Fibusi (JoF) Vol. 3 No. 3, Desember 2015
RANCANG BANGUN ALAT PENGHILANG EMBUN DAN BEKAS AIR HUJAN OTOMATIS UNTUK ALLSKY CAMERA DI OBSERVATORIUM BOSSCHA Muhammad Marzuqi Abdullah 1; Waslaluddin2*; Muhammad Irfan3 1,2Jurusan
Pendidikan Fisika, Fakultas Pendidikan Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Pendidikan Indonesia (UPI), Jl. Dr. Setiabudhi 229, Bandung 40154, Indonesia 2Observatorium Bosscha, FMIPA – ITB, Bandung, Indonesia
[email protected] [email protected]
ABSTRAK
Fungsi AllSky Camera yang sangat penting mengharuskan kamera harus selalu standby setiap saat. Penyimpanan alat AllSky Camera diharuskan berada diruang terbuka dan disimpan di atap sehingga akan berinteraksi dengan udara luar. Interaksi dengan udara luar akan berpengaruh pada alat AllSky Camera. Efeknya yaitu menempelnya titik embun dan bekas air hujan pada alat AllSky Camera. Titik embun dan bekas air hujan pada kubah kamera akan menggangu pandangan kamera dan mempengaruhi kualitas gambar. Oleh karena itu diperlukan alat bantu yang dapat bekerja secara otomatis untuk menghilangkan embun pada alat AllSky Camera untuk meningkatkan kualitas gambar dan performa dari kamera. Sistem sensor yang dibangun untuk mendeteksi kemunculan embun menggunakan sensor SHT11 yang mampu mengukur besaran suhu dan kelembaban, sedangkan untuk mendeteksi kemunculan hujan digunakan sensor hujan YL-83. Otak dalam sistem alat kali ini menggunakan mikrokontroler Arduino Uno yang diprogram menggunakan software Arduino IDE versi 1.0.6. Mikrokontroler ini akan menerima sinyal masukan dari sensor dan mengeluarkan sinyal kepada aktuator untuk menghilangkan titik embun dan bekas air hujan. Aktuator yang dibuat adalah wiper yang terbuat dari alumunium dan pembuatannya disesuaikan dengan bentuk kubah dari AllSky Camera. Aktuator lain yang digunakan adalah silika gel yang dipasang dibagian dalam dari alat AllSky Camera untuk menyerap uap air yang ada di bagian dalam alat. Pembuatan wiper untuk menghilangkan titik embun dan bekas air hujan serta pemasangan silika gel pada bagian dalam alat untuk menyerap uap air mampu meningkatkan performa dari alat AllSky Camera.. Kata Kunci: AllSky Camera, Bekas Air Hujan, Sistem Kontrol Ruangan, Titik
Embun
*Penanggung Jawab
Muhammad Marzuqi Abdullah, dkk Rancang Bangun Alat Penghilang Embun dan Bekas Air Hujan Otomatis untuk AllSky Camera di Observatorium Bosscha DESIGN AND CONSTRUCTION EQUIPMENT DEW REMOVAL AND RAIN WATER MARK AUTOMATICALLY FOR ALLSKY CAMERA IN BOSSCHA OBSERVATORY ABSTRACT
Functions from AllSky Camera are very important where the camera should always standby at all times. AllSky Camera required to be stored on the roof so that it will interact with the outside air. Interaction with the outside air would affect at AllSky Camera. The effect is that the attachment of dewpoint and rain water marks at AllSky Camera. Dew point and rainwater marks in the dome of camera will interfere with the camera's view and affect the image quality. Therefore we need a tool that can work automatically to eliminate dewpoint on AllSky Camera to improve image quality and performance of the camera. The sensor system is built to detect of dew is using SHT11 sensor that capable to measuring the amount of temperature and humidity, while for detect the rain used rain sensor YL-83. The brain of this research using microcontroller Arduino Uno that is programmed using software Arduino IDE version 1.0.6. This microcontroller will receive input signals from sensors and output a signal to the actuator to eliminate the dew point and cleaning from rain water marks. Wiper actuator is made from aluminum and built accordance to dome of AllSky Camera. Another actuator used is silika gel which is fitted on the inside of the AllSky Camera to absorb the moisture on the inside of the appliance. Making the wiper to remove the dew point and the rain water marks and also the installation of silika gel on the inside of the tool to absorb water vapor is able to improve the performance of the tool AllSky Camera.
