DESAIN DAN IMPLEMENTASI STASIUN CUACA LOKAL BERTENAGA SEL SURYA
( DESIGN AND IMPLEMENTATION LOCAL WEATHER STATION POWERED BY SOLAR CELLS )
TUGAS AKHIR
Tugas Akhir ini telah diterima dan disahkan untuk memenuhi sebagian dari syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik Elektro Fakultas Teknik Elektro Universitas Telkom
Achmad Sufan Wicaksono 1105100043
Fakultas Teknik Elektro Universitas Telkom Bandung 2015
UNIVERSITAS TELKOM Jl. Telekomunikasi No. 1 Ters. Buah Batu Bandung 40257 FORMULIR PERNYATAAN ORISINALITAS
No. Dokumen
ITT-AK-FEK-PTT-FM-001/004
No. Revisi
00
Berlaku efektif
02 Mei 2011
LEMBAR PENGESAHAN TUGAS AKHIR
DESAIN DAN IMPLEMENTASI STASIUN CUACA LOKAL BERTENAGA SEL SURYA ( DESIGN AND IMPLEMENTATION LOCAL WEATHER STATION POWERED BY SOLAR CELLS )
Disusun oleh : Achmad Sufan Wicaksono 1105100043
Telah disetujui dan disahkan sebagai Tugas Akhir Program S1 Teknik Elektro Fakultas Teknik Elektro Universitas Telkom
Bandung, 11 Mei 2015 Menyetujui, Pembimbing I
Pembimbing II
Erwin Susanto ,ST,.MT,.Ph.D
Unang Sunarya ,ST,.MT.
(NIK : 07740391-1)
(NIK : 10840629-1)
ii
UNIVERSITAS TELKOM Jl. Telekomunikasi No. 1 Ters. Buah Batu Bandung 40257 FORMULIR PERNYATAAN ORISINALITAS
No. Dokumen
ITT-AK-FEK-PTT-FM-001/004
No. Revisi
00
Berlaku efektif
02 Mei 2011
LEMBAR PERNYATAAN ORISINALITAS
Nama
: Achmad Sufan Wicaksono
NIM
: 1105100043
Alamat
: Kapling Jayan Borobudur RT 03/RW 01, Borobudur, Magelang, Jawa Tengah
No. Tlp/HP
: 082126372720
Email
:
[email protected]
Menyatakan bahwa Tugas Akhir ini merupakan karya orisinal saya sendiri, dengan judul : DESAIN DAN IMPLEMENTASI STASIUN CUACA LOKAL BERTENAGA SEL SURYA DESIGN AND IMPLEMENTATION LOCAL WEATHER STATION POWERED BY SOLAR CELLS
Atas pernyataan ini, saya siap menanggung resiko/sanksi yang dijatuhkan kepada saya apabila kemudian ditemukan adanya pelanggaran terhadap kejujuran akademik atau etika keilmuan dalam karya ini, atau ditemukan bukti yang menunjukkan ketidakaslian karya ini.
Bandung, 11 Mei 2015
Achmad Sufan Wicaksono 1105100043
iii
ABSTRAK
Indonesia sebagai negara maritim dan agraris mempunyai karakteristik cuaca yang beragam di berbagai daerah. Informasi tentang prakiraan cuaca yang cepat dan tepat menjadi suatu hal yang penting, karena cuaca menjadi bagian yang tidak dapat dipisahkan dari aktifitas manusia dan mempengaruhi berbagai bidang kehidupan, seperti penentuan masa tanam (pertanian), kelayakan keberangkatan pesawat udara (transportasi), dan aktifitas di bidang lainnya. Alat stasiun cuaca lokal ini memakai tiga sensor berbeda yang semuanya digunakan untuk mendeteksi keadaan lingkungan sekitar. Dan setelah data didapatkan dari ketiga sensor yang sudah terpasang yaitu sensor suhu udara, sensor
kelembaban
udara,
dan
sensor
intensitas
cahaya,
maka
akan
dikombinasikan menggunakan experienced method/fuzzy method yang nantinya akan didapatkan hasil prakiraan cuaca yang tepat. Dari hasil pengujian yang sudah dilakukan, maka dari ketiga sensor yang sudah terpasang pada alat stasiun cuaca lokal ini, masing-masing memiliki kelebihan dan kekurangan. Sensor suhu udara memiliki selisih kesalahan rata-rata 1,8 dari thermometer, untuk sensor kelembaban udara memiliki kesalahan ratarata 0,8 dari hygrometer. Dan untuk sensor intensitas cahaya sendiri memiliki tingkat kesalahan rata-rata 22 dari sensor LDR. Setelah masing-masing sensor diuji dan dikombinasikan menggunakan experienced method/fuzzy method, didapatkan 7 kali keakuratan dalam menganalisis cuaca dari kondisi lingkungan sekitar, dan 3 kali kesalahan analisis cuaca. Pengujian telah dilakukan sebanyak 10 kali dalam 10 hari, dalam kondisi cuaca atau lingkungan yang berbeda-beda.
Kata kunci : Stasiun Cuaca Lokal, Stasiun Cuaca Arduino, Sel Surya Pertanian
iv
ABSTRACT
Indonesia as a maritime and agricultural country has many characteristic weather in different region. Information about weather forecasts quickly and accurately is important for this modern era, because weather becomes inseparable part of human activity and affect many areas of life, such as the determination of the growing season (agriculture), the feasibility of departure aircraft (transportation), and activities in other fields. Local weather stations tool uses three different sensors which are used to detect the state of the environment. And after data obtained from the three sensors that were mounted, there are the air temperature sensor, air humidity sensor, and light intensity sensor, they will be combined using experienced method/fuzzy method that would showed the correct weather forecast. From the results had been tested, from the third sensors that have attached on a local weather station tool, each sensor have advantages and disadvantages. Air temperature sensor has average error about 1.8 of thermometer, for air humidity sensor has average error 0.8 of hygrometer. And for the light intensity sensor has average error about 22 of the LDR sensor. After each sensor are tested and combined using experienced method/fuzzy method, obtained seven times accuracy for analyzes the weather of environment, and 3 times analize is fault. Testing had been doing for 10 times in 10 days, in the different weather or diferent conditions.
Keywords : Local Weather Station, Arduino Weather Station, Solar Panels.
v
KATA PENGANTAR Assalamu’alaikum warahmatullahi wabarakatuh. Segala puji saya haturkan kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat dan hidayah-Nya sehingga saya dapat menyelesaikan tugas akhir yang berjudul “DESAIN DAN IMPLEMENTASI STASIUN CUACA LOKAL BERTENAGA SEL SURYA”. Tugas akhir yang telah saya selesaikan ini merupakan syarat untuk mendapatkan gelar sarjana teknik elektro di Universitas Telkom. Tugas akhir yang saya buat ini berawal dari sebuah pemikiran dimana daerah pertanian yang banyak digarap atau dikerjakan oleh petani dan merupakan sebagian besar mata pencaharian orang Indonesia, mengalami penurunan produksi setiap tahunnya. Maka dari itu, alat ini dibuat agar petani bisa lebih efektif dan efisien dalam menggarap lahannya. Tugas akhir yang saya buat ini tentu memerlukan penyempurnaan ke depannya. Untuk itu, kritik dan saran yang membangun sangat diperlukan untuk penyempurnaan tugas akhir ini. Segala bentuk kritik dan saran yang membangun akan saya terima dengan lapang dada untuk dilakukan perbaikan. Saran dan kritik dapat didiskusikan melalui email penulis
[email protected] Semoga apa yang telah saya buat ini bisa bermanfaat untuk diri saya, bermanfaat untuk masyarakat, serta bangsa dan negara pada umumnya. Wassalamu’alaikum warahmatullahi wabarakatuh.
