasil pengukuran h2’ menjadi seolah-olah lebih tinggi daripada H, sehingga nilai h2

menjadi minus (Tabel 3). Dengan kata lain berdasarkan persamaan (5) maka,

 benar

(29)

17 Rata-rata waktu respon sistem dalam membalas pesan adalah 5.60 detik (waktu respon dihitung sejak pesan terkirim dari ponsel), sedangkan rata-rata waktu respon sistem untuk mengirim pesan peringatan SIAGA I atau SIAGA II adalah 5.65 detik. Pengiriman pesan peringatan terjadi kesalahan ketika ketinggian air aktual menunjukan angka 19 cm yang seharusnya SIAGA II tetapi pesan yang dikirim adalah SIAGA I. Hal itu disebabkan karena sensor ultrasonic

membaca ketinggiaan air lebih dari 19 cm. Buzzer pun berbunyi selama 15 menit ketika ketinggian air berada pada posisi SIAGA II atau SIAGA I. Sistem dapat memerintahkan servo untuk bergerak menutup dan membuka pintu air sesuai dengan harapan.

SIMPULAN DAN SARAN

Simpulan

Sistem monitoring ketinggian air dapat berfungsi dengan baik. Sistem dapat membaca ketinggian air menggunakan sensor ultrasonic dengan nilai kesalahan sekitar 1.28 cm. Penambahan modul GSM shield memungkinkan sistem dapat secara otomatis mengirim pesan peringatan pada nomor ponsel yang telah ditentukan ketika ketinggian air memasuki level SIAGA II atau SIAGA I yang dibarengi dengan peringatan berupa bunyi dari buzzer. Respon rata-rata sistem untuk mengirim pesan peringatan SIAGA I atau SIAGA II adalah 5.65 detik. Pengguna dapat memantau ketinggian air secara jarak jauh dengan cara mengirimkan pesan yang berisi konten “CEK” lalu sistem akan membalas pesan tersebut berupa ketinggian air dengan waktu respon rata-rata 5.60 detik. Lamanya waktu respon sangat ditentukan oleh jaringan GSM pada provider yang dipakai. Sistem ini secara keseluruhan dapat memonitor ketinggian air dan bisa diimplementasikan pada lingkungan yang sebenarnya dengan adaptasi pada sistem.

Saran

Penelitian selanjutnya diharapkan sistem ini bisa dilengkapi dengan

database untuk menyimpan history ketinggian air sehingga pengguna dapat menganalisis pola-pola menarik dari penurunan/peningkatan muka air. Pengembangan sistem bisa dilakukan dengan menggunakan lebih dari satu sensor

ultrasonic agar pembacaan ketinggian air bisa lebih akurat. Penambahan dengan jenis sensor lainnya juga bisa diterapkan pada sistem, yaitu penambahan sensor gerak untuk mendeteksi kecepatan air

(30)

18

DAFTAR PUSTAKA

[BNPB] Badan Nasional Penanggulangan Bencana. 2014. Data dan Informasi Bencana Indonesia. Jakarta: Badan Nasional Penanggulangan Bencana.

[BPBD DKI JKT] Badan Penanggulangan Bencana Daerah DKI Jakarta. 2014. Arti Status Siaga Banjir. Jakarta: Pusdalops BPBD DKI Jakarta.

Budiarso Z, Nurraharzo E. 2011. Sistem Monitoring Ketinggian Air Bendungan Berbasis Mikrokontroler. Jurnal Dinamika Informatika. [internet] 908-943-1-PB. [diunduh 2014 8 Mei]. Tersedia pada: http://www.unisbank.ac.id/ ojs/index.php/fti2/article/viewFile/908/462.

Durfee W. 2011. Arduino MicrocontrollerGuide. Minnesota: University of Minnesota.http://www.me.umn.edu/courses/me2011/arduino/arduinoGuide.pdf. [diunduh 2014 Maret 3].

Guochao W, Changzan G, Jennifer R, Takao I, Changzhi L. 2013. Highly Accurate Noncontact Water Level Monitoring using Continous-Wave Doppler Radar. IEEE. doi: 10.1109/WiSNet.2013.6488620

ITead Studio. 2010. Ultrasonic ranging module : HCSR04.http:// www.electroschematics.com/wp-content/uploads/2013/07/HC-SR04-datasheet-version-2.pdf. [diunduh 2014 April 3].

John D, Robert M, Winston M. 2012. Multi-Sensor Evaluation of Microwave 2012. IEEE. doi: 10.1109/MPRV.2012.17. [diunduh 2014 Mei 5].

Srikanth A, Byrav R, David G. 2005. Ground Water Monitoring using Smart Sensors. IEEE International Conference on Electro Information Technology.doi: 10.1109/EIT.2005.1626962.

Taufiqurrahman, Basuki A, Albana Y. 2013. Perancangan Sistem Telemetri Untuk Pengukuran Level Air Berbasis Ultrasonic. Proceeding Conference on Smart-Green Technology in Electrical and Information Systems [internet]. [14-15 November 2013]. Bali (ID). hlm 125 - 130; [diunduh 2014 Mei 8]. Tersedia lengkap sama tanggal & tempat pertemuan

prosiding, lengkapi nama konferensi, tempat, tanggal, halaman

URL resmi: www.micropik.com/PDF/HCSR04.pdf

(31)

19

RIWAYAT HIDUP

Gambar

Gambar 4 Rancangan susunan perangkat keras
Gambar 6 Regresi linier pada sensor ultrasonic
Gambar 7 Skema alat monitoring ketinggian air
Gambar 8 Flowchart CEK ketinggian air
+4

Referensi

Dokumen terkait

Untuk meningkatkan faktor kognitif (kompetensi pengetahuan) dari seorang karyawan, ada salah satu cara yang dapat dilakukan oleh perusahaan yaitu dengan

JUDUL : MASIH BANYAK PENYAKIT TROPIS BERBAHAYA TERABAIKAN. MEDIA :

sebuah perangkat telepon genggam, banyak hal yang.. dapat dilakukan orang-orang dengan

Sedangkan komposisi limbah padat penyulingan minyak pala seperti yang terlihat pada Kromatogram Gambar 3 dan Kromatogram Gambar 4 juga masih terlihat 5 spektrum

3. Teknik pengumpulan data yarig dipakai dalam penelitian mahasiswa/i hubungan internasional adalah cara memperoleh data. Beberapa teknik pengumpulan data

5. Menggambar bangun ruang tabung dari sifat-sifatnya 6. Menggambar bangun ruang kerucut dari sifat-sifatnya IV. Melalui pengamatan dan percobaan terhadap benda berbentuk

Rasio Kecenderungan (RK) yaitu besar peluang atau resiko atau kemungkinan dari kelompok individu satu dibandingkan dengan lainnya dari kategori variabel bebas terhadap

Menyelesaikan masalah yang terjadi dalam mengelola pengeluaran kas dan penerimaan kas, agar pengelola data dapat lebih cepat, ringkas dan untuk menjaga keakuratan