RANCANG BANGUN
MONITORING
PADA SISTEM
PROTEKSI PETIR
EARLY STREAMER EMMISION
DENGAN SMS
GATEWAY
DAN BERBASIS WEB
TESIS
Disusun Oleh :
Elvianto Dwi Hartono 15520001
PROGRAM STUDI MAGISTER TEKNIK ELEKTRO
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT SAINS DAN TEKNOLOGI NASIONAL
JAKARTA
RANCANG BANGUN
MONITORING
PADA SISTEM
PROTEKSI PETIR
EARLY STREAMER EMMISION
DENGAN SMS
GATEWAY
DAN BERBASIS WEB
TESIS
Diajukan Untuk Memenuhi
Persyaratan Kurikulum Magister Teknik Elektro Program Pascasarjana
Institut Sains dan Teknologi Nasional Jakarta
Disusun Oleh :
Elvianto Dwi Hartono 15520001
Jakarta, Agustus 2017
Disetujui Oleh :
RANCANG BANGUN MONITORING PADA SISTEM PROTEKSI PETIR EARLY STREAMER EMMISION DENGAN SMS GATEWAY DAN
BERBASIS WEB
Disusun Oleh:
Nama : Elvianto Dwi Hartono No Pokok : 15520001
Konsentrasi : Elektronika & Telekomunikasi
Telah dipertahankan dihadapan Dewan Penguji Pada hari sabtu, Agustus 2017
D E W A N P E N G U J I
Ketua : Prof. Dr. Masbah R.T. Siregar, APU ________________
Anggota : Dr. Ir. Iwan Krisnadi, MBA ________________
: Dr. Bambang Widiyatmoko, M.Eng ________________
: Dr. Isnaeni, M.Sc ________________
Tesis ini telah diterima sebagai salah satu persyaratan Untuk memperoleh gelar Magister Teknik
Jakarta, 12 Agustus 2017
SURAT PERNYATAAN KEASLIAN
Saya yang bertanda tangan di bawah ini:
Nama : Elvianto Dwi Hartono No Pokok : 15520001
Program Studi : Magister Teknik Elektro Konsentrasi : Elektronika & Telekomunikasi
Dengan ini menyatakan bahwa tesis yang telas saya buat dengan judul :
“Rancang Bangun Monitoring pada Sistem Proteksi Petir Early Streamer
Emmision dengan SMS Gateway dan Berbasis WEB” adalah hasil karya sendiri, dan semua sumber baik yang dikutip maupun yang dirujuk telah saya nyatakan dengan benar dan tesis belum pernah diterbitkan atau dipublikasikan dimanapun dan dalam bentuk apapun.
Demikianlah surat pernyataan ini saya buat dengan sebenar-benarnya. Apabila dikemudian hari ternyata saya memberikan keterangan palsu dan atau ada pihak lain yang mengklaim bahwa tesis yang telah saya buat adalah hasil karya milik seseorang atau badan tertentu, saya bersedia diproses baik secara pidana maupun perdata dan kelulusan saya dari Program Pascasarjana ISTN dicabut/dibatalkan.
Jakarta, Agustus 2017
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT, yang telah
melimpahkan rahmat dan karunia-Nya, sehingga pada akhirnya penulis dapat
menyelesaikan tesis ini tepat pada waktunya. Dimana tesis ini penulis sajikan
dalam bentuk buku yang sederhana. Adapun tesis, yang penulis ambil sebagai
berikut “Rancang Bangun Monitoring pada Sistem Proteksi Petir Early Streamer
Emmision dengan SMS Gateway dan Berbasis WEB”.
Tujuan penulisan tesis ini dibuat sebagai salah satu untuk mendapatkan
gelar Magister Teknik (MT) pada Program Pascasarjana ISTN.
Penulis menyadari bahwa tanpa bimbingan dan dukungan dari semua
pihak dalam penyusunan tesis ini, maka penulis tidak dapat menyelesaikan tesis
ini tepat pada waktunya. Untuk itu, pada kesempatan ini ijinkanlah penulis untuk
menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :
1. Bapak Dr. Ir. Iwan Krisnadi, MBA, selaku pembimbing tesis yang
telah menyediakan waktu, pikiran dan tenaga dalam membimbing
penulis dalam menyelesaikan tesis ini.
2. Bapak Prof. Dr. Masbah R.T.Siregar, APU, selaku kepala program
studi Magister Teknik Elektro.
3. Orang tua, istri dan kedua anakku tercinta yang telah memberikan
dukungan material dan moral kepada penulis.
4. Seluruh staf pengajar (dosen) Program Pascasarjana Magister Teknik
Elektro ISTN yang telah memberi pengajaran dan ilmu pengetahuan
yang bermanfaat bagi penulis.
5. Seluruh staf dan karyawan Program Pascasarjana ISTN yang telah
melayani penulis dengan baik selama kuliah.
6. Rekan-rekan kuliah yang telah memberikan dukungan dan semangat
kepada penulis.
Serta semua pihak yang terlalu banyak untuk penulis sebutkan satu persatu
sehingga terwujudnya penulisan tesis ini. Semoga amal ibadah mereka dalam
partisipasi tesis ini baik langsung maupun tidak langsung akan mendapat balasan
Penulis menyadari bahwa penulisan tesis ini masih jauh dari kata
sempurna, untuk itu penulis mohon kritik dan saran yang bersifat membangun
demi kesempurnaan karya ilmiah yang penulis hasilkan untuk yang akan datang.
Akhir kata semoga tesis ini dapat bermanfaat bagi penulis khususnya dan
bagi para pembaca pada umumnya.
Jakarta, Agustus 2017
ABSTRAK
Nama : Elvianto Dwi Hartono No Pokok : 15520001
Program Studi : Magister Teknik Elektro Jenjang : Strata Dua (S2)
Konsentrasi : Elektronika & Telekomunikasi
Judul : “Rancang Bangun Monitoring pada Sistem Proteksi Petir Early Streamer Emmision dengan SMS Gateway dan Berbasis WEB”
Kebutuhan akan informasi melalui sistem monitoring pada proteksi petir yang semakin tinggi untuk dapat mengetahui lebih dini adanya sambaran petir yang mengenai instalasi penangkal petir yang terpasang. Sedangkan instalasi penangkal petir yang tanpa menggunakan alat monitoring maka akan sulit untuk mengetahui efektifitas dari instalasi penangkal petir tersebut. Untuk mengetahui instalasi penangkal petir yang terpasang tanpa menggunakan sistem monitoring biasanya dengan rusaknya atau bahkan hancurnya ujung penangkal petir tersebut. Pada penelitian ini akan dirancang suatu alat yang berfungsi untuk memonitoring dan mendeteksi adanya sambaran petir melalui jarak jauh. Dengan menggunakan Arduino Uno, Ethernet shield, Sensor Arus dan SIM800L untuk mengirim data pengukuran arus sambaran melalui SMS serta berbasis Web untuk memonitoring dari manapun. Dengan adanya alat ini akan memudahkan teknisi dalam melakukan pengecekan dan perbaikan pada saat terjadi sambaran petir, sebelum sesuatu yang lebih buruk terjadi.
Dari hasil perancangan ini dapat disimpulkan bahwa dengan dilakukannya monitoring terhadap sambaran petir yang ada pada penelitian ini, antisipasi dan penanganan gangguan dapat dilakukan dengan lebih cepat. Sehingga jika terjadi permasalahan akibat sambaran petir dapat segera dilakukan perbaikan.
