RANCANG BANGUN ALAT PENGUKUR DAN PENENTU ARAH
advertisement
RANCANG BANGUN ALAT PENGUKUR DAN PENENTU ARAH PERGESERAN TANAH MENGGUNAKAN SENSOR POTENSIOMETER Febryan Adi Nugroho Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik Elektro Universitas Dian Nuswantoro, Semarang Intisari Meningkatnya laju pertumbuhan penduduk di Indonesia menuntut kebutuhan akan tempat tinggal baru, sehingga membuka kesempatan bagi para investor dalam memperluas lahan untuk pembangunan pemukiman dan infrastruktur. Sedangkan banyak wilayah di Indonesia memiliki struktur dan lapisan tanah labil yang berpotensi menyebabkan pergeseran tanah atau longsoran. Namun penelitian – penelitian berbasis elektronika terhadap pergeseran tanah hanya sebatas bersifat umum dan berdampak seketika. Sedangkan masih terdapat jenis pergeseran tanah yang pergerakannya tidak dapat dirasakan, yaitu rayapan tanah. Maka dari itu dibuatlah alat yang mampu mengukur sekaligus menentukan arah dari pergeseran tanah jenis rayapan. Metode penelitian menggunakan metode rancang bangun dimana peneliti merancang dan kemudian membangun alat yang dapat digunakan untuk mengukur dan menentukan arah pergeseran tanah menggunakan Potensiometer sebagai sensor. Adapun tahapan dari penelitian ini adalah analisis kebutuhan yaitu studi pustaka untuk melihat literatur-literatur yang berhubungan dan observasi melakukan penelitian yang sudah ada untuk memberikan gambaran yang jelas sehingga dapat digunakan sebagai referensi dalam pembuatan. Kemudian menganalisa alat yang akan dibuat, setelah itu dilakukan perancangan dan pengujian alat yang telah dibuat. Hasil dari pengukuran dan pengujian adalah alat yang dapat mengukur dan menentukan arah pergeseran tanah jenis rayapan yang mampu mengukur pergeseran tanah dalam satuan milimeter. Kata kunci : Mengukur pergeseran tanah, rayapan Abstract Many place in Indonesia has potential of landslide, that have its impact in that time or a little bit longer, depends on kind of landslide itself.But all electronical research for landslide as we known, are for basical and general landslide. There are unpredictable movement of landslide, called Creeps. Therefore, has made a tool that can measure and predict the direction of creeps landslide. This research method uses design methods which researchers design and then establish an a tool that can be used to measure and predicts direction of landslide movement. The stages of this research is the analysis of the literature study needs to look at the literature related instruments and observations conducted research tools that already exist to provide a clear picture so that it can be used as reference in the production of tools. Then analyze the tool to be made, after it conducted last design and testing tools that have been made. Results of measurements and testing is a tool to measure and predict direction of landslide movement with accurate millimeters. Keywords : Measuring landslide movement, creeps landslide. 