RANCANG BANGUN PERANGKAT PENDETEKSI BANJIR PADA SUNGAI DENGAN METODE FUZZY MENGGUNAKAN JARINGAN SENSOR NIRKABEL Ifnu Fajar Pratomo1) Adi Priyanto2) 1) Program Studi S1 Sistem Komputer, STIKOM Surabaya, email:
[email protected] 2) Program Studi S1 Sistem Komputer, STIKOM Surabaya, email:
[email protected] Abstract : Flooding is a problem that often occurs during the rainy season. Essentially, watergate at the great river is one of the main instrument for overcoming it. But because at this time watergate is still using system that runs manually and operated based on an estimated systems, flood prevention still cannot be performed optimally. Therefore, the authors try to solve this problem by creating a tool that can determine the optimal configuration of the door so that flood water can be prevented. This instrument monitors real-time water level and initial watergate opened height, and then calculate flow rates and process them by using fuzzy method by using combination of microcontroller and personal computer. This instrument generally use ultra sonic sensor SRF-02 to detect the water level, then convert the existing digital data into analog form using TCM3015 IC for sending it via radio waves of Handy Talkie. Transmitted data will be captured by the main processor system, then processed using fuzzy method and eventually give the output to the user in the form of optimal opened height of watergates. Keyword : fuzzy, SRF02, ICTCM3015 ,early warning system, microcontroller, ATMega 16/8
Banjir mungkin sudah terlalu akrab di telinga kita saat di musim penghujan maupun di daerah yang rawan oleh banjir. Di mana banjir menjadi sebuah masalah yang hampirt tak kunjung terselesaikan di negeri ini dikarenakan tata kelola sungai yang kurang baik yang mengakibatkan banjir tidak bisa dikendalikan lagi. Banyak cara yang sudah dilakukan untuk mengatasi permasalahan banjir mulai dari monitoring hingga pembangunan pembangunan infrastruktur semacam halnya bendungan pintu air yang dimaksudkan untuk mengatur lalu lintas air yang lewat di sungai tersebut sehinga saat ada kelebihan air dan daya tampung sungai sudah tidak mencukupi maka dapat dialihkan sesegera mungkin ke aliran sungai yang lain. Selama ini kontrol dan monitoring sungai di negara kita masih menggunakan cara manual sehingga penanggulangan banjir karena luapan air sungai sangat lambat yang akhirnya mengakibatkan bencana banjir sulit terhindarkan lagi. Dengan kemajuan teknologi kita seharusnya dapat memanfaatkannya untuk
mengurangi bencana alam seperti banjir lebih dini, di sini saya memanfaat kan sensor ultrasonic sebagai pengukur elevasi sungai (ketinggian air sungai dari dasar sampai permukaan sungai) di bagaian hulu dan hilir. Di sini kita membuat sebuah alat penditeksi banjir dengan cara mengetahui perubahan elevasi sungai di bagian hilir dan hulu dan untuk pengiriman datanya supaya fleksibel dan lebih efesien kita menggunakan media transfer data dengan komunikasi nirkabel (tanpa kabel) dengan menggunakan teknologi radio frekwensi. Jadi pada satu alat penditeksi elevasi sungai terdapat satu sensor ultrasonic , modul minimum system ATmega16 sebagai pengondisi sinyal sensor , dan HT (handy talkie) sebagai media transfer data dengan komponen pendukungnya IC modem TCM3105.hasil dari proses dikirimkan dimodul receiver (alat penerima data) ,dimana alat ini melakukan proses switching data yang masuk ke komputer proses ini dilakukan karena ada dua masukan data yang akan masuk yaitu data dari hulusungai dan hilir sungai. Setelah data masuk ke komputer maka
1
data akan diolah oleh program, dimana di sini kita menggunakan program dhelpi untuk memonitoringnya.di program Visual basic itulah kita melakukan penerapan metode fuzzynya untuk menganalisa perubahan-perubahan ketinggian elevasi sungai dan debit air sehingga dapat menditeksi banjir lebih dini.
