i
ALAT MONITORING KONDISI GUNUNG BERAPI NIRKABEL BERBASIS MIKROKONTROLER ATMEGA16
Disusun Oleh :
Nama : Jaka Rahmana Triadi Idrus Nrp : 0522026
Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Kristen Maranatha,
Jl. Prof.Drg.Suria Sumantri, MPH no.65, Bandung, Indonesia.
Email : me.jcotz@yahoo.com
ABSTRAK
Pada tugas akhir ini, dirancang satu simulasi aplikasi teknologi wireless untuk memonitoring kondisi gunung berapi. Pada dasarnya sistem ini terdiri dari dua bagian utama yaitu perangkat pengirim dan penerima. Sistem pada pengukuran yang dirancang terdiri dari 4 sensor yang terdiri dari sensor suhu, kelembaban, getaran dan tekanan. Sensor suhu dan kelembaban yang digunakan adalah SHT11 yang mempunyai kemampuan sebagai alat pengindra suhu serta kelembaban pada saat bersamaan. Sensor getar terdiri dari sebuah piezoeletric yang digunakan untuk mendeteksi datangnya sebuah getaran berdasarkan getaran yang ditimbulkan oleh gunung berapi. Sensor tekanan menggunakan modul DT-SENSE Barometric yang dihubungkan melalui jalur komunikasi serial I2C. Tiap sensor akan mengirimkan data ke mikrokontroler Atmega16, sedangkan data diolah oleh mikrokontroler dan dilakukan encoding, setelah itu di kirimkan secara wireless yang ditransmisikan menggunakan gelombang radio 315Mhz dengan modulasi ASK (Amplitude Shift Keying). Pada sisi receiver data dilakukan decoding kembali, kemudian pada layar monitor komputer ditampilkan hasil pengukuran suhu, kelembaban dan tekanan tersebut, setiap interval waktu tertentu data akan di simpan. Untuk data getaran nilainya dalam bentuk grafik dan nilai angka untuk kemudian secara real time data di simpan ke database getar.
Berdasarkan percobaan yang dilakukan, perangkat sistem yang dirancang berhasil direalisasikan dengan persentase keberhasilan 100% selama sistem masih berada di dalam batas jangkauan (max 20m).
ii
WIRELESS VOLCANO STATUS MONITORING DEVICE WITH ATMEGA16 MICROCONTROLLER
Composed by :
Name : Jaka Rahmana Triadi Idrus Nrp : 0522026
Electrical Engineering, Faculty of Engineering, Kristen Maranatha University,
Prof. drg. Suria Sumantri, MPH Street, No. 65th, Bandung, Indonesia.
Email : me,jcotz@yahoo.com temperature and humidity sensors is using the SHT11 which capable to record the temperature and humidity at the same time. The vibration sensor is using the Pieszoelectric which can detect the arrival of vibration that caused by the volcano. The Pressure sensor is using the DT-SENSE Barometric module which connected via I2C communication serial lines. Each sensors will send the data to the ATMega16 microcontroller, where data will be processed and then encode, then it will send via wireless which transmitted using 315Mhz radio waves with ASK (Amplitude Shift Keying) modulation. After the data is received it will decode again, then the computer screen will displayed the measurement result of the temperature, humidity and pressure, and each data of time interval will be recorded. As for the vibration, the result will shown in the graph form and numerical value which will be saved into the vibration database in real-time.
Based on the experiments that conducted, the wireless device will working perfectly with 100% success rate, as long as the system is still in the range limit (max 20m).
