RANCANG BANGUN DATA LOGGER CURAH HUJAN BERBASIS ARDUINO

ABSTRAK

RANCANG BANGUN DATA LOGGER

CURAH HUJAN BERBASIS ARDUINO

OLEH

HENDI SETIAWAN

Keberadaan hujan sangat penting dalam kehidupan karena hujan dapat mencukupi kebutuhan air yang sangat dibutuhkan oleh semua makhluk hidup. Kehidupan di muka bumi akan terganggu jika tidak ada air. Namun, disisi lain datangnya hujan dengan intensitas yang sangat tinggi dan tidak seimbang dengan kebutuhan akan terbuang percuma bahkan dapat menyebabkan bencana.

Pada tugas akhir ini, dibuat alat ukur curah hujan jenis tipping bucket menggunakan mikrokontroler ATmega328P yang mampu mengukur curah hujan dan menyimpannya secara otomatis serta mengirimkannya menggunakan layanan

Sort Message Service (SMS) melalui jaringan GSM.

Hasil pengukuran dibandingkan dengan alat ukur Odyssey Davis Tipping Bucket. Pada empat kali pengujian, terdapat selisih 0,03-1,7 mm curah hujan dengan error 0,6-5,8 %.

ABSTRACT

DESIGN DATA LOGGER RAIN GAUGE

BASED ON ARDUINO

OLEH

HENDI SETIAWAN

The existence of rain is very important in life because it can meet the need of water that is needed by all living things. Life on earth will be disturbed if there is no water. However, on the other hand the rain with a very high intensity and not balanced will be wasted even can lead to disaster.

in this study, the design of automatic rainfall measurement use a tipping bucket type based on Atmega328P microcontroller which is equipped with a data transmission system use GSM network via sort message service (SMS).

The measurement results compared with measuring devices Odyssey Davis Tipping Bucket. At four times the test, there is a difference of 0.03 to 1.7 mm rainfall with 0.6 to 5.8% error.

RIWAYAT HIDUP

Penulis lahir di Kibang Budi Jaya, Kabupaten Tulang Bawang Barat, pada tanggal 10 September 1990, sebagai anak kedua dari tiga bersaudara, dari Bapak Muhyayin (Koyen) dan Ibu Sulaminah.

Penulis memasuki dunia pendidikan Sekolah Dasar (SD) di SD N 01 Kibang Budi Jaya, lulus pada Tahun 2002, Sekolah Lanjut Tingkat Pertama (SLTP) di SLTP N 02 Gunung Sari, lulus pada tahun 2005, dan Sekolah Menengah Kejuruan (SMK) di SMK Al-Iman 2 dan lulus pada tahun 2008.

Indikator Dini Masalah Blocking Pada Heat Exchanger Di Pabrik Gas Industri PT. Krakatau Steel”.

Ku persembahkan karya kecil dan sederhana

ini untuk cahaya hidup yang selalu ada dan

senantiasa memanjatkan doa dalam setiap

sujudnya. Bapak, mamak, terima kasih untuk

semuanya. Mungkin tak dapat selau terucap,

namun hati ini selau bicara, aku sayang

kalian.

Tak lupa untuk mas Agung dan adikku Ayu,

serta saudara dan kerabat yang tidak dapat

ku sebutkan satu persatu, terima kasih atas

Moto :

“I’m Still Learning”

SANWACANA

Alhamdulillah, puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah Subhanahu Wa Ta’ala atas segala karunia, hidayah, serta nikmat yang diberikan, sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi tugas akhir yang berjudul “RANCANG BANGUN

DATA LOGGER CURAH HUJAN BERBASIS ARDUINO”.

Skripsi ini disusun sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Lampung. Dalam penyelesaian tugas akhir ini tidak lepas oleh dukungan dan bantuan dari banyak pihak. Pada kesempatan ini, penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada:

1. Bapak Prof. Suharno, M.Sc., Phd. selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Lampung.

2. Bapak Agus Trisanto, Ph.D. selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro Universitas Lampung juga sebagai Penguji, terima kasih untuk kritik dan sarannya.

3. Bapak Dr. Eng. Helmy Fitriawan, S.T.,M.Sc. selaku Pembimbing Akademik (PA), terima kasih atas bimbingan dan perhatiannya.

5. Ibu Dr. Ir. Sri Ratna S., M.T. selaku dosen Pembimbing Pendamping yang telah memberikan bimbingan, saran, motivasi, kritik, dan ilmu yang berguna dalam proses penyelesaian skripsi ini.

6. Seluruh dosen Teknik Elektro Universitas Lampung yang telah memberikan masukan, dorongan dan ilmu yang sangat berarti bagi penulis.

7. Sahabat – sahabatku di laboratorium Teknik Digital: Dimas adityawarman, Linggom Gultom, Moh. Cahyonyo, Supriyadi, Hadi Prayogo, kak Dexi, kak Deny, Aris untung, Perdana Agung Nugraha, M. Yusuf T., Harry, dan adik-adik 2011-2013, terima kasih atas semua canda tawa, dukungan dan masa – masa sulit yang pernah kita lewati bersama.

8. Kepada mas Legino, terima kasih atas kerjasamanya.

9. Teman-teman seperjuangan Kerja Praktik, Ari Alfian dan Muhammad Wahidi, terima kasih atas kebersamaan dan kerjasamanya.