Kata kunci :
DAFTAR ISI
Halaman
HALAMAN SAMPUL ... i
HALAMAN JUDUL ... ii
HALAMAN LEMBAR PERSETUJUAN ... iii
HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS ... iv
KATA PENGANTAR ... v
2.3. Parameter-parameter Petir ... 12
2.3.1. Bentuk Gelombang Arus Petir ... 12
2.3.2. Kerapatan Sambaran Petir (Ng) ... 14
2.3.3. Arus Puncak (Imax) ... 14
2.3.4. Kecuraman Gelombang (Steepness) ... 15
2.4. Jenis-jenis Proteksi Petir ... 15
2.4.1. Franklin Rod (Metoda Konvensional) ... 15
2.4.2. Sangkar Faraday (Metoda Konvensional) ... 16
2.4.3. Early Streamer Emmision (Metoda Non Konvensional)17 2.5. Sistem Proteksi Petir Eksternal ... 19
2.5.1. Terminasi Udara (Air Terminal) ... 20
2.5.2. Konduktor Penyalur Arus Petir (Down Conductor) ... 21
2.5.3. Pembumian (Grounding) ... 21
2.6. Lightning Discharge Counter ... 22
2.7. Mikrokontroler Arduino... 23
2.7.1. Arduino Uno ... 23
2.7.2. Arduino IDE ... 26
2.9. Modul SIM800L GSM/GPRS ... 28
2.10. LCD (Liquid Crystal Display) ... 29
2.10.1. LCD 16x2 ... 30
2.10.2. Deskripsi Pin LCD ... 30
2.11. Sensor Arus SCT 019... 31
BAB 3. PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ALAT ... 33
3.1. Blok Diagram ... 33
3.2. Diagram Alir ... 34
3.3. Rangkaian Perangkat ... 35
3.3.1. Perancangan Perangkat Keras ... 35
3.3.2. Perancangan Perangkat Lunak (Software) ... 43
3.3.2.1. Aplikasi Program Arduino IDE ... 43
3.3.2.2. Bahasa Program Arduino yang digunakan .... 44
3.3.3. Implementasi Antarmuka ... 52
BAB 4. ANALISA DATA DAN HASIL PENELITIAN ... 54
4.1. Penerapan Sistem ... 54
4.2. Cara Pengoprasian Alat... 54
4.3. Pengujian Alat ... 55
4.3.1. Tujuan Pengujian Alat ... 55
4.3.2. Alat Bantu Pengujian ... 55
4.4. Pengujian Sistem ... 55
4.4.1. Pengujian Ethernet Shield ... 55
4.4.2. Pengujian Jaringan SIM Card dengan SIM800L ... 56
4.4.3. Pengujian Rangkaian LCD ... 57
4.4.4. Pengujian Sensor Arus ... 58
4.5. Kondisi Hasil Sebelum Penelitian ... 59
4.6. Kondisi Hasil Sesudah Penelitian ... 59
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 3.1. Pin dari LCD 16x2 ... 39
Tabel 4.1. Hasil Pengujian Waktu Respon SMS Notifikasi ... 56
Tabel 4.2. Hasil Pengujian Sensor Arus dengan Tang Ampere ... 59
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1. Petir ... 07
Gambar 2.2. Pembentukan Awan Petir ... 08
Gambar 2.3. Pembentukan Badai Petir dan Ionisasi Natural ... 10
Gambar 2.4. Downward Leader ... 10
Gambar 2.5. Upward Leader ... 11
Gambar 2.6. Return Stroke ... 12
Gambar 2.7. Osilogram Bentuk Gelombang Arus Petir ... 13
Gambar 2.8. Bentuk Gelombang Impuls Petir Standar ... 13
Gambar 2.9. Konsep Jarak Sambar ... 14
Gambar 2.10. Metoda Franklin Rod ... 16
Gambar 2.11. Metoda Sangkar Farraday... 16
Gambar 2.12. Perbandingan Jenis Proteksi Franklin Rod dengan ESE ... 17
Gambar 2.13. Teknologi ESE... 18
Gambar 2.14. Terminal Udara ESE merk Viking ... 20
Gambar 2.15. Lightning Discharge Counter ... 22
Gambar 2.16. Arduino Uno ... 24
Gambar 2.17. Arduino Ethernet Shield R3 ... 28
Gambar 2.18. Modul SIM800L ... 29
Gambar 2.19. Tampilan LCD 16x2 ... 30
Gambar 2.20. Skema Transformator Arus ... 32
Gambar 2.21. Sensor Arus SCT 019 ... 32
Gambar 3.1. Diagram Blok ... 34
Gambar 3.2. Flow Chart Simulasi dan Perancangan Alat ... 35
Gambar 3.3. Rangkaian Sistem Proteksi Petir ... 36
Gambar 3.4. Skema Rangkaian Sensor Arus ... 37
Gambar 3.5. Skema Konfigurasi Arduino dengan LCD ... 40
Gambar 3.6. Skema Konfigurasi Arduino dengan SIM800L ... 42
Gambar 3.7. Program Arduino IDE ... 44
Gambar 3.8. Tampilan Halaman Login ... 52
Gambar 3.9. Tampilan Halaman Manage Data ... 53
Gambar 3.10. Tampilan Halaman Grafik Data Sambaran ... 53
Gambar 4.1. Pengetesan Koneksi Ethernet Shield ... 56
Gambar 4.2. Kalibrasi LCD ... 57
Gambar 4.3. Tampilan Alat Monitoring pada LCD ... 58
Gambar 4.4. Alat Monitoring Sistem Proteksi Petir ... 60
Gambar 4.5. Tampilan Notifikasi SMS ... 61
Gambar 4.6. Tampilan Web Data Sambaran Petir ... 62
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
Lampiran 1 Monitoring Sistem Proteksi Petir ... 64
Lampiran 2 Spesifikasi... 68
Lampiran 3 Lembar Konsultasi Bimbingan Tesis ... 74
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Penulisan
Indonesia merupakan daerah hari guruh pertahun tertinggi di dunia menurut
buku Guinness of Records yakni berkisar antara 180 - 260 hari guruh pertahun
dengan kerapatan sambaran petir ke tanah (Ng) mencapai 30 sambaran per km2
per tahun.
Petir merupakan kejadian alam dimana terjadi loncatan muatan listrik antara
awan dengan bumi. Loncatan muatan listrik tersebut diawali dengan
pengumpulnya uap air di dalam awan. Ketinggian antara permukaan atas dan
permukaan bawah pada awan dapat mencapai jarak sekitar 8 km dengan
temperature bagian bawah sekitar 15,5⁰C dan temperature bagian atas sekitar
-51⁰C. Akibatnya, di dalam awan tersebut akan terjadi kristal-kristal es. Karena di
dalam awan terdapat angin ke segala arah, maka Kristal-kristal es tersebut akan
saling bertumbukan dan bergesekan sehingga terpisahkan antara muatan positif
dan muatan negatif.
Pemisahan muatan inilah yang menjadi sebab utama terjadinya sambaran
petir. Pelepasan muatan listrik dapat terjadi di dalam awan, antara awan dengan
awan dan antara awan dengan bumi tergantung dari kemampuan udara dalam
menahan beda potensial yang terjadi.
Petir yang dikenal sekarang terjadi akibat awan dengan muatan tertentu
menginduksi muatan yang ada di bumi. Bila muatan di dalam awan bertambah
besar, maka muatan induksi makin besar sehingga beda potensial antara awan
dengan bumi semakin besar. Kejadian ini diikuti sambaran pelopor yang menurun
dari awan dan diikuti dengan adanya sambaran pelopor yang naik dari bumi
mendekati sambaran pelopor yang turun. Pada saat itulah terjadi apa yang
dinamakan petir.
Sambaran petir langsung dapat menyebabkan kerusakan bangunan, peralatan,
disebabkan sambaran petir tidak langsung dapat mempengaruhi kinerja peralatan,
umur pakai, bahkan kerusakan peralatan. Hal ini dapat menimbulkan kerugian
yang besar, sehingga dibutuhkan usaha untuk mengurangi resiko kerusakan akibat
sambaran petir, yaitu dengan sistem proteksi petir.
Sistem proteksi petir pada bangunan meliputi sistem proteksi petir eksternal
dan internal, sistem proteksi petir eksternal berfungsi untuk mengurangi resiko
terhadap bahaya kerusakan akibat sambaran langsung pada bangunan yang
dilindungi, sedangkan sistem proteksi petir internal bertujuan untuk melindungi
instalasi peralatan di dalam bangunan terhadap tegangan lebih akibat sambaran
petir. Perancangan sistem proteksi petir dipengaruhi karakteristik bangunan yang
diproteksi dan karakteristik tahanan tanah di daerah tersebut.
Lightning counter merupakan alat penghitung sambaran petir yang berfungsi
sebagai alat pencatat adanya sambaran petir yang menyambar ujung penangkal
petir yang terpasang. Untuk mengetahui apakah instalasi penangkal petir yang
terpasang berfungsi atau tidak, maka diperlukan alat yang kita sebut lightning
counter. Cara kerja lightning counter ini yaitu alat ini akan menghitung jumlah
sambaran petir yang menyambar ujung penangkal petir, sehingga kita bisa
mengetahui efektif atau tidaknya instalasi penangkal petir yang telah terpasang.
Pada prinsipnya lightning counter bekerja bila ada sambaran petir yang
mengenai penangkal petir (head protector) yang terpasang. Lightning counter
dalam instalasi penangkal petir termasuk bisa di katakan sebagai monitoring
kontrol sebuah instalasi penangkal petir. Apabila instalasi penangkal petir yang
kita pasang dengan menambah lightning counter kita bisa mengetahui lebih dini
adanya sambaran petir yang mengenai instalasi penangkal petir yang terpasang.
Sedangkan instalasi penangkal petir yang tanpa menggunakan alat lightning
counter maka akan sulit untuk mengetahui efektif atau tidaknya instalasi
penangkal petir tersebut.
