MICROCONTROLLER-BASED INTENSITY METER DESIGN AS AN INSTRUMENT FOR DETECTING STRONG EARTHQUAKE VIBRATION
Handoko Binus University, Jakarta, DKI Jakarta, Indonesia
Daniel Karunia Wijaya Binus University, Jakarta, DKI Jakarta, Indonesia dan
Darius Sandatinus Binus University, Jakarta, DKI Jakarta, Indonesia
Abstrak Indonesia is a regoin that is frequently hit by earthquake dan tsunami, however the earthquake measurement which is at BMKG (Badan Meteorologi dan Klimatologi dan Geofisika) still using foreign-made. This research purposes to make an intensitymeter that can measure earthquake’s intensity and show it using Modified Mercalli Intensity (MMI) scale dan Peak Ground Acceleration (PGA) into Liquid Crystal Display (LCD), so it can decrease production’s cost and can be maintained the intensitymeter easily. The research is using methods of analysis and design methods. System uses accelerometer with 0.05V error, acceleration value is converted into MMI scale, and using ADC 10bit. Data is sent using GSM in sms form, GPS is generate to
location and time, dan recording data in Multimedia Card (MMC) using text format (*.txt) with file system FAT16. Over all, intensitymeter has 5% error, 20 test and there is 1 data mistake.
Keyword : Gempabumi, Intensitimeter, Accelerometer, Microncontroller
1. Introduction In this globalization era, the digital data storage media is more desirable than analog data processing techniques. Storage techniques for quake magnitude committed by BMKG are stored in analog by using a seismograph. The seismic wave that occurs as wave on a seismograph lines that will be printed on rolls of paper as a data storage medium (www.bmkg.go.id). Technique performed in the delivery of earthquake data is also done by hand. By using data gathered after the earthquake occurred in the roll of paper. This is not efficient due to lessrapid delivery of data to less rapid delivery of data. Looking at some of the problems that appear above hence made a tool that can solve these problems. Tools to be made is an earthquake detector which calculates the value of the acceleration experience by an earthquake or a building point by using the accelerometer.
2. General Guidelines The scope research includes analysis, design and implementation of a strong earthquake detector based AVR ATMEGA1284. As for a discussion covering the following: -
Design
-
Implementation
-
Evaluation
Picture 1 – Design System
2.1.
Design AVR ATMEGA1284 processes value of accelerometer as an eartquake sensor
using internal ADC 10bit. GPS is used for generate potition and time when the earthquake come, and LCD uses to show the data result. Data result is also sent using Global System for Mobile Communocations (GSM) in sms form to certain cellphone, every time there is any earthquake and data is recorded in Multimedia Card (MMC). Data inside MMC is an text file (*.txt). MMC form is FAT16 which uses 1GB size.
2.2.
Implementation The language program uses C language with the compiler CodeVision 2.03.4
and downloader STK500. This measuremnt device will be placed at certain point to measure the values of earthquake intensity, especially in buildings and dams, as well as along the shoreline of an island.
2.3.
Evaluation Untuk menguji kestabilan alat pendeteksi gempabumi ini, dijalankan beberapa
pengujian yang dimaksudkan untuk mengetahui apakah dapat mengukur dengan tepat dan benar. Pengujian dilakukan pada accelerometer, analog to digital converter, GSM, GPS dan alat secara keseluruhan.
The First test is accelerometer MMA7361, measure offset voltage the accelerometer in 0 – 360degree potition with 45degree index of increasing against each axis. The result is 75% accuration. However to decrease the error, it is performed
Tegangan(Volt)
recalibration in main program. 3.00 2.50 2.00 1.50 1.00 0.50 0.00
Axis X Sudut Kemiringan Axis Y Axis Z
Picture 2 – test result 1 The second test is ADC, giving different voltage onto 3 ADC pin that is used by accelerometer then show it on LCD and analyse it using formula. The result is 73% accuration.
Picture 3 – test result ADC0
g g ( ) Tegangan(Volt)
4.000
2.000
Tegangan Inp put Tegangan ADC1
0.000 1
3
5 7 9 Percobaan
Tegangan Input 11
Pircture 4 – test resuult ADC1
g g ( ) Tegangan(Volt)
4.000 Tegangan Inp put
2.000
Tegangan ADC2 0.000 1
3
5 7 Percobaan 9
Teggangan Input 11
Picture 5 – test resuult ADC2 The Thirrd test is GPS G Gstar-2216, using data from 3 certain pooints then comppare with tolarance limits. The resultt is 100% accuration sincce the data is valid.
