RANCANG BANGUN DETEKSI DINI BAHAYA BANJIR

(1)

SEKOLAH TINGGI TEKNOLOGI NASIONAL, 14 Desember 2013

E 156

RANCANG BANGUN DETEKSI DINI BAHAYA BANJIR

Tito Yuwono, Muammad Fajrin Lumbessy, Mikhail Yudo Baskoro

Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknologi Industri, Universitas Islam Indonesia

Jalan Kaliurang Km 14,4 Sleman Yogyakarta

email : [email protected], [email protected], [email protected]

ABSTRAK

Banjir merupakan bencana yang sering terjadi di Indonesia. Karena sifatnya merusak, banjir kerap membuat para korbannya kehilangan harta benda bahkan kehilangan nyawa. Dalam beberapa kasus, bencana banjir sering terjadi secara cepat dan tiba-tiba meskipun hanya terjadi hujan dalam intensitas rendah atau bahkan tidak terjadi hujan sama sekali. Hal ini diakibatkan karena terjadi hujan dengan intensitas yang tinggi pada hulu sungai sehingga air dalam volume yang besar akan tertumpah atau mengalir ke daerah yang lebih rendah (hilir) dengan sangat deras yang dimana mengakibatkan terjadinya banjir pada daerah tersebut.

Pada penelitian ini akan di buat prediksi banjir dengan memonitor ketinggian air sungai secara real time. Prinsip kerja dari peralatan adalah dengan menggunakan transceiver ultrasonik. Transceiver ultrasonik ini akan mengirimkan gelombang ultrasonik ke air dan menerima kembali kembali gelombang yang dipantulkan dari air. Dari sensor ini, ketinggian air sungai akan dapat dihitung, sehingga banjir dapat diprediksikan. Teknologi transmisi yang digunakan adalah Xbee Pro S2B.

Dari hasil pengujian, tingkat akurasi peralatan untuk mengukur ketinggian air sungai adalah hhhhh. Sedangkan kinerja transmisi pengiriman data adalah 2 KM dengan bantuan repeater.

Kata kunci : Deteksi, banjir, ketinggian, ultrasonik, Xbee Pro PENDAHULUAN

Banjir merupakan salah satu bencana yang sering terjadi di Indonesia, disamping tanah longsor, gempa, gunung meletus dan sebagainya. Kejadian banjir hampir terjadi di seluruh wilayah Indonesia. Yogyakarta, yang biasanya merupakan daerah bebas banjir juga terancam terkena banjir, terutama di sekitar aliran sungai yang hulunya di Merapi. Hal ini disebabkan karena terjadinya pendangkalan sungai akibat erupsi merapi. Salah satu sungai yang sangat diwaspadai adalah Sungai Boyong. Aliran sungai ini membelah Kota Yogyakarta yang padat penduduknya.

Hujan sering mempunyai karakteristik yang tidak merata untuk sesebuah wilayah. Sering terjadi di bagian hulu sungai terjadi hujan, bagian bawah/hilir tidak terjadi hujan, sehingga menimbulkan banjir yang tidak dikira. Bahkan sering terjadi bencana berupa orang hanyut di sungai karena banjir yang mendadak.

Sebuah solusi adalah berupa informasi ketinggian sungai bagian atas yang dapat diakses oleh penduduk bagian bawah. Terlebih lagi dilengkapi dengan nada peringatan (alarm).

STUDI PUSTAKA

Bencana banjir dan kekeringan bergantung dari jumlah hujan yang turun ke permukaan bumi. Jumlah hujan ini berbeda-beda dari suatu wilayah dengan wilayah lainnya, begitu juga jumlah hujan yang turun dalam suatu wilayah akan berubah sesuai dengan waktu. Biasanya jumlah hujan menunjukkan suatu hubungan yang dapat dihubungan dengan jangka waktu lamanya hujan

turun atau seringkali juga disebut dengan intensitas hujan. Kejadian banjir hampir tidak pernah disebabkan oleh turunnya hujan selama satu hari (24 jam), melainkan cukup dengan lama hujan beberapa menit saja (hujan jangka pendek). Intensitas hujan yang jatuh dalam suatu kawasan sebesar 40 mm/jam telah dapat menyebabkan kejadian banjir, (Dunn, S.M. & Mackay, R.,1995), (Dunne, T. & Leopold, L.B., 1978).