Keywords: AllSky Camera, Dewpoint, Rain Water Marks, System Room Control PENDAHULUAN Pengembunan dan curah hujan merupakan fenomena fisis yang berhubungan dengan ilmu fisika dan ilmu meteorologi. Curah hujan merupakan unsur meteorologi yang mempunyai variasi tinggi dalam skala ruang dan waktu sehingga paling sulit untuk diprediksi.Akan tetapi, informasi curah hujan sangat penting dan dibutuhkan oleh hampir semua bidang seperti pertanian, transportasi, perkebunan, hingga peringatan dini bencana alam, banjir, longsor, dan kekeringan (Aryani, dkk. 2014). Disisi lain fenomena pengembunan sering kali terjadi disetiap malam menjelang pagi hari dan menyebabkan embun yang turun menempel ke benda-benda di lingkungan kita. Sangat memungkinkan embun akan
menempel ke bagian-bagian yang harus terlindungi dari gangguan embun seperti rangkaian listrik, komponen-komponen elektronika, hingga kamera. Embun yang menempel pada kamera akan sangat mengganggu performa dari kamera itu sendiri. AllSky Camera merupakan sebuah kamera yang memiliki jarak pandang besar, bahkan medan pandang dari alat ini bisa mencapai 180°. Alat ini sendiri didesain untuk memonitor kondisi dan kecerahan langit secara langsung, lalu alat ini mampu mengambil gambar dari pergerakan meteor, satelit, dan beberapa fenomena atmosfer lainnya.Hasil dari citra yang diambil oleh alat AllSky Camera sangat penting terutama untuk situs pengamatan dan observatorium.
Fibusi (JoF) Vol. 3 No. 3, Desember 2015
Cara penggunaan kamera ini yaitu AllSky Camera akan ditempatkan pada sebuah wadah tertutup dimana wadah tersebut ditempatkan dibagian atap atau daerah yang terbuka sehingga interaksi dengan udara luar akan terjadi setiap saat. Salah satu resiko dari interaksi dengan udara luar yang berdampak sangat besar pada kamera ini adalah munculnya titik-titik embun atau sisa air hujan yang menempel pada bagian kubah alat. Titik embun dan sisa air hujan dapat muncul kapan saja. Ini menandakan bahwa hujan akan turun disetiap bulan sepanjang tahun. Titik titik embun yang menempel atau sisa air hujan yang turun akan mengganggu pengamatan dari kamera yang membuat gambar yang diambil oleh kamera menjadi kurang penting karena sudah terhalangi oleh air dan titik embun tersebut. Meski medan pandang kamera cukup lebar namun jika pada bagian kubah alat terdapat halangan untuk memandang, ini akan sangat mengganggu pengamatan. Fungsi dari AllSky Camera tidak akan terfungsikan secara maksimal. Pada penelitian kali ini akan dibuat alat penghilang embun dan bekas air hujan secara otomatis untuk meningkatkan performa dari alat AllSky Camera. METODE PENELITIAN Metode penelitian yang digunakan dalam penelitian ini bersifat eksperimen. Metode eksperimen dilakukan mulai dari proses perancangan sistem hingga pembuatan alat penghilang embun dan bekas air hujan secara otomatis. Hasil dari proses perancangan alat yaitu didapatkan sistem sensor, dan sistem aktuator yang harus dibangun serta komponen yang dibutuhkan. Sistem sensor dan aktuator disesuaikan dengan permasalahan yang dihadapi. Permasalahan yang ada pada
