PROGRAM KREATIVITAS MAHASISWA
WIRELESS SENSOR NETWORK UNTUK TELEMETRI SUHU PADA MONITORING AKTIVITAS GUNUNG SLAMET BIDANG KEGIATAN: PKM-P
Disusulkan oleh: Syaefudin Pandu Igeng Jatmiko Dimas Reynaldi
(NIM 1303030011 / Angkatan 2013) (NIM 1303030006 / Angkatan 2013) (NIM 1403010083 / Angkatan 2014)
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH PURWOKERTO PURWOKERTO 2015
i
ii
DAFTAR ISI Halaman Sampul ............................................................................................... i Halaman Pengesahan ............................................................................................... ii Daftar Isi ........................................................................................................... iii Ringkasan ........................................................................................................... iv BAB 1 PENDAHULUAN A. Latar Belakang ................................................................................... 1 B. Rumusan Masalah ................................................................................... 1 C. Tujuan ............................................................................................... 2 D. Luaran Yang diharapkan ....................................................................... 2 BAB II TINJAUAN PUSTAKA A. Gunung Slamet ................................................................................... 3 B. Suhu Kawah ............................................................................................... 3 C. XBEE / ZigBee ................................................................................... 3 D. Mikrokontroler ATMega 328 ....................................................................... 4 E. Sensor Suhu DS18B20................................................................................... 4 BAB III METODE PENELITIAN A. Alat dan Bahan ................................................................................... 6 B. Persiapan Awal ................................................................................... 6 C. Proses Pembuatan Alat ....................................................................... 6 D. Pengujian Sistem dan Analisa Data ........................................................... 7 BAB IV BIAYA DAN JADWAL KEGIATAN A. Anggaran Biaya ................................................................................... 9 B. Jadwal Kegiatan ................................................................................... 9 DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................... 10 LAMPIRAN – LAMPIRAN Lampiran 1. Biodata Ketua dan Anggota ............................................... 11 Lampiran 2. Justifikasi Anggaran Kegiatan ............................................... 16 Lampiran 3. Susunan Organisasi Tim Peneliti Dan Pembagian Tugas ........................................................... 18 Lampiran 4. Surat Pernyataan Ketua Panitia ............................................... 19
iii
