i
PROPOSAL
PENELITIAN PROTIPE
DANA ITS TAHUN 2020
RANCANG BANGUN INSTRUMEN LOW-COST ULTRASONIC TIDE GAUGE DENGAN SISTEM INTERNET OF THINGS (IoT) SEBAGAI PENUNJANG MONITORING
KENAIKAN MUKA AIR LAUT
Tim Peneliti:
Ketua : Khomsin, S.T., M.T. (Teknik Geomatika/FTSPK)
Anggota : Danar Guruh Pratomo, ST., MT., PhD (Teknik Geomatika/FTSPK)
DIREKTORAT PENELITIAN DAN PENGABDIAN KEPADA MASYARAKAT INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
SURABAYA 2020
ii DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL... i DAFTAR ISI... ... ii DAFTAR GAMBAR... iv DAFTAR TABEL... v BAB I. RINGKASAN ... 1
BAB II. RINGKASAN ... 1
2.1 Latar Belakang ... 1
2.2 Perumusan Masalah ... 2
2.3 Tujuan Penelitian ... 2
2.4 Urgensi Penelitian ... 2
BAB III. TINJAUAN PUSTAKA ... 3
3.1 Kenaikan Muka Air Laut ... 3
3.2 Pasang Surut Air Laut ... 3
3.3 Komponen Harmonik Pasang Surut ... 4
3.4 Tipe Pasang Surut ... 5
3.5 Instrumen Pengukur Pasang Surut Air Laut ... 7
3.5.1 Tide Staff ... 7
3.5.2 Floating Tide Gauge ... 7
3.5.3 Pressure Tide Gauge ... 8
3.5.4 Radar Tide Gauge ... 8
3.6 Arduino Uno ... 9
3.6.1 Pin Masukan dan Keluaran Arduino Uno ... 10
3.6.2 Power Supply ... 11
3.6.3 Memori ... 11
3.6.4 Komunikasi ... 12
3.7 Arduino IDE ... 12
3.8 Sensor Ultrasonik ... 13
3.8.1 Prinsip Kerja Sensor Ultrasonik ... 14
3.8.2 Sensor JSN-SR04T ... 15
3.8.2 Faktor Koreksi Jarak Sensor Ultrasonik ... 15
3.9 Modul SD Card ... 15
3.10 Modul RTC DS3231 ... 15
3.11 Modul WiFi ESP8266 ... 16
3.12 Sensor Suhu DHT22 ... 16
3.13 Internet of Things (IoT) ... 17
3.14 Penelitian Terdahulu ... 17
3.14.1 Penelitian Oleh Mufidul Khoir ... 17
3.14.2 Penelitian Oleh Abdul Chobir Dkk ... 17
3.14.3 Penelitian Oleh Naufal Ananda Dkk ... 18
3.15 Road Map Penelitian ... 18
BAB IV. METODOLOGI PENELITIAN ... 19
4.1 Lokasi Penelitian ... 19
4.2 Alat dan Bahan ... 19
4.2.1 Alat ... 19
4.2.2 Bahan ... 20
iii
4.3.1 Tahap Persiapan ... 21
4.3.2 Tahap Perancangan ... 21
4.3.3 Tahap Pengujian ... 21
4.3.4 Tahap Akhir ... 23
4.4 Pembagian Tugas Penelitian ... 23
BAB V. JADWAL DAN RANCANGAN ANGGARAN BIAYA... 24
5.1 Jadwal Pelaksanaan ... 24
5.2 Rancangan Anggaran Biaya ... 24
BAB VI. DAFTAR PUSTAKA ... 27
iv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 3.1 Grafik Diurnal Tide ... 5
Gambar 3.2 Grafik Semi Diurnal Tide ... 5
Gambar 3.3 Grafik Mixed Tide Prevailing Diurnal ... 6
Gambar 3.4 Grafik Mixed Tide Prevailing Semi Diurnal ... 6
Gambar 3.5 Tide Staff ... 7
Gambar 3.6 Floating Tide Gauge ... 8
Gambar 3.7 Pressure Tide Gauge ... 8
Gambar 3.8 Radar Tide Gauge ... 9
Gambar 3.9 Arduino Uno ... ... 9
Gambar 3.10 Arduino IDE ... 12
Gambar 3.11 Prinsip Kerja Sensor Ultrasonik ... 13
Gambar 3.12 Prinsip Pemantulan Sensor Ultrasonik ... 14
Gambar 3.13 Sensor JSN-SR04T ... 14
Gambar 3.14 Modul SD Card ... 15
Gambar 3.15 Modul RTC DS3231 ... 16
Gambar 3.16 Modul WiFi ESP8266 ... 16
Gambar 3.17 Sensor Suhu DHT22 ... 17
Gambar 3.18 Road Map Penelitian Kenaikan Muka Air Laut... 18
Gambar 4.1 Lokasi Pembuatan Alat ... 19
Gambar 4.2 Lokasi Pengujian Alat ... 19
Gambar 4.3 Diagram Alir Penelitian ... 20
v
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1 Komponen Pasang Surut ... 4
Tabel 4.1 Pembagian Tugas Penelitian ... 23
Tabel 5.1 Jadwal Pelaksanaan Penelitian ... 24
1 BAB I. RINGKASAN
Kenaikan muka air laut adalah fenomena naiknya muka laut yang disebabkan oleh banyak faktor, salah satunya pemanasan global. Wilayah pesisir pantai merupakan wilayah yang paling rentan terkena dampak kenaikan muka air laut. Untuk mengukur naiknya muka air laut, diperlukan data pasang surut secara kontinyu lebih dari 10 tahun dan menggunakan sebuah intrumen pengukur pasang surut atau bisa disebut tide gauge.
Instumen pengukur pasang surut biasa ditemukan di dalam sebuah stasiun pasang surut. Akan tetapi, jumlah stasiun pasang surut di Indonesia hanya 138, jumlah tersebut termasuk sangat sedikit untuk wilayah Indonesia yang sangat luas. Adapun instrument yang biasa dipasang di stasiun pasang surut juga memiliki harga yang cukup mahal.
Oleh karena itu pada tugas akhir ini, penulis akan merancang sebuah tide gauge yang memiliki biaya pembuatan yang sangat jauh lebih murah dibanding dengan ultrasonic tide
gauge di pasaran, dan dilengkapi juga dengan sistem Internet of Things (IoT) yang dapat
mengupload data ke sebuah website untuk monitoring secara online dan real-time.
Kata Kunci: Kenaikan Muka Air Laut, Tide Gauge, Low-Cost, Pasang Surut Air Laut, Sensor Ultrasonik, Arduino
BAB II. LATAR BELAKANG 2.1 Latar Belakang
Sea Level Rise atau kenaikan muka air laut merupakan fenomena naiknya tinggi muka air laut yang merupakan akibat dari perubahan iklim yang dikaitkan dengan pemanasan global. Pemanasan global menyebabkan cairnya gletser es pada daerah kutub yang menyebabkan pertambahan pada volume air laut. (Febrianto, 2017), perubahan tinggi muka air laut dapat dilihat sebagai suatu fenomena alam yang terjadi secara periodik maupun menerus.
Perubahan tinggi muka air laut yang terjadi secara periodik dan terus menerus tersebut dapat dilihat dan dihitung menggunakan data pasang surut air laut. Pasang surut bervariasi pada rentang waktu mulai dari beberapa jam hingga dalam hitungan tahun karena berbagai pengaruh/faktor eksternal. Untuk membuat catatan yang akurat, dibutuhkan sebuah stasiun pengamat pasang surut yang terdapat instrumen tide gauge yang harus tetap mengukur tinggi air laut dari waktu ke waktu. Pengukuran boleh mengabaikan variasi yang disebabkan oleh gelombang dengan periode yang lebih pendek dalam hitungan menit. Kemudian, dari data pasang surut, dapat digunakan untuk melakukan perhitungan referensi elevasi (atau datum) permukaan laut (Hasibuan, 2009).
Sebelum berkembangnya teknologi, pengukuran pasang surut air laut dilakukan menggunakan sebuah papan duga yang memiliki skala ukuran dalam satuan tertentu, dan dipasang di tapi laut dan dipantau serta dicatat secara manual bacaan naik turunnya air laut. Seiring berkembangnya teknologi, instrumen pengukur pasang surut mulai diciptakan dengan istilah Tide Gauge (Kurniawan, 2016).
Tide gauge memiliki berbagai macam jenis, antara lain pressure tide gauge, radar tide gauge, dan floating tide gauge (IOC, 2015). Akan tetapi, tide gauge memiliki satu
kelemahan, yaitu harganya yang cukup mahal di pasaran. Maka dari itu, banyak surveyor memilih untuk melakukan pengamatan pasang surut dengan papan duga, tetapi hal tersebut cukup menguras tenaga surveyor. Atau menggunakan data pasang surut dari stasiun pasang surut yang ada, akan tetapi tidak semua lokasi memiliki stasiun pasang surut.