Transmitter hilir
Transmitter hulu
Sensor Utrasonik
Sensor Utrasonik
Mikrokontroler
Mikrokontroler
IC TCM
IC TCM
Walkie talkie
Walkie talkie
METODE Dalam sistem ini microcontroller berfungsi untuk mengambil data dari sensor ultrasonic dan kemudian mengerimkan data tersebaut ke IC TCM3015 secara serial untuk dikonversi menjadi sinyal analog agar data dapat dikirimkan menggunakan media walkie talkie yang menggunakan frekuesi FM. Dan kemudian data diterima lagi dengan walkie talkie dan data yang berupa sinyal analog tersebut dikonversi lagi menjadi sinyal digital oleh ICTCM 3015 pada sisi penerima dan diteruskan ke komputer melalu IC RS232 secara serial. Setelah data sampai pada komputer maka data tersebuat akan disimpan pada data base dan kemudian dimasukkan proses utama untuk mendapatkan hasil yang diinginkan Keseluruhan sistem pada penelitian ini sesuai dengan blok diagram pada Gambar 1.
Walkie talkie
Mikrokontroler
IC TCM
MAX232
Komputer
Reciever
Gambar 1 Blok diagram keseluruhan sistem
Perancangan Modul Di sini modul dibuat untuk mendapatkan data jarak dari sensor ultrasonik dan kemudian data tersebut dapat dikirimkan secara nirkabel dan Modul Reciever berfungsi untuk penerimaan data yang dikirim dari modul transmitter dengan media pengiriman nirkabel tersebut untuk modul transmitter dilihat pada Gambar 2. Dan modul receiver sebagai penerima data dapat dilihat pada Gambar 3.
2
C6
5 V
L1
5V C3
10uH
14 15 16 17 18 19 20 21
TXD
C4
R1
10uF/ 16v C1 30 pF
100
12 5V
Y1 11.0592 Mhz 30 pF C2
R12 10k
SCK MOSI RST MI SO
13
10
RESET PD.0/RXD PD.1/TXD PD.2/IN T0 PD.3/IN T1 PD.4/OC1B PD.5/OC1A PD.6/IC P1 PD.7/OC2 XTAL2 XTAL1
ATMega16
100u
VCC
AVCC
9
AREF PA. 0/ADC0 PA. 1/ADC1 PA. 2/ADC2 PA. 3/ADC3 PA. 4/ADC4 PA. 5/ADC5 PA. 6/ADC6 PA. 7/ADC7 PC. 7/TOSC2 PC. 6/TOSC1 PC.5 PC.4 PC.3 PC.2 PC.1/SDA PC.0/ SCL
AGND
SW1 reset
RST
GND
RST
MOSI MISO SCK
PB.0/ T0/XCK PB.1/ T1 PB.2/ IN T2/AI N0 PB.3/ OC0/ AIN1 PB.4/ SS PB.5/ MOSI PB.6/ MISO PB.7/ SCK
32 40 39 38 37 36 35 34 33 29 28 27 26 25 24 23 22
PA0 PA1 PA2 PA4 PA5 PA6 PA7 mode/on-of mode + mode -
J42 1 2 3
31
R2 10k
1 2 3 4 5 6 7 8
11
LED1 LED2 LED3 LED4
5V
30
0. 1uF U4
I2C
J5
SW1 R3
1 2 3 4 5 6
R3
220 LED1
D5 LED mode
R3
220 LED 2
D4 LED T3
R3
220 LED3
D3 LED T2
SW1
SW1
m ode -
mode +
220 LED4 m ode
D2 LED T1
CON6
Gambar 4. Rangkaian Minimum Sistem Gambar 2. Modul Trasmitter Sensor SRF-02 SRF02 adalah modul sensor jarak yang memiliki 2 mode komunikasi yaitu mode serial UART dan mode serial I2C. bagaimana prinsip kerja SRF02 secara detail sebagai berikut pada Gambar 5. Mode Serial I2C Gambar 3. Modul Receiver
Perancangan Perangkat Keras Perangkat keras untuk sistem Transmitter dan Reciver ini terdiri dari mikrokontroler ATMega16(Transmitter), ATMega8(Reciever),SRF02,TCM3015, Serial port, Walkie Talkie, Komputer, Power supply. Masing-masing memiliki fungsi sendiri yang terkoordinasi.
Mikrokontroler ATMega 8/16 Dalam perancangan ini, mikrokontroler berfungsi sebagai pembaca data sensor ultrasonik dan mengelurakan data tersebut secara serial. Untuk mengaktifkan / menjalankan mikrokontroler ini diperlukan rangkaian minimum sistem yang terdiri dari rangkaian reset, rangkaian oscilator, rangkaian power supply, dan rangkaian sistem mikrokontroler. Rangkaian minimum sistem dapat dilihat pada Gambar 4.