Bandung, 11 Mei 2015
Penulis Achmad Sufan Wicaksono
vi
UCAPAN TERIMA KASIH Segala puji dan syukur saya haturkan kehadirat Allah SWT, karena berkat rahmat. hidayah serta izin yang diberikan-Nya saya dapat menyelesaikan tugas akhir ini. Saya juga mengucapkan banyak terima kasih untuk semua pihak yang telah membantu, mendukung dan mendoakan saya. Saya mengucapkan terima kasih kepada : 1. Kedua orang tua saya yang sangat saya cintai, Ibunda Muntofiah dan Ayahanda Suyoto yang selalu mendukung dan mendoakan saya tiada henti. Baik materi maupun kasih sayang tiada tara, sungguh anugerah Allah SWT yang tak terhingga mempunyai orang tua hebat seperti ayahanda dan ibunda yang dengan jerih payah membesarkan saya hingga saat ini. 2. Para adikku yang saya sayangi Betty dan Indah, yang memotivasi saya agar bisa cepat lulus dan bekerja untuk membiayai sekolahnya nanti. 3. Seluruh keluarga besar saya yang selalu memberikan nasehat, motivasi dan semangat selama ini. Semoga kita selalu menjadi keluarga yang harmonis dunia dan akhirat. 4. Bapak Erwin Susanto, ST., MT., PhD. selaku pebimbing I tugas akhir saya yang telah membantu banyak dalam pelaksanaan tugas akhir ini. Terima kasih Pak, banyak ide dan inspirasi lahir dari saran dan bimbingan bapak. 5. Bapak Unang Sunarya, ST., MT. selaku pebimbing II tugas akhir saya yang telah membantu banyak dalam pelaksanaan tugas akhir ini. Terima kasih Pak, sudah mau memberi saya banyak jalan keluar dari permasalahan yang saya hadapi selama pengerjaan tugas akhir ini. 6. Bapak Sigit Yuwono selaku Ka. Prodi S1 Teknik Elektro atas segala hal yang telah bapak berikan kepada kami. 7. Teman-teman lab semua seperti sandy, irfan, wanzah, laksono, dani, ikrar, himawan, Samuel, cahyo, abdi, dan yang lainnya yang selalu memberikan bantuan dan nasehat saat mengerjakan tugas akhir ini.
vii
8. Teman-teman EL-34-02 yang telah berjuang dan bersama sama selama 4 tahun ini di kampus Universitas Telkom. 9. Para penghuni kost Pajajaran dan Embun Pagi, Randy, Yoga, Imam, Akib, Harly, Awan, Raffi, Evan, anggra, Vikri, Rahma dan kawankawan lain yang telah banyak menghibur dan bermain bersama selama di kosan. 10. Teman-teman SMA yang telah memotivasi dan memberikan nasehat kepada saya agar bisa cepat lulus dan bekerja. 11. Teman-teman elektro 2010 yang selalu jadi keluarga di kampus ini. Cepat nyusul yaa. 12. Teman-teman senior elektro 2008 dan 2009 yang selalu memberikan candaan dan bimbingan. Makasih ya bang. 13. Teman-teman kompleks rumah yang selalu memberikan hiburan dan acara yang bisa membuat saya bisa selalu fresh dalam mengerjakan tugas akhir ini.
viii
DAFTAR ISI LEMBAR PENGESAHAN .................................................................................... ii LEMBAR PERNYATAAN ORISINALITAS ...................................................... iii ABSTRAK ............................................................................................................ iiv ABSTRACT .............................................................................................................. v KATA PENGANTAR ........................................................................................... vi UCAPAN TERIMA KASIH ................................................................................. vii DAFTAR ISI ......................................................................................................... iix DAFTAR GAMBAR ............................................................................................. xi DAFTAR TABEL ................................................................................................. xii DAFTAR SINGKATAN ................................................................................... xiiiii DAFTAR ISTILAH ............................................................................................. xiv BAB I PENDAHULUAN ....................................................................................... 1 1.1
Latar Belakang ......................................................................................... 1
1.2
Tujuan dan Manfaat ................................................................................. 2
1.2.1
Tujuan ............................................................................................... 2
1.2.2
Manfaat ............................................................................................. 2
1.3
Rumusan Masalah .................................................................................... 2
1.4
Batasan Masalah ....................................................................................... 3
1.5
Metodologi Penelitian .............................................................................. 3
1.6
Sistematika Penulisan ............................................................................... 4
BAB II DASAR TEORI ......................................................................................... 5 2.1
Stasiun Cuaca Lokal ................................................................................. 5
2.2
Cuaca ........................................................................................................ 7
2.3
Panel Surya ............................................................................................... 8
2.4
Baterai dan Akumulator ......................................................................... 10
2.4.1
Baterai Polymer ............................................................................... 11
2.4.2
Baterai Lithium Ion.......................................................................... 12
2.5
Arduino UNO ......................................................................................... 13
2.6
LCD (Liquid Crystal Display) ................................................................ 15
ix
2.7
Sensor ..................................................................................................... 18
2.7.1
Sensor Suhu dan Kelembaban ......................................................... 19
2.7.2
Sensor Intensitas Cahaya ................................................................. 20
BAB III PERANCANGAN DAN IMPLEMENTASI .......................................... 20 3.1
Diagram Blok Sistem ............................................................................. 21
3.2
Perancangan Hardware ........................................................................... 22
3.2.1
Sistem Input Alat ............................................................................ 22
3.2.2
Sistem Output Alat .......................................................................... 23
3.3.3
Kontrol dan Penyimpanan............................................................... 24
3.4
Flowchart Sistem .................................................................................... 25
BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISIS ............................................................. 26 4.1
Pengujian Panel Surya ............................................................................ 26
4.2
Pengujian Sensor .................................................................................... 27
4.2.1
Pengujian Sensor Suhu .................................................................... 27
4.2.2
Pengujian Sensor Kelembaban ........................................................ 28
4.2.3
Pengujian Sensor Intensitas Cahaya ................................................ 29
4.3
Pengujian dan Analisis Prakiraan Cuaca ................................................ 30
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ............................................................... 31 5.1
Kesimpulan............................................................................................. 31
5.2
Saran ....................................................................................................... 31
DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 32 LAMPIRAN .......................................................................................................... 33
x
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Stasiun Cuaca Lokal .......................................................................... 6 Gambar 2.2 Modul Sel Surya Seri ........................................................................ 9 Gambar 2.3 Panel Surya 12 Volt .......................................................................... 9 Gambar 2.4 Aki Panasonic 6 Volt ...................................................................... 10 Gambar 2.5 Baterai Li-Ion .................................................................................. 11 Gambar 2.6 Baterai Polymer ............................................................................... 11 Gambar 2.7 Board Arduino UNO ....................................................................... 13 Gambar 2.8 Kabel USB Arduino UNO .............................................................. 14 Gambar 2.9 LCD Hitachi 20x4 ........................................................................... 15 Gambar 2.10 Macam-macam Sensor .................................................................... 18 Gambar 2.11 Sensor Suhu dan Kelembaban DHT-11 .......................................... 19 Gambar 2.12 Sensor Intensitas Cahaya ................................................................ 20 Gambar 3.1 Diagram Blok Sistem ...................................................................... 21 Gambar 3.2 Diagram Blok Input Alat ................................................................. 22 Gambar 3.3 Panel Surya 12 Volt ........................................................................ 22 Gambar 3.4 Diagram Blok Output Alat .............................................................. 23 Gambar 3.5 LCD Stasiun Cuaca Lokal ............................................................... 23 Gambar 3.6 Diagram Blok Sederhana ................................................................ 24 Gambar 3.7 Flowchart Sistem............................................................................. 25 Gambar 4.1 Panel Surya Alat .............................................................................. 26
xi
DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Spesifikasi Arduino UNO ..................................................................... 14 Tabel 2.2 Datasheet PIN LCD 20x4 ..................................................................... 16 Tabel 2.3 Output Tegangan Sensor Cahaya .......................................................... 20 Tabel 4.1 Pengujian Sensor Suhu ......................................................................... 27 Tabel 4.2 Pengujian Sensor Kelembaban ............................................................. 28 Tabel 4.3 Pengujian Sensor Cahaya...................................................................... 29 Tabel 4.4 Pengujian Prakiraan Cuaca ................................................................... 30
xii
DAFTAR SINGKATAN A
: Ampere
AC
: Alternating Current
ADC
: Analog Digital Converter
BCU
: Battery Controller Unit
DC
: Direct Current
LCD
: Liquid Crystal Display
LED
: Light Emitting Diode
MOSFET
: Metal Oxide Field Effect Transistor
NC
: Normally Open
NO
: Normally Closed
PLN
: Perusahaan Listrik Negara
PWM
: Pulse Width Modulation
PV
: Photovoltaic
V
: Volt
xiii
DAFTAR ISTILAH
DC
: arus searah
Ampere
: satuan besaran arus listrik
Arduino UNO
: salah satu tipe mikrokontroler Arduino
Charging
: pengisian daya suatu baterai
Discharging
: pengeluaran daya suatu baterai
Duty Cycle
: perbandingan waktu pulsa pada saat on dan off
Efisiensi
: perbandingan daya output dan daya input suatu sistem
Osiloskop
: alat yang digunakan untuk melihat sinyal keluaran suatu sistem
Panel Surya
: alat yang terdiri dari kumpulan sel surya yang mengubah cahaya menjadi listrik
Power Supply
: perangkat elektronik yang berfungsi sebagai sumber DC
Relay
: saklar elektronik yang dapat membuka atau menutup rangkaian dengan menggunakan kontrol dan rangkaian elektronik lain
Switch
: saklar
Volt
: suatu besaran tegangan listrik
xiv
1. BAB I PENDAHULUAN 1.1
Latar Belakang Indonesia adalah Negara di belahan bumi yang dilewati oleh garis
khatulistiwa, sehingga di Indonesia hanya mempunyai 2 musim saja yaitu musim panas (kemarau) dan musim hujan (penghujan). Walaupun hanya memiliki 2 musim saja, namun Indonesia mempunyai banyak permasalahan yang hanya disebabkan oleh 2 musim ini. Banyak sekali permasalahan yang terjadi di Indonesia, sebagai contoh adalah banjir yang bahkan sampai sekarang masih belum bisa terselesaikan. Banjir terjadi karena hujan membawa curah hujan yang sangat besar di suatu wilayah/daerah. Maka dari itu, dengan berkembangnya ilmu pengetahuan dan teknologi yang sudah sangat modern dan maju, banyak alat diciptakan untuk menanggulangi masalah seperti ini. Dan dengan berkembangnya teknologi, dari tahun ke tahun banyak sekali alat banjir maupun cuaca yang diciptakan dan dikembangkan, namun bagi negara Indonesia sendiri, semua itu masih jauh dari kurang. Karena memang di Indonesia memiliki karakteristik cuaca yang tidak menentu. Maka dari itu, akan dibuat alat yang bisa digunakan dengan efisien dan efektif di daerah pertanian di seluruh Indonesia. Pertanian di Indonesia sendiri dari tahun ke tahun mengalami penurunan produksi, dan bahkan mengandalkan sistem impor dari negara lain dengan jumlah yang sangat besar. Dari survey yang bersumber dari internet, penurunan produksi pertanian di Indonesia disebabkan oleh gagalnya panen, yang kebanyakan diakibatkan oleh cuaca itu sendiri. Maka dari itu, akan dibuat alat cuaca mini yg lebih cocok, ekonomis, efektif, efisien dan bisa digunakan dengan mudah oleh para petani untuk melakukan kegiatan mereka dengan baik.
