Penerapan Sensor Ultrasonik HC-SR04 dan Hujan untuk Memantau Ketinggian Air dan Pendeteksi Hujan
Mardi Hardjianto1*, Dimas Ariyanto2, Agnes Aryasanti1
1Sistem Informasi, Fakultas Teknologi Informasi, Universitas Budi Luhur, Jakarta, Indonesia
2Teknik Informatika, Fakultas Teknologi Informasi, Universitas Budi Luhur, Jakarta, Indonesia
E-mail: 1,*[email protected], 2[email protected], 3[email protected] Email Penulis Korespondensi: [email protected]
Abstrak-Indonesia merupakan negara dengan curah hujan yang tinggi. Musim hujan dapat berlangsung selama empat bulan dalam setahun. Pembangunan di perkotaan semakin meningkat, mengakibatkan berkurangnya daerah penyerapan air.
Kebiasaan masyarakat membuang sampah di saluran air juga menjadi salah satu faktor penyebab banjir. Kendala saat ini adalah sulitnya pemantauan ketinggian air saat hujan deras menyebabkan air meluap ke jalan dan rumah warga. Pengecekan ketinggian air masih dilakukan dengan cara manual, hanya melihat dari batas ukur atau penggaris yang terdapat di sungai dan tidak memberikan pesan peringatan saat ketinggian air naik dan turun hujan. Diperlukan perangkat untuk memantau ketinggian air saat hujan deras dan mengirimkan peringatan kepada petugas saat hujan dan ketinggian air telah melewati batas. Peneliti menemukan ide untuk membuat pemantau ketinggian air dan pendeteksi hujan menggunakan Mikrokontroller Wemos D1 R2 Mini, didukung oleh sensor HC-SR04 dan sensor hujan berbasis Internet of Things (IoT). Aplikasi Blynk menerima data dari Wemos untuk diteruskan sebagai notifikasi kepada petugas. Sistem ini memberitahukan secara real-time mengenai ketinggian air sungai dan kondisi saat hujan sehingga dapat membantu menghindari atau mengurangi kerugian akibat banjir. Nilai akurasi yang dihasilkan oleh sensor ultrasonik mencapai 99.89%, sedangkan dari sensor hujan mencapai 100%.
Kata Kunci: Wemos; Sensor Ultrasonik; Sensor Hujan; IoT, Blynk; Banjir
Abstract-Indonesia is a country with high rainfall. The rainy season can last for four months of the year. Development in urban areas in increasing resulting, resulting in reduced water absorption areas. People's habit of throwing garbage in waterways is also one of the factors that cause flooding. The current obstacle is the difficulty of monitoring water levels when heavy rains cause water to overflow onto roads and residents' houses. Checking the water level is still done manually, only looking at th e measuring limit or ruler found on the river and not giving warning messages when the water level rises and it rains. Devices are needed to monitor water levels during heavy rains and send alerts to officers when it rains and the water level has exceeded the limit. Researchers found the idea to make a water level monitor and rain detector using the Wemos D1 R2 Mini microcontroller, supported by the HC-SR04 sensor and Internet of Things (IoT) based rain sensor. The Blynk application receives data from Wemos to be forwarded as a notification to officers. This system provides real-time information about river water levels and conditions when it rains to help avoid or reduce losses due to flooding. The accuracy value generated by the ultrasonic sensor reaches 99.89%, while from the rain sensor, it reaches 100%.
Keyword: Wemos, Ultrasonic Sensor, Rain Sensor, IoT, Blynk, Flood
1. PENDAHULUAN
Negara Indonesia memiliki curah hujan yang tinggi. Dalam satu tahun, musim hujan dapat berlangsung selama empat bulan. Pembangunan di perkotaan semakin meningkat, mengakibatkan berkurangnya daerah penyerapan air. Kebiasaan masyarakat membuang sampah di aliran air juga menjadi salah satu faktor penyebab terjadinya banjir[1]. Banjir adalah keadaan dimana suatu daerah tergenang oleh air dalam jumlah yang besar. Hal itu dapat terjadi karena jumlah air yang ada di sungai, danau, ataupun daerah aliran air lainnya yang melebihi kapasitas normal akibat adanya akumulasi banjir kiriman atau air hujan[2]. Banjir berdampak banyak menimbulkan kerugian baik dari segi materi maupun psikologi, bahkan dapat menimbulkan korban jiwa[3].