2
Seiring berjalannya waktu, perkembangan teknologi instrumen mulai memanfaatkan konektivitas internet untuk melakukan transfer data, melakukan kontrol instrumen, dan sebagainya. Sistem tersebut biasa dikenal dengan istilah Internet of
Thing atau disingkatan IoT. Dengan menggunakan sistem IoT ini, seluruh pekerjaan
monitoring maupun kontroling yang awalnya dilakukan secara manual oleh seseorang dan haru ke lokasi tempat instrumen berada, kegiatan kontroling dan di monitoring dapat dilakukan di lokasi yang jauh dari lokasi instrumen berada dan secara real-time.
Berdasarkan pada kondisi tersebut, Penulis akan melakukan penelitian perancangan instrumen low-cost automatic tide gauge dengan menggunakan sensor ultrasonik dengan sistem IoT berbasis Arduino. Instrumen tersebut diharapkan dapat menyelesaikan permasalahan mahalnya harga instrumen automatic tide gauge yang beredar di pasar dengan menggunakan komponen hemat biaya, dan pastinya dengan sistem IoT yang akan diterapkan di instrumen pada penelitian ini. Untuk mengetahui ketelitian instrumen, akan dilakukan uji ketelitian bacaan ultrasonic tide gauge dengan bacaan pada papan duga, sehingga produk dari penelitian ini tidak hanya memiliki kelebihan pada harganya yang murah, tapi diharapkan dapat memiliki kualitas yang bersaing dengan instrumen pengukur pasang surut otomatis yang telah ada.
2.2 Perumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang yang diuraikan di atas, maka dapat dirumuskan permasalahan dalam penelitian sebagai berikut:
1. Bagaimana perancangan instrumen low-cost ultrasonic tide gauge dengan sistem IoT berbasis Arduino?
2. Bagaimana komparasi data instrumen low-cost ultrasonic tide gauge dengan sistem IoT berbasis Arduino dengan data bacaan pasang surut manual menggunakan papan duga?
2.3 Tujuan Penelitian
Tujuan dalam penelitian Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut:
1. Membuat prototipe instrumen low-cost ultrasonic tide gauge dengan sistem IoT berbasis Arduino.
2. Mengetahui komparasi data instrumen low-cost ultrasonic tide gauge dengan sistem IoT berbasis Arduino dengan data pengamatan pasang surut menggunakan papan duga.
2.4 Urgensi Penelitian
Tujuan dalam penelitian Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut:
1. Memberikan informasi pasang surut air laut yang dapat berguna untuk pemantauan kenaikan muka air laut, pelayaran, rekayasa pantai, dan masih banyak lagi.
2. Menghasilkan sebuah instrumen pengukur pasang surut otomatis ultrasonic tide
gauge yang memiliki harga yang murah dengan sistem IoT.
3. Memberikan analisis ketelitian data low-cost ultrasonic tide gauge jika dikomparasi dengan hasil bacaan manual pada papan duga.
3 BAB III. TINJAUAN PUSTAKA
3.1 Kenaikan Muka Air Laut
Fenomena kenaikan muka air laut mengemuka seiring dengan terjadinya pemanasan global (global warming). Pemanasan global pada dasarnya merupakan fenomena peningkatan suhu secara global dari tahun ke tahun sebagai akibat adanya efek rumah kaca (greenhouse effect). Pemanasan global yang terus menerus terjadi menyebabkan kenaikan suhu permukaan air laut yang kemudian mengakibatkan pemuaian air laut dimana menyebabkan mencairnya es abadi. Pemuaian air laut dan mencairnya salju-salju abadi secara kontinyu akan berdampak terhadap naiknya permukaan air laut (Febrianto, 2017).
Dalam abad ke-20, permukaan air laut secara global meningkat 10-20 centimeter, dengan rata-rata 1,7 mm/ tahun dengan akselerasi peningkatan mencapai 0.013 mm/ tahun. Angka perubahan tersebut berdasarkan peningkatan perubahan keniakan muka air laut selama 100 tahun. Berdasarkan prediksi International Panel On Climate Change
(IPCC), permukaan air laut akan mengalami kenaikan 9 – 88 centimeter dalam 100 tahun
kedepan, dengan estimasi-tengah untuk kenaikan 50 centimeter. Hal ini dapat diartikan kenaikan permukaan air laut terjadi dalam angka 5 milimeter per tahun, dimana prediksi ini lebih cepat dua sampai empat kali selama abad dua puluh (Febrianto, 2017).
Kenaikan permukaan air laut secara global berdasarkan periode 10 tahun selama periode 1993 sampai dengan 2003 diestimasi mencapai 3,1 mm / tahun berdasarkan pengamatan satelit altimetry dimana angka tersebut secara signifikan mempiliki perbedaan 1,7 milimeter dari rata-rata per tahun. Pada tahun 1993 sampai dengan 2003, berdasarkan perekaman data pasang surut dalam kurun waktu 10 tahun tersebut juga mengindikasikan perubahan kenaikan permukaan air laut yang hampir sama dengan pengamatan altimetry (Febrianto, 2017).
Perubahan kenaikan permukaan air laut secara global merupakan permasalahan global yang berdampak pada lingkungan di sekitar area pesisir (coastal
area).Bagaimanapun juga wilayah pulau-pulau kecil dan wilayah negara yang dikelilingi
perairan tentu memiliki resiko tinggi dan rentan terhadap perubahan kenaikan permukaan air laut. Dimana dengan terjadinya kenaikan permukaan air laut dapat meyebabkan terjadinya peningkatan intensitas banjir, erosi pantai, meningkatkan resiko badai laut serta mengancam infrastruktur daerah pesisir (Febrianto, 2017) .
Untuk mengetahui perubahan kenaikan permukaan air laut melalui data pengamatan pasang surut dibutuhkan data-data pengamatan pasang surut dalam jangka waktu yang panjang (long-term).
3.2 Pasang Surut Air Laut
Pasang surut merupakan salah satu gejala alam yang nyata di permukaan laut, yaitu berupa gerakan vertikal (naik dan turun) secara teratur dan berulang-ulang dari seluruh partikel massa air laut sampai bagian terdalam dari dasar laut (Dewi Surinati). Pasang surut air laut adalah fluktasi muka air laut yang disebabkan oleh gaya tarik bendaa-benda langit terutama matahari dan bulan terhadap masa air laut bumi. Dalam hal ini bulan lebih berpengaruh terhadap pasang surut air laut, dibandingkan dengan matahari. Hal ini dikarenakan jarak antara bulan dengan Bumi relatif lebih dekat jika dibandingkan dengan jarak antara Bumi dan Matahari (Fadhilah, 2014).
Pembentukan pasang surut air laut dipengaruhi oleh beberapa gerakan, diantaranya ialah :
4
• Revolusi bulan terhadap bumi, dimana orbitnya berbentuk elips dan memerlukan periode untuk menyelesaikan revolusi itu selama 29,5 hari.
• Revolusi bumi terhadap matahari dengan orbitnya berbentuk elips, periode yang diperlukan adalah 365,25 hari.
• Perputaran bumi terhadap sumbunya sendiri, periode yang diperlukan untuk gerakan ini adalah 24 jam.
Data pasang surut air laut memiliki peran penting dalam mengimplementasikan Undang-Undang Republik Indonesia Nomor 27 Tahun 2007 tentang pengelolaan Wilayah Pesisir dan Pulau-pulau Kecil. Selain itu, data pasang-surut air laut sangat diperlukan dalam penentuan garis pantai dan garis pelaksanaan survei bathimetri. Data pasang surut air laut digunakan untuk memberikan koreksi dalam penentuan kedalaman dengan echosounder (Fadhilah, 2014).
Pengetahuan tentang pasang surut adalah penting didalam perencanaan bangunan pantai dan pelabuhan. Elevasi muka air tertinggi (pasang) dan terendah (surut) sangat penting untuk merencanakan bangunan bangunan tersebut. Sebagai contoh, elevasi puncak bangunan pemecah gelombang dan dermaga ditentukan oleh elevasi muka air pasang, sementara kedalaman alur pelayaran/ pelabuhan ditentukan oleh muka air surut (Triatmodjo, 2008).
