BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Perancangan Sistem
Pada Tugas akhir ini dirancang sebuah sistem peringatan dini banjir yang terintegrasi dengan website melalui teknologi GPRS.Dalam perancangannya, sistem ini dibangun untuk daerah pemukiman tepi sungai yang rawan banjir. Sistem ini terdiri dari beberapa sensor, mikrokontroler arduino dan modul GPRS/GSM. Sensor – sensor yang digunakan dalam sistem ini adalah sensor ultrasonik dan sensor arus air. Sensor ultrasonik berfungsi untuk mengukur ketinggian air sungai sedangkan sensor arus air berfungsi untuk mengukur kecepatan air sungai. Data hasil pengukuran sensor akan diproses oleh mikrokontroler Arduino. Jika ketinggian air sungai 0.8 meter di atas keadaan normal maka sistem akan mengirim pesan peringatan via sms (Short Message Service) dan mengirim informasi ketinggian dan kecepatan air sungai ke website melalui teknologi GPRS. Jika ketinggian air di bawah 0.8 meter keadaan normal maka sistem hanya mengirim informasi ketinggian dan kecepatan air sungai ke website setiap 5 menit. Gambar 3.1 menunjukkan perancangan sistem secara keseluruhan.
Gambar 3.1 : Perancangan Sistem
3. 2 Perancangan Pengukuran Ketinggian Air
Umumnya sensor ultrasonik digunakan sebagai pengukur jarak. Pada sistem peringatan dini banjir, sensor ultrasonik digunakan sebagai pengukur ketinggian air sungai. Sensor ultrasonik ditempatkan di atas permukaan air sungai mengahadap ke bawah seperti yang ditunjukkan pada gambar 3.2. Untuk menghitung ketinggian air sungai maka rumus yang digunakan adalah :
∆h = L1 – L2 (2)
Dimana :
∆h : Perubahan Ketinggian air
L1 : Jarak sensor dengan permukaan air sungai dengan ketinggian normal.
L2 : Jarak sensor dengan air sungai dengan ketinggian di atas permukaan normal.
L1 L2
air sungai dengan ketinggian normal air sungai dengan ketinggian di atas permukaan normal
∆h L2
Sensor
3.3 Kebutuhan Sistem
Adapun kebutuhan sistem ini adalah Arduino Uno, GPRS/GSM Arduino Shield Sim900, HC-SR04
3.3.1 Arduino Uno
Arduino UNO adalah sebuah board mikrokontroler yang didasarkan pada ATmega328 (datasheet). Arduino UNO memiliki 14 pin digital input/output , 6 input analog, sebuah osilator Kristal 16 MHz, sebuah koneksi USB, sebuah power jack, sebuah ICSP header, dan sebuat tombol reset. Arduino UNO memuat semua yang dibutuhkan untuk menunjang mikrokontroler, mudah menghubungkannya ke sebuah computer dengan sebuah kabel USB atau mensuplainya dengan sebuah adaptor AC ke DC atau menggunakan baterai untuk memulainyaMikrokontroler
ATmega2560.
Berikut ini spesifikasi Arduino uno :
a. Tegangan Operasional : 5V
b. Tegangan Masukan (direkomendasi) : 7-12V c. Tegangan Masukan (batas) : 6-20V
d. Pin Digital I/O : 54 (14 pin untuk keluaran PWM)
e. Analog Input Pin : 16
f. Arus DC per I/O Pin : 40 mA
g. Arus DC for 3.3V Pin : 50 mA
h. Memori Flash :256 KB(8 KB untukbootloader)
j. EEPROM : 4 KB
Gambar 3.3 Arduino Uno
3.3.2 GPRS/GSM Arduino Shield
GPRS/GSM Shieldadalah modul berbasis SIM900 dari SIMCOM dan kompatibel dengan Arduino dan klon nya. GPRS Shield menyediakan cara untuk berkomunikasi menggunakan jaringan telepon seluler GSM. Shield ini memungkinkan untuk melakukan SMS, MMS, GPRS dan Audio melalui UART dengan mengirimkan perintah AT (GSM 07.07, 07,05 dan AT commands yang ditingkatkan SIMCOM). Shield ini juga memiliki 12 GPIOs, 2 PWMs dan ADC dari modul SIM900 (semua berlogika 2V8) pada onboard yang sekarang.
.
