RANCANG BANGUN PENGUKUR KETINGGIAN PERMUKAAN AIR MENGGUNAKAN SENSOR ULTRASONIK DENGAN TELEMETRI MODUL XBEE RF Ismi Laili Afwa1, Samsul Hidayat, S.Si., M.T. 2, Heryanto, S.Pd, M.Si.3 1
Mahasiswa Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Negeri Malang Dosen Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Negeri Malang 3 Dosen Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Negeri Malang Alamat e-mail:
[email protected] 2
Abstrak Alat pengukur ketinggian permukaan air ini berfungsi untuk mengetahui ketersediaan air, selain itu juga bermanfaat untuk pengolahan air lainnya. Penggunaan mistar ukur sebagai alat ukur ketinggian permukaan air dinilai kurang efektif karena informasi ketinggian hanya pada skala mistar ukur. Sensor merupakan alat efektif yang dapat digunakan dalam pemantauan ketinggian permukaan air. (Hartanto,2011:15) Penelitian ini bertujuan untuk mempermudah memonitoring ketinggian air yang dapat dimanfaatkan pada segala bidang yang berhubungan dengan air. Peneliti memanfaatkan sensor ultrasonik untuk mengukur ketinggian air di sungai dan modul Xbee RF sebagai pengirim datanya. Penelitian ini menggunakan rancangan penelitian deskriptif kuantitatif. Pengumpulan data di lakukan dengan cara studi literatur, merumuskan masalah, mengumpulkan informasi yang mendukung produk, menentukan alat dan bahan, mendesain produk awal, memperbaiki desain, dan melakukan uji coba produk baru. Dari hasil penelitian didapatkan bahwa sistem dapat mengukur ketinggian permukaan air pada dua tempat tanpa kabel dengan identitas pada setiap tempatnya. Sensor jarak yang digunakan yakni HCSR-04 yang dihubungkan dan diprogram pada mikrokkontroler ATMega 16. Pada setiap tempat memiliki identitas yang berbeda hal ini digunakan untuk mengirimkan data jarak menuju PC, setelah mendapat perintah dari PC. Tampilan hasil pengukuran menggunakan LCD dan juga PC yang digunakan untuk memonitor jarak jauh. Kata Kunci : ATMega 16, Xbee RF, Sensor Ultrasonik. Komunikasi Data Serial. Namun dalam penelitian I.Pendahuluan ini masih menggunakan kabel untuk pengiriman Air adalah kebutuhan yang sangat datanya sedangkan pada tahun berikutnya telah penting, ketersediaan air tetap harus selalu ada dikembangkan dengan pengiriman data nirkabel baik di rumah tangga, perkantoran, tempat-tempat satu titik yang dilakukan oleh umum ataupun industri. Ini menyebabkan peran Yusman.2013.Telemetri Pemantauan Ketinggian penampung air menjadi penting untuk menjamin Air Sungai Melalui Komputer Teroptimasi ketersediaan air secara pasti. Mekanisme pengukur Database Berbasis Sms. ketinggian permukaan air secara otomatis Pada sistem pengukuran ketinggian air diperlukan untuk menjaga ketersedian air ini. yang akan dilakukan diharapkan dapat mengukur (Agung, 2011:13) ketinggian air sebanyak dua titik dan dapat Penggunaan mistar ukur sebagai alat ukur berkomunikasi setengah dua arah (Half Duplex). ketinggian permukaan air dinilai Sehingga berdasarkan latar belakang diatas maka kurang efektif karena informasi ketinggian hanya akan dilakukan penelitian dengan judul “Rancang pada skala mistar ukur. Sensor merupakan alat Bangun Pengukur Ketinggian Permukaan Air efektif yang dapat digunakan dalam Menggunakan Sensor Ultrasonik dengan Telemetri pemantauan ketinggian XBee RF”. permukaan air. (Hartanto, 2011:15) Pada umumnya saat ini untuk mengetahui II.Teori ketinggian air masih dengan melihat meteran Gelombang ultrasonik merupakan (garis ukur) yang tertempel pada dinding, gelombang mekanik / akustik dengan frekuensi di walaupun sebenarnya telah dikembangkan alat atas 20 kHz, sehingga tidak terdengar oleh telinga ukur ketinggian air yang lebih modern dengan manusia. Untuk menghasilkan gelombang berbagai macam sensor dan jenis komunikasi ultrasonik diperlukan suatu tranduser, dimana serialnya. tegangan plistrik yang diterima transduser akan Pengukuran ketinggian air ini dari tahun diubah menjadi mekanik. (Hadi.2010:2) ke tahun terus dikembangkan seperti pada tahun HC-SR04 adalah sensor jarak dengan 2012 dilakukan oleh Yuwana, memanfaatkan gelombang ultrasonik, sensor ini Lila.2012.Pengendalian Level Ketinggian Air dapat mengukur jarak antara 2cm-500cm yang Pada Bendungan Dengan Memanfaatkan memiliki fungsi pengukuran non-kontak dan