3.3 Komponen Harmonik Pasang Surut
Rotasi bumi, revolusi bumi terhadap matahari dan revolusi bulan terhadap bumi menyebabkan resultan gaya penggerak pasang surut yang rumit dapat diuraikan sebagai hasil gabungan sejumlah komponen harmonik pasang surut (Harmonic Constituent). Komponen harmonik tersebut dapat dibagi menjadi tiga komponen yaitu tengah harian, harian dan periode panjang (Pradipta dkk, 2015). Beberapa komponen harmonik yang penting dapat dilihat pada Tabel 2.1 berikut:
Tabel 3.1 Komponen Pasang Surut
Komponen Simbol Keterangan
Utama bulan M2
Pasang surut semi diurnal Utama matahari S2
Bulan akibat variasi bulanan jarak bumi-bulan
N2
Matahari –bulan akibat perubahan sudut deklinasi matahari-bulan
K2
Matahari-bulan K1
Pasang surut diurnal
Utama – bulan O1
Utama – matahari P1
Utama – bulan M4
Perairan dangkal Matahari - bulan MS4
5 3.4 Tipe Pasang Surut
Secara umum pasang surut air laut dapat dibedakan menjadi empat tipe, yaitu : • Pasang surut harian tunggal (diurnal tide)
Merupakan pasang surut dimana dalam satu hari terjadi satu kali air pasang dan satu kali air surut. Periode pasang surut tipe ini adalah 24 jam 50 menit. Pasang surut ini biasanya terdapat di Selat Karimata.
Gambar 3.1 Grafik Diurnal Tide (Taufiqurrahman, 2017) • Pasang surut harian ganda (Semi Diurnal Tide)
Merupakan pasang surut yang terjadi dua kali pasang dan dua kali surut yang tingginya hampir sama dalam satu hari. Periode pasang surut rata-rata adalah 12 jam 24 menit. Pasang surut ini biasanya terjadi di Selat Malaka hingga Laut Andaman.
Gambar 3.2 Grafik Semi Diurnal Tide (Taufiqurrahman 2017)
• Pasang surut campuran condong harian tunggal (Mixed Tide, Prevailing Diurnal) Merupakan pasang surut yang tiap harinya terjadi satu kali pasang dan satu kali surut tetapi terkadang dengan dua kali pasang dan dua kali surut yang sangat berbeda dalam tinggi dan waktu. Pasang surut ini biasanya terdapat di Pantai Selatan Kalimantan dan Pantai Utara Jawa Barat.
6
Gambar 3.3 Grafik Mixed Tide Prevailing Diurnal (Taufiqurrahman, 2017)
• Pasang surut campuran condong harian ganda (Mixed Tide, Prevailing Semi Diurnal) Merupakan pasut yang terjadi dua kali pasang dan dua kali surut dalam sehari tetapi terkadang terjadi satu kali pasang dan satu kali. Surut dengan memiliki tinggi dan waktu yang berbeda. Pasang surut ini terdapat di Pantai Selatan Jawa dan Indonesia Bagian Timur.
Gambar 3.4 Grafik Mixed Tide Prevailing Semi Diurnal (Taufiqurrahman, 2017)
tipe pasang surut di suatu perairan dapat diketahui dengan menggunakan persamaan yang biasa disebut dengan bilangan Formzhal (Pugh, 1987) seperti persamaan berikut ini:
𝐹 =(𝑂1 + 𝐾1) (𝑀2 + 𝑆2) Keterangan :
F : Bilangan Formzhal
O1 : Unsur pasut tunggal utama yang disebabkan oleh gaya tarik bulan K1 : Unsur pasut tunggal utama yang disebabkan oleh gaya tarik matahari M2 : Unsur pasut ganda utama yang disebabkan oleh gaya tarik bulan S2 : Unsur pasut ganda utama yang disebabkan oleh gaya tarik matahari
7
Dari perhitungan bilangan Formzhal, dapat ditentukan jenis pasutnya dengan syarat sebagai berikut:
F ≤ 0.25 : Pasut ganda 0.25 < F ≤ 1.5 : Pasut tunggal
1.5 < F ≤ 3.0 : Pasut campuran dominan ganda F > 3.0 : Pasut campuran dominan tunggal 3.5 Instrumen Pengukur Pasang Surut Air Laut
Tide gauge merupakan alat atau instrumen yang digunakan untuk mengukur tinggi pasut. Instrumen pengukur pasang surut yang umum digunakan diantaranya adalah tide staff, floating tide gauge, dan pressure tide gauge (IOC, 2015).
Berikut ini beberapa contoh dari alat-alat pengukur pasang surut air laut. 3.5.1 Tide Staff
Alat pengukur pasang surut yang paling sederhana berupa papan mistar memiliki ketebalan antara 1 sampai 2 inchi dengan lebar 4 sampai 6 inchi, dan dengan pembagian skala yang umumnya dalam sistem meter, sedangkan panjangnya harus lebih besar dari tunggang pasut (tidal range). Misalnya, pada perairan dengan tunggang pasut sebesar 2 m, maka ukuran papan skala ini harus lebih dari 2 m (IOC, 2015). Ilustrasi dari tide staff dapat dilihat pada gambar berikut ini.
Gambar 3.5 Tide Staff 3.5.2 Floating Tide Gauge
Prinsip kerja alat ini berdasarkan gerakan naik turunnya permukaan laut yang dapat diket ahui melalui pelampung yang dihubungkan dengan alat pencatat. Pengukuran tinggi muka air oleh alat ini dilakukan dengan mendeteksi pergerakan naik turun dari air. Perubahan tinggi pada permukaan air akan menyebabkan pelampung begerak vertikal (naik turun), pelampung dan penahan beban diikat dengan kabel dan dihubungkan dengan sebuah katrol yang terdapat pada enkoder, sehingga gerakan pelampung dapat memutar katrol. Perputaran yang terjadi pada katrol akan dikonversikan menjadi suatu sinyal digital dan ditransfer ke unit data logger melalui kabel transduser. Di dalam data logger unit sinyal listrik tersebut diproses sehingga menjadi nilai yang terukur pada instrumen (IOC, 2015).
8
Gambar 3.6 Floating Tide Gauge (IOC, 2015)
3.5.3 Pressure Tide Gauge
Prinsip kerja pressure tide gauge hampir sama dengan floating tide gauge, namun perubahan naik-turunnya air laut direkam melalui perubahan tekanan pada dasar laut dan tekanan atmosfer di permukaan air laut yang dihubungkan dengan alat pencatat (IOC, 2015). Berikut ini gambar komponen dari pressure
tide gauge.
Gambar 3.7 Pressure Tide Gauge (Adityayuda, 2012) 3.5.4 Radar Tide Gauge
Alat ini dilengkapi dengan pemancar pulsa radar (transmitter), penerima pulsa radar (receiver), serta jam berakurasi tinggi. Pada sistem ini, radar memancarkan pulsa-pulsa gelombang radio ke permukaan laut. Pulsa-pulsa tersebut dipantulkan oleh permukaan laut dan diterima kembali oleh radar. Sistem radar ini dapat mengukur ketinggian radar di atas permukaan laut
Pressure Transducer
Data Logger Display
9
dengan menggunakan waktu tempuh dari pulsa radar yang dikirimkan ke permukaan laut, dan dipantulkan kembali ke radar (Adityayuda, 2012).
Gambar 3.8 Radar Tide Gauge (Adityayuda, 2012) 3.6 Arduino Uno
Arudino adalah platform pembuatan prototipe elektronik yang bersifat open-source hardware yang berdasarkan pada perangkat keras dan perangkat keras dan perangkat lunak yang fleksibel dan mudah digunakan. Arduino ditujukan bagi para seniman, desainer, dan siapapun yang tertarik dalam menciptakan objek atau lingkungan yang interaktif.
Arduino pada awalnya dikembangkan di Ivrea, Italia. Nama Arduino adalah sebuah nama maskulin yang berarti teman yang kuat. Platform Ardunio terdiri dari Arduino board, Shield, bahasa pemprograman Arduino dan Arduino Development Environtment. Arduino board biasanya memiliki sebuah chip dasar mikrokontroller Atmel AVR Atmega8.
Arduino Uno adalah arduino board yang menggunakan mikrokontroller Atmega328. Arduino Uno memiliki 14 pin digital(6 pin dapat digunakan sebagai output PWM), 6 input analog, sebuaah 16 MHz osilator kristal, sebuah koneksi USB, sebuah konektor sumber tegangan, sebuah header ICSP, dan sebuah tombol reset. Arduino memiliki cakupan yang luas untuk segala hal yang dibutuhkan untuk mendukung sebuah aplikasi yang berbasiskan mikrokontroller. Hanya dengan menghubungkan ke sebuah komputer melalui USB atau memberikan tegangan DC dari baterai atau adaptor AC ke DC sudah dapat membuat aplikasinya bekerja. Arduino Uno menggunakan Atmega16U2 yang diprogram sebagai USB-to-serial converter untuk komunikasi serial ke komputer melalui port USB (Arduino, 2010).
