Posted by : ahmad hamdi Selasa, 31 Maret 2015

MONITORING SYSTEM OF RIVER WATER LEVEL USING MICROCONTROLLER 8535 BASED ULTRASONIC CENSOR

,
Email: ahmadhamdimusthofa@gmail.com
Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknologi Industri
Institut Teknologi Adhi Tama Surabaya
Jalan Arief Rachman Hakim No. 100 Surabaya 60117


ABSTRACT
Flooded areas are getting larger nowadays coused by the overload river and the lack of warning system. Community around the river bank is not aware toword the level of river water. The warning system of flood caused by the overload river does not work automatically does not know whwn the river will be overload. For this reason. The designed system wichh runs automatically to detect the level of river water is needed. The system uses microcontroller 8535 based ultrasonic censor which will show certain levels of water surface. The output of the system uses light voice alarm which works in real time to send the level of water surface. The system uses Massage Service Gatway (SMS) to monitor water level in mobile way and Liquid Crystal Display ( LCD ) to show the water level directly. The result of the designed system test has accuracy toward ultrasonic censor with the average error of 1.121% and the error level of 1cm toward the change of speed of the water level. The test result of the sending of Massage Service Gatway ( SMS ) at the labolatory was relatively fast with the avarage time of 5.414 second. The data was gained from the river located at Jalan Arif Rahman Hakim at the warning level with the average speed of message sending of 5 seconds in different conditions of time trial.
Key words: monitoring system, water level, ultrasonic censor, light voice larm,  Short Message Service Gatway.

ABSTRAK
Semakin banyaknya kawasan mengalami banjir yang berasal dari meluapnya air sungai dan kurangnya sistem kewaspadaan terhadap ketinggian permukaan air sungai dari masyarakat yang berada didekat bantaran sungai. Sistem kewaspadaan akan bajir dari luapan sungai saat ini tidak bisa bekerja dengan otomatis dan realtime untuk mengetahui ketinggian permukaan air sungai. Hal tersebut menyebabkan warga sekitar rata-rata tidak mengetahui saat permukaan sungai sudah meluap. Oleh karena itu perancangan sistem secara otomatis ini bisa mengetahui ketinggian permukaan air sungai. Perancangan sistem pemantauan ketinggian permukaan air ini memanfaatkan sensor ultrasonik yang berbasis mikrokontroler 8535 akan mengetahui ketinggian permukaan air yang dibuat dengan level-level tertentu. dengan keluaran menggunakan alarm berbasis light  voice alarm yang bekerja secara real time  untuk memberitahukan level ketinggian permukaan air, dengan memanfaatkan Message Service Gatway (SMS ) sebagai monitoring level air secara mobile dan liquid crystal display (LCD) selalu menampilkan keadaan level air secara langsung. Hasil uji rancang bangun alat memiliki keakurasian terhadap sensor ultrasonik yang menghasilkan tingkat rata-rata error sebesar 1,121% dan tingkat kesalahan terhadap perubahan kecepatan ketinggian air pada waktu tertentu sebesar 1cm, untuk pengujian pengiriman Message Service Gatway (SMS ) pada labolatorium di dapatkan waktu yang relatif cepat dengan rata-rata waktu 5,414 detik dan pengambilan data di sungai Jl.Arief rahman hakim pada level air siaga memiliki kecepatan rata-rata pengiriman 5 detik dengan kondisi waktu percobaan yang berbeda.

Kata Kunci : Sistem monitoring,  ketinggian air, sensor ultrasonik, light foive alarm, Short Message Service Gatway



Pendahuluan



Bencana banjir masih terjadi secara teratur dan terus-menerus di Indonesia. Banyak dampak yang ditimbulkan terhadap bidang ekonomi, sosial dan lingkungan, akibat terjadinya bencana banjir.  Banjir dapat terjadi akibat volume air yang berada di sungai melebihi badan sungai. Banyak dampak yang ditimbulkan oleh banjir, tidak hanya kerugian secara material, banjir juga dapat menimbulkan korban jiwa. Dampak dari banjir dapat dikurangi jika masyarakat lebih siap dalam menghadapi datangnya banjir tersebut. Salah satu caranya adalah dengan menyebarkan informasi mengenai peringatan dini terhadap banjir secara cepat ke masyarakat.Salah satu media yang dapat digunakan menyebarkan informasi adalah dengan memanfaatkan jaringan komunikasi berbasis Short Message Service (SMS).