1. Pendahuluan Meningkatnya laju pertumbuhan penduduk di Indonesia menuntut kebutuhan akan tempat tinggal baru, sehingga membuka kesempatan bagi para investor dalam memperluas lahan untuk pembangunan pemukiman dan infrastruktur. Sedangkan banyak wilayah di Indonesia memiliki struktur dan lapisan tanah labil yang berpotensi menyebabkan pergeseran tanah atau longsoran. Meski telah dilakukan penelitian berbasis elektronika terhadap pergeseran tanah, mamun penelitian – penelitian tersebut hanya sebatas pada jenis pergeseran tanah yang bersifat umum, yaitu tanah longsor. Sedangkan masih terdapat jenis pergeseran tanah yang tidak mendapat banyak perhatian karena pergerakannya tidak dapat dirasakan, namun dampak kerusakan terhadap infrastruktur dapat terlihat setelah jangka waktu tertentu, yaitu rayapan tanah (Creeps). Dengan latar belakang tersebut, diperlukan alat yang diharapkan selain dapat mengukur, juga dapat mengetahui arah pergeseran tanah jenis rayapan mengunakan potensiometer sebagai sensor. Sehingga pada kasus dimana para investor mendapati pergeseran tanah jenis rayapan pada lahan yang ingin dibangun kawasan pemukiman, para investor dapat mencari lahan lain yang lebih stabil, atau dapat bekerjasama dengan pakar dibidang konstruksi untuk membangun pemukiman dan infrastuktur yang berdaya tahan terhadap pergeseran tanah jenis rayapan. kerusakan, terlebih bila daerah tersebut merupakan kawasan pemukiman penduduk. Sehingga, pergeseran tanah seringkali menjadi objek penelitian berbasis elektronika, baik itu bersifat peringatan dini, monitoring, maupun pengukuran. Sedangkan dalam penelitian rancang bangun alat pengukur dan penentu arah pergeseran tanah menggunakan Potensiometer sebagai sensor, diharapkan selain mampu mendeteksi arah, juga dapat mengukur jarak pergeseran tanah dengan lebih akurat, dimana pergeseran tanah yang menjadi objek penelitian lebih menitik beratkan pada pergeseran tanah jenis rayapan (Creeps). Gambar 2.1 Rayapan tanah Rayapan tanah yang ditunjukkan Gambar 2.1, merupakan salah satu jenis pergeseran tanah yang tidak terlalu menonjol karena memiliki pergerakan lambat yang tidak dapat dirasakan secara kasat mata oleh indera manusia . Namun setelah jangka waktu cukup lama, dampak dari rayapan tanah mulai memperlihatkan kerusakan bila terjadi pada daerah padat pemukiman atau infrastruktur. 2. Tinjauan Pustaka 2.1 Penelitian Berbasis Elektronika Terhadap Pergeseran Tanah Pergeseran tanah atau longsoran, merupakan salah satu jenis gerakan massa tanah yang menuruni atau keluar dari lereng akibat terganggunya kestabilan penyusun lereng tersebut [1]. Daerah pergeseran yang tanah berpotensi seringkali mengalami berdampak Gambar 2.2 Foto dampak pergeseran tanah jenis rayapan. Foto tiang listrik yang miring pada Gambar 2.2, merupakan salah satu dampak kerusakan dari rayapan tanah. Pada umumnya rayapan tanah terjadi diantara area kaki perbukitan, tanah miring, maupun cenderung datar, karena kondisi batuan yang tersusun oleh lapisan serpih atau lempung [4]. 2.2 Potensiometer Linier Sensor mekanis adalah sensor yang mendeteksi perubahan gerak mekanis, seperti perpindahan atau pergeseran atau posisi, gerak lurus dan melingkar, tekanan, aliran, level, dan sebagainya. Adapun contoh dari kelompok sensor mekanis antara lain : Strain Gauge, Linear Variable Deferential Transformer (LVDT), Proximity,bahkan [5] termasuk Potensiometer . Potensiometer Wirewound merupakan resistor yang perubahan resistansinya sangat halus dengan jumlah putaran sampai sepuluh kali putaran (multi turn) dan memiliki linearitas tinggi, sehingga hasilnya mudah dibaca. 