Model Sistem Peringatan Dini Berbasis Ketinggian Air Menggunakan Mikrokontroler ATMega328 Nida Chaula Fauzia, Prof. Dr. Ing Soewarto Hardhienata, M. Iqbal Suriansyah, M.Kom Email :
[email protected] Program Studi Ilmu Komputer FMIPA Universitas Pakuan
ABSTRAK Banjir adalah luapan air sungai yang tidak dapat menampung debit air hujan yang masuk ke dalam aliran air sungai. Menurut BPBD Jakarta berulangnya kejadian banjir per lima tahun menyebabkan banyak kalangan mempercayai siklus lima tahunan. Banjir yang melanda di wilayah JABODETABEK (Jakarta, Bogor, Depok, Tanggerang dan Bekasi) menyebabkan kerugian dan kerusakan baik milik pemerintah, aset dunia dan aset masyarakat. Oleh karena itu diperlukan suata alat atau sistem peringatan dini yang dapat membaca salah satu tanda datangnya banjir. Pada penelitian ini akan dibuat sistem berupa Model Sistem Peringatan Dini berbasis Ketinggian Air Menggunakan Mikrokontroler ATMega328. Kelebihan dari sistem peringatan dini ini dengan sistem sebelumnya, status ketinggian air dapat dipantau secara langsung dan real time. Sistem peringatan dini ini menggunakan dua sensor untuk mengukur tinggi permukaan air menggunakan sensor ultrasonik dan sensor pendukung untuk mengukur kedalaman air menggunakan sensor infrared sharp yang diolah kemudian menghasilkan output berupa ketinggian air, selanjutnya data yang didapat dari sensor dikirimkan oleh bluetooth ke smartphone android dan ditampilkan pada aplikasi ENS (Emergency Notification System) bertujuan untuk memberikan informasi darurat atau informasi ketinggian air sedini mungkin dalam bentuk bar graph, kelebihan lainnya informasi yang ada pada smartphone android akan terintegrasi dengan socialmedia (twitter) dimana nantinya aplikasi android akan secara otomatis mengupdate status berupa informasi status ketinggian air pada tiap-tiap level air berada diketinggian tertentu. Selain meminimalisasi tingkat kerugian bencana banjir, sistem ini dapat meningkatkan kewaspadaan masyarakat terhadap bencana banjir dengan memantau ketinggian air secara realtime dan dapat membuka pandangan masyarakat mengenai pentingnya sebuah teknologi yang tidak hanya dapat digunakan sebagai alat komunikasi telepon dan sms saja.
Kata Kunci : Sistem Peringatan Dini, Aplikasi ENS, Twitter, Mikrokontroler ATMega328
1.
Pendahuluan Peningkatan intensitas curah hujan yang berlebihan akan menimbulkan sebuah fenomena alam seperti bencana banjir. Banjir adalah peristiwa yang terjadi ketika aliran sungai merendam daratan. Banjir kerap terjadi setiap tahunnya, Salah satu penyebab terjadinya banjir adalah
luapan air sungai yang tidak dapat menampung debit air hujan yang masuk ke dalam aliran air sungai. Menurut BPBD Jakarta berulangnya kejadian banjir /lima tahun menyebabkan banyak kalangan mempercayai siklus lima tahunan. Banjir yang melanda di wilayah 1
JABODETABEK (Jakarta, Bogor, Depok, Tanggerang dan Bekasi) menyebabkan kerugian dan kerusakan baik milik pemerintah, aset dunia dan aset masyarakat. Oleh karena itu diperlukan suata alat atau sistem peringatan dini yang dapat membaca salah satu tanda datangnya banjir. Dalam rangka upaya mengurangi dampak yang berlebihan dari bencana banjir maka perlu adanya sebuah sistem pendeteksi dini untuk meminimalisasi tingkat kerugian yang sering disebabkan oleh bencana banjir. Pada penelitian ini akan dibuat sistem berupa "model sistem peringatan dini berbasis ketinggian air menggunakan mikrokontroler atmega328”. Kelebihan dari sistem peringatan dini ini dengan sistem sebelumnya, status ketinggian air dapat dipantau secara langsung dan real time. Sistem