10. Rekan – rekan Teknik Elektro angkatan 2009 yang tidak dapat disebutkan satu per satu, terima kasih atas kebersamaan yang kita miliki beberapa tahun ini, terima kasih telah memberikan banyak warna dalam masa studi ini. 11. Penghuni Asrama 41, Izal, Mei, Hadi, Azis, Yudi, Agung, Wahyu, Fergi, dan

teman-teman teknik mesin yang lain, Bowo dan teman-teman, terima kasih atas canda tawanya.

Penulis menyadari bahwa skripsi ini jauh dari kesempurnaan. Penulis menerima kritik dan saran yang membangun dari semua pihak. Semoga skripsi ini dapat berguna dan bermanfaat bagi kita semua.

Bandar lampung, 10 Februari 2015

ii

G. Sistematika Penulisan ……… 4

II. TINJAUAN PUSTAKA A. Pengukuran Curah Hujan ……….. 6

B. Odyssey Logger 8725 dengan Davis Tipping Bucket ……… 8

C. Kerucut dan Tipping Bucket ………. 9

D. Sensor 1. Sensor Tegangan ………. 10

2. Sensor Cahaya ………. 11

iii

F. Serial Peripheral Interface (SPI) ……… 14

G. Slot SD (Secure Digital)Card ……….. 14

H. Memori SD (Secure Digital)Card ……… 15

I. Arduino Uno ... 16

J. Perangkat Lunak dan Pemrograman Arduino ……… 19

K. SIM900 GSM ……… 23

L. Waterpass ……….. 25

III. METODE PENELITIAN A. Tempat dan Waktu Penelitian ……….. 27

B. Alat dan Bahan ………. 27

C. Tahap – Tahap dalam Pembuatan Tugas Akhir ………. 28

D. Tahap dan Cara Pengujian Sistem ………. 31

E. Spesifikasi Alat ………. 31

F. Diagram Blok Sistem ……… 32

G. Perancangan Perangkat Keras ……….. 33

1. Rangkaian Sensor Cahaya ……….. 33

iv

1. Rangkaian Sistem Secara Keseluruhan ……….. 42

DAFTAR TABEL

Tabel Halaman

2.1 Klasifikasi Curah Hujan ………. 7

2.2 Keterangan kaki memori SD card ……….. 16

2.3 Spesifikasi Arduino Uno ……… 17

4.1 Pengujian Mikrokontroler ATmega328P ……… 46

4.2 Pengujian Sensor Cahaya ……… 48

4.3 Pengujian Data Logger ……… 50

4.4 Pengujian Tipping Bucket ……….. 53

4.5 Pengkuran Tegangan ……….. 55

4.6 Hasil Pengukuran Curah Hujan Kedua Alat Ukur ………. 60

4.7 Kategori Hujan Per Hari Berdasarkan Data Kedua Alat ………. 64

4.8 Kategori Hujan Per Jam pada 11 November 2014 ………. 64

4.9 Kategori Hujan Per Jam pada 13 November 2014 ………. 64

4.10 Kategori Hujan Per Jam pada 27 November 2014 ………. 65

DAFTAR GAMBAR

Gambar Halaman

2.1 Penakar Curah Hujan Manual ……… 6

2.2 Penakar Curah Hujan Otomatis ……….. 7

2.3 Davis Tipping Bucket ………. 8

2.4 Odyssey Logger ……….. 9

2.5 Kerucut ………... 9

2.6 Tipping Bucket ……… 9

2.7 Sensor Tegangan ………. 10

2.8 Sensor Cahaya ………. 11

2.9 DS1307 ……… 12

2.10 Konfigurasi pin RTC DS1307 ……… 13

2.11 Blok diagram antarmuka SPI single master single slave …………... 14

2.12 Slot SD Card ……….. 15

2.13 SD Card ……….. 15

2.14 Arduino Uno ……….. 16

2.15 Konfigurasi pin ATmega328P ……… 18

2.16 Blok diagram ATmega328P ………... 19

2.17 Antar muka pemrograman Arduino ……… 20

vii

2.19 Modul SIM900 GSM ………. 24

2.20 Komunikasi serial ……….. 25

2.21 Waterpass ……….……….. 25

3.1 Diagram Alir Proses Penelitian ………... 30

3.2 Diagram Blok Sistem ………. 32

3.8 Diagram Alir Sistem Penyimpanan ……… 37

3.9 Diagram Alir Pengiriman Data Per 60 Menit ………. 39

3.10 Diagram Pengiriman Data Setiap Pukul 23:59 ……… 40

4.1 Rangakaian Sistem Secara Keseluruhan ………. 43

viii

4.12 Grafik Pengukuran Curah Hujan Kedua Alat ………. 60

4.13 Grafik nilai Pengukuran Kedua Alat ……….. 61

4.14 SMS Curah Hujan (CH) 11 November 2013 ………. 62

4.15 SMS Curah Hujan (CH) 13 November 2013 ………. 62

4.16 SMS Curah Hujan (CH) 27 November 2013 ………. 63

I.

