Pengembangan Automatic Water Level Recorder(AWLR) untuk Flood Early Warning System(FEWS)

THE 5TH URECOL PROCEEDING

18 February 2017

UAD, Yogyakarta

Pengembangan Automatic Water Level Recorder(AWLR) untuk Flood Early Warning System(FEWS) Yusro Al Hakim1) Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan, Universitas Muhammadiyah Purworejo email: hakim [email protected]

1

Abstrak Telah dilakukan penelitian pengembangan AWLR untuk FEWS. Kondisi Indonesia yang rawan banjir dengan sering terjadinya bencana tersebut, maka diperlukan usaha untuk meminimalisir korban jiwa. Diperlukan adanya sistem peringatan dini bencana ini. Alat yang dikembangkan terdiri dari mikrokontroller, sensor level air berupa sensor ultrasonik HC-SR04, sensor curah YL-83 dan indikator berupa buzzer dan lampu LED. Hasil pengukuran data dari sensor level air menunjukkan tingkat akurasi mencapai 97%, ralat sebesar 2,2%, standar deviasi presisi alat sebesar 0,11 dan sensor curah hujan bekerja dengan optimal. Alat mampu menampilkan tiga status keadaan yaitu bahaya, waspada dan aman. Setiap level keadaan akan ditampilkan berupa suara buzzer dengan frekuensi yang berbeda dan nyala lampu LED yang berbeda. Kata Kunci: AWLR, FEWS, Sensor hujan, sensor ultrasonik, status 1. PENDAHULUAN Indonesia merupakan negara yang masuk tiga besar negara rawan banjir selain China dan dan India. Banjir yang terjadi di Indonesia sering diakibatkan karena melupanya air sungai akibat hujan deras yang turun terus menerus, sehingga menyebabkan sungai tidak bisa menampung volume air yang berlebih. Sementara di dua negara tersebut diakibatkan pula karena meluapnya air laut. Seiring dengan pemanasan global yang menyebabkan mencairnya salju di bumi belahan utara, maka potensi banjir karena meluapnya air laut menjadi sebuah keniscayaan. Ini terbukti seperti banjir yang terjadi di kota Semarang akibat rob air laut. Banjir yang tidak diimbangi dengan sistem mitigasi bencana yang baik dengan adanya deteksi dini akan menimbulkan korban jiwa. Deteksi banjir yang ada selama ini masih berbasis sensor level air sedangkan curah hujan tidak dimonitor, padahal curah hujan akan menentukan level air pada sebuah sungai. Dari permasalahan ini diperlukan sebuah alat dan sistem deteksi dini berbasis sensor level air dan sensor curah hujan sebagai peringatan pada masyarakat terutama yang bermukim di daerah aliran sungi atau pesisir agar tanggap situasi terhadap tempat tinggalnya. Alat dan sistem ini berfungsi sebagai flood early warning system, sehingga masyarakat bisa

THE 5TH URECOL

menyesuaikan tindakan yang dilakukan sesuai dengan status indikator. Alat yang dibuat masih bersifat miniatur atau pada skala laboratorium. 2. KAJIAN LITERATUR Alat dan sistem yang didesain dan di implementasi terdiri dari komponen ataupun modul sebagai berikut: A.Arduino UNO Arduino Uno adalah papan sirkuit berbasis mikrokontroler ATmega328. IC (integrated circuit) ini memiliki 14 input/output digital (6 output untuk pulse width modulation (PWM), 6 analog input, resonator kristal keramik 16 MHz, Koneksi universal serial bus(USB), soket adaptor, pin header ICSP, dan tombol reset. Hal inilah yang dibutuhkan untuk mensupport mikrokontrol supaya mudah terhubung dengan kabel power USB atau kabel power supply adaptor AC ke DC atau juga baterai. Arduino digunakan sebagai pembaca dan pengolah data. B.Sensor Ultrasonik HC-SR04 Sensor ultrasonik adalah sebuah sensor yang berfungsi untuk mengubah besaran fisis (bunyi) menjadi besaran listrik dan sebaliknya. Cara kerja sensor ini didasarkan pada prinsip dari pantulan suatu gelombang suara sehingga dapat dipakai untuk mengukur jarak suatu benda dengan frekuensi tertentu.

1602

ISBN 978-979-3812-42-7

THE 5TH URECOL PROCEEDING

18 February 2017

Disebut sebagai sensor ultrasonik karena sensor ini menggunakan gelombang ultrasonik (bunyi ultrasonik). Bunyi ultrasonik dapat merambat melalui zat padat, cair dan gas. Reflektivitas bunyi ultrasonik di permukaan zat padat hampir sama dengan reflektivitas bunyi ultrasonik di permukaan zat cair. Sensor HC-SR04 ini merupakan sensor ultrasonik yang berfungsi sebagai pengirim, penerima, dan pengontrol gelombang ultrasonik. Sensor ini bisa digunakan untuk mengukur jarak benda dari 2cm - 4m dengan akurasi 3mm. Alat ini memiliki 4 pin, pin Vcc, Gnd, Trigger, dan Echo. Pin Vcc untuk listrik positif dan Gnd untuk ground-nya. Pin Trigger untuk trigger keluarnya sinyal dari sensor dan pin Echo untuk menangkap sinyal pantul dari benda. C.Sensor curah hujan YL-83 Modul Sensor ini terbuat dari bahan logam tertentu yang dibuat pada sebuah papan dengan alur tertentu. Sensor akan memberikan nilai output tertentu ekuivalen dengan jumlah air yang mengenainya yang menunjukkan intensitas hujan. Sensor membutuhkan tegangan supplai 5 volt dengan dua jenis output berupa analog dan digital, sensitivitas sensor diatur dengan menseting potensiometer yang tersedia pada modul. Gambar 1 memperlihatkan modul sensor curah hujan.

Gambar 1 Modul sensor curah hujan YL83 Perancangan dan impelentasi deteksi banjir sudah dilakukan oleh beberapa peneliti, seperti (M.Andang Novianto, 2013) tentang deteksi bahaya banjir berupa level air dan penyampaian informasinya melalui gateway Short Messages Service(SMS)[1]. Penelitian juga dilakukan oleh (Rini Sulistyowati dkk., 2015) dengan menggunakan sensor ultrasonik SRF04[2]. 3. METODE PENELITIAN Metode penelitian yang dilakukan meliputi tiga hal yaitu: perancangan hardware dan pengambilan data, perancangan software

THE 5TH URECOL

UAD, Yogyakarta

arrduino UNO dan uji coba secara keseluruhan. A.Perancangan dan Implementasi Hardware Perancangan hardware yang diimplementasi diperlihatkan gambar 2:

Gambar 2 Blok keseluruhan alat Sensor curah hujan dan sensor level air sebagai input sedangkan buzzer dan LED sebagai indikator dari sistem early warning ini, sebagaimana ditunjukkan gambar 2. Untuk mengukur level air, maka yang diukur pertama kali adalah nilai H, kemudian nilai s, setelah kedua nilai ini diketahui, maka nilai h sebagai level air seperti pada gambar 3 akan diketahui dengan software C+ untuk arduino.

Gambar 3 metode pengukuran level air dengan sensor HC-SR04 Untuk pengukuran intensitas air hujan dilakukan dengan menaruh lempeng sensor pada air, kemudian output sensor air hujan ini akan dibaca oleh arduino UNO pada nilai 0 sampai dengan 1024. Tabel 1 menunjukkan setting up untuk beberapa kondisi curah hujan[3]. Tabel 1. Kondisi curah hujan berdasar output sensor curah hujan No Output Kondisi curah sensor hujan 0-300 Deras 1. 301- 500 Sedang 2. 501-7004 Rintik 3. 700-1024 Tidak hujan 4.

1603

ISBN 978-979-3812-42-7

THE 5TH URECOL PROCEEDING

18 February 2017

Pembacaan data sensor pada layar monitor komputer bisa diatur frekuensinya. Apabila data yang diukur dikehendaki cepat, maka sketch dibawah ini bisa diubah. Nilai yang ada dalam kurung menunjukkan satuan mili sekon atau mS. Angka 1000, menunjukkan 1000 milisekon atau senilai dengan 1 sekon, artinya setiap satu sekon sensor akan mentrack/mengukur jarak apakah terjadi perubahan atau tidak terjadi. Perintah tersebut ditunjukkan dengan sketch: Delay(1000); Jarak maksimal pengukuran yang akan dilakukan sensor bisa diatur dengan menggunakan sketch, misalnya: Define MAX_DISTANCE 200 Sketch diatas menunjukkan jarak maksimal yang akan diukur sebesar 200 cm atau 2 m. Konversi Data sensor ke satuan cm Saat pin trigger(pin 10) terpicu, maka paling tidak pada pin terdapat level tegangan digital HIGH selama 10 sekon. Sensor HC-SR04 ini akan mengirim gelombang kotak sinyal ultrasonik dengan frekuensi sekitar 40 KHz. Setelah data sinyal pada pin 11 diperoleh, maka nilai T sudah didapatkan , maka dibuat sketch untuk mengkonversi T yang diperoleh dari Arduino ke jarak benda dalam pengukuran tersebut. Untuk membandingkan hasil pengukuran Arduino, maka digunakan alat ukur lain yang sudah baku dan terstandarisasi yaitu meteran merek Shanghai. Seluruh pengukuran dari pengembangan alat harus tertelusur atau harus dibandingkan dengan referensi yang telah dipercaya( Alan S Moris, 2001)[4]. 1.Data Pengukuran level maksimal Grafik pengukuran level I Level(cm)

B.Pembuatan sketch Pemrograman dengan menggunakan bahasa C+ untuk arduino dikenal dengan nama sketch. Sketch ini berfungsi sebagai pembaca data sensor, pengolah data sensor juga penampil indikator. Dua sensor yang digunakan pada penelitian ini diatur dengan sketch, sehingga kedua sensor ini bekerja secara sinergi. Level air jug diatur dengan sketch sehingga hasil pengukuran dalam satuan panjang yang dikehendaki 4. HASIL DAN PEMBAHASAN A.Data pengujian level air Untuk memanggil program pengukuran level maka library yang ada di Arduino harus dideklarasikan di awal. Pada sketch ditulis: #include Digunakan untuk memanggil pengukuran jarak menggunakan ultrasonik Untuk menampilkan pengukuran data sensor ultrasonik sekaligus menampilkan level air, digunakan sketch: Serial.begin(9600); Nilai 9600 ini menentukkan kecepatan transfer data di port serial yang digunakan oleh arduino pada saat pemograman. Satuannya adalah bps atau bit per sekon. Jadi dalam 9600 berarti ada 9600 bit perdetik yang bisa masuk ke Arduino board. Seperti diketahui karakter A atau * disimpan dalam 8 bit. Dengan demikian, 9600 bps berarti ekuivalen dengan 1200 karakter per sekon. Untuk menentukkan pin-pin yang digunakan Arduino berhubungan dengan sensor ultrasonik HC-SR04, pada sketch dideklarasikan dengan sketch berikut: #define TRIGGER_PIN 12 Pada sketch diatas trigger, atau sinyal transmitter ultrasonik akan dipicu dan dikeluarkan lewat pin 12 pada Arduino. Kemudian setelah sinyal transmitter ultrasonik dikeluarkan, maka sinyal ultrasonik akan memancar dengan kecepatan sekitar 340 m/s. Setelah sinyal ini mengenai objek ukur, maka sinyal tersebut akan dipantulkan, dan ditangkap di pin 11 Arduino. Untuk menangkap sinyal ini, digunakan perintah sebagi berikut: #define ECHO_PIN 11

UAD, Yogyakarta

101 51 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

pengukuran ke Gambar 4 pengukuran I

THE 5TH URECOL

1604

ISBN 978-979-3812-42-7

THE 5TH URECOL PROCEEDING

18 February 2017

Nilai pengukuran Arduino pada pengukura I pada suhu kamar ini diperlihatkan dengan adanya fluktiasi grafik pada gambar 4. Apabila melihat data pengukuran lewat monitor komputer, diperoleh data pengukuran dari Arduino pada nilai 88 dan 89 cm. Secara umum perbedaan antara pengukuran Arduino dan shanghai tidak signifikan dan relatif stabil pada nilai 88 sd 89. Nilai ralat terbesar mencapai 2,2 %, artinya tingkat ketelitian alat masih sangat tinggi sebesar 97%. Ralat ini disebabkan karena objek tidak tepat tegak lurus yang menyebabkan adanya pemantulan yang tidak sempurna, sehingga nilai waktu T menjadi berkurang tingkat akurasinya. 2.Data pengukuran level minimal Grafik pengukuran level II Level(cm)

101 51 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 pengukuran ke

Terlihat grafik pengukuran dari arduino diatas sangat akurat dan presisi dengan nilai deviasi standar 0,01, dengan ketelitian mencampai 97%. Nilai pengukuran Arduino dan shanghai berkisar pada 14 cm sd 14,1 cm. B.Data pengukuran curah hujan Data curah hujan diperlihatkan tabel 2 dan hanya menggunakan tiga kondisi Tabel 2 Data output sensor curah hujan No Output Kondisi curah sensor hujan 147-178 Papan sensor 1. terendam air 361-493 terendam Sebagian 2. 503-863 terkena sedikit air 3. Tabel 2 menunjukkan alat bekerja sesuai dengan seting awal, seperti pada tabel 1. Meskipun ada beberapa data yang tidak valid, akan tetapi alat telah bekerja secara optimal. Munculnya data yang tidak valid karena delay

THE 5TH URECOL

UAD, Yogyakarta

waktu pada sketch terlalu kecil sehingga arduino kesluitan membaca perubahan kondisi C.Hasil Uji keseluruhan alat Pembuatan sketch untuk dua sensor dilakukan agar alat bisa bersinergi. Kedua sensor ini dihubungkan dengan logika digital. Untuk indikator, frekuensi dibuat berbeda untuk menunjukkan perbedaan Status. Berikut sketch yang dibuat pada void setup dengan bahasa C+: IntdataSensor= analogRead(PIN_SENSOR); Serial.println(dataSensor); //Bahaya if (dataSensor <= 200 & level >= 40) alarm1(); else //Waspada if (dataSensor <= 500 & level < 40) alarm2(); else //Aman if (dataSensor <= 900 & level >= 30) alarm3(); else Serial.println("Aman"); delay(500); } Hasil uji keseluruhan alat yang ditampilkan pada layar monitor, diperlihatkan pada tabel 3. Tabel 3 Data uji coba kseluruhan alat N Output Output Status Aktif o sensor level Di layar hujan air Tinggi Bahaya Buzzer 1. (169)Deras 1 Waspada Buzzer 2. (156)Deras Sedang 2 Waspada Buzzer 3. (380)Sedang Sedang 2 Aman 4. 850(Rintik) Rendah Hasil uji coba alat bekerja dengan baik dan bisa menyatakan suatu kondisi sesuai dengan perancangan awal yaitu bahaya, waspada dan aman. 5. KESIMPULAN Dari data-data penelitian yang diperoleh. Alat AWLR untuk FEWS bekerja dengan baik, untuk sensor level air mempunyai tingkat ketelitian sebesar 97% dengan ralat

1605

ISBN 978-979-3812-42-7

THE 5TH URECOL PROCEEDING

18 February 2017

UAD, Yogyakarta

terbesar 2,2%. Standar deviasi terebesar 0.01.Sensor curah hujan telah menunjukkan output yang sesuai dengan kondisi hujan atau kondisi sensor terkena air dengan tingkat yang berbeda. Disarankan penelitian dilanjutkan dengan sistem informasi ke user menggunakan sistem SMS gateway dan dibuat secara portabel. 6. REFERENSI [1] M.Andang Novianto, 2013, Sistem Pendeteksi banjir dengan penyampaian informasi tinggi muka air menggunakan data lo ger berbasis SMS gateway, prosiding seminar sains dan teknologi terapan, 13 Pebruari 2013,Surabaya, hal A.1 sd A.9 [2] Rini Sulistyowati dkk, 2015, Sistem Pendeteksi Banjir berbasis ultrasonik dan mikrokontroller dengan media komunikasi gate way, prosiding seminar sains dan teknologi terapan III, 2015, hal 48-59 [3] Abdul Kadir, 2015, Buku pintar pemrograman arduino, Edisi I, Mediakom, Yogyakarta [5] Alan S Moris, 2001, Measurement & Instrumentation Principles, 3rd Edition, Butterworth-Heinemann, UK

THE 5TH URECOL

1606

ISBN 978-979-3812-42-7