Untuk mengetahui instalasi penangkal petir yang terpasang tanpa
menggunakan alat lightning counter biasanya dengan rusaknya atau bahkan
hancurnya ujung penangkal petir (head protector). Mekanisme kerja lightning
counter sendiri dengan menggunakan power dan induksi yang ditimbulkan adanya
conduktor (kabel induktor) sehingga kumparan yang terdapat dalam lighting
counter akan bergerak dengan indikator angka.
Besarnya arus yang dapat dibaca lightning counter tergantung dari merknya
(pada merk CPT cirprotec 250A – 100kA), dengan besarnya induksi tersebut akan
dapat di olah oleh kumparan yang terdapat di dalam lightning counter untuk di
jadikan energi listrik yang dapat menggerakkan indikator untuk arus
elektromagnetik sehingga alat ini bisa berfungsi dalam perhitungan sambaran dari
petir, pada dasarnya alat ini difungsikan oleh arus listrik yang disebabkan oleh
adanya sambaran petir itu sendiri. Lightning counter tidak akan berfungsi apabila
kuatnya sambaran dari petir terlalu lemah, seperti kita ketahui kekuatan sambaran
petir tidak semua sama besarnya dengan lemahnya sambaran petir maka
kumparan yang terdapat dalam lighting counter tidak akan bisa bekerja, sehingga
tidak terdapat hitungan pada alat tersebut.
Untuk memperbaiki kinerja serta perbaikan pada sistem lightning counter,
maka perlu ada perubahan yang semula sistem konvensional (hanya
menggerakkan indikator angka) menjadi kumpulan informasi yang disimpan di
dalam komputer secara sistematik sehingga dapat diperiksa menggunakan suatu
program komputer untuk memperoleh informasi dari basis data tersebut.
Sistem monitoring pada proteksi petir ini dilakukan dengan memasang sensor
arus pada konduktor penyalur arus petir (down conductor), dengan tujuan untuk
mengetahui kapan dan berapakali sambaran petir tersebut terjadi. Selanjutnya,
keluaran sensor dibaca oleh Arduino dan dikirimkan ke server menggunakan jalur
internet dan server juga melakukan komunikasi melalui SMS gateway untuk
memberi informasi apabila terjadi sambaran petir yang melalui sensor arus
tersebut.
Informasi yang ditampilkan dalam Web adalah informasi cuaca, data
sambaran petir yang meliputi tanggal, waktu dan besaran arus sambaran, serta
grafik terjadinya sambaran dalam setiap bulannya. Selain informasi dari Web juga
terdapat notifikasi melalui SMS yang menampilkan tanggal, waktu dan besaran
arus sambaran petir.
Informasi-informasi tersebut sangat berguna sekali bagi teknisi gedung dalam
perbaikan pada sistem proteksi petir eksternal tersebut, karena jika terjadi
kerusakan pada sistem proteksi petir tersebut, maka dengan cepat dapat langsung
terdeteksi.
1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan uraian latar belakang diatas, permasalahan dalam perancangan
penelitian ini adalah bagaimana merancang sebuah alat proteksi petir early
streamer emmision menggunakan sensor arus yang dapat di monitoring secara
real time melalui Web browser serta mengirimkan notifikasi SMS gateway
kepada teknisi gedung.
1.3 Batasan Masalah
Agar penelitian dapat lebih fokus dan perancangan alat dapat disimulasikan,
maka penelitian dibatasi dengan melakukan langkah-langkah sebagai berikut:
1. Penelitian ini terbatas pada rancangan pembuatan alat monitoring sistem
proteksi petir early streamer emission. Didalam mengukur besarnya arus petir
yang tertangkap melewati konduktor penyalur arus petir (down conductor)
peneliti menggunakan percobaan dengan sensor arus 200A, sedangkan dalam
mensimulasikan aliran arus peneliti menggunakan arus listrik sebagai
percobaan.
2. Pemanfaatan Web browser sebagai monitoring kerja sistem.
3. Sistem hanya melakukan fungsi monitoring adanya arus yang di asumsikan
sebagai sambaran petir.
1.4 Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah terbentuknya sebuah aplikasi nyata berbasis web
dan SMS gateway yang pada akhirnya dapat digunakan untuk meningkatkan
keamanan serta monitoring pengukuran secara real time dalam mengetahui
sebagai acuan di dalam melakukan pemeriksaan secara berkala ataupun perbaikan
pada sistem proteksi petir (early streamer emmision).
1.5 Manfaat Penelitian
Pada hasil penelitian ini diharapkan dapat memberikan manfaat diantaranya
adalah sebagai berikut:
1. Bahan studi perbandingan dan pertimbangan untuk penelitian dan
pengembangan lebih lanjut.
2. Memperkenalkan metode rancang bangun monitoring pada sistem proteksi
petir (early streamer emmision) menggunakan sms gateway dan berbasis
Web.
3. Memberikan solusi kemudahan dalam pemantauan sambaran petir dari jarak
jauh.
1.6 Sistematika Penulisan
Penulisan proposal tesis berdasarkan pada ketentuan sebagaimana yang telah
ditentukan, terdiri dari beberapa bab yaitu :
Bab I : Pendahuluan
Membahas mengenai latar belakang penelitian, rumusan masalah,
batasan masalah, maksud dan tujuan penulisan, manfaat penelitian
serta sistematika penulisan dari tesis yang akan disusun.
Bab II : Tinjauan Pustaka
Membahas tentang penjelasan tentang teori yang berhubungan dengan
penelitian, kerangka pemikiran, model dalam penelitian serta hipotesis
yang melandasi dalam penelitian ini.
Bab III : Perancangan dan Pembuatan Alat
Membahas mengenai metode yang digunakan dalam menyelesaikan
penelitian, mencakup objek penelitian, desain perancangan alat, teknik
Bab IV : Analisis Data dan Hasil Penelitian
Membahas mengenai penjelasan analisis data dan hasil penelitian dari
perancangan alat monitoring pada sistem proteksi petir.
Bab V : Kesimpulan dan Saran
Dalam bab ini membahas kesimpulan dari penelitian dan saran untuk
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
Bab ini diawali dengan tinjauan pustaka, yang menjelaskan mengenai
penelitian terdahulu, yang berkaitan langsung dengan penelitian ini.
2.1 Pengertian Petir
Petir adalah sebuah cahaya yang terang benderang yang dihasilkan oleh tenaga
listrik alam yang terjadi di antara awan-awan atau awan ke tanah. Sering kali
terjadi bila cuaca mendung atau badai. Petir merupakan peristiwa alam yaitu
proses pelepasan muatan listrik (electrical discharge) yang terjadi di atmosfer.
Peristiwa pelepasan muatan ini akan terbentuknya konsentrasi muatan-muatan
positif dan negatif didalam awan ataupun perbendaan muatan dengan permukaan
bumi.
Gambar 2.1 Petir
Ketinggian antara permukaan atas dan permukaan bumi pada awan dapat
mencapai jarak sekitar 8 km dengan temperatur bagian bawah 13⁰C dan
temperatur bagian atas sekitar -65⁰C. Akibatnya, didalam awan tersebut akan
terjadi Kristal-kristal es. Karena didalam awan terdapat angin ke segala arah,
terpisah antara muatan positif dan muatan negatif. Pemisahan muatan inilah yang
menjadi sebab utama terjadinya sambaran petir. Pelepasan muatan listrik dapat
terjadi didalam awan, antara awan dengan awan dan antara awan dengan bumi
tergantung dari kemampuan udara dalam menahan beda potensial yang terjadi.
Panjang kanal petir bisa mencapai beberapa kilometer, dengan rata-rata 5 km.
Kecepatan pelopor menurun dari awan bisa mencapai 3% dari kecepatan cahaya.
Sedangkan kecepatan pelepasan muatan balik mencapai 10% dari kecepatan
cahaya. Dimana besar kecepatan cahaya (c) adalah 3x106 km/s.
2.2 Proses Terjadinya Petir
2.2.1 Pembentukan Awan Bermuatan
Terjadinya petir merupakan hasil dari proses pada atmosfer sehingga muatan
terkumpul pada awan. Terjadinya awan merupakan konsekuensi dari ketidak
stabilan atmosfer bumi. Energi sinar matahari menumbuk partikel udara dan akan
memanaskan lapisan udara bagian bawah yang akan menyebabkan berkurangnya
kerapatan dan atmosfer menjadi tidak stabil untuk gerakan keatas. Hal ini
disebabkan tekanan atmosfer berkurang sebanding dengan ketinggian yang akan
mengakibatkan udara yang memuai akan bergerak keatas.
