1
PENDAHULUAN Latar Belakang Peranan air dalam kehidupan sangat besar. Mekanisme kompleks kehidupan tidak mungkin berfungsi tanpa kehadiran cairan yang berupa air. Bagian besar bumi dan makhluk hidup juga terdiri atas air. Air yang berasal dari hujan merupakan fenomena alam yang paling penting bagi terjadinya kehidupan di bumi, karena tanpa adanya air hujan, maka siklus hidrologi berubah dan keseimbangan bumi akan terganggu.1,2 Disisi lain adanya perubahan iklim secara global mengakibatkan perubahan musim yang cukup signifikan baik secara lokal maupun regional. Faktor curah hujan yang tinggi merupakan salah satu faktor utama penyebab banjir pada saat musim penghujan. Wilayah Indonesia merupakan daerah tropis yang mempunyai curah hujan sangat tinggi. Curah hujan yang tinggi, lereng yang curam di daerah hulu disertai dengan perubahan ekosistem dari tanaman tahunan atau tanaman keras berakar dalam ke tanaman semusim berakar dangkal mengakibatkan berkurangnya air yang disimpan dalam tanah, memperbesar aliran permukaan serta menyebabkan terjadinya tanah longsor. Curah hujan yang tinggi dalam kurun waktu yang singkat dan tidak dapat diserap tanah akan dilepas sebagai aliran permukaaan yang akhirnya menimbulkan banjir.1,3 Dari uraian di atas, kita mengetahui bahwa manfaat air hujan sangatlah penting bagi kehidupan. Namun, di lain pihak curah hujan yang sangat tinggi mengakibatkan suatu wilayah berpotensi terkena banjir. Untuk itu perlu dibuat sebuah alat pengukur curah hujan otomatis dan tercatat dalam sebuah database sehingga data curah hujan yang dihasilkan dapat dimanfaatkan secara optimal, sebagai contoh pemetaan daerah rawan banjir untuk mengurangi kerugian akibat banjir.3,4 Curah hujan dapat diukur dengan alat penakar curah hujan otomatis atau
manual. Alat-alat penakar hujan tersebut harus diletakkan pada daerah yang masih alamiah, sehingga curah hujan yang terukur dapat mewakili wilayah yang luas. Penghitungan curah hujan dari suatu alat penakar hujan dihitung dari volume air hujan dibagi dengan luas mulut penakar.4 Dengan menggunakan penakar hujan yang bekerja secara manual, maka pengambilan data juga dilakukan secara manual. Data yang diperoleh merupakan kumpulan curah hujan selama selang waktu tertentu dan dilakukan secara terus menerus. Ini menyebabkan tidak diketahui jam berapa terjadinya hujan pada suatu hari karena data yang didapat merupakan data rata-rata. Solusi dari masalah ini adalah pembuatan alat pengukur curah hujan dengan mengunakan microcontroller yang secara otomatis dapat menghitung dan menyimpan data curah hujan, sehingga dapat diketahui kapan waktu turunnya hujan dan kapan saat tidak ada hujan dari data yang tersimpan.4 Tujuan Penelitian 1.
2.
3.
Tujuan penelitian ini adalah : Membuat prototype logger penakar curah hujan yang dapat bekerja secara otomatis dan menyimpan data secara real time untuk menghitung curah hujan dan dapat bekerja secara mandiri. Melakukan komunikasi dengan komputer untuk proses pengaturan alat serta proses download data dari memori logger. Mempermudah pengolahan data curah hujan.
TINJAUAN PUSTAKA Curah Hujan Hujan adalah kebasahan yang jatuh ke bumi dalam bentuk cair. Butirbutir hujan mempunyai garis tengah 0,08 6 mm. Hujan terdapat dalam beberapa
2
macam yaitu hujan halus, hujan rintikrintik dan hujan lebat. Perbedaan terutama pada besarnya butir-butir. Hujan lebat biasanya turun sebentar saja jatuh dari awan cumulonimbus. Hujan semacam ini mempunyai intensitas yang besar.5 Salah satu tipe pengukur hujan manual yang paling banyak dipakai adalah tipe observatorium (obs) atau sering disebut ombrometer. Curah hujan dari pengukuran alat ini dihitung dari volume air hujan dibagi dengan luas mulut penakar. Alat tipe observatorium ini merupakan alat baku dengan mulut penakar seluas 100 cm2 dan dipasang dengan ketinggian mulut penakar 1,2 meter dari permukaan tanah.6 Alat pengukur hujan otomatis biasanya memakai prinsip pelampung, timbangan atau jungkitan. Keuntungan menggunakan alat ukur otomatis ini antara lain seperti, waktu terjadinya hujan dapat diketahui, intensitas setiap terjadinya hujan dapat dihitung, pada beberapa tipe alat, pengukuran tidak harus dilakukan tiap hari karena periode pencatatannya lebih dari sehari, dan beberapa keuntungan lain.7 Tinggi curah hujan diasumsikan sama di sekitar tempat penakaran, luasan yang tercakup oleh sebuah penakar hujan bergantung pada homogenitas daerahnya maupun kondisi cuaca lainnya. Penakar hujan dibagi dalam dua golongan yaitu tipe manual dan tipe otomatis. Bila yang diinginkan hanya jumlah hujan harian, maka dipakai tipe manual. Informasi lebih banyak diperoleh dari alat otomatis. Alat yang dipakai yang ada di lapangan. Makin canggih suatu alat makin banyak ketrampilan dan kemampuannya.8 Jenis-jenis hujan berdasarkan besarnya curah hujan menurut BMKG9 dibagi manjadi tiga, yaitu : 1. Hujan sedang, 20 - 50 mm per hari. 2. Hujan lebat, 50-100 mm per hari. 3. Hujan sangat lebat, di atas 100 mm per hari. Curah hujan dibatasi sebagai tinggi air hujan yang diterima di permukaan sebelum mengalami aliran permukaan, evaporasi dan peresapan ke
dalam tanah. Data hujan mempunyai variasi yang sangat besar dibandingkan unsur iklim lainnya, baik variasi menurut tempat maupun waktu. Data hujan biasanya disimpan dalam satu hari dan berkelanjutan.10 Dengan mengetahui data curah hujan kita dapat melakukan pengamatan di suatu daerah untuk pengembangan dalam bidang pertanian dan perkebunan. Selain itu dapat juga digunakan untuk mengetahui potensi suatu daerah terhadap bencana alam yang disebabkan oleh faktor hujan.1,3,11 Pengertian Penakar hujan Penakar hujan adalah instrumen yang digunakan untuk mendapatkan dan mengukur jumlah curah hujan pada satuan waktu tertentu. Panakar hujan mengukur tinggi hujan seolah-olah air hujan yang jatuh ke tanah menumpuk ke atas merupakan kolom air. Air yang tertampung volumenya dibagi dengan luas corong penampung, hasilnya adalah tinggi atau tebal, satuan yang dipakai adalah milimeter (mm).12 Tipping Bucket Sensor Sensor yang dipakai untuk mengukur besarnya curah hujan adalah rain gauge. Jenis rain gauge bermacammacam, ada sekitar 50 jenis rain gauge yang memenuhi standard internasional. Salah satunya adalah jenis tipping bucket. Tipping bucket sensor bekerja dengan cara menghitung pulsa persatuan waktu yang ditentukan dari banyaknya air yang masuk ke dalam corong sensor tersebut. Sehingga dari pulsa-pulsa tersebut dapat diketahui besarnya curah hujan persatuan luas persatuan waktu. Air hujan ditampung ke dalam bejana yang berjungkit. Bila air mengisi bejana penampung yang setara dengan tinggi hujan 0,2 mm atau sesuai dengan spesifikasi sensor akan berjungkit dan air dikeluarkan. Terdapat dua buah bejana yang saling bergantian menampung air hujan. Tiap gerakan bejana berjungkit secara mekanis tercatat pada pias atau
3
menggerakkan counter (penghitung). Jumlah hitungan dikalikan dengan 0,2 mm atau sesuai dengan spesifikasi sensor merupakan tinggi hujan yang terjadi. Tipping bucket tidaklah seteliti instrumen standar lainnya, dikarenakan hujan dapat saja berhenti sebelum bejana berjungkit karena curah hujan belum mencapai nilai 0.2 mm. sehingga nilai curah hujan di bawah 0,2 mm tidak tercatat. Ketika bejana berjungkit, akan menggerakkan saklar (seperti reed switch) yang kemudian direkam secara elektronik. Cara kerja alat penakar hujan ditunjukkan pada Gambar 1.12 Keuntungan dari alat pengukur hujan tipe tipping bucket adalah karakter dari hujan (ringan, sedang atau berat) dapat dengan mudah diperoleh. Karakter hujan ditentukan oleh jumlah hujan yang turun dalam beberapa waktu (biasanya 1 jam) serta dengan menghitung jumlah jungkitan dalam jangka waktu 10 menit pengamat dapat menentukan karakter dari hujan. Contoh penakar hujan jenis tipping bucket yang terpasang di lapangan ditunjukkan pada Gambar 2.14
Gambar 1. Cara kerja penakar hujan jenis Tipping Bucket.13
Gambar 2. Penakar hujan jenis Tipping Bucket. (Difoto dengan kamera digital 9Mega Pixel atau MP)
Kalibrasi Sensor Kalibrasi pada tipping bucket sensor dilakukan dengan cara mengatur keseimbangan jungkitan dengan merubah ketinggian baut penahan jungkitan tersebut. Untuk mendapatkan volume yang tertampung dalam curah hujan diperoleh dari luas penampang corong pada tipping bucket dikalikan dengan tinggi curah hujan yang diinginkan. Misalnya diameter corong tabung 20 cm dan ketinggian curah hujan yang diinginkan 0.2 mm maka untuk mendapatkan volume pada setiap jungkitan dihitung dengan cara :
3.14 6.28
0.2 10
0.02
Microcontroller ATmega8 ATmega8 adalah low power microcontroller 8 bit dengan arsitektur Reduced Instruction Set Computing (RISC). Microcontroller ini dapat mengeksekusi perintah dalam satu periode clock untuk setiap instruksi. Microcontroller ini diproduksi oleh atmel dari seri AVR. Penggunaan ATmega8 dikarenakan harganya yang murah dan mempunyai fasilitas yang sangat memadai untuk mengembangkan berbagai aplikasi. Selain itu, dalam perancangan alat ini tidak dibutuhkan banyak port untuk program I/0. Beberapa fitur dari ATmega8 adalah sebagai berikut15 : • • • • • • • • • •
8 Kbyte Flash Program 512 Kbyte EEPROM 1 Kbyte SRAM 2 timer 8 bit dan 1 timer 16 bit Analog to Digital Converter USART Analog Comparator Two wire interface (I2C) 23 programmable I/O Package 28 PDIP
4
Susunnan pin dann tampilan ffisik microcontrolller ATmegaa8 ditunjukkkan m p pada Gambarr 3. R Time Cllock DS1307 Real Agar pencatatan data d hujan ppada memory cardd teridentifikaasi dengan bbaik m p pada setiap pencatatan p diiperlukan waaktu l lokal pencataatan. Waktu lokal l pencataatan d diproses menggunakan m IC keluaaran D DALLAS D DS1307 denggan komunikkasi p pengantarmuk kaan komunnikasi 2 kaabel ( (I2C). Keluarran IC ini berrupa data tangggal d waktu yang dan y sesuai dengan d kalennder m masehi deng gan tidak bergantung ppada p pencatuan daan device laain. IC DS13307 m menyimpan nilai n dalam register r terpissah, u untuk tahun, bulan, hari, jam, menit dan d detik juga tersedia register unntuk p penyimpanan n data sementtara atau alaarm. S Susunan pin out serta tam mpilan fisik R RTC D DS1307 ditu unjukkan paada Gambar 4. S Sedangkan Gambar 5 menunjukkkan s susunan antarmuka RTC DS1307 dengan 18 C CPU.
