untuk Flood Early Warning System(FEWS)

THE 5TH URECOL PROCEEDING
18 February 2017
UAD, Yogyakarta
Pengembangan Automatic Water Level Recorder(AWLR) untuk
Flood Early Warning System(FEWS)
Yusro Al Hakim1)
Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan, Universitas Muhammadiyah Purworejo
email: hakim [email protected]
1
Abstrak
Telah dilakukan penelitian pengembangan AWLR untuk FEWS. Kondisi Indonesia yang rawan
banjir dengan sering terjadinya bencana tersebut, maka diperlukan usaha untuk meminimalisir
korban jiwa. Diperlukan adanya sistem peringatan dini bencana ini. Alat yang dikembangkan
terdiri dari mikrokontroller, sensor level air berupa sensor ultrasonik HC-SR04, sensor curah
YL-83 dan indikator berupa buzzer dan lampu LED. Hasil pengukuran data dari sensor level
air menunjukkan tingkat akurasi mencapai 97%, ralat sebesar 2,2%, standar deviasi presisi
alat sebesar 0,11 dan sensor curah hujan bekerja dengan optimal. Alat mampu menampilkan
tiga status keadaan yaitu bahaya, waspada dan aman. Setiap level keadaan akan ditampilkan
berupa suara buzzer dengan frekuensi yang berbeda dan nyala lampu LED yang berbeda.
Kata Kunci: AWLR, FEWS, Sensor hujan, sensor ultrasonik, status
1. PENDAHULUAN
Indonesia merupakan negara yang masuk tiga
besar negara rawan banjir selain China dan
dan India. Banjir yang terjadi di Indonesia
sering diakibatkan karena melupanya air
sungai akibat hujan deras yang turun terus
menerus, sehingga menyebabkan sungai tidak
bisa menampung volume air yang berlebih.
Sementara di dua negara tersebut diakibatkan
pula karena meluapnya air laut. Seiring
dengan pemanasan global yang menyebabkan
mencairnya salju di bumi belahan utara, maka
potensi banjir karena meluapnya air laut
menjadi sebuah keniscayaan. Ini terbukti
seperti banjir yang terjadi di kota Semarang
akibat rob air laut. Banjir yang tidak
diimbangi dengan sistem mitigasi bencana
yang baik dengan adanya deteksi dini akan
menimbulkan korban jiwa. Deteksi banjir
yang ada selama ini masih berbasis sensor
level air sedangkan curah hujan tidak
dimonitor, padahal curah hujan akan
menentukan level air pada sebuah sungai.
Dari permasalahan ini diperlukan sebuah alat
dan sistem deteksi dini berbasis sensor level
air dan sensor curah hujan sebagai peringatan
pada masyarakat terutama yang bermukim di
daerah aliran sungi atau pesisir agar tanggap
situasi terhadap tempat tinggalnya. Alat dan
sistem ini berfungsi sebagai flood early
warning system, sehingga masyarakat bisa
THE 5TH URECOL
menyesuaikan tindakan yang dilakukan sesuai
dengan status indikator. Alat yang dibuat
masih bersifat miniatur atau pada skala
laboratorium.
2. KAJIAN LITERATUR
Alat dan sistem yang didesain dan di
implementasi terdiri dari komponen ataupun
modul sebagai berikut:
A.Arduino UNO
Arduino Uno adalah papan sirkuit berbasis
mikrokontroler ATmega328. IC (integrated
circuit) ini memiliki 14 input/output digital (6
output untuk pulse width modulation (PWM),
6 analog input, resonator kristal keramik 16
MHz, Koneksi universal serial bus(USB),
soket adaptor, pin header ICSP, dan tombol
reset. Hal inilah yang dibutuhkan untuk
mensupport mikrokontrol supaya mudah
terhubung dengan kabel power USB atau
kabel power supply adaptor AC ke DC atau
juga baterai. Arduino digunakan sebagai
pembaca dan pengolah data.
B.Sensor Ultrasonik HC-SR04
Sensor ultrasonik adalah sebuah sensor yang
berfungsi untuk mengubah besaran fisis
(bunyi) menjadi besaran listrik dan
sebaliknya. Cara kerja sensor ini didasarkan
pada prinsip dari pantulan suatu gelombang
suara sehingga dapat dipakai untuk mengukur
jarak suatu benda dengan frekuensi tertentu.
