Simposium Nasional RAPI IX 2010
ISSN: 1412-9612
SISTEM MONITORING DAN PERINGATAN DINI TANAH LONGSOR Iswanto1, Nia Maharani Raharja 2 1
Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Muhammadiyah Yogyakarta Jl. Lingkar Selatan, Kasihan Bantul DIY 55183 Email:
[email protected] 2 Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Muhammadiyah Surakarta Jl. A. Yani Tromol Pos 1 Pabelan Kartasura 57102 Telp 0271 717417 Email:
[email protected]
Abstrak Bencana tanah longsor sering memakan korban jiwa dan harta benda. Bencana tanah longsor sering terjadi di Indonesia. Bencana tanah longsor ini sering terjadi pada musim penghujan. Penelitian ini mencoba membangun suatu alat monitoring pergeseran tanah longsor. Sensor dari pergeseran tanah dibuat dari meteran yang dihubungkan dengan potensiometer. Data pergeseran tanah ini akan di tampilakan dengan komputer menggunakan bahasa pemrograman delphi 6. Sistem ini dapat mengetahui pergeseran tanah dan menyimpan data pergeseran setiap tahunnya. Sehingga kita dapat mengetahui suatu daerah tersebut dari rawan bencana tanah longsor. Sistem ini akan memberikan peringatan dini jika data pergeseran tanah sejauh lebih dari 4 cm. Sistem ini menggunakan komunikasi GSM sebagai komunikasi jarak jauh. Hasil penelitian menunjukkan bahwa alat monitoring tanah longsor jarak jauh berbasis IBM PC bekerja dengan baik dan memiliki kemudahan dalam pengukuran dan monitoring. Sistem ini menggunakan database MYSQL untuk penyimpanan data tanah longsor dan curah hujan. Kata Kunci : Curah Hujan, nirkabel, tanah longsor, GSM Latar Belakang Indonesia merupakan Negara yang banyak lembah, bukit dan gunung berapi. Sehingga setiap tahun, Indonesia banyak terjadi bencana alam tanah longsor. Tanah longsor adalah perpindahan material pembentuk lereng berupa batuan, bahan rombakan, tanah, atau material campuran tersebut, bergerak ke bawah atau keluar lereng, dimana tanah longsor sering memakan korban jiwa. Dengan pertimbangan-pertimbangan di atas maka kiranya perlu adanya alat yang dapat mendeteksi pergeseran tanah penyebab tanah longsor. Dengan menggunakan sistem peringatan dini diharapkan gejala-gejala alamiah yang muncul berkaitan dengan bahaya bencana alam seperti tanah longsor bisa dideteksi sedini mungkin. Dengan demikian kemungkinan jatuhnya korban jiwa akibat bencana longsor bisa dihindarkan. Tinjaun Pustaka Bencana tanah longsor sering terjadi di Indonesia. Bencana tanah longsor ini sering terjadi pada musim penghujan. Bencana tanah longsor sering terjadi di daerah pegunungan dan perbukitan. Penelitian tanah longsor sering di lakukan oleh peneliti dari geologi, geografi, dan sipil. Beberapa system peringatan dini tanah longsor telah dikembangkan oleh dosen Tekink Sipil dan Teknik Geologi UGM. Dwi Korita dan Fatani [2004] membuat system tanah longsor. System yang dibuat sangat terbatas. System ini hanya membunyikan sirine pada saat akan terjadi longsor. Sedangkan penelitian yang dilakukan oleh Nia, Iswanto, dan Alif Subarnono telah mengembangkan system peringatan dini tanah longsor, system ini dapat membunyikan sirine, menelpon aparat untuk evakuasi dan penampilkan panjang pergeseran tanah. System ini hanya dapat membaca 1 cm pergeseran tanah. Metodelogi Penelitian Perancangan aplikasi system peringatan dini tanah longsor ada beberapa tahap, yaitu: 1. Merancang sistem tanah longsor 2. Membuat sensor tanah longsor 3. Membuat perangkat keras sistem tanah longsor 4. Membuat perangkat transmisi GSM 5. Membuat perangkat lunak sistem tanah longsor. 6. Membuat tampilan pengukuran di computer.