2.3 Mikrokontroler AVR ATmega16 Mikrokontroler adalah keluarga mikroprosesor yaitu sebuah chip yang dapat melakukan pemrosesan data secara digital sesuai dengan perintah bahasa assembly. Perbedaan mendasar pada keduanya yaitu, Mikroprosesor dikembangkan lebih ke arah perangkat berbasis komputer, sedangkan mikrokontroler lebih banyak ke alat instrumentasi elektronika. (XCK/TO) PB0 1 40 PA0 (ADC0) (T1) PB1 2 39 PA1 (ADC1) (INT2/AIN0) PB2 3 38 PA2 (ADC2) (CCO/AIN1) PB3 4 37 PA3 (ADC3) (SS) PB4 5 36 PA4 (ADC4) (MOSI) PB5 6 35 PA5 (ADC5) (MISO) PB6 7 34 PA6 (ADC6) (SCK) PB7 8 33 PA7 (ADC7) RESET 9 32 AREF VCC 10 31 GND GND 11 30 AVCC XTAL2 12 29 PC7 (TOSC2) XTAL1 13 28 PC6 (TOSC1) (RXD) PD0 14 27 PC5 (TXD) PD1 15 26 PC4 (INT0) PD2 16 25 PC3 (INT1) PD3 17 24 PC2 (OCIB) PD4 18 23 PC1 (SDA) (OCIA) PD5 19 22 PC0 (SCL) (ICP1) PD6 20 21 PD7 (OC2) Gambar 2.4 Konfigurasi pin Mikrokontroler ATmega16 Gambar 2.3 Potensiometer Linier jenis wirewound Potensiometer Wirewound produksi Bourns yang ditunjukkan Gambar 2.3, merupakan resistor variabel yang dikonstruksi dengan kawat resistif yang dililit mengelilingi kumparan nonkonduksi. Potensiometer Wirewound menggunakan pengaturan diskrit atau perlangkah, yaitu ketika potensiometer diputar, walau sedikit akan menghasilkan pada beberapa seri “klik” yang menyebabkan perubahan kecil pada pengukuran [6]. Sedangkan dari segi kepresisian, Potensiometer Wirewound dirancang untuk dapat beroperasi dengan putaran yang banyak untuk memberikan tingkat presisi yang lebih tinggi dalam pengaturan dengan toleransi resistansi ±5 % [7]. Seperti pada Gambar 2.4, menunjukkan konfigurasi kaki atau pin Mikrokontroler ATmega16 berdasarkan DataSheet Book ATmega16, dimana ATMega16 sendiri memiliki fitur – fitur berikut : a. Mikrokontroler 8 bit berbasis RISC dengan kecepatan maksimal 16 MHz. b. Memiliki memori flash 8 KB, SRAM sebesar 1 Kbyte dan EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) sebesar 512 byte. c. Memiliki ADC (Analog Digital Converter) internal 10 bit. d. Portal komunikasi serial (USART) dengan kecepatan maksimal 2,5 Mbps. e. Dan enam pilihan mode sleep, untuk menghemat penggunaan daya listrik. 2.4 LCD (Liquid Crystal Display) M1632 LCD adalah suatu display dari bahan cairan kristal yang pengoperasiannya menggunakan dot matriks. LCD banyak digunakan sebagai display dari alat-alat elektronika seperti kalkulator, multimeter digital, jam digital dan sebagainya. Sedangkan pada penelitian alat pengukur dan penentu atah pergeseran tanah, display yang digunakan adalah LCD 2x16 tipe M1632. Gambar 2.3 LCD 2x16 M1632 LCD M1632 yang ditunjukkan Gambar 2.5, merupakan modul LCD dengan konsumsi daya rendah. LCD 2x16, artinya path modul tersebut terdapat susunan Dot matrik yang terdiri dan 2 baris dan 16 kolom, sehingga modul tersebut dapat menampilkan 2x16 karakter alphanumeric, yang mencakup alphabet a – z dan numeric 0 – 9. Modul LCD M1632 juga dilengkapi dengan IC yang didesain khusus untuk mengendalikan LCD dan menampilkan sejumlah karakter yang telah diprogram [8]. 