Gambar 3.4GPRS/GSM Arduino Shield
Berikut ini fitur – fitur yang dimiliki GPRS/GSM arduino shield adalah sebagai berikut :
1. Quad-Band 850/900/1800/1900 MHz - akan bekerja pada jaringan GSM di semua negara di seluruh dunia.
2. GPRS multi slot kelas 10/8 3. GPRS mobile station class B 4. Compliant ke fase GSM 2/2 + 5. Kelas 4 (2 W @ 850/900 MHz) 6. Kelas 1 (1 W @ 1800 / 1900MHz)
7. Kontrol melalui perintah AT - Standard Perintah: GSM 07.07 & 07,05 | Perintah ditingkatkan SIMCOM AT Commands.
8. Short Message Service - dapat mengirim data dalam jumlah kecil melalui jaringan (ASCII atau heksadesimal mentah).
9. Embedded TCP/UDP stack - memungkinkan untuk meng-upload data ke web server.
10.RTC didukung.
11.Port serial dapat dipilih ( Hardware Serial atau Software Serial). 12.Speaker dan Headphone
3.3.3 Sensor Ultrasonik HC-SR04
Sensor HC-SR04 adalah sensor pengukur jarak berbasis gelombang ultrasonik. Prinsip kerja sesnsor ini mirip dengan radar ultrasonik. Gelombang ultrasonik di pancarkan kemudian diterima balik oleh receiver ultrasonik. Jarak antara waktu pancar dan waktu terima adalah representasi dari jarak objek. Sensor ini cocok untuk aplikasi elektronik yang memerlukan deteksi jarak.
7Gambar 3.5 : Sensor Ultrasonik HC-SR04
Berikut ini spesifikasi Sensor Ultrasonik HC-SR04 :
• Jangkauan deteksi: 2cm sampai kisaran 400 -500cm • Sudut deteksi terbaik adalah 15 derajat
• Tegangan kerja 5V DC • Resolusi 1cm
• Sinyal Input Triggered Pin : 10uS TTL Pulse • Frekuensi Ultrasonik 40 kHz
• Arus 15mA
3.3.4 Sensor Kecepatan Air G3/4
putaran rotor berubah seiring dengan kecepatan aliran air. Output Sensor Hall – Effect berupa sinyal pulse.
Gambar 3.8Modul RTC DS-1307 Spesifikasi Sensor Kecepatan Air adalah sebagai berikut :
• MinimumWorking Voltage : 4.5 Volt
• Arus Maksimum : 1.5mA (DC 5V).
• Working Voltage : 5V – 24V
• Flow Rate Change : 60L/min
• Load Capacity :≤10mA(DC 5V)
• Suhu Kerja : ≤ 80℃
• Suhu Cairan : ≤ 120℃
3.4 Perancangan Hardware
Pada perancangan hardware, sistem ini menggunakan Arduino Uno, Sim900 GPRS/GSM shield Arduino, sensor kecepatan air G3/4 dan sensor ultrasonik HC-SR04 seperti yang dibahas di bab sebelumnya. Rangkaian skematiknya dapat dilihat pada gambar 3.7.
9Gambar 3.7 : Rangkaian Skematik Sistem
Berikut ini penjelasan dari gambar rangkaian skematik sistem :
1. Arduino Uno berfungsi sebagai mainboard yangmengkontrol semua komponen dalam sistem. Arduino uno menggunakan baterai Li-Po 11.1 volt sebagai catu dayanya.
3. Sensor aliran air memiliki tiga pin yaitu vcc, signal dan gnd. Pinsignal dihubungkan ke pin 2 arduino karena Arduino uno membaca sejumlah sinyal pulsa dari sensor kecepatan air dengan menggunakan fungsi interrupt.Arduino memiliki dua pin yang memiliki fungsi interrupt yaitu pin 2 dan 3.
4. Sensor Ultrasonik HC-SR04 memiliki empat pin yaitu vcc, triger, echo dan gnd.Pin triger berfungsi untuk memancarkan gelombang ultrasonik sedangkan pin echo berfungsi untuk menerima gelombang ultrasonik. Pin triger pada sensor ultrasonik diletakkan ke pin 4 arduino dan pin echo dihubungkan ke pin 5 arduino. 3.5Perancangan Software
Pada perancangan Softrware sistem ini terdiri dari dua bagian yaitu perancangan program Arduino dan server.