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

2

dapat menyimpan dan mengontrol kebutuhan penyediaan air saat musim kemarau. Dari uraian singkat di atas disimpulkan akan pentingnya data curah hujan untuk mengatur pengelolaan air dalam memenuhi kebutuhan hidup manusia. Mengingat curah hujan antara daerah satu dengan daerah lainnya berbeda-beda dan dapat terjadi setiap saat, oleh karena itu diperlukan alat yang dapat memantau curah hujan secara otomatis dan mampu menyimpan data curah hujan di masing-masing daerah. Namun pada kenyataannya alat ukur curah hujan yang terdapat di pasaran dijual secara terpisah, dan masih bekerja secara manual serta tidak dapat menyimpan secara otomatis. Hal ini tentu sangat tidak efisien saat digunakan dan dioperasikan. Oleh karena itu diperlukan alat ukur curah hujan yang bekerja secara otomatis dan dapat menyimpan data curah hujan yang turun ke dalam sebuah memori, sehingga data curah hujan yang dihasilkan dapat dimanfaatkan secara optimal. Penelitian ini berkaitan dengan penelitian oleh Sumardi dari universitas Diponegoro dengan judul “Penakar Curah Hujan

Automatis Menggunakan Mikrokontroller ATmega32” tahun 2009.

B. Tujuan Penelitian

Adapun tujuan dari penelitian ini adalah :

1. Merancang dan membuat alat ukur curah hujan. 2. Menghitung besarnya curah hujan.

3. Membuat sistem penyimpanan pada alat pengukur curah hujan.

3

C. Manfaat Penelitian

Manfaat dari penelitian ini diharapkan dapat memberikan kemudahan dalam pengukuran curah hujan serta kemudahan dalam proses pengambilan data.

D. Perumusan Masalah

Adapun yang menjadi perumusan masalah dalam penelitian ini adalah : 1. Bagaimana cara mengukur curah hujan.

2. Jenis pengukur apa yang digunakan untuk mengukur curah hujan. 3. Bagaimana cara menyimpan data curah hujan ke dalam media

penyimpan.

4. Bagaimana cara mengirimkan data melalui SMS (Sort Message Service).

E. Batasan Masalah

Dalam penelitian ini dilakukan pembatasan terhadap masalah yang akan dibahas yaitu:

1. Parameter yang diukur adalah curah hujan (air).

2. Mikrokontroler yang digunakan adalah ATmega328P untuk pengolah data curah hujan.

3. Sensor curah hujan menggunakan sensor curah hujan tipe tipping bucket.

4. Sistem peyimpanan menggunakan media kartu memori.

4

6. Hanya membahas pemrograman yang ditanamkan pada mikrokontroler yang digunakan.

F. Hipotesis

Hipotesis atau perkiraan tentang hasil akhir penelitian tugas akhir ini adalah alat pengukur curah hujan yang mampu mengukur besarnya tingkat curah hujan dan menyimpannya ke dalam media penyimpan serta mengirimkannya melalui SMS (Sort Message Service).

G. Sistematika Penulisan

Dalam rangka penulisan skripsi ini, disusun suatu sistematika penulisan dengan membaginya menjadi beberapa bab. Susunan sistematika tersebut antara lain adalah:

BAB I. PENDAHULUAN : menjelaskan tentang latar belakang permasalahan, tujuan dilakukannya penelitian, manfaat yang dapat di berikan dari penelitian, perumusan masalah, batasan masalah, hipotesis, dan sistematika penulisan.

BAB II. TINJAUAN PUSTAKA : bagian ini berisi teori – teori yang berkaitan dengan semua yang berhubungan dengan tugas akhir ini.

5

BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN : bagian ini berisi tentang hasil pengujian dan pembahasan tentang data – data yang diperoleh dari pengujian.

BAB V. SIMPULAN DAN SARAN : bab ini akan menyimpulkan semua kegiatan dan hasil – hasil yang diperoleh selama proses perancangan dan pembuatan alat. Diberikan juga saran–saran yang perlu dipertimbangkan dalam upaya pengembangan lebih lanjut.

II. TINJAUAN PUSTAKA

A. Pengukuran Curah Hujan

Hujan adalah peristiwa turunnya titik-titik air atau kristal-kristal es dari awan sampai ke permukaan tanah. Alat untuk mengukur jumlah curah hujan yang turun kepermukaan tanah per satuan luas, disebut Penakar Curah Hujan. Curah hujan 1 (satu) mm, artinya dalam luasan satu meter persegi pada tempat yang datar tertampung air setinggi 1 (satu) mm atau tertampung air sebanyak 1 (satu) liter atau 1000 ml. Secara umum penakar hujan dibedakan menjadi dua, yaitu penakar curah hujan manual dan penakar curah hujan otomatis [1].

7

Penakar hujan tipe tipping bucket, nilai curah hujannya tiap bucket

berjungkit tidak sama, serta luas permukaan corongnya beragam tegantung dari merek pembuatnya.

Gambar 2.2 Penakar Curah Hujan Otomatis [1]

Misalnya ada yang 0.1 mm, 0.2 mm, 0.5 mm dan lain-lain. Penakar curah hujan tipe tipping bucket ini memanfaatkan sensor reed switch untuk memberikan masukan pada mikrokontroler yaitu berupa perubahan tahanan ketika bejana bergoyang.

Curah hujan dapat dikelompokkan berdasarkan besar curah hujannya dalam satuan waktu seperti per jam, per hari, per minggu, atau per bulan seperti pada tabel berikut.