penelitian kali ini adalah munculnya embun dimana embun akan muncul pada kondisi suhu dewpoint. Suhu dewpoint sendiri adalah suhu dimana udara akan mengalami kejenuhan dan menjadi uap air. (Yousif dan Tahir, 2013). Sehingga dibutuhkan sensor suhu dan kelembaban yang dapat membantu menemukan suhu dewpoint. Permasalahan lain adalah menempelnya bekas air hujan pada alat, sehingga diperlukan sebuah sensor yang dapat mendeteksi kemunculan hujan. Komponen yang dibutuhkan dalam pembuatan sistem sensor adalah sensor SHT11 yang berfungsi untuk mengukur suhu dan kelembaban sekaligus. Rentang pengukuran yang dimiliki sensor SHT11 yaitu dari 0-100% Relative Humidity (RH) dan akurasi RH absolute +/- 3%RH. Sedangkan rentang pengukuran suhu dari -40°C hingga 123,8°C dan memiliki akurasi pengukuran suhu +/- 0,4°C pada suhu 25°C. Sensor lain yang digunakan pada sistem sensor adalah sensor hujan YL-83. Sistem aktuator yang dirancang adalah membuat sebuah wiper yang bentuknya disesuaikan dengan bentuk daerah akrilik yang akan disapu pada alat AllSky Camera, pemasangan sprayer air sabun dan pemasangan silika gel pada bagian dalam alat AllSky Camera. Dalam pembuatan wiper digunakan bahan alumunium dengan tebal 1 mm dan bahan matras karet dengan tebal 1mm. Alumunium dibagi menjadi tiga bagian yaitu satu bagian untuk dudukan karet dan dua bagian untuk penjepit karetnya. Pembuatan bagian penjepit karet disesuaikan dengan bentuk akrilik yang ada, sedangkan pembuatan bagian dudukan karet dibentuk lebih pendek dari dari bagian penjepit karet. Hal ini dilakukan karena dalam pembuatannya, bagian dudukan karet akan disambungkan dengan karet yang dipotong dan
disesuaikan dengan bagian akrilik. Aktuator wiper yang telah terbentuk akan dibantu kerjanya menggunakan sprayer air sabun. Sprayer air sabun ini menggunakan pompa motor wiper mobil yang berguna untuk melicinkan pergerakan wiper saat penyapu bagian akrilik. Disamping melicinkan pergerakan wiper saat bergerak, air sabun ini pula dapat membantu menghilangkan kotoran yang memungkinkan menempel pada bagian akrilik. Aktuator lain yang digunakan adalah penyimpanan silika gel pada bagian dalam alat AllSky Camera. Pemasangan ini ditujukan untuk menyerap uap air yang berada pada bagian dalam alat. Silika gel yang digunakan berjumlah 5 bungkus dimana setiap bungkusnya memiliki pori-pori pelindung berukuran 1 angstrom dan memiliki berat 5 gram. Komponen lain yang dibutuhkan dalam penelitian kali ini adalah pembuatan meja untuk penyimpanan komponen , pembuatan kotak penyimpanan waterproof, perancangan pembuatan Printed Circuit Board (PCB) untuk Sistem Penghilang Embun dan Bekas Air Hujan Otomatis, pembuatan perangkat lunak untuk sistem penghilang embun dan bekas air hujan secara otomatis, sensor limit switch untuk pembatas gerak wiper, motor servo yang berfungsi untuk menggerakan wiper, dan driver motor untuk mengatur arah pergerakan motor. Bentuk dari meja untuk penyimpanan komponen disesuaikan dengan kebutuhan alat. Meja ini terbuat dari bahan alumunium composite dengan ukuran panjang 28,6 cm, lebar 26,5 cm dan tebal 4 mm. Selanjutnya pembuatan kotak penyimpanan yang bersifat waterproof terbuat dari alumunium dengan tebal 0,5 mm dan dibentuk mejadi