Picturee 6 – test result GPS
The Forth test is GSM, where this test is count the time of sms is being sent and recieved by recievers cellphone. The provider is Indosat IM3, and the recievers are esia, flexi, mentari, as, simpati, xl that is in morning, afternoon, and evening. The result have approximately 16 – 20 second and the shortest is mentari. The Fifth test is the all over system test, compare the result from this device and BMKG’s device. The result has 95% accuration.
Data Pengujian Intensitas 9 8
Intensitas
7 6 5 4
data alat pabrik
3
data alat penulis
2 1 0 1
3
5
7
9
11 13 15 17 19
Percobaan
Picture 7 – test result system
3. Conclusion Based on analysis result that is done between writer’s and industry’s intensitymeter, can be concluded : 1. Cost for this devices can be reduced IDR 70M/device. 2. Accuration ADC is 72, 72%. 3. Accuration accelerometer is about 75%, with error 25%. 4. Approximation time sending sms is about 16 – 20 seconds. 5. The system accuration is 95% with dimension cms-2 convert into MMI scale.
References [1] Romanchik, Dan.
"n-d". “Seven tips for making better accelerometer measurements”.
Diperoleh (diakses tanggal 10-13-2011) dari http://www.tmworld.com/article/323656Seven_tips_for_making_better_accelerometer_measurements.php [2] Anonim.
2010. Tilt
measurement
using a
low-g
3-axis
accelerometer.
Tesis.
STMicroelectronics. Doc ID 17289 Rev 1. [3] Anonim. "n-d". “Skala MMI (Modified Mercally Intensity)”. diperoleh (diakses tanggal 1007-2011) dari http:// bmkg.go.id/mmi.php [4] Goldman, Ron. 2010. Using the SPOT Accelerometer. Application Note. Sun Oracle. [5] Starlino. "n-d". “A Guide To Using IMU (Accelerometer and Gyroscope Devices) In Embedded
Applications.
Diperoleh
(diakses
tanggal
10-13-2011)
http://www.starlino.com/imu_guide.html [6] Axelson, J. (2006). USB Mass Storage: Designing and Programming Devices and Embedded Hosts. Lakeview Research LCC, Madison. [7] Kingsley-Hughes, K. (2005). Hacking GPS. Wiley Publishing, Inc., Indiana [8] Yohannes Surya, LCD Gimana sih Kerjanya, www.yohannessurya.com [9] Anonim. "n-d". "SMS Tutorial: Introduction to SMS Messaging". diakses dari www.developer.com [10] Barrnet, Richard. (2003). Embedded C Programming and the Atmel AVR. 1st edition.Delmar learning. ISBN 1401812066.hal [11] Anonim. "n-d". "Mobile technologies GSM". diakses dari www.etsi.org
PERANCANGAN (RANCANG BANGUN) INTENSITIMETER BERBASIS MIKROKONTROLER SEBAGAI INSTRUMEN PENDETEKSI GETARAN GEMPABUMI KUAT
Handoko Binus University, Jakarta, DKI Jakarta, Indonesia
Daniel Karunia Wijaya Binus University, Jakarta, DKI Jakarta, Indonesia dan
Darius Sandatinus Binus University, Jakarta, DKI Jakarta, Indonesia
Abstrak Indonesia merupakan wilayah langganan gempabumi dan tsunami, namun alat untuk mendeteksi gempabumi yang ada di BMKG (Badan Meteorologi dan Klimatologi dan Geofisika) masih menggunakan alat buatan luar negeri. Penelitian bertujuan membuat intensitimeter yang dapat menampilkan besaran intensitas gempabumi dalam skala Modified Mercalli Intensity (MMI) dan Peak Ground Acceleration (PGA) ke Liquid Crystal Display (LCD), dengan demikian bisa mengurangi biaya produksi dan memudahkan pengguna alat intensitimeter jika terjadi kerusakan. Penelitian menggunakan metode analisis dan metode perancangan. Sistem intensitimeter menggunakan sensor accelerometer dengan tingkat error 0.05V, nilai percepatan (cms-2) diubah ke satuan MMI, untuk digitizer digunakan ADC 10 bit. Data dikirimkan dengan menggunakan
GSM berupa sms, untuk mengetahui posisi alat, waktu dan tanggal menggunakan GPS, dan data disimpan ke MMC dengan format file teks (*.txt) dengan sistem file FAT16. Secara keseluruhan tingkat kesalahan alat adalah sebesar 5%, dari 20 percobaan ada 1 nilai yang tidak sesuai.
