BAB II LANDASAN TEORI
2.1
Bendungan Menurut Peraturan Pemerintah Nomor 37 Pasal 1 Tahun 2010 tentang Bendungan, bahwa bendungan adalah bangunan yang berupa urukan tanah, urukan batu, beton, dan atau pasangan batu yang dibangun selain untuk menahan dan menampung air, dapat pula dibangun untuk menahan dan menampung limbah tambang (tailing), atau menampung lumpur sehingga terbentuk waduk. Bendungan atau waduk merupakan wadah buatan yang terbentuk sebagai akibat dibangunnya bendungan.[2]
2.1.1
Jenis dan Manfaat Waduk Waduk atau bendungan mempunyai bermacam – macam jenis dan berbagai manfaat.Beberapa macam jenis bendungan diantaranya adalah : 1. Tipe bendungan berdasarkan tujuan pembangunannya : a. Bendungan dengan tujuan tunggal ( single purpose dam ) adalah bendungan yang dibangun untuk memenuhi satu tujuan saja, misalnya untuk pembangkit tenaga listrik, irigasi, pengendali banjir, atau tujuan lainnya tetapi hanya untuk satu tujuan saja b. Bendungan serbaguna ( multipurpose dam ) adalah bendungan yang dibangun untuk memenuhi beberapa tujuan, misalnya : pembangkit tenaga listrik (PLTA) dan irigasi, pengendali banjir dan PLTA, air minum dan irigasi, air baku, PLTA dan irigasi dan lain sebagainya. 2. Tipe bendungan berdasarkan penggunaannya : a. Bendungan penampung air (storage dam) adalah bendungan yang digunakan untuk menyimpan air pada masa surplus dan dipergunakan pada masa kekurangan, termasuk dalam bendungan penampung adalah tujuan rekreasi, perikanan, pengendali banjir dan lain – lain.
b. Bendungan pembelok (diversion dam) adalah bendungan yang digunakan untuk meninggikan muka air, biasanya untuk keperluan mengalirkan air ke dalam sistem aliran menuju ke tempat yang memerlukan. c. Bendungan penahan (detention dam) adalah bendungan yang digunakan untuk memperlambat dan mengusahakan seminimal mungkin efek aliran banjir yang mendadak. Air ditampung secara berkala / sementara, dialirkan melalui pelepasan (outlet). 3. Tipe bendungan berdasarkan jalannya air a. Bendungan untuk dilewati air (overflow dam) adalah bendungan yang dibangun untuk dilimpasi air pada bangunan pelimpah (spillway). b. Bendungan untuk menahan air (none overflow dam) adalah bendungan yang sama sekali tidak boleh dilimpasi air. 4. Tipe bendungan berdasarkan material pembentuknya : a. Bendungan urugan (rock fill dam, embankment dam) adalah bendungan yang dibangun dari hasil penggalian bahan (material) tanpa tambahan bahan lain yang bersifat campuran secara kimiawi, jadi betul – betul bahan pembentuk bangunan asli. b. Bendungan beton (concrete dam) adalah bendungan yang dibuat dari konstruksi beton baik dengan tulangan maupun tidak. Kemiringan permukaan hulu dan hilir tidak sama pada umumnya bagian hilir lebih landai dan bagian hulu mendekati vertikal dan bentuknya ramping.