E-54
Simposium Nasional RAPI IX 2010
ISSN: 1412-9612
1. Perancangan Sistem Secara garis besar blok diagram perancangan perangkat keras alat dapat dilihat pada Gambar 1.
Gambar 1. Diagram blok sistem pemancar
HANDPHONE
SERIAL KOMPUTER
KOMPUTER
Gambar 2. Diagram blok sistem pemancar 2. Sensor Tanah Longsor Sensor tanah longsor ini menggunakan millimeter dan potensiometer. Ketelitian pengukuran dari sensor tergantung pada konfigurasi mekanis dan elektris, misal jika menginginkan pengukuran variasi pergeseran tanah tiap 1 mm maka konfigurasi mekanis sensor harus bisa menghasilkan tegangan keluaran sensor pada tiap variasi 1 mm yang bisa dideteksi oleh sistem elektronis sebagai data satu satuan ukur yaitu 1 mm pula.
Potensiometer Pembagi Tegangan Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.4, potensiometer pembagi pada dasarnya memiliki 2 bagian resistor variabel. Perubahan yang terjadi pada nilai dari 2 buah resistor tersebut akan mengakibatkan perubahan tegangan keluarannya (VL) dari tegangan masukan tetapnya (VS), bisa dilihat pada kaidah berikut:
VL =
R2 ⋅ Vs R1 + R 2
E-55
Simposium Nasional RAPI IX 2010
ISSN: 1412-9612
dengan: VL adalah tegangan keluaran. VS adalah tegangan acuan tetap. R1 & R2 adalah resistansi belitan kawat. a. Perancangan Perangkat Keras Sistem Perancangan perangkat keras di sini terdiri dari tujuh bagian yaitu bagian perancangan rangkaian sensor tanah, sinyal kondisi, rangkaian sirine, rangkaian hp, rangkaian ic suara, rangkaian mikrokontroler tanah longsor dan menggabungkan rangkaian mikrokontroler curah hujan. Gambar keseluruhan sistem seperti pada Gambar 3.2 VCC
1
RS2 120K IC1A
IC1B
2
3
2 1
VCC
74LS14
Rreset
SENSOR TANAH LONGSOR
C1 22pF C3 100nF
RESET X1 2
2
C5 +
4
74LS14
Q1 100K PHOTO NPN
U1
1uF 16V
2
1
1
SW1
2
RS3
D1 LED
SW1
R2 120K
1
RS1 470
1
SENSOR CURAH HUJAN
VCC
C2 22pF
LCD SIRINE VCC 1 2 3 4 5 P5 6 P6 7 P7 8 9 VCC 10 11 12 13 PD0014 PD0115 16 17 18 19 20
RB2 RB1 330 IC ISD
R1
P6 P7
1 2 J1
RST C1 22pF
1
JP3
DATA0 DATA1 DATA2 DATA3 DATA4 DATA5 DATA6 DATA7
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
U4 P0
VCC
VCC
C3 100nF1 SW2
2
X1 C2 22pF VCC P1
PB0(XCK/T0) PA0(ADC0) PB1(T1) PA1(ADC1) PB2(INT2/AIN0) PA2(ADC2) PB3(OC0/AIN1) PA3(ADC3) PB4(SS) PA4(ADC4) PB5(MOSI) PA5(ADC5) PB6[MISO) PA6(ADC6) PB7[SCK) PA7(ADC7) AREF RESET VCC AGND GND AVCC PC7(TOSC2) XTAL2 PC6(TOSC1) XTAL1 PC5 PD0(RXD) PC4 PD1(TXD) PC3 PD2(INT0) PC2 PD3(INT1) PC1(SDA) PD4(OC1B) PC0(SCL) PD5(OC1A) PD6(ICP) PD7(OC2)
