PENDAHULUAN Latar Belakang
Peranan air dalam kehidupan sangat besar. Mekanisme kompleks kehidupan tidak mungkin berfungsi tanpa kehadiran cairan yang berupa air. Bagian besar bumi dan makhluk hidup juga terdiri atas air. Air yang berasal dari hujan merupakan fenomena alam yang paling penting bagi terjadinya kehidupan di bumi, karena tanpa adanya air hujan, maka siklus hidrologi berubah dan keseimbangan bumi akan terganggu.1,2
Disisi lain adanya perubahan iklim secara global mengakibatkan perubahan musim yang cukup signifikan baik secara lokal maupun regional. Faktor curah hujan yang tinggi merupakan salah satu faktor utama penyebab banjir pada saat musim penghujan. Wilayah Indonesia merupakan daerah tropis yang mempunyai curah hujan sangat tinggi. Curah hujan yang tinggi, lereng yang curam di daerah hulu disertai dengan perubahan ekosistem dari tanaman tahunan atau tanaman keras berakar dalam ke tanaman semusim berakar dangkal mengakibatkan berkurangnya air yang disimpan dalam tanah, memperbesar aliran permukaan serta menyebabkan terjadinya tanah longsor. Curah hujan yang tinggi dalam kurun waktu yang singkat dan tidak dapat diserap tanah akan dilepas sebagai aliran permukaaan yang akhirnya menimbulkan banjir.1,3
Dari uraian di atas, kita mengetahui bahwa manfaat air hujan sangatlah penting bagi kehidupan. Namun, di lain pihak curah hujan yang sangat tinggi mengakibatkan suatu wilayah berpotensi terkena banjir. Untuk itu perlu dibuat sebuah alat pengukur curah hujan otomatis dan tercatat dalam sebuah database sehingga data curah hujan yang dihasilkan dapat dimanfaatkan secara optimal, sebagai contoh pemetaan daerah rawan banjir untuk mengurangi kerugian akibat banjir.3,4
Curah hujan dapat diukur dengan alat penakar curah hujan otomatis atau
manual. Alat-alat penakar hujan tersebut
harus diletakkan pada daerah yang masih alamiah, sehingga curah hujan yang terukur dapat mewakili wilayah yang luas. Penghitungan curah hujan dari suatu alat penakar hujan dihitung dari volume air hujan dibagi dengan luas mulut penakar.4
Dengan menggunakan penakar hujan yang bekerja secara manual, maka pengambilan data juga dilakukan secara
manual. Data yang diperoleh merupakan
kumpulan curah hujan selama selang waktu tertentu dan dilakukan secara terus menerus. Ini menyebabkan tidak diketahui jam berapa terjadinya hujan pada suatu hari karena data yang didapat merupakan data rata-rata. Solusi dari masalah ini adalah pembuatan alat pengukur curah hujan dengan mengunakan
microcontroller yang secara otomatis
dapat menghitung dan menyimpan data curah hujan, sehingga dapat diketahui kapan waktu turunnya hujan dan kapan saat tidak ada hujan dari data yang tersimpan.4
Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah : 1. Membuat prototype logger penakar
curah hujan yang dapat bekerja secara otomatis dan menyimpan data secara real time untuk menghitung curah hujan dan dapat bekerja secara mandiri.