TINJAUAN PUSTAKA
1.      Penelitian yang telah dilakuakan
Waluyo, Eko (2013) telah membuat penelitian pendahuluan tentang sistem pemantauan ketinggian air dengan tampilan pada situs jejaring sosial twitter sebagai peringatan dini terhadap banjir, hasil yang diperoleh berupa suatu sistem peringatan banjir yang terhubung dengan jejaring sosial twitter dengan menggunakan komputer / laptop sebagai media untuk input data pada jejaring sosial twitter.
Nurrochman, Aan (2010) mendesain suatu sistem monitoring banjir berbasis data logger sebagai pengendalian pintu air, penelitian ini menghasilkan sistem pengendalian pintu air yang didasarkan pada record data logger sensor yang mengindikasikan gejala terjadinya banjir.



2.      Sensor ultrasonik PING
Sebuah pemancar dan penerima ultrasonic PING digunakan sebagai sensor pengukur jarak sebuah objek dalam hal ini air. Penggunaan sensor jenis ini sangat sederhana dan mudah dihubungkan dengan mikrokontroller melalui sebuah pin input dan pin output seperti yang ditunjukkan gambar  berikut.
Gambar 1 Sensor ultrasonik PING [Heri andrianto ]
Gambar 2 Sistem kerja sensor ultrasonik [Kartawiguna Daniel,1995]
Sensor ultrasonik ini terdiri dari dua rangkaian yang bekerja sebagai pemancar ultrasonik (Tx) dan rangkaian penerima (Rx). Rangkain sensor yang berfungsi sebagai pemancar akan memancarkan gelombang ultrasonik dengan Frekuensi tertentu, kemudian apabila terjadi benturan terhadap suatu benda atau objek maka gelombang ultrasonik akan dipantulkan kembali dan diterima oleh rangkaian sensor yang berfungsi sebagai penerima. Maksimum jarak yang dapat dibaca sensor ultrasonik adalah 2 hingga 3 meter. Jarak sensor terhadap objek pantul dapat dihitung dengan rumus  berikut:
Dimana :
S : Jarak sensor terhadap objek
tIN : Selisih waktu pemancaran dan penerimaan gelombang pantul
            V : Cepat rambat gelombang ultrasonik di udara (344 m/s)

3.      Modem GSM M1306B Q2403A Serial (WaveCom)
Sebuah modem GSM adalah modem nirkabel yang bekerja dengan jaringan nirkabel GSM. Sebuah modem nirkabel berperilaku seperti modem dial-up. Perbedaan utama antara mereka adalah bahwa modem dial-up mengirim dan menerima data melalui saluran telepon tetap sementara modem nirkabel mengirim dan menerima data melalui gelombang radio.[2]
Gambar 3 Bagian-bagian Modem  Q2403A [ Datasheet wavecom ]

4.      Mikrokontr0ller Atmega8535
     Mikrokontroler adalah IC (Integrated Circuit) yang dapat diprogram berulang kali, baik ditulis atau dihapus biasanya digunakan untuk pengontrolan otomatis dan manual pada perangkat elektronika.
     ATMEGA 8535 merupakan tipe AVR yang telah dilengkapi dengan 8 saluran ADC internal dengan fidelitas atau ketelitian 10 bit sebanyak 8 saluran. Dalam mode operasinya, ADC ATMEGA 8535 dapat dikonfigurasi, baik secara single ended input maupun differential input. Selain itu, ADC ATMEGA 8535 memiliki konfigurasi pewaktuan, tegangan referensi, mode operasi, dan kemampuan filter derau yang amat fleksibel, sehingga dengan mudah disesuaikan dengan kebutuhan ADC itu sendiri.
     ATMEGA 8535 memiliki 3 modul timer yang terdiri dari 2 buah timer/counter 8 bit dan 1 buah timer/counter 16 bit. Ketiga modul timer/counter ini dapat diatur dalam mode yang berbeda secara individu dan tidak saling mempengaruhi satu sama lain. Selain itu, semua timer/counter juga dapat difungsikan sebagai sumber interupsi. Masing-masing timer/counter ini memiliki register tertentu yang digunakan untuk mengatur mode dan cara kerjanya.
Gambar 4. Pin ATMega 8535
Penjelasan Pin
A.    Port A (PA0-PA7)
Port A berfungsi sebagai input analog ke ADC. Port A juga dapat berfungsi sebagai port I/O 8 bit bidirectional, jika ADC tidak digunakan maka port dapat menyediakan resistor pull-up internal (dipilih untuk setiap bit).
B.     Port B (PB0-PB7)
B. Port B merupakan I/O 8 bit biderectional dengan resistor pull-up internal (dipilih untuk setiap bit)
C.     Port C (PC0-PC7)
C. Port C merupakan I/O 8 bit biderectional dengan resistor pull-up internal (dipilih untuk setiap bit)
D.    Port D (PD0-PD7)
Port D merupakan I/O 8 bit biderectional dengan resistor pull-up internal (dipilih untuk setiap bit)