v
BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Masalah ... 1
vi
2.7.1. Spesifikasi piezoelektrisitas... 15
2.7.2. Penggunaan piezoelektrik ... .. 16
2.8. Mikrokontroler AVR ATMEGA16 ... 17
2.8.1. Uraian-uraian Pin... 18
2.8.2. Pilihan-pilihan Clock (Clock)... 22
2.8.3. Timer/Counters... 23
2.8.4. ADC ATMEGA16... 26
2.9. Konverter TTL ke RS232 atau Sebaliknya ... 28
BAB III PERANCANGAN DAN REALISASI 3.1. Diagram Blok ... 29
3.2. Modul Pengirim dan Penerima ... 31
3.2.1. Perancangan Rangkaian Sensor Suhu dan Kelembaban ... 33
3.2.2. Rangkaian Sensor Getar ... 34
3.2.3. Rangkaian Sensor Barometer ... 35
3.2.4. Rangkaian konverter RS232 ... 35
3.2.5. Perancangan Catu Daya ... 36
3.3. Perancangan Perangkat Lunak ... 37
3.3.1. Diagram alir Pengirim sensor Mikrokontroler ... 38
3.3.1.1. Script inisialisasi komunikasi ... ... 39
3.3.1.2. Script sub pembacaan data sensor suhu ... ... 39
3.3.1.3. Script sub pembacaan data sensor kelembaban ...40
3.3.1.4. Script sub pembacaan data sensor tekanan udara. ... 40
3.3.1.5. Script sub pembacaan data sensor getar. ... 41
3.3.1.6. Script sub pengiriman data via wireless. ... 41
vii
3.3.2.1. Script sub inisialisasi komunikasi penerima ... ... 42
3.3.2.2. Script sub penerimaan data ... 43
3.3.2.3. Script sub pengiriman data kekomputer ... ... 43
3.3.3. Perancangan program interface computer/delphi ... 44
3.3.3.1. Tempat penyimpanan Data /Database ... 46
3.3.4. Diagram alir Penerima Mikrokontroler ... 47
3.3.4.1. Script sub pengaktifan komunikasi computer ... ... 48
3.3.4.2. Script sub menunggu data COM ... 48
3.3.4.3. Script sub menampilkan data ke display ... .. 48
3.3.4.4. Script penyimpanan data kedatabase ... ... 49
3.3.4.5. Script penghitung waktu 5 menit ... ... 49
BAB IV DATA PENGAMATAN DAN ANALISIS 4.1. Pengujian Sensor SHT11 Dan Sensor Tekanan Udara/Barometric .... 50
4.1.1. Peralatan yang digunakan ... 51
4.1.2. Prosedur pengujian ... 51
4.1.2.1. Prosedur pengujian Sensor SHT 11 ... ... 51
4.1.2.2. Prosedur pengujian Sensor Tekanan udara/Barometric . 51 4.1.3. Hasil pengujian ... 51
4.2. Pengujian rangkaian Sensor Getar Piezoelectric ... 54
4.2.1. Peralatan yang digunakan ... 54
4.2.2. Prosedur pengujian ... 54
4.2.3. Hasil pengujian ... 54
4.2.3.1. Pengujian simulasi getaran menggunakan motor Vibra. 54 4.2.3.2. Pengujian Kalibrasi simulasi gempa ... 56
4.3. Pengujian jarak jangkauan ... 59
4.4. Pengujian keseluruhan Sistem ... ... 61
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan ... 64
viii DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN A FOTO ALAT MONITORING KONDISI GUNUNG BERAPI
NIRKABEL
LAMPIRAN B SKEMATIK MODUL PENGIRIM DAN PENERIMA
LAMPIRAN C PROGRAM PADA PENGONTROL MIKRO ATMEGA16
LAMPIRAN D PROGRAM INTERFACING DELPHI
ix
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 3.1 Komponen dan Properti ... 44
Tabel 3.2 Database Gunung.dbf ... 46
Tabel 3.3 Database Gunung_gtr.dbf ... 46
Tabel 4.1 Hasil perbandingan Sensor SHT11 di lab fisika instrumentasi .. 52
Tabel 4.2 Hasil perbandingan Sensor Barometric di lab fisika instrumentasi... 52