3(aa)
3(b)
Gambar 3(a)) Susunan pin microcontrolle m er ATmegga8.16 3(b) Tam mpilan fisik micro ocontroller ATm mega8.17
4(a)
4(b)
Gambar 4(a) Susunan S pin ouut.19 4(b) tampiilan fiisik RTC DS13 307.20
Gam mbar 5. Susunann antarmuka RTC R DS1307 denngan CPU.21
EEP PROM Electricallly Erasable Prog grammable Read Onlyy Memory (EEP PROM) tipe 24xx adalah memori seriaal yang mengggunakan tekknologi I2C di mana m dengaan adanya penggunaan p teknoologi tersebutt, jumlah hig gh low (I/O) yangg digunakann untuk meng-akses mem mori tersebut semakin sediikit. Hal ini sangaat bermanfaat bagi sebbuah sistem yangg memerluukan bany yak I/O. Pengggunaan I/O yang semaakin sedikit untukk mengakkses memoori, akan menyyediakan lebiih banyak I/O O yang dapat digunnakan untuk keperluan k lainn. I2C adalaah teknologi komunikasi seriaal yang ditem mukan oleh Philips P pada tahunn 1992 dan ddirevisi hinggga versi 2.1 yangg terbaru padaa tahun 20000. Teknologi ini hanya h mengguunakan 2 buaah jalur I/O yaituu Serial Data (SDA) dan Serial S Clock (SCL L). SDA merrupakan jalurr data pada komuunikasi I2C sedangkkan SCL meru upakan jalur clock di mana m sinyal clockk akan selalu muncul untuuk setiap bit dari pengiriman p ddata. Komunikaasi I2C dicipptakan oleh Philipps bukan hanya unntuk serial EEPR ROM melainnkan juga dipperuntukkan bagi komponen--komponen lain yang mpunyai kem mampuan 4(b) unttuk diakses mem secarra I2C. Olleh karena itu, untuk mem mbedakan anntara serial EEPROM denggan komponeen-komponenn yang lain digunnakan slaave addreess yang menuunjukkan ideentitas dari komponen
5
ttersebut. Dallam hal ini serial s EEPRO OM m mempunyai kode 1010. Susunan pin E EEPROM AT24C256 A diitunjukkan ppada G Gambar 6.22 K Komunikasi RS232 RS2332 merupaakan stanndar aantarmuka komunikasi k a antara kompuuter P PC dan peerangkat lainnnya. Interfface R RS232 yangg biasanya dikenal d sebaagai s serial interfa face dan sering digunakkan u untuk interrconnection terminal ke t terminal atau komputer kee peralatan lain. seerial adaalah Antarrmuka p perangkat komunikasi dua d arah yang d dapat mengirrim dan menerima data pada s saat yang sama. Kecepatan K d dari k komunikasi RS232 dinnyatakan dallam b baud. Dalam m akuisisi data kecepaatan r rendah, baud d setara dengaan bit per deetik. R RS232 ini dapat d berjalan n hingga 1115,2 24 K KBaud. Perallatan pada koomunikasi serrial d dibagi menjadi dua kelom mpok, yaitu Data D C Communicati ion Equipmeent (DCE) dan D Data Termina al Equipmentt (DTE). Conntoh d DCE adaalah modem, plotter, dari p scannner, d lain lain. Sedangkan contoh dan c dati D DTE a adalah terminnal di kompu uter. Spesifikkasi e elektronik daari serial porrt merujuk ppada E Electronic Ind dustry Associiation (EIA): 1. “Space” (logika ( 0) adaalah tegangann a antara +3 hingga +25 V. 2 “Mark” (logika 1) adaalah tegangan 2. a antara -3 hing gga -25V. 3 Daerah anntara +3V hin 3. ngga -3V tidaak d didefinisikan / tidak dipakai. 4 Tegangann open circuitt tidak boleh 4. m melebihi 25V V. 5 Arus hubbungan singkaat tidak boleh 5. m melebihi 500m mA. Komuunikasi seriaal membutuhkkan p port sebagaii saluran daata. Gambarr 7 m merupakan tampilan poort DB9 yang u umum digunaakan sebagai port p serial.
Gambar 6. Suusunan Pin EEP PROM AT T24C256.23
Gambar 7. Susunan S port DB D 9.25
BAHAN D DAN METO ODE Temp pat dan Wak ktu Penelitian n Penelitiann dilakukann di lab Departemeen Fisika, microocontroller, Fakuultas Mateematika d dan Ilmu Penggetahuan Alaam, Institutt Pertanian Bogo or. Penelitiann dilaksanakaan selama 8 bulann yaitu, padda bulan Meei-Desember 20100. Bahaan dan Alat Bahan uutama yang digunakan dalam m penelitiaan ini an ntara lain microocontroller ATmega8, EEPROM AT244C256, RTC C DS1307, MAX232, RS2332, baterei CMOS, kaabel, PCB, resisttor dan kapaasitor sesusaii keperluan. Alat yang digunakan teerdiri dari meter, logic prrobe, solder, kompputer, multim attraacktor, kabeel downloadder, kabel seriaal, catu daya 12VDC dan d tipping buckket sensor.