RINGKASAN Banyaknya gunung berapi di Indonesia yang masih aktif menyebabkan suatu bencana alam gunung meletus. Gunung Slamet merupakan salah satu gunung berapi yang masih aktif di pulau jawa, dengan ancaman tersebut maka perlunya suatu sistem yang dapat memonitoring aktivitas gunung berapi. Pengamatan gunung berapi dapat dilakukan dengan mengamati suhu mata air panas yang berasal dari gunung berapi . Suhu yang ada pada air akan diubah menjadi suatu sinyal oleh sensor yang dapat diolah secara elektronik oleh mikrokontroler, kemudian sinyal dari mikrokontroler dikirimkan melalui Transmiter ke Receifer melalui wireless sensor network dengan menggunakan Xbee . Sinyal yang diterima oleh Receifer akan diolah kembali oleh mikrokontroler master dan outputnya akan ditampilkan pada internet. Dengan mengunakan metode ini diharapkan proses monitoring dapat lebih efisien. Kata kunci : Gunung Slamet, Mikrokontroler,Monitoring, Xbee
iv
1
BAB 1. PENDAHULUAN A. Latar Belakang Indonesia merupakan negara dengan potensi alam yang besar berdasarkan kondisi geografis dan geologisnya, tetapi dengan keadaan tersebut menjadikan Indonesia rawan dengan bencana, salah satu bencana yang memakan banyak korban adalah bencana letusan gunung berapi. Untuk mengurangi dampak bencana, ilmu teknologi dan komunikasi memiliki banyak potensi terutama dalam hal sosialisasi, peringatan dini, maupun penanggulangan setelah bencana telah terjadi. Banyaknya gunung berapi di Indonesia yang masih aktif menyebabkan negara Indonesia dalam suatu ancaman bahaya gunung meletus salah satu contohnya adalah Gunung Slamet. Gunung Slamet secara spesifik memiliki 4 kawah yaitu kawah K1,K2,K3, dan K4 dengan letak geografis terletak pada 70 14,30’ Lintang Selatan dan 1090 12,30’ Bujur Timur. Berdasarkan Direktorat Vulkanologi, Gunung Slamet bertipe Strato yang mana merupakan gunung berapi tertinggi ke-2 di pulau Jawa. (Al Anshory:2014) Dengan ancaman tersebut maka perlu adanya sistem untuk memonitoring status dan aktifitas gunung berapi. Sistem yang diperlukan adalah sistem yang dapat memberikan suatu informasi yang real time. Informasi yang bersifat real time dapat memberikan informasi yang kekinian tentang status dan aktivitas gunung berapi. Menurut Badan Geologi Kementerian ESDM pada evaluasi aktvitas Gunung Slamet tahun 2014, Salah satu parameter yang digunakan sebagai indikator aktifitas Gunung Slamet adalah pengamatan Geokimia melalui pengukuran suhu mata air panas yang terdapat di selatan kaki Gunung Slamet atau Baturraden Sistem monitoring aktifitas gunung berapi secara real time umumnya menggunakan media komunikasi RF (radio frekuensi) yang membutuhkan daya listrik yang cukup besar. Berdasarkan latar belakang diatas penulis berupaya untuk merancang bangun sistem monitoring suhu aktivitas Gunung Slamet yang hemat daya yaitu menggunakan media komunikasi wireless sensor network (WSN). Sehingga dengan metode ini proses monitoring Gunung Slamet dapat lebih efisien. B. Rumusan Masalah Rumusan masalah dalam penelitian ini adalah : 1. Bagaimana merancang bangun sistem yang dapat memonitoring status dan aktivitas Gunung Slamet secara real time.? 2. Bagaimana mengklasifikasikan kondisi gunung berapi berdasarkan tingkat suhu sumber air panasnya?
2
3. Bagaimana mengukur dan mengirimkan data hasil pengukuran suhu menggunakan media komunikasi wireless sensor network serta menampilkannya pada internet? C. ManfaatYang diharapkan Manfaat yang diharapkan dari penulisan proposal penelitian ini adalah : 1. Mendapatkan informasi status dan aktivitas Gunung Slamet yang real time. 2. Terciptanya suatu alat yang berfungsi untuk penanggulangan dini letusan Gunung Slamet. 3. Menekan angka kematian akibat bencana alam Gunung Slamet. D. Luaran Yang Diharapkan 1. Mempermudah dalam memonitoring status dan aktivitas Gunung Slamet. 2. Sistem dapat bekerja dengan respon yang cepat sesuai status dan aktivitas Gunung Slamet.