1602
ISBN 978-979-3812-42-7
THE 5TH URECOL PROCEEDING
18 February 2017
Disebut sebagai sensor ultrasonik karena
sensor ini menggunakan gelombang ultrasonik
(bunyi ultrasonik). Bunyi ultrasonik dapat
merambat melalui zat padat, cair dan gas.
Reflektivitas bunyi ultrasonik di permukaan
zat padat hampir sama dengan reflektivitas
bunyi ultrasonik di permukaan zat cair.
Sensor HC-SR04 ini merupakan sensor
ultrasonik yang berfungsi sebagai pengirim,
penerima, dan pengontrol gelombang
ultrasonik. Sensor ini bisa digunakan untuk
mengukur jarak benda dari 2cm - 4m dengan
akurasi 3mm. Alat ini memiliki 4 pin, pin
Vcc, Gnd, Trigger, dan Echo. Pin Vcc untuk
listrik positif dan Gnd untuk ground-nya. Pin
Trigger untuk trigger keluarnya sinyal dari
sensor dan pin Echo untuk menangkap sinyal
pantul dari benda.
C.Sensor curah hujan YL-83
Modul Sensor ini terbuat dari bahan logam
tertentu yang dibuat pada sebuah papan
dengan alur tertentu. Sensor akan memberikan
nilai output tertentu ekuivalen dengan jumlah
air yang mengenainya yang menunjukkan
intensitas hujan. Sensor membutuhkan
tegangan supplai 5 volt dengan dua jenis
output berupa analog dan digital, sensitivitas
sensor diatur dengan menseting potensiometer
yang tersedia pada modul. Gambar 1
memperlihatkan modul sensor curah hujan.
Gambar 1 Modul sensor curah hujan YL83
Perancangan dan impelentasi deteksi banjir
sudah dilakukan oleh beberapa peneliti,
seperti (M.Andang Novianto, 2013) tentang
deteksi bahaya banjir berupa level air dan
penyampaian informasinya melalui gateway
Short Messages Service(SMS)[1]. Penelitian
juga dilakukan oleh (Rini Sulistyowati dkk.,
2015) dengan menggunakan sensor ultrasonik
SRF04[2].
3. METODE PENELITIAN
Metode penelitian yang dilakukan
meliputi tiga hal yaitu: perancangan hardware
dan pengambilan data, perancangan software
THE 5TH URECOL
UAD, Yogyakarta
arrduino UNO dan uji coba secara
keseluruhan.
A.Perancangan
dan
Implementasi
Hardware
Perancangan hardware yang diimplementasi
diperlihatkan gambar 2:
Gambar 2 Blok keseluruhan alat
Sensor curah hujan dan sensor level air
sebagai input sedangkan buzzer dan LED
sebagai indikator dari sistem early warning
ini, sebagaimana ditunjukkan gambar 2.
Untuk mengukur level air, maka yang diukur
pertama kali adalah nilai H, kemudian nilai s,
setelah kedua nilai ini diketahui, maka nilai h
sebagai level air seperti pada gambar 3 akan
diketahui dengan software C+ untuk arduino.
Gambar 3 metode pengukuran level air
dengan sensor HC-SR04
Untuk pengukuran intensitas air hujan
dilakukan dengan menaruh lempeng sensor
pada air, kemudian output sensor air hujan ini
akan dibaca oleh arduino UNO pada nilai 0
sampai dengan 1024. Tabel 1 menunjukkan
setting up untuk beberapa kondisi curah
hujan[3].
Tabel 1. Kondisi curah hujan berdasar output
sensor curah hujan
No
Output
Kondisi curah
sensor
hujan
0-300
Deras
1.
301- 500
Sedang
2.
501-7004
Rintik
3.
700-1024
Tidak hujan
4.
1603
ISBN 978-979-3812-42-7
THE 5TH URECOL PROCEEDING
18 February 2017
Pembacaan data sensor pada layar monitor
komputer bisa diatur frekuensinya. Apabila
data yang diukur dikehendaki cepat, maka
sketch dibawah ini bisa diubah. Nilai yang ada
dalam kurung menunjukkan satuan mili sekon
atau mS. Angka 1000, menunjukkan 1000
milisekon atau senilai dengan 1 sekon, artinya
setiap
satu
sekon
sensor
akan
mentrack/mengukur jarak apakah terjadi
perubahan atau tidak terjadi.