sebuah kubus dimana pada bagian atapnya terdapat jalur sirkulasi udara yang aman dari gangguan cuaca. Ukuran dari kotak penyimpanan alat ini memiliki panjang 30 cm, lebar 20 cm dan panjang 40 cm. Perancangan pembuatan PCB mmenggunakan aplikasi EAGLE versi 6.4.0. sedangkan perancangan pembuatan perangkat lunak untuk sistem penghilang embun dan bekas air hujan secara otomatis menggunakan aplikasi Arduino IDE. Semua sistem yang telah dirancang akan dikontrol secara otomatis oleh Arduino Uno R3 yang menggunakan mikrokontroler ATmega 328. Arduino Uno sendiri merupakan kesatuan perangkat yang terdiri dari berbagai komponen elektronika dimana penggunaan alat sudah dikemas dalam kesatuan perangkat yang dibuat oleh pemroduksi yntuk diperdagankan. Dengan Arduino Uno, dapat dibuat sebuah sistem atau perangkat fisik menggunakan software dan hardware yang sifatnya interaktif yaitu dapat menerima rangsangan dari lingkungan dan dapat merespon balik (Kristianto, 2013) HASIL DAN PEMBAHASAN 1. Pengujian Sensor Limit Switch Pengujian sensor limit switch dikamsudkan untuk mengetahui kemampuan kerja dan perubahan tegangan saat limit switch ditekan dan tidak ditekan. Hasil pengujian sensor limit switch dilihat pada Tabel 1. Tabel 1. Hasil Pengujian Sensor Limit Switch Limit Switch ke-
Logika Limit Switch Close Open
Tegangan Output (V) Close Open
Fibusi (JoF) Vol. 3 No. 3, Desember 2015
1 2
High High
Low Low
4,61 4,66
0 0
Data hasil pengujian sensor limit switch ini memperlihatkan bahwa sensor dapat bekerja dengan baik dan menunjukan perbedaan logika saat ditekan dan tidak ditekan yaitu menunjukan logika high saat ditekan dan menunjukan logika low saat tidak ditekan. Ini disebabkan karena pin common pada sensor dihubungkan dengan kutub negatif dari power supply, kemudian pin yang digunakan dalam pengujian adalah pin Normally Open, dan program input yang digunakan pada pengujian sensor berupa input pullup. 2. Pengujian Sensor Hujan Pengujian sensor hujan dilakukan dengan cara menyimpan sensor hujan di tempat terbuka pada saat kondisi cuaca sedang hujan dan kondisi cuaca tidak hujan kemudian mengukur tegangan yang masuk kedalam mikrokontroler Arduino. Tipe input yang digunakan pada sensor hujan diprogram agar menjadi input pullup. Hasil pengujian sensor hujan disajikan pada tabel 2. Tabel 2. Hasil Pengujian Sensor Hujan Kondisi Cuaca Hujan Tidak Hujan
Lampu Indikator Menyala Tidak Menyala
Kondisi Sensor Basah Kering
3. Pengujian Sensor SHT11 Pengujian sensor SHT11 ditujukan untuk mengetahui apakah pembacaan hasil dari sensor sesuai dengan kondisi yang terjadi sebenarnya. Untuk mengetahui hal tersebut maka hasil pengukuran sensor SHT11 dibandingkan dengan alat pengukur suhu dan kelembaban acuan yaitu Anymetre tipe TH101e. Data hasil pengujian tersaji pada grafik 1 dan 2.
Gambar 1. Grafik Perbandingan Data Suhu Tanpa Faktor Koreksi
Tegangan (V) 0 4,71
Dari pengujian sensor hujan ini menunjukan bahwa sensor hujan dapat bekerja dengan baik dengan indikator lampu yang bisa dijadikan acuannya. Saat kondisi sensor hujan terkena air atau basah, maka lampu indikator akan menyala dan mengindikasikan bahwa kondisi sensor hujan sedang dalam keadaan basah, sedangkan saat kondisi sensor hujan kering maka indikator lampu akan mati.
