SISTEM MONITORING CURAH HUJAN
Nia Maharani Raharja
1, Iswanto
21
Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Muhammadiyah Surakarta Jl. A. Yani Tromol Pos 1 Pabelan Kartasura 57102 Telp 0271 717417
Email: niamaharani27@yahoo.co.id 2
Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Muhammadiyah Yogyakarta Jl. Lingkar Selatan, Kasihan Bantul DIY 55183
Email: iswanto_dosen@yahoo.com
Abstrak
Alat pengukur curah hujan merupakan alat untuk mengetahui kondisi hujan di suatu daerah tertentu. Alat pengukur curah hujan ini di pasang di daerah dekat stasiun cuaca. Sistem pengukuran ini masih menggunakan manual berupa pembukuan, sehingga data sering sulit untuk dicari dan data ada sebagian yang hilang. Data curah hujan ini sangat penting, karena data curah hujan tersebut dapat untuk mengetahui potensi rawan banjir atau tanah longsor.
Penelitian ini mencoba membangun suatu alat monitoring curah hujan model Tipping Bucket. Tipping bucket mengukur curah hujan dengan pengantarmukaan mengunakan perangkat cuaca dalam mengukur jumlah hujan. Jumlah hujan akan dihitung menggunakan sensor magnet dan diterjemahkan oleh mikrokontroler ATMEGA8535. Nilai dari perhitungan jumlah hujan akan di kirim ke computer dengan komunikasi serial. Computer akan menampilkan data curah hujan dengan menggunakan bahasa pemrograman delphi 6. Dengan alat ukur curah hujan ini, kita dapat mengetahui intensitas curah hujan tiap tahunnya. Sehingga kita dapat mengetahui suatu daerah tersebut dari rawan bencana banjir atau tanah longsor.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa alat pengukur curah hujan berbasis IBM PC bekerja dengan baik dan memiliki kemudahan dalam pengukuran.
Kata Kunci :Curah Hujan, telemetri, riping bucket, mikrokontroler, delphi.
Pendahuluan 1. Latar Belakang
Perkembangan jaman yang semakin maju, mendesak manusia untuk bias bersaing di era globalisasi ini. Kemajuan ilmu pengetahuan dan teknologi telah mendorong manusia untuk berusaha mengatasi segala permasalahan yang timbul di sekitarnya serta meringankan pekerjaan yang ada. Serta untuk melakukan otomatisasi dan digitalisasi pada perangkat-perangkat manual. Sehingga dengan adanya perkembangan teknologi maka sistem
monitoring curah hujan yang dilakukan secara manual ini bisa digantikan dengan sistem monitoring curah hujan
yang secara otomatis dapat dikirim melalui sms sehingga untuk mengetahui keadaan disuatu tempat tidak perlu datang ketempat tersebut.
Sistem pengukuran di lapangan seringkali sulit dilakukan secara manual oleh manusia. Untuk keperluan ini maka dibutuhkan suatu instrumentasi yang reliable untuk jangka waktu cukup lama dengan melakukan pengukuran berulangulang secara periodik. Pengukuran parameter–parameter yang berlainan dalam satu waktu bersamaan memerlukan suatu integrasi dari keseluruhan system pengukuran kedalam suatu data kolektor. Pada sistem yang lebih luas data ini harus digabungkan pada suatu sistem database terpusat.
Dengan sistem ini maka dapat dihasilkan interpretasi untuk decision support system yang menyeluruh tentang data cuaca. Implementasinya antara lain : menentukan pola cocok tanam sistem pengairan pada pertanian; monitoring system irigasi dan bendungan; pemantauan muka air tanah perkotaan; pengendalian banjir dan bencana; dan lain sebagainya.
Oleh karena itu penulis mencoba untuk merancang dan membuat alat pemantau curah hujan. Dengan pengiriman data yang terpantau menggunakan rs232 yang berkomunikasi secara serial dengan komputer tetapi sebelum data tersebut dikirim data akan tersimpan didalam komputer, sehingga keadaan yang terpantau dapat diketahui tanpa harus datang ke lokasi pemantauan.