1
1.2
Tujuan dan Manfaat
1.2.1
Tujuan
Tujuan dari pembuatan alat pada Tugas Akhir ini adalah : -
Merancang dan membangun sebuah stasiun cuaca lokal mini yang bisa mengatasi masalah cuaca yang tidak stabil di Indonesia ini.
-
Memberikan alat cuaca mini yang ekonomis atau murah dari kebanyakan alat yang sudah ada, mudah digunakan dan diaplikasikan oleh para petani lokal dan yang terpenting alat bisa berjalan secara otomatis.
-
Memberikan informasi yang cepat dan akurat bagi petani yang berada di daerah pelosok atau yang minim dengan teknologi terbarukan.
1.2.2
Manfaat
Manfaat dari pembuatan alat ini adalah : -
Membuat alat yang efektif dan efisien bagi petani
-
Membuat alat yang lebih kecil dan ekonomis dari alat yang sudah ada
-
Bisa digunakan dan dibawa ke semua tempat/portable
-
Biaya pembelian alat lebih murah
-
Mudah digunakan dan diaplikasikan oleh para petani
-
Membantu para petani memutuskan tindakan lebih awal
1.3
Rumusan Masalah Berdasarkan latar belakang yg telah diuraikan, maka dapat dijabarkan beberapa rumusan masalah yg akan dibahas pada Tugas Akhir ini, yaitu : -
Bagaimana merancang interface, sistem, dan alat yang mudah digunakan dan dipahami bagi warga atau petani di daerah pelosok Indonesia.
-
Bagaimana membuat alat ini lebih ekonomis dan bisa dimiliki dan diaplikasikan di daerah-daerah di seluruh Indonesia.
-
Bagaimana cara memberikan informasi secara cepat dan akurat pada warga atau daerah yang minim dengan teknologi.
2
1.4
Batasan Masalah Beberapa batasan masalah pada pembuatan Tugas Akhir ini adalah : -
Cakupan wilayah hanya di daerah pertanian / pelosok di Indonesia.
-
Alat digunakan di daerah pertanian dengan jangkauan luas daerah yang tidak begitu besar.
1.5
-
Menggunakan Arduino UNO sebagai kontrollernya.
-
Menggunakan Sel Surya 12 Volt dengan Vmp mencapai 14 Volt.
-
Menggunakan 3 sensor untuk indikator cuacanya.
-
Hasil pengujian hanya dilakukan dalam jangka waktu 10 hari saja.
Metodologi Penelitian Beberapa
langkah
penyelesaian
masalah
yang
dilakukan
untuk
mendapatkan hasil yang diharapkan sesuai Tugas Akhir adalah : - Studi Literatur Pencarian dan pengumpulan literatur berkaitan dengan masalah-masalah yang ada pada tugas akhir yang akan dirancang, berupa artikel, buku-buku referensi, internet, pakar ataupun hasil penelitian dari orang lain dan sumber-sumber lainnya. Adapun literatur yang didalami diantaranya : a. Cara penggunaan Solar Sel dan Baterai/Aki b. Cara menggunakan Arduino UNO c. Cara menampilkan data pada LCD d. Metode penulisan proposal penelitian ilmiah - Analisa Masalah Melakukan analisa dari teori yang telah didapat dengan bermacammacam sumber sehingga mendapatkan hasil yang semaksimal mungkin. - Perancangan dan implementasi alat Membuat rancangan-rancangan dan kemudian mengimplementasikan rancangan tersebut ke dalam suatu rangkaian dengan menambah berbagai perangkat pendukung lainnya. - Simulasi Alat Berdasarkan standar yang ada, tahap selanjutnya adalah melakukan
3
simulasi sistem alat untuk melihat kinerja sistem alat tersebut. - Pengujian dan Perbaikan Sistem Jika sistem telah berjalan, maka akan didapat keberhasilan maupun ketidakberhasilan dari simulasi sistem tersebut, sehingga dilakukan perbaikan sistem jika didapati sistem tersebut belum berjalan secara baik atau tidak sesuai dengan yang diinginkan. - Dokumentasi Sistem Pada tahap terakhir ini, dilakukan segala sesuatu yang berhubungan dengan analisis sistem pada alat dan menyusnnya kedalam bentuk sebuah dokumentasi.
1.6
Sistematika Penulisan Sistematika penulisan ditujukan agar penulisan tugas akhir lebih tertata
dan teratur. Adapun sistematika penulisan yang digunakan dalam penulisan tugas akhir ini adalah sebagai berikut : BAB I : PENDAHULUAN Bab ini membahas mengenai latar belakang, tujuan dan manfaat penulisan, rumusan masalah, batasan masalah, metode penelitian, dan sistematika penulisan. BAB II : DASAR TEORI Bab ini menjelaskan mengenai berbagai teori dasar tentang arduino UNO, beberapa sensor yang digunakan, solar sel, baterai dan teori pendukung lainnya. BAB III : PERANCANGAN SISTEM Bab ini menjelaskan mengenai perancangan prototype alat, secara hardware maupun perancangan pada software. BAB IV : PENGUJIAN DAN ANALISIS SISTEM Bab ini menjelaskan hasil pengujian dan analisis dari sistem dari alat yang telah dirancang dan diimplementasikan. BAB V : KESIMPULAN DAN SARAN Bab ini berisi tentang kesimpulan dan saran terhadap hasil yang diperoleh dari pengujian dan penelitian yang telah dilakukan serta saran untuk pengembangan sistem selanjutnya.