3.5.1 Perancangan Program Arduino
Gambar 3.10Flow Chart keseluruhan program
3.5.2 Perancangan Server
Pada perancangan server terdiri dari halaman web, MySQL database dan Get Method Page seperti yang ditunjukkan pada gambar 3.11. Halaman web pada server berfungsi untuk menampilkan data hasil pengukuran sensor secara real time laludatabase berfungsi sebagai tempat penyimpanan data hasil pengukuran sensor sedangkan HTTP GET PAGE berfungsi untuk menerima data dari sistem melalui GPRS module
3.5.2.1 Web Page
Web Page ( Halaman Web) berfungsi untuk menampilkan data ketinggian dan kecepatan air sungai yang tersimpan di database. Data – data tersebut ditampilkan dalam bentuk tabel.Web page ini dapat diakses oleh user melalui aplikasi web komputer atau mobile.Program yang digunakan untuk membangun Web page ini adalah HTML & CSS. Program HTML & CSS ini akan disimpan di server (host) dalam bentuk file script.
3.5.2.2 MySQL Database
MySQL Database berfungsi sebagai tempat penyimpanan data – data yang telah dikirim oleh Arduino melalui GPRS/GSM module. Dalam perancangannya, struktur database ini terdiri dari nama field dan tipe field seperti yang ditunjukkan pada tabel 3.1 .
Name Type
1Tabel 3.1 : Struktur Database MySQL 3.5.2.3 GET Method Page
Get Method Page adalah sebuah halaman web yang dirancang untuk menerima data yang dikirim oleh arduino melalui GPRS module. Data yang diterima akan disimpan di database. Halaman web ini dibangun dengan menggunakan PHP script. Hal yang pertama dilakukan PHP script adalah mengakses database dengan memberikan username, password,alamat host, dan nama tabel. Langkah berikutnya adalah menginitialisasi variabel – variabel yang diperlukan seperti waktu dan sensor. Proses keseluruhan dapat dilihat pada gambar 3.12.
Dalam pengiriman data dengan metode GET dilakukan dengan menambahkan tanda ‘?’ dan variabel berserta nilainya di url utama. Penulisan URL-nya dapat dilihat di contoh berikut ini :
https://www.sismon.esy.es/simpan.php?sensor1=20&sensor2=11
dimana :
•
a
BAB IV
PENGUJIAN DAN ANALISA
4.1 Umum
Pada Bab 4 ini akan dilakukan implementasi sistem berdasarkan perancangan pada Bab 3, maka dilakukan pembuatan sistem peringatan dini banjir yang terintergrasi dengan website melalui teknologi GPRS. Selain itu, dilakukan juga pengujian-pengujian terhadap sistem ini. Setelah itu, dilakukan analisa terhadap masing-masing pengujian. Adapun pengujian yang dilakukan terdiri dari :
1. Pengujian sensor ultrasonik sebagai pengukur ketinggian air 2. Pengujian sensor aliran air.
3. Pengujian pengiriman SMS 4. Pengujianpendeteksi banjir
5. Pengujian pengiriman data ke database
6. Pengujian website sebagai halaman monitoring 7. Implementasikeseluruhan sistem di lapangan
jarak antara sensor ultrasonik dengan permukaan emberadalah 136 cm. Proses pengujian sensor ultrasonik ini dapat dilihat pada gambar 4.1.
Gambar 4.3Hasil pengujian dengan pengukuran manual
Hasil pengujian sensor ultrasonik sebagai pengukur ketinggian dapat dilihat pada tabel 4.1. Dapat dilihat bahwa adanya perbedaan antara hasil pengukuran sensor dengan pengukuran secara manual. Permukaan air pada ketinggian0.08 m hingga 0.27 m mempunyai perbedaan pengukuran sebesar 4 cm sedangkan permukaan air pada ketinggian 0.31 m hingga 0.47 m mempunyai perbedaan pengukuran sebesar 3 cm.Hal ini dikarenakan rata -rata akurasi pengukuran jarak dengan menggunakan sensor ultrasonik pada jarak 0.8 meter hingga 1.3 meter adalah 96.6 %. Meskipun sensor ini mempunyai akurasi rata - rata hanya 96.6%, hal ini masih bisa ditoleransi untuk digunakan dalam sistem ini.
Ketinggian
2 Tabel 4.1 : Tabel Hasil Pengujian
17 Gambar 4.3:Grafik Hasil Pengujian Sensor Ultrasonik 0 ketinggian air ketinggian air yang terukur sensor
4.3Pengujian Sensor Aliran Air
Pada sub-bab ini dilakukan pengujian sensor aliran air. Pengujian ini dilakukan dengan meletakkan sensor aliran air di sungai dan memantau hasil pengukurannya di serial monitor. Proses pengujian dapat dilihat pada gambar 4.2 dan hasil pengukuran sensor dapat dilihat pada gambar 4.3.