2. Melakukan komunikasi dengan komputer untuk proses pengaturan alat serta proses download data dari memori logger.
3. Mempermudah pengolahan data curah hujan.
TINJAUAN PUSTAKA Curah Hujan
Hujan adalah kebasahan yang jatuh ke bumi dalam bentuk cair. Butir-butir hujan mempunyai garis tengah 0,08 - 6 mm. Hujan terdapat dalam beberapa
macam yaitu hujan halus, hujan rintik-rintik dan hujan lebat. Perbedaan terutama pada besarnya butir-butir. Hujan lebat biasanya turun sebentar saja jatuh dari awan cumulonimbus. Hujan semacam ini mempunyai intensitas yang besar.5
Salah satu tipe pengukur hujan
manual yang paling banyak dipakai
adalah tipe observatorium (obs) atau sering disebut ombrometer. Curah hujan dari pengukuran alat ini dihitung dari
volume air hujan dibagi dengan luas mulut
penakar. Alat tipe observatorium ini merupakan alat baku dengan mulut penakar seluas 100 cm2 dan dipasang dengan ketinggian mulut penakar 1,2 meter dari permukaan tanah.6
Alat pengukur hujan otomatis biasanya memakai prinsip pelampung, timbangan atau jungkitan. Keuntungan menggunakan alat ukur otomatis ini antara lain seperti, waktu terjadinya hujan dapat diketahui, intensitas setiap terjadinya hujan dapat dihitung, pada beberapa tipe alat, pengukuran tidak harus dilakukan tiap hari karena periode pencatatannya lebih dari sehari, dan beberapa keuntungan lain.7
Tinggi curah hujan diasumsikan sama di sekitar tempat penakaran, luasan yang tercakup oleh sebuah penakar hujan bergantung pada homogenitas daerahnya maupun kondisi cuaca lainnya. Penakar hujan dibagi dalam dua golongan yaitu tipe manual dan tipe otomatis. Bila yang diinginkan hanya jumlah hujan harian, maka dipakai tipe manual. Informasi lebih banyak diperoleh dari alat otomatis. Alat yang dipakai yang ada di lapangan. Makin canggih suatu alat makin banyak ketrampilan dan kemampuannya.8
Jenis-jenis hujan berdasarkan besarnya curah hujan menurut BMKG9 dibagi manjadi tiga, yaitu :
1. Hujan sedang, 20 - 50 mm per hari. 2. Hujan lebat, 50-100 mm per hari. 3. Hujan sangat lebat, di atas 100 mm per hari.
Curah hujan dibatasi sebagai tinggi air hujan yang diterima di permukaan sebelum mengalami aliran permukaan, evaporasi dan peresapan ke
dalam tanah. Data hujan mempunyai variasi yang sangat besar dibandingkan unsur iklim lainnya, baik variasi menurut tempat maupun waktu. Data hujan biasanya disimpan dalam satu hari dan berkelanjutan.10
Dengan mengetahui data curah hujan kita dapat melakukan pengamatan di suatu daerah untuk pengembangan dalam bidang pertanian dan perkebunan. Selain itu dapat juga digunakan untuk mengetahui potensi suatu daerah terhadap bencana alam yang disebabkan oleh faktor hujan.1,3,11
Pengertian Penakar hujan
Penakar hujan adalah instrumen yang digunakan untuk mendapatkan dan mengukur jumlah curah hujan pada satuan waktu tertentu. Panakar hujan mengukur tinggi hujan seolah-olah air hujan yang jatuh ke tanah menumpuk ke atas merupakan kolom air. Air yang tertampung volumenya dibagi dengan luas corong penampung, hasilnya adalah tinggi atau tebal, satuan yang dipakai adalah milimeter (mm).12
Tipping Bucket Sensor
Sensor yang dipakai untuk
mengukur besarnya curah hujan adalah
rain gauge. Jenis rain gauge
bermacam-macam, ada sekitar 50 jenis rain gauge yang memenuhi standard internasional. Salah satunya adalah jenis tipping bucket.
Tipping bucket sensor bekerja
dengan cara menghitung pulsa persatuan waktu yang ditentukan dari banyaknya air yang masuk ke dalam corong sensor tersebut. Sehingga dari pulsa-pulsa tersebut dapat diketahui besarnya curah hujan persatuan luas persatuan waktu. Air hujan ditampung ke dalam bejana yang berjungkit. Bila air mengisi bejana penampung yang setara dengan tinggi hujan 0,2 mm atau sesuai dengan spesifikasi sensor akan berjungkit dan air dikeluarkan. Terdapat dua buah bejana yang saling bergantian menampung air hujan. Tiap gerakan bejana berjungkit secara mekanis tercatat pada pias atau
menggerakkan counter (penghitung).
Jumlah hitungan dikalikan dengan 0,2 mm atau sesuai dengan spesifikasi sensor merupakan tinggi hujan yang terjadi.