Tabel 2.1 Klasifikasi Curah Hujan [9]

No. Kategori Intensitas Hujan mm/jam mm/24 jam

1 Sangat Ringan <1 <5

2 Ringan 1 s/d 5 5 s/d 20

3 Sedang 5 s/d 10 21 s/d 50

4 Lebat 10 s/d 20 51 s/d 100

8

Untuk dBZ merupakan nilai yang diperoleh dari citra radar cuaca. Pengukuran intensitas curah hujan (presipitasi) oleh radar cuaca berdasarkan seberapa besar pancaran energi radar yang dipantulkan kembali oleh butiran-butiran air di dalam awan dan digambarkan dengan produk

Reflectivity yang memiliki besaran satuan dBZ(decibel).[9] B. Odyssey Logger 8725 dengan Davis Tipping Bucket

Odyssey Logger 8725 dengan Davis Tipping Bucket merupakan alat ukur curah hujan yang termasuk dalam kategori alat ukur curah hujan otomastis. Alat ini bekerja berdasarkan pergerakkan tipping bucket yang bergerak dari posisi setimbangnya karena terisi air hujan. Melalui pergerakkan ini, sistem akan memperoleh sinyal yang memberitahukan bahwa telah terjadi hujan. Davis Tipping Bucket mampu mengukur curah hujan dengan resolusi 0,2 mm [10]. Berikut merupakan gambar dari Davis Tipping Bucket.

Gambar 2.3 Davis Tipping Bucket [10]

9

Gambar 2.4 Odyssey Logger 8725

Odyssey logger 8725 mempunyai kemampuan untuk menyimpan dengan kapasitas sebesar 10900 tip bucket atau setara 2,1 m [10]. Logger ini akan otomatis mati jika besar data yang ditampung sudah dalam kondisi penuh.

C. Kerucut dan Tipping Bucket

Kerucut merupakan bagian yang berfungsi menerima air hujan. Kerucut ini mempunyai jari-jari untuk lingkaran besar rb dan jari-jari lingkaran kecil rk dengan tinggi h.

Gambar 2.5 Kerucut

Air yang ditampung oleh kerucut dialirkan ke bagian Tipping Bucket yang berbentuk tabung kecil terpancung.

10

Untuk menghitung besarnya curah hujan, dapat dicari menggunakan persamaan berikut [2].

Curah hujan =

……….. (1)

Curah hujan 1 =

………..… (2)

Dimana volume menyatakan banyak air yang ditampung oleh Tipping Bucket dan luas permukaan merupakan besarnya area kerucut untuk menangkap air hujan. Satuan yang biasa digunakan adalah milimeter per jam (mm/jam), yaitu tinggi air disuatu tempat tiap jam, dengan asumsi tidak ada air yang meresap maupun menguap.

D. Sensor

Sensor merupakan bagian yang penting dari suatu peralatan. Sensor mempunyai fungsi khusus untuk mendeteksi perubahan-perubahan dari luar menjadi besaran-besaran listrik. Umumnya, sebuah sensor hanya mempunyai satu fungsi pula, seperti sensor cahaya hanya mendeteksi besar cahaya, sensor suhu hanya mendeteksi besar suhu. Terdapat bermacam-macam sensor salah satunya adalah sebagai berikut.

1. Sensor Tegangan

11

Dari rangkaian di atas, arus (i) mengalir melewati R1 dan R2, sehingga nilai tegangan VI adalah penjumlahan dari tegangan VS dan VO.

VI = VS + VO = i.R1 + i.R2

Maka besarnya tegangan keluaran VO dapat dirumuskan sebagai berikut.

………..… (3)

2. Sensor Cahaya

Sensor cahaya ini terdiri dari dioda LED dan photo dioda. LED adalah komponen yang dapat mengeluarkan emisi cahaya dengan warna tertentu seperti merah, kuning, hijau, biru, atau gabungan dari beberapa warna tersebut. Photo dioda adalah sensor cahaya yang termasuk kategori sensor cahaya photo conductive yaitu sensor cahaya yang akan mengubah perubahan intensitas cahaya yang diterima menjadi perubahan konduktansi pada terminal sensor tersebut. Photo dioda merupakan sensor cahaya yang bekerja pada daerah breakdown seperti halnya diode zener pada saat menerima intensitas cahaya.

12

Rangkaian di atas bekerja berdasarkan keberdaan cahaya yang berasal dari dioda LED D1. Cahaya yang dihasilkan ini akan mempengaruhi sambungan pn pada photo dioda, sehingga menghasilkan elektron valensi. Semakin besar cahaya yang mengenai sambungan, semakin besar pula arus balik dioda. Dengan demikian, semakin besar cahaya yang mengenai photo dioda, semakin besar pula tengangan keluaran yang dihasilkan.

E. RTC ( Real Time Clock)

RTC (Real Time Clock) adalah jenis pewaktu yang bekerja berdasarkan waktu yang sebenarnya atau dengan kata lain berdasarkan waktu yang ada pada jam kita. RTC merupakan suatu chip (IC) yang memiliki fungsi sebagai penyimpan waktu dan tanggal. RTC merupakan jam komputer yang umumnya berupa sirkuit terpadu yang berfungsi sebagai pemelihara waktu.

