1. Pendahuluan. 2. Metode. Peringatan Dini Banjir dan Monitoring Sungai Ferdi Yansen, Deddy Susilo

(1)

Peringatan Dini Banjir dan Monitoring Sungai Ferdi Yansen, Deddy Susilo

2

1. Pendahuluan

Indonesia merupakan negara kepulauan maritim yang dihimpit oleh dua benua yaitu Samudra Pasifik dan Samudra Hindia, serta memiliki 2 iklim yaitu musim kemarau dan hujan. Tingkat curah hujan yang ada di negara Indonesia sangat tinggi sehingga sulit diprediksi karena factor penyebab hujan ini sangat banyak dan di pengaruhi oleh keberadaan negara Indonesia digaris katulistiwa [1]. Ketidakmampuan suatu sungai dalam menampung air yang dipengaruhi tingkat populasi atau tingkat pembangunan yang kurang memperhatikan lingkungan sekitar. Saat ini penanganan yang dilakukan oleh pemerintah untuk mengurangi resiko bencana yaitu salah satunya yaitu membuat sistem peringatan dini banjir yang sangat penting sebagai upaya antisipasi dan membangun kesiapsiagaan untuk menghindari kerugian akibat bencana banjir.

Peringatan dini banjir di rancang guna untuk memberikan informasi mengenai ketinggian air yang bisa mempersiapkan pra-bencana sehingga mengurangi resiko kerugian yang terjadi.

Beberapa penelitian terkait tentang sistem peringatan dini banjir sudah pernah dilakukan contohnya mengembangkan rancang bangun alat pendeteksi ketinggian air sebagai peringatan dini banjir dengan menggunakan arduino uno yang mengirimkan informasi ketinggian air pada tampilan LCD [2], selain itu ada juga sistem pendeteksi banjir menggunakan sensor ultrasonik berbasis mikrokontroler yang akan mengirimkan SMS kepada individu atau masyarakat sekitar [3]. Penelitian ini mengunakan Internet of Things (IoT) dengan memanfaatkan teknologi internet dengan memanfaatkan teknologi internet sehingga dapat diakses dimanapun semasa daerah tersebut memiliki akses internet. IoT sendiri sering diartikan sebagai teknologi mengendalikan suatu sistem atau memonitoring jarak jauh yang memanfaatkan jaringan internet sebagai penghubung antara sistem serta website dan gadget sendiri sering digunakan untuk media monitoring sehingga mempermudah penguna untuk mengoperasikannya.

Sistem pada penelitian ini menggunakan sensor ultrasonik sebagai pengukur tinggi pada permukaan air, hasil dari pembacaan sensor akan ditampilkan pada website dengan waktu yang sesunguhnya sehingga penguna juga dapat melihat data pembacaan sensor.

Dengan menggunakan 2 sumber daya yaitu sumber power supply dan panel surya sehingga diharapkan dapat monitoring sungai selama 24 jam.

2. Metode

2.1. Mekanik

Pada bagian mekanik terbagi menjadi 3 bagian besar yaitu bagian atas, bagian tengah, dan bagian kotak. dengan menggunakan bahan besi yang memiliki ukuran keseluruhan 55cm x 40cm x 1m. pada Gambar 2 memiliki ukuran 34.5 x 53.5 x 2 cm yang digunakan untuk menompang panel surya, pada Gambar 3 memiliki ukuran 2 x 55 x 2 cm yang digunakan untuk meletakan sensor pada bagian ujung kerangka, dan pada Gambar 4 memiliki ukuran 17 x 12 x 25 cm yang digunakan untuk meletakan komponen elektronik seperti rangkaian elektrik, solar charge controller, dan baterai 12 v 7 Ah. Berikut desain alat dan realisasi alat:

(2)

3

Gambar 1. Desain keseluruhan Gambar 2. Desain bagian atas

Gambar 3. Desain bagian tengah Gambar 4. Desain bagian kotak

Gambar 5. Realisasi Alat

(3)