memiliki resolusi hingga 3mm. Gelombang ultrasonik yang dipancarkan dalam bentuk kerucut yang merambat melalui udara. Dengan sudut efektif nya adalah kurang dari . (JerVui.2012:278) Mikrokonktroler Alv and Vegard’s Risc processor atau sering disingkat AVR merupakan mikrokontroler RISC 8 (delapan) bit. Karena RISC inilah sebagian besar kode instruksinya dikemas dalam satu siklus clock. AVR adalah jenis mikrokontroler yang paling sering dipakai dalam bidang elektronika dan instrumentasi. (Sumber: Data Sheet ATMega16). 1. Konfigurasi PIN AVR ATMega16
Gambar 2.2: Konfigurasi PIN ATMega16 (Sumber: Data Sheet ATMega 16) a. VCC Merupakan pin masukan catu daya yang mensupply tegangan digital. (Sumber: Data Sheet ATMega 16) b. GND Merupakan ground untuk semua komponen yang membutuhkan grounding. (Sumber: Data Sheet ATMega 16) c. Port A (PA0 ÷ PA7) Merupakan pin I/O dua arah dan pin masukan ADC. (Sumber: Data Sheet ATMega 16) d. Port B (PB0 ÷ PB7) Merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus,yaitu Timer/Counter komparator analog, dan SPI. (Sumber: Data Sheet ATMega 16) e. Port C (PC0 ÷ PC7) Merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus, yaitu TWI, komparator analog, dan Timer Oscilator. (Sumber: Data Sheet ATMega 16) f. Port D (PD0 ÷ PD7)
c.
d.
e.
Merupaka pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus,yaitu komparator analog, interupsi eksternal, dan komunikasi serial. (Sumber: Data Sheet ATMega 16) RESET Merupakan pin yang digunakan untuk me-reset mikrokontroler. (Sumber: Data Sheet ATMega 16) AVCC Pin ini berfungsi sebagai supply tegangan untuk ADC. (Sumber: Data Sheet ATMega 16) AREF Merupakan tegangan referensi untuk ADC. (Sumber: Data Sheet ATMega 16).
CodeVision AVR C Compiler (CVAVR) merupakan compiler bahasa C untuk AVR. Kompiler ini cukup memadai untuk belajar AVR, karena selain mudah penggunaannya juga didukung berbagai fitur yang sangat membantu dalam pembuatan software untuk keperluan pemrograman AVR. LCD merupakan media tampilan yang digunakan untuk menampilkan angka, huruf, dan grafik. LCD banyak digunakan karena memiki banyak keuntungan diantaranya dapat menampilkan data baik data digital maupun analog dalam bentuk grafik, bentuknya yang tipis, mudah dalam pengoperasian, membutuhkan tegangan yang kecil, dan dapat menampilkan berbagai karakter. (Benny. 2010:70). USB to TTL adalah konverter USB ke TTL dengan menggunakan chip konverter. USB to TTL dapat digunakan unutk aplikasi elektronik yang membutuhkan komunikasi serial melalui USB dengan keluaran Rx dan Tx. (Mailan.2012:23). Berdasarkan jumlah saluran yang digunakan dalam mengirimkan data digital, transmisi data digital dapat dibedakan menjadi: (1) Pengiriman secara paralel, dan (2) Pengiriman secara serial, dimana pengiriman secara serial dapat dibedakan menjadi pengiriman secara serial sinkron dan pengiriman secara serial tak sinkron. (Ekoaji.Tanpa Tahun:19) Transmisi data digital secara serial adalah transmisi data digital yang dilakukan dengan menggunakan sebuah saluran. Pengiriman data dilakukan per bit. Misalkan data dinyatakan dalam 8 bit, maka pengiriman dilakukan mulai dari bit pertama (bit-0) sampai dengan bit kedelapan (bit-7). Dengan demikian untuk data 8 bit membutuhkan 8 kali pengiriman. (Ekoaji.Tanpa Tahun:20). Delphi adalah sebuah perangkat lunak (bahasa pemrograman) untuk membuat program / aplikasi komputer berbasis windows. (Tangaguling.2012:3). Dengan menggunakan perangkat lunak ini anda dapat membangun
berbagai aplikasi windows (permainan, multimedia, database, dan lain lain) dengan cepat dan mudah. Dengan pendekatan visual anda dapat menciptakan aplikasi yang canggih (dan pasti akan disukai pemakai) tanpa banyak menuliskan kode. (Unas.2007:49). Komunikasi Half-duplex adalah komunikasi dua arah tetapi secara bergantian dalam melakukan komunikasi karena saluran dipergunakan secara bersama-sama lebih dari dua pihak pengguna saluran.( Ekoaji.Tanpa Tahun:10). Perangkat XBee merupakan modul RF yang didesain dengan standar protocol IEEE 802.15.4 dan sesuai dengan kebutuhan yang sederhana untuk jaringan sensor tanpa kawat. XBee hanya membutuhkan energi yang rendah untuk beroprasi dan dimensi fisiknya kecil sehingga praktis dalam penempatan. Modul ini beroprasi pada rentang frekuensi 2.4 GHz. (Mailan.2012:23).