Gambar 2. Grafik Perbandingan Data Kelembaban Tanpa Faktor Koreksi Dari grafik tersebut didapatkan faktor koreksi dari pengkuran SHT11 untuk pengukuran suhu sebesar - 1,751 °𝐶 dan untuk pengukuran kelembaban sebesar −8,504 %𝑅𝑅. Setelah mengetahui faktor koreksi dari sensor maka dilakukan pengujian ulang. Berikut ini gambar 3 dan 4 merupakan hasil dari pengukuran setelah memasukan faktor koreksi.
Dari pengujian tersebut dapat disimpulkan bahwa torsi dari motor yang digunakan adalah sebesar 4,1704 Nm. 5. Pengujian Silika Gel Hasil pengujian silika gel dapat dilihat pada gambar 5.
Gambar 3. Grafik Perbandingan Data Suhu Dengan Faktor Koreksi
Gambar 5. Grafik Performa Silika Gel
Gambar 4. Grafik Perbandingan Data Kelembaban Dengan Faktor Koreksi 4. Pengujian Motor Servo Pengujian motor servo ditujukan untuk mengetahui kemampuan torsi motor dalam mengangkat beban. Dalam proses pengujian torsi motor ini digunakan metode uji kemampuan gaya yaitu bagian penggerak motor disambungkan dengan neraca yang diberi beban berupa plat kuningan Hasil pengujian motor servo dapat dilihat pada Tabel 3. Tabel 3. Data Pengujian Torsi Motor
1
Massa Beban (Kg) 0,315
2
0,947
3
1,575
4
2,204
5
2,834
Dapat Bergerak
6
3,143
Diam
No
Lengan Beban (m)
Keterangan Dapat Bergerak Dapat Bergerak Dapat Bergerak
0,15
Dapat Bergerak
Dari grafik diatas, dapat disimpulkan bahwa performa silika gel dapat menurunkan kelembaban hingga 26% RH dalam waktu 15 menit kemudian performa silika gel menurun drastis, karena hanya bisa menurunkan 2% RH dalam waktu 15 menit. Ini diakibatkan karena silika gel mulai mengalami kejenuhan sehingga tidak mampu menyerap uap air dengan jumlah yang besar dan hanya mampu menyerap uap air dengan jumlah yang kecil. Hasil ini dapat menunjukkan bahwa performa dari silika gel sudah bekerja dengan cukup baik. 6. Pengujian Driver Motor Pengujian driver motor pada penelitian ini dilakukan untuk mengetahui arah putaran motor servo yang terhubung dengan wiper. Sistem pengujiannya adalah dengan memberikan tegangan 5 Volt dan 0 Volt pada 3 pin yang ada di driver motor yaitu 2 input driver motor dan 1 inputenable driver motor kemudian diamati pergerakan dari motor servo. Hasil pengujian dari dari driver motor tersaji pada tabel 4.