Gambar 5 Sensor Ultrasonic mode I2C 1. SDA, pin ini sebagai jalur data yang bersifat bi-directional atau dua arah yang digunakan untuk mengirimkan dan menerima data. 2. SCL, pin ini sebagai jalur clock yang digunakan untuk menghasilkan detak sinyal sinkronisasi.
IC TCM 3015 Modem singkatan dari MOdulatorDEModulator adalah alat yang digunakan untuk melakukan modulasi dari sinyal digital ke analog, kemudian dikembalikan lagi dari sinyal analog ke digital. Alat ini dibutuhkan
3
karena komputer adalah peralatan digital (hanya mengenal 0 dan 1 misalnya dalam bentuk tegangan 0-5 Volt). Sedang peralatan radio adalah peralatan analog yang hanya mengenal frekuensi suara saja. IC modem ini berfungsi sebagai demodulasi FSK. Modulasi dilakukan dengan metode serial antara mikrokontroler dengan IC modem yang bekerja dalam dua baudrate 600 bps dan 1200 bps, akan tetapi dalam perancangan ini baudrate yang digunakan adalah 1200 bps Untu penggunaan modulasi dan demodulasi rangkaian berbeda dalam penyambungan pin-pin nya untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada Gambar 6 dan Gambar 7. 5V
dua arah, berbicara dan mendengar lawan bicara secara bergantian. Walkie talkie dapat digunakan dalam jarak 0,5 Km sampai dengan 2,5 Km tanpa menggunakan biaya pulsa seperti menelpon. Walkie talkie merupakan transceiver, yang dikarenakan ia memiliki two way radio tersebut, alat ini memiliki radio transmitter dan sinyal penerima komunikasi radio
C12
R13 27 pF U6 10k 1 2 22k
3 4 5
C14 TXA
6 RXB
CLK
OSC 1
CDT
TXD
RXA
TXR1
TRS
TXR2
NC
7
8
R17 TCM3105
MIC
16 Y2 15
4.4336 Mhz TXD
14
C13
Gambar 8. Walkie talkie
13 12 27 pF TXA
11
TXA
RXB
0.1 uF C15
OSC 2
VSS
2N3904
VCC
RXD
R14
10
CDL
5V 5V R16
9
Q1
R15 100k
20k
RXB
10k 0.1 uF J1 MIC
1 2 CON2
Gambar 6 Rangkian IC TCM3015 Modulasi 5V
C12
R13 27 pF U4 10k
3 4 5 6
speaker
RXB
DIODE
7
D3 TCM3105
DIODE J2 speaker
1 2
VCC
OSC2
CLK
OSC1
CDT
TXD
RXA
TXR1
TRS
TXR2
NC
TXA
RXB
VSS
2 22k
9
R14
R XD
2N3904
1
8
Q1
D2
Power Supply Untuk menjalankan hardware dibutuhkan sebuah tegangan dan dalam penelitian ini penulis menbuat rangkaian sendiri berupa regulator tegangan yang dibuat untuk keperluan tiap-tiap komponen .Untuk sumber tegangan pada keseluruhan hardware dapat dilihat pada Gambar 9.
CDL
16 Y2 15
4.4336 Mhz
14 13
T1 1 2
1 3A
220V AC
4
5
12V AC
6
CT
8
12V AC
D3 -
+
+12V
Traf o 3A/ 12V
12 27 pF
D IOD E BRI DGE
11
CT
10 5V
-12V
R16 U2
RXD
5 V R15
F1
J9
C13
10k
1
+12V +
100k
C1 2200uF/25V
C3 10nF
IN
OUT
3
J 10
GN D 2
+
C5 10uF /16V
+
C6 4. 7uF/ 25V
LM7805
R6 R 10K
RXB CON2
R7 D5 10K
-12V
Walkie Talkie Walkie talkie adalah sebuah alat komunikasi genggam yang dapat mengkomunikasikan dua orang atau lebih dengan menggunakan gelombang radio. Kebanyakan walkie talkie digunakan untuk melakukan kedua fungsinya yaitu berbicara ataupun mendengar. Walkie Talkie dikenal dengan sebutan Two Way Radio ataupun radio dua arah, yang dapat melakukan pembicaraan
5V
LED CT
+
Gambar 7 Rangkian IC TCM3015 Demodulasi
1 2
C2 2200uF/25V
C4 10nF
U3 2
IN
1 GND OU T
J11 1 2 LED
3 12V
LM7912
Gambar 9. Power Suply Pada sumber tegangan di atas terdapat 2 buah pembagi tegangan yaitu : 1. LM 7805 untuk menghasilkan tegangan 5 volt sebagai sumber tegangan microcontroller dan sensor. 2. LM 7912 untuk menghasilkan tegangan 12 volt sebagai sumber tegangan relay.