Gambar 2.2 Pembentukan Awan Petir
Gerakan lapisan udara keatas akan menurunkan temperatur lapisan udara
sehingga pada ketinggian dan temperatur tertentu akan terbentuk uap air dan
terbentuk titik-titik air yang terkumpul membentuk awan. Dalam keadaan normal
pada atmosfer bumi terdapat sejumlah ion-ion positif dan negatif yang tersebar
acak. Ion-ion ini terjadi karena tumbukan atom, pancaran sinar kosmis dan energi
Pada keadaan cuaca cerah diudara terdapat medan listrik yang berarah tegak
lurus kebawah menuju bumi. Dengan adanya medan listrik itu, butiran air yang
terdapat di udara akan terpolarisasi karena induksi. Bagian atas bermuatan negatif
dan bagian bawah bermuatan positif. Dengan demikian butiran air yang terdapat
di awan akibat proses kondensasi akan terpolarisasi. Didalam awan adakalanya
terjadi pergerakan arus udara keatas membawa butir-butir air yang berat jenisnya
rendah dengan kecepatan sekitar 30 sampai 40 m/s. Karena mengalami
pendinginan, butiran air ini akan membeku sehingga berat jenisnya membesar
yang mengakibatkan timbulnya gerakan udara kebawah dengan kecepatan cukup
tinggi. Dalam pergerakan didalam awan ini, pada permukaan bagian bawah
butiran air timbul gaya tarik terhadap ion-ion negatif yang mempunyai mobilitas
rendah, sedangkan ion-ion positif ditolak. Akibatnya pada butiran air ini
terkumpul muatan negatif. Butir-butir air yang besar akan membawa muatan
negatif berkumpul di awan bagian bawah sedangkan butir-butir air yang lebih
kecil yang bermuatan positif berkumpul di awan bagian atas. Bersamaan
terjadinya pengumpulan muatan, pada awan timbul medan listrik yang
intensitasnya semakin bertambah besar. Akibatnya gerakan kebawah butir-butir
air menjadi terhambat atau terhenti. Dengan terjadinya muatan pada awan bagian
bawah, di permukaan bumi terinduksi muatan yang berlawanan dengan muatan
pada awan bagian bawah. Akibatnya terbentuk medan listrik antara awan dengan
permukaan bumi. Apabila medan listrik ini melebihi kekuatan tembus udara,
maka terjadilah pelepasan muatan.
2.2.2 Downward Leader
Proses ionisasi pada awan petir tersebut akan menghasilkan medan listrik
antara awan petir dan bumi. Apabila medan listrik yang dihasilkan mencapai level
breakdown voltage kira-kira 100 juta volt terhadap bumi, maka akan terjadi
pelepasan elektron dari awan petir ke bumi (Downward Leader). Pelepasan
muatan elektro ini pada umumnya berupa lidah-lidah petir yang bercahaya yang
turun bertahap menuju permukaan bumi dengan kecepatan rambat rata-rata 100 -
800 km/s. Untuk lebih jelasnya perhatikan gambar berikut ini.
Gambar 2.4 Downward Leader
2.2.3 Upward Leader
Terbentuknya Downward Leader dengan kecepatan yang tinggi ini
menyebabkan naiknya medan listrik yang dihasilkan antara ujung lidah petir
tersebut dengan permukaan bumi. Sehingga menyebabkan terbentuknya Upward
Leader yang berasal dari puncak - puncak tertinggi dari permukaan bumi. Proses
ini berlanjut hingga keduanya bertemu disuatu titik ketinggian tertentu, yang
dikenal dengan Striking Point.
Dengan demikian maka lengkaplah sudah pembentukan kanal ionisasi antara
awan petir dan bumi, dimana kanal ionisasi ini merupakan saluran udara yang
Gambar 2.5 Upward Leader
2.2.4 Return Stroke
Return Stroke yang diistilahkan dengan sambaran balik merupakan arus petir
yang sesungguhnya yang mengalir dari bumi menuju awan petir melalui kanal
ionisasi yang sudah terbentuk diatas. Oleh karena kanal udara yang terionisasi ini
memiliki konduktivitas yang tinggi, maka kecepatan rambat arus petir ini jauh
lebih cepat dibandingkan dengan kecepatan rambat dari step leader, yaitu ±
20.000 - 110.000 km/s.
Gambar 2.6 Return Stroke
Parameter petir menyatakan karakteristik atau penggambaran pertir itu sendiri.
Parameter-parameter petir cukup banyak, terutama yang berkaitan usaha-usaha
protektif petir. Selain itu, parameter ini juga berguna dalam studi efek perusakan
akibat sambaran petir dan kemungkinan pemanfaatannya. Parameter-parameter
tersebut yaitu bentuk gelombang petir, kerapatan sambaran (Ng), arus puncak
(Imax), kecuraman gelombang atau steepness (di/dt).
2.3.1 Bentuk Gelombang Arus Petir
Bentuk gelombang arus petir ini menggambarkan besar arus, kecuraman
(kenaikan arus), serta lamanya kejadian (durasi gelombang), dinyatakan oleh
waktu ekor. Pada kenyataannya, bentuk gelombang arus petirnya bisa berbeda
Gambar 2.7 Osilogram Bentuk Gelombang Arus Petir
Karena ada perbedaan tersebut, maka bentuk standar gembang arus petir
berbeda-beda untuk suatu Negara atau Lembaga, misalnya standar Jepang (JIS),
atau Jerman (VDE), Inggris (BS) dan sebagainya. Untuk internasional biasanya
mengacu pada IEC. Bentuk gelombang arus petir dinyatakan dalam dua besaran
yakni, waktu muka (Tf) yang menyatakan lamanya muka gelombang (front
Gambar 2.8 Bentuk Gelombang Impuls Petir Standar
2.3.2 Kerapatan Sambaran Petir (Ng)
Parameter ini menyatakan banyaknya aktifitas petir atau sambaran petir ke
bumi dalam rentang satu tahun di suatu wilayah, dinyatakan dalam sambaran per
km2 per tahun. Jumlah sambaran kilat ini sebanding dengan jumlah hari guruh per
tahun atau biasa disebut Iso Keraunic Level (IKL). Banyak peneliti yang
memberikan perhatian kearah ini dan mengemukakan rumus-rumus yang
berlainan. Untuk Indonesia, T.S. Hutauruk memberikan usulan kerapatan
sambaran petir adalah sebesar :
Ng = 0,15 IKL
...(2.1)
2.3.3 Arus Puncak (Imax)
Parameter arus puncak ini menentukan jatuh tegangan resistif pada tahanan
pertanahan dan tahanan peralatan yang terkena sambaran. Selain itu juga, ikut
menentukan kenaikan temperatur pada peralatan yang disambar. Biasanya nilai
arus puncak ini yang digunakan dalam menyatakan suatu gelombang impuls petir,
bersama-sama dengan dua besaran gelombang sebelumnya yaitu waktu muka (Tf)
dan waktu ekor (Tt).
Menurut Whitehead, arus puncak ini menentukan jarak sambaran petir dalam
r = 8,0 . Imax0,65
[meter]...(2.2)
dimana Imax dalam kA
Gambar 2.9 Konsep Jarak Sambar
2.3.4 Kecuraman Gelombang (Steepness)
Kecuraman gelombang merupakan salah satu parameter paling penting.
Parameter ini menyatakan kecepatan kenaikan arus petir dalam setiap satuan
waktu (di/dt). Semakin besar nilai arus dalam setiap satuan waktu, berarti semakin
curam bentuk gelombang arusnya dan makin pendek durasi muka gelombang
(front duration).
2.4 Jenis-jenis Proteksi Petir
Dewasa ini, banyak dikenal berbagai jenis proteksi petir, dari berbagai jenis
tersebut dapat dikelompokkan kedalam 2 macam metode, yaitu proteksi petir
metode konvensional dan metode non konvensional.
2.4.1 Franklin Rod (Metoda Konvensional)
Pengamanan bangunan terhadap sambaran kilat dengan menggunakan system
penangkal petir Franklin merupakan cara yang tertua, namun masih sering
digunakan karena hasilnya dianggap cukup memuaskan, terutama untuk
bangunan-bangunan dengan bentuk tertentu, seperti misalnya : menara, gereja dan
bangunan-bangunan lain yang beratap runcing. Franklin Rod (Tongkat Franklin),
alat ini berupa kerucut tembaga dengan daerah perlindungan berupa kerucut
imajiner dengan sudut puncak 112⁰. Agar daerah perlindungan besar, Franklin
Rod makin lemah perlindungan di dalam daerah perlindungan tersebut. Franklin
Rod dapat dilihat berupa tiang-tiang di bubungan atap bangunan. Sistem yang
digunakan untuk mengetahui area proteksi dari penyalur petir ini adalah dengan
menggunakan sistem proteksi kerucut.