Kejadian banjir akan dapat diprediksi dengan segera jika intensitas hujan jangka pendek dapat memberikan informasi dengan segera, namun di Indonesia data ini tidak pernah dapat diperoleh. Hampir seluruh wilayah yang memilki stasiun hujan sebagian besar pencatatan data hujan dalam hujan harian 24 jam, tetapi juga dijumpai sebagian kecil data hujan dalam satuan jam (1 jam). Kekurangan lain dari data ini adalah bersifat manual, kalaupun berifat pencatatan automatic secara berkala harus diambil pada stasiun hujan, sehingga peramalan intensitas hujan dengan kejadian banjir tidak dapat diputuskan saat kejadian hujan berlangsung.

Selain dari intensitasnya, peringatan dini banjir dapat dibuat dengan monitoring tinggi air sungai. Untuk lebih akurat lagi apabila memadukan dua hal tersebut. Penelitian ini bertujuan untuk membuat prototipe alat ukur ketinggian air sungai yang real time sehingga dapat digunakan untuk bahan penentuan prediksi banjir.

METODE PENELITIAN

Penelitian menggunakan metode eksperimen laboratorium dan uji lapangan. Eksperimen di laboratorium meliputi perancangan dan pembuatan

(2)

SEKOLAH TINGGI TEKNOLOGI NASIONAL, 14 Desember 2013

E 157

alat ukur ketinggian air serta transmisi data

ketinggian air. Sedangkan uji lapangan meliputi pengujian pengambilan data sungai boyong kemudian ditransmisikan ke UII. Perancangan peralatan pengirim untuk monitoring ketinggian air sungai pada sungai Boyong berupa perancangan perangkat keras (hardware) dan perancangan perangkat lunak (software) yang terdiri dari transmitter dan repeater. Untuk pembacaan data ketinggian aliran air digunakan sensor ultrasonic yang terhubung ke bagian transmitter. Berikut adalah blok diagram dari sistem pengirim pada monitoring ketinggian aliran air. Blok diagram ditunjukkan pada Gambar PPP.

Gambar 1. Blok diagram sistem

Data ketinggian air akan dibaca menggunakan sensor ultrasonic sebagai sensor pengukur jarak, dengan pertimbangan kemudahan dalam operasi dan harga yang cukup murah serta memberikan output yang akurat. Ultrasonic sebagai sensor pengukur jarak bisa langsung ditembakkan ke air, sehingga dalam perancangannya sebagai sensor ketinggian air lebih simple dan mudah.

Data hasil pembacaan sensor diolah oleh mikrokontroler dan ditampilkan melalui LCD yang dipasang pada sisi trasnsmiter. Bagian transmitter dilengkapi dengan 4 tombol push button yang berfungsi sebagai setting parameter. Setting parameter ini bertujuan untuk memberi nilai ambang batas toleransi ketinggian air yang dinilai masih aman. Ketika aliran air yang terbaca oleh sensor melewati batas aman, maka data yang masuk ke mikrokontroler akan dikirim melalui repeater.

Data input sensor yang telah diolah oleh mikrokontroler dikirim ketempat pemantauan yang lebih mudah secara wireless melalui protokol zigbee dengan menggunakan XBee. Data yang dikirim melalui XBee dari sisi transmitter akan diterima oleh XBee yang berada pada sisi repeater dan kemudian di teruskan pada XBee yang berada pada sisi receiver. Untuk memperjauh jarak

pengiriman data ketinggian air hasil pembacaan sensor dari transmitter ke receiver maka digunakan repeater sebagai penguat. Dalam hal ini, repeater sebagai penguat berfungsi untuk meneruskan data yang dikirimkan oleh transmitter ke receiver. Sumber tegangan ±3,3 Volt dengan menggunakan IC Regulator 317T (adjustable), yang digunakan untuk suplai tegangan pada XBee.