Gambar 2.9 DS1307

RTC memiliki catu daya terpisah dari catu daya komputer, sehingga tetap dapat berfungsi ketika catu daya komputer atau PLN terputus. RTC (Real Time Clock) DS1307 memiliki fitur sebagai berikut:

13

b. 56 byte, battery-backed, RAM nonvolatile (NV) RAM untuk penyimpanan.

c. DS1307 merupakan RTC dengan jalur data paralel yang memiliki antarmuka serial Two-wire (I2C).

d. Sinyal luaran gelombang kotak terprogram (programmable squarewave), deteksi otomatis kegagalan daya (power-fail) dan rangkaian switch.

e. Konsumsi daya kurang dari 500 nA menggunakan mode baterai cadangan dengan operasional osilator.

f. Tersedia fitur industri dengan ketahanan suhu: -40°C hingga +85°C. g. Tersedia dalam kemasan 8-pin DIP atau SOIC.

Gambar 2.10 Konfigurasi pin RTC DS1307 [5]

Adapun daftar pin dari DS1307 adalah sebagai berikut : 1. VCC –Primary Power supply

2. X1, X2 – 32.768kHz Crystal Connection

3. VBAT -- +3V battery input

4. GND –Ground

5. SDA – Serial data 6. SCL – Serial Clock

14

F. Serial Peripheral Interface (SPI)

Serial Peripheral Interface Bus atau SPI bus adalah standar komunikasi sinkron data serial yang dikenalkan oleh Motorola yang bekerja pada mode

full duplex. SPI merupakan high-speed synchronous serial input/output

(I/O) port yang memungkinkan untuk pengaturan lebar data yang akan digeser masuk atau keluar dari device dan juga memungkinkan pengaturan pada kecepatan transfer data. Device yang dikomunikasikan menggunakan SPI dibedakan dalam master dan slave mode. [7]

Gambar 2.11 Blok diagram antarmuka SPI single master single slave [7] Keterangan:

1. SCK / CLK —Serial Clock (output dari master) 2. SDI / DI / SI —Serial Data In

3. SDO / DO / SO —Serial Data Out

4. nCS / CS / nSS / STE —Chip Select, Slave Transmit Enable (active low;output dari master)

G. Slot SD (Secure Digital)Card

Slot SD card merupakan slot yang digunakan untuk menghubungkan memori SD card dengan mikrokontroler ATmega 328p pada Arduino

15

Gambar 2.12 Slot SD Card

Slot SD Card ini sudah mempunyai pengatur tegangan di dalamnya yang mengubah tegangan 5 volt dari board pengendali utama Arduino Uno menjadi tegangan keluaran yang disesuaikan dengan kebutuhan sumber tegangan memori yaitu sebesar 3,3 volt dengan bentuk yang sederhana.

H. Memori SD (Secure Digital)Card

Memori SD card merupakan jenis media penyimpan data berbentuk kartu memori. Memori ini mempunyai ukuran yang kecil dan tipis dengan tebal sekitar 1 mm. Besar kapasitas data yang mampu ditampung mempunyai ukuran yang bervariasi yaitu 32 MB, 64 MB, 512 MB, 1 GB, 2 GB, dan seterusnya. Memori ini bekerja dengan besar tegangan berkisar antara 2.7V ~ 3.6V. Berikut merupakan bentuk dari Memori SD card dengan keterangan nomor pin di kakinya.

16

Gambar di atas merupakan urutan pin yang terdapat pada memori SD card

dengan keterangan tugas sebagai berikut.

Table 2.2 Keterangan kaki memori SD card [6]

Kaki Nama Fungsi SD Mode Fungsi SPI Mode

1 DAT3/CS Data Line 3 Chip Select/Slave Select (SS)

2 CMD/DI Command Line Master Out Slave In (MOSI)

3 VSS1 Ground Ground

4 VDD Supply Voltage Supply Voltage

5 CLK Clock Clock (SCK)

6 VSS2 Ground Ground

7 DAT0/D0 Data Line 0 Master In Slave Out (MISO)

8 DAT1 /IRQ Data Line 1 Unused or IRQ

9 DAT2/NC Data Line 2 Unused

I. Arduino Uno

Arduino uno merupakan perangkat elektronik dengan sistem open source.

Arduino memiliki 14 pin input/output yang mana 6 pin dapat digunakan sebagai output PWM, 6 analog input, crystal osilator 16 MHz, koneksi USB, jack power, dan tombol reset.

Gambar 2.14 Arduino Uno

17

pemrogramanya sendiri yang berupa bahasa C. Selain itu dalam board

arduino sendiri sudah terdapat loader yang berupa USB sehingga memudahkan kita ketika memprogram mikrokontroler di dalam arduino. Papan Arduino adalah papan mikrokontroler berdasarkan ATmega328P. Berikut adalah spesifikasi dari Arduino Uno :

Tabel 2.3 Spesifikasi Arduino Uno [4]

Mikrokontroler ATmega328P

Tegangan operasi 5V

Tegangan input (disarankan) 7-12V Tegangan input (batas) 6-20V

Digital I/O 14 pin (dimana 6 output PWM)

Input analog 6 pin

Arus DC per I/O Pin 40 mA

Arus DC untuk 3.3V Pin 50 mA

Memori flash 32KB (ATmega328) 0.5 KB digunakan untuk bootloader

SRAM 2 KB (ATmega328)

EEPROM 1 KB (ATmega328)

Kecepatan clock 16 MHz

18

Gambar 2.15 Konfigurasi pin ATmega328P [3]

Mikrokontroler ini memiliki beberapa fitur antara lain sebagai berikut : a. 130 macam instruksi yang hampir semuanya dieksekusi dalam satu

siklus clock.

b. 32 x 8-bit register serba guna.

c. Kecepatan mencapai 16 Mbps dengan clock 16MHz.

d. 32 KB flash memory dan pada arduino memiliki bootloader yang menggunkan 2 KB dari flash memory sebagai bootloader.

e. Memiliki EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) sebesar 1 KB sebagai tempat penyimpanan data semi permanen karena EEPROM tetap dapat menyimpan data meskipun catu daya dimatikan.

f. Memiliki SRAM (Static Random Acces Memory) sebesar 2KB.

g. Memiliki pin I/O digital sebanyak 14 pin 6 diantaranya PWM (Pulse Width Modulation) output.

h. Master / Slave SPI serial interface.