40 39 38 37 36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21
1 2 3 4 5 pinb.5 6 pinb.6 7 pinb.7 8 9 RST VCC 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
PB0(XCK/T0) PA0(ADC0) PA1(ADC1) PB1(T1) PB2(INT2/AIN0) PA2(ADC2) PB3(OC0/AIN1) PA3(ADC3) PB4(SS) PA4(ADC4) PB5(MOSI) PA5(ADC5) PB6[MISO) PA6(ADC6) PB7[SCK) PA7(ADC7) AREF RESET AGND VCC AVCC GND PC7(TOSC2) XTAL2 PC6(TOSC1) XTAL1 PC5 PD0(RXD) PC4 PD1(TXD) PC3 PD2(INT0) PC2 PD3(INT1) PC1(SDA) PD4(OC1B) PC0(SCL) PD5(OC1A) PD6(ICP) PD7(OC2)
40 39 38 37 36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21
VCC
ATMEGA8535
CURAH HUJAN
LCD VCC
ATMEGA8535 1 6 2 7 3 8 4 9 5
U6 8 13 R2IN 7 R1IN 14 T2OUT T1OUT
RHP RX1 TX1
1uF 16V 1
11 T1IN 12 R1OUT 10 T2IN 9 R2OUT
C+
C2+
+ C4 3
KOMUNIKASI HP
1 2 3 4 5
+ C5
HP 2
1uF 16V
TANAH LONGSOR HEADER 5
4 1uF 16V
+ C8
C1-
C2-
V+
V-
5 6 1uF 16V C9
P5 P6 P7 RST GND
JISP
MAX232
DOWNLOAD MIKRO
+ VCC POWER 1 C1 +
VIN
VOUT
R2
Title
D4
<Title>
3 470 C2 +
Size B
LED
Date:
Document Number
Thursday , March 19, 2009
Rev Sheet
1
of
1
2
J21
DC
GND
1 2
U1 LM7805/TO
2200uF 16V
Gambar 3.
1000uF 16V
Gambar rangkaian keseluruhan sistem peringatan dini tanah longsor
Pada sistem peringatan dini tanah longsor menggunakan 2 buah mikrokontroler, karena sistem ini membutuhkan 4 buah timer yaitu timer untuk sensor tanah longsor, timer untuk sistem pewaktuan curah hujan, timer untuk sensor curah hujan dan timer untuk waktu tunda komunikasi serial. Mikrokontroler ATMEGA8535 hanya mempunyai 3 buah timer, sehingga membutuhkan 2 buah mikrokontroler. Mikrokontroler curah hujan dan tanah longsor dihubungkan dengan komunikasi pararel, karena sistem transfer data pararel lebih cepat dari pada dihubungkan dengan komunikasi serial. Alat ini menggunakan mikrokontroler ATMEGA8535 karena, mikrokontroler ini merupakan generasi AVR memiliki kapabilitas yang amat maju namun dengan biaya ekonomis yang cukup minimal. b. Rangkaian Komunikasi Hp Sebelum dikirimkan ke handphone, sinyal dari mikrokontroler harus dikonversi dulu ke logika RS 232 agar sesuai dengan logika port serial handphone. Konverter yang paling mudah digunakan adalah MAX 232. Dalam IC ini terdapat Charge Pump yang akan membangkitkan tegangan +10 Volt dan -10 Volt dari sumber +5 Volt tunggal. Dalam IC DIP (Dual In-line Package) 16 pin (8 pin x 2 baris) ini terdapat 2 buah transmitter dan 2 receiver seperti terlihat pada Gambar 3.7.