Beberapa manfaat yang mampu diberikan sebuah bendungan diantaranya adalah : 1. Irigasi Pada saat musim hujan, air hujan yang turun di daerah tangkapan air sebagian besar akan mengalir ke sungai-sungai, air itu dapat ditampung sehingga pada musim kemarau air yang tertampung tersebut dapat
dimanfaatkan untuk berbagai keperluan, antara lain untuk irigasi lahan pertanian. 2. Penyediaan Air Baku Waduk selain sebagai sumber untuk pengairan persawahan juga dimanfaatkan sebagai bahan baku air minum dimana diperkotaan sangat langka dengan air bersih. 3. Sebagai PLTA Dalam menjalankan fungsinya sebagai PLTA, waduk dikelola untuk mendapatkan kapasitas listrik yang dibutuhkan. Pembangkit listrik tenaga air (PLTA) adalah suatu sistem pembangkit listrik yang biasanya terintegrasi dalam bendungan dengan memanfaatkan energi mekanis aliran air untuk memutar turbin, diubah menjadi energi listrik melalui generator. 4. Pengendali Banjir Sungai dengan debit air yang besar jika tidak dikendalikan dengan cermat maka akan membahayakan masyarakat sekitar sungai itu sendiri, maka permasalahan itu dapat dijadikan sebagai latarbelakang dari pendirian waduk. Pada saat musim hujan, air hujan yang turun di daerah tangkapan air sebagian besar akan mengalir ke sungai-sungai yang pada akhirnya akan mengalir ke hilir sungai yang tidak jarang mengakibatkan banjir di kawasan hilir dari sungai tersebut, apabila kapasitas tampung bagian hilir sungai tidak memadai. Dengan dibangunnya bendungan-bendungan di bagian hulu sungai maka kemungkinan terjadinya banjir pada musim hujan dapat dikurangi dan pada musim kemarau air yang tertampung tersebut dapat dimanfaatkan untuk berbagai keperluan, antara lain untuk pembangkit listrik tenaga air, untuk irigasi lahan pertanian, untuk perikanan, untuk pariwisata dan lain sebagainya. 5. Perikanan Untuk mengganti mata pencaharian para penduduk desa yang desanya ditenggelamkan untuk pembuatan waduk yang dulu bermata pencaharian sebagai petani sekarang beralih ke dunia perikanan dengan memanfaatkan
waduk ini para penduduk dapat membuat rumah apung yang digunakan untuk peternakan ikan air tawar jadi ikan - ikan itu dipelihara di dalam jaring apung ataupun dalam karamba – karamba. 6. Pariwisata dan Olahraga Air Dengan pemandangan yang indah waduk juga dapat dimanfaatkan sebagai tempat rekreasi dan selain tempat rekreasi juga dimanfaatkan sebagai tempat olahraga air maupun sebagai tempat latihan para atlet olahraga air.[4]
2.2
Raspberry PI Raspberry Pi adalah sebuah mini computer yang berukuran sebesar kartu kredit yang dibuat di Inggris oleh Raspberry Pi Foundation[5]. Raspberry Pi dipilih karena mampu menjalankan berbagai aplikasi dan software layaknya sebuah Personal Computer dengan kebutuhan daya listrik yang cukup kecil yaitu 5 Volt. Melalui penelitian ini, diharapkan penulis mampu membuat sebuah sistem Kontrol dan Monitoring Bendungan berbasis Raspberry Pi.
Gambar 2.1 Raspberry Pi 2 Model B
Ada beberapa tipe Raspberry Pi dari awal kemunculannya hingga versi terakhir. Setiap versi memiliki bentuk dan spesifikasi tersendiri. Perbandingan spesifikasi beberapa tipe Raspberry Pi dapat dilihat pada Tabel 2.1.
Tabel 2.1 Perbandingan Spesifikasi Raspberry Pi 1 dan 2 Feature
Pi 1 Model A
Pi 1 Model B
Pi 1 Model A+
Pi 1 Model B+
Pi 2 Model B
Processor Chipset
BCM283 5 SoC
BCM283 5 SoC
BCM2835 SoC
BCM2835 SoC
BCM2836
Standard SoC Speed
700Mhz
700Mhz
700Mhz
700Mhz
900Mhz
RAM
256MB
512MB*
256MB
512MB
1GB
Storage
Full SD
Full SD
Micro SD
Micro SD
Micro SD
Ethernet
No
Yes
No
Yes
Yes
HDMI output port
Yes
Yes
Yes
Yes
Yes
Composit e video output
Yes
Yes
On 3.5mm jack
On 3.5mm jack
On 3.5mm jack
Number of USB2.0 ports
1
2
1
4
4
Expansio n header
26
26
40
40
40
Available GPIO
17
17
26
26
26
3.5mm audio jack
Yes
Yes
Audio/Vide o
Audio/Vide o
Audio/Vide o
Camera interface ports
1
1
1
1
1
Number of LCD display interface ports
1
1
1
1
1
Power
300mA, 1.5W
700mA, 3.5W
Size
85 x 56 x 15mm
85 x 56 x 17mm
65 x 56 x 12mm
650mA, 3W
600mA
85 x 56 x 17mm
85 x 56 x 17mm
Dari Tabel 2.1, dapat dilihat bahwa setiap Raspberry Pi dibekali processor Broadcom BCM2835 (Single Core ARMv6) dengan kecepatan System on a Chip (SoC) 700 MHz untuk Raspberry Pi 1 dan Broadcom BCM2836 (Quad Core ARMv7) dengan kecepatan System on a Chip (SoC) 900 MHz untuk Raspberry Pi 2 Model B. Raspberry Pi memiliki slot kartu SD yang berfungsi sebagai hardisk. Pin GPIO yang berfungsi untuk interface dengan berbagai perangkat elektronik, port Ethernet, audio output, RCA video dan HDMI Vidio yang dapat difungsikan sesuai kebutuhan. Raspberry Pi hanya mebutuhkan catu tegangan 5V DC melalui micro USB sehingga sangat hemat dalam penggunaan energi listrik jika dibandingkan dengan komputer.