Bentuk dari Arduino Uno dapat dilihat seperti gambar dibawah ini :
Gambar 3.9 Arduino Uno (Arduino, 2010)
10
Berikut adalah penjelasan dari bagian-bagian pada Arduino Uno:
a. USB Port, Port USB ini digunakan untuk melakukan mengunggah program yang telah dibuat ke board Arduino.
b. DC Input, digunakan sebagai sumber tenaga dari Arduino Uno.
c. Input/Output Digital, merupakan Port yang digunakan sebagai input dan output dari data digital.
d. Reset Button, tombol yang digunakan untuk melakukan restrat dari program yang berjalan pada Arduino Uno.
e. ATmega328, mikrokontroller yang digunakan pada Arduino Uno. f. Input Analog, merupakan Port yang digunakan sebagai input dari data
analaog.
Adapun spesifikasi teknis dari Arduino Uno adalah sebagai berikut:
• Mikrokontroler : ATmega328
• Tegangan Operasi : 5V
• Tegangan Input (recommended) : 7 - 12 V • Tegangan Input (limit) : 6-20 V
• Pin digital I/O : 14 (6 diantaranya pin PWM) • Pin Analog input : 6 − Arus DC per pin I/O : 40 mA • Arus DC untuk pin 3.3 V : 150 mA
• Flash Memory : 32 KB dengan 0.5 KB digunakan untuk bootloader
• EEPROM : 1 KB
• Kecepatan Pewaktuan : 16 Mhz
Pada Arduino Uno, mempunyai beberapa komponen yang memiliki peran penting, komponen tersebut antara lain adalah sebagai berikut:
3.6.1 Pin Masukan dan Keluaran Arduino Uno
Masing-masing dari 14 pin digital arduino uno dapat digunakan sebagai masukan atau keluaran menggunakan fungsi pinMode(), digitalWrite() dan
digitalRead(). Setiap pin beroperasi pada tegangan 5 volt. Setiap pin mampu
menerima atau menghasilkan arus maksimum sebasar 40 mA dan memiliki 10 resistor pull-up internal (diputus secara default) sebesar 20-30 KOhm. Sebagai tambahan, beberapa pin masukan digital memiliki kegunaan khusus yaitu:
• Komunikasi serial: pin 0 (RX) dan pin 1 (TX), digunakan untuk menerima (RX) dan mengirim (TX) data secara serial.
• External Interrupt: pin 2 dan pin 3, pin ini dapat dikonfigurasi untuk memicu sebuah interrupt pada nilai rendah, sisi naik atau turun, atau pada saat terjadi perubahan nilai.
• Pulse-width modulation (PWM): pin 3, 5, 6, 9, 10 dan 11, menyediakan keluaran PWM 8-bit dangan menggunakan fungsi analogWrite(). • Serial Peripheral Interface (SPI): pin 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO)
dan 13 (SCK), pin ini mendukung komunikasi SPI dengan menggunakan SPI library.
• LED: pin 13, terdapat built-in LED yang terhubung ke pin digital 13. Ketika pin bernilai High maka LED menyala, sebaliknya ketika pin bernilai Low maka LED akan padam.
11
Arduino Uno memiliki 6 masukan analog yang diberi label A0 sampai A5, setiap pin menyediakan resolusi sebanyak 10 bit (1024 nilai yang berbeda). Secara default pin mengukur nilai tegangan dari ground (0V) hingga 5V, walaupun begitu dimungkinkan untuk mengganti nilai batas atas dengan menggunakan pin Aref dan fungsi analogReference(). Sebagai tambahan beberapa pin masukan analog memiliki fungsi khusus yaitu pin A4 (SDA) dan pin A5 (SCL) yang digunakan untuk komunikasi Two Wire Interface (TWI) atau Inter Integrated Circuit (I2C) dengan menggunakan Wire library (Adruino, 2010).
• TWI: A4 atau SDA pin dan A5 atau SCL pin. Mendukung komunikasi TWI.
• Aref. Referensi tegangan untuk input analog. Digunakan dengan analogReference().
• Reset. 3.6.2 Power Supply
Arduino Uno dapat diberi daya melalui koneksi USB (Universal Serial Bus) atau melalui pboower supply eksternal. Jika Arduino Uno dihubungkan ke kedua sumber daya tersebut secara bersamaan maka Arduino Uno akan memilih salah satu sumber daya secara otomatis untuk digunakan. Power
supply eksternal (yang bukan melalui USB) dapat berasal dari adaptor AC ke
DC atau baterai. Adaptor dapat dihubungkan ke soket power pada Arduino Uno. Jika menggunakan baterai, ujung kabel yang dibubungkan ke baterai dimasukkan kedalam pin GND dan Vin yang berada pada konektor power.
Arduino Uno dapat beroperasi pada tegangan 6 sampai 20 volt. Jika Arduino Uno diberi tegangan di bawah 7 volt, maka pin 5V pada board Arduino akan menyediakan tegangan di bawah 5 volt dan mengakibatkan Arduino Uno mungkin bekerja tidak stabil. Jika diberikan tegangan melebihi 12 volt, penstabil tegangan kemungkinan akan menjadi terlalu panas dan merusak Arduino Uno. Tegangan rekomendasi yang diberikan ke arduino uno berkisar antara 7-12 volt (Arduino, 2010). Pin-pin catu daya adalah sebagai berikut:
• Vin adalah pin untuk mengalirkan sumber tegangan ke arduino uno ketika menggunakan sumber daya eksternal (selain dari koneksi USB atau sumber daya yang teregulasi lainnya). Sumber tegangan juga dapat disediakan melalui pin ini jika sumber daya yang digunakan untuk arduino uno dialirkan melalui soket power.
• 5V adalah pin yang menyediakan tegangan teregulasi sebesar 5 volt berasal dari regulator tegangan pada arduino uno.
• 3V3 adalah pin yang meyediakan tegangan teregulasi sebesar 3,3 volt berasal dari regulator tegangan pada arduino uno.
• GND adalah pin ground. 3.6.3 Memori
Arduino Uno adalah Arduino board yang menggunakan mikrokontroler ATmega328. Maka peta memori arduino uno sama dengan peta memori pada mikrokontroler ATmega328. ATmega328 ini memiliki 32 KB dengan 0,5 KB digunakan untuk loading file. Ia juga memiliki 2 KB dari SRAM dan 1 KB dari EEPROM (Arduino, 2010).
12 3.6.4 Komunikasi
Arduino uno memiliki sejumlah fasilitas untuk berkomunikasi dengan komputer, Arduino lain atau mikrokontroler lain. ATmega328 ini menyediakan UART TTL (5V) komunikasi serial, yang tersedia pada pin digital 0 (RX) dan 1 (TX). Firmware Arduino menggunakan USB driver standar COM, dan tidak ada driver eksternal yang dibutuhkan. Namun pada sistem operasi Windows, format file Inf diperlukan.
Perangkat lunak Arduino termasuk monitor serial yang memungkinkan data sederhana yang akan dikirim ke board Arduino. RX dan TX LED di board akan berkedip ketika data sedang dikirim melalui chip USB-to-serial dan koneksi USB ke komputer. ATmega328 ini juga mendukung komunikasi I2C (TWI) dan SPI. Fungsi ini digunakan untuk melakukan komunikasi inteface pada system (Arduino, 2010).
3.7 Arduino IDE
Arduino Development Environtment atau disingkat Arduino IDE ini terdiri dari
editor teks untuk menulis kode, sebuah area pesan, sebuah konsol, sebuah toolbar
dengan tools unuk fungsi yang umum dan beberapa menu. Arduino IDE terhubung ke Arduino Board untuk Mengunggah program dan juga untuk berkomunikasi dengan Arduino (Simanjuntak, 2012).
Software yang ditulis menggunakan Arduino IDE disebut sketch. Sketch ditulis pada editor teks, disimpan dengan berekstensi .ino. Area pesan memberikan informasi dan pesan error ketika penyimapanan atau pada saat membuka sketch. Pada fungsi konsol menampilkan output teks dari Arduino IDE dan juga menampilkan pesan error ketika akan mengkompile sketch. Pada sudut kanan bawah dari jendela Arduino IDE menunjukan jenis board dan port serial yang sedang digunakan. Tombol toolbar pada Arduino IDE untuk mengecek dan mengunggah sketch, membuat, membuka dan menyimpan sketch, dan mengunggah sketch, membuat,membuka dan menyimpan
sketch,dan menampilkan serial monitor (Simanjuntak, 2012). Arduino IDE
menggunakan bahasa pemprograman C++ dengan tingkat dan versi yang disederhanakan, sehingga lebih mudah dalam pengerjaan. Arduino menggunakan
software processing yang digunakan untuk menulis program kedalam Arduino.