4
2. BAB II DASAR TEORI 2.1
Stasiun Cuaca Lokal Stasiun Cuaca Lokal adalah sebuah alat yang berfungsi sebagai pendeteksi
dan pemberi informasi tentang cuaca yang terjadi pada hari ini. Dan untuk data hari kemarin akan disimpan di dalam database sebagai dasar analisis dan pengujian selanjutnya, agar alat atau stasiun cuaca nya bisa lebih akurat. Stasiun ini akan memberikan informasi kapan waktu terbaik untuk para petani bisa melakukan aktifitas nya. Akan ada beberapa lampu indikator yang memberikan instruksi kepada petani di daerah tersebut agar bisa melaksanakan aktifitas nya pada hari itu, yang menurut informasi dari alat adalah waktu yang efektif dan efisien melakukan kegiatan bertani. Stasiun cuaca lokal memiliki beberapa sensor yang akan memberikan atau mengidentifikasi suatu kejadian, seperti angin, cahaya, kelembaban dan temperatur. Dan dengan menggunakan suatu metode, semua analisa atau data yang diterima oleh sensor akan dikombinasikan satu dengan lainnya, sehingga stasiun cuaca tersebut bisa memberikan informasi yang akurat. Sedangkan untuk catuan daya dari stasiun cuaca ini adalah melalui baterai dan sel surya, yang tenaganya didapat dari panas matahari. Itu akan membuat stasiun cuaca ini akan berjalan secara otomatis. Tenaga yang didapat oleh sel surya akan langsung disimpan di dalam baterai untuk cadangan tenaga di malam hari atau pada saat hari sedang mendung atau kurang cahaya matahari.
5
Gambar 2.1 Stasiun Cuaca Lokal
Alat ini sebenarnya sudah banyak dikembangkan, dan
di modifikasi
menjadi sedemikian rupa. Stasiun Cuaca Lokal ini sendiri masih kurang pengaplikasiannya di dalam dunia pertanian. Kebanyakan mereka yang membuat atau memproduksi menggunakan alat ini untuk kebutuhan dan kepentingan sendiri dan masih kurang melihat kepada orang lain yang membutuhkan. Alat stasiun cuaca lokal ini atau yang bisa kita lihat gambar nya di atas masih kurang melihat dari kebutuhan orang dan masih mengikuti trend saja. Maksudnya mengikuti perkembangan teknologi nya saja. Dengan tampilan modern dan kompleks, dan dengan tampilan yang masih kurang bisa dipahami oleh para petani sendiri. Stasiun Cuaca Lokal yang akan dibuat di sini akan berguna bagi para petani, baik lebih ekonomis, efisien, dan efektif. Dan yang paling penting adalah mudah untuk digunakan dan diaplikasikan.
6
2.2
Cuaca Pengertian cuaca sendiri menurut saya adalah keadaan udara pada saat
tertentu dan di wilayah tertentu yang relatif sempit dan dalam jangka waktu yang tidak terlalu lama atau singkat. Banyak sekali faktor yang bisa membuat cuaca berubah begitu cepat dan dalam waktu yang singkat. Faktor tersebut meliputi tekanan udara, kecepatan angin, suhu, kelembaban dan lainnya.[13] Cuaca sendiri berbeda dengan iklim. Kalau iklim adalah keadaaan cuaca rata- rata di daerah yang jangkauannya luas dan dengan waktu yang relatif lama. Tetapi cuaca dan iklim juga mempunyai kesamaan.[14] Unsur yang bisa mengakibatkan terjadinya cuaca dan iklim yaitu : 1. Temperatur Udara/Suhu Udara Tempratur udara adalah derajat panas udara pada saat tertentu. Derajat atau Ukuran dari temperature dara ini bisa diukur menggunakan suatu alat yang bernama thermometer. Atau bisa juga menggunakan sensor suhu yang sudah banyak diproduksi dan tinggal menampilkan derajat tersebut ke monitor atau LCD 2. Kelembaban Udara Kelembaban udara adalah banyaknya kandungan uap air di atmosfer. Udara atmosfer adalah campuran dari udara kering dan uap air. Biasa diukur dengan alat hygrometer. 3. Radiasi Matahari/Intensitas Cahaya Radiasi
matahari
datang
ke
bumi
dalam
bentuk
gelombang
elektromagnetik. Unsur radiasi matahari yang perlu diperhatikan adalah intensitas radiasi dan lamanya radiasi berlangsung. 4. Tekanan Udara Tekanan Udara adalah tekanan yang disebabkan oleh permukaan bidang datar dari permukaan bumi. Diukur dengan barometer. 5. Angin Angin adalah udara yg bergerak. Diukur dengan Anemometer.
7
2.3
Panel Surya Panel Surya atau solar panel adalah alat yang mengubah energi cahaya
menjadi energi listrik. Sinar matahari terdiri dari foton dengan tingkat energi yang berbeda tergantung spektrum dari mana mereka berasal. Ketika sinar matahari mengenai permukaan sel surya, bahan fotovoltaik itu menyemburkan elektron yang menghasilkan listrik. Fenomena ini dikenal sebagai efek photovoltaic, photovoltaic dapat diartikan sebagai “cahaya-listrik”. Sel surya atau sel PV bergantung pada efek photovoltaic untuk menyerap energi matahari dan menyebabkan arus mengalir antara dua lapisan bermuatan yang berlawanan seperti muatan positif dan muatan negatif sehingga menghasilkan listrik arus searah (DC).[13] Energi surya dapat dimanfaatkan dalam dua cara : 1. Energi dari cahaya matahari : Metode ini didasarkan pada efek fotolistrik dan menggunakan sel fotovoltaik. Ketika cahaya matahari mengenai permukaan panel surya, proses akan terjadi di dalam sel fotovoltaik dan energi surya secara langsung dikonversi menjadi energi listrik.[12] 2. Energi dikembangkan dari panas matahari : Metode lain untuk menghasilkan energi adalah dengan menangkap panas. Dalam metode ini digunakan cermin cekung untuk mengintensifkan panas yang dihasilkan dari matahari. Panas ini digunakan untuk mengubah air menjadi uap. Dan tekanan uap menggerakkan turbin untuk menghasilkan energi listrik. Sel surya terbuat dari bahan semikonduktor yang mudah pecah dan berkarat jika terkena air. Oleh karena itu, sel ini dibuat dalam bentuk panel-panel ukuran tertentu yang dilapisi plastik atau kaca bening yang kedap air.[12]
8
Berdasarkan teknologi pembuatannya, secara umum sel surya dibagi dalam tiga jenis, yaitu : 1. Monocrystalline Jenis ini terbuat dari batangan kristal silikon murni yang diiris tipis-tipis. 2. Polycrystalline Jenis ini terbuat dari beberapa batang kristal silikon yang dilebur / dicairkan kemudian dituangkan dalam cetakan yang berbentuk persegi. 3. Thin Film Solar Cell (TFSC) Jenis sel surya ini diproduksi dengan cara menambahkan satu atau beberapa lapisan material sel surya yang tipis ke dalam lapisan dasar. Sel surya jenis ini sangat tipis, sangat ringan dan fleksibel.[13]
Gambar 2.2 Modul Sel Surya Seri (Sumber : teknologisurya.wordpress.com)
Gambar 2.3 Solar Panel 12 Volt (Sumber : www.tokopedia.com)
9
2.4
Baterai dan Akumulator Aki atau Storage Battery adalah sebuah sel atau alat yang bisa menyimpan
energi dan mengubahnya dari energi kimia menjadi energi listrik. Aki termasuk elemen elektrokimia yang dapat mempengaruhi zat pereaksinya, sehingga disebut elemen sekunder. Kutub positif aki menggunakan lempeng oksida dan kutub negatifnya menggunakan lempeng timbal sedangkan larutan elektrolitnya adalah larutan asam sulfat.[13]
Gambar 2.4 Aki Panasonic 6 Volt (Sumber: www.digikey.com)
Contoh akumulator adalah baterai dan kapasitor, karena kedua alat ini bisa menyimpan energi. Untuk saat ini paling banyak digunakan untuk sumber energi alat-alat elektronika adalah baterai. Baterai sendiri dari tahun ke tahun mengalami banyak pengembangan, dan efisien dipasang di alat-alat elektronika. Dari baterai berukuran AA sampai AAAA. Di zaman sekarang ini yang banyak dipakai adalah Baterai Li-ion, yang dipakai buat catuan daya Handphone, Power Bank dan lainnya.[2]
10
Baterai Li-ion sendiri memiliki beberapa ukuran juga. Dari produk yang sudah dipasarkan ada yang berupa kotak pipih dan baterai bulat seperti baterai biasa lainnya. Perbedaan secara umum baterai Li-Po dan Li-Ion adalah terletak pada penghantar arus listrik (Elektrolit) pada kedua jenis baterai itu. Li-Po singkatan dari Lithium Polymer, bersifat cair (Liquid), serta menggunakan elektrolit polimer yang sangat padat, dan mampu menghantarkan daya lebih cepat.[15] Sementara baterai Li-ion ini adalah baterai yang bisadiisi ulang energinya. Di dalam baterai ini, ion litium bergerak dari elektroda negatif ke elektroda positif saat dilepaskan, dan kembali saat diisi ulang.