2.3
Raspbian OS Seperti halnya komputer, Raspberry Pi membutuhkan sistem operasi untuk menjalankan fungsinya. Ada beberapa sistem operasi Raspberry Pi yang dapat digunakan sesuai kebutuhannya dan dapat di download langsung di website official Raspberry Pi. Untuk keperluan umum dan komputasi menggunakan Raspberry Pi, lebih disarankan menggunakan sistem operasi Raspbian. Raspbian adalah sistem operasi gratis dan terbuka berbasis Debian yang dioptimalkan untuk Raspberry Pi. Sistem operasi ini dilengkapi program dasar yang membuat Raspberry Pi berjalan dengan baik, dan juga terdapat lebih dari 35000
paket
software
tambahan
penginstallannya pada Raspberry Pi[6].
dengan
format
yang
mudah
dalam
2.4
General Purpose Input Output (GPIO) GPIO (General Purpose Input Output) adalah pin generic pada chip yang dapat dikontrol (diprogram) melalui perangkat lunak baik di konfigurasi sebagai pin input maupun pin output. Pada umumnya GPIO digunakan untuk menghubungkan Raspberry Pi ke perangkat keras lainnya. Penggunaan yang paling umum untuk port ini untuk menghubungkan add-on board[7]. Pada raspberry pi 2 model B, terdapat 40 pin dan masing-masing konektor pin mempunyai kegunaan tersendiri . Dari 40 pin tersebut terdapat 26 pin GPIO dan sisanya adalah pin power dan pin ground.
2.5
Sensor Ultrasonic HRC-04 HC-SR04 Ultrasonic Range Finder HC-SR04 merupakan sensor ultrasonik yang dapat digunakan untuk mengukur jarak antara penghalang dan sensor[8]. Konfigurasi pin dan tampilan sensor HC-SR04 diperlihatkan pada Gambar 2.2.
Gambar 2.2 Konfigurasi pin dan tampilan sensor ultrasonik HC-SR04
HC-SR04 memiliki 2 komponen utama sebagai penyusunnya yaitu ultrasonic transmitter dan ultrasonic receiver. Fungsi dari ultrasonic transmitter adalah memancarkan gelombang ultrasonik dengan frekuensi 40 KHz kemudian ultrasonic receiver menangkap hasil pantulan gelombang ultrasonik yang mengenai suatu objek. Waktu tempuh gelombang ultrasonik dari pemancar hingga
sampai ke penerima sebanding dengan 2 kali jarak antara sensor dan bidang pantul seperti yang diperlihatkan pada Gambar 2.3
Gambar 2.3 Prinsip kerja HC-SR04 Prinsip pengukuran jarak menggunakan sensor ultrasonik HC-SR04 adalah, ketika pulsa trigger diberikan pada sensor, transmitter akan mulai memancarkan gelombang ultrasonik, pada saat yang sama sensor akan menghasilkan output TTL transisi naik menandakan sensor mulai menghitung waktu pengukuran, setelah receiver menerima pantulan yang dihasilkan oleh suatu objek maka pengukuran waktu akan dihentikan dengan menghasilkan output TTL transisi turun. Jika waktu pengukuran adalah t dan kecepatan suara adalah 340 m/s, maka jarak antara sensor dengan objek dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan 2.1.