Processing sendiri merupakan penggabungan antara bahasa C++ dan Java.
13 3.8 Sensor Ultrasonik
Sensor ultrasonik merupakan sensor yang bekerja berdasarkan prinsip kerja pantulan gelombang suara, dimana sensor menghasilkan gelombang suara yang kemudian menangkap kembali dengan perbedaan waktu sebagai dasar pengindra. Perbedaan waktu antara gelombang suara yang dipancarkan dan diterima kembali adalah berbanding lurus dengan jarak atau tinggi objek yang memantulkannya. Jenis objek yang dapat diindranya adalah zat padat, zat cair dan butiran. Sensor ultrasonik dapat dengan mudah dihubungkan dengan mikrokontroler melalui satu pin I/O.
Sensor ultrasonik pada umumnya digunakan untuk menentukan jarak sebuah objek. Sensor ultrasonik mempunyai kemampuan mendeteksi objek lebih jauh terutama untuk benda-benda yang keras. Pada benda-benda yang keras yang mempunyai permukaan yang kasar gelombang ini akan dipantulkan lebih kuat dari pada benda yang permukaannya lunak. Tidak seperti pada sensor-sensor lain seperti inframerah atau sensor leser. Sensor ulrasonik ini memiliki jangkauan deteksi yang relative luas. Sehingga dengan demikian untuk jarak deteksi yang didapat tanpa menggunakan pengolahan lanjutan (Suspimiany, 2015).
3.8.1 Prinsip Kerja Sensor Ultrasonik
Frekuensi kerja sensor ultrasonik pada daerah di atas gelombang suara dari 40 KHz - 400 KHz. Sensor ultrasonik terdiri dari dua unit, yaitu unit pemancar dan unit penerima. Struktur unit pemancar dan penerima sangatlah sederhana, sebuah kristal piezoelectric dihubungkan dengan mekanik jangkar dan hanya dihubungkan dengan diafragma penggetar. Tegangan bolak – balik yang memiliki frekuensi kerja 40 KHz – 400 KHz diberikan pada plat logam. Struktur atom dari kristal piezoelectric akan berkontraksi (mengikat), mengembang atau menyusut terhadap polaritas tegangan yang diberikan dan ini disebut efek piezoelectric. Kontraksi yang terjadi diteruskan ke diafragma penggetar sehingga
terjadi gelombang ultrasonik yang dipancarkan ke udara (tempat se kitarnya).
Pantulan gelombang ultrasonik akan terjadi bila ada objek tertentu dan pantulan diterima kembali oleh unit sensor penerima. Selanutnya unit sensor penerima akan menyebabkan diafragma penggetar akan bergetar dan efek piezoelectric menghasilkan sebuah tegangan bolak-balik dengan freukuensi yang sama (Rochim, 2016). Berikut ini visualisasi prinsip kerja dari sensor ultrasonik yang dapat dilihat pada Gambar 3.11.
Gambar 3.11 Prinsip Kerja Sensor Ultrasonik (Rochim, 2016)
Proses sensoring yang dilakukan pada sensor ini menggunakan metode pantulan untuk menghitung jarak antara sensor dengan objek sasaran. Jarak antara sensor tersebut dihitung dengan cara mengalikan setengah waktu
14
yang digunakan oleh sinyal ultrasonik dalam perjalanannya dari rangkaian pengirim (Tx) sampai diterima oleh rangkaian penerima (Rx) dengan kecepatan rambat dari sinyal ultrasonik tersebut pada media rambat yang digunakannya, yaitu udara. Waktu dihitung ketika pemancar aktif dan sampai ada input dari rangkaianpenerima dan bila pada melebihi batas waktu tertentu rangkaian penerima tidak ada sinyal input maka dianggap tidak ada halang didepannya (Rochim, 2016). Prinsip pantulan dari sensor ulrasonik ini dapat dilihat pada Gambar 3.12.
Gambar 3.12 Prinsip Pemantulan Sensor Ultrasonik (Rochim, 2016)
3.8.2 Sensor JSN-SR04T
Sensor JSN-SR04T adalah sensor pengukur jarak berbasis gelombang ultrasonik yang memiliki kelebihan berupa tranduser yang waterproof atau kedap air. Prinsip kerja sesnsor ini mirip dengan radar ultrasonik. Gelombang ultrasonik di pancarkan kemdian di terima balik oleh receiver ultrasonik. Jarak antara waktu pancar dan waktu terima adalah representasi dari jarak objek (Chobir, 2017).
Gambar 3.13 Sensor JSN-SR04
(Rochim, 2016)
Adapun spesifikasi dari sensor ultrasonik JSN-SR04T adalah sebaai berikut:
• Tegangan : 5VDC
• Arus pada Mode siaga : 30 mA (rata – rata), 50 mA (max) • Frekuensi Kerja : 40 kHz
• Jangkauan Minimum : 25cm
• Resolusi : 0,2cm
• Jangkauan Maksimum : 4m (kurang presisi semakin mendekati 4m) • Sudut Deteksi : 45 derajat
15
3.8.2 Faktor Koreksi Jarak Pada Sensor Ultrasonik
Sensor ultrasonik bekerja dengan menggunakan gelombang suara yang merambat di udara dengan kecepatan suara, kemudian menghitung jarak dengan mengalikan waktu tempuh gelombang dengan kecepatannya. Akan tetapi, kecepatan gelombang suara tergantung pada suhu, dan kecepatan suara meningkat dengan sekitar 0,6 m/s per 1°C. Untuk mengkoreksi jarak yang dihitung oleh sensor ultrasonic, maka diperlukan sebuah sensor suhu untuk melakukan koreksi kecepatan suara sesuai dengan suhu yang ada dilingkungan alat (Adityayuda, 2012).
3.9 Modul SD Card
Modul SD Card ini menggunakan mikro SD Card sebagai data penyimpananya. Hal ini memungkinkan sistem untuk menambahkan penyimpanan dan data logging untuk penyimpanan data sistem, sehingga data-data yang dihasilkan dari sistem yang kita buat dapat secara otomatis tersimpan di memory card (Hartono, 2013). Gambar Modul SD Card dapat dilihat pada Gambar 3.14.
Gambar 3.14 Modul SD Card (Hartono, 2013) Spesifikasi Modul SD Card :
1. Board untuk standar Micro SD (TF) kartu.
2. Pin out untuk penyambungan pada Arduino Uno. 3. Berisi tombol memlilih slot kartu flash.
3.10 Modul RTC DS3231
Modul RTC (Real-Time Clock) adalah sebuah chip elektronik yang berupa jam yang dapat menghitung waktu mulai dari detik hingga tahun dengan akurat dan menyimpannya datanya secara real time. Modul RTC biasa digunakan untuk menunjukkan pewaktuan digital yang akan berintegrasi dengan sensor melalui mikrokontroler. Modul ini paling jauh hanya bergeser kurang dari 1 menit per tahunnya, dengan demikian modul ini cocok untuk aplikasi kritis yang sensitif terhadap akurasi waktu yang tidak perlu disinkronisasikan secara teratur terhadap jam eksternal.
Modul ini juga sudah dilengkapi dengan IC AT24C32 yang memberikan EEPROM tambahan sebesar 4 KB (32.768 bit) yang dapat digunakan untuk berbagai keperluan, misalnya untuk menyimpan jadwal (time schedule), menyimpan setelan waktu alarm, menyimpan data hari libur pada kalender, merekam absensi dan lain-lain (Hartono, 2013).
16
Gambar 3.15 Modul RTC DS3231 (Hartono, 2013)
3.11 Modul WiFi ESP8266
Modul ESP8266 adalah sebuah komponen chip terintegrasi yang didesain untuk keperluan dunia masa kini yang serba tersambung. Chip ini menawarkan solusi
networking Wi-Fi yang lengkap dan menyatu, yang dapat digunakan sebagai penyedia
aplikasi atau untuk memisahkan semua fungsi networking Wi-Fi ke pemproses aplikasi lainnya. ESP8266 memiliki kemampuan on-board prosesing dan storage yang memungkinkan chip tersebut untuk diintegrasikan dengan sensor-sensor atau dengan aplikasi alat tertentu melalui pin input output yang diintegrasikan dengan Arduino hanya dengan pemrograman singkat.
Modul komunikasi WiFi dengan IC SoC ESP8266EX Serial-to-WiFi
Communication Module ini merupakan modul WiFi dengan harga ekonomis. Kini Anda
dapat menyambungkan rangkaian elektronika Anda ke internet secara nirkabel karena modul elektronika ini menyediakan akses ke jaringan WiFi secara transparan dengan mudah melalui interkoneksi serial (UART RX/TX) (Arafat, 2019). Ilustrasi Modul ESP8266 dapat dilihat pada Gambar 3.16.
