PERANCANGAN PROTOTIPE DATALOGGER PARAMETER RADIASI MATAHARI DAN KECEPATAN ANGIN Hasan Abdul Aziz Mahasiswa Jurusan Teknik Elektro, FT, UMRAH,
[email protected] Ibnu Kahfi Bachtiar Dosen Pembimbing Elektro, FT, UMRAH,
[email protected] ABSTRAK Data logging merupakan proses otomatis yang digunakan untuk melakukan pengumpulan dan rekaman data. Datalogger yang dirancang untuk membantu dalam proses pengambilan data, seperti data radiasi matahari dan kecepatan angin. Sistem datalogger menggunakan modul Arduino Uno Atmega328P, datalogger shield, real time clock, SD card, sel surya, optocoupler dan Xbee series 1. Datalogger yang dirancang untuk pengambilan data radiasi matahari dan kecepatan angin telah dilakukan pengujian pengambilan data selama 7 hari dengan rentang pengambilan data tiap 5 menit dan datalogger telah berhasil menyimpan data sebanyak 2009 data dengan ukuran file 119 KB. Datalogger ini menggunakan kapasitas SD card sebesar 4 Gigabyte. Dimana dengan menggunakan SD card tersebut dapat menyimpan data selama 31176.47 minggu. Monitoring pada datalogger ini dapat melalui jaringan wireless dengan jangkauan jarak indoor 18.4 meter dan outdoor 48.3 meter. Kata kunci: Datalogger, Arduino Uno ATmega328P, Xbee Series 1, Radiasi Matahari, Kecepatan Angin. I. PENDAHULUAN Datalogger merupakan suatu instrumen
bulanan, bahkan tahunan dengan waktu
elektronik yang memiliki kemampuan
sampling yang dapat diatur (Ikhsan, M dan
untuk membaca besaran pada alam (misal
Away, Y., 2014).
temperatur, kecepatan angin, kadar gas,
Hidayat, R, 2015 telah melakukan
arus dan tegangan listrik, dsb) yang dibaca
penelitian
oleh
karakterisasi
sensor
elektromekanik,
elektronik kemudian
maupun
tentang
perancangan
Anemometer
dan
jenis
cup.
merancang
alat
menuliskan
Penelitian
tersebut
nilai besaran yang terbaca tersebut ke
pengukur
kecepatan
dalam memori. Perekaman dapat dilakukan
menggunakan tiga buah cup berputar secara
dalam rentang waktu tertentu, baik harian,
searah
pada
suatu
angin
shaf.
dengan
Kemudian
Krisdianto,
2015
telah
melakukan
penelitian tentang perancangan pengukuran intensitas
radiasi
matahari.
sensor pengukur intensitas radiasi matahari. penelitian
yang
ditemukan bahwa pengukuran kecepatan angin dan pengukuran intensitas radiasi matahari dalam penampilan data yang telah diukur ditampilkan secara langsung di LCD (Liquid
Crystal
Display)
dan
data
pengukuran yang didapat belum bisa
Berdasarkan
uraian
diatas
pada
penelitian ini penulis bermaksud untuk merancang sebuah datalogger yang dapat melakukan pencatatan data radiasi matahari kecepatan
angin.
Perancangan
datalogger ini nantinya akan menggunakan modul Arduino Uno sebagai pengendalinya dan menggunakan modul shield datalogger yang mempunyai SD card sebagai media penyimpanan dan real time clock (RTC) digunakan untuk memberikan informasi
Dengan adanya SD card diharapkan dapat menyimpan data yang sangat besar data
yang
terekam
dapat
ditampilkan dalam durasi yang cukup lama, sistem penyimpanannya dapat berupa file
datalogger
yang
khusus
merekam radiasi matahari dan kecepatan angin
ini
II. KAJIAN LITERATUR Beberapa teori yang digunakan untuk mendukung pembuatan Skripsi ini adalah sebagai berikut. 1. Arduino Uno ATmega328P Arduino Uno adalah board berbasis mikrokontroler pada ATmega328. Board ini memiliki 14 digital input / output pin (dimana 6 pin dapat digunakan sebagai
osilator kristal, koneksi USB, jack listrik tombol reset.