4 2.2. Perancangan sistem

Pada sistem seharusnya menggunakan Lora-WAN yang berguna untuk mengirimkan informasi yang berisi waktu dan nilai pembacaan ke website dan jangkauan lora juga bisa menjangkau radius 10.000 m [6]. Tetapi pada perancangan ini tidak menggunakan lora dikarenakan pada sistem sudah terintegrasi dengan wifi yang bisa mengirimkan informasi ke website jadi tidak memerlukan jangkauan yang terlalu luas untuk sistem dapat bekerja, dan juga website yang telah dibangun bisa menggunakan jaringan internet yang berbeda dengan sistem jadi lebih memudahkan dalam monitoring sistem hal ini sudah dilakukan pada pengujian tingkat kewaspadaan waspada, siaga, dan normal sehingga mempersingkat sistem yang dirancang yaitu node mcu langsung mengirimkan informasi data ke website yang telah dirancang dimana jikalau mengunakan lora untuk jembatan komunikasi, node mcu harus mengirimkan informasi data ke lora terlebih dahulu dan lora baru mengirimkan informasi data ke website.

Pada sensor menggunakan ultrasonik HC-SR04 untuk menghitung jarak ketinggian air yang diletakan sejajar terhadap permukaan air yang telah terhubung dengan node mcu sebagai pengontrol sistem yang akan mengirimkan ke sistem website sebagai tampilan pengguna serta terdapat notifikasi dari buzzer yang memberikan peringatan kepada masyarakat sekitar. dan juga komponen pendukung seperti power supply 12 V DC, suplai panel surya, relay tipe MY2N, dan baterai 12 V 7Ah sebagai penyedia tegangan pada sistem agar sistem dapat bekerja dengan baik. Dapat dilihat pada Gambar 6 perancangan sistem diagram blok yang telah di rancang.

Gambar 6. Diagram blok perancangan

Pada Gambar 7 adalah diagram alir perancangan dimana sistem akan menginisialisasi sensor HC-SR04 serta node mcu yang digunakan yaitu node mcu esp8266 serta akan mengirimkan sinyal ke sensor ultrasonik HC-SR04 yang akan membaca jarak dari sensor ke permukaan air dan akan mengirimkan informasi tersebut ke node mcu esp8266 yang akan di proses oleh mikrokontroler dan akan di kirimkan ke website. Jika sensor membaca jarak diantara 45-80 cm maka node mcu akan men-trigger buzzer yang akan berbunyi satu kali serta mengirimkan informasi yang akan di baca oleh website sebagai tanda siaga, sedangkan jarak ketinggian antara 0-45 cm maka node mcu akan men-trigger buzzer yang akan berbunyi 3 kali berturut-turut serta mengirimkan informasi ke website sebagai tanda waspada. Apabila sensor ultrasonik HC-SR04 tidak membaca jarak maka secara otomatis sensor akan melakukan kalibrasi sehingga akan membaca ulang jarak dari sensor ke permukaan air.

(4)

5

Gambar 7. Diagram alir perancangan

2.3. Elektrik

Sistem di kendalikan menggunakan Node MCU ESP8266 sebagai membaca data sensor, mengolah, dan mengirimkan data sensor ke website. Node MCU ESP 8266 adalah mikrokontroler yang memiliki keungulan yang cukup baik seperti terintegrasi dengan module WIFI, bisa mengakses internet, dan memiliki daya yang relatif lebih efisien dibandingkan dengan mikrokontroler lain seperti Uno, Mega, Nano, dan dengan menggunakan modul WIFI. Pada Gambar 8 menunjukan bentuk fisik node mcu esp8266

(5)

6

Gambar 8. Node MCU ESP8266

Penelitian ini mengunakan ultrasonik HC-SR04 yang memiliki 4 pin yaitu: sumber daya (Vcc), Echo pulse output (Echo), Trigger pulse output (Trig), Ground (GND). Ultrasonik HC-SR04 bekerja pada tegangan 5V . Ultrasonik HC-SR04 bekerja di frekuensi sekitar 40KHz, yang tidak bisa di dengar oleh telinga manusia. Prinsip kerja ultrasonik adalah memantulkan pulsa dari pin trigger kemudian pin echo dapat menerima Kembali dan menghitung waktu yang diambil dalam mikrodetik [4]. Pada Gambar 9 menunjukan bentuk fisik dan gambaran cara kerja dengan suatu objek apda sensor HC-SR04