Tabel 4.3 Hasil pengukuran SHT11 dan pengukuran tekanan udara ... 54
Tabel 4.4 Hasil pengukuran dengan frekuensi getaran berbeda ... 59
x
Gambar 2.7 Bentuk sensor dan skema pengambilan data sensor SHT1x . 13 Gambar 2.8 Bentuk Sensor barometer ... 14
Gambar 2.9 Piezoelectric ... 16
Gambar 2.10 Diagram Blok ATMEGA16 ... 20
Gambar 2.11 Konfigurasi Pin ATMEGA16 ... 21
Gambar 2.12 Clock Eksternal... 22
Gambar 2.13 Diagram Blok Timer/Counter0... 25
Gambar 2.14 Diagram Blok Timer/Counter1... 27
Gambar 2.15 Diagram Blok Analog-to-Digital Converter ... 27
Gambar 2.16 Konfigurasi pin ICL232 ... 28
Gambar 3.6 Rangkaian Modul Sensor Barometer ... 35
Gambar 3.7 Konverter RS232 ... 36
Gambar 3.8 Catu Daya ... 37
Gambar 3.9 Diagram alir pengirim sensor ... 38
Gambar 3.10 Diagram alir penerima mikrokontroler ... 42
xi
Gambar 3.12 Diagram alir program Delphi... ... 47
Gambar 4.1 Hasil Pengukuran SHT11 dan sensor barometric di Lab Fisika ... 51
Gambar 4.2 Hasil Pengukuran Tekanan Udara di Gunung Tangkuban perahu 53 Gambar 4.3 Hasil pengukuran Tekanan Udara setelah 6 menit ... 53
Gambar 4.4 Gunung Tangkuban Perahu ... 53
Gambar 4.5 Data getaran motor vibra ... 55
Gambar 4.6 Pengujian dengan 2 buah korek api ... 55
Gambar 4.7 Hasil pengukuran untuk pengujian 2 buah korek api ... 55
Gambar 4.8 Hasil pengukuran getaran 2 buah motor vibra ... ... 56
Gambar 4.9 Data hasil pengujian dengan 3 frekuensi berbeda .. ... 57
Gambar 4.10 Hasil pengukuran earthquake simulator frekuensi 10Hz... 57
Gambar 4.11 Hasil pengukuran earthquake simulator frekuensi 15Hz ... 58
Gambar 4.12 Hasil pengukuran earthquake simulator frekuensi 20Hz... 58
Gambar 4.13 Hasil pengujian data eror/lost data untuk suhu, kelembaban dan tekanan pada jarak 25m... ... 60
Gambar 4.14 Hasil pengujian data eror/lost data untuk suhu, kelembaban dan tekanan pada jarak 25m setelah 10 menit... 60
Gambar 4.15 Hasil pengujian data eror/lost data untuk getaran... 61
Gambar 4.16 Tampilan program monitor gunung... ... 62
LAMPIRAN A
FOTO ALAT MONITORING KONDISI GUNUNG
LAMPIRAN B
B-1
B-2
LAMPIRAN C
PROGRAM PADA PENGONTROL MIKRO
C-1
Program Mikrokontroler Pengirim
' Program Pembaca Suhu, Kelembaban, Tekanan dan Getaran ' Kirim via Wireles
$regfile = "m16def.dat" $crystal = 4000000 $baud = 1200
Config Adc = Single , Prescaler = Auto
Dim Hasil As Single Dim Hasilsuhu As Single Dim Suhu As Single Dim X As Single Dim Ctr As Byte Dim Dataword As Word Dim Command As Byte Dim Dis As String * 20
Dim Suhustring As String * 6
Dim Kelembabanstring As String * 5 Dim Tekananstring As String * 6 Dim Calc As Single
Dim Calc2 As Single Dim Rhlinear As Single Dim Rhlintemp As Single Dim Tempc As Single Dim Tempf As Single Dim D_msb As Byte Dim D_lsb As Byte Dim Tekanan As Single Dim Datagetaran As Word
Dim Sdatagetaran As String * 5 Dim Datakirim As String * 26 Dim Sgetaran As String * 1
C-2
Config Scl = Portc.0 Config Sda = Portc.1 'Config Clock = User
Set Dataout ' Pengambilan Suhu SHT11
'---
C-3 '--- ' Pengambilan Kelembaban SHT11 '---