III. Metode Penelitian ini merupakan jenis penelitian Research and Development dengan model penelitian dan pengembangan menggunakan model prosedural. Model prosedural adalah model yang bersifat deskriptif yaitu menggariskan langkah-langkah yang harus diikuti untuk menghasilkan suatu alat sebagai berikut: a) Merumuskan masalah pengukuran jarak dan identitas tiap tempat. b) Mengumpulkan informasi yang mendukung produk yakni jurnal sensor ultrasonik, mikrokontroler, penampil data dan komunikasi serial. c) Menentukan alat dan bahan yang mendukung berkerjanya produk . d) Mendesain produk awal dengan menggambar diagram blok sistem dan diagram alir software produk. e) Melakukan uji coba produk baru. Memperbaiki desain setelah melakukan pengujian.
IV.
pada hardware, kemudian memulai penampilan dengan menombol button Start, setelah itu akan muncul tampilan data hasil pengukuran jarak ketinggian air pada tabel beserta waktu dan tanggalnya. Untuk pembeda titik pertama dan kedua yakni dengan memberi nama pada tabel Delphi 2010 untuk titik pertama “H1” dan tiitik kedua “H2”. Dengan maksimal pengukuran jarak 400 cm sesuai kemampuan modul sensor ultrasonik yang di pakai, hasil data seperti berikut: Tabel 4.6 Hasil Ukur Jarak Sesungguhnya dengan Produk No
Jarak Sesungguhnya (cm)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21
2 3 4 5 6 7 8 9 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 200 300 400
Jarak Yang Ditampilkan (cm)
2 3 4 5 6 7 8 9 10 20 30 40 50 61 70 80 90 100 200 300 400
Hasil Penelitian
Setelah melakukan beberapa pengujian hardware dan software, pada uji keseluruhan kali ini dilakukan dengan memasang semua komponen baik software, hardware dan (Personal Computer) PC. Setelah Mikrokontroler di program dengan software CodeVision AVR, dan semua hardware di pasang selanjutnya sistem diberi supply tegangan maka LCD akan menampilkan “Sensor Jarak” setelah beberapa saat kemudian sistem akan menampilkan data hasil pengukuran jarak ketinggian air pada baris ke 1dan menampilkan “Tinggi Air” pada baris ke 0. Selanjutnya menjalankan software Delphi 2010 dengan menyesuaikan baudrate dan port
Gambar 4.15: Hasil Pengujian Program Pengukuran Ketinggian Air Bahaya
1.
Gambar 4.16: Hasil Pengujian Program Pengukuran Ketinggian Air Aman
V.
Kesimpulan
Alat pengukur ketinggian air ini dilengkapi dengan komunikasi serial nirkabel dengan XBee RF.Alat ini memanfaatkan sensor ultrasonik untuk mengukur ketinggian air. Rancangan alat pengukur ketinggian air ini hanya digunakan untuk mengukur ketinggian air yang memiliki keadaan permukaan air yang tenang. Kelemahan alat ini hanya bisa digunakan untuk mengukur ketinggian air 400cm hal ini dikarenakan spesifikasi sensor ultrasonik. Rancang bangun ini hanya berkomunikasi dengan komputer secara Half Duplex, sehingga pemonitor tidak dapat memantau ketinggian air sesuai dengan apa yang dia inginkan. Kelebihan alat ini yakni pengiriman data serial secara nirkabel sehingga sangat efektir saat digunakan untuk pengukuran jarak jauh tanpa harus berada didekat objek yang diukur. Alat ini dapat memonitor ketinggian air dua tempat sekaligus dengan hasil pengukuran dapat dilihat pada (Personal Computer) PC dengan identitas “H1” dan “H2” untuk mengetahui apakah itu rancangan alat pengukur ketinggian air pada tempat pertama atau pada tempat yang kedua. Dari penjelasan diatas dapat di ambil kesimpulan yakni: 1. Rancang bangun alat ukur ketinggian permukaan air dengan sensor ultrasonik telah memenuhi karaktersisik pengukuran ketinggian permukaan air mulai dari 2 cm – 400 cm sesuai dengan spesifikasi sensor yang peneliti gunakan. 2. Perangkat lunak identitas titik yang digunakan untuk pengiriman dan pengolahan data yang tertampil pada (Personal Computer) PC telah berjalan dan memenuhi karakteristik tampilan data pengukuran ketinggian permukaan air yang tertampil pada LCD. Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan, maka saran untuk penelitian selanjutnya yaitu :
Untuk hasil pengukuran dan jangkauan jarak yang lebih baik dengan menggunakan sensor lain atau mengganti transdusernya dengan sudut pancaran gelombang lebih kecil sehingga dapat mengurangi noise yang muncul saat pengukuran berlangsung. 2. Software tampilan data pada Delphi 2010 seharusnya dapat membedakan peringatan alarm pada identitas yang berbeda dan perlu adanya keterangan pada setiap Tool Pallete yang digunakan sehingga orang lain yang melihat dan menggunakan software tersebut langsung dapat mengerti. Dalam penelitian selanjutnya sebaiknya sisitem monitoring dapat dilakukan secara Full Duplex sehingga pemonitor dapat leluasa dalam memonitor ketinggian air yang diinginkan.