1. Perancangan Rangkaian Xbee Pro S2B XBee digunakan sebagai sarana untuk mengirim data secara wireless dari sisi transmitter ke sisi receiver untuk diolah dan disimpan ke dalam database. XBee bekerja pada level tegangan 3,3 VDC, sedangkan mikrokontroler bekerja pada level tegangan 5 VDC maka diperlukan penyesuaian jalur data pengiriman dari mikrokontroler (TXD) dengan level tegangan XBee (DIN). Untuk itu diperlukan sebuah diode zener 3v3 sebagai pemotong level tegangan data (voltage driver). Selain itu dipasang sebuah LED pada pin xbee 13 yang berfungsi sebagai indikator status XBee. LED akan menyala ketika status xbee aktif. Rancangan skema pemasangan XBee dapat dilihat pada gambar berikut :

Gambar 2. Pemasangan XBee

2. Pengalamatan XBee

Sebelum digunakan, XBee perlu di-setting terlebih dahulu untuk memastikan xbee beroperasi dengan benar. Mode konfigurasi yang digunakan pada penelitian ini adalah transparent (AT). Konfigurasi jaringan XBee-Pro S2B pada tabel yang berikut:

(3)

SEKOLAH TINGGI TEKNOLOGI NASIONAL, 14 Desember 2013

E 158

Tabel 1. Setting parameter XBee

Comma nd Transmitt er Repeate r 1 Repeater II Bagian Penerim a DH 13A200 13A200 13A200 0

DL 4092C49 9 4092C4 69 4092C4 6E 0

SH 13A200 13A200 13A200 13A200

SL 4092C47 8 4092C4 99 4092C4 69 4092C4 6E ID 2222 2222 2222 2222

3. DATA DAN PEMBAHASAN

Pegujian bagian transmitter bertujuan untuk mengetahui apakah XBee pada bagian transmitter dan repeater dapat berkomunikasi dengan baik. Metode pengujian ini menggunakan hyperteminal sebagai penampil data yang dikirim oleh bagian transmitter, dengan pengaturan seperti yang terlihat pada gambar berikut:

Pengujian Sensor Ultrasonic SRF04

Pada pengujian bagian transmitter dan repeater sebelumnya, data yang terbaca oleh sensor akan dilolah pada bagian transmitter yang sebelumnya telah di setting batas aman ketinggian airnya. Dari sini, data kemudian dikirmkan ke bagian repeater dan kemudian langsung diteruskan pada bagian penerima. Berikut ini merupakan gambar tampilan pada LCD transmitter.

Gambar 3. Tampilan LCD

Display LCD memperlihatkan dua buah variabel batas aman dan ketinggian, dengan masing masing variabel memiliki 1 buah nilai. Pada variabel batas aman memiliki settingan nilai batas aman ketinggian air, dan pada variabel ketinggian memiliki nilai hasil pembacaan sensor.

Tujuan dari pengujian sensor ini adalah untuk mengetahui ketelitian sensor ketinggian air. Berdasarkan hasil pengujian sensor ketinggian air diperoleh hasil seperti terlihat pada tabel sebagai berikut:

Tabel 2. Pengujian sensor Pergeseran terukur dengan sensor (mm) Pergeseran terukur dengan mistar (cm) Error (%) Pergeseran terukur dengan sensor (mm) Pergeseran terukur dengan mistar (cm) Error (%) 0 0 0 4 0.5 20 8 1 20 13 1.5 13,33 19 2 5,00 24 2.5 4,00 27 3 10 33 3.5 5,71 38 4 5,00 47 4.5 4,44 49 5 2,00 54 5.5 1,81 59 6 1,66 64 6.5 1,53 69 7 1,42 72 7.5 4,00 77 8 3,75 81 8.5 4,70 86 9 4,44 90 9.5 5,26 93 10 7,00 97 10.5 7,61 102 11 7,27 108 11.5 6,08 114 12 5,00 120 12.5 4,00 123 13 5,38 129 13.5 4,44 136 14 2,85 141 14.5 2,75 148 15 1,33 153 15.5 1,29 159 16 0,625 161 16.5 2,42 167 17 1,76 172 17.5 1,71 181 18 0,55 186 18.5 0,54

Untuk menghitung deviasi antara data pembacaan sensor dengan data terukur pada mistar dan busur derajat digunakan persamaan sebagai berikut.

Error (%) = (( a – b) / b) x 100 Dengan a = Nilai sensor

b = Nilai terbaca dengan mistar. Dari hasil pengukuran masih terdapat error, dari data pengukuran yang banyak tersebut dapat dihitung nilai rata-rata error dengan persamaan berikut

(4)

SEKOLAH TINGGI TEKNOLOGI NASIONAL, 14 Desember 2013

E 159

Rata-rata error =

Dengan n = banyaknya data xi = nilai data terukur

Maka rata-rata error sensor pergeseran = 4.75 / 38

= 0.125 % Pengujian Transmisi

Sebelum melakukan pengujian secara keseluruhan, hardware yang telah diuji kemudian dipasang pada lokasi target sungai Boyong dengan pemasangan sedemikian rupa sehingga terlihat seperti dibawah ini

Gambar 4. Pemasangan pada lokasi

Setelah sistem dipasang pada lokasi yang

telah ditentukan, selanjutnya adalah melakukan pengujian pengiriman data yang telah dibaca oleh sensor. Pengiriman dilakukan dengan 3 tahapan diantaranya:

1. Pengiriman data tanpa repeater

Gambar 5. Proses pengiriman data tanpa repeater Pengujian tanpa repeater dilakukan dengan menggunakan perangkat transmitter dan langsung dikirim ke bagian receiver. Proses pengujian pengiriman data ini hanya dapat mencapai jarak 500 meter, yang dimana dapat diketahui jarak pengiriman antara transmitter dan receiver diukur dengan menggunakan speedometer. Untuk lebih lengkapnya dapat dilihat pada tabel dibawah ini.

Tabel 3. Pengujian jarak pengiriman XBee JarakPengiriman Status data

100 m Terkirim 300 m Terkirim 500 m Terkirim 800 m Tidakterkirim 1000 m Tidakterkirim 1500 m Tidakterkirim 2000 m Tidakterkirim

2. Pengiriman data dengan menggunakan 1 repeater

Gambar 6. Bagan proses pengiriman data dengan 1 repeater

Proses pengiriman data dengan menggunakan 1 repeater adalah seperti gambar diatas. Gambar tersebut menjelaskan bahwa pengambilan data oleh transmitter tidak langsung dikirim ke receiver, melainkan melalui sebuah repeater. Hal ini bertujuan untuk memperpanjang jarak pengiriman data yang dapat diterima oleh receiver. Proses pengiriman ini dapat mencapai jangkauan hingga ± 1000 meter. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada tabel dibawah ini.

Tabel 4. Pengujian dengan menggunakan 1 repeater

JarakPengiriman Status data

100 m Terkirim 300 m Terkirim 500 m Terkirim 800 m Terkirim 1000 m Terkirim 1500 m Tidakterkirim 2000 m Tidakterkirim

3. Pengiriman data dengan menggunakan 2 repeater

Gambar 7. Bagan proses pengiriman data dengan 2 repeater

Sama halnya dengan proses pengiriman menggunakan 1 repeater, proses pengiriman ini adalah untuk memperpanjang jarak pengiriman data dari transmitter. Proses ini mampu mencapai jarak hingga mencapai ± 2000 meter dari lokasi pengambilan data. Berikut adalah tabel proses pengujian pengiriman data menggunakan 2 repeater.