340 ⁄ 2
Persamaan (2.1) Dimana :
s = Jarak antara sensor dengan objek (m) t = Waktu tempuh gelombang ultrasonik dari transmitter ke receiver (s)
Pemilihan HC-SR04 sebagai sensor jarak yang akan digunakan pada penelitian ini karena memiliki fitur sebagai berikut; kinerja yang stabil, pengukuran jarak yang akurat dengan ketelitian 0,3 cm, pengukuran maksimum dapat mencapai
4 meter dengan jarak minimum 2 cm, ukuran yang ringkas dan dapat beroperasi pada level tegangan TTL. Prinsip pengoperasian sensor ultrasonik HC-SR04 adalah sebagai berikut ; awali dengan memberikan pulsa Low (0) ketika modul mulai dioperasikan, kemudian berikan pulsa High (1) pada trigger selama 10 μs sehingga modul mulai memancarkan 8 gelombang kotak dengan frekuensi 40 KHz, tunggu hingga transisi naik terjadi pada output dan mulai perhitungan waktu hingga transisi turun terjadi, setelah itu gunakan Persamaan 2.1 untuk mengukur jarak antara sensor dengan objek. Timing diagram pengoperasian sensor ultrasonik HC-SR04 diperlihatkan pada Gambar 2.4
Gambar 2.4 Timing diagram pengoperasian sensor ultrasonik HC-SR04
2.6
LCD (Liquid Crystal Display) LCD merupakan salah satu komponen elektronika yang berfungsi sebagai tampilan suatu data, baik karakter, huruf, atau grafik. LCD membutuhkan tegangan dan daya yang kecil sehingga sering digunakan untuk aplikasi pada kalkulator, arloji digital, dan instrumen elektronik seperti multimeter digital. LCD
memanfaatkan silikon dan galium dalam bentuk kristal cair sebagai pemendar cahaya[9]. Pada layar LCD, setiap matrik adalah susunan dua dimensi piksel yang dibagi dalam baris dan kolom. Dengan demikian, setiap pertemuan baris dan kolom terdiri dari LED pada bidang latar (backplane), yang merupakan lempengan kaca bagian belakang dengan sisi dalam yang ditutupi oleh lapisan elektroda transparan. Dalam keadaan normal, cairan yang digunakan memiliki warna cerah. Kemudian daerah-daerah tertentu pada cairan tersebut warnanya akan berubah menjadi hitam ketika tegangan diterapkan antara bidang latar dan pola elektroda yang terdapat pada sisi dalam kaca bagian depan. Keunggulan menggunakan LCD adalah konsumsi daya yang relatif kecil dan menarik arus yang kecil (beberapa mikro ampere), sehingga alat atau sistem menjadi portable karena dapat menggunakan catu daya yang kecil. Keunggulan lainnya adalah ukuran LCD yang pas yakni tidak terlalu kecil dan tidak terlalu besar, kemudian tampilan yang diperlihatkan dari LCD dapat dibaca dengan mudah dan jelas. Seperti yang terlihat pada gambar 2.5 merupakan gambar bentuk fisik dari LCD 16x2 dan konfigurasi pinnya.
Gambar 2.5 (Liquid Crystal Display).
Spesifikasi pada LCD 16x2 adalah sebagai berikut : 1. Terdiri dari 16 kolom dan 2 baris 2. Mempunyai 192 karakter yang tersimpan
3. Tegangan kerja 5V 4. Memiliki ukuran yang praktis
Prinsip Kerja LCD 16x2 Prinsip kerja LCD 16x2 adalah dengan menggunakan lapisan film yang berisi kristal cair dan diletakkan di antara dua lempeng kaca yang telah dipasang elektroda logam transparan. Saat tegangan dicatukan pada beberapa pasang elektroda, molekul-molekul kristal cair akan menyusun agar cahaya yang mengenainya akan diserap. Dari hasil penyerapan cahaya tersebut akan terbentuk huruf, angka, atau gambar sesuai bagian yang diaktifkan. Untuk membentuk karakter atau gambar pada kolom dan baris secara bersamaan digunakan metode screening. Metode screening adalah mengaktifkan daerah perpotongan suatu kolom dan baris secara bergantian dan cepat sehingga seolah-olah aktif semua.