19

Gambar 2.16 Blok diagram ATmega328P [3]

J. Perangkat Lunak dan Pemrograman Arduino

Lingkungan open-source Arduino memudahkan untuk menulis kode dan

20

Gambar 2.17 Antar muka pemrograman Arduino

Arduino menggunakan pemrograman dengan bahasa C. Berikut ini adalah beberapa penjelasan mengenai karakter bahasa C dan software Arduino. [4]

a. Struktur

Setiap program Arduino (biasa disebut sketch) mempunyai dua buah fungsi yang harus ada.

1. void setup( ) { }

Semua kode didalam kurung kurawal akan dijalankan hanya satu kali ketika program Arduino dijalankan untuk pertama kalinya. 2. void loop( ) { }

21

b. Syntax

Berikut ini adalah elemen bahasa C yang dibutuhkan untuk format penulisan.

1. //(komentar satu baris)

Kadang diperlukan untuk memberi catatan pada diri sendiri apa arti dari kode-kode yang dituliskan. Cukup menuliskan dua buah garis miring dan apapun yang kita ketikkan dibelakangnya akan diabaikan oleh program.

2. /* */(komentar banyak baris)

Jika anda punya banyak catatan, maka hal itu dapat dituliskan pada beberapa baris sebagai komentar. Semua hal yang terletak di antara dua simbol tersebut akan diabaikan oleh program.

3. { }(kurung kurawal)

Digunakan untuk mendefinisikan kapan blok program mulai dan berakhir (digunakan juga pada fungsi dan pengulangan).

4. ;(titk koma)

Setiap baris kode harus diakhiri dengan tanda titik koma (jika ada titik koma yang hilang maka program tidak akan bisa dijalankan).

c. Variabel

22

Variabel sederhana yang digunakan untuk menyimpan nilai TRUE

(benar) atau FALSE (salah). Sangat berguna karena hanya menggunakan 1 bit dari RAM.

4. float

Digunakan untuk angka desimal (floating point). Memakai 4 byte

(32 bit) dari RAM dan mempunyai rentang dari -3.4028235E+38 dan 3.4028235E+38.

5. char (character)

Menyimpan 1 karakter menggunakan kode ASCII (misalnya ‘A’ = 65). Hanya memakai 1 byte (8 bit) dari RAM.

d. Struktur Pengaturan

Program sangat tergantung pada pengaturan apa yang akan dijalankan berikutnya, seperti halnya perintah di bawah ini.

1. if…..else, dengan format seperti berikut ini:

23 kurung kurawal akan dijalankan. Jika syarat pada if(kondisi) {} dan

else if(kondisi){} tidak terpenuhi maka program akan langsung menjalankan perintah di dalam kurung kurawal else {}.

2. for, dengan format seperti berikut ini:

for (int i = 0; i < #pengulangan; i++) { }

Digunakan bila anda ingin melakukan pengulangan kode di dalam kurung kurawal beberapa kali, ganti #pengulangan dengan jumlah pengulangan yang diinginkan. Melakukan penghitungan ke atas dengan i++ atau ke bawah dengan i–.

K. SIM900 GSM

24

Gambar 2.18 Diagram fungsi modul SIM900 [8]

Modul SIM900 dapat digunakan untuk melakukan fungsi seperti halnya sebuah perangkat komunikasi yang mampu melakukan panggilan maupun SMS (Sort Message Service) layaknya telepon pada umumnya, dengan bentuk sebagai berikut.

Gambar 2.19 Modul SIM900 GSM

25

Gambar 2.20 Komunikasi serial [8]

Dalam penggunaannya, SIM900 GSM mempunyai beberapa bentuk perintah untuk dapat melakukan komunikasi dengan perintah AT Command, seperti AT+CMGF=1 untuk mengirim SMS dalam mode text dan AT+CMGS untuk nomor yang dituju.

L. Waterpass

Leveling atau waterpass adalah alat yang digunakan untuk mengukur atau menentukan sebuah benda atau garis dalam posisi rata baik pengukuran secara vertikal maupun horizontal.

Gambar 2.21 Waperpass

26

III.

METODE PENELITIAN

A. Tempat dan Waktu Penelitian

Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Lampung yang dilaksanakan mulai dari bulan Januari sampai Desember 2014.

B. Alat dan Bahan

Alat dan bahan yang digunakan dalam penelitian ini yaitu antara lain : 1. Laptop Acer 4738G

2. Board Arduino Uno (ATmega 328p) dan Slot SD Card

3. Project board

4. Pipa PVC (Polyvinyl Chloride)

5. SIM900 GSM Shield

6. Odysseey 8725 Rain GaugeTipping Bucket

7. Baterai 8. Gelas ukur

9. Papan PCB (Printed circuit board) 10. Akrilik

11. Corong 12. Water pass

28

14. Real Time Clock (IC DS1307) 15. Multitester

16. Solder dan peralatan yang berguna dalam pembuatan jalur PCB

17. Software pendukung, antara lain: Arduino 1.0.1, Diptrace 2.3.0.0 dan

Microsoft Office 2007.