peringatan dini ini menggunakan dua sensor untuk mengukur tinggi permukaan air menggunakan sensor ultrasonik dan sensor pendukung untuk mengukur kedalaman air menggunakan sensor infrared sharp yang diolah kemudian menghasilkan output berupa ketinggian air, selanjutnya data yang didapat dari sensor dikirimkan oleh bluetooth ke smartphone android bertujuan untuk memberikan informasi darurat atau informasi ketinggian air sedini mungkin dalam bentuk bar graph, kelebihan lainnya informasi yang ada pada smartphone android akan terintegrasi dengan social media (twitter) dimana nantinya aplikasi android akan secara otomatis mengupdate status berupa informasi status ketinggian air pada tiap-tiap level air berada diketinggian tertentu. Selain meminimalisasi tingkat kerugian bencana banjir, sistem ini dapat meningkatkan kewaspadaan masyarakat terhadap bencana banjir dengan memantau ketinggian air secara realtime dan dapat membuka pandangan masyarakat mengenai pentingnya sebuah teknologi
yang tidak hanya dapat digunakan sebagai alat komunikasi telepon dan sms saja. Dari identifikasi permasalahan diatas maka penulis memiliki maksud dan tujuan , sebagai berikut : 1. Membuat model sistem peringatan dini berbasis ketinggian air menggunakan mikrokontroler ATMega328. 2. Membuat aplikasi yang digunakan untuk memberikan informasi ketinggian air disebut dengan aplikasi emergency notification system berbasis android. Untuk lebih terarah, perlu kiranya dibuat batasan masalah. Adapun ruang lingkup penelitian ini meliputi pembuatan model sistem peringatan dini berbasis ketinggian air menggunakan sensor ultrasonik dan sensor infrared sharp yang digunakan untuk mengukur ketinggian air, pembuatan aplikasi emergency notification system (ENS) berbasis android, bluetooth HC-05 pada sistem peringatan dini digunakan untuk transfer data ketinggian air yang didapat dari sensor. bluetooth HC hanya dapat pairing dengan satu smartphone. Fitur-fitur yang diberikan oleh smartphone android yaitu berupa informasi ketinggian air disetiap level ketinggian air berada pada ketinggian tertentu dalam bentuk bar graph, informasi yang ditampilkan pada smartphone android berupa ketinggian berupa siaga banjir yaitu siaga 1 (bencana), Siaga 2 (Kritis), Siaga 3 (Waspada) dan siaga 4 (Normal). Selain itu, smartphone android akan mengupdate status ketinggian air ke socialmedia (twitter) secara otomatis. Akan tetapi twitter tidak bisa mengulang status yang sama dalam waktu 1x24 jam sehingga status ketinggian air pada level tertentu hanya bisa diupdate satu kali dalam sehari. Model
2
Model adalah pola (contoh, acuan, ragam) dari sesuatu yang akan dibuat atau dihasilkan (Departemen P dan K, 1984:75). Definisi lain dari model adalah abstraksi dari sistem sebenarnya, dalam gambaran yang lebih sederhana serta mempunyai tingkat prosentase yang bersifat menyeluruh, atau model adalah abstraksi dari realitas dengan hanya memusatkan perhatian pada beberapa sifat dari kehidupan sebenarnya. (Simamarta, 1983: ix–xii dalam Abd. Wahid Chairullah, 2004)
menyerupai komputer. (Fadjar E. Rasjid, 2014). Android Android merupakan sistem operasi dari smartphone yang tengah berkembang dengan pesat saat ini. Android merupakan tumpukan software yang terdiri dari tiga bagian, yaitu operating system, middleware dan key application. ( Arief Nanda S, 2013) Sensor Ultrasonik Sensor Ultrasonik adalah sensor yang bekerja dengan mengirimkan gelombang tertentu dan kemudian menghitung waktu ketika diterima kembali oleh sensor. (Riny Sulistyowati, 2015)