Gambar 3.16 Modul WiFi ESP8266 (Arafat, 2019)
3.12 Sensor Suhu DHT22
DHT - 22 (juga disebut sebagai AM2302 ) adalah kelembaban dan suhu relatif sensor digital - output. Menggunakan sensor kelembaban kapasitif dan thermistor untuk mengukur udara di sekitarnya , dan keluar sinyal digital pada pin data.Dalam projek ini menggunakan sensor ini dengan Arduino uno . Suhu kamar & kelembaban akan dicetak ke monitor serial. DHT22 adalah sensor digital yang dapat mengukur suhu dan kelembaban udara di sekitarnya. Sensor ini sangat mudah digunakan bersama dengan Arduino. Memiliki tingkat stabilitas yang sangat baik serta fitur kalibrasi yang sangat akurat. Koefisien kalibrasi disimpan dalam OTP program memory, sehingga ketika internal sensor mendeteksi sesuatu, maka module ini menyertakan koefisien tersebut dalam kalkulasinya. DHT22 termasuk sensor yang memiliki kualitas terbaik, dinilai dari respon, pembacaan data yang cepat, dan kemampuan anti-interference.
17
Ukurannya yang kecil, dan dengan transmisi sinyal hingga 20 meter, membuat produk ini cocok digunakan untuk banyak aplikasi-aplikasi pengukuran suhu dan kelembaban (Adityayuda, 2012).
Gambar 3.17 Sensor Suhu DHT22 (Adityayuda, 2012)
3.13 Internet of Things (IoT)
Internet of Things atau dikenal juga dengan singkatan IoT, merupakan sebuah
konsep yang bertujuan untuk memperluas manfaat dari konektivitas internet yang tersambung secara terus-menerus. Adapun kemampuan seperti berbagi data, remote
control, dan sebagainya, termasuk juga pada benda di dunia nyata. Contohnya bahan
pangan, elektronik, koleksi, peralatan apa saja, termasuk benda hidup yang semuanya tersambung ke jaringan lokal dan global melalui sensor yang tertanam dan selalu aktif.
Internet of Things (IoT) adalah sebuah konsep/skenario dimana suatu objek yang
memiliki kemampuan untuk mentransfer data melalui jaringan tanpa memerlukan interaksi manusia ke manusia (Yudhanto, 2007).
3.14 Penelitian Terdahulu
3.14.1 Penelitian Oleh Mufidul Khoir
Penelitian tugas akhir ini merujuk pada penelitian yang dilakukan oleh Mufidul Khoir, dari Universitas Islam Negeri Sunan Ampel pada tahun 2018 yang berjudul “Rancang Bangun Alat Monitoring Pasang Surut Air Laut Berbasis Internet of Thing (IoT)”, dengan tempat pengujian alat di Pelabuhan Tanjung Perak, Surabaya. Alat pasang surut yang dibuat menggunakan sensor HC-SR04, yang merupakan sensor ultrasonic dengan jangkauan sensor 2-400cm, sudut pengukuran sebesar 150, frekuensi 40kHz, dan resolusi 0,3cm. Akan tetapi, sensor HC-SR04 ini tidak memiliki kemampuan tahan air, sehingga kurang cocok untuk digunakan untuk pengukuran di air. Pada penelitian ini juga menggunakan website Thingspeak.com untuk menampilkan data pasang surut secara real-time. Pengukuran dilakukan selama 3 hari dengan durasi per-hari 24 jam, kemudian akan dilakukan perhitungan tingkat ketelitian alat dengan membandingkan data ukuran sensor dengan data pasang surut milik BIG. Dari hasil penelitian ini, didapatkan hasil perhitungan ketelitian alat sebesar 99,8398%, atau dengan tingkat kesalahan alat sebesar 0,1602%. 3.14.2 Penelitian Oleh Abdul Chobir Dkk
Pada penelitian yang dilakukan Abdul Chobir dkk, dari Universitas Siliwangi dengan judul “Sistem Deteksi Elevasi Permukaan Air Sungan Dengan Sensor Ultrasonik Berbasis Arduino” ini, alat yang dibuat menggunakan sensor ultrasonic JSN-SR04T yang memiliki kelebihan tahan air, memiliki jangkauan jarak 25-400cm, sudut pengukuran 450, frekuensi 40kHz, dan resolusi 0,2cm. Sensor JSN-SR04T memiliki kualitas yang lebih bagus
18
disbanding dengan HC-SR04T, karena harganya yang juga empat kali lipat. Pada penelitian ini, system monitoring hanya menggunakan monitor dan data perubahan muka air sungai disimpan dalam kartu memori. Pada penelitian ini, dilakukan kalibrasi untuk mengukur tingkat kesalahan alat, dengan membandingkan data ukuran alat dengan ukuran menggunakan meteran. Didapatkan hasil perhitungan tingkat kesalahan alat pada penelitian ini sebesar 0,75%.
3.14.2 Penelitian Oleh Naufal Ananda Dkk
Pada penelitian yang dilakukan Naufal Ananda dkk, dari Sekolah Tinggi Meteorologi, Klimatologi, dan Geofisika dengan judul “Rancang Bangun Instrumen Tide Gauge Multi-Parameter” ini, alat yang dibuat menggunakan berbagai macam sensor, baik sensor dan alat untuk mengukur pasang surut air laut, alat pengukur curah hujan, dan sensor untuk mengukur suhu laut (DS18B20). Sensor ultrasonic JSN-SR04T yang memiliki kelebihan tahan air, memiliki jangkauan jarak 25-400cm, sudut pengukuran 450, frekuensi 40kHz, dan resolusi 0,2cm. Sensor DS18B20 mampu mengukur suhu di air mulai dari -550C sampai dengan 1250C dengan akurasi kurang lebih 0,50C.
Alat ukur curah hujan bernama Pyrex Rain Gauge. Pada penelitian ini, system monitoring menggunakan system internet of thing, dan platform yang digunakan untuk menampilkan data adalah sebuah perangkat lunak android. Pada penelitian ini, dilakukan kalibrasi untuk mengukur tingkat kesalahan alat, dengan membandingkan data ukuran alat dengan ukuran menggunakan meteran. Dilakukan juga perhitungan kesalahan pengukuran suhu, dan kesalahan pengukuran curah hujan. Kemudian perhitungan Didapatkan hasil perhitungan tingkat kesalahan sensor JSN-SR04T pada penelitian ini sebesar 0,55%. Kesalahan dari pengukuran suhu laut didapatkan sebesar 0,850C.
Kesalahan pengukuran curah hujan sebesar 0,1%. 3.15 Road Map Penelitian
Penelitian yang diajukan dalam proposal ini merupakan salah satu bagian dan pengembangan dalam peta jalan penelitian Pusat Penelitian Mitigasi Kebencanaan dan Perubahan Iklim, Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya. Pada Gambar 3.16 adalah peta jalan penelitian kenaikan permukaan air laut oleh Pusat Penelitian Mitigasi Kebencanaan dan Perubahan Iklim ITS. Dapat dilihat bahwa pada penelitian ini cocok dengan Peta Jalan Pusat Penelitian Mitigasi Kebencanaan dan Perubahan Iklim ITS tahun 2022, yaitu “Implementasi Secara Online Pemantauan Sea Level Rise”.
19 BAB IV. METODOLOGI PENELITIAN 4.1 Lokasi Penelitian
Penelitian Tugas Akhir Rancang Bangun dan Uji Ketelitian Instrumen Low-Cost
Ultrasonic Tide Gauge Dengan Sistem Internet of Things (IoT) Berbasis Arduino ini
terdapat dua tahap. Tahap pertama adalah pembuatan instrumen low-cost ultrasonic tide
gauge yang akan dilakukan di Laboratorium Geomarine, Departemen Teknik Geomatika
ITS.
Gambar 4.1 Lokasi Pembuatan Alat
Tahap kedua merupakan pengujian alat yang akan dilakukan di Pantai di Desa Dalegan, Kecamatan Panceng, Kabupaten Gresik. Pengujian dilakukan di lokasi tersebut karena bertepatan dengan kegiatan Survey Hidrografi dan Kemah Kerja Departemen Teknik Geomatika tahun 2020.