Tabel 5. Pengujian dengan menggunakan dua repeater

JarakPengiriman Status data

100 m Terkirim dengan baik

Tra

ns

mit

ter

rec

eiv

er

Rep

eat

er 2

Rep

eat

er 1

Tran

smit

ter

Repe

ater

1 Rece

iver

Transmitt

er

Receiver

(5)

SEKOLAH TINGGI TEKNOLOGI NASIONAL, 14 Desember 2013

E 160

KESIMPULAN

Dari ujicoba yang telah dilakukan dapat diambil kesimpulan sebagai berikut:

1. Sensor pengukur jarak (ultrasonic SRF04) ini dapat bekerja sebagai pengukur ketinggian air dengan baik. Sensor ini memiliki nilai deviasi yang cukup kecil yaitu 0.125 %.

2. Komunikasi antara mikrokontroller ATMega16 pada bagian transmitter ini dapat berkomunikasi secara baik dengan XBee, dimana data yang terukur oleh sensor kemudian diolah oleh mikrokontroller ATMega16 sebagai otak dari rancang bangun sistem transmitter ini dan selanjutnya data dikirim oleh XBee ke bagian repeater.

3. Komunikasi antara mikrokontroller ATMega8 pada bagian repeater juga dapat berkomunikasi secara baik dengan XBee, dimana data yang diterima dari bagian transmitter diolah oleh ATMega8 dan kemudian dikirimkan lagi oleh XBee ke bagian receiver (penerima).

4. Rancang sistem transmitter dan repeater dapat bekerja dengan baik, yaitu dapat saling berkomunikasi dengan jangkauan hingga 2 km outdoor dengan bantuan 2 buah perangkat repeater.

5. Implementasi pada sistem yang dibuat dapat dikatakan berhasil. Hal tersebut karena dalam sistem pembacaan sensor berjalan baik, sistem pengiriman antara transmitter, repeater hingga receiver dapat diterima dengan baik hingga jangkauan 2 km.

DAFTAR PUSTAKA

Aris, P. 2012. “Monitoring Level Ketinggian Lahar Dingin Dengan Media Wireless”Skripsi. Universitas Islam Indonesia, Yogyakarta. Datasheet ATMega16. Diakses 9 agustus 2012.

Dari:

http://www.Digiware.com/ATmega16.Mega1

6 AVR Microcontroller Datasheet & PIN Description.htm

Datasheet ATMega8. Diakses 11 september 2012. Dari: http://www.Digiware.com/AVR – Mengenal ATMega8 – 3 _ Ngooprek!.htm Datasheet XBee PRO. Diakses 9 agustus 2012. Dari

: http://www.Digiware.com/XBee-PRO ZB

S2B module with RPSMA connector - Bizit Store.htm

Diarniti, 2007. “Faktor Penyebab Banjir Perubahan Lingkungan”Thesis. Universitas Udayana, Bali.

Dunne, T. & Leopold, L.B. 1978. Water in environmental planning. USA: W.H Freeman and Company.

Garaudy, H.,2011. “Perancangan Sistem Monitoring Kelembapan Dan Temperaure Menggunakan Komunikasi ZigBee 2.4GHz”Skripsi. Universitas Diponegoro, Semarang.

Huff, A.F. 1977. Urban effects on rainfall in Midwestern United State. Proceeding of the Amsterdam Symposium. 3-29. Paris : IAHS/AISH-UNESCO

Maulana ,F. 2011.”Program Kreativitas Mahasiswa Alarm Banjir” PKM, Universitas Gunadarma, Depok.

Sensor Ultrasonic. Diakses 9 agustus 2012. Dari :

http://www.sparkfun.com /Sensor Ultrasonik