Gambar 2.10 Metoda Franklin Rod
2.4.2 Sangkar Faraday (Metoda Konvensional)
Untuk mengatasi kelemahan Franklin Rod karena adanya daerah yang tidak
terlindungi dan daerah perlindungan melemah bila jarak makin jauh dari Franklin
Rod-nya maka dibuat sistem sangkar faraday. Sangkar faraday mempunyai sistem
dan sifat seperti Franklin Rod, tapi pemasangannya diseluruh permukaan atap
bangunan dengan tinggi tiang yang lebih rendah.
2.4.3 Early Streamer Emmision (Metoda Non Konvensional)
Metoda ini pertama kali dipatenkan oleh Gusta P Carpart tahun 1931.
Sebelumnya seorang ilmuwan Hungaria, Szillard tahun 1941 pernah melontarkan
gagasan untuk menambahkan bahan radioaktif pada franklin rod guna
meningkatkan tarikan pada sambaran petir. Metoda ini terdiri atas franklin rod
dengan bahan radioaktif radium atau sumber thorium sebagai penghasil ion yang
dihubungkan ke pentanahan melalui penghantar khusus.
Gambar 2.12 Perbandingan jenis proteksi Franklin Rod dengan ESE
Sistem proteksi petir Early Streamer Emmission adalah pendekatan relative
terbaru dalam penyelesaian masalah kerusakan instalasi petir, yang dilengkapi
dengan system Franklin Rod. Early Streamer Emmision adalah terminal udara
radioaktif non konvensional, tetapi banyak negara telah melarang hal ini.
Bahwasanya sumber radioaktif yang posisinya dekat dengan bagian atas terminal
membahayakan kesehatan.
Peralatan Early Streamer Emmision non radioaktif yang banyak digunakan
adalah Pulsar (dikembangkan oleh Helita, Perancis), Dynasphere (dikembangkan
oleh Erico, Australia), Prevectron (dikembangkan oleh Indelec, Perancis), EF
(dikembangkan oleh EF International, Swiss), dan LPI Stormaster (dikembangkan
Performa yang unggul dari tipe non konvensional ini adalah kemampuan
untuk meyebabkan ionisasi elektrostatik lebih awal pada penangkap petir ini
dibanding jenis Franklin Rod, sehingga system non konvensional tersebut
kemudian diberi nama jenis ESE (Early Streamer Emmision).
Gambar 2.13 Teknologi ESE
Radius dari proteksi, Rp dari alat ESE digambarkan pada gambar berikut dari
standar perancis NF C 17 –102. Hal ini tergantung pada alat inisiasi, ΔT dari atat
ESE. Radius dari proteksi, Rp di dapat dari :
Rp (m) = √
...(2.3)
dimana :
Rp (m) = Radius dari proteksi dalam are horizontal dalam jarak vertical h dari
ujung tipe ESE dari Viking.
h (m) = Tinggi dari ujung atas terminal elemen yang diproteksi, untuk h ≥ 5 m
D (m) = 20 m untuk tingkat proteksi I
45 m untuk tingkat proteksi II
60 m untuk tingkat proteksi III
ΔL (m) = Tambahan jarak
Tambahan jarak, ΔL didapat dari :
ΔL = V ΔT (µs)
dimana :
V (m/µs) = Rata – rata kecepatan dari tracer yang turun (2 x 104 m/s).
ΔT (µs) = Tambahan dalam waktu spark dari leader yang keatas diukur dalam kondisi lab.
ΔT = TFR – TESE
...(2.5)
Untuk tinggi terminal yang lebih rendah dari 5 m, nilai Rp yang respektif bisa
diperoleh dari tabel pembuktian dari standar Perancis NFC. Jadi performa yang
unggul dari tipe ini adalah dating dari kemampuan untuk menyebabkan inisiasi
yang lebih awal dari streamer secara terus menerus ke atas dari pada sebuah FR
dalam kondisi yang sama dari sambaran petir.
2.5 Sistem Proteksi Petir Eksternal
Sistem proteksi petir eksternal berfungsi untuk menghindari bahaya langsung
suatu sambaran petir pada instalasi-instalasi atau peralatan-peralatan yang
terpasang diluar gedung atau bangunan, di menara dan bagian-bagian luar
bangunan. Dalam hal ini termasuk juga perlindungan terhadap manusia yang
berada di luar gedung. System proteksi petir eksternal pada dasarnya terdiri dari:
Terminasi udara (Air Terminal)
Konduktor penyalur arus petir (Down Conductor)
Pembumian (Grounding)
2.5.1 Terminasi Udara (Air Terminal)
Terminasi udara adalah bagian sistem proteksi petir eksternal yang
dikhususkan untuk menangkap sambaran petir, berupa elektroda logam yang
dipasang secara tegak, maupun mendatar. Penangkapan petir ini ditempatkan
sedemikian rupa sehingga mampu menangkap semua petir yang menyambar tanpa
Posisi penyalur petir yang vertical membuat tampak atasnya hanya berupa
suatu titik, sehingga bila step leader mendekati penyalur petir dari daerah
manapun akan mengalami reaksi yang sama (tanpa kondisi khusus). Hal ini
menggambarkan secara umum bahwa perilaku penyalur petir dalam melindungi
daerahnya cenderung untuk membentuk suatu lingkup volume, dengan penyalur
petir sebagai sumbu. Bidang dasar zona proteksinya merupakan suatu lingkaran
dengan penyalur petir sebagai titik pusat. Oleh sebab itu, untuk menyatakan
kemampuan proteksi penyalur petir digunakan sebutan radius proteksi atau
jari-jari proteksi, yaitu jarak terjauh dari pusat lingkaran yang masih dapat dilindungi
oleh penyalur petir.
Daerah lindung atau sudut lindung suatu terminasi udara (air terminal)
penyalur petir ditentukan oleh “jarak sambar” suatu sambaran petir yang
panjangnya ditentukan oleh tingginya arus petir. Salah satu metode dan teori yang
digunakan pada saat ini untuk menentukan penempatan terminasi udara dan untuk
mengetahui daerah proteksi, yaitu metode bola bergulir (rolling sphere method).
Gambar 2.14 Terminal Udara ESE merk Viking
2.5.2 Konduktor Penyalur Arus Petir (Down Conductor)
Down conductor berfungsi sebagai penyalur arus petir yang mengenai
terminasi udara (air terminal) dan diteruskan ke pembumian (grounding).
Pemilihan jumlah dan posisi konduktor penyalur sebaiknya memperhitungkan
kenyataan bahwa jika arus petir dibagi dalam beberapa konduktor penyalur, resiko
loncatan ke samping dan gangguan elektro magnetic di dalam gedung berkurang.
Jenis-jenis bahan penghantar penyalur petir adalah:
1. Kawat tembaga (BCC = Bare Copper Cable)
3. Campuran alumunium dan baja (ACSR = Alumunium Cable Steel Reinforce)
4. Kawat baja yang diberi lapisan tembaga (Copper Weld)
5. Alumunium puntir berisolasi (Twisted Wire)
6. Kawat baja, dipakai pada kawat petir dan pentanahan
7. Kabel HVSC (High Voltage Shielded Cable)
2.5.3 Pembumian (Grounding)
Pembumian adalah menanam satu atau beberapa elektroda ke dalam tanah
dengan cara tertentu untuk mendapatkan tahanan pembumian yang diinginkan.
Elektroda pembumian tersebut membuat kontak langsung dengan bumi.
Penghantar bumi yang tidak berisolasi yang ditanam dalam bumi dianggap
sebagai bagian dari elektroda bumi. Sebagai bahan elektroda, digunakan tembaga
atau baja yang digalvanisasi atau dilapisi tembaga, sepanjang kondisi setempat
tidak mengharuskan memakai bahan lain (misalnya pada perusahaan kimia).
Dalam penentuan sistem pembumian, ada beberapa hal yang perlu
Adalah peralatan tambahan untuk menghitung jumlah sambaran yang
menghantam dan mengenai perangkat penyalur petir yang terpasang pada sebuah
bangunan, fungsi utamanya adalah sebagai analisa keakurasian dari penangkal
petir yang telah terpasang.
Dengan adanya perangkat counter tersebut, maka pihak pengelola ataupun
pemilik bangunan dapat mengetahui seberapa banyak unit penyalur petirnya telah
terkena sambaran petir dan apabila ada kerusakan dengan dugaan terkena petir
dengan adanya counter petir ini maka dapat menganalisa sebab-sebab kerusakan
yang masuk melalui penyalur petir nya ataukah karena sambaran tidak langsung
yang berdampak pada bangunan.