Gambar 4.6 : Pengujian sensor 18Gambar 4.2 : Pengujian Sensor Aliran Air
4.4Pengujian Pengiriman SMS (Short Message Service)
Pengujian pengiriman sms dilakukan dengan sebuah program yang berisi AT Command. Pengujian ini dilakukan dengan menggunakankartu sim bernomor “08319903892” yang ditujukan ke nomor “085261541277” melalui protokol GSM. Pengiriman sms ini berisi teks “Peringatan!, Kemungkinan akan terjadi banjir di daerah sungai deli”. Gambar 4.4 menunjukkan hasil pengiriman sms di serial monitor. Jika pengiriman sms berhasil, maka penerima akan menerima sms yang berisi teks “Peringatan!, Kemungkinan akan terjadi banjir di daerah sungai deli”. Gambar 4.5 menunjukkan hasil pengujian pengiriman sms di sisi penerima.
Gambar 4.7Hasil Pengujian Pengiriman SMS di Serial Monitor
Gambar 4.8 Hasil Pengujian Pengiriman SMS di Sisi Penerima
4.5PengujianSistem Pendeteksi Banjir
Tujuan pengujian ini adalah untuk mengetahui apakah sistem ini dapat mengirim sms peringatan jika ketinggian air melewati batas yang sudah ditentukan.Pengujian ini dilakukan dengan cara simulasi dimana sebuah ember yang mempunyai tinggi 35 cm diisi dengan air secara perlahan seperti yang ditunjukkan pada gambar 4.6. Karena tinggi ember yang terbatas maka pengiriman pesan peringatan akan dilakukan
20Gambar 4.4 : Hasil Pengujian Pengiriman SMS di Serial Monitor
jika ketinggian air yang ditampung ember mencapai 35 cm.Hasil pengujian ini dapat dilihat pada tabel 4.3
Ketinggian Air ( m ) Pembacaan Sensor (m) Pengiriman SMS (Ya / Tidak)
0.10 0.11 Tidak
0.15 0.15 Tidak
0.20 0.20 Tidak
0.25 0.25 Tidak
0.30 0.30 Tidak
0.34 0.34 Tidak
0.35 0.35 Ya
3Tabel 4.2 : Hasil Pengujian Pendeteksi banjir
Pada tabel 4.3 dapat kita lihat bahwa pada ketinggian 10cm – 34 cm,sistem tidak mengirim sms peringatan. Tetapi pada ketinggian air 35 cm, sistem mengirim sms peringatan. Ini berarti bahwa sistem berjalan dengan baik sebagaimana yang diharapkan.
4.6Pengujian dan Analisa Pengiriman Data ke Database
Pada tahap ini dilakukan pengujian pengiriman data dari arduino ke database yang telah dibuat melalui module GPRS.Pengujian pengiriman data ke databasedilakukan untuk mengetahui apakah module GPRS dapat terhubung dengan jaringan internet. Pengujian dilakukan dengan mengirim data yang berukuran kurang dari 64 byte ke web dengan mengakses halaman GET-Method-nya melalui sebuah program.Pengujian ini dilakukan sebanyak sembilan kali dimana data yang dikirim ke database berupa variabel yang nilainya sudah ditentukan seperti yang ditunjukkan pada gambar 4.7.
Pada gambar 4.8menunjukkan pengiriman data ke database dengan mengakses halaman GET-Method-nya berhasil dilakukan. Kemudian dapat dilihat juga waktu pengiriman data ke database di serial monitor. Untuk melihat hasil pengujian secara keseluruhan dapat dilihat pada tabel 4.3. Pada tabel 4.3 menunjukkan bahwa dari sembilan kali pengiriman data, tidak ada pun pengiriman gagal. Lalu waktu rata – rata yang dibutuhkan untuk melakukan pengiriman adalah 20.3 detik. Ini menunjukkan bahwa waktu pengiriman data masih bisa dianggap sebagai waktu kondisi sungai tersebut.
untuk pengiriman (detik)
1 Ya 03:07:26 20
4Tabel 4.3 : Hasil Pengujian Web ke Database
Gambar 4.10 : Hasil Pengujian Pengiriman data di MySQL
4.7Pengujiandan Analisa Website sebagai Halaman Monitoring
Pada tahap ini dilakukan pengujian halaman web sebagai halaman monitoring ketinggian dan kecepatan arus sungai. Tujuan pengujian ini adalah apakah halaman web dapat menampilkan data yang tersimpan di database MySQL. Pengujian ini dilakukan dengan mengakses situs “www.monsis.pe.hu” yang merupakan alamat website tersebut. Hasil pengujian dapat dilihat pada gambar di bawah ini.