Kelembabanstring = Fusing(rhlintemp , "##.#")
'--- ' Pengambilan Data Tekanan dari sensor Barometric '---
Tekananstring = Fusing(tekanan , "####.#")
'--- ' Pengambilan Data Getaran Melalui ADC kanal 1 '--- Datagetaran = Getadc(1)
C-4 '--- ' Pengiriman seluruh data
' Suhu, kelembaban, tekanan, getaran '---
Datakirim = " S" + Suhustring + "K" + Kelembabanstring + "T" + Tekananstring + "G" + Sgetaran + "A"
Print &HAA ; Datakirim ; Datagetaran ; "L"
Waitms 300 Loop
End
'--- 'Sub rutin pengambilan data Suhu dan kelembaban SHT11 '--- Sub Getit()
Local Datavalue As Word Local Databyte As Byte
C-5
Datavalue = Datavalue Or Databyte
C-6
Input A ' Tunggu data dari Pengukur
Print A 'Kirim kekomputer data tsb
Loop
LAMPIRAN D
D-1 unit Unit1;
interface
uses
Windows, Messages, SysUtils, Variants, Classes, Graphics, Controls, Forms,
Dialogs, ExtCtrls, QCCom32, StdCtrls, Buttons, TeEngine, Series, TeeProcs, Chart, Gauges, DB, DBTables, Grids, DBGrids;
type
DataSource1: TDataSource; Table1: TTable;
Chart2: TChart;
Series2: TFastLineSeries; DataSource2: TDataSource; Table2: TTable;
procedure Timer1Timer(Sender: TObject); procedure FormCreate(Sender: TObject); procedure Button1Click(Sender: TObject); procedure BTNsimpanClick(Sender: TObject); procedure BTNBerhentiClick(Sender: TObject); procedure BitBtn2Click(Sender: TObject);
procedure BitBtn4Click(Sender: TObject); private
D-2
table1.FieldByName('TANGGAL').asstring:=ptanggal.caption; table1.FieldByName('JAM').asstring:=pjam.caption;
table1.FieldByName('SUHU').asstring:=psuhu.caption;
table1.FieldByName('KELEMBABAN').asstring:=pkelembaban.caption; table1.FieldByName('TEKANAN').asstring:=ptekanan.Caption;
table1.Post;
end;
if menitlama<>copy(pjam.caption,5,1) then begin
D-3 posB:=pos('L',datars232);
if (posS<>0) and (posK<>0) and (posT<>0)
and (posG<>0) and (posA<>0) and (posB<>0) then begin
Bsgetaran:=copy(datars232,posA+1,posB-posA-1);
val(Bsgetaran,Bgetaran,kode); if bgetaran<>0 then
psuhu.caption:=copy(datars232,posS+1,4);
pkelembaban.caption:=copy(datars232,posK+1,4);
ptekanan.caption:=copy(datars232,posT+1,posg-posT-1); x:=x+1;
Chart2.Series[0].Add(besargetaran, inttostr(x), clTeeColor);
D-4
while not table2.eof do begin
LAMPIRAN E
DATASHEET
---
SHT1x/SHT7x ... E-1
DT-SENSE BAROMETRIC PRESSURE ... E-9
ATMEL ATMEGA16/ATMEGA16L ... E-19
IC 4069UB (INVERTER) ... E-23
MODUL RF TLP-RLP 315 ... E-27
Bab I Pendahuluan
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Indonesia adalah negara kepulauan yang sebagian besar daerahnya diliputi
oleh rangkaian gunung berapi. Pengukuran suhu, getar, tekanan dan kelembaban
kebanyakan dilakukan secara jarak jauh, hal ini dikarenakan kondisi alam dan
medan yang tidak memunginkan manusia untuk melakukan pengukuran secara
langsung. Telemetri berasal dari kata “Tele” yang berarti jauh dan “Metri” yang
berarti pengukuran, Dengan demikian telemetri adalah suatu sistem komunikasi
untuk transfer data pengukuran pada jarak jauh yang menggunakan media
transmisi sebagai Carrier data tersebut.