4
Interface RS232 Interface RS232 merupakan suatu jembatan dalam metode komunikasi serial. Dalam perancangannya komponen yang digunakan adalah IC HIN232 dimana komponen pendukungnya lima buah kapasitor dengan nilai 1uF yang terhubung pada pin C1, C2, V+, V-. Penggunaan komponen ini dimaksudkan untuk komunikasi serial antara rangkaian demodulasi FSK dengan komputer. HIN232 ini akan mengubah level tegangan TTL data serial RX dan TX. Rangkaian Interface RS232 dapat dilihat pada Gambar 10. 5V
C10 U2 1 C7 10u/16v
3
16
VCC
10u/16v
C+ V+ C1V-
4 C 81 10u/16v RXD
5 11 12 10 9
C2+
2 6 10u/16v
C 11
C2-
J7
T1IN
T1OU T
R1OUT T2IN
T2OU T
R2OUT 15 MAX232
R1IN
R2IN
14 13 7
TX RX
1 2 3 Serial
8
GND
Gambar 10 Rangkian RS232
Perancangan Perangkat Lunak Selain hardware yang diperlukan pada perancangan dan pembuatan rancang bangun telemetri kualitas udara dengan memanfaatkan media wireless yaitu berupa radio frekuensi sebagai komunikasi data dengan sebuah komputer, juga diperlukan software atau program pada Mikrokontroler dan komputer untuk dapat bekerja sesuai dengan fungsinya. Perancangan perangkat lunak meliputi algoritma dan program baik pada mikrokontroler itu sendiri juga pada komputer. Gambar 11. Flowchart program secara umum
5
Proses Pada Modul Transmitter Pada proses ini mikrokontroler melakukan pembacaan jarak yang diambil dari sensor ultrasonik dengan metode konikasi I2C dan mengoutputkan data secara serial. Flowchart pembacaan suhu dapat dijelaskan pada Gambar 12 sedangkan flowchart Pada Modul receiver dijelaskan pada Gambar 13.
Gambar 13. Flowchart Modul Reciever
Gambar 12. Flowchart Modul Pembacaan Suhu
PENGUJIAN SISTEM Pengujian sistem yang dilakukan penulis merupakan pengujian terhadap perangkat keras dan perangkat lunak dari sistem secara keseluruhan dan komputer yang telah selesai dibuat. Pengujian Power Supply Pengujian ini untuk mengetahui apakah power supply berfungsi dengan baik.
Hasil Pengujian Hasil percobaan diatas ditunjukan pada Tabel 1. Tabel 1. Output Tegangan Power Supply IC Input Output IC LM7805 15.07 Volt 4.94 Volt IC LM7812 15.07 Volt 12.05 Volt
6
Dari hasil percobaan diatas bila output tegangan dari IC LM7805 = 5 volt dan IC LM7812 = 12 volt. Maka dapat dikatakan rangkain power supply berfungsi dengan baik.
Pengujian Minimum System Untuk mengetahui apakah minimum system dapat melakukan proses signature dan download program ke microcontroller.
Pengujian Modul trasmiter dan SRF-02 Untuk mengetahui apakah Modul Transmitter dan sensor ultrasonic sudah bisa berjalan semestinya yaitu dapat membaca jarak dan mengirimkan data dengan baik secara nirkabel
Hasil Pengujian Hasil proses dari percobaan terhadap Modul Tranmitter ditunjukan pada Gambar 16.
Hasil Pengujian Tampilan dari program chip signature pada CodeVisionAVR yang akan digunakan untuk menuliskan program dan melakukan percobaan terhadap minimum system. Hasil program chip signature dapat dilihat pada Gambar 14.
Gambar 16. Hasil kiriman data dari Modul Transmiter Pengujian Modul Receiver Pengujian ini bertujuan pakah modul receive sudah bisa bekerja dengan baik atau tidak yaitu bisa melakukan Demodulasi dan swicting saluran pada walkie talkie sehingga saluran walkie talkie dapat berubah secara otomatis Gambar 14. Tampilan Chip Signatture Pada Gambar 15 menunjukan bahwa minimum system telah berhasil men-download program ke microcontroller sehingga program telah berhasil dijalankan.