Banjir Banjir merupakan peristiwa terbenamnya daratan karenavolume air yang meningkat. Banjir dapat terjadi karena peluapan air yang berlebihan di suatu tempat akibat hujan besar, peluapan air sungai, atau pecahnya bendungan sungai. (Gigih Prio Nugroho, 2013)
Sensor Infrared Sharp Sensor Infrared Sharp merupakan sensor jarak yang di produksi oleh Sharp dan digunakan untuk pengukuran jarak akurat. Sensor ini memberikan kinerja yang jauh lebih baik daripada alternatif IR lainnya. Sensor ini memiliki 3pin, Voltage, Ground, Signal. (geraicerdas,2014)
Emergency Notification System Emergency Notification System adalah sebuah aplikasi yang dibuat menggunakan bahasa pemrograman yang bertujuan untuk memberikan peringatan bencana atau informasi keadaan darurat dan evakuasi sedini mungkin. Emergency Notification System sendiri seringkali di terapkan pada ponsel cerdas (Smartphone) Android yang diinstal dan dijadikan aplikasi pendeteksi becanda atau peringatan keadaan darurat. (Amit Gosavi, 2014)
Mikrokontroler Mikrokontroler adalah sebuah sistem komputer fungsional dalam sebuah chip. Di dalamnya terkandung sebuah inti prosesor, memori dan perlengkapan inputoutput. (M. Syahwil, 2013) . Arduino Arduino merupakan sebuah mikrokontroler single-board yang bersifat open-source. Arduino dirancang sedemikian rupa sehingga memudahkan para penggunanya di bidang elektronika. (Gigih Prio Nugroho, 2013)
Tinggi Muka Air Tinggi muka air (stage height, gauge height) sungai adalah elevasi permukaan air (water level) pada suatu penampang melintang sungai terhadap suatu titik tetap yang elevasinya telah diketahui. (BPBD, 2013) Smartphone Smartphone merupakan telepon genggam yang mempunyai kemampuan dengan pengunaan dan fungsi yang
Arduino IDE IDE Arduino adalah software yang sangat canggih ditulis dengan menggunakan Java. IDE Arduino terdiri dari: 3
ditunjukan pada gambar :
Editor program, sebuah window yang memungkinkan pengguna menulis dan mengedit program dalam bahasa Processing. (Fery Djuandi, 2011) Compiler, sebuah modul yang mengubah kode program (bahasa Processing) menjadi kode biner. Bagaimanapun sebuah microcontroller tidak akan bisa memahami bahasa Processing. Yang bisa dipahami oleh microcontroller adalah kode biner. Itulah sebabnya compiler diperlukan dalam hal ini. (Fery Djuandi, 2011) Uploader, sebuah modul yang memuat kode biner dari komputer ke dalam memory di dalam papan Arduino.(Fery Djuandi, 2011)
Gambar 1. Tahapan Perencanaan Kinerja Sistem
Pada tahapan perencanaan kinerja sistem dijelaskan bahwa sistem peringatan dini berbasis ketinggian air ini terintegrasi dengan socialmedia (twitter) yang nantinya digunakan untuk menginformasikan level ketinggian air atau status ketinggian air seperti “ketinggian air berada pada sungai berada dikondisi siaga 1 atau “bencana” dan melakukan pengulangan sesuai dengan pembacaan sensor atau secara realtime. Alur Sistem Sistem peringatan dini ini menggunakan mikrokontroler Arduino UNO yang saling berkomunikasi dengan komunikasi serial melalui modul bluetooth HC-05. Input sistem berupa ultrasonik yang berfungsi sebagai pengukur tinggi permukaan air dan Infrared sharp yang berfungsi sebagai pengukur kedalaman air. Aplikasi android digunakan untuk menginstal aplikasi Emergency Notification System yang terintegrasi dengan social media (twitter) mengupdate status ketiggian air, social media (twitter) digunakan sebagai informasi keadaan darurat lanjutan yang diberikan oleh aplikasi android.
Modul Bluetooth Modul Bluetooth HC-05 merupakan module komunikasi nirkabel pada frekuensi 2.4GHz dengan pilihan koneksi bisa sebagai slave, ataupun sebagai master. (geraicerdas,2014) 3.