3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA A. Gunung Slamet Gunung Slamet merupakan salah satu gunung api aktif tipe A(pernah meletus sejak tahun 1600) dengan ketinggian 3432 m. Gunung ini terletak pada posisi 70 14,30’ Lintang Selatan dan 1090 12,30’ Bujur Timur,dengan wilayah administrasi masuk ke dalam wilayah Kabupaten Brebes, Tegal, Pemalang, Banyumas, dan Purbalingga.(Al Anshory:2014) Berdasarkan catatan kegiatan vulkanik Gunung Slamet sejak tahun1772, karakter erupsi gunung api ini cenderung bersifat eksplosif lemah(tipe Vulkano) dan juga efusif, yaitu lelehan lava yang disertai letusan abu dan scoria(tipe Stromboli). Erupsi ini dicirikan oleh tiang asap letusan yang pekat berisi campuran material vulkanik berukuran abu dan gas vulkanik, disertai lontaran material vulkanik berukuran abu hingga bongkah dan suara-suara dentuman. Gunung Slamet pernah meletus sebanyak 33 kali, letusan terakhir yaitu pada 10 Maret 2014. B. Suhu Kawah Salah satu faktor penentu aktifitas gunung berapi adalah suhu kawah, dimana suhu kawah dapat menentukan status gunung tersebut. (http://portal.vsi.esdm.go.id) Tabel.1 Data Suhu Sebagai Penentu Status Gunung Permukaan 10m 15m Status 0 0 0 0 0 0 Normal 0 C-32 C 0 C-35 C 0 C-37 C 0 0 0 0 0 0 Waspada 32 C-37 C 35 C-38 C 37 C-39 C 0 0 0 0 0 0 Siaga 37 C-39 C 38 C-40 C 39 C-41 C Awas 390 C-<0 C 400 C-<0 C 410 C-<0 C C. XBEE / ZigBee Modul X-Bee atau ZigBee ini menggunakan komunikasi serial dengan modulasi FSK (Frequency Shift Keying) dengan frekuensi 2.4 GHz. Jangkauan XBee mencapai 30 meter indoor dan 100 meter outdoor, sedangkan XBee-Pro 100 meter indoor dan 1500 meter outdoor. Tentunya jangkauan tersebut akan lebih efektif jika menggunakan antenna khusus XBee. XBee juga merupakan salah satu modul telemetri yang dapat berfungsi sebagai RX dan TX sekaligus atau dapat melakukan komunikasi dua arah. Komunikasi serial pada modul
4
XBee ini sama dengan cara mengirim dan menerima data seperti komunikasi serial biasa. (rahmaniar : 2011) D. Mikrokontroler Atmega 328 Mikrokontroler adalah sebuah sistem komputer fungsional dalam sebuah chip. Di dalamnya terkandung sebuah inti prosesor, memori (sejumlah kecil RAM, memori program, atau keduanya), dan perlengkapan input output. Dengan kata lain, mikrokontroler adalah suatu alat elektronika digital yang mempunyai masukan dan keluaran serta kendali dengan program yang bisa ditulis dan dihapus dengan cara khusus, cara kerja mikrokontroler sebenarnya membaca dan menulis data. Salah satu contoh mikrokontroler yang sering digunakan adalah ATMEGA328. ATMega328 adalah mikrokontroller keluaran dari atmel yang mempunyai arsitektur RISC (Reduce Instruction Set Computer) yang dimana setiap proses eksekusi data lebih cepat dari pada arsitektur CISC (Completed Instruction Set Computer). Mikrokontroller ini memiliki beberapa fitur antara lain: 1. 130 macam instruksi yang hampir semuanya dieksekusi dalam satu siklus clock. 2. 32 x 8-bit register serba guna. 3. Kecepatan mencapai 16 MIPS dengan clock 16 MHz. 4. 32 KB Flash memory dan pada arduino memiliki bootloader yang menggunakan 2 KB dari flash memori sebagai bootloader. 5. Memiliki EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) sebesar 1KB sebagai tempat penyimpanan data semi permanent karena EEPROM tetap dapat menyimpan data meskipun catu daya dimatikan. 6. Memiliki SRAM (Static Random Access Memory) sebesar 2KB. 7. Memiliki pin I/O digital sebanyak 14 pin 6 diantaranya PWM (Pulse Width Modulation) output. 8. Master / Slave SPI Serial E. Sensor Suhu DS18B20 Produk ini merupakan sensor suhu DS18B20 dengan kemampuan tahan air (waterproof). Cocok digunakan untuk mengukur suhu pada tempat yang sulit, atau basah.Karena ouput data produk ini merupakan data digital, maka Anda tidak perlu khawatir terhadap degradasi data ketika menggunakan untuk jarak yang jauh.DS18B20 menyediakan 9 hingga 12-bit (yang dapat dikonfigurasi) data. Karena setiap sensor DS18B20 memiliki silicon serial number yang unik, maka beberapa sensor DS18B20 dapat dipasang dalam 1 bus.Hal ini