Tipping bucket tidaklah seteliti instrumen
standar lainnya, dikarenakan hujan dapat saja berhenti sebelum bejana berjungkit karena curah hujan belum mencapai nilai 0.2 mm. sehingga nilai curah hujan di bawah 0,2 mm tidak tercatat. Ketika bejana berjungkit, akan menggerakkan saklar (seperti reed switch) yang kemudian direkam secara elektronik. Cara kerja alat penakar hujan ditunjukkan pada Gambar 1.12
Keuntungan dari alat pengukur hujan tipe tipping bucket adalah karakter dari hujan (ringan, sedang atau berat) dapat dengan mudah diperoleh. Karakter hujan ditentukan oleh jumlah hujan yang turun dalam beberapa waktu (biasanya 1 jam) serta dengan menghitung jumlah jungkitan dalam jangka waktu 10 menit pengamat dapat menentukan karakter dari hujan. Contoh penakar hujan jenis tipping
bucket yang terpasang di lapangan
ditunjukkan pada Gambar 2.14
Gambar 1. Cara kerja penakar hujan jenis Tipping Bucket.13
Gambar 2. Penakar hujan jenis Tipping Bucket. (Difoto dengan kamera digital 9Mega
Pixel atau MP)
Kalibrasi Sensor
Kalibrasi pada tipping bucket
sensor dilakukan dengan cara mengatur
keseimbangan jungkitan dengan merubah ketinggian baut penahan jungkitan tersebut. Untuk mendapatkan volume yang tertampung dalam curah hujan diperoleh dari luas penampang corong pada tipping
bucket dikalikan dengan tinggi curah
hujan yang diinginkan. Misalnya diameter corong tabung 20 cm dan ketinggian curah hujan yang diinginkan 0.2 mm maka untuk mendapatkan volume pada setiap jungkitan dihitung dengan cara :
0.2
3.14 10 0.02 6.28
Microcontroller ATmega8
ATmega8 adalah low power
microcontroller 8 bit dengan arsitektur Reduced Instruction Set Computing
(RISC). Microcontroller ini dapat
mengeksekusi perintah dalam satu periode
clock untuk setiap instruksi. Microcontroller ini diproduksi oleh atmel
dari seri AVR. Penggunaan ATmega8 dikarenakan harganya yang murah dan mempunyai fasilitas yang sangat memadai untuk mengembangkan berbagai aplikasi. Selain itu, dalam perancangan alat ini tidak dibutuhkan banyak port untuk program I/0. Beberapa fitur dari ATmega8 adalah sebagai berikut15 :
• 8 Kbyte Flash Program • 512 Kbyte EEPROM • 1 Kbyte SRAM
• 2 timer 8 bit dan 1 timer 16 bit • Analog to Digital Converter • USART
• Analog Comparator • Two wire interface (I2C) • 23 programmable I/O • Package 28 PDIP
m p R m p l d D p ( d m p m u d p S D S s C Susun microcontroll pada Gambar Real Time Cl Agar memory card pada setiap p lokal pencata diproses m DALLAS D pengantarmuk (I2C). Keluar dan waktu y masehi deng pencatuan da menyimpan n untuk tahun, detik juga penyimpanan Susunan pin DS1307 ditu Sedangkan susunan anta CPU.18 3(a Gambar 3(a) ATmeg micro 4(a) Gambar 4(a) S fi
nan pin dan
ler ATmega r 3. lock DS1307 pencatatan d d teridentifika pencatatan di atan. Waktu l menggunakan DS1307 deng kaan komun ran IC ini ber yang sesuai d gan tidak b an device la nilai dalam r bulan, hari, tersedia n data sement
out serta tam unjukkan pa Gambar 5 rmuka RTC a) ) Susunan pin m ga8.16 3(b) Tam ocontroller ATm Susunan pin ou isik RTC DS13 n tampilan f a8 ditunjukk data hujan p asi dengan b iperlukan wa lokal pencata IC kelua gan komunik nikasi 2 ka rupa data tang dengan kalen ergantung p ain. IC DS13 register terpis jam, menit register un
tara atau ala mpilan fisik R ada Gambar menunjukk DS1307 den 3(b) microcontrolle mpilan fisik mega8.17 4(b) ut.19 4(b) tampi 307.20 fisik kan pada baik aktu atan aran kasi abel ggal nder pada 307 sah, dan ntuk arm. RTC 4. kan gan er ilan Gam EEP Prog (EEP seria di m tekno yang mem sanga yang Peng untuk meny digun seria tahun yang ini h yaitu (SCL komu meru clock dari p Philip EEPR bagi mem secar mem deng digun menu mbar 5. Susunan den PROM Electrical grammable PROM) tipe al yang meng mana denga ologi tersebut g digunakan mori tersebut at bermanfa g memerlu ggunaan I/O k mengak yediakan lebi nakan untuk k I2C adala al yang ditem n 1992 dan d g terbaru pada hanya menggu u Serial Data L). SDA mer unikasi I2 upakan jalur k akan selalu pengiriman d Komunika ps bukan ROM melain komponen-mpunyai kem ra I2C. Ol mbedakan an gan kompone nakan sla unjukkan ide 4(b) n antarmuka R ngan CPU.21 lly Read Only 24xx adal ggunakan tek an adanya p t, jumlah hig n untuk semakin sedi at bagi seb ukan bany yang sema kses memo ih banyak I/O keperluan lain ah teknologi mukan oleh P direvisi hingg a tahun 2000 unakan 2 bua (SDA) dan S rupakan jalur C sedangk clock di m muncul untu data.