Perintah tersebut ditunjukkan dengan sketch:
Delay(1000);
Jarak maksimal pengukuran yang akan
dilakukan sensor bisa diatur dengan
menggunakan sketch, misalnya:
Define MAX_DISTANCE 200
Sketch diatas menunjukkan jarak maksimal
yang akan diukur sebesar 200 cm atau 2 m.
Konversi Data sensor ke satuan cm
Saat pin trigger(pin 10) terpicu, maka paling
tidak pada pin terdapat level tegangan digital
HIGH selama 10 sekon.
Sensor HC-SR04 ini akan mengirim
gelombang kotak sinyal ultrasonik dengan
frekuensi sekitar 40 KHz. Setelah data sinyal
pada pin 11 diperoleh, maka nilai T sudah
didapatkan , maka dibuat sketch untuk
mengkonversi T yang diperoleh dari Arduino
ke jarak benda dalam pengukuran tersebut.
Untuk membandingkan hasil pengukuran
Arduino, maka digunakan alat ukur lain yang
sudah baku dan terstandarisasi yaitu meteran
merek Shanghai. Seluruh pengukuran dari
pengembangan alat harus tertelusur atau harus
dibandingkan dengan
referensi yang telah dipercaya( Alan S Moris,
2001)[4].
1.Data Pengukuran level maksimal
Grafik pengukuran level I
Level(cm)
B.Pembuatan sketch
Pemrograman dengan menggunakan bahasa
C+ untuk arduino dikenal dengan nama
sketch. Sketch ini berfungsi sebagai pembaca
data sensor, pengolah data sensor juga
penampil indikator. Dua sensor yang
digunakan pada penelitian ini diatur dengan
sketch, sehingga kedua sensor ini bekerja
secara sinergi. Level air jug diatur dengan
sketch sehingga hasil pengukuran dalam
satuan panjang yang dikehendaki
4. HASIL DAN PEMBAHASAN
A.Data pengujian level air
Untuk memanggil program pengukuran level
maka library yang ada di Arduino harus
dideklarasikan di awal.
Pada sketch ditulis:
#include<NewPing.h>
Digunakan untuk memanggil pengukuran
jarak
menggunakan
ultrasonik
Untuk
menampilkan pengukuran data sensor
ultrasonik sekaligus menampilkan level air,
digunakan sketch:
Serial.begin(9600);
Nilai 9600 ini menentukkan kecepatan
transfer data di port serial yang digunakan
oleh arduino pada saat pemograman.
Satuannya adalah bps atau bit per sekon. Jadi
dalam 9600 berarti ada 9600 bit perdetik yang
bisa masuk ke Arduino board. Seperti
diketahui karakter A atau * disimpan dalam 8
bit. Dengan demikian, 9600 bps berarti
ekuivalen dengan 1200 karakter per sekon.
Untuk menentukkan pin-pin yang digunakan
Arduino
berhubungan
dengan
sensor
ultrasonik
HC-SR04,
pada
sketch
dideklarasikan dengan sketch berikut:
#define TRIGGER_PIN 12
Pada sketch diatas trigger, atau sinyal
transmitter ultrasonik akan dipicu dan
dikeluarkan lewat pin 12 pada Arduino.
Kemudian setelah sinyal transmitter ultrasonik
dikeluarkan, maka sinyal ultrasonik akan
memancar dengan kecepatan sekitar 340 m/s.
Setelah sinyal ini mengenai objek ukur, maka
sinyal tersebut akan dipantulkan, dan
ditangkap di pin 11 Arduino. Untuk
menangkap sinyal ini, digunakan perintah
sebagi berikut:
#define ECHO_PIN 11
UAD, Yogyakarta
101
51
1
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
pengukuran ke
Gambar 4 pengukuran I
THE 5TH URECOL
1604
ISBN 978-979-3812-42-7
THE 5TH URECOL PROCEEDING
18 February 2017
Nilai pengukuran Arduino pada
pengukura I pada suhu kamar ini diperlihatkan
dengan adanya fluktiasi grafik pada gambar 4.
Apabila melihat data pengukuran lewat
monitor komputer, diperoleh data pengukuran
dari Arduino pada nilai 88 dan 89 cm. Secara
umum perbedaan antara pengukuran Arduino
dan shanghai tidak signifikan dan relatif stabil
pada nilai 88 sd 89. Nilai ralat terbesar
mencapai 2,2 %, artinya tingkat ketelitian alat
masih sangat tinggi sebesar 97%. Ralat ini
disebabkan karena objek tidak tepat tegak
lurus yang menyebabkan adanya pemantulan
yang tidak sempurna, sehingga nilai waktu T
menjadi berkurang tingkat akurasinya.
2.Data pengukuran level minimal
Grafik pengukuran level II
Level(cm)
101
51
1
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
pengukuran ke
Terlihat grafik pengukuran dari
arduino diatas sangat akurat dan presisi
dengan nilai deviasi standar 0,01, dengan
ketelitian mencampai 97%. Nilai pengukuran
Arduino dan shanghai berkisar pada 14 cm sd
14,1 cm.
B.Data pengukuran curah hujan
Data curah hujan diperlihatkan tabel 2 dan
hanya menggunakan tiga kondisi
Tabel 2 Data output sensor curah hujan
No
Output
Kondisi curah
sensor
hujan
147-178
Papan sensor
1.
terendam air
361-493
terendam Sebagian
2.
503-863
terkena sedikit air
3.
Tabel 2 menunjukkan alat bekerja sesuai
dengan seting awal, seperti pada tabel 1.
Meskipun ada beberapa data yang tidak valid,
akan tetapi alat telah bekerja secara optimal.
Munculnya data yang tidak valid karena delay
THE 5TH URECOL
UAD, Yogyakarta
waktu pada sketch terlalu kecil sehingga
arduino kesluitan membaca perubahan kondisi
C.Hasil Uji keseluruhan alat
Pembuatan sketch untuk dua sensor dilakukan
agar alat bisa bersinergi. Kedua sensor ini
dihubungkan dengan logika digital. Untuk
indikator, frekuensi dibuat berbeda untuk
menunjukkan perbedaan Status. Berikut
sketch yang dibuat pada void setup dengan
bahasa C+:
IntdataSensor= analogRead(PIN_SENSOR);
Serial.println(dataSensor);
//Bahaya
if (dataSensor <= 200 & level >= 40)
alarm1();
else
//Waspada
if (dataSensor <= 500 & level < 40)
alarm2();
else
//Aman
if (dataSensor <= 900 & level >= 30)
alarm3();
else
Serial.println("Aman");
delay(500);
}
Hasil uji keseluruhan alat yang ditampilkan
pada layar monitor, diperlihatkan pada tabel 3.
Tabel 3 Data uji coba kseluruhan alat
N
Output
Output
Status
Aktif
o
sensor
level
Di layar
hujan
air
Tinggi
Bahaya
Buzzer
1. (169)Deras
1
Waspada Buzzer
2. (156)Deras Sedang
2
Waspada Buzzer
3. (380)Sedang Sedang
2
Aman
4. 850(Rintik) Rendah
Hasil uji coba alat bekerja dengan baik
dan bisa menyatakan suatu kondisi sesuai
dengan perancangan awal yaitu bahaya,
waspada dan aman.
5. KESIMPULAN
Dari data-data penelitian yang diperoleh.
Alat AWLR untuk FEWS bekerja dengan
baik, untuk sensor level air mempunyai
tingkat ketelitian sebesar 97% dengan ralat
1605
ISBN 978-979-3812-42-7
THE 5TH URECOL PROCEEDING
18 February 2017
UAD, Yogyakarta
terbesar 2,2%. Standar deviasi terebesar
0.01.Sensor curah hujan telah menunjukkan
output yang sesuai dengan kondisi hujan atau
kondisi sensor terkena air dengan tingkat
yang
berbeda.
Disarankan
penelitian
dilanjutkan dengan sistem informasi ke user
menggunakan sistem SMS gateway dan
dibuat secara portabel.
6. REFERENSI
[1] M.Andang Novianto, 2013, Sistem
Pendeteksi
banjir
dengan
penyampaian informasi tinggi
muka air menggunakan data lo
ger berbasis SMS gateway,
prosiding seminar sains dan
teknologi terapan, 13 Pebruari
2013,Surabaya, hal A.1 sd A.9
[2] Rini Sulistyowati dkk, 2015, Sistem
Pendeteksi
Banjir berbasis
ultrasonik dan
mikrokontroller
dengan media komunikasi gate
way, prosiding seminar sains dan
teknologi terapan III, 2015, hal
48-59
[3] Abdul Kadir, 2015, Buku pintar
pemrograman arduino, Edisi I,
Mediakom, Yogyakarta
[5] Alan S Moris, 2001, Measurement &
Instrumentation Principles, 3rd
Edition, Butterworth-Heinemann,
UK
THE 5TH URECOL
1606
ISBN 978-979-3812-42-7