5.      Liquid Crystal Display ( LCD )
Untuk keperluan antarmuka suatu komponen elektronik dengan mikrokontroller, perlu diketahui fungsi dari setiap kaki pada LCD. Gambar dibawah menunjukkan modul LCD karakter 2x16.[7]
Gambar 5 .Modul Liquid Crystal Display ( LCD ) 2x16
6.      PORT SERIAL RS232
Port Serial RS232 juga mempunyai fungsi yaitu untuk menghubungkan / koneksi dari perangkat yang satu dengan perangkat yang lain, atau peralatan standart yang menyangkut komunikasi data antara komputer dengan alat-alat pelengkap komputer. Perangkat lainnya itu seperti modem, mouse, cash register dan lain sebagainya. Serial port RS232 pada konektor DB9 memiliki pin 9 buah dan pada konektor DB25 memiliki pin 25 buah.[2]
Gambar 6. Port Serial 232 [ datasheet RS ]

7.      Speaker ( Voice Alarm )
Gambar 7 Gambar dan Simbol Buzzer [DataSeet mikro Buzzer 5V DC,2005 ]

Buzzer adalah sebuah komponen elektronika yang berfungsi untuk mengubah getaran listrik menjadi getaran suara. Pada dasarnya prinsip kerja buzzer hampir sama dengan loud speaker, jadi buzzer juga terdiri dari kumparan yang terpasang pada diafragma dan kemudian kumparan tersebut dialiri arus sehingga menjadi elektromagnet, kumparan tadi akan tertarik ke dalam atau keluar, tergantung dari arah arus dan polaritas magnetnya, karena kumparan dipasang pada diafragma maka setiap gerakan kumparan akan menggerakkan diafragma secara bolak-balik sehingga membuat udara bergetar yang akan menghasilkan suara. Buzzer disini digunakan sebagai indikator himbauan yang berbentuk suara.

8.      Warning Light
Warning light adalah lampu tanda atau lampu peringatan hati-hati yang di lengkapi dengan motor listrik di dalam cover lampunya. Lampu seolah berkedip sehingga akan mengundang perhatian orang. Tegangan yang dibutuhkan oleh warning light ini berkisar 5 volt DC
 

Gambar 8 Warning Light  [Data Sheet SmarteLight™ Visual Alarm Light ]


PERANCANAAN DAN PEMBUATAN MEKANIK
1.      Blok diagram Perancangan Sistem
Diagram blok perancangan perangkat keras dari kontroler Sistem rancang bangun dan peringatan dini bencana banjir menggunakan sensor ultrasonik berbasis mikrokontroller 8535 dengan output light voice alarm dan sms gateway ini, tersusun dari beberapa perangkat elektronik, yaitu sensor ultrasonik, sistem minimum mikrokontroller Atmega8535, modem GSM Wavecom, buzzer 5volt, warning light 5volt, power suplay, dan mobile phone.