Gambar 2.5 Baterai Li-ion (Sumber : www.bukalapak.com)
Gambar 2.6 Baterai Polymer (Sumber : www.bukalapak.com)
11
-
Kekurangan dan Kelebihan Baterai Lithium Polymer[15] Kelebihan Polymer o Lebih Aman o Lebih ringan o Bisa bertahan lebih lama o Ramah Lingkungan o Fleksibel bisa dibuat berdasarkan kebutuhan Kekurangan Polymer o Biaya manufaktur mahal o Jarang di temukan di pasaran o Harga baterai mahal o Butuh teknisi untuk mengganti baterai baru
-
Kekurangan dan Kelebihan Baterai Lithium Ion[15] Kelebihan Li-ion o Mudah di temukan di pasaran o Perawatan lebih mudah o Cocok untuk semua smartphone atau gadget saat ini Kekurangan Li-ion o Tidak kuat terhadap temperatur panas o Butuh ukuran fisik yang lebih tebal dan besar untuk kapasitas mAh yang besar o Isi ulang berlebihan akan mengakibatkan baterai Li-ion
12
berkurangnya daya
2.5
Arduino UNO Arduino adalah pengendali mikro single-board yang bersifat open-source,
dan dirancang untuk memudahkan penggunaan elektronik dalam berbagai bidang. Hardware nya memiliki prosesor Atmel AVR dan softwarenya memiliki bahasa pemrograman sendiri.[13] Arduino UNO adalah board berbasis mikrokontroler pada ATmega328. Board ini memiliki 14 digital input / output pin (dimana 6 pin dapat digunakan sebagai output PWM), 6 input analog, 16 MHz osilator kristal, koneksi USB, jack listrik tombol reset. Pin-pin ini berisi semua yang diperlukan untuk mendukung mikrokontroler, hanya terhubung ke komputer dengan kabel USB atau sumber tegangan bisa didapat dari adaptor AC-DC atau baterai.[1]
Gambar 2.7 Board Arduino UNO (Sumber : www.element14.com)
Ada bermacam-macam versi Arduino UNO. Dari gambar di atas adalah versi Arduino UNO 1.01. Dan Arduino UNO sendiri hanya memiliki kapasitas memory 32 KB, dan tidak bisa ditambahkan SD Card seperti di Arduino lainnya. Bisa dilihat spesifikasi Arduino pada table di bawah ini :
13
Tabel 2.1 Spesifikasi Arduino UNO (Sumber : www.vcc2gnd.com)
Gambar 2.8 Kabel USB Arduino UNO (Sumber : www.element14.com)
Arduino Uno bisa diaktifkan melalui koneksi USB atau dengan catu daya eksternal. Sumber daya eksternal (non-USB) dapat berasal baik dari adaptor ACDC atau baterai. Jika tegangan berasal dari baterai dapat langsung dihubungkan melalui header pin Gnd dan pin Vin dari konektor POWER.[1] Arduino Uno dapat beroperasi dengan pasokan daya eksternal 6 Volt sampai 20 volt. Jika diberi tegangan kurang dari 7 Volt, maka, pin 5 Volt mungkin akan menghasilkan tegangan kurang dari 5 Volt dan ini akan membuat papan menjadi tidak stabil. Jika sumber tegangan menggunakan lebih dari 12 Volt, regulator tegangan akan mengalami panas berlebihan dan bisa merusak papan Arduino UNO.[3]
14
2.6
LCD (Liquid Crystal Display) Display elektronik adalah salah satu
komponen elektronika yang
berfungsi untuk menampilkan data, baik karakter, huruf ataupun grafik. LCD (Liquid Cristal Display) adalah salah satu jenis display elektronik yang dibuat dengan teknologi CMOS logic yang bekerja dengan tidak menghasilkan cahaya tetapi memantulkan cahaya yang ada di sekelilingnya terhadap frontlight atau mentransmisikan cahaya dari backlight. LCD (Liquid Cristal Display) berfungsi sebagai penampil data dalam bentuk karakter, huruf, angka ataupun grafik.[13] Material LCD (Liquid Cristal Display) LCD adalah lapisan dari campuran organik antara lapisan kaca bening dengan elektroda transparan indium oksida dalam bentuk tampilan seven-segment dan lapisan elektroda pada kaca belakang. Ketika elektroda diaktifkan dengan medan listrik (tegangan), molekul organik yang panjang dan silindris menyesuaikan diri dengan elektroda dari segmen. Cahaya yang dipantulkan tidak dapat melewati molekul-molekul yang telah menyesuaikan diri, dan segmen yang diaktifkan terlihat menjadi gelap dan membentuk karakter data yang ingin ditampilkan.[3]
Gambar 2.9 LCD Hitachi 20x4 (Sumber : www.vcc2gnd.com)
15
LCD sendiri sudah banyak digunakan sebagai penampil di alat-alat elektronika, misalnya kalkulator, televisi, layar computer dan alat elektronika lainnya. Ada bermacam-macam LCD yang sudah produksi dan popular di kalangan masyarakat dan mahasiswa elektro, yaitu LCD tipe 16x2 dan 20x4. Dan ada beberapa warna dari backlight LCD itu sendiri, seperti warna hitam, hijau, biru dan warna-warna lainnya.[3] LCD 20x4 itu sendiri mempunyai 20 jumlah kolom dan 4 jumlah baris. Dan bekerja pada tegangan 5 Volt DC. Mempunyai 192 karakter tersimpan di memory LCD. Mempunyai 16 PIN yang isinya diantaranya adalah 6 PIN data, 2 PIN Vcc, dan 3 PIN Ground.[3] Terdapat 16 PIN pada LCD 20x4. LCD 20x4 dan 16x2 memiliki PIN dan datasheet yang sama. Berikut adalah tabel untuk bisa menggunakan LCD 20x4 :
Tabel 2.2 Datasheet PIN LCD 20x4 (Sumber : www.vcc2gnd.com)
16
Di dalam LCD terdapat microkontroller yang berfungsi sebagai pengendali tampilan LCD. Microcontroller dalam LCD dilengkapi dengan memory dan register.[3] Memory yang terdapat di dalam LCD 20x4 : -
DDRAM (Display Data Random Access Memory) merupakan memori tempat karakter yang akan ditampilkan berada.
-
CGRAM (Character Generator Random Access Memory) merupakan memori untuk menggambarkan pola sebuah karakter dimana bentuk dari karakter dapat diubah-ubah sesuai dengan keinginan.
-
CGROM (Character Generator Read Only Memory) merupakan memori untuk menggambarkan pola sebuah karakter. Dimana pola sudah permanen dari pabrikan / tdk bisa dirubah.
Register Kontrol dalam LCD 20x4 : -
Register perintah yaitu register yang berisi perintah-perintah dari mikrokontroler ke panel LCD (Liquid Cristal Display) pada saat proses penulisan data.
-
Register data yaitu register untuk menuliskan atau membaca data dari atau ke DDRAM.
PIN Kontrol dalam LCD 20x4 : -
Pin data adalah jalur untuk memberikan data karakter yang ingin ditampilkan menggunakan LCD (Liquid Cristal Display) dapat dihubungkan
dengan
bus
data
dari
rangkaian
lain
seperti
mikrokontroler dengan lebar data 8 bit. -
Pin RS (Register Select) berfungsi sebagai indikator atau yang menentukan jenis data yang masuk, apakah data atau perintah. Logika low menunjukan yang masuk adalah perintah, sedangkan logika high menunjukan data.
-
Pin R/W (Read Write) berfungsi sebagai instruksi pada modul jika low tulis data, sedangkan high baca data.
-
Pin E (Enable) digunakan untuk memegang data baik masuk atau keluar.
-
Pin VLCD berfungsi mengatur kecerahan tampilan (kontras). 17
2.7
Sensor Sensor adalah sesuatu yang digunakan untuk mendeteksi adanya
perubahan lingkungan fisik atau kimia atau mendeteksi adanya gejala atau sinyal yang berasal dari perubahan energi di alam. Variabel keluaran dari sensor yang diubah menjadi besaran listrik disebut Transduser. Sensor dan transduser merupakan peralatan atau komponen yang mempunyai peranan penting dalam sebuah sistem pengaturan otomatis. Ketepatan dan kesesuaian dalam memilih sebuah sensor akan sangat menentukan kinerja dari sistem pengaturan secara otomatis. Pada saat ini, sensor tersebut telah dibuat dengan ukuran sangat kecil dengan orde nanometer. Ukuran yang sangat kecil ini sangat memudahkan pemakaian dan menghemat energi. Dan sensor pada saat ini berkembang sangat pesat dan akurasinya juga semakin akurat. Pada dasarnya sensor banyak digunakan di dalam komponen alat-alat elektronika pada saat ini. Beberapa contoh sensor yang sangat populer di masyarakat adalah sensor suhu dan kelembaban, sensor intensitas cahaya, sensor asap dan gas, sensor kelembaban tanah, sensor ultrasonik dan sensor lainnya.