Gambar 9. Bentuk fisik dan gambaran cara kerja dengan suatu objek

Panel surya befungsi menangkap sinar cahaya matahari dan akan diubah menjadi energi listrik. Satu panel surya biasanya terdiri dari 28-36 sel dan menghasilkan total tegangan sebesar 12V DC dalam penyinaran standar. Panel surya terbagi menjadi beberapa tipe yaitu: polycrystalline silicone, monocrystalline silicon, thin film solar cel, dan compound thin film triple junction photovoltaic dalam penelitian ini menggunakan tipe polycrystalline silicone [5] yang berfungsi untuk sumber catu daya cadangan sedangkan untuk sumber utama pada sistem adalah power supply 12V DC dengan menggunakan relay tipe MY2N sebagai switching dari power supply ke panel surya dan sebaliknya. Dapat dilihat pada Gambar 10 memperlihatkan tampilan fisik dari panel surya, Gambar 11 menunjukan bentuk fisik dari relay MY2N

(6)

7

Gambar 10. Panel surya

Relay MY2N memiliki 8 pin pin yaitu pin 1 dan 2 berfungsi sebagai normaly close (NC), pin 3 dan 4 berfungsi sebagai normaly open (NO), sedangkan untuk pin 7 dan 8 berfungsi sebagai power coil. Bisa dilihat pada Gambar 6 menunjukan tampilan bawah dari relay, Ketika ada suplai tegangan pada terminal nomor 7 dan 8 maka akan timbul medan magnet pada koil sehingga kontak relay yang tadinya berada pada posisi NC (pin 1 dan 2) akan berpindah ke posisi NO (pin 3 dan 4), tetapi Ketika suplai tegangan berhenti dialiri pada pin 7 dan 8 maka kontak relay akan Kembali ke posisi semula. Untuk bisa menggunakan 2 suplai tegangan sendiri bisa menghubungkan kutub positif ke salah satu pin 7 atau 8 sedangkan kutub positif power supply sendiri dihubungkan ke salah satu pin 3 atau 4 agar bisa terjadi pergantian.

Gambar 11. Skema dari relay tipe MY2N

Gambar 12. Rangkaian sistem monitoring

Pada Gambar 12 terdapat penurun tegangan dc atau biasa disebut dc to dc stepdown stepdown (LM2596) adalah sebuah topologi catu daya yang dapat membuat tegangan keluaran lebih rendah dibandingkan dengan tegangan oleh sebab itu tegangan yang diterima oleh dc to dc stepdown adalah 12V sedangkan output pada dc to dc stepdown adalah 5v yang digunakan untuk suplai tegangan ke sensor HC-SR04 karena sensor HC- SR04 bekerja pada tegangan 5V DC sedangkan node mcu hanya bisa memberikan suplai tegangan sebesar 3.3V DC dan nodemcu yang digunakan untuk pengontrol dari

(7)

8

rangkaian led, buzzer serta sensor HC-SR04. Buzzer pada rangkaian berguna untuk memberikan notifikasi untuk sekitar yang menandakan kondisi siaga, dan waspada sedangkan led pada rangkaian untuk memberikan notifikasi bahwa rangkaian siap untuk digunakan. Pada kondisi siaga buzzer akan membunyikan sebanyak 1 kali untuk menandakan sedangkan kondisi waspada buzzer akan membunyikan sebanyak 3 kali untuk menandakan kondisi tersebut. Sensor HC-SR04 terdapat pin echo dan trig yang berfungsi untuk memberikan sinyal dari ultrasonik dan pin echo akan berfungsi menerima hasil pantulan gelombang ultrasonik yang mengenai suatu objek. Gambar 13 adalah hasil dari rangkaian sistem monitoring yang di cetak pada pcb:

Gambar 13. Rangkaian elektrik tampak atas

2.4. Website

Perancangan website sebagai tampilan penguna yang akan menampilkan grafik monitor air dengan tampilan dengan x axis sebagai waktu pembacaan sensor dan y axis sebagai nilai sensor seperti pada Gambar 14. Terdapat 2 menu yaitu menu home dan chart.

Pada menu home terdapat sub-menu yaitu dashboard yang menampilkan grafik dengan 30 titik pembacaan sensor dan menampilkan tingkat kewaspadaan serta yang dapat dilihat dengan 3 parameter yaitu pada parameter 1 warna merah dengan jarak 0-45 cm menunjukan parameter waspada, parameter 2 warna kuning dengan jarak 45-80 cm yang menunjukan status siaga, parameter 3 warna hijau dengan jarak 80-500 cm menampilkan status normal , pada menu chart terdapat sub-menu yaitu graphics yang bisa menampilkan grafik dengan 100 titik pembacaan sensor. Tampilan pengguna dari website yang telah dibangun dapat dilihat pada Gambar 14 dan Gambar 15.