Fibusi (JoF) Vol. 3 No. 3, Desember 2015
Tabel 4. Data Hasil Pengujian Rangkaian Driver Motor Enable (V) 0
5
Input (V) 1 2 0 0 0 5 5 0 0 0 0 5 5 0
Kondisi Motor Diam Diam Diam Diam Berputar ke kanan Berputar ke kiri
Hasil pengujian driver motor menunjukan bahwa pin input 1 dan input 2 akan mempengaruhi pergerakan motor jika pinenable diberikan tegangan sebesar 5 Volt. Saat pin enable diberikan tegangan 5 Volt maka pergerakan motor dipengaruhi oleh kedua pin input. Jika kedua pin input diberikan tegangan 0 Volt maka motor tidak akan bergerak sama sekali, jika pin input 1 diberikan tegangan 5 Volt dan pin input 2 diberikan tegangan 0 Volt maka motor akan berputar kearah kiri, sebaliknya jika pin input 1 diberikan tegangan 0 Volt dan pin input 2 diberikan tegangan 5 Volt maka motor akan berputar kearah kanan. 7. Pengujian Keseluruhan Sistem Pengujian keseluruhan sistem dilaksanakan dengan mengintegrasikan seluruh komponen yang dibutuhkan kemudian diuji untuk mengetahui kemampuan dari alat. Sistem pengujian keseluruhan ini terdiri dari sistem sensor, sistem aktuator, perangkat keras dan perangkat lunak. Pengujian saat turunnya hujan dilaksanakan pada tanggal 8 Oktober 2015 bertepatan di Gegerkalong Girang .Alat yang digunakan sengaja ditaruh di atap rumah dan di biarkan terkena hujan.Saat hujan turun sistem aktuator tidak melakukan apa-apa dan hanya mendeteksi bahwa kondisi saat ini adalah sedang hujan. Berikut ini merupakan
gambar 6 yang diambil pada tanggal 21 Maret 2015 memperlihatkan kondisi objek yang tertangkap oleh kamera dari bagian dalam alat Orion StarShoot AllSky Camera II saat kondisi baru selesai hujan, dan gambar 7 merupakan gambar kondisi dari alat Orion StarShoot AllSky Camera II saat dikenai air hujan buatan.
Gambar 6. Citra Objek saat Baru Selesai Hujan
Gambar 7. Citra Alat Saat diberi Hujan Buatan Gambar 6 dan 7 menunjukan bahwa saat selesai hujan, kamera tidak akan mungkin bekerja dengan optimal jika bekas air hujan tidak dibersihkan. Saat kondisi setelah hujan, terlihat ada bekas bekas air yang menempel pada bagian luar akrilik yang dapat mengganggu pemandangan dari kamera. Sistem yang dibangun adalah ketika selesai hujan, sensor hujan akan mengirimkan sinyal kepada mikrokontroler kemudian mikrokontroler
memerintahkan aktuator untuk bekerja, sehingga ketika kondisi baru selesai hujan tercapai, maka sprayer akan aktif yaitu menyemprotkan air sabun ke bagian luar dari akrilik, lalu wiper akan menyapu sebanyak 5 kali sapuan. Berikut ini gambar 8 merupakan kondisi dari alat Orion StarShoot AllSky Camera II setelah dilakuan penyapuan oleh aktuator yang dibuat dan gambar 9 merupakan citra dari objek yang didapat saat alat baru saja disapu oleh wiper ketika kondisi baru selesai hujan.
Gambar 8 Citra Objek Saat Selesai Disapu Oleh Wiper
Gambar 9. Citra Alat Saat Selesai Disapu Oleh Wiper KESIMPULAN 1. Sistem sensor yang digunakan sudah baik untuk mendeteksi kemunculan embun dan air hujan.
2. Sistem aktuator yang dibuat mampu menyapu dan menghilangkan embun serta bekas air hujan. 3. Alat penghilang embun dan bekas air hujan otomatis untuk Orion StarShoot AllSky Camera II dapat bekerja dengan baik.
DAFTAR PUSTAKA Aryani,
dkk.(2014). Pembuatan Peta Potensi Curah Hujan dengan Menggunakan Citra Satelit Mtsat di Pulau Jawa.Jurnal Geodesi Undip , 130-140. Kristianto, E. (2013). Monitoring Jarak Jauh Generator AC Berbasis Mikrokontroler. Rahim, R. H., M. Rumagit, A., dan S. M. Lumenta, A. (2015). Rancang Bangun Alat Penetas Telur Otomatis Berbasis Mikrokontroler ATMega8535. E-Journal Teknik Elektro dan Komputer , 1-7. Yousif, T. A. dan Tahir M. M. (2013) The Relationship Between Relative Humidity and the Dewpoint Temperature in Khartoum State, Sudan. Journal of Applied and Industrial Sciences. 69
Fibusi (JoF) Vol. 3 No. 3, Desember 2015