VI.Saran 1.
2.
Perlu dilakukan penelitian pada daerah yang sama dengan memilih lintasan yang berbeda dengan konfigurasi yang berbeda dari yang sebelumnya untuk memperoleh data yang lebih bagus. Tindakan preventif dalam pelestarian lingkungan untuk mencegah terjadinya longsoran mengingat kejadian longsor sangat dipengaruhi dan dipicu oleh aktifitas manusia.
VII. Daftar Rujukan [1] Agung, Raka.2011.Rancang Bangun Prototipe alat Ukur Ketinggian Air Terpadu Berbasis Mikrokontroler AT89S52.(Online).06-29-2013. [2] Ariyanti, eka suci, dkk.2010.Otomasisasi Pengukuran Koefisien Viskositas Zat Cair Menggunakan Gelombang Ultrasonik..(Online).24-3-2013. [3] Benny. 2010. Aplikasi Penentuan Posisi Busway dengan Tampilan Teks Berjalan dan Suara Berbasis IC Information Storage Device.(Online).09-5-2013. [4] Data Sheet ATMEL 8-bit Microcontroller with 16K Bytes In-System Programmable Flash ATMega 16 ATmega16L(Online).0105-2013. [5] Data Sheet.2013. Lm1117-N/LM1117I 800mA Low-Dropout Linear Regulator.Texas Instruments.(Online).06-07-2013. [6] Data Sheet.2009. XBee®/XBee-PRO® RF Modules. IEEE.(Online).30-05-2013. [7] Data Sheet.Ultrasonic Ranging Module HC – SR04.ELEC FREAKS.(Online).24-042013.
[8] Danel, Gusrizam, dkk.2012. Otomatisasi Keran Dispenser Berbasis Mikrokontroler AT89S52 Menggunakan Sensor Fotodioda Dan Sensor Ultrasonik PING.(Online).11-052013. [9] Datasheet PL2303.2013.SFE ELEKTRONIK(Online).09-05-2013. [10] Ekoaji. Transmission and Network Technologi.(Online).09-05-2013. [11] Hadi, dkk.2010.Pengukuran Kecepatan dan Amplitudo Gelombang Ultrasonik Untuk Klasifikasi Kualitas Batubara.(Online).2403-2013. [12] Hartanto, Alip Febrian.2011. Rancang Bangun Sensor Ketinggian Permukaan Air Menggunakan Kapasitor Pelat Sejajar.(Online).20-05-2013. [13] Heryanto, M ary, dkk.2008.Pemrograman Bahasa C untuk Mikrokontroler ATMEGA8535.ANDI:Yogyakarta [14] Kusnassriyanto.2011.Belajar pemrograman Delphi.MODULA:Bandung [15] Lee Jer-Vui, dkk.2012.Vehicle Surrounding Supervision.(Online).07-17-2013 [16] Mailan, Nova.2012. Rancang Bangun Prototipe Sistem suhu Empat Titik Menggunakan Modul Xbee RF.Skripsi tidak diterbitkan.Malang:PPs UM. [17] Yuwana, Lila,dkk.2012.Pengendalian Level Ketinggian Air Pada Bendungan Dengan Memnfaatkan Komunikasi Data Serial.(Online).20-05-2013. [18] Tangaguling, Jerry Stover dkk.2012. Perancangan dan Pembuatan Aplikasi Monitoring Traffic Jaringan Intranet Berbasis Web Dengan Menggunakan Protokol SNMP.(Online).25-04-2013. [19] Unas, Saifoe El dkk.2007. Analisis Dan Desain Kolom Biaxial Berdasarkan SNI 032847-2002 Dengan Menggunakan Software Borland Delphi.(Online).25-04-2013.