2. Tujuan Penelitian
Maksud dan tujuan penulis mengajukan penelitian ini adalah : 1. Penulis dapat mengetahui tata cara pengukuran curuah hujan.
3. Penulis dapat mengerti dan memahami prinsip kerja dari mikrokontroler sebagai pengolah datanya.
3. Perumusan Masalah
Berdasarkan latar belakan diatas dapat dirumuskan masalah sebagai berikut.: 1. Sistem pengukur curah hujan.
2. Media transmisi data yang digunakan memanfaatkan gelombang pada gelombang FM dengan jarak jangkauan kurang lebih 5 km, dengan sistem modulasi mempergunakan sistem FSK.
3. Perancangan sistem mikroprosesornya mempergunakan teknologi dari Atmel yaitu AT89S51.
4. Antarmuka pengguna yang akan dirancang menggunakan bahasa Pascal dengan kompiler Borland Delphi versi 5, dengan media koneksi internet menggunakan FTP.
Landasan Teori 1. Sensor Curah Hujan
Sensor yang digunakan adalah reed switch yang berupa saklar magnet. Jika magnet menyentuh saklar tersebut maka saklar akan bekerja. Tegangan keluaran dari saklar magnet akan masuk ke kapasitor. Kapasitor ini berfungsi menghilangkan bauncing. Kemudian sinyal akan diteruskan ke dalam mikrokontroler. Mikrokontroler mempunyai arus maksimal untuk arus input.
OUTPUT SENSOR VCC + C5 1uF 16V R2 120K REES SWITCH2 1 2 REES SWITCH1 1 2
Gambar 1. Rangkaian sensor reed switch
2. Pemicu Schmitt
Pemicu Schimitt (Schmitt Trigger) adalah piranti yang mengubah sinyal masukan sembarang bentuk gelombang menjadi gelolmbang kotak pada isyarat keluarannya. Dalam IC 4093 ini terdapat 4 buah penjungkir pemicu Schmitt. Gerbang mensaklar di berbagai titik untuk isyarat menuju positif dan untuk isyarat menuju negatif. Selisih antara tegangan positif (VN) dan tegangan negatif (VH) ditentukan sebagai tegangan histerisis Dalam IC 74LS14 ini terdapat 6 buah penjungkir pemicu Schmitt. Tegangan ambang atas pada pemicu Schmitt yang terdapat dala IC 74LS14 ini dilambangkan dengan VT+ sebesar 1.6 volt, sedangkan tegangan ambang bawahnya VT- sebesar 0.8 volt.
3. Mikrokontroler ATMEGA8535
Mikrokontroler memiliki peran utama dalam sistem ini. Semua aktifitas sistem dikendalikan dengan program yang ada dalam mikrokontroler ini. Jenis mikrokontroler yang digunakan adalah mikrokontroler keluarga AVR yaitu ATMEGA8535.
ATmega8535 memiliki 32 saluran input-output untuk berbagai keperluan (Port A, Port B, Port C, Port D), CPU terdiri 32 buah register, timer/counter dengan mode pembanding (compare), unit interupsi internal dan eksternal, port USART untuk komunikasi serial, 8 saluran ADC 10-bit, watchdog timer yang dapat diprogram dengan osilator internal, dan port antarmuka SPI.
4. Perangkat Lunak IBM PC
Delphi merupakan pemrograman terstruktur yang berbasis pada obyek Pascal dari Borland, bekerja pada lingkup sistem operasi Windows. Struktur bahasanya dengan bahasa obyek pascal ini sangat mendukung untuk pemrograman OOP (Object-Oriented Programming), maksudnya perluasan atas pemrograman terstruktur yang mengutamakan pemakaian ulang dan enkapsulasi data (kombinasi data dan fungsionalitas ke dalam sebuah unit tunggal) berdasarkan fungsinya. Tugas akhir ini menggunakan DELPHI versi 6.0.