3. Perancangan Rancang bangun alat pengukur dan penentu arah pergeseran tanah menggunakan sensor potensiometer tidak dirancang portabel, artinya alat tetap membutuhkan sumber tegangan AC ketika dijalankan, untuk kemudian oleh rangkaian adaptor diubah ke tegangan DC 5 Volt ke seluruh rangkaian. kemudian mikrokontroler akan membaca dan mengolah masukan dari sensor untuk kemudian ditampilkan pada LCD. Gambar 3.1 Blok diagram perancangan alat pengukur dan penentu arah pergeseran tanah. Diagram blok perancangan alat pengukur dan penentu arah pergeseran rayapan tanah yang ditunjukkan Gambar 4.1, memiliki prinsip kerja, dimana Saat tombol ON ditekan, seluruh rangkaian mendapat tegangan dari sumber tegangan, mikrokontroler melakukan inisialisasi programdan seluruh rangkaian alat telah siap bekerja. Tombol Set Nol ditekan untuk menentukan nilai acuan untuk memulai awal pengukuran,dimanapun titik pengukuran itu ditempatkan. Kemudian Sensor Potensiometer Wirewound mulai melakukan pembacaan sinyal masukan dari pergerseran tanah, untuk dikirim ke mikrokontroler dan diproses secara digital, dan hasil pembacaan ditampilkan pada LCD berupa arah dan jarak pergeseran rayapan tanah dalam satuan milimeter (mm). 3.1 Perancangan Perangkat Keras Guna memudahkan dalam pembuatan perangkat keras, maka dibuatlah skematik rangkaian alat pengukur dan penentu arah pergeseran tanah. Gambar 3.2 Skematik rangkaian alat pengukur dan penentu arah pergeseran tanah. Skematik rangkaian pada Gambar 4.2 menunjukkan mikrokontroler ATmega16 sebagai komponen utama yang mengaturjalannya alat agar dapat berjalan dengan baik dan optimal. Kontrol tersebut berasal dari software yang telah disusun menggunakan bahasa C yang kemudian dimasukkan ke dalam mikrokontroler. Besar tegangan analog yang keluar dari Potensiometer Wirewoundmasuk ke Port A.0 untuk diubah secara digital oleh ADC (Analog to Digital Converter) dan diproses dalam mikrokontroler, kemudian hasil dari proses tersebut ditampilkan pada LCD melalui Port C.2. Sedangkan tombol Set Nol yang terhubung pada Port B.0 berfungsi menyimpan pembacaan tegangan keluaran sensor sebagai nilai acuan, sehingga kembali ke titik awal pengukuran. 3.2 Perancangan Perangkat Lunak Untuk membuat program yang sesuai dengan tujuan penelitian, maka terlebih dahulu dibuat rancangan program dalam suatu flowchart dari program yang dibuat agar alat pengukur dan penentu arah pergeseran tanah menggunakan sensor Potensiometer Wirewound dapat bekerja berdasarkan program yang telah dibuat. START Baca Tegangan Sensor Y Tombol Set Nol Simpan Sebagai Nilai Acuan Baru N Hapus Nilai Acuan Terdahulu Bandingkan Tegangan dengan Nilai Acuan Tampilkan Posisi Awal Y Tegangan = Nilai Acuan N Tampilkan Pergeseran 0 Y Tegangan>Nilai Acuan pengukuran, dan menghapus nilai acuan sebelumnya. Namun bila tidak menekan tombol Set Nol, nilai yang keluar dari sensor saat itu langsung dibaca dan dibandingkan dengan nilai acuan sebelumnya yang tersimpan dalam memori mikrokontroler. Saat nilai tegangan keluaran sensor sama dengan nilai acuan, maka LCD menampilkan jarak awal pergeseran pada posisi nol dalam satuan milimeter (mm). Sedangkan bila terdapat perubahan tegangan yang nilainya lebih besar dari nilai acuan, maka LCD menampilkan arah utara dan jarak pergeseran dalam satuan milimeter (mm). Dan sebaliknya bila terdapat perubahan tegangan yang nilainya lebih kecil dari nilai tengah, maka LCD menampilkan arah selatan dan jarak pergeseran dalam satuan milimeter (mm). 