Gambar 2.10 Macam-macam sensor
18
2.7.1
Sensor Suhu dan Kelembaban
Sensor ini mengukur suhu dan kelembaban dalam ruangan atau tempat yang jangkauan mengukurnya tidak terlalu luas. Sensor yang paling murah dan paling populer adalah sensor DHT11. Sensor DHT11 sendiri adalah sensor udara dan kelembaban (humidity sensor) yang mudah untuk ditambahkan pada rangkaian elektronika berbasis mikrokontroller. Modul elektronika ini sangat kecil dan sensor nya pun juga kecil tau berukuran nanometer.[2] Sensor ini adalah salah satu sensor paling sering digunakan pada alat elektronika yang menggunakan board Arduino atau mikrokontroler lainnya. Membuat programnya juga sangat mudah karena fungsi akses sudah tersedia dalam database arduino. Tinggal memanggil DHT11 Arduino library yang dapat diunduh langsung dari website resmi Arduino.[3]
Gambar 2.11 Sensor Suhu dan Kelembaban DHT11 (Sumber : www.vcc2gnd.com)
19
2.7.2
Sensor Intensitas Cahaya Sensor cahaya ultraviolet ini berguna untuk mendeteksi intensitas sinar
ultraviolet atau cahaya matahari dengan keluaran analog. Sensor ini sama seperti sensor lainnya yang berkuran nano dan dibuat menjadi sebuah modul.[2]
Gambar 2.11 Sensor UV ML8511 (Sumber : www.vcc2gnd.com)
Catuan daya sensor ini menggunakan rentang tegangan 3V hingga 5 Volt DC dengan konsumsi arus di bawah 0,1 mA. Modul elektronika ini dapat dioperasikan pada rentang suhu -20°C hingga +85°C.[3] Keluaran dari modul ini berupa tegangan antara 0 hingga 1 Volt DC, dapat dihubungkan langsung dengan pin analog (ADC/Analog-to-Digital Converter) pada mikrokontroler/Board Arduino. Berikut tabel dari tingkat tegangan keluaran dengan indeks UV :
Tabel 2.3 Output Tegangan Sensor Cahaya (Sumber : www.vcc2gnd.com)
20
BAB III PERANCANGAN DAN IMPLEMENTASI 3.1
Diagram Blok Sistem Berikut merupakan tahap-tahap dari keseluruhan sistem yang akan
dirancang pada tugas akhir ini : Panel Surya
Informasi Kegiatan
Baterai/ Aki
Charge Control
Regulator
Hasil Prakiraan Cuaca Gambar 3.1 Diagram Blok Sistem
Arduino UNO
LCD Sensor DHT11 dan Temt6000
Sistem ini hanya terdiri dari 1 jaringan yang saling menyambung satu sama lainnya, kecuali di Input dan Output. Dalam diagram blok diatas kta bsa melihat bahwa input yang saya gunakan adalah solar sel atau panel surya. Dan output yang saya hasilkan adalah berupa informasi yang ditampilkan melalui LCD berukuran 20x4 (kolom dan baris). Dan sistem yang sudah dirancang ini dijadikan satu kesatuan di dalam sebuah box atau kotak yang sudah diukur sesuai kebutuhan dan tinggal memasang alat-alat atau modul elektronika yang sesuai dengan sistem yang sudah dirancang atau seperti diagram blok di atas. Alat ini sangat simpel dan mudah digunakan karena lebih menonjolkan kegunaan dan ekonomis. Sistem dan alat ini sebenarnya sudah banyak dibuat cuma masih belum tepat sasaran atau dengan kata lain masih ditujukan ke masyarakat umum. Stasiun cuaca lokal ini ditujukan kepada para petani untuk memudahkan pekerjaan dan mengefektifkan waktu kesehariannya. Maka dari itu, sistem dibuat simpel dan mudah dipahami. Jadi orang bisa mengaplikasikan alat atau stasiun cuaca lokal ini dengan mudah dan efektif.
21
3.2
Perancangan Hardware
3.2.1
Sistem Input Alat Input yang saya pakai pada alat stasiun cuaca lokal ini adalah solar sel.
Solar sel dipakai untuk memberikan daya atau energi kepada aki / baterai. Solar panel (kumpulan beberapa sel surya) yang dipakai pada alat ini adalah solar panel dengan tegangan 12 volt dan 3A untuk kuat arusnya. Sistem dari input stasiun cuaca ini juga sangat simpel, cuma terdiri dari 3 blok alat saja, yaitu solar panel, charge kontrol dan aki / baterai. Seperti gambar yang ada di bawah ini : a.
b.
Panel Surya
Baterai/ Aki
Panel Surya
Charge Control
Baterai/ Aki
Gambar 3.2 Diagram Blok Input Alat
Pada sistem a, panel surya langsung memberikan daya kepada baterai dengan tidak adanya penyetopan dari solar sel jika baterai telah memenuhi daya maksimal. Dan pada sistem input yang b, Solar sel akan mentransmisikan energi yang didapat dari cahaya matahari ke baterai/aki , hanya jika tegangan baterai sudah dibawah 4 volt. Dan jika tegangan dan arus baterai sudah penuh, maka solar sel akan berhenti menyalurkan daya.
Gambar 3.3 Panel Surya 12 Volt
22
3.2.2
Sistem Output Alat Untuk sistem output dari alat sendiri bisa dikatakan juga sangat simpel.
Karena outputnya hanya berupa informasi kata yang ditampilkan melalui LCD. Jadi, 3 sensor yang dipasang pada alat untuk mengetahui data lingkungan ditampilkan pada LCD dan kemudian dikolaborasikan menjadi satu untuk mengetahui cuaca yang akan terjadi pada saat tertentu. Di dalam LCD tersebut tertera data dari kedua sensor dan hasil perkiraan cuaca yang terjadi dan cuaca beberapa jam ke depan. Setelah perkiraan cuaca didapatkan aka nada pesan dari LCD apakah kegiatan bertani efektif dilakukan pada saat ini. Sehingga dengan output yang dihasilkan tersebut, petani bisa memutuskan pekerjaan dan kegiatan keseharian mereka dengan efektif dan efisien dalam hal management waktu. Data Suhu Udara LCD (Liquid Crystal Display)
Data Kelembaban
Perkiraan Cuaca
Kegiatan yg dilakukan
Data Intensitas Cahaya Gambar 3.4 Diagram Blok Output
Gambar di atas adalah detail sistem keluaran alat yang telah dirancang pada alat stasiun cuaca lokal.
Gambar 3.5 LCD Stasiun Cuaca Lokal
23
3.2.3
Kontrol dan Penyimpanan Semua alat elektronika yang sudah dibuat dan dirangkai menjadi satu
kesatuan alat, baik input maupun output dikontrol dan diintegrasikan dengan arduino UNO. Arduino UNO inilah yang mengontrol stasiun cuaca lokal ini dengan baik dan benar sesuai dengan perintah yang diberikan saat melakukan perancangan melalui software. Dengan kapasitas yang dimiliki oleh arduino ini, yaitu sekitar 32 Kb, maka stasiun cuaca lokal ini bisa didesain lebih ekonomis dan dibuat sederhana sedemikian rupa. Di dalam memori arduino telah disimpan beberapa algoritma untuk menjalankan dan memerintahkan semua alat untuk bekerja secara otomatis. Dan yang paling penting adalah keluaran yang dihasilkan bisa berjalan dengan lancar. Catu daya
Arduino UNO
LCD
Gambar 3.6 Diagram Blok Sederhana
Arduino ini adalah board yang open source atau dalam artian bisa dikembangkan oleh siapa saja yang bisa dan mau melakukannya, sehingga semua alat elektronika yang sudah dibuat dan stasiun cuaca lokal ini pun bisa dibuat cukup efektif dan efisien, karena tidak membutuhkan banyak rangkaian elektronika yang besar dan akan memakan waktu dan tempat / wadah yang besar. Cuma sayangnya arduino UNO ini tidak mempunyai kapasitas penyimpanan yang besar dan tidak bisa ditambahi memori penyimpanan lainnya, seperti SD Card. Jadi pada intinya, tegangan keluaran dari baterai masuk ke regulator terlebih dahulu dan arduino UNO bisa bekerja dengan baik. Dan setelah itu, data sensor yang disimpan dalam arduino ditampilkan kembali dan diproses sedemikian rupa dan akan dimunculkan ke LCD.