Gambar 4.2 Lokasi Pengujian Alat 4.2 Alat dan Bahan
Adapun alat dan bahan yang digunakan dalam penelitian Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut:
4.2.1 Alat
Adapun peralatan yang digunakan dalam penelitian tugas akhir ini adalah sebagai berikut:
1. Laptop Asus X550IU 2. Arduino IDE 3. Solder 4. Microsoft Office 2016 5. Gergraji Paralon 6. Papan duga 7. Catu daya 8. Lem tembak
20 9. Panel Surya
10. Kontroler pengisi daya panel surya 4.2.2 Bahan
Adapun bahan untuk penelitian Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut: 1. Arduino Uno
2. Sensor Ultrasonik JSN-SR04T 3. Adaptor DC 12V
4. Modul SD-Card 5. Modul RTC DS3231 6. Modul WiFi ESP8266 7. Sensor Suhu DHT 22 8. Modul LCD 1602 9. Timah 10. Plat Besi 11. Kabel Konektor 12. Kotak Junction 13. Paralon 4.3 Metode Penelitian
Metodologi yang akan digunakan pada penelitian Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut:
21
Berikut ini adalah penjelasan dari tahapan diagram alir yang terdapat pada Gambar 4.3:
4.3.1 Tahap Persiapan 1. Studi Literatur
Studi literatur dilakukan untuk mengumpulkan referensi yang menunjang pengerjaan penelitian Tugas Akhir mulai dari tahap perancangan instrumen sampai uji ketelitian dengan hasil bacaan manual. Adapun studi literatur yang menjadi pokok bahasan utama yaitu:
• Automatic tide gauge
• Sensor ultrasonik JSN-SR04T • Modul RTC DS3231
• Modul SD-Card • Modul WiFi ESP8266 • Serta ultrasonic tide gauge
2. Desain dan perencanaan bodi serta komponen elektronik
Pembuatan desain bodi instrumen ultrasonic tide gauge yang ergonomis dan dapat digunakan secara efektif serta efisien. Kemudian perencanaan dan desain dari komponen elektronik yang akan digunakan, sehingga kita dapat mengetahui desain jalur komponen elektronik yang sesuai dengan bodi instrumen.
3. Pemilihan alat dan bahan
Pemilihan alat dan bahan dilakukan sesuai dengan hasil desain dan perencanaan dari bodi dan komponen elektronik instrumen ultrasonic tide
gauge.
4.3.2 Tahap Perancangan
1. Perangkaian komponen elektronik
Dari hasil pemilihan alat dan bahan untuk komponen elektronik, kemudian dilakukan perangkaian sesuai desain jalur komponen elektronik yang sudah direncanakan.
2. Melakukan coding untuk pemrograman instrumen
Setelah komponen elektronik selesai dirangkai, kemudian dilakukan pembuatan kode untuk pemrograman instrumen yang selanjutnya akan di masukkan kedalam mikrokontroler Arduino Uno. Serta melakukan pemrograman untuk sistem mengunggah data secara real-time saat alat mulai beroperasi pada website.
3. Melakukan perancangan bodi
Setelah komponen elektronik dan programnya selesai, kemudian dilakukan perancangan bodi instrumen ultrasonic tide gauge dengan bahan yang sesuai dari tahap desain dan perencanaan.
4.3.3 Tahap Pengujian
1. Pengujian instrumen ultrasonic tide gauge dan pengamatan pasang surut manual
Setelah alat selesai dirancang, kemudian dilakukan pengujian alat tersebut di lokasi yang telah ditetapkan. Alat dipasang dan dibiarkan untuk melakukan pengamatan pasang surut secara otomatis selama 3 hari. Sedangkan kita juga perlu melakukan pengamatan pasang surut secara manual selama 3 hari juga, sambil mengawasi kinerja alat.
22
2. Konversi data instrument dengan data papan duga
Sebelum dilakukan perhitungan ketelitian instrument, dilakukan konversi bacaan instrument untuk menyamakan referensi pembacaan data dengan bacaan papan duga. Hal tersebut dilakukan karena instrument mengukur jarak dari sensor ke permukaan laut, sedangkan papan duga mengukur dari nol rambu ke permukaan laut. Berikut ini gambar dan persamaan yang akan menjelaskan mengenai konversi tersebut.
Gambar 3.4 Instalasi Instrumen dan Papan Duga Berikut ini persamaan konversi bacaan instrument:
𝐷 = 𝐶 − ((𝐴 − (𝐸 − 𝐹)) + 𝐵) Keterangan:
A : Panjang lengan sensor B : Bacaan sensor
C : Tinggi papan duga
D : Bacaan pasut dari nol rambu E : Tinggi sensor
F : Selisih tinggi instrument dengan Panjang ujung atas rambu ukur sampai atas dermaga
3. Uji ketelitian instrumen
Setelah dilakukan pengujian instrumen dan pengamatan pasang surut secara manual, didapatkan hasil berupa data pasang surut bacaan alat dan manual. Dari hasil tersebut dilakukan uji ketilitian alat. Perhitungan ketelitian alat dengan menghitung perbedaan antara bacaan alat dengan bacaan manual (bacaan manual dianggap data yang benar), kemudian dihitung persentasi kesalahan alat. Uji ketelitian dilakukan dengan perhitungan persentase kesalahan relative, dengan persamaan:
𝑃𝑒𝑟𝑠𝑒𝑛𝑡𝑎𝑠𝑒 𝐾𝑒𝑠𝑎𝑙𝑎ℎ𝑎𝑛 𝐴𝑙𝑎𝑡 =𝑁𝑖𝑙𝑎𝑖 𝑈𝑘𝑢𝑟𝑎𝑛 − 𝑁𝑖𝑙𝑎𝑖 𝑆𝑒𝑏𝑒𝑛𝑎𝑟𝑛𝑦𝑎
𝑁𝑖𝑙𝑎𝑖 𝑆𝑒𝑏𝑒𝑛𝑎𝑟𝑛𝑦𝑎 × 100%
Jika persentase kesalahan alat kurang dari 0,8% (berdasarkan penelitian Abdul Chobir), maka pengujian alat akan dianggap berhasil. Jika target tingkat kesalahan alat belum dicapai, maka akan dilakukan
(2) (1)
23
proses coding ulang dengan memasukkan parameter suhu dari lokasi pengukuran, berdasarkan Kelvin, dari yang di tulis pada website instructables.com, tingkat ketelitian sebuah sensor ultrasonic dapat ditingkatkan dengan memasukkan parameter suhu ke dalam program yang dibuat, dan pastinya harus sesuai dengan suhu real di lokasi sensor.
Kemudian akan dilakukan perhitungan Root Mean Square Error atau RMSE untuk mengetahui nilai ketelitian alat jika dibandingkan dengan bacaan manual dengan persamaan:
𝑅𝑀𝑆𝐸 = √∑ (𝑃𝑖 − 𝑂𝑖) 2 𝑛 𝑖=1 𝑛 Keterangan :
Pi = Data Prediksi (Data Instrumen)
Oi = Data Observasi (Data Manual)
n = Jumlah Data
4.3.4 Tahap Akhir
Pada tahap akhir, akan dilakukan pembuatan laporan hasil penelitian dari rancang bangun instrumen ultrasonic tide gauge, yang berisi mengenai hasil dari tahap perencanaan alat, perancangan alat, dan pengujian alat.
4.4 Pembagian Tugas Penelitian
Metodologi yang akan digunakan pada penelitian Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut:
Tabel 4.1 Pembagian Tugas Penelitian
NO. Nama Alokasi Waktu
(Jam/Minggu)
Uraian Tugas 1 Khomsin, S.T., M.T. 14 jam Mengkoordinir tim
Bertanggung jawab terhadap pelaksanaan program penelitian Membantu pelaksanaan program Penelitian Mempersiapkan semua kebutuhan 3. Nabil Amirul Haq 14 jam Melaksanakan
program penelitian Mencari sumber-sumber dan literatur informasi Melakukan perancangan instrumen Melakukan pengujian instrumen (3)
24
BAB V. JADWAL DAN RANCANGAN ANGGARAN BIAYA 5.1 Jadwal Pelaksanaan
Kegiatan penlitian ini membutuhkan waktu selama 8 bulan yaitu mulai Bulan April 2020 – Nopember 2020. Adapun perincian kegiatan yang akan dilakukan dapat dilihat pada Tabel 5.1.
Tabel 5.1 Jadwal Kegiatan Penelitian
No Uraian Bulan Ke-
1 2 3 4 5 6 7 8 1 Identifikasi Masalah 2 Studi Literatur 3 Pengambilan Data 4 Pengolahan Data 5 Analisa Data 6 Pembuatan Laporan 7 Publikasi
5.2 Rencana Anggaran Biaya
Total anggaran yang diperlukan untuk melaksanakanpenelitian ini adalah sebesar Rp. 60.000.000,00 (Enam Puluh Juta Rupiah). Rincian RAB dapat dilihat pada Tabel 5.2. Tabel 5.2 Rincian Rencana Anggaran Biaya Kegiatan Penelitian
Uraian Satuan Vol Unit Harga Satuan
(Rp) Jumlah (Rp)
Validasi Data Pasut LS LS LS 7.500.000,00 7.500.000,00
Bahan Habis Prototype 15.000.000,00 15.000.000,00
Perijinan dan
Koordinasi LS LS LS 5.000.000,00 5.000.000,00
Sewa laptop 2 8 Bulan 750.000,00 12.000.000,00
Laporan 3 3 Kali 500.000,00 4.500.000,00
Publikasi Jurnal (Q2) 1 1 Kali 5.000.000,00 5.000.000,00 Publikasi Seminar
Internasional 2 1 Kali 5.000.000,00 10.000.000,00
Dokumentasi 1 1 Kali 1.000.000,00 1.000.000,00
Total 60.000.000,00
25 BAB VI. DAFTAR PUSTAKA
Adityayuda, Anugrah. 2012. Pengukuran Faktor Koreksi Jarak pada Instrumen MOTIWALI. Institut Pertanian Bogor: Bogor.