Pin-pin ini berisi untuk
mendukung
mikrokontroler,
nantinya
dapat
membantu
hanya
terhubung ke komputer dengan kabel USB atau sumber tegangan bisa didapat dari adaptor
AC-DC
atau
baterai
untuk
menggunakannya. Board Arduino Uno memiliki fitur-fitur baru, yaitu 1,0 pin out tambah SDA dan SCL pin yang dekat ke pin aref dan dua pin baru lainnya ditempatkan dekat ke pin dengan
memungkinkan
IO
REF
yang
sebagai
buffer
untuk
tegangan
yang
beradaptasi
dengan
disediakan
dari
Pengembangannya, kompatibel menggunakan
txt / csv. Adanya
sebuah
penelitian.
RESET,
waktu secara real time.
sehingga
dalam
output PWM), 6 input analog, 16 MHz
disimpan.
dan
data-data
Penelitian
tersebut menggunakan photodiode sebagai
Permasalahan
mendapatkan
board sistem
dengan AVR,
sistem. akan
Prosesor yang
lebih yang
beroperasi
dengan 5VDC dan dengan Arduino karena yang beroperasi dengan 3.3V. Kedua adalah pin tidak terhubung.
tegangan yang cukup untuk menghidupkan led dan bagian receiver dihubungkan secara seri ke sumber tegangan dan lainnya menjadi terminal keluaran.
Gambar 1. Arduino Uno Atmega328 2. Sensor Optocoupler Sensor Optocoupler merupakan alat yang
digunakan
untuk
mendeteksi
Gambar 2. Sensor Optocoupler
perubahan sinar inframerah, seperti yang
(Sumber: Nugroho, Y, A.,2011)
terlihat pada Gambar 3. Sensor ini banyak dipakai untuk mendeteksi jarak ataupun pergerakan suatu benda dengan cara memberikan kisi-kisi ataupun baling-baling sehingga
akan
penghalang.
terdapat
Cara
kerja
celah dari
dan sensor
optocoupler adalah bila terhalang maka output akan open, dan bila tidak terhalang output akan short. Dengan cara kerja tersebut, sinar inframerah akan putus-putus dan
menimbulkan
pulsa-pulsa
listrik.
Pulsa-pulsa itu kemudian dapat diolah dan
3. Sel Surya Sel surya atau sel photovoltaic adalah suatu
divais
semikonduktor
yang
mengonversi foton (cahaya) ke dalam listrik.
Konversi
photovoltaic,
ini
dengan
disebut kata
lain
efek efek
photovoltaic adalah energi potensial listrik yang terbangun antara dua material yang berbeda ketika hubungan bahan yang sejenis (common junction) diterangi oleh radiasi foton (Haryadi, Y., 2007).
ditangkap oleh mikrokontroler (Nugroho, Y, A., 2011). Bagian dari sensor optocoupler ini adalah sebuah led merah biasa atau led inframerah sebagai transmitter dan sebuah phototransistor sebagai receiver. Pada
Gambar 3. Simbol Sel Surya
bagian transmitter dapat kita hubungkan ke
(Sumber: Haryadi, Y., 2007)
Card, dimana shield ini kompatibel dengan
4. Modul Xbee Series 1 XBee merupakan modul RF yang
Arduino Uno, Duemilanove, Diecimila,
didesain dengan standard protocol IEEE
Leonardo, Mega R3/Mega ADK. Shield ini
802.15.4 dan sesuai dengan kebutuhan
dilengkapi dengan RTC (Real Time Clock)
sederhana
yang digunakan untuk mengetahui waktu
untuk
jaringan
wireless.