Metode Penelitian ini dilaksanakan mulai bulan maret 2016 hingga mei 2016. Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium Workshop Program Studi Ilmu Komputer FMIPA Universitas Pakuan Bogor. Bahan Penelitian : 1. Arduino UNO R3 ATMega328 2. Sensor Ultrasonik SR-04 3. Sensor Infrared Sharp 4. Modul Bluetooth HC-05 5. Penampung Air (Container Box) 6. Acrylic 7. Kabel Jumper dan Konektor 8. Baterai Ni Cd
Ga mb
Tahapan Perencanaan Kinerja Sistem Tahapan perencanaan alur kinerja sistem yang akan dibuat seperti yang
ar 2. Sketsa Alur Sistem
Prinsip Kerja Sistem Sistem ini memiliki prinsip kerja dengan menggunakan dua sensor sebagai pengukur ketinggian air, masing-masing 4
sensor memiliki fungsi yang berbeda-beda, sensor ultrasonik digunakan untuk mengukur tinggi permukaan air dan sensor infrared sharp digunakan untuk mengukur kedalaman air. Hasil pengukuran dari sensor nantinya akan dikirimkan oleh mikrokontoler menggunakan modul bluetooth ke smartphone. Modul bluetooth pada sistem ini akan pairing secara otomatis dengan aplikasi emergency notification system yang ada ada smartphone apabila aplikasi digunakan. Aplikasi ENS akan menunjukan data ketinggian air berupa bar graph sesuai dengan apa yang dibaca oleh sensor, aplikasi android deteksi banjir terintegrasi dengan social media (twitter) nantinya secara otomatis akan mengupdate status ketinggian air ketika air dalam status “siaga 3=waspada” hingga “Siaga 1=bencana”.
Gambar 3. Penerapan perhitungan DTD (Digital to Distance)
Perancangan Mekanis Penempatan komponen pada perancangan mekanis model sistem peringatan dini berbasis ketinggian air secara umum ditunjukan pada gambar : Gambar 4. Desain Sistem Mekanik Model Sistem
Desain Elektrik Dalam desain sistem elektrik terdapat beberapa hal yang harus diperhatikan, antara lain : 1. Sumber catu daya Catu daya yang akan digunakan pada rangkaian sistem peringatan dini berbasis ketinggian air ini menggunakan dua sumber catu daya, seperti berikut : a. Sumber catu daya sebesar 9,7 VDC (baterai NiCd), digunakan pada model sistem peringatan dini berbasis ketinggian air, dimana modul mikrokontroler sistem peringatan dini berbasis ketinggian air bekerja pada arus 6 VDC selanjutnya sumber catu daya akan menyuplai arus ke masing-masing komponen. Tegangan yang masuk ke sensor ultrasonik dan sensor infrared sharp masing-masing. 2. Mikrokontroler Mikrokontroler yang akan digunakan dalam penelitian ini, menggunakan modul mikrokontroler Arduino UNO R3, seperti berikut :
Penerapan Perhitungan Pada Sistem Dalam membuat model sistem peringatan dini berbasis ketinggian air ini menggunakan perhitungan DTD (Digital To Distance) sebagai berikut : 1. Penerapan Perhitungan DTD (Digital To Distance) Sensor yang digunakan sebagai input adalah sensor ultrasonik SR-04 yang diimplementasikan pada sistem deteksi banjir dengan output berupa besaran bunyi atau suara sehingga data yang di keluarkan oleh sensor ultrasonik harus melalui proses konversi sebelum data diproses oleh mikrokontroler, besaran bunyi yang diperoleh ultrasonik akan di konversi menggunakan perhitungan DTD (Digital to Distance) untuk memperoleh besaran jarak berupa cm (senti meter). Penerapan perhitungan DTD (Digital to Distance) pada sistem deteksi banjir ditunjukan pada gambar.
5
a.
Gambar 7. Flowchart Sistem
Arduino UNO R3 IC mikrokontroler ATMega328 untuk model sistem peringatan dini berbasis ketinggian air
3.