Gambar 2.15 Lightning Discharge Counter
Adapun data teknisnya, adalah sebagai berikut:
Minimum metering current : 250A
Maximum metering current : 100kA
Matering range : 0-999999
IP Rating : IP-65
Working temperature : -20°C - 65°C
Pin analog input : 6
Color : RAL 9004 (Black)
Dimmensions (mm) : 63x33x57
Weight (gr) : 225
2.7 Mikrokontroler Arduino
Arduino adalah mikrokontroler singleboard yang dirancang untuk
memudahkan penggunanya karena sifatnya yang open-source. Mikrokontroler
jenis Atmel AVR adalah mikrokontroler yang digunakan pada arduino.
Mikrokontroler AVR menggunakan basis arsitektur AVR RISC (Reduced
Intrution Set Computer) mengacu pada arsitektur Harvard, yang dibuat oleh Atmel
tahun 1996. Adapun kelebihan yang dimiliki adalah (Arduino, 2016):
1. Lintas platform yaitu software arduino dapat dijalankan pada sistem operasi
windows, macintosh OSX dan linux, sementara platform lain umumnya
2. Sangat mudah dipelajari dan digunakan karena bahasa pemrogramannya
masih sama seperti bahasa C.
3. Open source, baik dari sisi hardware maupun softwarenya.
4. Memiliki modul siap pakai (shield) yang bisa ditancapkan pada board arduino
yaitu shield GSM/GPRS, GPS, Ethernet, SD Card dan lain-lain.
2.7.1 Arduino Uno
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, sebuah 16 MHz osilator kristal, sebuah koneksi
USB, sebuah konektor sumber tegangan, sebuah header ICSP dan sebuah tombol
reset.
Arduino Uno memuat segala hal yang dibutuhkan untuk mendukung sebuah
mikrokontroller. Hanya dengan menghubungkannya ke sebuah komputer melalui
USB atau memberikan tegangan DC dari baterai atau adaptor AC ke DC sedah
dapat membuatnya bekerja. Arduino Uno menggunakan Atmega16U2 yang
diprogram sebagai USB-to-serial converter untuk komunikasi serial ke komputer
melalui port USB. Tampak atas dari arduino uno dapat dilihat pada gambar 2.11
Gambar 2.16 Arduino Uno
Adapun data teknis board Arduino Uno R3, adalah sebagai berikut:
Tegangan Operasi : 5V
Tegangan Input (recommended) : 7-12V
Tegangan Input (limit) : 6-20V
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 3.3V : 150 mA
Flash memory : 32 KB dengan 0.5 KB digunakan untuk bootloader
SRAM : 2 KB
EEPROM : 1 KB
Kecepatan Pewaktuan : 16 MHz
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 sebesar 40 mA dan memiliki
resistor pull-up internal (diputus secara default) sebesar 20-30 KΩ. 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 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 dengan menggunakan fungsi analogWrite().
Serial peripheral interface (SPI) : pin 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO) dan 133 (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 dan sebaliknya ketika pin
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.
2.7.2 Arduino IDE
Arduino IDE (Integrated Development Environment) merupakan software
yang digunakan untuk membuat kode program dilengkapi dengan fitur pada
toolbar memiliki fungsi yang dapat membantu dalam menghubungkan program
dengan mikronontroler arduino. Program yang dibuat dengan arduino IDE disebut
dengan sketches. File sketches yang dibuat selanjutnya akan disimpan dengan
menggunakan format .ino. Berbagai fitur yang dapat digunakan dalam membuat
kode program seperti copy, paste, cut, searching dan replace text. Sketches yang
sudah dibuat akan diperiksa dan menampilkan pesan error saat proses exporting.
Pesan error juga memberikan informasi letak dari kesalahan pada sketches.
Arduino IDE juga dilengkapi dengan pilihan jenis mikrokontroler yang digunakan
nantinya. Fitur-fitur lainnya seperti verify, upload, new, open, save dan serial
monitor memiliki fungsinya masing-masing (Arduino, 2016).
1. Verify
Verify berfungsi melakukan pemeriksaan terhadap kode program yang dibuat
agar tidak terdapat kesalahan baik secara struktur maupun perintah yang
digunakan.
2. Upload
Upload memiliki fungsi untuk mengkompilasi kode program serta
mengunduh kode program dari dalam modul mikrokontroler yang digunakan.
3. New
New berfungsi untuk menyediakan lembar kerja baru untuk membuat
4. Open
Fungsi dari fitur ini untuk membuka file kode program yang sudah pernah
dibuat sebelumnya dan tersimpan dengan format .ino.
5. Save
Save digunakan untuk menyimpan kode program atau sketches yang sudah
dibuat.
6. Serial monitor
Serial monitor adalah fitur yang digunakan untuk monitoring kode program
apakah sudah berfungsi sesuai dengan yang direncanakan.
2.8 Modul Ethernet Shield
Arduino Ethernet Shield dapat menghubungkan board Arduino dengan
Internet. Arduino Ethernet Shield ini dibuat berdasarkan Ethernet chip Wiznet
W5100 (datasheet). Chip Wiznet W5100 menyedikan jaringan (protocol internet)
dengan kemampuan TCP dan UDP. Mendukung sampai dengan 4 koneksi secara
bersamaan. Ethernet library digunakan untuk membuat program (sketch) untuk
koneksi ke internet menggunakan shield ini. Ethernet Shield ini terhubung dengan
board arduino menggunakan header yang dapat ditumpuk (stackable header).
Dengan header ini layout pin akan tetap terjaga dan memungkinkan untuk shield
lain ditumpukkan diatasnya.
Pada Ethernet shield terdapat sebuah slot micro-SD, yang dapat digunakan
untuk menyimpan file yang dapat diakses melalui jaringan. Onboard micro-SD
card reader diakses dengan menggunakan SD library.
Arduino board berkomunikasi dengan W5100 dan SD card menggunakan bus
SPI (Serial Peripheral Interface). Komunikasi ini diatur oleh library SPI.h dan
Ethernet.h. bus SPI menggunakan pin digital 11, 12 dan 13 pada Arduino Uno.
Pin digital 10 digunakan untuk memilih W5100 dan pin digital 4 digunakan untuk
memilih SD card. Pin-pin yang sudah disebutkan sebelumnya tidak dapat
digunakan untuk input/output umum ketika kita menggunakan ethernet shield.
Karena W5100 dan SD card berbagi bus SPI, hanya salah satu yang dapat aktif
ini akan diatasi oleh library yang sesuai. Jika kita tidak menggunakan salah satu
perangkat dalam program kita, kiranya kita perlu secara eksplisit men-deselect
-nya. Untuk melakukan hal ini pada SD card, set pin 4 sebagai output dan
menuliskan logika tinggi padanya, sedangkan untuk W5100 yang digunakan
adalah pin 10. Tampilan arduino Ethernet Shield R3 dapat dilihat pada gambar
2.14.
Gambar 2.17 Arduino Ethernet Shield R3
2.9 Modul SIM800L GSM/GPRS
SIM800L adalah sebuah modem (modulator/demodulator) GSM/GPRS
yang dikeluarkan oleh SIMCOM (Shanghai, China) yang bekerja pada frekuensi
850 – 1900 MHz yang memiliki beberapa fitur diantaranya GPRS multi slot class
12, mendukung kode GPRS CS-1 sampai dengan CS-4, memiliki pin GPIO
(General Purpose Input Output), ADC (Analog to Digital Converter) 10 bit,
PWM (Pulse Width Modulation), radio FM dan masih banyak lagi.
2.10 LCD (Liquid Crystal Display)
Display LCD adalah sebuah liquid cristal atau perangkat elektronik yang
dapat digunakan untuk menampilkan angka atau teks. Ada dua jenis utama layar
LCD yang dapat menampilkan numerik dan menampilkan teks alfanumerik.
Dalam menampilkan numerik ini kristal yang dibentuk menjadi bar, dan dalam
menampilkan alfanumerik kristal hanya diatur ke dalam pola titik. Setiap kristal
memiliki sambungan listrik individu sehingga dapat dikontrol secara independen.
Ketika kristal off, cahaya kristal terlihat sama dengan latar belakangnya, sehingga
kristal tidak dapat terlihat. Namun ketika arus listrik melewati kristal, maka akan
merubah bentuk dan menyerap lebih banyak cahaya. Hal ini membuat kristal
terlihat lebih gelap dari penglihatan mata manusia sehingga bentuk titik atau bar
dapat dilihat dari perbedaan latar belakang.
Sangat penting untuk menyadari perbedaan antara layar LCD dan layar LED.
Sebuah LED display terdiri dari sejumlah LED yang benar-benar mengeluarkan
cahaya. Sebuah layar LCD hanya mencerminkan cahaya, sehingga tidak dapat
dilihat dalam gelap.