Kelebihan utama yang menjadikan XBee
penyimpanan
data
sebagai komunikasi serial nirkabel karena
meskipun Arduino yang digunakan sudah
XBee memiliki konsumsi daya yang rendah
tidak teraliri power RTC akan tetap berjalan
yaitu hanya 3,3 V dan beroperasi pada
karena terdapat baterai pada modul ini,
rentang frekuensi 2,4 GHz serta jangkauan
sehingga proses penyimpanan selanjutnya
wireless 30 meter indoor dan 100 meter
tetap akan memberikan waktu yang sesuai.
outdoor. Dalam melakukan komunikasi
Datalogger shield ini dibuat menyerupai
dengan perangkat lainnya Xbee mampu
breadboard sehingga dapat memudahkan
melakukan komunikasi dengan dua macam
dalam
komunikasi yang berbeda, tergantung dari
transistor, IC, atau komponen lain di saat
perangkat apa yang dihubungkan dengan
sedang
modul Xbee. Komunikasi dapat dilakukan
embedded (Winata, P, T, T dkk, 2016).
meletakkan
membuat
yang
dilakukan,
sensor,
sebuah
resistor,
perangkat
dengan menggunakan jaringan wireless dan komunikasi secara serial (Andika, A, D dkk, 2012).
Gambar 5. Datalogger Shield (Sumber: Bill Earl, 2015) Gambar 4. Xbee Series 1 5. Datalogger Shield
digunakan
A. Metode Pengumpulan Data Adapun metode pengumpulan data
DataLogger Shield merupakan shield yang
III. PERANCANGAN DATALOGGER
untuk
melakukan
penyimpanan data (data logging) pada SD
untuk membuat rancangan Datalogger Radiasi Matahari dan Kecepatan Angin sebagai berikut:
1. Studi Pustaka
C. Flowchart Pemrograman
2. Studi Lapangan B. Blog Diagram Diagram umum perancangan sistem datalogger radiasi matahari dan kecepatan angin dapat dilihat pada gambar 6.
Gambar 7. Flowchart Pemrograman
Gambar 6. Blog Diagram ini
Proses alir pemrograman datalogger,
memiliki 3 masukan, yaitu sel surya, sensor
yaitu ketika datalogger di hidupkan maka
optocoupler dan RTC. Sel surya merupakan
Arduino akan menginisialisasi sensor dan
komponen
untuk
SD card, kemudian setelah dilakukan
memperoleh data radiasi matahari. Sensor
inisialisai dilanjutkan dengan mendeteksi
optocoupler digunakan untuk memperoleh
SD card. Apabila SD card tidak terpasang
data kecepatan angin. Modul Arduino
maka akan menampilkan teks di serial
digunakan sebagai media pemroses serta
monitor Arduino “pasang SD card” untuk
menggunakan modul datalogger shield.
monitor menggunakan kabel serial, jika
Datalogger shield, yaitu sebuah modul
menggunakan jaringan wireless maka tidak
yang dilengkapi dengan SD card dan Real
akan menampilkan data dari sensor.
Time Clock. SD card sebagai tempat
Apabila SD card terdeteksi maka akan
penyimpanan data dan Real Time Clock
melakukan
digunakan untuk mendapatkan data berupa
bentuk file txt dengan pengambilan data
informasi waktu dan menggunakan modul
tiap lima menit. Untuk monitor secara
wireless xbee s1 untuk memonitor data
langsung
yang
menggunakan jaringan wireless Xbee s1.
Sistem
perancangan
telah
langsung.
yang
datalogger
digunakan
diproses
Arduino
secara
penyimpanan
bisa
data
dilakukan
dalam
dengan
D. Perangkat Lunak Perangkat lunak yang digunakan dalam penelitian ini, yaitu Arduino 1.6.9, notepad dan putty. 1. Arduino 1.6.9 Arduino 1.6.9 digunakan sebagai tempat penulisan
bahasa
pemrograman
pada
Arduino Uno untuk sistem pemodelan datalogger radiasi matahari dan kecepatan
Gambar 9. Software Putty
angin. IV. HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil
pengujian
datalogger
dan
pembahasan yang telah dilakukan sebagai berikut. A. Pengujian Datalogger Shield Modul datalogger shield dirancang khusus dan memiliki pin – pin yang sama Gambar 8. Software Arduino 1.6.9
dengan modul Arduino. Penggunaan modul
2. Notepad dan Microsoft Excel
datalogger sangat cocok untuk melakukan
Notepad dan Microsoft Excel digunakan
penelitian ini, yaitu sistem perancangan
dan
datalogger radiasi matahari dan kecepatan
pengumpulan hasil dat logger yang telah
angin. Sebelum datalogger shield ini
diambil oleh sensor dan tersimpan dalam
digunakan maka perlu dilakukan pengujian.