Perkembangan teknologi peringatan dini banjir dan pendeteksi hujan telah tumbuh dengan cepat yaitu meningkatnya dari segi teknologi informasi dan komunikasi. Teknologi Internet of Things (IoT) berpengaruh besar kepada perkembangan sistem informasi peringatan dini[4]. Internet of Things (IoT) merupakan konsep untuk memperluas manfaat dari konektivitas internet yang tersambung secara terus-menerus[5]. Melalui jaringan Internet, IoT memungkinkan komunikasi, daya pengendalian, kerja sama dengan berbagai perangkat keras, berbagi data, memvirtualisasikan segala hal nyata dalam bentuk internet. Sejalan dengan makin berkembangnya teknologi membuat konsep IoT bukan hanya sebuah impian tetapi dapat diwujudkan secara nyata, yaitu dengan konektivitas internet sebuah perangkat dapat dihubungkan dengan perangkat lain sebagai remote control , pertukaran data dan hal lainnya.
Pada saat musim hujan, salah satu kendala adalah sulitnya memantau ketinggian air pada saat hujan deras yang mengakibatkan meluapnya air ke jalan dan rumah warga. Pengecekan ketinggian air sungai dilakukan dengan cara manual dengan melihat dari batas pengukur atau penggaris yang terdapat pada sungai dan tidak memberikan pesan peringatan ketika ketinggian air naik dan ketika turun hujan.
Ketinggian permukaan air dapat dideteksi menggunakan radar Doppler, namun dibutuhkan rancangan perangkat keras yang cukup rumit[6], [7]. Selain cukup rumit, cara tersebut membutuhkan biaya yang cukup besar.
Ada cara lain dalam mendeteksi ketinggian permukaan air yang lebih ekonomis, yaitu menggunakan sensor ultrasonik berbasis mikrokontroler[8]. Sensor ultrasonik digunakan untuk mengubah besaran fisis(bunyi) menjadi
tersebut memantul kembali ke arah sensor[10].
Beberapa penelitian terkait deteksi ketinggian air selama ini seperti dilakukan oleh Sadi[1], menggunakan sensor ultrasonik yang terintegrasi dengan Arduino untuk mengukur ketinggian air. Pesan peringatan Siaga 1, Siaga 2 dan siaga 3 akan dikirim menggunakan modul GSM Shield. Berdasarkan informasi tersebut, operator bisa mengirim pesan memberi perintah pintu air untuk membuka ataupun menutup.
Sulistyowati[11] menggunakan sensor ultrasonik berbasis mikrokontroler untuk mendeteksi ketinggian air sungai. Hasil penelitiannya didapat nilai error rata-rata tingkat keakurasian sensor ultrasonik 1,121% dan tingkat kesalahan dalam mengukur perubahan kecepatan tinggi air sebesar 1 cm.
Mareta[12] dalam mengukur ketinggian air menggunakan sensor ultrasonik. Sebagai pengatur kerja sistem digunakan Raspberry Pi, sedangkan alat buka dan tutup otomatis menggunakan Motor Servo. Pengiriman informasi digunakan aplikasi Telegram. Hasil penelitian menunjukkan bahwa alat berfungsi dengan baik yaitu memberi informasi tingkat ketinggian air secara otomatis apabila melebihi batas normal, pengguna juga bisa mengirim pesan untuk meminta informasi kondisi ketinggian air.
Penelitian dengan pendekatan teknologi Internet of Things (IoT) seperti yang dilakukan Muzakky[3]
menggunakan Water Level Sensor sebagai pembaca ketinggian air, Node MCU ESP2866 untuk memproses dan mengirimkan informasi ke Smartphone melalui aplikasi BLYNK. Hasil pengujian diperoleh sistem dan alat dapat berfungsi dengan baik, aplikasi memberikan respon terhadap kondisi terkini kurang dari 2 detik.
Muflih[13] juga memanfaatkan Internet of Things, mikrokontroller Arduino Uno dan Telegram Bot untuk menampilkan informasi kondisi curah hujan.
Penelitian deteksi ketinggian air menggunakan sensor ultrasonik dan mikrokontroler Arduino Uno juga dilakukan oleh Indianto[14]. Informasi kondisi air dan sensor pendeteksi air dikirimkan sistem melalui SMS Gateway (Gammu) dan PHP.