Ananda, Naufal, dkk. 2019. Rancang Bangun Instrumen Tide Gauge Multi-Parameter. Prosiding Seminar Nasional Bumi dan Atmosfer: Tangerang Selatan.
Arafat. 2019. Sistem Pengendalian Suhu dan Kelembaban Kumbung Jamur Tiram secara Realtime Menggunakan ESP8266. Banjarmasin: Jurnal Fisika FLUX.
Ardiansyah. 2016. Sistem Monitoring Air Layak Konsumsi Berbasis Arduino (Studi Kasus Pdam Patalassang). Universitas Islam Negeri Alauddin: Makassar.
Arduino. 2010. Introsuction Arduino. http://www.arduino.cc. Diakses pada tanggal 22 Oktober 2019 pukul 21.58.
Azhari, dkk. 2014. Pembuatan Prototipe Alat Ukur Ketinggian Air Laut Menggunakan Sensor Inframerah Berbasis Mikrokontroller Atmega328. Universitas Tanjungpura: Pontianak.
Chamim, A. N. 2010. Penggunaan Microcontroller Sebagai Pendeteksi Posisi. Jurnal Informatika Universitas Ahmad Dahlan: Yogyakarta.
Chobir, Abdul, dkk. 2017. Sistem Deteksi Elevasi Permukaan Air Sungai Dengan Sensor Ultrasonic Berbasis Arduino. Tasikmalaya: Universitas Siliwangi.
Febrianto, Cristian. 2017. Studi Fenomena Perubahan Muka Air Laut Menggunakan Data Satelit Altimetri JASON-2 Periode Tahun 2013-2016 (Studi Kasus : Perairan Indonesia). Institut Teknologi Sepuluh Nopember: Surabaya.
Kelvin. 2014. Dakota Selatan. Improve Ultrasonic Range Sensor Acuracy. https://www.instructables.com/id/Improve-Ultrasonic-Range-Sensor-Accuracy/. Diakses pada tanggal 14 Desember 2019 pukul 11.00.
Khoir, M. Mufidul. 2018. Rancang Bangun Alat Monitoring Pasang Surut Air Laut Berbasis
Internet Of Thing (IoT). Universitas Islam Negeri Sunan Ampel: Surabaya.
Kurniawan, Dedy. 2016 Pengujian Ketelitian Hasil Pengamatan Pasang Surut dengan Sensor Ultrasonik (Studi Kasus: Desa Ujung Alang, Kampung Laut, Cilacap). Institut Teknologi Sepuluh Nopember: Surabaya.
Haristyana, Ayu. 2012. Prediksi Kenaikan Muka Air Laut di Pesisir Kabupaten Tuban Akibat Perubahan Iklim. Institut Teknologi Sepuluh Nopember: Surabaya.
Hartono, Rudi. 2013. Perancangan Sistem Data Logger Temperatur Baterai Berbasis Arduino Duemilanove. Universitas Jember: Jember.
IOC. 2015. Manual on sea level measurement an interpretation vol V. UNESCO: Paris. Rochim, Adian Fatchur. 2016. Handsight : Hand-Mounted Device untuk Membantu
Tunanetra Berbasis Ultrasonik dan Arduino. Universitas Diponegoro: Semarang. Pradipta, Nuardi Dwi, dkk. 2015. Analisis Pasang Surut Air Laut Menggunakan Data IOC
(Intergovermental Oceanographic Comission) untuk Menentukan Chart Datum di Perairan Cilacap. Jurnal Geodesi Universitas Diponegoro: Semarang.
Ramdhan, Muhammad. 2011. Komparasi Hasil Pengamatan Pasang Surut di Perairan Pulau Pramuka dan Kabupaten Pati Dengan Prediksi Pasang Surut Tide Model Driver. Kementerian Kelautan dan Perikanan: Jakarta Utara.
26
Suspimiany, Mayang Sari. 2015. Aplikasi Sensor Ultrasonik SRF04 dan Sensor Proximity Pada Level Pengisian Tangki Air Berbasis ATMEGA8535. Politeknik Negeri Sriwijaya: Palembang.
Simanjuntak, Matur. 2012. Rancang bangun teknologi Pemurni air menggunakan Arduino. Uniersitas Sumatera Utara: Sumatera Utara.
Taufiqurrahman. 2017. Depok. Seluk Beluk Pasang Surut Air Laut. https://langitselatan.com/2017/06/13/seluk-beluk-pasang-surut-air-laut/. Diakses pada tanggal 29 Desember 2019 pukul 19.00.
27 BAB VII. LAMPIRAN
Biodata Tim Peneliti 1. Ketua
a. Nama Lengkap : Khomsin, ST., MT
b. NIP / NIDN : 1975 0705 2000 12 1001 / 0005077501 c. Fungsional/Pangkat/Gol : Lektor / Penata Muda Tk. I / IIIc d. Bidang Keahlian : Kelautan (Hidrografi)
e. Departmen/Fakutas : Teknik Geomatika / FTSPK
f. Alamat Rumah dan No, Telp : Sukolilo Park Regency H19 / 082143790711
g. Penelitian :
1) Penilaian Kerentanan Tanah di Kota Surabaya melalui Analisa Deformasi Permukaan menggunakan Metode Geodetik Terintegrasi
2) Penilaian Kerentanan Tanah di Kota Surabaya melalui Analisa Deformasi Permukaan menggunakan Metode Geodetik Terintegrasi
h. Publikasi :
1) Khomsin and Prayogi, S.I.A., 2018. Boundaries Delineation of Marine Management Sharing According to Local Government Law No. 23/2014 (Case Study: Surabaya, Sidoarjo, Bangkalan and Sampang) IOP Conference Series: Earth and Environmental Science (2018)
2) Khomsin, Ayuningtyas, M., 2017. Delineation of maritime management boundary between Surabaya, Gresik and Bangkalan using SPOT 7. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science (2017) 54(1)
i. Paten : -
j. Tugas Akhir :
1) Pengaruh Perubahan UU 32/2004 Menjadi UU 23/2014 Terhadap Luas Wilayah Bagi Hasil Kelautan Terminal Teluk Lamong antara Kota Surabaya, Kabupaten Gresik dan Kabupaten Bangkalan (Melisa Ayuningtyas)
2) Alternatif Peta Batas Laut Daerah Berdasarkan Peraturan Menteri Dalam Negeri Nomor 76 Tahun 2012 (Studi Kasus: Sengketa Pulau Galang Perbatasan Antara Kota Surabaya Dan Kabupaten Gresik) (Ria Widiastuty)
k. Thesis : -
l. Disertasi : -
2. Anggota
a. Nama Lengkap : Danar Guruh Pratomo, ST., MT., PhD b. NIP / NIDN : 198005072003121001 / 0007058001 c. Fungsional/Pangkat/Gol : Lektor / Penata Muda Tk. 1 / IIIc d. Bidang Keahlian : Kelautan
e. Departmen/Fakutas : Teknik Geomatika / FTSPK
28
/0822 30367485
g. Penelitian :
1) Analisis Data Multi-Temporal Multibeam Echosounder untuk Mengetahui Perubahan Pola Sebaran Sedimen Dasar Perairan
2) Rekonstruksi Bangunan Cagar Budaya Menggunakan 3D Laser Scanner Untuk Mendukung Potensi Pariwisata Di Dusun Candi, Desa Tunggulwulung, Kecamatan Pandaan, Kabupaten Pasuruan
h. Publikasi :
1) Pratomo, D.G, and Khomsin. 2019. Analysis of the green light penetration from Airborne LiDAR Bathymetry in Shallow Water Area IOP Conference Series: Earth and Environmental Science 2) Taufik M, Nugraini L, Pratomo D, Kurniawan A, Utama W. 2019.
Detection of Arosbaya Coastline Changes Using Sentinel-2A (Study Year of 2015-2018) IOP Conference Series: Earth and Environmental Science.
i. Paten : -
j. Tugas Akhir :
k. Thesis :