24
3.3
Flowchart Sistem Sistem yang diinginkan secara rinci dari stasiun cuaca lokal ini adalah
sebagai berikut. Catuan daya dari alat adalah full dari baterai. Jika baterai mngalami kekurngan tegangan atau arus yang mungkin membuat LCD tidak bisa menyala atau data tidak bisa dikeluarkan ke LCD, maka solar panel akan mentransmisikan daya atau energi ke dalam baterai secara maksimal dan akan berhenti jika baterai sudah terisi penuh. Dan baterai masuk ke regulator dan sesdah itu masuk ke arduino dengan tegangan 5 volt. Dan keluarannya adalah LCD yang menampilkan data sensor dan akan diproses untuk perkiraan cuaca dan memutuskan kegiatan para petani. Mulai
Inisialisasi
Pembacaan Sensor
Sensor Suhu<20 Tidak Sensor Kelembaban>60 Sensor Cahaya<100 Tidak Hujan Ya Hujan
Stop Gambar 3.7 Flowchart Sistem
25
BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISIS
4.1
Pengujian Panel Surya Pengujian panel surya 5 Watt dilakukan untuk mengetahui tegangan dan
arus keluaran rata - rata yang akan didapatkan. Pengujian akan dilakukan pada pukul 12.00 - 13.00 atau waktu siang hari. Pengujian ini sengaja dilakukan saat siang hari dan saat matahari bersinar sangat terik atau dalam keadaan terpanasnya, dengan tujuan mengetahui tegangan dan arus maksimalnya. Setelah pengujian yang dilakukan beberapa hari dengan jam yang sama, maka didapatkan tegangan maksimal yaitu sekitar 13,5 Volt dan bisa menggerakan motor DC dan baling - baling yang mempunyai spesifikasi minimal 5 volt tegangan DC untuk menggerakkannya. Dan jika tegangan solar panel berada di bawah 10 volt, maka solar panel tersebut tidak bisa menggerakkan motor DC dan baling - baling, padahal spesifikasi motor dan baling - baling normal nya hanya 5 volt. Rupanya untuk bisa mengerakkan motor dan baling – baling yang saya gunakan untuk simulasi saja, tidak hanya membutuhkan tegangan dari solar panel, tetapi juga membutuhkan kuat arus yang dihasilkan oleh solar panel juga. Dan setelah di periksa dan diuji, untuk bisa menggerakkan motor dan mencharge aki / baterai 6 volt dibutuhkan tegangan di atas 10 Volt dan Ampere di atas 800 mA.
Gambar 4.1 Panel Surya Alat
26
4.2
Pengujian Sensor Pengujian sensor ini dilakukan dengan cara melihat hasil data yang
diambil oleh sensor dan ditampilkan data digitalnya melalui LCD, dan membandingkan data tersebut dengan data pada alat sebenarnya. Dalam stasiun cuaca lokal ini hanya menggunakan 2 sensor dan 3 data keluaran dari kedua sensor tersebut yaitu data suhu udara, kelembaban udara, dan intensitas cahaya. Akan dibandingkan ukuran dari thermometer dan hygrometer untuk suhu dan kelembaban. Dan untuk intensitas cahaya, karena keterbatasan alat, maka akan dibandingkan dengan sensor cahaya lainnya yaitu sensor LDR.
4.2.1
Pengujian Sensor Suhu Dalam pengujian ini sesuai yang sudah dijelaskan di atas, sensor suhu
akan dibandingkan dengan alat ukur thermometer. Pengujian dilakukan setiap menit selama 10 menit saja.
Menit
Sensor Suhu
Sensor Thermometer
Selisih
1
22
24
2
2
22
24
2
3
22
24
2
4
22
24
2
5
23
24
1
6
23
25
2
7
23
25
2
8
23
25
2
9
23
25
2
10
24
25
1
Rata - rata
1,8
Tabel 4.1 Pengujian Sensor Suhu
27
4.2.2
Pengujian Sensor Kelembaban Dalam pengujian ini sesuai yang sudah dijelaskan di atas juga, sensor
kelembaban udara akan dibandingkan dengan alat ukur hygrometer. Pengujian dilakukan setiap menit selama 10 menit saja. Menit
Sensor Kelembaban
Sensor Hygrometer
Selisih
1
45
45
0
2
45
46
1
3
45
46
1
4
45
46
1
5
47
47
0
6
48
47
1
7
48
48
0
8
48
48
0
9
49
49
0
10
49
50
1
Rata - rata
0.25
Tabel 4.2 Pengujian Sensor Kelembaban
Dalam pengujian di atas, diambil 10 menit dimana sensor bergerak cukup signifikan. Kalau dalam waktu normal, sensor suhu dan kelembaban itu lebih sering bergerak di angka yang sama atau bisa dikatakan stabil. Memang kalau dilihat dari segi harga, sensor DHT11 lebih murah daripada sensor suhu dan kelembaban lainnya. Dan masih kurang sensitif terhadap kondisi lingkungan. Namun walaupun begitu, bisa kita lihat dari hasil pengujian sensor yang ada dalam table di atas, kesalahan atau selisih data dari alat ukur internasional nya sangatlah tipis. Selisih atau kesalahan rata - rata untuk suhu memang lebih besar dari kelembaban, yaitu 1,8 untuk suhu dan 0.25 untuk kesalahan dari sensor kelembaban. Namun dengan data di atas, kita bisa melihat sensor ini bisa saling melengkapi. Itulah hasil pengujian dari sensor suhu dan kelembaban.
28
4.2.3
Pengujian Sensor Intensitas Cahaya Hampir sama dengan pengujian sebelumnya, kali ini akan dibandingkan
sensor intensitas cahaya dengan sensor LDR. Cuma dalam pengujian kali ini waktu yang akan digunakan sedikit lebih lama yaitu 15 menit.
Menit
Sensor Cahaya
Sensor LDR
Selisih
1
733
670
63
2
640
600
40
3
630
600
30
4
625
570
55
5
620
570
50
6
578
520
58
7
560
500
60
8
550
500
50
9
450
420
30
10
414
400
14
11
406
400
6
12
402
380
22
13
388
360
28
14
370
360
10
15
346
320
26
Rata - rata
36.2
Tabel 4.3 Pengujian Sensor Cahaya
Dari hasil pengujian di atas kita bisa melihat range kesalahan yang begitu besar. Itu dikarenakan range sensor cahaya berkisar dari 0 - 1000. Dan dapat dilihat perubahan yang signifikan dari sensor cahaya sendiri. Memang cahaya berubah sangat cepat dan fluktuatif tanpa bisa terduga. Dari hasil pengamatan dan pengujian yang telah dilakukan, bila cahaya sudah meredup atau sedang akan berkisar antara 0 sampai 200 saja, atau bahkan maksimal 150. Dan jika cahaya panas atau terik selalu berkisar di atas 500.
29
4.3
Pengujian dan Analisis Prakiraan Cuaca Di sini akan dikolaborasikan atau diintegrasikan ketiga sensor yang telah
diuji di atas menjadi satu kesatuan hasil untuk perkiraan cuaca yang terjadi saat ini dan untuk beberapa jam ke depan. Hasil pengamatan ini dilakukan dalam waktu setengah hari dan dalam waktu atau hari yang berbeda beda. Berikut 10 hasil pengamatan dan pengujian yang telah dilakukan : Sensor
Sensor
Sensor
Hasil Prakiraan
Hasil Pengamatan
Suhu
Kelembaban
Cahaya
1
22
70
65
Hujan
Gerimis
2
23
75
40
Hujan
Hujan Lebat
3
25
35
180
Panas
Panas
4
25
30
450
Panas
Panas Terik
5
23
65
166
Hujan
Panas Terik
6
21
60
140
Hujan
Panas
7
20
80
30
Hujan
Hujan Lebat
8
26
40
210
Panas
Panas
9
22
45
200
Panas
Gerimis
10
25
50
578
Panas
Panas Terik
Hasil
Rata-rata
Tabel 4.4 Pengujian Prakiraan Cuaca
Dari hasil perkiraan cuaca dan dibandingkan dengan kejadian nyatanya, rupanya dari 10 kali pengamatan masih ada 3 kali kesalahan dalam perkiraan cuaca beberapa jam ke depan. Maka dari itu kemungkinan akan dilakukan beberapa pengamatan kembali beberapa hari ke depan, untuk memutuskan sensor manakah yang berpengaruh besar dalam perkiraan yang benar dan salah. Akan dilakukan analisis mendalam dari ketiga sensor tersebut. Jadi, dari sistem dan ide awal, jika kondisi cuaca panas maka petani akan bertani dengan aman. Dan jika akan terjadi hujan, maka petani akan bertani lebih awal, atau tidak sama sekali.