2.7
I2C BUS Controller I2C Bus diperkenalkan oleh Philips Semikonduktor pada tahun 1980. I2C bus digunakan untuk memudahkan hubungan pada CPU ke IC di dalam TV. I2C adalah singkatan dari Inter-Integrated Circuit. Maka, I2C digunakan untuk menyediakan sebuah komunikasi link dengan IC[10]. Kelebihan dari I2C bus adalah: 1. Hanya melibatkan dua kabel yaitu serial data line (selanjutnya disebut SDA) dan serial clock line (selanjutnya disebut SCL). 2. Membuat system yang didesain berorientasi pada software ( mudah diekspan dan diupgrade ). 3. Setiap IC yang terhubung dalam I2C memiliki alamat yang unik yang dapat diakses secara software dengan master/slave protocol yang sederhana, dan mampu mengakomodasikan multi master.
4. Rating pengiriman data lebih dari 1.25 Mbit/s. 5) Membuat system yang didesain menjadi standart, sehingga dapat dihubungkan dengan system lain yang juga menggunakan I2C bus. 5. Menghemat luasan PCB yang dibutuhkan.
Protokol komunikasi I2C Controller menggunakan 2 kabel, yaitu SDA (kabel data) dan SCL (kabel clock). Data bit dikirim/diterima melalui SDA, sedangkan sinyal clock dikirim/diterima melalui SCL, dimana dalam setiap transfer data bit satu sinyal clock dihasilkan, transfer data bit dianggap valid jika data bit pada SDA tetap stabil selama sinyal clock high, data bit hanya boleh berubah jika sinyal clock dalam konsisi low. Berikut ini merupakan gamar dari I2C BUS Controller:
Gambar 2.6 I2C Controller
2.8
Motor Servo Motor Servo merupakan perangkat atau actuator putar (motor) yang mampu bekerja dua arah (Clockwise dan Counter Clockwise) dan dilengkapi rangkaian kendali dengan sistem closed feedback yang terintegrasi pada motor tersebut. Pada motor servo posisi putaran sumbu (axis) dari motor akan diinformasikan kembali ke rangkaian control yang ada di dalam motor servo.
Motor ini sangat
kompleks karena disusun dari gearbox, motor dc, variable resistor dan system kendali, sehingga nilai ekonomis dari motor ini juga sangat tinggi dibandingkan motor dc yang lain yg ukurannya sama [11]. Potensiometer berfungsi sebagai penentu batas maksimal dari putaran sumbu motor servo sedangkan arah putaran dan sudut dari sumbu motor servo dapat diatur berdasarkan pengaturan duty cycle sinyal PWM(Pulse Width Modulation) pada pin kendali motor servo.
2.8.1
Gambaran Umum Servo Motor servo mempunyai 3 kabel, yaitu kabel power,ground dan kendali. Terdiri dari motor dc, gearbox, potensiometer danrangkaian kendali. Tipe motor servo menentukan kapasitas motor untukmenanggung beban. Operasional dari motor servo dikendalikan oleh pulsa selebar kurang lebih 20ms yang mna lebar pulsa antara 0,5ms dan 2ms menyatakan akhir dari range sudut maksimum. Berikut ini adalah gambar motor servo yang digunakan dalam penelitian Kontrol dan monitoring bendungan otomatis :
Gambar 2.7 Motor Servo
2.9
Bahasa Pemrograman Phyton Python adalah bahasa pemrograman interpretatif multiguna. Tidak seperti bahasa lain yang susah untuk dibaca dan dipahami, python lebih menekankan pada keterbacaan kode agar lebih mudah untuk memahami sintaks. Hal ini membuat Python sangat mudah dipelajari baik untuk pemula maupun untuk yang sudah menguasai bahasa pemrograman lain[12]. Bahasa ini muncul pertama kali pada tahun 1991, dirancang oleh seorang bernama Guido van Rossum. Sampai saat ini Python masih dikembangkan oleh Python Software Foundation. Bahasa Python mendukung hampir semua sistem operasi, bahkan untuk sistem operasi Linux, hampir semua distronya sudah menyertakan Python di dalamnya.