SD Card.
1.
sebagai
tempat
penampilan
SD card merupakan perangkat yang
3. Putty Software Putty merupakan open source yang
digunakan
sebagai
untuk
mengonfigurasi awal Xbee. Konfigurasi awal bertujuan agar Xbee dapat saling berkomunikasi sehingga data yang dikirim dapat
Pengujian SD card
diterima
oleh
PC.
Apabila
konfigurasi tidak dilakukan maka Xbee tidak bisa mengirim dan menerima data.
terdapat pada datalogger shield. Dalam SD card terdapat 6 pin yang akan dihubungkan dengan modul Arduino, yaitu CS, data in / MOSI, GND, VCC, CLK dan pin 7 data out / MISO. Pin CS peletakannya bebas dengan menggunakan peripheral
mode
SPI
atau
serial
interface.
SD
card
yang
digunakan dalam penelitian ini memiliki
kapasitas 4 GB. Penggunaan SD card
keeper untuk menunjukkan waktu pada saat
bertujuan agar penyimpanan data dapat
mikrokontroler mengambil data dari sensor.
lebih banyak dibandingkan dengan memori
Penggunaan baterai 9 V pada rangkaian
yang tersedia pada mikrokontroler.
RTC berfungsi untuk memberikan daya ke
Kemudian akan dilakukan pengujian
IC DS 1307 agar waktunya terus update.
modul SD card dengan melakukan transfer
Pengujian RTC dapat dilakukan dengan
program
dengan
menggunakan bahasa pemrograman library
menggunakan bahasa pemrograman yang
RTC yang tersedia pada Arduino 1.6.9 dan
tersedia di library software Arduino 1.6.9,
kemudian upload ke modul Arduino.
yaitu SD card library kemudian pilih Card
Setelah
Info dan upload ke modul Arduino. Setelah
dilanjutkan
proses upload berhasil maka dilanjutkan
monitor melaui COM 4 komunikasi serial
membuka serial monitor melalui COM 4
untuk menunjukkan hasil dari pengujian
komunikasi serial untuk menunjukkan hasil
RTC.
ke
modul
Arduino
proses
upload
dengan
selesai
maka
membuka
serial
pengujian modul SD card sudah berhasil tersambung.
Gambar 11. Hasil Pengujian RTC Gambar
11
menjelaskan
hasil
dari
Gambar 10. Hasil Pengujian SD card
pengujian, bahwa Real Time Clock (RTC)
Gambar 10 menjelaskan hasil dari
bekerja dengan baik sehingga RTC dapat
pengujian komunikasi modul dan SD card
digunakan sebagai time keeper pada saat
bekerja dengan sesuai yang diharapkan,
proses
sehingga modul SD Card bisa digunakan
mikrokontroler.
pengambilan
data
oleh
dalam pembuatan datalogger. B. Pengujian Log Data Ke SD Card 2. Pengujian Real Time Clock (RTC) Real Time Clock (RTC) merupakan perangkat yang terdapat pada datalogger shield. Pada sistem datalogger ini, Real Time Clock (RTC) dirancang sebagai time
Pengujian
ini
bertujuan
untuk
melakukan log data ke modul SD card, sehingga dapat mengetahui modul SD card apakah berfungsi dengan benar. Pengujian dilakukan dengan melakukan pengiriman
data ke modul Arduino menggunakan
Gambar 13 merupakan file hasil log data
software Arduino 1.6.9 dengan menekan
yang terisi dalam SD card. Nama file yang
tombol upload yang terdapat pada tampilan
tersimpan dalam SD card sama dengan
software
nama yang telah di program pada software
tersebut.
Kemudian
untuk
mengetahui hasil dari pengujian dapat dilihat melalui tampilan dari serial monitor. Serial
monitor
berfungsi
untuk
menampilkan data yang terdapat pada Arduino. Baud-rate pada serial monitor harus sama dengan serial begin pada kode program yang telah dibuat di software Arduino 1.6.9. Hal tersebut dilakukan agar terjadi
kecocokan
dalam
komunikasi.