Metodologi Penelitian Bagian Mekanis
Gambar 3.1 Bagian mekanis alat Keterangan :
1. Corong 3. Timbangan 5. Poros 2. Rumah 4.Penghalang Optocouple 6. Optocoupler
Secara garis besar sistem kerja dari rangkaian mekanik di atas dapat dijelaskan sebagai berikut :
Air hujan akan ditampung dalam corong yang mempunyai diameter 15 cm. Setelah itu air hujan akan diteruskan menuju timbangan atau lengan jungkat-jungkit melalui pipa yang berdiameter 3 mm. Kemudian air yang masuk ke dalam timbangan akan ditumpahkan jika berat air melebihi berat dari sekrup penempat. Dengan tumpahnya air tersebut maka timbangan akan menutup optocoupler, sehingga tegangan output pada optocoupler akan sebesar Vcc. Air yang tumpah tersebut akan ditampung di dalam penampung curah hujan.
Bagian Elektronis
Diagram blok dari rangkaian pengatur suhu ruangan dapat dilihat pada gambar di bawah ini :
Gambar 3.2 Blok diagram rangkaian Secara garis besar sistem kerja dari rangkaian di atas adalah sebagai berikut ini :
Sensor yang digunakan adalah berupa optocoupler yang terdiri dari pemancar dan penerima. Pemancar yang digunakan berupa LED Inframerah dan penerima terdiri dari photo transistor. Jika optocoupler terhalang oleh sekat maka tegangan out put akan mendekati Vcc dan jika tidak maka tegangan output sebesar 0.3 V untuk germanium dan 0.7 V untuk silicon.
Tegangan keluaran dari optocoupler akan masuk ke dalam pembangkit pulsa. Untuk rangkaian pembangkit pulsa menggunakan Nand Schmitt trigger. Nand Schmitt Trigger akan membangkitkan pulsa gelombang kotak.
Pulsa gelombang kotak yang dibangkitkan oleh nand Schmitt trigger akan diteruskan ke counter. Counter akan mencacah sinyal gelombang kotak. Keluaran dari counter tersebut akan masuk ke dalam interface atau antarmuka.
Data digital sebelum masuk ke dalam komputer harus melewati untai antarmuka. Untai antarmuka ini berfungsi menghubungkan komputer dengan perangkat di luar komputer, dalam hal ini data 8 bit keluaran dari counter. Untai antarmukanya menggunakan pararel port, yang cara pemasukan atau pengeluaran datanya secara pararel. 1 2 3 4 5 6 Pembangkit pulsa Komputer (Penampil) MIKROKONTROLER Sensor Interface
Hasil dan Pembahasan
A. Pengujian pada sensor jungkat-jungkit
Data didapatkan melalui percobaan pada masing-masing titik baik pada saat magnet menyentuh saklar magnet dan tidak menyentuh saklar magnet. Pada kondisi awal saklar magnet tidak terinduksi magnet oleh jungkat-jungkit, ketika jungkat-jungkit terisi penuh air maka akan berjungkit dan saklar magnet akan terinduksi oleh magnet.
VCC R2 120K + C5 1uF 16V A SW1 1 2 IC1A 74LS14 1 2 IC1B 74LS14 3 4 OUT PUT B
Gambar 5.1 Rangkaian sensor jungkat-jungkit Berdasarkan hasil percobaan didapatkan data sebagai berikut :
A. Kondisi saklar tidak ada magnet :
Kondisi normal dalam hal ini adalah pada saat magnet tidak mengenai saklar : − Keluaran saklar magnet (titik A) sebesar 5 V
Karena tidak ada yang magnet yang menyentuh saklar maka tegangan pada output saklar mendekati 5 V. − Keluaran gerbang Not (titik B) sebesar 0 V
Keluaran gerbang Not akan mendekati nilai GND. B. Kondisi ada magnet:
Kondisi saklar magnet terinduksi oleh mendan magnet. − Keluaran saklar magnet (titik A) sebesar 0V
Karena ada yang magnet yang menyentuh saklar terhubung dengan ground. Maka tegangan pada output saklar mendekati 0 V.
− Keluaran gerbang Not (titik B) sebesar 5 V Keluaran gerbang Not akan mendekati nilai VCC.