E-56
Simposium Nasional RAPI IX 2010
ISSN: 1412-9612
Gambar 4. Diagram IC MAX232 Pada IC ini sudah dilengkapi dengan sistem adapter RS232 sehingga tinggal menghubungkan pin T1IN dengan pin Tx dari mikrokontroler pada P3.1, dan menghubungkan pin R1IN dengan pin Rx dari mikrokontroler pada P3.0 sebagaimana terlihat pada Gambar 3.8. VCC P1 1 6 2 7 3 8 4 9 5
R1 RX1 TX1
U2 8 R2IN 13 7 R1IN 14 T2OUT T1OUT
1uF 16V1
C+
11 T1IN 12 R1OUT 10 T2IN 9 R2OUT C2+
JP6
+ C4 3
SERIAL COM + C7
VCC
4 1uF 16V
+ C3
1uF 16V
PD1 PD0
2
C1-
C2-
V+
V-
5 6 1uF 16V C8
MAX232
PD1 PD0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
+ MIKROKONTROLLER PIN 3
Gambar 5. Antarmuka dengan handphone Rangkaian pada Gambar 3.8 digunakan untuk mengaktifkan hp siemens C45, sehingga hp dapat memanggil aparat setempat untuk melakukan evakuasi. Sistem ini menggunakan siemens C45 karena pemrograman untuk komunikasi hp ke mikrokontroler lebih mudah, dan harga hp relatif murah. c. Perangkat lunak sistem tanah longsor Program sistem tanah longsor dibuat mengacu pada perangkat keras Program-program yang disusun pada sistem tanah longsor terdiri dari inisialisasi, sub rutin, dan program utama. Program inisialisasi terdiri dari inisialisasi ATMEGA8535, inisialisasi serial, inisialisasi LCD, dan inisialisasi timer. Sub rutin terdiri dari sub rutin koneksi ke HP, sub rutin koneksi ke sistem curah hujan dan sub rutin peringatan tanah longsor. Urutan proses ini dapat dijabarkan pada Gambar 3.13.
E-57
Simposium Nasional RAPI IX 2010
ISSN: 1412-9612
MULAI
Inisialisasi port, handpone, timer
Ambil data curah hujan
Ambil data tanah longsor Telpon aparat dan pemda Kirim data ke komputer
Bunyikan alaram
Pergeseran 4 cm
Curah hujan 300mm
Gambar 6.
Gambar 7.
Alur pengendalian deteksi tanah longsor
Tampilan monitoring deteksi tanah longsor
E-58
Simposium Nasional RAPI IX 2010
ISSN: 1412-9612
Hasil dan Analisa Kalibrasi sensor tanah longsor Untuk menjamin keakuratan pembacaan dari sensor geseran tanah maka dilakukan kalibrasi dengan alat ukur konvensional berupa mistar ukur dengan ketelitian 1 mm. Hasil dari pengamatan dapat dilihat pada Tabel No. Tampilan Alat (mm) Mistar (mm) Error 1 0 0 0 2 2 1 1 3 3 2 1 4 4 3 1 5 5 4 1 6 6 5 1 7 11 10 1 8 20 20 0 9 31 30 1 10 42 40 2 11 51 50 1 12 61 60 1 13 70 70 0 14 82 80 2 15 90 90 0 16 101 100 1 17 200 200 0 18 300 300 0 19 400 400 0 20 500 500 0 Kalibrasi sensor curah hujan Peneraan berguna agar alat dapat difungsikan untuk menghasilkan hasil pengukuran yang sesuai dengan yang diharapkan dan sesuai dengan standarisasi yang ditetapkan oleh suatu badan / instansi yang berwenang. Satuan banyaknya air hujan dinyatakan dengan tingginya lapisan air dalam 1 mm yang jatuh di atas permukaan tanah dengan luas permukaan 1 m2, maka idealnya andaikan air hujan itu tidak meresap, tidak mengalir atau menguap, maka volume air yang jatuh adalah sebanyak: Volume = Luas x Tinggi = 1 m2 x 10-3 m = 10-3 m3 = 1 liter
(1)
Jadi dapat didefinisikan bahwa 1 mm air hujan sama dengan 1 liter untuk setiap 1 m2. Sehingga sensor curah hujan yang lengkap mempunyai diameter permukaan corong penampung sebesar 20 Cm, maka mempunyai luas permukaan sebesar:
Luas =
π (d )2
(2)
4 2 3,14 × (20 ) Luas = = 314 4