4. Analisa dan Pembahasan Setelah dilakukan penelitian dan perancangan, hasil akhir dari rancangan ditunjukkan pada Gambar 4.1 : Tampilkan Arah UTARA N Tampilkan Besar Pergeseran Y Tegangn<Nilai Acuan Tampilkan Arah SELATAN N Tampilkan Besar Pergeseran N SELESAI Y END Gambar 3.3 Flowchart perangkat lunak alat pengukur dan penentu arah pergeseran tanah. Dari flowchart yang ditunjukkan pada Gambar 4.4, dapat dijelaskan bahwa ketika tombol ON ditekan, alat melakukan pembacaan tegangan analog keluaran sensor, diolah secara digital, dan dibandingkan dengan nilai acuan yang saat itu tersimpan dalam memori mikrokontroler. Bila tombol Set Nol ditekan, tegangan analog yang keluar dari sensor mulai dibaca mikrokontroler untuk diubah menjadi nilai digital, disimpan sebagai nilai acuan titik awal Gambar 4.1 Konstrukasi alat pengukur dan penentu arah pergeseran tanah Konstruksi yang ditunjukkan Gambar 5.2, merupakan konstruksi dasar mekanik pengukur dan penentu arah pergeseran tanah. Dua buah roda masing – masing berdiameter 6 cm yang saling berseberangan diantara lubang sejauh 15 cm, dihubungkan dengan belt dimana salah 1 titik tengah roda dihubungkan dengan tuas Potensiometer Wirewound. Pada belt bagian bawah tergantung sebuah tiang kayu setinggi 40 cm dan ketebalan 1 cm untuk ditancapkan dalam ke tanah pada konstruksi bagian bawah. Bila rak digeser maju atau mundur, tiang yang ikut terdorong akan menggerakkan belt untuk memutar kedua roda dan Potensiometer Wirewound. Sehingga dengan asumsi alat yang sudah menyala, LCD telah dapat menampikan arah dan jarak pengukuran pergeseran tanah. Tabel 4.2 Statistik hasil ukur jarak 60 mm di Utara 4.1 Analisa Hasil Pengujian Saat dilakukan pengujian pada alat pengukur dan penentu arah pergeseran tanah menggunakan Potensiometer Wirewound dengan hasil pengukuran yang ditunjukkan pada Tabel 4.1 Tabel.4.1 Hasil uji pengukuran pergeseran tanah. Tabel 4.1 menunjukkan bahwa hasil ukur jarak terkecil yang dapat dideteksi dan ditampilkan LCD adalah 4 mm hingga 5 mm, sehingga penulis menggunakan interval 5 mm tiap pengambilan data pengukuran. Hal tersebut dikarenakan faktor ADC yang digunakan adalah ADC internal 10 bit dengan resolusi 1024 pada mikrokontroler ATmega16. Sedangkan untuk akurasi alat pengukur dan penentu arah pergeseran tanah, dari Tabel 4.1 diambil sampel nilai jarak hasil ukur pergeseran tanah, yaitu 60 mm di Utara, dimana sampel tersebut diambil perolehan data hasil ukur sebanyak 30 kali dan diambil nilai rata – rata data tersebut untuk mengetahui hasil persentase toleransi error pengukuran. Hasil dari uji akurasi pengukur dan penentu arah pergeseran tanah ditunjukkan pada Tabel 4.2. Persentase toleransi error : SS S x100% = 59,667 60 60 x100% 0,55% Dari Tabel 4.2 yang disertai perhitungan guna memperoleh persentase toleransi error, terdapat selisih jarak pengukuran antara alat ukur dan jarak pengukuran yang ditampilkan LCD. Hal tersebut dikarenakan adanya faktor toleransi resistansi pada Potensiometer Wirewound sebesar ±5 %. Konstruksi mekanik dari rancang bangun alat pengukur dan penentu arah pergeseran tanah itu sendiri juga dapat menjadi faktor keakuratan hasil ukur pengukuran pergeseran tanah. Karena buatan tangan secara manual, ada potensi ketidak presisian ukuran saat proses pembuatan. 