Keyword : Gempabumi, Intensitimeter, Accelerometer, Microncontroller
1. Pendahuluan Di era globalisasi ini, media penyimpanan data digital lebih diminati daripada teknik pengolahan data analog. Teknik penyimpanan besaran gempa dilakukan oleh BMKG (Badan Meteorologi dan Klimatologi dan Geofisika) disimpan secara analog dengan menggunakan alat Seismograf. Gelombang seismik yang terjadi tergambar sebagai garis gelombang pada seismograf yang nantinya akan dicetak pada gulungan kertas sebagai media penyimpanan data (www.bmkg.go.id). Teknik yang dilakukan dalam penyampaian data gempa juga dilakukan dengan manual. Dengan menggunakan pengumpulan data setelah gempa terjadi di dalam gulungan kertas. Hal ini tidak effisien dikarenakan kurang cepatnya penyampaian data. Melihat beberapa permasalahan yang muncul di atas maka dibuatlah alat yang dapat memecahkan masalah-masalah tersebut. Alat yang akan dibuat adalah sebuah alat pendeteksi gempa yang menghitung nilai percepatan yang dialami oleh suatu titik gempa ataupun sebuah gedung dengan menggunakan accelerometer. Alat ini berfungsi untuk penyimpanan data pergerakan gempa ke dalam media digital dan memungkinkan mengirim data gempa lewat sms ke no telepon yang disimpan.
2. Methodology Ruang lingkup dari penelitian mencakup analisa, perancangan dan implementasi alat
pendeteksi gempabumi kuat yang berbasis AVR ATMEGA1284. Adapun pembahasan yang dilakukan meliputi sebagai berikut : -
Perancangan
-
Implementasi
-
Evaluasi
Gambar 1 – Rancangan Sistem
2.1.
Perancangan AVR ATMEGA1284 memproses nilai yang dihasil accelerometer sebagai
sensor gempabumi dengan menggunakan ADC 10bit internal. GPS dalam alat ini dimanfaatkan untuk mengetahui keakurasian posisi dan waktu terjadi gempa, dan LCD untuk menampilkan nilai hasil yang diproses. Data hasil proses juga dikirimkan dengan menggunakan Global System for Mobile Communocations (GSM) berupa sms ke ponsel tertentu, serta setiap terjadi gempabumi data disimpan di dalam Multimedia Card (MMC). Data yang disimpan pada MMC merupakan file data gempabumi yang berformat *.txt. Format MMC yang digunakan adalah FAT16 dengan ukuran MMC yang digunakan adalah 1 GB.
2.2.
Implementasi Bahasa pemorgraman yang digunakan adalah bahasa C dengan bantuan
software compiler yang digunakan CodeVision versi 2.03.4 dan downloader yang
dipakai adalah STK500. Pendeteksi gempabumi ini akan diletakkan pada titik – titik tertentu untuk diukur nilai intensitas gempabumi terutama pada gedung – gedung bertingkat dan bendungan, serta di sepanjang garis pantai sebuah pulau.
2.3.
Evaluasi Untuk menguji kestabilan alat pendeteksi gempabumi ini, dijalankan beberapa
pengujian yang dimaksudkan untuk mengetahui apakah dapat mengukur dengan tepat dan benar. Pengujian dilakukan pada accelerometer, analog to digital converter, GSM, GPS dan alat secara keseluruhan. Pengujian pertama yaitu pada accelerometer MMA7361, dengan mengukur nilai tegangan pada saat accelerometer dimiringan dari 0 sampai 360derajat dengan kenaikan 45derajat terhadap masing – masing axis. Hasilnya keakurasian accelerometer adalah 75% pada masing – masing axis. Namun untuk mengurangi
Tegangan(Volt)
error tersebut, dilakukan kalibrasi ulang pada program utama. 3.00 2.50 2.00 1.50 1.00 0.50 0.00
Axis X Sudut Kemiringan Axis Y Axis Z
Gambar 2 – hasil pengujian 1 Pengujian kedua yaitu pada ADC, dengan memberi tegangan yang berbeda – beda pada 3 pin ADC pada ATMEGA1284 yang akan digunakan sebagai input
accellerometer lallu menampillkannya ke LCD L dan menganalisanyya dengan peerhitungan. Hasillnya adalah keakurasian k 3 ADC terseebut adalah 73%.