Beberapa hal yang perlu diperhatikan dalam telemetri adalah teknik
modulasi dan saluran transmisi. Modulasi merupakan proses konversi sinyal
informasi menjadi suatu gelombang sinus, atau penumpangan suatu sinyal (sinyal
informasi) ke sinyal pembawa (carrier). Ada beberapa macam teknik modulasi
yang biasa digunakan,Tergantung pada parameter yang dimodulasi. Untuk
melakukan pengukuran jarak jauh dibutuhkan sebuah perangkat yang handal dan
dapat melakukan pengukuran jarak jauh.
Pada tugas akhir ini dibuat suatu sistem yang dapat memonitor kondisi
gunung berapi secara nirkabel, teknik pengiriman informasi dilakukan secara
wireless dan merupakan salah satu faktor penting untuk penyampaian informasi
Bab I Pendahuluan 2
1.2 Identifikasi Masalah
Berdasar latar belakang di atas, masalah utama yang akan diangkat pada
Tugas Akhir ini adalah mengenai pengukuran suhu, getaran, tekanan dan
kelembaban pada kondisi gunung berapi.
1.3 Perumusan Masalah
Permasalahan yang akan dibahas dalam Tugas Akhir ini meliputi:
1. Bagaimana membuat perangkat telemetri suhu, getaran, tekanan dan
kelembaban untuk memonitoring kondisi gunung berapi?
2. Bagaimana proses hasil pengiriman data oleh pengukuran secara
nirkabel yg dilakukan oleh masing-masing parameter?
1.4 Tujuan
Tujuan yang hendak dicapai dalam pengerjaan Tugas Akhir ini
adalah:
1. Mendesain perangkat telemetri suhu, getaran, tekanan dan kelembaban
untuk memonitoring kondisi gunung berapi.
2. Mendapatkan hasil pengiriman data pengukuran secara nirkabel dari
simulasi yang diujikan pada perangkat keras telemetri yang dibuat.
1.5 Pembatasan Masalah
Pembatasan masalah pada Tugas Akhir ini meliputi:
1. Kondisi gunung berapi dalam bentuk simulasi.
2. Parameter yang diukur adalah suhu, getaran, kelembaban dan tekanan.
3. Alat yang dibuat adalah prototipe dan diuji secara simulasi pada
aktifitas gunung berapi.
4. Khusus parameter getaran hanya ditampilkan simpangan amplituda
getarannya dan keluaran tegangannya.
5. Wireless yang ditransmisikan menggunakan gelombang radio 315Mhz
Bab I Pendahuluan 3
1.6 Spesifikasi Alat Yang Digunakan
Alat yang digunakan memiliki spesifikasi sebagai berikut :
a. Mikrokontroler yang digunakan sebagai pusat pengolah yaitu
mikrokontroler ATMEGA16
b. Menggunakan Sensor Suhu dan Kelembaban SHT-11
c. Menggunakan Sensor Barometer DT-SENSE BAROMETRIC PRESSURE
& TEMPERATURE.
d. Menggunakan Piezoelectric sebagai sensor getar
e. Menggunakan TLP/RLP315Mhz sebagai Media Transmisi Data
f. Catu daya sebagai sumber tegangan menggunakan tegangan sebesar 5V.
g. Bahasa pemograman menggunakan BASCOM (Basic Compiler).
h. Menggunakan software Delphi untuk menampilkan data pada komputer
dan disimpan pada database.
1.7 Sistematika Penulisan
BAB I : PENDAHULUAN
Bab ini membahas mengenai latar belakang permasalahan,
perumusan masalah, tujuan penulisan, metode penyelesaian
masalah serta sistematika penulisan pada Tugas Akhir ini.