4.2 Implementasi Alat Pengukur dan Penentu Arah Pergeseran Tanah Menggunakan Sensor Potensiometer Alat pengukur dan penentu arah pergeseran tanah menggunakan sensor potensiometer yang telah dibuat diharapkan dapat diimplementasikan pada suatu lahan yang akan dibangun daerah pemukiman dan infrastruktur. Meski terkonsentrasi pada pergeseran tanah jenis rayapan, namun karena faktor perbedaan kondisi dan struktur tanah di setiap lahan, diperlukan pondasi pada konstruksi yang sesuai dengan kondisi tanah pada area pengukuran. Untuk itu perlu adanya kerja sama dengan pakar dibidang geologi dan sipil. Kemudian dengan adanya rekomendasi dari pakar tersebut, daya tahan konstruksi pada area pengukuran dapat terjamin, sehingga alat pengukur dan penentu arah pergeseran tanah menggunakan sensor potensiometer dapat sepenuhnya diimplementasikan. 5. Kesimpulan Setelah dilakukan pengujian pada penelitian “Rancang Bangun Alat Pengukur dan Penentu Arah Pergeseran Tanah Menggunakan Potensiometer”, disimpulkan bahwa dengan menggunakan Potensiometer Wirewound sebagai sensor yang berbasis pada mikrokontroler ATmega16, dapat dihasilkan alat yang mampu menentukan arah dan jarak pergeseran tanah jenis rayapan dalam satuan milimeter. Melalui pengujian alat, terdapat hasil ukur yang fluktuatif dan selisih nilai antara jarak pengukuran pergeseran tanah dengan alat ukur dan jarak pengukuran yang ditampilkan LCD. Hal tersebut dikarenakan faktor nilai toleransi resistansi yang dimiliki semua komponen terutama Potensiometer Wirewound sebagai sensor, resolusi ADC yang digunakan, dan konstruksi alat. DAFTAR PUSTAKA [1] [2] Perdana, Ryando, et al. Analisa Gerakan Tanah, dalam Laporan Geologi Teknik. Semarang : Universitas Diponegoro, 2013 Arzanto, Ferdiandi. Rancang Bangun Sistem Monitoring Pergeseran Tanah Melalui Jaringan Wi-Fi Menggunakan Sensor Extensometer.Semarang: Universitas Diponegoro, 2010 [3] Puika, Victorio Sudarmaji. Rancang Bangun Sistem Pengukur Sudut Kemiringan Via SMS Dengan Media Penyimpanan Data EEPROM AT24C04.Semarang: Universitas Diponegoro, 2011 [4] Vulkanologinal Survey of Indonesia. 2006. Pengenalan Gerakan Tanah. http://www.vsi.esdm.go.id. Akses 17 Agustus 2014 [5] D.C. William & D. Sharon .1982. Sensor & Tranduser. Andi Offset: Yogyakarta [6] Bell, Ronald. 2011 What is a wirewound potensiometer?. http://www.ehow.com/about_6518544_wir e_wound-potentiometer_.html. , akses 5 April 2014 [7] Southern, Mike. 2011. Advantages of a Wirewound Potensiometer. http://www.ehow.com/list_5963176_advant ages-wire_wound-potentiometer.html, akses 5 April 2014 [8] Andrianto, Heri. 2008. Pemrograman Mikrokontroler AVR ATMEGA16 Menggunakan Bahasa C (Code Vision AVR). Bandung: Informatika. [9] Judin, Kardono. 2011. ADC ATMEGA8535. http://koloniaksara.wordpress.com/2011/08 /12/adc-atmega85355/. Akses 1 Oktober 2014 [10] Darmaliputra, Albert. 2011. Belajar Instrumentasi – Error Pengukuran. https://www.scribd.com/doc/50770662/Bel ajar-Instrumentasi-Error-Pengukuran. