PERANCANGAN DAN PEMBUATAN PROTOTIPE INFRASTRUKTUR SISTEM PINTU AIR DIGITAL PADA WADUK DENGAN ARDUINO UNO DAN SMS GATEWAY
NASKAH PUBLIKASI
diajukan oleh Asmir Sophyan 11.11.5128
kepada SEKOLAH TINGGI MANAJEMEN INFORMATIKA DAN KOMPUTER AMIKOM YOGYAKARTA YOGYAKARTA 2015
NASKAH PUBLIKASI
PERANCANGAN DAN PEMBUATAN PROTOTIPE INFRASTRUKTUR SISTEM PINTU AIR DIGITAL PADA WADUK DENGAN ARDUINO UNO DAN SMS GATEWAY
disusun oleh Asmir Sophyan 11.11.5128
Dosen Pembimbing
MelwinSyafrizal,S.Kom,M.Eng NIK. 190302105 Tanggal, 30 November 2015 Ketua Jurusan Teknik Informatika
Sudarmawan,MT NIK. 190302035
PERANCANGAN DAN PEMBUATAN PROTOTIPE INFRASTRUKTUR SISTEM PINTU AIR DIGITAL PADA WADUK DENGAN ARDUINO UNO DAN SMS GATEWAY Asmir Sophyan1), Melwin Syafrizal2), 1)
Teknik Informatika STMIK AMIKOM Yogyakarta Sistem Informasi STMIK AMIKOM Yogyakarta Jl Ringroad Utara, Condongcatur, Depok, Sleman, Yogyakarta Indonesia 55283 2)
Email :
[email protected]),
Abstract - Digital systems technology is one of technology can help humans work and efficiently by combining electronics and mechanics applied to the system of human labor. In this research, the authors wanted to build a prototype of a digital system floodgates reservoir This research used SDLC systems development. Where the prototype system is made by using a flowcharts design models, mechanical design, digital design. The system porpuse are to measure the water level, the volume of water flow and conduct open and close the door with the help of Arduino Uno microcontroller and sensor. The sensor used are ultrasonic and flow meter. The system automatically providing information via sms gateway which will be followed by the opening of the floodgate. Keywords: microcontroller, sms gateway, ultrasonic, flow meters, arduino 1.
Pendahuluan Kelangsungan pasokan aliran air pada sistem irigasi merupakan suatu hal yang sangat penting. Karena dengan berkurang atau melimpahnya pasokan aliran air mengakibatkan lumpuhnya sistem tersebut. Sehingga diperlukan pengadaan dan pengaturan air yang tepat, yang menjadikan aliran air tersebut dapat berfungsi secara optimal. penelitian ini memilih Waduk Sermo di Kulon Progo sebagai sampel penelitian ini. Sistem pintu air pada Waduk Sermo telah menerapkan sistem hidromekanikal.Pada katup pintu telah dipasang sensor yang mampu mengukur jumlah aliran air yang mengalir pada katup pintu tersebut. Tetapi pada kenyataannya kurang dari setahun pemasangan sensor tersebut tidak mampu lagi memberikan informasi yang benar terhadap besarnya aliran air. Pada saat proses pembukaan pintu waduk inilah penulis menemukan ketidakefisien dalam sistem tersebut. Pada layar saklar pintu waduk menunjukkan angka yang tidak sesuai dengan besarnya volume aliran air. Sehingga operator pintu waduk harus mengecek secara manual besarnya aliran air yang keluar Oleh sebab itu dilakukan penelitian agar dapat membuat prototype dari sistem pintu air waduk dimana sistem ini mampu memberikan informasi kepada
1
[email protected])
operator terhadap besarnya aliran air yang keluar dari waduk dengan bantuan mikrokontroller Arduino dan SMS Gateway. Tujuan dari penilitian ini adalah dengan terkontrolnya jumlah air yang keluar dari waduk pasokan air waduk dapat dijaga dan dipertahankan secara optimal. 2.
Landasan Teori
Benni (2013), melakukan penelitian tentang Purwarupa Sistem Peringatan Dini dan Kendali Ketinggian Pintu Air Bendungan Dengan Kendali PID (Proportional Integratrif Derivatif). Sistem ini memanfaatkan kendali P.I.D sebagai dasar pembuatannya, dimana sistem kendali ini mampu menentukan presisi suatu sistem instrumentasi. Sistem ini memanfaatkan motor DC untuk menggerakkan pintu air bendungan sesuai dengan setpoint yang telah ditentukan. Sistem ini juga menggunakan GSM Shield serta buzzer sebagai sinyal peringatan [1]. Kevin (2014) membuat sebuah Purwarupa Pintu Air Bendungan Otomatis Berbasis Arduino. Sistem yang dibuat memanfaatkan mikrokontroller Arduino uno dan sensor ultrasonik SRF04 sebagai komponen utama. Sistem ini memiliki tiga setpoint dalam menentukan kondisi air pada bendungan diantaranya, rendah, sedang, dan tinggi. Sistem ini menggunakan buzzer sebagai alarm ketika air telah mencapai posisi tinggi dan akan menaikkan pintu air, sesuai dengan masukkan dari sensor ultrasonik [2]. Beauty (2013), membuat Desain Kontrol Pintu Bendungan Otomatis Untuk Mencegah Banjir Menggunakan VHDL. Desain sistem pintu air yang dibuat menggunakan VHDL (VHSIC Hardware Description Language) yang berbasis PLD (Programmable Logic Device) sehingga meringankan biaya pembuatan. Sistem pintu air ini memanfaatkan sensor air pelampung dimana prinsip kerjanya mempertahankan agar ketinggian air di sungai dan bendungan memiliki Δh (selisih air bendungan dan sungai ) yang sama [3] 2.1
Arduino Uno
Arduino adalah salah satu vendor mikrokontroler yang memiliki banyak varian produk. Salah satu
produknya adalah Arduino uno. Arduino uno dibuat dengan basis mikrokontroller ATMEGA328. Arduino uno memiliki 14 pin digital input/output, 6 pin PWM output, jack power, koneksi USB, tombol reset. Mikrokontroller ini menggunakan bahasa C sebagai bahasa pemrogramannya dan memiliki Arduino IDE sebagai development environment [4]. 2.2
tersebut. Bagian atas rangkaian akan dihubungkan dengan sumber daya kutub positif, sedangkan bagian bawah rangkaian akan dihubungkan dengan sumber daya kutub negatif [6, Hal 86]. 2.7
Flow meter adalah sensor yang digunakan untuk mengetahui aliran dari suatu material baik material solid maupun liquid. Pada sensor ini terdapat rotor yang berputar sesuai dengan kecepatan laju material. Pada penelitian ini menggunakan sensor water flow meter dimana sensor ini akan dihubungkan dengan mikrokontroller sehingga mampu menampilkan informasi laju aliran [8, Hal 163].
AT-Commands
AT Command merupakan sekumpulan perintah yang digunakan untuk menghubungkan mesin SMS (Short Message Service) dengan subjek tujuan pada sistem SMS gateway. AT Commands pada umumnya dipasang atau disisipi pada modem server atau GSM shield lalu dihubungkan dengan mikrokontroller. ATCommands sendiri berperan di balik tampilan menu messages sebuah ponsel yang bertugas mengirim atau menerima data ke/dari SMS-Centre [5]. 2.3
2.7
Gelombang Ultrasonik
LCD (Liquid Crystal Display)
Pembahasan
3.1
Gambaran Umum
3.2
Alat dan Bahan
Dalam penelitian ini alat dan digunakan diantaranya sebagai berikut:
PWM (Pulse Width Modulation)
PWM (Pulse Width Modulation) adalah salah satu teknik yang digunakan dalam sistem kendali (control system). Teknik ini dipergunakan di berbagai bidang diantaranya adalah: speed control , power control Microcontroller , measurement and communication. Pada penelitian ini PWM (Pulse Width Modulation) dimanfaatkan untuk mengatur kecepatan motor DC [6, Hal 88].
3.2.1 Alat
Kecepatan motor DC dapat diatur dengan merubah lebar pulsa, dimana Lebar pulsa pada PWM ditunjukkan oleh duty cycle. Relevansi lebar pulsa dengan kecepatan motor DC ialah semakin besar duty cycle maka kecepatan motor DC semakin besar, begitupun sebaliknya semakin kecil duty cycle maka semakin pelan pula kecepatan motor DC [6, Hal 88 ]. 2.6
3.
Pada penelitian ini akan dibuat prototype sistem pintu air waduk digital dimana sistem ini mampu melakukan buka tutup pintut air waduk dengan kontrol digital serta memberikan informasi ketinggian air dan debit laju air yang keluar dengan bantuan sensor ultrasonik dan flow meter, informasi tersebut akan dikirimkan melalui sms dengan bantuan SMS gateway.
LCD (Liquid Crystal Display) adalah salah satu modul penampil elektronik yang dibuat dengan memanfaatkan teknologi CMOS logic yang bekerja dengan memantulkan cahaya yang ada disekelilingnya terhadap front-light [7] 2.5
Flowchart
Flowchart adalah penggambaran secara grafik dari langkah-langkah atau prosedur dalam menyelesaikan suatu masalah. Flowchart sendiri terdiri dari empat jenis diantaranya: flowchart sistem, flowchart dokumen, flowchart skematik, flowchart program dan flowchart proses[9].
Gelombang ultrasonik merupakan gelombang longitudinal yang bekerja pada frekuensi tinggi yang melebihi 20 Khz. Layaknya gelombang mekanik lainnya, gelombang ultrasonik memiliki beberapa sifat yaitu dapat dipantulkan, dibiaskan, berinteferensi, difraksikan. Pantulan gelombang ultrasonik dapat menghasilkan gema dan datanya dapat ditampilkan dalam bentuk sinyal pada layar osiloskop [6]. 2.4
Flow Meter
1.
Multitester
2.
Solder dan tenol
3.
Alat potong
4.
Obeng
5.
Alat ukur
6.
Lem
3.2.2 Bahan
H-Bridge
H-Bridge merupakan rangkaian perangkat keras yang digunakan untuk menggerakkan motor. Rangkaian ini terdiri dari dua buah MOSFET kanal P dan dua buah MOSFET kanal N. Prinsip kerja rangkaian ini adalah dengan mengatur mati-hidupnya keempat MOSFET
2
1.
Arduino uno
2.
Motor servo
3.
Water flowmeter sesnsor
4.
GSM shield
5.
LCD Shield 2X16
6.
Power Supply
7.
Sensor ultrasonik
bahan yang
8.
Kabel dan jumper
9.
Papan Acrylic
Tabel 1. Penentuan pin jumper Nomor Pin Komponen
10. Baut dan mur
3.3
11. Kartu sim GSM
8, 9, 4, 5, 6, 7, GND
LCD keypad shield
12. Keran
12, GND
Motor Servo
13. Selang, Penjepit Selang
0, 1, GND
Sensor Ultrasonik
14. Benang nylon
2,VCC
Sensor water flow meter
3, 13, GND
Modul GSM
Perancangan
Pada tahap perancangan ini dibagi menjadi 3 bagian sebagai berikut : 3.3.1 Perancangan Mekanik Prototype Sistem Pada tahap perancangan ini akan dilakukan pembuatan sketsa bentuk dan ukuran prototype waduk.
3.3.3 Perancangan Perangkat Lunak Pada tahap ini perancangan yang dilakukan adalah dengan membuat flowchart terhadap kinerja sistem yang akan diharapkan. Adapun flowchart yang dibuat diantaranya: 1. Flowchart pintu air waduk
Gambar 1. Sketsa mekanik prototype sistem 3.3.2 Perancangan Rangkaian Digital Sistem Pada tahap perancangan ini terdapat beberapa hal yang harus dikerjakan diantaranya: 1. Mempersiapkan perancangan skematik secara umum sistem digital pintu air waduk
Gambar 3. Flowchart pintu air waduk
Gambar 2. Rancangan skematik umum sistem 2. Memilih komponen elektronika yang sesuai dengan kebutuhan modul alat 3.
Menentukan posisi dan penggunaan jumper.
3
2. Flowchart flowmeter
Gambar 6. Alur pembuatan prototype sistem 3.5
Hasil dan Pengujian Hasil akhir sistem digital pintu air waduk ini adalah mampu untuk memenuhi tujuan dari prototype ini beserta fungsi perangkatnya. Berikut merupakan hasil akhir dari penelitian ini. Gambar 4. Flowchart flowmeter 3. Flowchart SMS Gateway
Gambar 9. Tampilan sistem pada lcd Gambar diatas merupakan tampilan output LCD yang terdiri dari dari jumlah aliran air pada bagian “flow :”, tinggi air yang ditunjukkan pada bagian “ T ”, lalu pada angka 20 menunjukan koefisien buka pintu air waduk.
Gambar 5. Flowchart flowmeter 3.4
Pembuatan
Gambar 10. Prototype sistem digital pintu air waduk Gambar diatas merupakan keseluruhan dari prototype sistem digital pintu air waduk.
Setelah melakukan perancangan tahap selanjutnya adalah tahap pembuatan sistem. Agar pembuatan sistem tidak melenceng dan efisien berikut alur pembuatan sistem digital pintu air waduk.
Gambar 11. SMS yang masuk dari sms gateway Gambar diatas merupakan kiriman informasi tentang aliran air serta ketinggian air waduk.
4
Pengujian Sistem Digital Pintu Air Waduk Pengujian Sistem digital pintu air waduk dilakukan dengan menguji fungsi dari setiap komponen sistem per subsistem serta melakukan pengujian secara keseluruhan atau disebut juga white box testing dan black box testing. 3.5.1 White Box Testing Pada pengujian tiap komponen subsistem tidak terdapat kesalahan baik dari hardware, kode program. Hal ini dibuktikan dengan bekerjanya setiap komponen pada saat uji coba perangkat serta pada saat melakukan compile kode program pada IDE Arduino tidak munculnya error .
keluar dari waduk dapat dikontrol berdasarkan informasi yang diterima. 2. Operator waduk dapat mengetahui informasi jumlah aliran air yang keluar sehingga dapat mengontrol debit air pada waduk dengan optimal. Saran untuk penelitian berikutnya ialah dapat mengembangkan sistem wireless pada proses pengiriman informasi, dan juga menambahkan sistem database , untuk informasi aliran air tersebut agar dapat dimanfaatkan lebih lanjut. Selain itu disarankan untuk bekerja sama dengan peneliti dibidang kompetensi lain agar prototype ini dapat diterapkan pada dunia nyata. Daftar Pustaka
Gambar 12. Compile kode program Black Box Testing Pada pengujian secara keseluruhan dilakukan percobaan langsung terhadap prototype sistem. Berikut merupakan data percobaan aliran air pada sistem digital pintu air waduk. Setiap percobaan dilakukan berulang dimana setiap percobaan dilakukan selama 10 detik. Adapun hasil percobaan prototype sistemnya sebagai berikut : Tabel 2. Data percobaan prototype sistem NO Koefisien Buka Pintu Air Flow (L) Tinggi cm) 3.5.2
1
70
0,03
2
2
100
0,08
3
3
130
0,11
5
4
160
0,15
7
5
190
0,21
8
6
220
0,26
10
7
250
0,33
11
[1] Sahputra, Benni.2013, Purwarupa Sistem Peringatan Dini Dan Kendali pintu air Bendungan Dengan Kendali P.i.d (proporsional, Integratif, Derivatif). Skripsi Universitas Gajah Mada. Yogyakarta. [2] Pratama, Kevin Satya. 2014, Purwarupa pintu air Bendungan Otomatis Berbasis Arduino. Skripsi Universitas Gajah Mada. Yogyakarta. [3] Ikawaty, Beauty Anggraheny. 2013, Desain Kontrol Pintu Bendungan Otomatis Untuk Mencegah Banjir Menggunakan VHDL, Jurnal ELTEK, Vol. 11, No.1, Malang [4] Arduino uno. 2015. http://www.arduino.cc/en/Main/ArduinoBoardUno, (diakses tgl 4 Juni 2015). [5] Arduino GSM Library. 2015.http://www.arduino.cc/en/Reference/GSM, (Diakses tgl 4 Juni 2015) [6] Pitowarno, Endra. 2006, Robotika: Desain, Kontrol dan Kecerdasan Buatan. Yogyakarta: Penerbit Andi Offset [7] Timmis, Harold. 2011. Practical Arduino Engineering. New York: Penerbit Apress. [8] Oxer, Jonathan. 2009. Practical Arduino. New York: Penerbit Apress [9] Jogiyanto.2005. analisis dan desain sistem informasi. Yogyakarta: Penerbit Andi Offset. Biodata Penulis Asmir Sophyan, memperoleh gelar Sarjana Komputer (S.Kom), Jurusan Teknik Informatika STMIK AMIKOM Yogyakarta, lulus tahun 2016.
Kesimpulan Dalam merancang dan membuat sistem digital pintu air Waduk ini dapat di ambil kesimpulan : 1. Pintu air waduk dapat dikontrol secara praktis optimal karena telah dikomputerisasi dengan teknik digital, sehingga aliran air yang
5
Melwin Syafrizal, memperoleh gelar Ahli Madya (Amd), Jurusan Teknik Informatika STMIK AMIKOM, lulus tahun 2002. Memperoleh Sarjana Komputer (S.Kom), Jurusan Teknik Informatika STMIK AMIKOM, lulus tahun 2004. Memperoleh gelar Master of Engineering (M.Eng) Program Pasca Sarjana Magister Teknologi Informasi Universitas Gajah Mada Yogyakarta, lulus tahun 2008. Saat ini menjadi Dosen di STMIK AMIKOM Yogyakarta.