5
memungkinkan pembacaan suhu dari berbagai tempat. Meskipun secara datasheet sensor ini dapat membaca bagus hingga 125°C, namun dengan penutup kabel dari PVC disarankan untuk penggunaan tidak melebihi 100°C
6
BAB III METODOLOGI PENELITIAN A. Alat Dan Bahan Alat dan bahan dalam proses penelitian ini diantaranya yaitu : 1. Modul Remote Terminal Unit(RTU) yang terdiri dari : a. Blok sensor suhu b. Blok pemproses mikrokontroler c. Blok Transmiter menggunakan Xbee d. Blok Penampil menggunakan LCD e. Blok Power Suply 2. Modul Master Terminal Unit yang terdiri dari : a. Blok Receifer menggunakan Xbee b. Blok Mikrokontroler c. Blok Ethernet Converter d. Blok Power Suply B. Persiapan Awal Pelaksanaan program ini bekerja sama dengan pengelola lokawisata baturraden dan BPBD (Badan Penanggulangan Bencana Daerah Banyumas). Perakitan sistem terdiri dari beberapa komponen yang terpisah, tetapi antar komponen merupakan suatu sistem yang saling berhubungan. Komponen elektronik yang digunakan tidak semuanya tersedia pada satu toko elektronik, sehingga untuk komponen yang tidak tersedia akan dilakukan pembelian secara online. Untuk program mikrokontroler dikerjakan oleh tim pelaksana dan dibantu oleh dosen pembimbing. C. Proses Pembuatan Alat Pada proses pembuatan sistem agar bekeja dengan baik haarus dilakukan proses perencanaan yang matang dan didukung oleh perhitungan analisis sistem yang sebelumnya. Komponen yang digunankan untuk membuat sistem adalah komponen yang berkualitas karena alat akan beroperasi secara terus menerus.
7
Modul RTU
LCD / Display Sensor Suhu
Mikrokontroler
XBEE Transmiter
Wifi Ethernet
Mikrokontroler Master
XBEE Receiver
Internet Modul MTU
Gambar.1 Diagram Blok Sistem Monitoring Aktivitas Gunung Slamet
Suhu dari sumber air panas disekitar Gunung Slamet akan dikonversikan oleh sensor suhu menjadi sinyal analog, kemudian dirubah dari sinyal analog menjadi sinyal digital oleh ADC yang ada pada mikrokkontroler. Pada mikrokontroler data dari sensor akan diproses dan output ditampilkan pada LCD dan diteruskan ke modul Xbee (transmitter). Data yang diterima oleh Xbee Transmiterakan dikirimkan secara wireless ke Xbee Receifer, kemudian data yang diterima pada Xbee Receifer diteruskan ke Mikrokontroler Master dan data akan diolah sehingga dapat di tampilkan di web. D. PENGUJIAN SISTEM DAN ANALISA DATA Pengujian sistem dilakukan untuk mengetahui performa sistem yang dibuat . Proses pengujian terdiri dari: 1. Pengujian Remote Terminal Unit Dilakukan dengan kalibrasi sensor suhu yang digunakan dibandingkan dengan alat ukur suhu standar. Hasil pengujian dianalisis secara statistik unutk mengetahui signifikansi hasil pengukuran suhu. 2. Pengujian Master Terminal Unit Dilakukan dengan menampilkan data hasil pengukuran suhu pada media internet.
8
3. Pengujian Media Komunikasi WSN Dilakukan dengan melakukan pengiriman data hasil pengukuran menggunakan Xbee Pro untuk mengetahui jarak maksimal dan tingkat kesalahan pengiriman data. 4. Pengujian sistem secara keseluruhan Dilakukan dengan melakukan pengujian sistem yang diaplikasikan dilapangan dengan menempatkan blok modul RTU pada sumber mata air panas baturraden dan modul MTU kantor Dinas Pariwisata Baturraden. Sistem akan diuji reliabilitasnya dengan melakukan pengambilan data secara real time selama 3 hari, dengan periode pengambilan sampel setiap 1 jam.