Hasil Pengujian Hasil percobaan dari Modul receiver ditampilkan pada modul komputer . Hasil percobaan ditunjukan pada Gambar 17.
Gambar 15. Tampilan Download Program Dari hasil percobaan di atas, minimum system dapat terkoneksi dengan baik dengan komputer melalui kabel downloader.
Gambar 17. Hasil Proses Pengukuran Suhu dan Kelembapan.
7
Pengujian Keseluruhan Untuk mengetahui apakah sistem keseluruhan berjalan dengan baik dengan memantau hasil sensor ultrasonik dan pengiriman data secara nirkabel kedua modul transmitter, kemudia menganalisa hasil dari pengolahan program pada komputer apakah sudah sesuai dengan yang dengan rumusanrumusan yang telah dimasukkan dan sesuai dengan rule-rule fuzzy yang telah ditetapkan sebelumnya.
Hasil Pengujian Hasil pengujian pengambilan sampel dari masing modul sudah menunjukkan hasil yang sesuai dan pengolahan data pada komputer juga sudah menunjukkan hasil yang baik yaitu sudah sesuai dengan rule-rule fuzzy yang diterapkan pada program semua itu menunjukkan bahwa sistem telah bekerja dengan baik sesuai dengan aturan-aturan pengendalian pintu air dan pengendalian banjir.
Simpulan Setelah melakukan penelitian ini, penulis mengambil kesimpulan sebagai berikut: a. Sistem yang telah dibuat mampu memberikan output berupa saran kepada petugas pintu air untuk mengatur tinggi rendahnya bukaan pintu air agar lalu lintas air dapat terkendali dengan baik. b. Perangkat keras dalam pembuatan system yang terdiri dari Minimum System ATMega16/8,sensor ultrasonic, IC TCM3015, IC MAX232 dan walkie talkie dapat bekerja dengan baik dalam pembacaan ketinggian da pengiriman datanya secara nirkabel berjalan dengan baik. Dapat dibuktikan dengan data yang dapat diterima oleh koputer melalui serialNG seperti dilihat pada Gambar 17.
DAFTAR RUJUKAN Adrianto,H.2008.Pemrograman Mikrokontroler AVR ATMEGA16. Bandung: Informatika. Nalwan, P. A. 2003. Panduan Praktis Teknik Antarmuka dan Pemrograman Mikrokontroler AT89C51. Jakarta: PT Elex Media Komputindo. Iswanto. 2008. Design dan Implementasi Sistem Embedded Mikrokontroller ATMega8535 dengan Bahasa Basic. Yogyakarta:Gava Media. Winoto,
Ardi. 2008. Mikrokontroler AVR ATmega8/32/16/8535 dan Pemrogramannya dengan Bahasa C pada WinAVR. Bandung:Informatika.
Kusumadewi, Sri, Haripurnomo. APLIKASI LOGIKA FUZZY (Untuk Pendukung Keputusan). Jogjakarta : Graha Ilmu. Yuswanto.PEMROGRAMAN DASAR Visual Basic.NET2005. Jakarta : Cerdas Pustaka. Perusahaan Umum JASA TIRTA I.Pedoman Siaga Banjir. Surabaya : Perusahaan Umum JASA TIRTA I. Perusahaan Umum JASA TIRTA I.Manual Operasi Dan Pemeliharaan DAM JAGIR. Surabaya : Perusahaan Umum JASA TIRTA I. Nugraha.2010. blog.ub.ac.id (http://blog.ub.ac.id/sukmanugraha/20 10/03/22/real-time-clockmenggunakan-i2c-bus-pada-moduldst-52/, diakses tanggal 15 Juni 2010 pukul 20:19)
(http://id.wikipedia.org/wiki/frequencyshift_keying/, diakses tanggal 5 Februari 2011 pukul 20:17) (http://www.electroniclab.com/sensorultrasonic, diakses tanggal 5 Februari 2011 pukul 20:25)
8
Datasheet SRF-02, (http://www.sensirion.com/ en/pdf/product_information/Datasheethumidity- sensor-SRF-02x.pdf, diakses tanggal 11 Desember 2010 pukul 09:44) Datasheet TCM3105, (http://datasheets.maximic.com/en/ds/TCM3015.pdf, diakses tanggal 4 Desember 2010 pukul 15:00)
9