C. Tahap – Tahap dalam Pembuatan Tugas Akhir

Tahap-tahap dalam pembuatan tugas akhir ini adalah sesuai dengan urutan berikut.

1. Perancangan blok diagram sistem

Perancangan blok diagram ini dilakukan dengan tujuan untuk mempermudah dalam realisasi sistem yang akan dibuat.

2. Implementasi rangkaian, dengan tahap–tahap sebagai berikut : a. Memilih rangkaian dari tiap masing–masing blok diagram. b. Menentukan komponen yang digunakan dalam rangkaian.

c. Merangkai dan menguji rangkaian dari masing–masing blok diagram.

d. Menggabungkan rangkaian dari setiap blok dalam project board

untuk dilakukan uji coba.

e. Membuat program dengan bahasa pemrograman dan memasukkan program yang telah dibuat ke dalam mikrokontroler ATmega328p. f. Melakukan uji coba penggabungan software dan hardware.

29

3. Pengujian alat

Tahap ini dilakukan untuk mengetahui tingkat keberhasilan alat yang dibuat. Dalam hal ini berupa pemantauan curah hujan dan menyimpan data yang diperoleh ke dalam media penyimpan SD Card serta memberikan info rutin harian melalui SMS (Sort Message Service). 4. Analisis dan simpulan

Setelah proses pembuatan alat selesai, langkah selanjutnya adalah mengumpulkan dan menganalisis data-data yang diperoleh dari pengujian keseluruhan alat yang telah dibuat. Proses analisis data dari pengujian alat ini dilakukan agar dapat diketahui mengenai kelebihan dan kekurangan yang terdapat pada alat ini untuk kemudian dapat diambil kesimpulan.

5. Pembuatan laporan

Pada tahap ini dilakukan penulisan terhadap data-data yang didapatkan dari hasil pengujian, analisis, dan kesimpulan.

30

31

D. Tahap dan Cara Pengujian Sistem

Adapun tahap dalam pengujian sistem yang dilakukan adalah sebagai berikut.

1. Menguji pergerakan tipping bucket.

2. Menguji kondisi waktu saat ini dengan membaca data dari rangkaian

Real Time Clock (RTC). 3. Menguji sensor cahaya. 4. Menguji sensor tegangan.

5. Menguji sistem penyimpanan menggunakan media penyimpan SD

Card.

6. Membaca data yang telah disimpan di dalam SD Card menggunakan komputer.

7. Mengukur besarnya volume yang dihasilkan oleh tipping bucket pada saat terjadi hujan.

8. Menguji pengopersian SIM900 GSM dalam pengiriman data melalui SMS.

9. Menguji alat secara keseluruhan untuk mengukur besarnya curah hujan.

E. Spesifikasi Alat

Spesifikasi alat yang dibuat adalah sebagai berikut :

1. Pengukuran curah hujan dengan menggunakan model tipping bucket.

2. Menggunakan sensor cahaya untuk mendeteksi pergerakan tipping bucket yang mewakili nilai tertentu.

3. Menggunakan sumber baterai sebagai catu daya.

32

5. Menggunakan data logger untuk menyimpan data curah hujan. 6. Menggunakan ATmega328P sebagai pengendali utama.

7. Mampu mengirim data harian melalui SMS menggunakan SIM900 GSM Shield.

8. Pemrograman menggunakan Arduino 1.0.1. 9. File dibuka dalam bentuk exel.

F. Diagram Blok Sistem

Gambar 3.2 Diagram Blok Sistem

33

G. Perancangan Perangkat Keras

Rangkaian yang digunakan dalam perancangan hardware ini adalah sebagai berikut.

1. Rangkaian Sensor Cahaya

Sensor cahaya ini menggunakan sebuah dioda LED D1 sebagai pemancar cahaya ke arah photo dioda PD1 seperti gambar di bawah ini.

Gambar 3.3 Rangkaian Sensor Cahaya

Rangkaian di atas mempunyai tiga buah pin beserta label yang menyertainya. Pin 3 (INT1) merupakan pin keluaran Arduino yang berfungsi untuk menghidupkan dioda LED D1 yang difungsikan sebagai pemancar terhadap photo dioda PD1. Selain itu, pin ini juga difungsikan sebagai penanda apabila SD Card tidak tersedia atau error

34

2. Rangkaian Sensor Tegangan

Sensor tegangan digunakan untuk mengukur besar tegangan baterai. Rangkaian ini dibentuk dari dua buah resistor, yaitu R1 dan R2 yang membentuk rangkaian pembagi tegangan.

Gambar 3.4 Sensor Tegangan

Berdasarkan persamaan (3) pada sensor tegangan di bab II, maka besarnya sinyal keluaran Vout pada sensor tegangan untuk tegangan sumber 12 V adalah sebagai berikut.

( ₎

Nilai keluaran dari sensor tegangan di atas kemudian akan dikonversi menjadi bilangan digital menggunakan ADC (Analog to Digital Converter) di dalam pengendali utama.