Gambar 14. Tampilan dashboard

(8)

9

Gambar 15. tampilan graphics

3. Hasil dan Pembahasan

3.1. Pengujian Kondisi Waspada

Pegujian pertama dilakukan adalah uji coba pada rentang jarak 0-45 cm hal ini dilakukan pertama, karena bertujuan untuk uji coba notifikasi buzzer serta mengirimkan informasi ke website.

Pada Gambar 16 merupakan hasil pengujian pada kondisi waspada yang di uji dengan menggunakan suplai power supply (garis berwarna oranye), suplai dari panel surya (garis berwarna biru), rata-rata dari pembacaan sensor (garis bewarna abu-abu), dan juga grafik juga terdapat tinggi asli yang diukur menggunakan pengaris (garis berwarna kuning). Dari rata-rata 30 kali percobaan terdapat data 13 kali percobaan data yang mengalami kesalahan dalam pembacaan. Sehingga, rata-rata error sensor sebesar 0,25%

dari 30 kali percobaan. Hal ini terjadi dikarenakan dari ketelitian dari sensor dan spesifikasi dari sensor ultrasonik HC-SR04 yang memiliki ralat ± 1cm.

Gambar 16 Pengujian pada kondisi waspada.

(9)

10 3.2. Pengujian Kondisi Siaga

Pengujian kedua dilakukan adalah uji coba pada rentang 45-80 cm hal ini bertujuan untuk mengetahui notifikasi buzzer, dan sistem kerja pada alat

Gambar 17. Pengujian Pada Kondisi Siaga

Pada Gambar 17 merupakan hasil pengujian pada kondisi siaga yang di uji dengan menggunakan suplai power supply (garis berwarna oranye), suplai dari panel surya (garis berwarna biru), rata-rata dari pembacaan sensor (garis bewarna abu-abu), dan juga grafik juga terdapat tinggi asli yang diukur menggunakan pengaris (garis berwarna kuning).

Dari rata-rata 30 kali percobaan terdapat 3 data pembacaan lebih tinggi dan 3 data pembacaan lebih rendah dari ketinggian aslinya yaitu 51 cm yang diukur dengan menggunakan pengaris sehingga menghasilkan rata-rata error sensor sebesar 0,1%. Hal ini terjadi dikarenakan dari ketelitian dari sensor dan spesifikasi dari sensor ultrasonik HC- SR04 yang memiliki error.

3.3. Pengujian Kondisi Normal

Pengujian pada rentang 80-500 cm yang bertujuan mengetahui pembacaan sensor maksimal yang dapat diterima oleh sensor dan mengetahui waktu tempuh yang dibutuhkan oleh sensor untuk mengirimkan sinyal ke node mcu yang diteruskan ke website.

Gambar 18. Pengujian pada kondisi normal

(10)

11

Pada Gambar 18 merupakan hasil pengujian pada kondisi normal yang di uji dengan menggunakan suplai power supply (garis berwarna oranye), suplai dari panel surya (garis berwarna biru), rata-rata dari pembacaan sensor (garis bewarna abu-abu), dan juga grafik juga terdapat tinggi asli yang diukur menggunakan pengaris (garis berwarna kuning).

Dapat dilihat bahwa rata-rata error sensor sebesar 1% dan terdapat 25 data percobaan data yang dihasilkan terkadang lebih besar dan lebih kecil dari ketinggian aslinya yaitu 127 cm yang di ukur dengan menggunakan meteran. Kesalahan yang dibaca oleh sensor akan dijelaskan pada sub-bab analisa sensor ultrasonik HC-SR04.

3.4. Pengujian di Sungai

pengujian keempat adalah uji coba pada keadaan sesunguhnya pada sungai yang berada di Jl. Pungkursari, Salatiga, Kec. Sidorejo, Kota Salatiga, Jawa Tengah. Hal ini bertujuan untuk menguji apakah sistem dapat bekerja pada keadaan sesunguhnya yang tidak di simulasikan.