Hasil Pembahasan Bagian utama pada model sistem peringatan dini berbasis ketinggian air terdapat dua sensor yaitu ultrasonik dan infrared sharp yang terintegrasi dengan smartphone android yang berfungsi sebagai komponen untuk mengukur
Gambar 5. Diagram Blok Model Sistem
Perancangan Skematik Rangkaian Perancangan skematik rangkaian dibuat untuk menunjukan rangkaian yang terhubung pada komponen sistem peringatan dini berbasis ketinggian air mengacu pada penempatan port yang terkoneksi pada setiap bagian dari sistem, skematik rangkaian dibuat menggunakan perangkat lunak Fritzing, seperti yang ditunjukan pada gambar :
ketinggian air. Gambar 8. Bagian Utama Sistem Peringatan Dini
Pada bagian kontrol sistem terdapat catu daya, modul mikrokontroler Arduino UNO R3 sebagai pengendali sistem, sensor ultrasonik dan sensor infrared sharp sebagai pengolah data input dan modul bluetooth sebagai komponen untuk mentransfer data output berupa informasi situasi darurat (ENS) yang dapat dilihat pada aplikasi android sistem peringatan dini.
Ga mba r 6. Ske mati k Ran gkai an Sistem
Desain Perangkat Lunak Pembuatan perangkat lunak pada sistem digunakan sebagai aplikasi informasi keadaan darurat (ENS) . Berikut flowchart dari desain software pada mikrokontroler dan desain software pada aplikasi yang ditunjukan pada gambar : Gambar 9. Bagian Kontrol Sistem Peringatan Dini
Aplikasi sistem peringatan dini atau aplikasi emergency notification system berfungsi untuk memberikan informasi mengenai situasi keadaan darurat ke dalam bentuk bar graph. Sistem peringatan dini terintegrasi dengan mikrokontroler sehinga pada saat level air berada pada ketinggian tertentu mikrokontroler akan mengirimkan data melalui bluetooth ke smartphone android . aplikasi ENS ini terintegrasi juga 6
dengan social media (twitter) bertujuan untuk meneruskan informasi situasi keadaan darurat agar informasi tidak hanya bisa diakses oleh pengguna aplikasi android .
Dari pengujian tersebut tegangan input 5V berasal dari daya slot USB dan 9V berasal dari baterai. Output dari Arduino UNO mengeluarkan daya sebesar 4,5V dimana komponen elektronik seperti modul bluetooth dan sensor ultrasonik dan sensor infrared sharp dapat bekerja dengan daya 3V sampai 5V, output tegangan yang dikeluarkan Arduino UNO dikonversi oleh IC regulator untuk menyesuaikan tegangan yang dibutuhkan oleh komponen elektronik. Uji Coba Validasi Sensor Infrared Sharp Uji coba validasi komponen Infrared Sharp di uji dengan beberapa kriteria air dan seberapa cepat transfer data yang dikirimkan oleh bluetooth apabila air yang terdeteksi oleh sensor berbeda-beda jenisnya. Berikut tabel pengujian Sensor Infrared Sharp :
Gambar 10. Aplikasi Emergency Notification System (ENS)
Uji coba struktural dilakukan untuk menguji apakah rangkaian sistem yang dibangun sudah sesuai berdasarkan jalurjalur pada konsep sistem yang direncanakan. Pada tahap ini dilakukan pengujian yang bertujuan untuk mengetahui apakah modul-modul elektronik sudah terhubung dengan benar sehingga sistem dapat berjalan berfungsi dengan baik dan memiliki performa serta fungsi yang sesuai dengan rancangan.
Tabel 3. Uji Coba Validasi Sensor Infrared Sharp
Pada uji coba validasi komponen Infrared Sharp , ditemukan pengujian tidak valid pada saat pengujian menggunakan air kopi. Ini disebabkan karena air kopi memiliki ampas sehingga sensor tidak membaca hingga ke dasar air sesuai dengan source code yang sudah di setting pada mikrokontroler.
Tabel 1. Pengujian Struktural
Pada pengujian Arduino UNO R3 dilakukan dengan cara memberikan tegangan 5V dan 9V.