Fikri[15] memanfaatkan mikrokontroler ATmega328P, sensor ultrasonik HC-SR04, sensor suhu dan kelembapan DHT-11, modul Bluetooth dan Ethernet ENC28J60 dalam penelitiannya. Hasil pengujian penentuan ketinggian permukaan air menunjukkan rata-rata tingkat keakuratan sebesar 96,48%. Alat ini dapat mengukur ketinggian minimun sebesar 5 cm dan maksimum sebesar 2.5 m.
Penelitian yang dilakukan Siswanto[16] menggunakan mikrokontroler Arduino Uno, Sensor Hujan, dan Sensor LDR. Perangkat yang dibangun bekerja dengan baik, sensor LDR mendeteksi perubahan cahaya, sensor hujan medeteksi air dan hujan. Kecepatan dalam membaca suatu kondisi kurang dari 2 detik.
Pratama, dkk[17] menggunakan sensor ultrasonik berbasis IoT dalam mengukur ketinggian air sebagai pendeteksi banjir. Terdapat 6 kali kesalahan pembacaan jarak yaitu 5 kali kesalahan pembacaan jarak 1cm dan 1 kali kesalahan 9cm dari 100 data jarak permukaan air. Hasil pengujian sistem semua data dapat tersimpan di database dan tampil di halaman situs secara real-time, Rata –rata waktu pengiriman data oleh sensor ke database adalah 5 detik.
Pada makalah ini, kami merancang model deteksi ketinggian air sungai dan mengirimkan peringatan kepada petugas saat hujan turun dan ketinggian air sudah melewati batas secara cepat dan real-time. Alat ukur ketinggian air dan pendeteksi hujan diperlukan mengingat kondisi wilayah Indonesia sebagian besar adalah wilayah perairan dan memiliki curah hujan yang tinggi. Alat ukur ketinggian permukaan air dan pendeteksi hujan dengan konsep IoT dibuat untuk mengatasi kendala tersebut. Perangkat ini akan mengirimkan peringatan ke bagian petugas ketika hujan turun dan ketinggian air mencapai batas maksimum. Mikrokontroller Wemos D1 R2 Mini digunakan sebagai pengolah data dibantu sensor ultrasonik HC-SR04 untuk mengukur ketinggian air dan sensor hujan sebagai pendeteksi hujan serta dilengkapi dengan buzzer sebagai tanda alarm peringatan jika ketinggian air meluap atau hujan turun. Pemilihan Wemos D1 R2 Mini sebagai mikrokontroller karena telah terintegrasi dengan Aplikasi Blynk sebagai media pengirim notifikasi.
2. METODOLOGI PENELITIAN
2.1 Tahapan Penelitian
Untuk mencapai hasil yang baik dalam penelitian ini, maka perlunya dibuatkan tahapan-tahapan penelitian.
Tahapan penelitian ini berguna sebagai dasar untuk mengerjakan penelitian menjadi terstruktur. Tahapan-tahapan penelitian yang dilakukan ditunjukkan pada Gambar 1.
Gambar 1. Tahapan Penelitian 2.2 Rancangan Sistem
Blok diagram sistem pemantauan ketinggian air sungai dan pendeteksi hujan menggunakan Wemos D1 R2 Mini didukung oleh sensor ultrasonik sebagai pengukur jarak ketinggian air dan sensor hujan sebagai pendeteksi hujan ditunjukkan pada Gambar 2.
Gambar 2. Blok Diagram Sistem Pemantauan Ketinggian Air Sungai dan Pendeteksian Hujan Berikut Fungsi dari tiap blok dalam diagram:
1) Sensor Ultrasonik HC-SR04 digunakan sebagai pengukur jarak antara sensor dengan permukaan air sungai.
2) Sensor hujan sebagai pendeteksi ada tidaknya air yang menempel pada sensor.
3) Wemos D1 R2 Mini digunakan untuk pusat pengolah data yang menghubungkan input sensor dan smartphone.
4) Server Blynk mengubah data digital di Wemos menjadi sebuah objek/informasi kemudian dikirim kembali ke smartphone pengguna berbasis Android atau iOS via internet menggunakan App Blynk.