9
BAB IV BIAYA DAN JADWAL KEGIATAN A. Rancangan Biaya Kegiatan No 1 2 3 4
Jenis Pengeluaran Komponen Bahan Habis Pakai Transportasi dan Komunikasi Pelaporan dan Dokumentasi Jumlah Pengeluaran
Total Biaya Rp 3.870.000 Rp 523.000 Rp 258.000 Rp 250.000 Rp 4.901.000
B. Jadwal Kegiatan No
Nama Kegiatan
1 2
Studi Literatur Diskusi, peminjaman laboratorium Persiapan Peralatan Kerja Pembelian Bahan dan Peralatan Kerja Pembuatan Alat Pengujian Tahap Awal Uji-Evaluasi Kinerja Alat Keseluruhan Melaporkan Hasil pengujian Pengujian Akhir di Laboratorium Laporan Akhir Program
Bulan Ke1
3 4
5 6 7
8
9
10
2
3
4
5
10
DAFTAR PUSTAKA
Al Anshory, Mahfuz dan Hari Priyadi. 2014. Pendugaan Daerah Rawan Bencana Vulkanologi Di Sekitar Gunung Slamet. Jurnal Unisma Vol 6 No.1 Anonim. 2014. Digital Temperatur DS18B20 (waterproof) (Online) (http://www.geraicerdas.com/sensor/temperature/digital-temperature-ds18b20waterproof-detail diakses tanggal 24 November 2015 Pukul 19.35 WIB) Badan Geologi Kementerian ESDM .Evaluasi Gunung Slamet status siaga level 3 hingga tanggal 12 september 2014.www.vsi.esdm.go.id Fardhila. 2014. Gunung Slamet: Letusan pertama 1772, terakhir 2009. (Online) (http://simomot.com/2014/03/12/gunung-slamet-letusan-pertama-1772-terakhir-2009/ diakses tanggal 23 November 2015 Pukul 16.00 WIB) Kodong, Frans Richard. 2009. Aplikasi Penentuan Status Gunung Berapi Menggunakan Telemetri Suhu.Seminar Nasional Informatika 2009.Yogyakarta : 23 Mei 2009. P,Yuhananisa, PN,Yayan, K,lailatul, L,Rahil, SP,Wahyu, dan Ria O. 2014 . Sistem Telemetri Simulasi Mitigasi Bencana Kegempaan dan Deteksi Peningkatan Kadar Konduktivitas Belerang Pada Gunung Berapi Berbasis Wireless. Jurnal Pendidikan Fisika dan Aplikasinya .Vol 4 : hal 16-20. Rahmaniar, Wahyu. 2011. Tutorial Telemetri 2.4 GHz dengan XBEE (Zigbee), (Online) (http://technologination.blogspot.co.id/2011/11/tutorial-telemetri-24-ghzdengan-x-bee.html diakses tanggal 23 November 2015 Pukul 16.45 WIB )
11
Lampiran 1. Biodata Ketua dan Anggota serta Dosen Pendamping 1. Ketua A. Identitas Diri 1 Nama Lengkap (dengan Syaefudin gelar) 2 Jenis Kelamin L L 3 Program Studi Teknik Elektro 4 NIM 1303030011 5 Tempat dan Tanggal Lahir 19 September 1994 6 E-mail
[email protected] 7 Nomor Telepon/HP 089665790023 B. Riwayat Pendidikan Nama Institusi Jurusan Tahun MasukLulus
SD SD N 1 Rejasari
SMP SMP N 4 Purwokerto
2000-2006
2006-2009
SMA SMK Wiworotomo Purwokerto Listrik 2009-2012
C. Pemakalah Seminar Ilmiah (Oral Presentation) No
Nama Pertemuan Ilmiah/ Seminar
Judul Artikel Ilmiah
Waktu dan Tempat
1 2 D. Penghargaan dalam 10 tahun Terakhir (dari pemerintah, asosiasi atau institusi lainnya) No.