Pengujian ini dilakukan log data tiap 1 detik
Arduino 1.6.9. C. Pengujian Komunkasi Wireless (Xbee Series 1) Pengujian dilakukan untuk mengetahui kemampuan Xbee Series 1 dalam proses pengiriman dan kelengkapan penerimaan data. Pengujian akan dilakukan di dalam ruangan dan di luar ruangan. Tabel 1. Pengujian xbee s1indoor dengan halangan dinding
melalui serial monitor yang terdapat di software Arduino 1.6.9.
Jarak (meter)
Gambar 12. Hasil Pengujian Log Data ke
keterangan
5
Terkirim
10
Terkirim
15
Terkirim
20
Tidak terkirim
25
Tidak terkirim
30
Tidak terkirim
SD Card Tabel 2. Pengujian xbee s1 outdoor Jarak (meter)
Gambar 13. File dalam SD Card
keterangan
5
Terkirim
10
Terkirim
15
Terkirim
20
Terkirim
25
Terkirim
30
Terkirim
35
Terkirim
data tiap Lima menit dan untuk mengetahui
40
Terkirim
keberhasilan dan ketahanan pada sistem
45
Terkirim
datalogger. Selama pengujian datalogger
50
Tidak terkirim
untuk pengambilan data selama tujuh hari
55
Tidak terkirim
juga
60
Tidak terkirim
menggunakan
dilakukan
pengambilan
alat
ukur
data
komersial.
Pengambilan data alat ukur komersial dilakukan hanya pada waktu yang telah
D. Pengujian Keseluruhan Sistem
ditetapkan oleh peneliti tidak secara real
Datalogger Pengujian per-bagian pada perangkat yang ada di sistem datalogger telah dilakukan
dan
menyatakan
bahwa
perangkat berhasil digunakan dengan baik. Kemudian perangkat yang sudah dilakukan pengujian
maka
akan
dilakukan
penggabungan perangkat untuk dijadikan sebuah alat datalogger radiasi matahari dan kecepatan
angin.
Penggabungan
juga
dilakukan pada program, yaitu program pengukuran radiasi matahari, program pengukuran kecepatan angin, program Real Time Clock (RTC) dan program log data ke
time. Hasil pengujian yang telah dilakukan selama tujuh hari dengan pengambilan data tiap Lima menit didapatkan bahwa file dalam satu hari yang seharusnya datalogger merekam
sebanyak
288
data
tetapi
datalogger hanya merekam sebanyak 287 data,
sehingga
data
yang
direkam
datalogger selama tujuh hari sebanyak 2009 data dengan ukuran file sebesar 119 KB dan Data yang telah direkam Akan tersimpan di dalam SD card berkapasitas 4 GB. File yang
tersimpan
selama
pengujian
datalogger selama tujuh hari dapat dilihat
SD card. Adapun keluaran data dari Arduino dan
pada gambar 14.
tersimpan ke dalam SD card, yaitu Tegangan dari sel surya, radiasi matahari, RPM dan kecepatan angin. Kemudian pengujian dilakukan dengan pengambilan data radiasi matahari dan kecepatan selama tujuh hari secara real time di lingkungan kediaman peneliti dengan menggunakan power
supply
dari
adaptor
12VDC.
Pengujian dilakukan dengan pengambilan
Gambar 14. Output file dalam SD Card
3. Sistem
datalogger
ini
dapat
digunakan dalam periode yang lama,
E. Kapasitas SD Card Perekaman data yang telah dilakukan
karena dapat merekam data yang
selama tujuh hari mengahasilkan 2009 data
besar dan tersimpan pada SD card.
membutuhkan 0.119 MB untuk proses
4. Monitoring sistem datalogger dapat
perekaman data. Penggunaan SD card
dilakukan
berkapasitas 4 GB yang hanya bisa
wireless, yaitu menggunakan Xbee
digunakan sebesar 3710 MB, maka lama
serial 1.
waktu perhitungan penyimpanan, yaitu 3710MB / 0.119MB/minggu = 31176.47 minggu. Jadi lama waktu SD card dengan
Berikut perancangan
menggunakan
kekurangan datalogger
sistem
dari
sistem
data
radiasi
matahari dan kecepatan angin:
kapasitas 4 GB ketika file penuh adalah 1. Sistem datalogger yang dibuat belum
31176.47 minggu.