BAB II : DASAR TEORI
Bab ini membahas mengenai telemetri, rangkaian modul RF
untuk transmitter dan receiver, rangkaian pengodean untuk
decoder dan encoder,
BAB III : PERANCANGAN DAN REALISASI
Bab ini membahas bagaimana proses pengukuran suhu,
kelembaban, getaran, tekanan yang dilakukan dari jarak jauh
untuk memonitor kondisi gunung berapi secara simulasi.
BAB IV : DATA PENGAMATAN DAN ANALISA
Bab ini menguraikan hasil dan analisa dari simulasi yang
telah dibuat.
BAB V : KESIMPULAN DAN SARAN
Bab ini berisi kesimpulan dari analisa yang telah dilakukan
Bab V K esimpulan Dan Saran
64
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Dalam pembuatan tugas akhir ini, penulis mendapatkan beberapa
kesimpulan, antara lain:
1. Sistem Wireless menggunakan gelombang radio 315Mhz dengan modulasi
ASK (Amplitude Shift Keying) berhasil dirancang, direalisasikan, dan
berfungsi dengan baik dengan jarak jangkauan 20m di ruang terbuka.
2. Rata-rata Persentase kesalahan yang didapat dari perbandingan lima hasil
pengujian sensor SHT11 dan sensor Barometric dengan CONSTANT HT100
pada lab fisika instrumentasi :
Sensor Suhu = 1.23 %
Sensor kelembaban = 0.9 %
Sensor Tekanan = 0.848 %
3. Kalibrasi sensor getaran piezoelectric dengan sensor getaran akselerometer
yang dilakukan dengan Earthquake simulator pada rentang frekuensi 10Hz
-20Hz mendapatkan hasil perbandingan yang dilihat dari kedua sensor tersebut
adalah perbedaan satuan yang dipakai dalam simulasi getaran dan dapat
disimpulkan bahwa sensor getaran piezo yang dibuat dapat merespon getaran
pada frekuensi yang berbeda dengan mengeluarkan output tegangan semakin
tinggi jika frekuensi semakin tinggi.
5.2 Saran
Berikut adalah saran-saran penulis untuk siapa saja yang ingin merevisi
dan mengembangkan sistem ini.
1. Dapat dikembangkan agar sistem monitoring gunung berapi memiliki tingkat
keamanan dalam pengiriman data yang lebih baik dan lebih akurat dalam
Bab V K esimpulan Dan Saran 65
2. Sensor getaran dikembangkan agar dapat langsung menunjukan dalam satuan
skala richter.
3. Untuk meningkatkan jarak jangkauan antara pemantau dengan penerima,
maka lebih baik menggunakan modul wireless yang lebih baik lagi, baik dari
DAFTAR PUSTAKA
1. Arif Widodo. Mikrokontroler AVR ATmega 8/32/16/8535 dan
pemrogramannya. Informatika, Bandung, 2008.
2. Cooper, Wiliam D. 1993. Instrumentasi Elektronik dan Teknik Pengukuran.
Edisi Kedua. Terjemahan S. Pakpahan. Jakarta : Penerbit Erlangga
3. Datasheet “DT-SENSE BAROMETRIC PRESSURE & TEMPERATURE
SENSOR”, Innovative Electronic
4. Datasheet “HEX INVERTER HCC/HCF4069UB”, SGS-THOMSON, 1994.
5. Datasheet “MAXIM +5V-Powered, Multichannel RS-232 Drivers/Receivers”,
MAXIM, 2003.
6. Datasheet “RF ASK Hybrid Modules for Radio Control”, LAIPAC TECH.
7. Datasheet “SHT1/SHT7x Humidity and Temperature Sensor”, Sensirion
8. Datasheet “8-bit AVR Microcontroller with 16K Bytes In-System
Programmable Flash ATmega16-ATmega16L”, ATMEL, 2007.
9. Widodo Budiharto. 2005. Perancangan Sistem dan Aplikasi Mikrokontroler :
PT.Elex Media Komputindo
10. http://id.wikipedia.org/wiki/Skala_Richter
11. http://id.wikipedia.org/wiki/Telemetri
12. http://www.scribd.com/doc/44045129/TELEMETRI-SUHU1