Jenis Penghargaan
Institusi Pemberi Penghargaan
Tahun
Semua data yang saya isikan dan tercantum dalam biodata ini adalah benar dan dapat dipertanggungjawabkan secara hukum. Apabila di kemudian hari ternyata dijumpai ketidaksesuaiandengan kenyataan, saya sanggup menerima sanksi.
12
13
14
15
16
Lampiran 2. Justifikasi Anggaran kegiatan Komponen No
Komponen
1 Mikrokontroler 2 Sensor Suhu Sistem Minimum 3 RTU Sistem Minimum 4 MTU 5 Xbee Transmiter 6 Xbee Receiver 7 Power Suply 8 Box 9 Kabel LAN 10 PCB 11 Kabel Instalasi
Spesifikasi
Jumlah
Atmega 328 DS18B20
Besarnya (Rp)
2 5
200000 60000
400000 300000
1
400000
400000
1 1 1 2 2 1 1 1
400000 750000 750000 100000 100000 250000 200000 120000
400000 750000 750000 200000 100000 250000 200000 120000 3870000
Harga(Rp)
Besarnya(Rp)
35000 200 2000 200000 20000 5000 200000
35000 10000 8000 200000 60000 10000 200000 523000
Harga(Rp)
Besarnya(Rp)
7400 100000
158000 100000 258000
Xbee Pro Xbee Pro 5V - 10V HUB 1M 3M Jumlah Total (Rp)
Bahan Habis Pakai No Kebutuhan Jumlah 1 Kertas A4 1 2 FotoCopy 50 3 Bolpoin 4 4 Toner cartridge 1 5 Block Note/agenda 3 6 Tipe-X 2 7 Flash Disk 1 Jumlah Total (Rp) Transportasi dan Komunikasi No Kebutuhan Jumlah 1 Bensin 20 L 2 Komunikasi 1 Jumlah Total (Rp)
Harga/Unit (Rp)
17
Pelaporan dan Dokumentasi No Kebutuhan Jumlah Penyusunan laporan 1 akhir 1 2 Penggandaan Laporan 1 Pengiriman Hasil 3 Penelitian 1 4 CD 1 Jumlah Total (Rp)
Harga(Rp)
Besarnya(Rp)
100000 50000
100000 50000
50000 50000
50000 50000 250000
18
Lampiran 3. Susunan Organisasi Tim Kegiatan dan Pembagian Tugas N Nama / o NIM
Program Studi
Bidang Ilmu
Alokasi Waktu (jam/minggu) 4 jam/minggu
1
Syaefudin
Teknik Elektro
Teknik Elektro
2
Pandu Igeng Jatmiko
Teknik Elektro
Teknik Elektro
4 jam/minggu
3
Dimas Reynaldi
Teknik Sipil
Teknik Sipil
4 jam/minggu
Uraian Tugas
1. mencari referensi permasalahan, serta informasi yang dibutuhkan untuk menunjang gagasan. 2. mengoreksi proposal apakah sudah sesuai atau tidak. 3. Pembuatan sistem monitoring aktivitas gunung slamet. 4. Menguji sistem monitoring aktivitas gunung slamet 1. mencari referensi permasalahan, serta informasi yang dibutuhkan untuk menunjang gagasan. atau tidak. 2. Pembuatan sistem monitoring aktivitas gunung slamet. 3. Menguji sistem monitoring aktivitas gunung slamet 1. Survei tempat penelitian 2. Mencari sumber referensi yang dibutuhkan dalam penelitian
19