2.3 Rancangan Perangkat Lunak (Software)
Sketch adalah Kode-kode program yang ditempatkan dalam Wemos. Proses rancangan perangkat lunak untuk Wemos ini menggunakan bantuan software IDE Arduino. Peneliti memerlukan beberapa library dalam perancangan perangkat lunak menggunakan beberapa library yang telah tersedia sesuai dengan kebutuhan sistem.
Kegiatan Penelitian
Mencari dan mempelajari deteksi ketinggian air dan mikrokontroler yang digunakan melalui jurnal
Indikator Kinerja Penelitian
•Sensor ketinggian air yang pernah digunakan, yaitu sensor ultrasonik
•Mikrokontroler yang pernah digunakan, yaitu Arduino, Raspberry Pi,
ATmega328P
Perancangan model deteksi ketinggian air
Perancangan model deteksi ketinggian air
• Menggunakan sensor ultrasonik, sensor hujan
• Menggunakan mikrokontroler Wemos D1 R2 Mini
Penetapan ketinggian sensor dari dasar sungai
Diperoleh nilai ketinggian sensor dari dasar sungai, yaitu tiga meter
Pengujian Diperoleh akurasi dari sensor
Sensor ultrasonik ditempatkan pada ketinggian tiga meter dari dasar sungai, supaya sensor tidak sampai terkena air sungai. Penentuan ketinggian air dari dasar sungai dihitung dari jarak sensor ke dasar sungai dikurangi jarak sensor ke permukaan sungai. Dalam menentukan apakah terjadi hujan atau tidak, dilakukan uji coba terhadap sensor hujan. Pengujian dilakukan dengan mencari nilai ambang batas antara hujan dan tidak hujan. Hasil pencarian nilai ambang batas hujan ditunjukkan pada Tabel 2.
Tabel 1. Penentuan Tingkat Siaga Ketinggian Air
Dari Dasar Sungai Keterangan
< 50 Kondisi Aman 50-150 cm Siaga III 151 – 200 cm Siaga II
>200 cm Siaga I
Tabel 2. Ambang Batas Hujan No. Batas Nilai Keterangan
1 1-600 Hujan turun
2 >600 Cuaca cerah
2.4 Rancangan Perangkat Keras (Hardware)
Rancangan perangkat keras yang digunakan untuk memantau ketinggian air sungai dan pendeteksian hujan ditunjukkan pada Gambar 3. Sensor ultrasonik HC-SR04 memiliki 4 pin, yaitu VCC, Trigger, Echo dan GND. Pin Vcc pada sensor dihubungkan ke pin 3.3V pada Wemos, Trigger ke pin D6, Echo ke pin D7 dan GND ke pin GND. Sensor hujan juga memiliki 4 pin, namun yang digunakan hanya 3 pin saja, yaitu VCC, AO dan GND. Pin VCC pada sensor dihubungkan ke pin 5V di wemos, AO ke AO dan GND ke GND.
Gambar 3. Rancangan Perangkat Keras 2.5 Aplikasi Dashboard Blynk IoT
Aplikasi Blynk yang tersedia pada smartphone platform iOS dan Android di-install terlebih dahulu sebelum membuat aplikasi dashboard IoT. Dalam penelitian ini, menggunakan aplikasi Blynk pada platform IOS dengan Smartphone iPhone5. Akun baru dibuat setelah proses instalasi berjalan dengan lancar, kemudian login ke aplikasi Blynk menggunakan Username dan Password setelah itu pembuatan dashboard Internet of Things siap dilakukan.
3. HASIL DAN PEMBAHASAN
3.1 Rangkaian Alat Ketinggian Air dan Pendeteksi Hujan
Rangkaian alat pendeteksi ketinggian air dan hujan yang terdiri dari Wemos D1 R2 Mini, sensor ultrasonik HC- SR04, sensor hujan dan buzzer ditunjukkan pada Gambar 4. Ketika perangkat diberi tegangan maka akan muncul lampu indikator yang memberitahukan bahwa perangkat dalam kondisi aktif
Gambar 4. Rangkaian Keseluruhan Alat
3.2 Pengujian Sensor
Sensor ultrasonik dan hujan harus diuji untuk memastikan kedua sensor berjalan dengan baik. Pengujian sensor ultrasonik dilakukan menggunakan benda yang ditempatkan berhadapan dengan sensor, sedangkan sensor hujan menggunakan cipratan air yang dianggap sebagai hujan. Hasil pengujian kedua sensor dapat dilihat pada Tabel 3.