B. Pengujian pada LCD
Rangkaian LCD digunakan untuk menampilkan data curah hujan dan memilih satuan yang diinginkan. Pengujian dilakukan dengan menampilkan data pada LCD, dan hasilnya bisa dilihat secara langsung. Maka dari hasil pengamatan, LCD bisa menampilkan karakter dengan sangat baik.
C. Pengujian Software pada Komputer
Software pada komputer ini dibuat menggunakan Delphi versi 6. Program ini bertugas untuk menerima
data serial dari rangkaian antarmuka, kemudian data curah hujan ditampilkan dalam bentuk grafik dan disimpan ke dalam data base. Pada waktu dijalankan maka program akan tertampil seperti terlihat pada Gambar 5.2.
Gambar 5.2 Tampilan program saat pertama dijalankan
Pada Gambar 5.2 terdapat tiga tombol yaitu mulai, berhenti, dan keluar. Sedangkan fungsi dari masing-masing tombol tersebut adalah :
1. Setting :Untuk mensetting komunikasi serial komputer 2. Open/Close :Untuk membuka dan menutup komunikasi serial 3. Store :Untuk menyimpan settingan serial komputer 4. Load :Untuk menggunakan settingan serial komputer
D. Pengujian Sistem Keseluruhan
Untuk menjalankan sistem pertama harus menekan tombol power pada sensor curah hujan. Setelah rangkaian dalam kondisi ON maka pada sensor curah hujan akan ada tampilan seperti pada Gambar 5.3 selama 2 detik, kemudian muncul tampilan seperti Gambar 5.4 selama 2 detik, setelah itu muncul tampilan seperti Gambar 5.5.
Gambar 5.3 Tampilan LCD pertama pada sensor curah hujan
Gambar 5.4 Tampilan LCD kedua pada sensor curah hujan
Gambar 5.5 Tampilan LCD ketiga pada sensor curah hujan
Gambar 5.6 Tampilan LCD saat curah hujan melakukan cacahan
E. Peneraan Alat
Peneraan berguna agar alat dapat difungsikan untuk menghasilkan hasil pengukuran yang sesuai dengan yang diharapkan dan sesuai dengan standarisasi yang ditetepkan oleh suatu badan / instansi yang berwenang.
Pada alat ini peneraannya dilakukan dengan cara menakar air pada gelas penakar curah hujan (satuan mm) yang diisi air lalu dituangkan pada corong yang terpasang di atas jungkat-jungkit. Peneraan yang dilakukan pada alat ini yaitu dengan memasukkan air sebanyak 6,28 ml ke dalam corong. Volume air ini diperoleh dari hasil perhitungan volume tabung pada gelas penakar curah hujan.
Jadi volume tabung penakar curah hujan adalah :
t
r
Volume
=
2
.
π
.
.
28
,
6
1
,
0
10
14
,
3
2
=
=
x
x
x
Volume
Dari perhitungan volume tabung tersebut yaitu 6,28 cm3 akan sama dengan 6,28 ml air, jadi bila air sebanyak 6,28 ml dituangkan ke dalam tabung penakar curah hujan maka tabung penakar curah hujan harus menunjukan angka 1 mm. Sebagai contoh bila dituangkan air 1 liter maka akan diperoleh hasil pengukuran sebesar 159,23 mm/menit maka volume air yang dihasilkan sama dengan 6,28 X 159,23 ml = 1000ml (1L = 1dm3).
Tabel 5.1 Hasil peneraan alat
Takaran gelas ukuran (ml) Banyaknya jungkitan (kali) Hasil penggukuran (mm)
100 2 15,92 200 4 31,85 300 6 47,77 400 8 63,69 500 10 79,62 600 12 95,54 700 14 111,46 800 16 127,39 900 18 143,31 1000 20 159,23
KERJA PRAKTEK D3
T. Elektro
Hasia Ahmadi
Nia Maharani R.