Gambar 9 Blok Diagram Perencanaan Sistem

Gambar 10 Diagram Alir Rancangan

Pedoman perancangan nilai level air dalam pengujian Labolatorium:
1.      Level normal ( jarak > 60 cm )
2.      Level siaga ( 59 cm – 40 cm)
3.      Level siaga 1 ( 39 cm – 26 cm)
4.      Level awas (25 cm < jarak )

Pedoman perancangan nilai level air dalam pengujian lapangan ( sungai Jl.Arief Rahman Hakim Surabaya :
1.      Level normal ( jarak >140 cm)
2.      Level siaga ( 139 cm–100 cm)
3.      Level siaga1( 99 cm – 70 cm )
4.      Level awas ( 69 cm < jarak )

Peraancangan dan pembuatan mekanik
Perancangan  mekanik dalam aplikasi system control ini sangat berpengaruh pada hasil untuk mencapai hasil optimal. Karena secara umum untuk aplikasi sistem control harus seimbang atau saling mendukung antara mekanik dan software atau hardware-nya. Sesuai dengan blok diagram pada gambar 9, pada alat ini digunakan Sensor Ultrasonik PING sebagai pengukur ketinggian permukaan air terhadap daratan dan liquid crystal display (LCD), Short Message Service (SMS) gateway, Ligh voice alarm sebagai output informasi, dimana sensor dan output ini terhubung langsung ke port yang ada pada mikrokontroller.

HASIL DAN PEMBAHASAN
1.      Pengujian Perangkat Keras
Pengujian perangkat keras dilakukan untuk mengetahui apakah perangkat  keras yang telah dirancang dapat bekerja atau berfungsi dengan baik sebagaimana yang diinginkan. Pengujian yang dilakukan terhadap perangkat keras meliputi beberapa blok - blok rangkaian perangkat keras yang telah dirancang dan juga pengujian terhadap gabungan dari beberapa blok rangkaian. Pengujian keseluruhan blok dilakukan untuk mengetahui semua kinerja perangkat keras berjalan dengan baik dan menngevaluasi kesalahan – kesalahan yang tidak diinginkan.

1.1. Pengujian sensor ultrasonik
Pengujian yang dilakukan dalam proyek ini adalah mengukur perbuahan jarak yang terjadi pada sensor apabila diberikan suatu acuan untuk pengukuran.
Berdasarkan hasil dari beberapa kali percobaan perbandingan antara jarak yang ditampilkan oleh sensor ultrasonik dan yang di berikan perbandingan mistar dengan pengaruh suhu yang berbeda menerangkan bahwa :
Tabel 1. Pembacaan sensor ultrasonik dengan perbandingan mistar  Dengan suhu yang berbeda
No
Pemban-ding Mistar
( cm )
Terbaca Sensor
( cm )
Suhu 27°
Terbaca Sensor
( cm )
Suhu 30°
Terbaca Sensor
( cm )
Suhu 32°
Error
Relatif
%
Suhu 27°
Error
Relatif
%
Suhu 30°
Error
Relatif
%
Suhu 32°
1
4
4
4
4
0
0
0
2
5
5
5
5
0
0
0
3
6
6
6
6
0
0
0
4
7
7
7
7
0
0
0
5
8
8
8
8
0
0
0
6
9
9
9
9
0
0
0
7
10
11
9
10
9
11
0
8
20
21
21
20
4,7
4,7
0
9
30
32
30
31
6,25
0
3,2
10
40
40
40
40
0
0
0
11
50
52
51
50
3,8
1,9
0
12
60
63
62
61
4,7
3,2
1,63
13
70
71
71
70
1,4
1,4
0
14
80
79
80
80
1,2
0
0
15
90
90
91
91
0
1,09
1,09
16
100
103
102
100
2,9
1,9
0
17
110
111
111
111
0,9
0,9
0,9
18
120
122
121
121
1,6
0,8
0,8
19
130
131
130
130
0,76
0
0
20
140
142
142
140
1,4
1,4
0
21
150
154
152
151
2,59
1,3
0,66
22
160
161
161
160
0,6
0,6
0
23
170
172
172
170
1,16
1,16
0
Dari hasil percobaan sensor ultrasonik  di suhu 27 °C dengan jarak pantul gelombang sensor ultrasonik 2 Cm -170 Cm di dapat nilai error rata-rata 1,728 %. hasil pengujian percobaan sensor ultrasonik  di suhu 30 °C dengan jarak pantul gelombang sensor ultrasonik 2 Cm -170 Cm di dapat nilai error rata-rata 1,236 %. Dan hasil percobaan sensor ultrasonik  di suhu 32 °C dengan jarak pantul gelombang sensor ultrasonik 2 Cm -170 Cm di dapat nilai error rata-rata 0,4 %.
Setelah pengujian ketepatan jarak yang di hasilkan sensor ultrasonik dengan perbandingan jarak mistar, maka untuk pengujian selanjutnya yaitu pengujian keakurasian sensor terhadap perubahan kecepatan perpindahan jarak pantul gelombang ultrasonik, untuk pengujian ini kita simulasikan dengan mengatur ketinggian air dengan waktu berbeda.