asi I2C dicip hanya un nkan juga dip
-komponen mampuan unt leh karena ntara serial en-komponen ave addre entitas dari RTC DS1307 Erasable y Memory ah memori knologi I2C penggunaan gh low (I/O) meng-akses ikit. Hal ini buah sistem yak I/O. akin sedikit ori, akan O yang dapat n. komunikasi Philips pada ga versi 2.1 0. Teknologi ah jalur I/O Serial Clock r data pada kan SCL mana sinyal uk setiap bit ptakan oleh ntuk serial peruntukkan lain yang tuk diakses itu, untuk EEPROM n yang lain ess yang komponen
t m E G K a P R s u t p d s k b r R K d C D d d a e E a 2 a 3 d 4 m 5 m p m u tersebut. Dal mempunyai EEPROM A Gambar 6.22 Komunikasi RS23 antarmuka k PC dan pe RS232 yang serial interfa untuk inter terminal atau Antar perangkat k dapat mengir saat yang komunikasi baud. Dalam rendah, baud RS232 ini d KBaud.24 Peral dibagi menja Communicati Data Termina
dari DCE ada dan lain lain. adalah termin elektronik da Electronic Ind 1. “Space” ( antara +3 hin 2. “Mark” ( antara -3 hing 3. Daerah an didefinisikan 4. Tegangan melebihi 25V 5. Arus hub melebihi 500m Komu port sebagai merupakan umum diguna
lam hal ini s kode 1010 AT24C256 di RS232 32 merupa komunikasi a erangkat lain g biasanya d face dan se rconnection komputer ke rmuka se omunikasi d rim dan men
sama. K RS232 din m akuisisi d setara denga dapat berjalan latan pada ko di dua kelom ion Equipme al Equipment alah modem, p Sedangkan c nal di kompu ari serial por
dustry Associ (logika 0) ada gga +25 V. logika 1) ada gga -25V. ntara +3V hin / tidak dipak n open circuit V. bungan singka mA. unikasi seria i saluran da tampilan po akan sebagai p serial EEPRO . Susunan itunjukkan p akan stan antara kompu nnya. Interf dikenal seba ring digunak terminal e peralatan lai erial ada dua arah y erima data p Kecepatan d nyatakan dal data kecepa an bit per de n hingga 11 omunikasi ser mpok, yaitu D ent (DCE) t (DTE). Con plotter, scann contoh dati D uter. Spesifik rt merujuk p iation (EIA): alah tegangan alah tegangan ngga -3V tida ai. t tidak boleh at tidak boleh al membutuhk ata. Gambar ort DB9 y port serial. OM pin pada ndar uter face agai kan ke n. alah ang ada dari lam atan etik. 15,2 rial Data dan ntoh ner, DTE kasi pada n ak kan r 7 ang Temp micro Faku Peng Bogo bulan 2010 Baha dalam micro AT24 RS23 resist Alat komp attra seria buck Gambar 6. Su AT Gambar 7. S BAHAN D pat dan Wak
Penelitian ocontroller, ultas Mate getahuan Ala or. Penelitian n yaitu, pad 0. an dan Alat Bahan u m penelitia ocontroller 4C256, RTC 32, baterei
tor dan kapa yang di puter, multim
acktor, kabe al, catu day ket sensor.
usunan Pin EEP T24C256.23 Susunan port D DAN METO ktu Penelitian n dilakukan Departeme ematika d am, Institut n dilaksanaka da bulan Me utama yang an ini an ATmega8, C DS1307, CMOS, ka asitor sesusai gunakan te meter, logic pr el download a 12VDC d PROM DB 9.25 ODE n n di lab en Fisika, dan Ilmu t Pertanian an selama 8 ei-Desember digunakan ntara lain EEPROM MAX232, abel, PCB, i keperluan. erdiri dari robe, solder, der, kabel dan tipping