Pada Gambar 19 merupakan hasil pengujian pada kondisi siaga yang di uji dengan menggunakan suplai power supply (garis berwarna oranye), suplai dari panel surya (garis berwarna biru), rata-rata dari pembacaan sensor (garis bewarna abu-abu), dan juga grafik juga terdapat tinggi asli yang diukur menggunakan pengaris (garis berwarna kuning).

Dapat dilihat bahwa rata-rata error sensor sebesar 0,7% dan terdapat 17 data percobaan data yang dihasilkan lebih besar dari ketinggian aslinya yaitu 178 cm yang di ukur dengan menggunakan meteran. Kesalahan yang dibaca oleh sensor akan dijelaskan pada sub-bab analisa sensor ultrasonik HC-SR04.

Gambar 19. Pengujian pada kondisi sungai

3.5. Analisis Panel Surya

Pada pengujian ini di diukur tegangan dan arus pada panel surya yang bertujuan untuk mengetahui daya yang diberikan oleh panel surya pada sistem perancangan dengan menggunakan rumus:

𝑃 = 𝑉 . I (1)

P = daya (W)

V = Tegangan Listrik (V) I = Arus Listrik (I)

(11)

12

Dari pengambilan data sebanyak 30 percobaan dengan menggunakan multimeter digital dan jeda waktu selama 3 menit maka didapatkan hasil Uji coba panel surya dan Grafik pada panel surya sebagai berikut:

Gambar 20. Pengujian pada panel surya

Dari Gambar 20 di dapatkan tegangan rata-rata pada panel surya sebesar 18,62 V sedangkan arus rata-rata pada panel surya sebesar 0.134 A dan rata-rata daya yang bisa di berikan oleh panel surya sebesar 2.514 W. Dengan adanya solar charge controller yang menurunkan tegangan panel surya berkisar 12 V-14 V tergantung pada sinar matahari, sehingga bisa mengisi daya baterai yang digunakan dan memberikan daya kepada sistem agar dapat bekerja dengan baik tanpa adanya sumber listrik 220 V .

3.6. Analisis Sensor Ultrasonik HC-SR04

Analisis pembacaan sensor pada kondisi normal terdapat 25 data pembacaan data yang tidak tepat dan pada kondisi di sungai terdapat 17 data pembacaan data yang tidak tepat. Besar kesalahan sensor dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut: [7]

𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 (%) =|𝐽𝑝 − 𝐽𝑠|

𝐽𝑆 𝑥 100% (2)

Jp = Jarak pembacaan sensor

Js = Jarak pembacaan sebenarnya (di ukur dengan menggunakan pengaris atau meteran)

Dari Persamaan 2 didapatkan error paling kecil 0,1% dan paling besar 1%. Error dapat di pengaruhi oleh waktu yang dibutuhkan pin trigger mengirimkan gelombang sinyal dan di tangkap oleh pin echo sebagai penerima sinyal hall ini dikarenakan jarak benda dihitung dengan persamaan berikut:

𝑆 = 𝑣 . 𝑡

2 (3)

S = Jarak pada sensor HC-SR04

v = Kecepatan suara (340 m/s atau 0.034 cm/ µs) t = Waktu pembacaan

(12)

13

Dari Persamaan 3 di nilai v dan t di bagi dua dikarenakan waktu tempuh suara adalah dua kali yaitu saat pertama di kirim dan setelah memantulkan dari suatu benda dan diterima dan waktu pembacaan sangat berpengaruh pada pembacaan sensor HC-SR04.

4. Kesimpulan

Dari pengujian sistem yang telah dilakukan, didapatkan kesimpulan bahwa alat berhasil diuji dan dapat bekerja sesuai diagram alir yang telah dirancang, sensor dapat membaca permukaan air sehingga dapat ditampilan dalam website yang telah dirancang, terdapat error pada sensor yang digunakan yaitu HC-SR04 paling kecil 0,1% dan paling besar 1% dari beberapa pengujian yang telah dilakukan, eror sensor HC-SR04 paling jarang terjadi pada rentang jarak 45-80 cm yaitu sebanyak 6 data dan paling sering terjadi pada rentang jarak 80-500cm yaitu sebanyak 25 data dari 30 kali percobaan menggunakan sumber panel surya, dan sumber listrik 220v, dan website yang telah dirancang dapat menampilkan pembacaan titik sensor paling sedikit 30 titik, dan paling banyak 100 titik yang bisa diatur melalui code yang telah dirancang