3. Rangkaian Real Time Clock (RTC)

35

meskipun PLN dalam keadaan mati. Berikut adalah gambar rangkaian dari RTC.

Gambar 3.5 Rangkaian Real Time Clock (RTC) 4. Rangkaian Penyimpan Data (SD Card)

Gambar 3.6 Rangkaian Penyimpan Data (SD Card)

36

dan proses penyimpanan terhadap ATmega328p (Arduino) menggunakan komunikasi SPI. Data yang diperoleh ini disimpan dalam bentuk file exel.

5. Komunikasi SIM900 GSM Shield

Komunikasi yang dimaksud adalah komunikasi antara SIM900 GSM

Shield terhadap ATmega328p (Arduino) yang menggunakan komunikasi serial. Melalui komunikasi ini, data curah hujan dapat dikirim secara rutin berdasarkan waktu tertentu yang telah ditentukan melalui layanan SMS (Sort Message Service).

Gambar 3.7 Komunikasi SIM900 GSM Shield

Data yang dikirim meliputi data curah hujan per 60 menit ketika mulai terjadi hujan, data curah hujan harian, dan data curah hujan total selama alat dihidupkan. Selain itu, juga terdapat informasi mengenai waktu, tanggal, dan besar tegangan baterai.

H. Diagram Alir Sistem

37

penyimpan, mengirimkan data curah hujan pada rentang waktu 60 menit sejak pengukuran pertama ketika terjadi hujan melalui layanan SMS, dan melakukan pengiriman data harian setiap 24 jam sekali yang juga melalui

38

Diagram pada gambar 3.8 merupakan diagram alir pada sistem penyimpanan. Pada diagram alir ini, sistem hanya akan melakukan kerja untuk menyimpan data ketika terjadi hujan. Ketika sistem dihidupkan, mikrokontroler ATmega 328p pada Board Arduino Uno akan melakukan inisialisasi perintah yang akan dijalankan. Kemudian, mikrokontroler akan membaca waktu dari rangkaian Real Time Clock (RTC) dan kondisi sinyal input yang menandakan posisi tipping bucket saat ini. Setelah itu, mikrokontroler menunggu perintah selanjutnya untuk menyimpan data curah hujan, yaitu berupa sinyal high atau low yang dikirimkan dari rangkaian sensor cahaya. Sinyal tersebut dipicu oleh pergerakan tipping bucket yang telah melewati batas kesetimbangannya dalam menampung air hujan yang pada dasarnya akan membuka atau menghalangi pancaran cahaya LEDpada sensor cahaya.

39

40

41

V.

SIMPULAN DAN SARAN

A. Simpulan

Berdasarkan hasil rancangan alat ukur curah hujan ini dapat diambil beberapa simpulan sebagai berikut :

1. Alat ini dapat mengukur besarnya curah hujan dengan metode tipping bucket. Besarnya nilai curah hujan yang mampu dibaca adalah

.

2. Data pengukuran curah hujan dapat dikirim melalui SMS (Sort Message Service). Pengiriman dilakukan dalam dua kondisi waktu, kondisi pertama adalah pengiriman tiap 60 menit atau per jam terhitung dari pertama kali alat mulai mengukur dan kondisi kedua adalah data harian yang dikirim sekali dalam 24 jam.

3. Data dan informasi yang dikirim meliputi data curah hujan per jam, data curah hujan per 24 jam, data curah hujan total selama alat dihidupkan, sedangkan informasi meliputi keterangan tanggal, bulan, tahun, dan waktu serta besar tegangan baterai.

4. Alat buatan ini hanya teruji pada kategori hujan sangat ringan, ringan, dan sedang.

71

B. Saran

Dalam pembuatan alat ukur curah hujan ini terdapat beberapa saran untuk perbaikan selanjutnya.

1. Memerlukan sumber energi tambahan untuk penggunaan ditempat jauh dan dalam jangka waktu yang lama.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Sumardi. 2009. Penakar Curah Hujan Automatis Menggunakan Mikrokontroler Atmega 32. Universitas Diponegoro. Semarang.

[2] M. Evita, H. Mahfudz, dkk. 2010. Alat Ukur Curah Hujan Tipping-Bucket Sederhana dan Murah Berbasis Mikrokontroler. Institut Teknologi

Bandung. Bandung.

[3] Microcontroller AVR ATmega 328. http://www.atmel.com.

Diakses pada 25 September 2013 [4] Arduino

http://arduino.cc/

Diakses pada 26 September 2013

[5] Skematik konfigurasi pin DS1307.

http://datasheets.maximintegrated.com/en/ds/DS1307.pdf. Diakses pada 30 September 2013

[6] Secure Digital Card Interface for the MSP430.

http://alumni.cs.ucr.edu/~amitra/sdcard/Additional/sdcard_appnote_foust. pdf

Diakses pada 3 Oktober 2013

[7] J. Sunardi, Sutanto, dkk. 2009.Rancang Bangun Antarmuka

Mikrokontroler Atmega32 Dengan Multimedia Card.STTN-BATAN. Yogyakarta.

[8] SIM900 GSM

http://iteadeurope.com/pm/platform/shield/icomsat/DOC_SIM900_Hardw are%20Design_V2.00.pdf

Diakses pada 13 September 2014 [9] BMKG

http://www.bmkg.go.id/

[10] Odyssey Data Recorder and Tipping Bucket http://odysseydatarecording.com/