Tabel 3. Hasil Pengujian Sensor Ultrasonik dan Sensor Hujan No Jarak Sensor
ke Benda
Pengukuran Perangkat
Presentase (%)
Pengukuran Perangkat
Kondisi Sebenarnya
1 10 cm 10 cm 100
1024 Sensor tidak kena air (Tidak Hujan)
2 40 cm 39.9 cm 99.75
3 80 cm 79.9 cm 99.88
400 Sensor kena air (Hujan)
4 100 cm 100 cm 100
5 150 cm 149.8 cm 99.87
Rata-Rata 99.89 3.3 Pengujian Sistem
Tahap berikutnya adalah Pengujian sistem terhadap perangkat yang telah dibuat, apakah perangkat berjalan dengan baik sesuai rencana sebelumnya. Setelah Wemos D1 R2 diaktifkan dan Blynk sudah terkoneksi ke Wemos, maka akan terlihat tulisan Online pada layar Blynk, seperti ditunjukkan pada Gambar 5.
Gambar 5. Tampilan Wemos Terkoneksi dengan Blynk 3.4 Pengujian Kondisi Siaga
Pengujian kondisi siaga terdiri dari macam, yaitu pengujian kondisi Siaga I, Siaga II dan Siaga III. Pengujian Siaga III dilakukan dengan ketinggian air sungai mencapai 105 cm dari dasar sungai. Pada kondisi ini, aplikasi melaporkan kondisi Siaga III dan ketinggian air aman. Tampilan aplikasi Siaga III ditunjukkan pada Gambar 6.
Gambar 6. Tampilan Blynk Ketinggian Air Siaga III
pada Gambar 7.
Gambar 7. Tampilan Blynk Ketinggian Air Siaga II
Gambar 8 adalah tampilan Blynk kondisi ketinggian air Siaga I yang artinya status bahaya ketinggian air naik.
Gambar 8. Tampilan Blynk Ketinggian Air Siaga I
4. KESIMPULAN
Berdasarkan evaluasi hasil pengujian yang dilakukan oleh peneliti, maka didapatkan kesimpulan antara lain:
penggunaan alat pemantau ketinggian air dan pendeteksi hujan membuat petugas segera dapat mengetahui potensi meluapnya air dan banjir ke rumah warga dan jalan. Selain itu, petugas lebih mudah dalam memantau ketinggian air sungai, mengurangi kesalahan seperti ketidaksengajaan salah catat ketinggian air dan tidak jelasnya penglihatan pada penggaris pengukur saat hujan deras yang disebabkan keterbatasan human error. Nilai akurasi yang dihasilkan oleh sensor ultrasonik mencapai 99.89%, sedangkan dari sensor hujan mencapai 100%.
REFERENCES
[1] S. Sadi and I. S. Putra, “Rancang Bangun Monitoring Ketinggian Air Dan Sistem Kontrol Pada Pintu Air Berbasis Arduino Dan Sms Gateway,” J. Tek. Univ. Muhammadiyah Tangerang, vol. 7, no. 1, pp. 77–91, 2018, doi:
10.31000/jt.v7i1.943.
[2] Akhiruddin, “Rancang Bangun Alat Pendeteksi Ketinggian Air Sungai Sebagai Peringatan Dini Banjir Berbasis Arduino Nano,” J. Electr. Technol., vol. Vol.3 No., no. 3, pp. 174–179, 2018.
[3] A. Muzakky, A. Nurhadi, A. Nurdiansyah, G. Wicaksana, and Istiadi, “Perancangan Sistem Deteksi Banjir Berbasis IoT,”
Conf. Innov. Appl. Sci. Technol. (CIASTECH 2018), no. September, pp. 660–667, 2018.
[4] D. Satria, S. Yana, R. Munadi, and S. Syahreza, “Sistem Peringatan Dini Banjir Secara Real-Time Berbasis Web Menggunakan Arduino dan Ethernet,” J. JTIK (Jurnal Teknol. Inf. dan Komunikasi), vol. 1, no. 1, p. 1, 2017, doi:
10.35870/jtik.v1i1.27.