Tabel 2. Pengujian keakurasian sensor terhadap kecepatan jarak air yang bertambah dan turun
 Jarak
Penambahan
Air 3 Liter / 30 detik
(cm)
Pengurangan
Air 3 Liter/
30 detik
(cm)
Penambahan
Air 3 Liter / 20detik
(cm)
Pengurangan
Air 3 Liter/
20 detik
(cm)
Penambahan
Air 3 Liter / 10 detik
(cm)
Pengurangan
Air 3 Liter/
10 detik
(cm)
62
62
62
62
62
61
61
61
61
61
62
61
61
60
60
60
60
60
61
60
60
59
59
59
59
59
58
59
58
58
58
59
58
57
58
57
57
57
58
57
57
56
56
56
56
56
56
55
56
55
55
55
55
55
55
55
54
54
54
54
54
54
54
53
53
53
53
53
53
53
52
52
52
52
52
52
52
51
51
50
51
51
51
51
50
50
50
50
50
50
50
49
49
49
49
49
49
50
48
48
48
48
48
48
48
47
47
47
47
47
47
47
46
46
46
46
46
46
46
Rata-rata
54
53,94
54,18
54,06
53,76
53,82
Error relatif
0 %
0,11 %
0,33%
0,11 %
0,47 %
0,334 %
Dari hasil pengujian pada tabel 2 maka ke akurasian sensor ultrasonik terhadap ketinggian debit air yang berbeda pada waktu air 3liter/30 detik, 3liter/20 detik, 3liter/10 detik memiliki tingkat kesalahan paling besar 1cm, dan untuk nilai error tertinggi 0,47% terjadi pada kecepatan penambahan air 3liter/10 detik .
1.2.Pengujian Keseluruhan

Pada pengujian ini semua perangkat keras dan perangkat lunak sudah  bekerja sesuai dengan fungsi masing-masing. Dalam pengujian kali ini dilakukan mengirimkan data yang telah terukur ke pesan Handphone sebagai penerima Informasi.
Berdasarkan hasil dari beberapa kali percobaan perbandingan antara jarak permukaan air yang diperoleh oleh sensor ultrasonik  yang diteruskan atau diolah oleh mikrokontroler 8535 dan hasil pengolahan data yang di lakukan mikrokontroler 8535 ini akan di keluarkan informasi pada LCD, SMS Gateway dan ligth voice alarm menerangkan bahwa :
Dari hasil percobaan dan pengamatan di laboratorium dapat di simpulkan bahwa waktu pembacaan ketinggian air yang di lakukan sensor ultrasonik PING terjadi error yaitu jarak penghalang yang di baca tiba-tiba bernilai 13 cm dengan debit air yang menghalangi pantulan gelombang ultrasonik tidak dalam posisi jarak 13 cm, waktu pengiriman sms dari mikrokontroler ke handphone penerima informasi memiliki rata-rata 5,414 detik per sekali pemberitauhan dan hasil light voice alarm sebagai alarm lift bekerja dengan baik pada saat kondisi siaga dan awas.
Setelah dilakukan pengujian labolatorium sistem monitoring ketinggian air ini dilakuakan pengujian secara langsung di sungai Jl. Arief rahman hakim depan kampus Institut teknologi adhi tama Surabaya dengan hasil pengujian.
Pada pengujian dilapangan tidak terjadi error kenaikan level seperti di pengujian laboratorium di karenakan saat pengujian dilapangan sudah menggunakan tabung yang sudah banyak lubang. Dan perbandingan waktu pengiriman sms pengujian labolatorium dan pengujian lapangan tidak memiliki perbedaan jauh yaitu 5,414 detik berbanding 5 detik. Dan untuk pengujian ligth voice alarm berjalan dengan baik sesui kondisi level air.