11822
MONITORING
CURAH HUJAN
Satuan ilih
MONITORING
DATA = 0 mm/m
Pengujian Alat curah hujan
Pengujian alat ini dilakukan pada tanggal 13 dan 27 Januari 2009, diperoleh data hasil pengamatan sebagai berikut : Tabel 4.3 Hasil pengujian alat pada tanggal 13 Januari 2009
Waktu Alat Sabo
(mm/Jam)
Keterangan Alat Tugas Akhir (mm/jam)
Keterangan
14.01-15.00 12 Sedang 5,4 Sedang
15.01-16.00 10,5 Sedang 1,8 Sedang
Tabel 4.4 Hasil pengujian alat pada tanggal 27 Januari 2009
Waktu Alat Sabo
(mm/Jam)
Keterangan Alat Tugas Akhir (mm/jam)
Keterangan
13.01-14.00 21 Deras 21,6 Deras
14.01-15.00 13 Sedang 12,6 Sedang
15.01-16.00 16,5 Sedang 16,2 Sedang
Dari hasil pengamatan tersebut terlihat bahwa hasil pengukuran di Sabo dan pengukuran pada alat tugas akhir mempunyai perbedaan selisih yang dapat dihitung sebagai faktor kesalahan sebagai berikut:
%
100
_
_
_
_
=
−
×
Sabo
Nilai
alatTA
Nilai
Sabo
Nilai
kesalahan
Faktor
%
8
,
2
%
100
21
6
,
21
21
_
kesalahan
=
−
×
=
Faktor
Dengan pengamatan tersebut terlihat bahwa kriteria hujan gerimis, sedang atau deras didasarkan pada data yang diambil dari balai penelitian SABO Yogyakarta.
Jika dibandingkan dengan hasil pengukuran alat dengan hasil pengukuran dari balai penelitian SABO, diperoleh perbedaan yang dihitung sebagai berikut :
Kategori hujan gerimis :
Hasil pengukuran alat = 1,8 – 10,8 mm/jam Hasil pengukuran SABO = 1,5 – 10,5 mm/jam perbedaan = 0,3 mm/jam
Kategori hujan sedang :
Hasil pengukuran alat = 10,8 – 20,8 mm/jam Hasil pengukuran SABO = 10,5 – 20,5 mm/jam Perbedaan = 0,3 mm/jam
Kategori hujan deras :
Hasil pengukuran alat = 20,8 – 30,8 mm/jam Hasil pengukuran SABO = 20,5 – 30,5 mm/jam Perbedaan = 0,3 mm/jam
Kesimpulan
Setelah melakukan pengujian dan analisa, maka dapat disimpulkan bahwa alat ini mempunyai kelebihan dan kekurangan, yaitu :
Kelebihan
+ Sensor curah hujan memiliki sensitivitas yang tinggi yaitu bisa mendeteksi sampai 7 mm.
+ Seluruh rangkaian menyerap daya yang cukup kesil, sehingga catu daya bisa digantikan oleh batteray 12 Volt 1 Ampere
+ Data curah hujan dalam bentuk digital disimpan di komputer disertai informasi waktu berdasarkan durasi waktu yang telah diatur sehingga memudahkan pemakaiannya.
+ Sistem ini menggunakan mikrokontroler, sehingga meminimalisir komponen dalam bentuk perangkat keras.
+ Mikrokontoler yang digunakan adalah ATMEGA8535 yang mempunyai kelebihan ISP (In System
Programming) atau bisa langsung diprogram pada saat sistem bekerja pada rangkaian tersebut. Kekurangan
Program pengolah data di komputer masih sederhana baik dalam proses pengolahan data maupun tampilannya sehingga masih perlu dikembangkan.
Daftar Pustaka
Albert Paul Malvino, 1996, Prinsip-prinsip Elektronika, Erlangga, Jakarta.
Handoyo Prubo, Pengukuran Curah Hujan, Skripsi Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta (tidak diterbitkan). Majalah Pre-amp Top, 1988, Elex Media Komputindo, Jakarta.
Pranata Antony, 2000, Premrograman Borland Delphi Edisi 3, Andi Yogyakarta.
Rizkiawan, Rizal, 1997, Tutorial Perancangan Hardware II, PT. Elex Media Kompetindo, Jakarta. Roger L. Tokheim, 1996, Prinsip-Prinsip Digital, Erlangga, Jakarta.