Uji Coba Validasi Sensor Ultrasonik Uji coba validasi komponen ultrasonik di uji dengan beberapa ketinggian air yang telah disetting sebelumnya sesuai dengan kapasitas box yang digunakan dan kesesuaian status ketinggian air yang terdapat pada aplikasi ENS . Berikut tabel pengujian Sensor Ultrasonik :
Tabel 2. Pengujian Arduino Uno
7
Tabel 4. Uji Coba Validasi Sensor Ultrasonik
informasi lanjutan dalam bentuk tweets (Status). Jarak jangkauan koneksi modul bluetooth dan smartphone android dapat dicapai tanpa penghalang yaitu maksimal 12 meter dengan waktu respon 4,0 detik. Pada saat terhalang oleh dinding jarak maksimal 12 meter dengan waktu respon 12 detik. Model sistem peringatan dini berbasis ketinggian air menggunakan mikrokontroler ATMega328 ini masih bias dikembangkan agar sistem memiliki nilai fungsional yang kompleks. Beberapa saran yang dapat dikembangkan antara lain penggunaan sensor yang lebih peka lagi seperti sensor ultrasonik PING Parallax, transfer data berbasis internet, dan pembuatan aplikasi ENS yang lebih responsif dan dinamis lagi.
Uji Coba Validasi Aplikasi ENS Uji coba dilakukan dengan menguji kecocokan sistem yang telah dibuat dengan menentukan nilai validasi pada masing-masing blok screen yang bertujuan untuk mendapatkan hasil yang sesuai dengan konsep. Tabel 5. Uji Coba Validasi Aplikasi ENS
DAFTAR PUSTAKA A,R. 2012. Using SR-04 (http//instructables.com 1 April 2016). Chairullah Wahid. A, 2004. Pengembangan Model Penilaian Kinerja Pegawai Negeri Sipil Pada Kantor Badan Perencanaan Pembangunan Daerah Dan Dinas Di Lingkup Pertanian Kabupaten Sampang. Program Pascasarjana. Universitas Airlangga, Surabaya. Djuandi, F. 2011. Pengenalan Arduino. ELearn www.tobuku.com Geraicerdas. 2014. Datasheet Modul Bluetooth HC-05 .Tanggerang. Geraicerdas. 2014. Datasheet Sensor Jarak Sharp .Tanggerang.
Kesimpulan Kesimpulan dari penelitian ini, model sistem peringatan dini berbasis ketinggian air menggunakan sensor infrared sharp untuk mengukur kedalam air dan sensor ultrasonik mengukur tinggi permukaan air selanjutnya data diolah di mikrokontroler dan menghasilkan nilai berupa ketinggian air. Data dikirimkan oleh bluetooth HC-05 ke smartphone android dan ditampilkan pada aplikasi android, aplikasi pada android diterapkan sebuah emergency notification system atau alarm bencana yang memberikan informasi kondisi air pada ketinggian air tertentu dalam bentuk bar graph. Informasi yang muncul pada bar graph diteruskan ke social media (twitter) yang telah ter authorise sebagai
Gosavi, A. 2014. Disaster Alert and Notification SystemVia Android Mobile Phone by Using Google Map. Department of Computer Science & Engineering. Maharashtra Institute of Technology (MIT), India.
Http://www.bpbd.jakarta.go.id, Tinggi Muka Air (14 maret 2016) I Khisan, K L. 2013. Konsep Rancangan Pendeteksi Banjir Jarak Jauh Memanfaatkan Fasilitas Pesan Singkat (Sms). Jurusan Teknik Elektro 8
Fakultas Teknik. Universitas Diponegoro, Semarang. Nanda Arief, S. 2014. Rancang Bangun Aplikasi Pengamanan Kendaraan Dengan Notifikasi Berbasis Android. Fakultas Teknologi Informasi. Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya. Nugroho Prio, G. 2013. Sistem Pendeteksi Dini Banjir Menggunakan Sensor Kecepatan Air dan Sensor Ketinggian Air pada Mikrokontroler Arduino. Fakultas Teknologi Informasi. Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya. Rasjid Efendy, F. 2014. Sistem Operasi Pada Smatphone. Univeritas Surabaya. Surabaya. Shaywil, M. 2013. Panduan Mudah Simulasi & Praktek Mikrokontroler Arduino. Yogyakarta Siagian, K. 2013. Prototype Alat Pendeteksi Ketinggian Air Sungai Menggunakan Mikrokontroler Atmega328. FMIPA-Ilmu Komputer. Universitas Pakuan, Bogor. Sulistyowati, R. 2015. Sistem Pendeteksi Banjir Berbasis Sensor Ultrasonik Dan Mikrokontroler Dengan Media Komunikasi Sms Gate Way . Fakultas Teknologi Industri. Institut Teknologi Adhi Tama, Surabaya.
9