Memori LCD terdiri dari 9.920 bit CGROM. 64 byte CGRAM dan 80x8 bit
DDRAM yang diatur pengalamatannya oleh Address Counter dan akses datanya
dilakukan melalui register data.
Pada LMB162A terdapat register data dan register perintah. Proses akses data
ke atau dari register data akan mengakses ke CGRAM, DDRAM atau CGROM
bergantung pada kondisi Address Counter, sedangkan proses akses data ke atau
dari register perintah akan mengakses Instruction Decoder yang akan menentukan
perintah-perintah yang akan dilakukan oleh LCD.
2.10.1 LCD 16x2
LCD 2x16 merupakan LCD yang memiliki 2 baris dimana setiap barisnya
dapat memuat 16 karakter. LCD inilah yang sering digunakan sebagai display data
sederhana untuk data yang tidak panjang (tidak banyak jumlahnya), seperti yang
ditunjukan pada gambar 2.16. LCD ini mudah dihubungkan dengan
Gambar 2.19 Tampilan LCD 16x2
2.10.2 Deskripsi Pin LCD
Untuk keperluan antar muka suatu komponen elektronika dengan
mikrokontroler, perlu diketahui dari setiap kaki yang ada pada komponen tersebut.
a. Kaki 1 (GND) : Kaki ini berhubungan dengan tegangan +5 Volt yang
merupakan tegangan untuk sumber daya.
b. Kaki 2 (VCC) : Kaki ini berhubungan dengan tegangan 0 Volt (Ground).
c. Kaki 3 (VEE/VLCD) : Tegangan pengatur kontras LCD, kaki ini terhubung
pada cermet. Kontras mencapai nilai maksimum pada saat kondisi kaki ini
pada tegangan 0 volt.
d. Kaki 4 (RS) : Register Select, kaki pemilih register yang akan diakses. Untuk
akses ke Register Data, logika dari kaki ini adalah 1 dan untuk akses ke
Register Perintah, logika dari kaki ini adalah 0.
e. Kaki 5 (R/W) : Logika 1 pada kaki ini menunjukkan bahwa modul LCD
sedang pada mode pembacaan dan logika 0 menunjukkan bahwa modul LCD
sedang pada mode penulisan. Untuk aplikasi yang tidak memerlukan
pembacaan data pada modul LCD, kaki ini dapat dihubungkan langsung ke
Ground.
f. Kaki 6 (E) : Enable Clock LCD, kaki mengaktifkan clock LCD. Logika 1
pada kaki ini diberikan pada saat penulisan atau pembacaan data.
g. Kaki 7 – 14 (D0 – D7) : Data bus, kedelapan kaki LCD ini adalah bagian
dimana aliran data sebanyak 4 bit ataupun 8 bit mengalir saat proses
h. Kaki 15 (Anoda) : Berfungsi untuk tegangan positif dari backlight LCD
sekitar 4,5 volt (hanya terdapat untuk LCD yang memiliki backlight).
i. Kaki 16 (Katoda) : Tegangan negatif backlight LCD sebesar 0 volt (hanya
terdapat pada LCD yang memiliki backlight).
2.11 Sensor Arus SCT 019
Splilt-core Current Transformer adalah sensor arus yang menggunakan
konsep kinerja dari trafo arus. Transformator arus dirancang untuk menghasilkan
nilai arus sekunder yang lebih kecil dibandingkan sisi primernya. Trafo arus
mengubah nilai arus pada suatu saluran transmisi ke nilai yang lebih kecil
sehingga lebih aman untuk dilakukan pengukuran. Gambar 2.17 akan menjelaskan
cara kerja dari trafo arus.
Gambar 2.20 Skema Transformator Arus
(Sumber: Stephen, 2005)
Trafo arus terdiri dari lilitan sekunder yang terdapat pada cincin
ferromagnetic, dengan lilitan primer yang melewati bagian tengah dari cincin.
Cincin ferromagnetic menahan sedikit fluks dari lilitan primer. Fluks ini
menginduksikan tegangan dan arus ke dalam lilitan sekunder. Rasio trafo arus
antara lilitan primer dan sekunder mempengaruhi arus yang dihasilkan. Rasio
transformator arus biasanya berkisar antara 600:5, 800:5 atau 1000:5 ampere
Gambar 2.21 Sensor Arus SCT 019
Gambar 2.21 adalah jenis trafo arus SCT 019-000 dengan batas maksimum
arus yang dapat diukur sebesar 200 ampere. Transformator arus ini menggunakan
BAB III
PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ALAT
Objek penelitian ini adalah perancangan alat monitoring pada sistem
proteksi petir earlystreamer emmision dengan sms gateway dan berbasis web.
Tujuan perancangan alat tersebut adalah untuk mengetahui kapan dan berapakali
sambaran petir tersebut terjadi yang dapat dimonitor secara real time serta di
analisa melalui web broser.
3.1 Blok Diagram
Bab ini membahas perancangan alat monitoring pada sistem proteksi petir
early streamer emission dengan sms gateway dan berbasis web. Sensor arus akan
mendeteksi adanya arus yang melewati konduktor penyalur petir (down
conductor) ketika terjadi sambaran petir (lightning strike) yang mengenai
penangkal petir (head protector) yang terpasang lalu akan terhubung ke Arduino
untuk diprogram, mikrokontroler digunakan untuk mengolah informasi
kemudian akan dikirimkan informasi melalui LCD besaran sambaran arus
tersebut dan informasi SMS melalui modul GSM SIM800L, informasi-informasi
tersebut secara real time juga dapat di akses melalui laptop.
Ethernet Shield akan tersambung dengan mikrotik yang mana mikrotik telah
dikonfigurasi sehingga memiliki jalur VPN dan internet yang terkoneksi dengan
virtual mikrotik pada laptop sehingga mampu untuk membuka tampilan web
Gambar 3.1 Diagram Blok
3.2 Diagram Alir
Pada saat alat mulai berjalan inisialisasi program dilakukan pada Arduino
Uno untuk membaca status dari sensor arus yang dipasang, kemudian data di olah
menjadi program webserver kemudian di transmisikan menggunakan Ethernet
Shield lalu di tampilkan pada web browser. Berikut adalah diagram alir dalam
Start
A Periksa Buffer RX Ada Data Yang Diterima
Gambar 3.2 Flow Chart Simulasi dan Perancangan Alat
3.3 Rangkaian Perangkat
Pada bab ini membahas perancangan alat monitoring pada sistem proteksi
petir early streamer emission dengan sms gateway dan berbasis Web, yang
terdiri dari rangkaian perangkat keras dan rangkaian perangkat lunak yang saling
berkesinambungan agar dapat menghasilkan alat yang diharapkan.
3.3.1 Perancangan Perangkat Keras
Perangkat keras pada rangkaian alat monitoring pada sistem proteksi petir
early streamer emission dengan sms gateway dan berbasis Web, terdiri dari
Arduino Uno, Ethernet Shield, Sensor Arus, SIM800L dan LCD. Dalam
pemilihan komponen pada sistem-sistem ini maka sangatlah penting untuk
1. Menggunakan mikrokontroler dengan platform open source, sehingga untuk
pengembangannya dapat dibantu oleh komunitas pengguna mikrokontroler
tersebut.
2. Menggunakan jaringan ethernet, sehingga dapat terhubung baik secara
jaringan LAN internal maupun terhubung ke jaringan internet.
3. Menggunakan komponen-komponen yang tersedia di pasaran, sehingga
harganya murah, mudah di dapat jika ada komponen yang suatu saat rusak.
4. Rangkaian yang sederhana sehingga mudah untuk dilakukan pengembangan
lebih lanjut kedepannya.
Gambar 3.3 Rangkaian Sistem Proteksi Petir
Cara kerja rangkaian perangkat keras:
1. Sensor Arus SCT
Pada simulasi alat ini peneliti menggunakan sensor arus SCT 019, prinsip
kerja yang digunakan adalah mengukur arus yang melewati konduktor
penyalur petir (down conductor) ketika terjadi sambaran petir (lightning
dan melewati Transformer (CT) yang terdapat pada komponen didalam
sensor arus.
Seperti transformator pada umumnya, transformator pada sensor arus
memiliki gulungan primer, inti magnetik dan gulungan sekunder.
Gambar 3.4 Skema Rangkaian Sensor Arus
Pin V+ dari SCT 019 dihubungkan dengan catu daya pada pin power 5
volt yang terdapat pada arduino, pin GDN dihubungkan ke pin GDN
power arduino dan pin Vout- yang menghasilkan tegangan analog hasil
arus dihubungkan ke pin A1 analog In pada arduino.