[5] Y. Efendi, “Internet Of Things (Iot) Sistem Pengendalian Lampu Menggunakan Raspberry Pi Berbasis Mobile,” J. Ilm.
Ilmu Komput., vol. 4, no. 1, pp. 19–26, 2018, doi: 10.35329/jiik.v4i1.48.
[6] B. Raj, K. Kalgaonkar, C. Harrison, and Paul Dietz, “Ultrasonic Doppler Sensing in HCI,” IEEE Pervasive Comput., vol.
11, no. 2, pp. 24–29, 2012, doi: 10.1109/MPRV.2012.17.
[7] G. Wang, C. Gu, J. Rice, T. Inoue, and C. Li, “Highly Accurate Noncontact Water Level Monitoring Using Continuous- Wave Doppler Radar,” 2013 IEEE Top. Conf. Wirel. Sensors Sens. Networks, pp. 19–21, 2013, doi:
10.1109/WiSNet.2013.6488620.
[8] Taufiqurrahman, A. Basuki, and Y. Albana, “Perancangan Sistem Telemetri Untuk Pengukuran Level Air Berbasis Ultrasonic,” Pros. Conf. Smart-Green Technol. Electr. Infromation Syst., no. November, pp. 14–15, 2013.
[9] Taufiqurrahman and A. K. Darmawan, “Sistem Peringatan Dini Banjir Menggunakan Arduino dan SMS Gateway untuk Daerah Pamekasan,” in Prosiding Seminar Nasional Humaniora dan Aplikasi Teknologi Informasi, 2017, vol. 2017, no.
Sehati, pp. 9–12.
[10] K. Prawiroredjo and N. Asteria, “Detektor Jarak dengan Sensor Ultrasonik Berbasis Mikrokontroler,” JETri, vol. 7, no.
2, pp. 41–52, 2008.
[11] A. K. M. Riny Sulistyowati, Hari Agus Sujono, “Sistem Pendeteksi Banjir Berbasis Sensor Ultrasonik Dan Mikrokontroler,” Semin. Nas. Sains dan Teknol. Terap., no. January, pp. 49–58, 2015.
[12] R. Mareta, A. D. Rahmaningsih, and R. D. Firmansyah, “Pendeteksi Ketinggian Air Interaktif Dengan Aplikasi Telegram Berbasis Raspberry Pi,” JST (Jurnal Sains dan Teknol., vol. 6, no. 2, pp. 279–289, 2017, doi: 10.23887/jst- undiksha.v6i2.11807.
[13] G. Z. Muflih, S. Sunardi, and A. Yudhana, “Perancangan Sistem Monitoring Hujan Berbasis Arduino Uno dan Telegram Messenger,” Semin. Nas. Ris. dan Inov. Teknol. (SEMNAS RISTEK)2019, no. April, pp. 273–278, 2019, doi:
10.13140/RG.2.2.36361.29286.
[14] W. Indianto, A. H. Kridalaksana, and Y. Yulianto, “Perancangan Sistem Prototipe Pendeteksi Banjir Peringatan Dini Menggunakan Arduino Dan PHP,” Inform. Mulawarman J. Ilm. Ilmu Komput., vol. 12, no. 1, pp. 45–49, 2017, doi:
10.30872/jim.v12i1.222.
[15] R. Fikri, B. P. Lapanporo, and M. I. Jumarang, “Rancang Bangun Sistem Monitoring Ketinggian Permukaan Air Menggunakan Mikrokontroler ATMEGA328P Berbasis Web Service,” Positron, vol. 5, no. 2, pp. 42–48, 2015, doi:
10.26418/positron.v5i2.11666.
[16] D. Siswanto, “Jemuran Pakaian Otomatis Menggunakan Sensor Hujan Dan Sensor Ldr Berbasis Arduino Uno,” e- NARODROID, vol. 1, no. 2, pp. 66–78, 2015, doi: 10.31090/narodroid.v1i2.69.
[17] N. Pratama, U. Darusalam, and N. D. Nathasia, “Perancangan Sistem Monitoring Ketinggian Air Sebagai Pendeteksi Banjir Berbasis IoT Menggunakan Sensor Ultrasonik,” J. Media Inform. Budidarma, vol. 4, no. 1, p. 117, 2020, doi:
10.30865/mib.v4i1.1905.