30
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1
Kesimpulan Berdasarkan hasil perancangan, implementasi dan pengujian keseluruhan
pada tugas akhir ini, dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut : 1. Solar panel akan mentransmisikan dayanya ke baterai, jika kondisi berikut terpenuhi, yaitu tegangan solar panel harus di atas 10 Volt dan arus yang didapatkan lebih dari 0.8 Ampere. 2. Regulator 7805 diperlukan untuk menjadikan tegangan keluaran baterai menjadi 5 Volt, dan bisa menjalankan Arduino UNO dan bisa menyalakan LCD (yang tegangan kerjanya 5 Volt DC). 3. Ketiga sensor yang digunakan masih mengalami kekurangan dalam memperkirakan cuaca beberapa jam ke depan, dan akurat jika mendeteksi cuaca pada saat ini dan pada saat-saat tertentu.
5.2
Saran Untuk penelitian selanjutnya diharapkan dapat memperbaiki kekurangan
yang ada pada sistem ini dan meningkatkan perfomansi alat yang dirancang. Untuk itu disarankan sebagai berikut : 1. Menggunakan data logger untuk mengambil data dari sensor, sehingga data yang diambil bisa lebih tepat karena diambil setiap detiknya. 2. Menggunakan analisis dan pengamatan dengan waktu yang lebih lama dan memahami kelebihan dan kekurangan dari masing-masing sensor. 3. Menggunakan panel surya yang cocok dengan mekanik yang tersedia atau yang sudah dibuat. 4. Menggunakan sensor yang memiliki performa dan akurasi yang lebih baik atau tinggi dalam mendeteksi kondisi lingkungan sekitarnya.
31
DAFTAR PUSTAKA [1]
http://arduino.cc/
[2]
http://www.vcc2gnd.com/
[3]
http://elektronika-dasar.web.id/
[4]
Iid Muhammah. (2013), Departemen Data dan Informasi, Badan Meteorologi dan Geofisika
[5]
Las Cruces. (2010), Digital Weather Centre, www.taylorusa.com/media/IBs/1541_ib.doc, 19 Juli 2013
[6]
Adiwijaya, U.N.Wisesty, T.A.B Wirayuda, Baizal ZKA. (2013), An Improvement of Backpropagation Performance By Using Air Temperatur And Humidity, Far East
[7]
Makridakis Spyros, Wheelwright Steven C, McGee Victor E. (1999). Metode Peramalan dan Aplikasi. Erlangga, Jakarta
[8]
2004. A Summary of Recommended Practices for Weather Forecast.
[9]
2009. Laws of Forecasting. http://www.practicalforecasting.com/laws-of-forecasting.html. Juni 2009
[10]
2009. Kemampuan BMKG Operasikan Peralatan Canggih Dinilai Masih Kurang. http://www.kapanlagi.com/h/0000221189.html. Maret 2009
[11]
2014. BMKG Akui Prakiraan Cuacanya Masih Kurang Akurat. http://sains.kompas.com/read/2014/01/30/1628275/BMKG.Akui.Prakiraan Cuacanya.Masih.Kurang.Akurat. Januari 2014
[12]
http://wikipedia.co.id/
[13]
http://wikipedia.com/
[14]
http://www.bmkg.go.id/
[15]
http://www.berbagiteknologi.com/
32
Koding dari Alat
#include
// inisialisasi #include dht11 DHT; #define DHT11_PIN 2 float IoL, Tem, Hum; float suhutropis=22; // range 17 sampai 32 float kelembaban=60; float cahaya=150; const int PIN10 = 10; // LED kning const int PIN13 = 13; // mrah
LiquidCrystal lcd (12, 11, 7, 6, 5, 4);
// ukuran LCD int screenWidth = 20; int screenHeight = 4;
// line1 = scrolling String line1 = "Kegiatan bertani tidak bisa dijalankan "; // line2 = scrolling juga String line2 = "Kegiatan bertani bisa dijalankan ";
// just some reference flags int stringStart, stringStop = 0;
33
int scrollCursor = screenWidth;
void setup(){ Serial.begin(9600); lcd.begin(screenWidth,screenHeight); pinMode (PIN10, OUTPUT); pinMode (PIN13, OUTPUT); }
void loop(){ int chk; chk = DHT.read(DHT11_PIN); // Membaca Data Hum = DHT.humidity; Tem = DHT.temperature; IoL = analogRead(0);
// baca analog input pin 0
Serial.print("Suhu = "); Serial.print(Tem); Serial.print("
");
Serial.print("Kelembaban = "); Serial.print(Hum); Serial.print("
");
Serial.print("IoL = "); Serial.println(IoL);
lcd.setCursor(0,0); // Display pada LCD lcd.print("Tem = ");
34
lcd.print(Tem); lcd.print(" |"); lcd.setCursor(0,1); lcd.print("Hum = "); lcd.print(Hum); lcd.print(" |"); lcd.setCursor(0,2); lcd.print("IoL = "); lcd.print(IoL); delay(1000);
lcd.setCursor(13,1); lcd.print("_______");
if((Tem>suhutropis)&&(Hum
else if((Tem>suhutropis)&&(Humcahaya)){ lcd.setCursor(14,0); lcd.print("PANAS");
35
lcd.setCursor(4,3); lcd.print("Aktivitas Bertani bisa dijalankan selama 5 jam ke depan"); digitalWrite (PIN13, LOW); digitalWrite (PIN10, HIGH); }
else if((Tem>suhutropis)&&(Hum>kelembaban)&&(IoL
else if((Tem>suhutropis)&&(Hum>kelembaban)&&(IoL>cahaya)){ lcd.setCursor(14,0); lcd.print("HUJAN"); lcd.setCursor(4,3); lcd.print("Aktivitas Bertani hanya bisa dijalankan selama 1 jam ke depan"); digitalWrite (PIN10, LOW); digitalWrite (PIN13, HIGH); }
else if((Tem<=suhutropis)&&(Hum>kelembaban)&&(IoL
36
lcd.print("HUJAN"); lcd.setCursor(4,3); lcd.print("Aktivitas Bertani bisa dijalankan selama 5 jam ke depan"); digitalWrite (PIN10, LOW); digitalWrite (PIN13, HIGH); }
else if((Tem<=suhutropis)&&(Hum>kelembaban)&&(IoL>cahaya)){ lcd.setCursor(14,0); lcd.print("HUJAN"); lcd.setCursor(4,3); lcd.print("Aktivitas Bertani hanya bisa dijalankan selama 1 jam ke depan"); digitalWrite (PIN10, LOW); digitalWrite (PIN13, HIGH); }
else if((Tem<=suhutropis)&&(Hum<=kelembaban)&&(IoL>cahaya)){ lcd.setCursor(14,0); lcd.print("PANAS"); lcd.setCursor(4,3); lcd.print("Aktivitas Bertani bisa dijalankan selama 5 jam ke depan"); digitalWrite (PIN13, LOW); digitalWrite (PIN10, HIGH); }
else if((Tem<=suhutropis)&&(Hum<=kelembaban)&&(IoL<=cahaya)){
37
lcd.setCursor(14,0); lcd.print("PANAS"); lcd.setCursor(4,3); lcd.print("Aktivitas Bertani bisa dijalankan selama 5 jam ke depan"); digitalWrite (PIN13, LOW); digitalWrite (PIN10, HIGH); }
else { lcd.setCursor(14,0); lcd.print("HUJAN"); lcd.setCursor(4,3); lcd.print("Aktivitas Bertani hanya bisa dijalankan selama 1 jam ke depan"); digitalWrite (PIN10, LOW); digitalWrite (PIN13, HIGH); } }
38
Rangkaian Skematik Alat
Sensor TEMT6000
Sensor DHT11
39