Untuk menentukan volume dari tipping bucket yang mempunyai luas permukaan corong 314 cm2 secara matematis dapat dicari dengan menggunakan persamaan perbandingan. Dari formula yang telah diketahui bahwa Volume adalah luas dikalikan dengan tinggi atau V = A × t , sehingga volume 1 adalah V1 = A1 × t1 dan volume 2
E-59
Simposium Nasional RAPI IX 2010
ISSN: 1412-9612
adalah V2 = A2 × t 2 . Karena t1 = t 2 maka dengan menggunakan persamaan perbandingan didapat
V1 A1 , = V2 A2
sehingga volume untuk V2 adalah:
V2 =
A2 × V1 A1
V2 =
314cm 2 × 1000ml = 31,4ml 10.000cm 2
(3)
Jadi volume V2 untuk luas permukaan corong 314 cm2 adalah 31,4 mililiter, maka setiap air yang terkumpul dalam tipping bucket sebanyak 31,4 mililiter akan mewakili tinggi curah hujan 1mm atau 1liter untuk luas permukaan area 1m2. Untuk menentukan satu kali jungkitan, maka harus diketahui volume dari tipping bucket yang berbentuk prisma tegak segitiga:
⎛1 ⎞ Volume _ prisma = ⎜ × a × t ⎟ × t ⎝2 ⎠ ⎛1 ⎞ Volume _ prisma = ⎜ × 7 × 4 ⎟ × 4 = 56cm 3 ⎝2 ⎠ 3 Volume _ prisma = 56cm = 56ml
(5)
Sehingga 1 kali jungkitan adalah 56ml berarti sama dengan 1,8 mm Tabel hasil peneraan alat curah hujan Takaran gelas ukuran No (ml)
Banyaknya jungkitan (kali)
Hasil penggukuran (mm/menit)
1
60
1
1,8
2
120
2
3,6
3
170
3
5,4
4
230
4
7,2
5
280
5
9
6
340
6
10,8
7
400
7
12,6
8
450
8
14,4
9
510
9
16,2
10
560
10
18
E-60
Simposium Nasional RAPI IX 2010
Gambar 8.
ISSN: 1412-9612
Hasil pengukuran data curah hujan dan tanah longsor
Kesimpulan Setelah melakukan pengujian dan analisa, maka dapat disimpulkan bahwa alat ini mempunyai kelebihan yaitu : • Sensor curah hujan memiliki sensitivitas yang tinggi yaitu bisa mendeteksi sampai 7 mm. • Sensor tanah longsor memiliki sensitivitas yang tinggi yaitu bisa mendeteksi sampai 2 mm. • Seluruh rangkaian menyerap daya yang cukup kesil, sehingga catu daya bisa digantikan oleh batteray 12 Volt 1 Ampere • Data curah hujan dalam bentuk digital disimpan di komputer disertai informasi waktu berdasarkan durasi waktu yang telah diatur sehingga memudahkan pemakaiannya. • Data pergeseran tanah dalam bentuk digital disimpan di komputer disertai informasi waktu berdasarkan durasi waktu yang telah diatur sehingga memudahkan pemakaiannya. • Sistem ini menggunakan mikrokontroler, sehingga meminimalisir komponen dalam bentuk perangkat keras. • Mikrokontoler yang digunakan adalah ATMEGA8535 yang mempunyai kelebihan ISP (In System Programming) atau bisa langsung diprogram pada saat sistem bekerja pada rangkaian tersebut. Daftar Pustaka Albert Paul Malvino, 1996, Prinsip-prinsip Elektronika, Erlangga, Jakarta. Handoyo Prubo, Pengukuran Curah Hujan, Skripsi Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta (tidak diterbitkan). Majalah Pre-amp Top, 1988, Elex Media Komputindo, Jakarta.
E-61
Simposium Nasional RAPI IX 2010
ISSN: 1412-9612
Pranata Antony, 2000, Premrograman Borland Delphi Edisi 3, Andi Yogyakarta. Rizkiawan, Rizal, 1997, Tutorial Perancangan Hardware II, PT. Elex Media Kompetindo, Jakarta. Roger L. Tokheim, 1996, Prinsip-Prinsip Digital, Erlangga, Jakarta. Wasito, 1989, data sheet book IC, Er Nia Maharani Raharja, Sistem Peringatan Dini Tanah Longsor Berbasis ATMEGA8535, Skripsi Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta (tidak diterbitkan).
E-62