Gambar 4.11 : Hasil Pengujian Halaman Monitoring 25Gambar 4.9 : Hasil Pengujian Pengiriman data di MySQL
Pada gambar 4.10 dapat dilihat bahwa data yang tersimpan di database MySQL (gambar 4.9) ditampilkan di halaman website. Ini menunjukkan bahwa halaman web iniberhasil menampilkan data yang tersimpan di database MySQL.
4.8Implementasi& AnalisaSistem Peringatan Banjir di Lapangan
Pengujian sistem peringatan banjir dilakukan dengan menggabungkan keseluruhan perangkat sistem dan mengujinya dengan menggunakan program yang dirancang.Pengujian dilakukan pada tanggal 1 Maret 2017 dimana durasi pengujiannya kurang lebih sekitar 27 menit. Pengujian ini dilakukan di sungai Deli jembatan Juanda.Umumnya ketinggian normal permukaan sungai ini ditunjukkan pada gambar 4.11. Hal ini diketahui ketika dilakukan dengan bertanya kepada warga di sekitar pemukiman sungai. Pada pengujian ini, jarak sensor ultrasonik dengan permukaan sungaisaat ketinggian normal adalah 1.65m.
Gambar 4.12 : Lokasi Pengujian Sistem Peringatan Banjir
Dalam pengujian ini hal pertama yang dilakukan adalah pemasangan perangkat keras yang terdiri dari mainboard& sensor ke konstruksinya seperti yang ditunjukkan pada gambar 4.12. Kemudian konstruksialat tersebut diletakkan di pinggir sungai
ultrasonik ke permukaan normal air sungai tidak berubah.Selanjutnya alat dinyalakan untuk memulai pembacaan sensor dan memulai pengiriman data. Implementasi sistem dapat dilihat pada gambar 4.13.
Mikrokontroller + GPRS Module
Sensor Aliran Air Sensor Ultrasonik
28Gambar 4.12: Hasil Perakitan Perangkat dengan Konstruksinya
Gambar 4.16: Hasil Pengiriman Data dari Keseluruhan Sistem
Hasil pengujian sistem dan pengiriman data dapat dilihat pada gambar 4.18. Pada gambar 4.18dapat dilihat bahwa data hasil pengukuran sensor ultrasonik dan kecepatan air sungai serta waktunya ditampilkan di halaman web. Dari hasil pengujian ini, bahwa alat dapat mengirim hasil pengukuran sensor dengan baik melalui modul GPRS/GSM dan diterima oleh database webserver. Tidak hanya itu saja, data – data hasil pengukuran sensor yang tersimpan di database web server berhasil ditampilkan di halaman website. Pada gambar 4.19 menunjukkan tabel informasi ketinggian dan kecepatan air sungai.
Grafik data ketinggian air sungai dapat dilihat pada gambar 4.19. Pada gambar 4.19dapat dilihat bahwa pada pukul 09:31 hingga 09:55 menunjukkan ketinggian permukaan air sungai mengalami penurunan yaitu dari 65cm menjadi 60 cm.Pada pukul 09:39 dapat dilihat bahwa ketinggian air sungai adalah 62 cm di atas permukaan normal dimana pada pukul 09:42 ketinggian airnya naik lagi menjadi 64cm di atas permukaan normal. Ini menunjukkan adanya kesalahan pembacaan sensor ultrasonik yang kemungkinan diakibatkan oleh noise. Noise dalam hal ini bisa benda -benda apung yang mengalir di sungai sehingga akurasi pengukuran sensor berkurang.
BAB V PENUTUP
5.1 Kesimpulan
Berdasarkan hasil pembahasan pada bab 4, maka dapat dibuat kesimpulan sebagai berikut:
1. Telah terealisasinya suatu sistem pemantauan dan peringatan banjir yang terintegrasi dengan website dimana hal ini ditandai dengan berhasilnya melakukan pengukuran ketinggian dan kecepatan air sungai dan melakukan pengiriman data ke websiteserta memberi sms peringatan jika ketinggian air mencapai batas tertentu.
2. Rata – rata waktu pengiriman data ketinggian dan kecepatan air sungai dengan menggunakan module GPRS/GSM arduinoshield adalah 20.2 detik.
3. Sistem ini mempunyai kelemahan yaitu kesalahan pengukuran ketinggian air sungai yang diakibatkan oleh benda – benda apung yang mengalir di sungai melewati sensor ultrasonik
5.2 Saran
Adapun saran bagi penelitian berikunya adalah :
1. Untuk penelitian selanjutnya dapat dikembangkan dengan menggunakan aplikasi web yang dapat menampilkan data secara real time tanpa melakukan refresh pada halaman web.