Berikut contoh programnya:
// EmonLibrary examples openenergymonitor.org, Licence GNU GPL V3
#include "EmonLib.h" // Include Emon Library
EnergyMonitor emon1; // Create an instance
void setup()
{
Serial.begin(9600);
}
void loop()
{
double Irms = emon1.calcIrms(1480); // Calculate Irms only
Serial.print(Irms*230.0); // Apparent power
Serial.print(" ");
Serial.println(Irms); // Irms
2. LCD 16x2
LCD (Liquid Crystal Display) adalah suatu jenis media tampilan yang
menggunakan kristal cair sebagai penampilan utama. LCD sudah
digunakan di berbagai bidang, misalnya dalam alat-alat elektronik, seperti
televisi, kalkulator ataupun layar komputer. Pada percobaan kali ini adalah
menggunakan LCD 16x2 yang artinya LCD tersebut terdiri dari 16 kolom
dan 2 baris karakter (tulisan).
Tabel 3.1 Pin dari LCD 16x2
No. Kaki/Pin Nama Keterangan
13 D6 Data Bus 6
14 D7 Data Bus 7
15 Anoda Teg backlight +
16 Katoda Teg backlight -
Pin LCD nomor 4 (RS) merupakan Register Selector yang berfungsi
untuk memilih Register Kontrol atau Register Data. Register Kontrol
digunakan untuk mengkonfirmasi LCD. Register Data digunakan untuk
menulis data karakter ke memori display LCD. Pin LCD nomor 5 (R/W)
digunakan untuk memilih aliran data apakah READ atau WRITE. Karena
kebanyakan fungsi hanya untuk membaca data dari LCD dan hanya perlu
menulis data saja ke LCD, maka kaki ini dihubungkan ke GND (WRITE).
Pin LCD nomor 6 (ENABLE) digunakan untuk mengaktifkan LCD pada
proses penulisan data ke Register Kontrol dan Register Data LCD.
Menyambungkan LCD dengan Board Arduino
Pin RS (kaki 4) di sambungkan dengan pin arduino digital pin 12
Pin E (kaki 6) di sambungkan dengan pin arduino digital pin 11
Pin D4 (kaki 11) di sambungkan dengan pin arduino digital pin 5
Pin D5 (kaki 12) di sambungkan dengan pin arduino digital pin 4
Pin D6 (kaki 13) di sambungkan dengan pin arduino digital pin 3
Pin D7 (kaki 14) di sambungkan dengan pin arduino digital pin 2
Gambar 3.5 Skema Konfigurasi Arduino dengan LCD
Berikut contoh programnya:
// include the library code:
#include <LiquidCrystal.h>
// initialize the library with the number of the interface pins
LiquidCristal lcd(12, 11, 5, 4, 3, 2);
void setup() {
// set put the LCD's number of columns and rows:
lcd.begin(16, 2);
// Print a message to the LCD.
lcd.print("hello, world");
}
void loop() {
// set the cursor to column 0, line 1
// (not: line 1 is the second row, since counting begins with 0):
lcd.setCursor(0, 1);
lcd.print(milis()/1000);
}
3. Modul GSM SIM800L
Modul GSM pada alat ini berfungsi untuk mengirimkan sms ke pengguna
tentang informasi besaran arus melalui sensor arus dimana prinsip
kerjanya adalah data yang sudah diolah arduino dikirimkan dengan
menggunakan jalur data pin TX arduino ke pin RX yang ada pada
SIM800L. Karena perbedaan tegangan pin TX dan RX antara SIM800L
dengan arduino maka data dari pin TX arduino disambungkan dengan 2
resistor yang diseri baru dihubungkan dengan RX SIM800L seperti
gambar dibawah.
Gambar 3.6 Skema Konfigurasi Arduino dengan SIM800L
Resistor yang digunakan pada rangkaian ini adalah sebesar R1=10kΩ dan R2=2,2kΩ. Perhitungan tegangan ini dirumuskan dengan persamaan
berikut.
...
( )
Berikut contoh programnya:
#include <Sim800l.h>
Sim800l Sim800l; //to declare the library
char* text;
char* number;
bool error; //to catch the response of sendSms
void setup(){
Sim800l.begin(); // initializate the library.
text="Testing Sms"; //text for the message.
number="2926451386"; //change to a valid number.
error=Sim800l.sendSms(number,text);
// OR
//Sim800l.sendSms("+620111111111","the text go here")
}
void loop(){
//do nothing
}
3.3.2 Perancangan Perangkat Lunak (Software)
Setelah proses rangkaian selesai dibuat langkah selanjutnya adalah membuat
perangkat lunak. Spesifikasi perangkat lunak yang akan dirancang meliputi:
Perangkat lunak/program arduino IDE untuk keperluan komunikasi mikrokontroller dengan komputer PC
Perangkat lunak/program PPH sebagai tampilannya
3.3.2.1Aplikasi Program Arduino IDE
Setelah proses rangkaian selesai dibuat langkah selanjutnya adalah membuat
program pada aplikasi program arduino IDE (Integrated Development
Environment). Buka program aplikasi arduino IDE kemudian bentuk tampilan
Gambar 3.7 Program Arduino IDE (Integrated Development Environment)
3.3.2.2Bahasa Program Arduino yang digunakan
Float
Float point number sering digunakan untuk memperkirakan nilai analog dan
berkelanjutan karena nilai tersebut memiliki resolusi yang lebih besar dari
pada integers. Float point number dapat menyimpan sebesar 32-bit dengan
range 3.4028235E+38 sampai -3.4028235E+38. Angka tersebut disimpan
dalam 32 bits (4 bytes) dari informasi. Float hanya memiliki 6-7 digit
desimal. Pada arduino, double sama nilainya dengan Float.
Contoh :
float myfloat;
float sensorCalbrate = 1.117;
Syntax :
float var = val;
var - your float variable name
Contoh kode :
Tipe byte dapat menyimpan 8-bit nilai angka bilangan asli tanpa koma. Byte
memiliki range 0 – 255.
Contoh :
Byte biteVariable = 180; // mendeklarasikan ‘biteVariable’ sebagai type
byte
Void (Setup)
Fungsi setup() hanya di panggil satu kali ketika program pertama kali di
jalankan. Ini digunakan untuk pendefinisian mode pin atau memulai
komunikasi serial. Fungsi setup() harus di ikut sertakan dalam program
walaupun tidak ada statement yang dijalankan.
Contoh :
Setelah melakukan fungsi setup() maka secara langsung akan melakukan
fungsi loop() secara berurutan dan melakukan instruksi-instruksi yang ada
Contoh :
Statement ini digunakan untuk mengaktifkan komunikasi serial dan mengeset
baudrate.
Contoh :
void setup()
{
Serial.begin(9600); //open serial port and set baudrate 9600 bps
}
Analog Read ()
Papan arduino memiliki 6 chanel, 10 bit analog ke digital, artinya kita dapat
memasukkan tegangan antara 0 dan 5 volt pada nilai integer antara 0 sampai
1023. Kisaran input atau masukan dan resolusi dapat dirubah menggunakan
analog reference. Untuk membaca analog input dibutuhkan sekitar 100
microsecond (0.0001 s). Jadi rata-rata membacanya sekitar 10.000 kali dalam
satu detik. Catatan : jika pin analog input tidak dapat terkoneksi dengan
apapun nilainya akan kembali pada analog Read.
Syntax :
analogRead(pin)
Contoh :
Int analogPin = 3 // potentiometer wiper middle terminal
connected to analog pin 3
{
Serial.begin (9600);
}
Void loop ()
{
Val = analogRead(analogPin); // Read the input pin
Serial.println(val); //debug value
}
Delay ()
Menghentikan program untuk mengukur waktu (dalam milisecond) yang
terspesifikasi pada parameter (ada 1000 milisecond dalam setiap detik). Pada
saat mudahnya membuat LED berkedip dengan fungsi delay, beberapa sketch
atau lembar kerja mengalami delay. Membaca sensor, perhitungan
matematika atau memanipulasi pin dapat bekerja pada saat fungsi delay
bekerja. Beberapa program berbasis pengetahuan biasanya menghindari
penggunaan delay untuk kegiatan yang membutuhkan waktu lebih dari 10
miliseconds.
Contoh :
Delay(1000); // menunggu selama satu detik
Selanjutnya menghubungkan arduino Uno ke komputer dengan menggunakan
kabel USB (Universal Serial Bus). Kemudian kita dapat mengetikkan program
pada lembar kerja sketch dan compile untuk mengecek atau memeriksa apakah
kode sudah benar sebelum dikirim ke papan arduino, program tersebut dapat
diketik seperti dibawah ini :
/*
Cloud Control
@author Elvianto