KESIMPULAN
Berdasarkan hasil perancangan dan pengujian pada proyek akhir disimpulkan :
1.      Sensor ultrasonik PING yang digunakan dapat bekerja dengan baik memabaca objek yang mempunyai tingkat keakurasian yang baik dalam pengukuran  kecepatan ketinggian air yang berubah-ubah dengan tingkat kesalahan 1cm .dan untuk nilai error tertinggi 0,47% terjadi pada kecepatan penambahan air 3liter/10 detik .
2.      Warning light bekerja sesuai dengan perintah bahwa jarak 130 cm  sampai 70 cm ( Siaga ) warning light aktif dan pada kondisi  level 69 cm sampai 10 (awas) warning light aktif.
3.      Voice alarm (buzzer) yang digunakan sebagai output penanda saat kondisi tertentu bekerja dengan baik tidak ada kesalahan. Bahwa pada level 140 (normal) buzzer tidak aktif, level 139 Cm sampai 70 cm (siaga) buzzer dalam keadaan aktif perdetik, dan pada level 69 cm sampai 10 cm (awas) buzzer aktif per setengah detik.
4.      Pengujian alat monitoring ketinggian air saat di laboratorium memiliki keakurasian data dan waktu pengiriman SMS yang baik yaitu dengan rata-rata lama pengiriman 5,414 detik. Saat pengujian laboratorium di dapat nilai error pada saat pembacaan sensor ultrasonik tidak sesuai dengan kondisi tinggi air, dengan tiba-tiba keluar nilai 13 cm.
5.      Pengujian alat monitoring ketinggian air di sungai Jl. Arief rahman hakim memiliki keakurasian data dan waktu pengiriman SMS yang baik dengan rata-rata lama pengiriman 5 detik pada keadaan level air siaga dan dikirim secara real time 1 menit sekali pengiriman data.



DAFTAR  PUSTAKA
[1]Yulianata Rana, “ Prototipe Sistem Pengukuran Ketinggian dan Debit Air pada Sungai Berbasis Mikrokontroler Atmega 16” ,2013, Universitas Islam Negri Kalijaga,Yogyakarta.
[2]Choirul Irjik Muhammad, “ Rancang Bangun Prototipe Stasiun Cuaca yang Dicatat dan Dilaporkan Secara Periodik dengan Modem GSM ”,2014, Institut Teknologi Adhi Tama,Surabaya.
[3]Andrianto Heri,”pemrograman mikrokontroler AVR Atmega16 menggunakan bahasa C”, 2013, Informatika,Bandung.
[4]Elizabeth Basha , Daniela Rus, “ Design of Early Warning Flood Detection Systems for Developing Countries “, IEEE Trans., 2007 pp. 612-6175. 
[5]Eko Waluyo Jati, Muhammad Arrofiq,  “ Sistem Pemantau Ketinggian Air Sungai Dengan Tampilan Pada Situs Jejaring Sosial Twitter Sebagai Peringatan Dini Terhadap Banjir”, 2013, Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta.
[6]Edi Hariyono,Wirawan, “ Desain Sistem Pengukuran Tinggi Permukaan Air  Sungai Menggunakan Wireless Sensor Network  Untuk Peringatan Dini Banjir”, Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya.
[7]Hendra Dwi Saputra, Nurussa’adah , Mochammad Rif’an, “Perancangan Dan Pembuatan Sensor Curah Hujan  Tipe Tipping Bucket Dengan Tampilan LCD”, 2013, Universitas Brawijaya, Malang.


Leave a Reply

Subscribe to Posts | Subscribe to Comments

TOKO ONLINE

Popular Post

Diberdayakan oleh Blogger.

- Copyright © Ahmad Khamdi Musthofa,ST -Metrominimalist- Powered by Blogger - Designed by Johanes Djogan -