2.10
Solid State Relay Solid state relay adalah sebuah saklar elektronik yang tidak memiliki bagian yang bergerak[13]. Solid state relay ini dibangun dengan isolator untuk memisahkan bagian input dan bagian saklar. Dengan Solid state relay kita dapat menghindari terjadinya percikan api seperti yang terjadi pada relay konvensional juga dapat menghindari terjadinya sambungan tidak sempurna karena kontaktor keropos seperti pada relay konvensional. Berikut adalah gambar dari SSR Relay :
Gambar 2.8 Solid State Relay
2.11
Breadboard Breadboard adalah dasar konstruksi sebuah sirkuit elektronik dan
merupakan prototipe dari suatu rangkaian elektronik. Di zaman modern istilah ini sering digunakan untuk merujuk pada jenis tertentu dari papan tempat merangkai komponen, dimana papan ini tidak memerlukan proses menyolder ( langsung tancap ). Karena papan ini solderless atau tidak memerlukan solder sehingga dapat digunakan kembali, dan dengan demikian dapat digunakan untuk prototipe sementara serta membantu dalam bereksperimen desain sirkuit elektronika[14]. Berbagai sistem elektronik dapat di prototipekan dengan menggunakan breadboard, mulai dari sirkuit analog dan digital kecil sampai membuat unit pengolahan terpusat (CPU). Berikut merupakan contoh gambar dari breadboard :
Gambar 2.9 Breadboard
2.12
Mini Submersible Water Pump Mini Submersible Water Pump adalah motor pompa air celup yang berukuran kecil. Pompa air mini ini biasa digunakan untuk akuarium, kolam ikan, hidroponik, robotika atau proyek dalam pembuatan aolikasi yang berbasis mikrokontroller[15].
Mini submersible water Pump menggunakan motor DC Brushless dan bekerja dengan tegangan DC 12V 240L/H, kelebihan mini water pump ini adalah tidak berisik dalam penggunaanya dan aman ketika bekerja di dalam air. Berikut adalah gambar dari mini submersible water pump :
Gambar 2.10 Mini Submersible Water Pump
2.13
IC Regulator 7805 Voltage Regulator atau Pengatur Tegangan adalah salah satu rangkaian yang sering dipakai dalam peralatan Elektronika. Fungsi Voltage Regulator adalah untuk mempertahankan atau memastikan Tegangan pada level tertentu secara otomatis. Artinya, Tegangan Output (Keluaran) DC pada Voltage Regulator tidak dipengaruhi oleh perubahan Tegangan Input (Masukan), Beban pada Output dan juga Suhu. Tegangan Stabil yang bebas dari segala gangguan seperti noise ataupun fluktuasi (naik turun) sangat dibutuhkan untuk mengoperasikan peralatan Elektronika terutama pada peralatan elektronika yang sifatnya digital seperti Mikro
Controller ataupun Mikro Prosesor[16]. Pada penelitian yang penulis buat, menggunakan ic regulator jenis 7805, karena IC 7805 dapat mengatur tegangan dari power supply yang besar tegangannya 15v, dirubah menjadi 5v. Berikut adalah contoh gambar dari IC 7805 :
Gambar 2. 11 Regulator Ic 7805
2.14
Power Supply Power Supply merupakan suatu alatyang biasa dijumpai pada PC (PersonalComputer). Power Supply ini berfungsi untuk mengubah tegangan listrik AC (220V/110V) menjadi tegangan DC (3,3V, 5V, -5V, 12V,dan -12V)[17]. Semua komponen PC (selain power supply) akan memperoleh pasokan daya dari power supply tersebut. Spesifikasi yang sering dicantumkan adalah daya maksimum total dan daya maksimum masing-masing tegangan (bias juga arus maksimum). Besarnya listrik yang mampu ditangani power supply ditentukan oleh dayanya dan dihitung dengan satuan Watt[. Berikut ini merupakan Gambar dari Power Supply :
Gambar 2.12 Power Supply Dc
2.15
Geany Text Editor Geany adalah sebuah aplikasi text editor sederhana dan sangat ringan untuk sejumlah jenis bahasa pemrograman, scripting, dan markup. Namun, Geany hanyalah text editor, untuk menjalankan sebuah bahasa pemograman, kita masih butuh compiler untuk menjalankannya, misalkan C dan C++ kita butuhkan compiler GCC (GNU C Compiler) dan untuk Java kita butuh Java JDK. Untuk memasang Geany di Raspberry Pi, gunakan aplikasi terminal dengan baris perintah “sudo apt-get install geany”[18].