g g ( ) Tegangan(Volt)
Gambar 3 – hasil penguujian ADC00
4.000
2.000
Tegangan Inp put Tegangan ADC1
0.000 1
3
5 7 9 Percobaan
Tegangan Input 11
Gambar 4 – hasil penguujian ADC1
g g ( ) Tegangan(Volt)
4.000 Tegangan Inp put
2.000
Tegangan ADC2 0.000 1
3
5 7 Percobaan 9
Teggangan Input 11
Gambar 5 – hasil penguujian ADC22 Pengujian n ketiga addalah GPS Gstar-216, G d dengan mengambil dataa berulang pada 3 titik yang g ditentukan lalu dibandiingkan dengan batas toleeransi dari GPS. G Hasil a 100% % karena sem mua data masih masuk dalam batass toleransi keakuurasiannya adalah GPS.
Gambar 6 – hasil penggujian GPS n keempat adalah GSM M, dimana pengujian p inni adalah menghitung m Pengujian berappa lama sm ms dikirim dan d diterima oleh ponnsel yang diituju. Provider untuk menggirim dari alaat digunakann Indosat IM M3, sedangkaan yang dituuju esia, flexxi, mentari, as, siimpati, xl yang y diuji pada pagi, siiang, dan malam m hari. Hasil dari perngujian p adalaah rata – raata 16 – 20 detik dan yang memilliki waktu paling p singkkat adalah mentari.
Pengujian kelima adalah pengujian sistem secara keseluruhan, dengan membandingkan hasil alat pendektsi ini dengan alat yang ada pada BMKG. Hasil pengujian ini adalah memiliki keakurasian 95%.
Data Pengujian Intensitas 9 8
Intensitas
7 6 5 4
data alat pabrik
3
data alat penulis
2 1 0 1
3
5
7
9
11 13 15 17 19
Percobaan
Gambar 7 – hasil pengujian sistem keseluruhan
3. Kesimpulan Berdasarkan pada hasil analisis yang dilakukan pada pengambilan data alat penulis dengan alat buat pabrikan yang memiliki fungsi sebagai intensitimeter, maka diambil kesimpulan sebagai berikut: 1. Biaya yang dikeluarkan oleh pemerintah guna belanja alat sebagai intensitimeter yang dipesan dari negeri China dapat berkurang sebanyak Rp 70 juta/ alat. 2. Tingkat keakurasian ADC yang digunakan adalah 72, 72%. 3. Sensor yang digunakan untuk pengukuran intensitas adalah accelerometer dengan tingkat error rata-rata 25%. 4. Rata-rata waktu yang digunakan alat intensitimeter mengirim sms adalah 16 – 20 detik. 5. Untuk pengukuran alat intensimeter, keakurasian alat mencapai 95% dengan satuan cms-2 diubah ke intensitas MMI.
Daftar Pustaka [1] Romanchik, Dan.
"n-d". “Seven tips for making better accelerometer measurements”.
Diperoleh (diakses tanggal 10-13-2011) dari http://www.tmworld.com/article/323656Seven_tips_for_making_better_accelerometer_measurements.php [2] Anonim.
2010. Tilt
measurement
using a
low-g
3-axis
accelerometer.
Tesis.
STMicroelectronics. Doc ID 17289 Rev 1. [3] Anonim. "n-d". “Skala MMI (Modified Mercally Intensity)”. diperoleh (diakses tanggal 1007-2011) dari http:// bmkg.go.id/mmi.php [4] Goldman, Ron. 2010. Using the SPOT Accelerometer. Application Note. Sun Oracle. [5] Starlino. "n-d". “A Guide To Using IMU (Accelerometer and Gyroscope Devices) In Embedded
Applications.
Diperoleh
(diakses
tanggal
10-13-2011)
http://www.starlino.com/imu_guide.html [6] Axelson, J. (2006). USB Mass Storage: Designing and Programming Devices and Embedded Hosts. Lakeview Research LCC, Madison. [7] Kingsley-Hughes, K. (2005). Hacking GPS. Wiley Publishing, Inc., Indiana [8] Yohannes Surya, LCD Gimana sih Kerjanya, www.yohannessurya.com [9] Anonim. "n-d". "SMS Tutorial: Introduction to SMS Messaging". diakses dari www.developer.com [10] Barrnet, Richard. (2003). Embedded C Programming and the Atmel AVR. 1st edition.Delmar learning. ISBN 1401812066.hal [11] Anonim. "n-d". "Mobile technologies GSM". diakses dari www.etsi.org