dirancang untuk tahan terhadap air, F. Kelebihan dan Kekurangan Sistem Perancangan
perangkat
sistem
datalogger radiasi matahari dan kecepatan
seperti sensor-sensor yang belum terisolasi untuk tahan terhadap air. 2. Pada
pengukuran
sensor
radiasi
angin yang telah diuji secara keseluruhan
matahari dan kecepatan angin masih
berdasarkan parameter mempengaruhi hasil
belum akurat.
dari suatu sistem datalogger. Selanjutnya
3. Monitoring menggunakan wireless
dari hasil pengujian perancangan sistem
hanya dapat dilakukan pada jarak
dapat di ketahui kelebihan dan kekurangan
48.3 meter.
sistem perancangan tersebut. Berikut
datalogger
belum
menggunakan tampilan visual, hanya
perancangan sistem datalogger radiasi
memanfaatkan tampilan pada serial
matahari dan kecepatan angin:
monitor yang tersedia di software
datalogger
kelebihan
sistem
dari
1. Sistem
merupakan
4. Pada
yang
dibuat
Arduino 1.6.9.
memiliki ketahanan yang lumayan, hal ini terbukti sistem datalogger
V. KESIMPULAN DAN SARAN
dapat bekerja selama tujuh hari dalam
A. Kesimpulan
kondisi baik. 2. Datalogger yang telah di rancang dapat di bawa dan ditempatkan ke berbagai tempat.
Berdasarkan data yang telah diperoleh dari hasil penelitian maka didapatkan kesimpulan sebagai berikut:
1. Datalogger yang dirancang telah dilakukan pengujian selama tujuh hari. Dari hasil pengujian datalogger berhasil menyimpan data sebanyak 2009 data.
Bill Earl, (2015). Adafruit Datalogger Shield. Haryadi, Y, (2007). Pelacak Intensitas Energi Matahari Menggunakan Sel Surya. Hidayat Riyan, (2015). Perancangan
2. Datalogger pada penelitian ini dapat menyimpan data selama 31176.47 minggu dengan kapasitas SD card 4 GB.
dan Karakterisasi Prototipe Anemometer jenis Cup. Ikhsan, M dan Away, Y, (2014). Teknik Redukasi
3. Monitoring menggunakan wireless hanya
dapat
dilakukan
dengan
Energi
pada
Perancangan
Datalogger Parameter Matahari. Krisdianto,
(2015).
jangkauan jarak indoor 48.3 meter
Prototipe
Sensor
dan outdoor 18.4 meter.
Menggunakan Photodiode.
Perancangan
Radiasi
Matahari
Nugroho, Y, A, (2011). Penerapan B. Saran Adapun
Sensor Optocoupler pada Alat Pengukur saran
untuk
melanjutkan
penelitian ini, yaitu:
AVR Atmega8535.
1. Penambahan input sensor untuk melakukan pengukuran selain dari pengukuran radiasi matahari dan kecepatan
angin
yang
berkaitan
dengan energi terbarukan. 2. Mengoptimalkan wireless
Kecepatan Angin Berbasis Mikrokontroler
jarak
dengan
Susanto Heri, (2013). Perancangan Sistem Telemetri Wireless untuk Mengukur Suhu dan Kelembaban Berbasis Arduino Uno R3 Atmega328P dan Xbee Pro. Suyatno, A dkk, (2011). Prototipe
jangkauan
menggunakan
internet dan tampilannya dapat dilihat tidak hanya oleh satu pengguna.
Perangkat Detector Kebocoran Gas LPG Berbasis Arduino (ATmega328). Wijayanti, D dkk, (2015). Rancang Bangun Alat Ukur Kecepatan dan Arah Angin Berbasis Arduino Uno Atmega328P.
VI. DAFTAR PUSTAKA Andi, (2013). Perancangan Sistem Monitoring Intensitas Radiasi Matahari. Andika, A, D dkk, (2012). Perancangan Sistem Pengukur Jarak 2 Titik Wireless Xbee Pro berdasarkan Nilai RSSI.
Winata, Pande, P, T dkk, (2016). Rancang Bangun Sistem Monitoring Data Panel
Surya
Arduino.
Berbasis
Mikrokontroler
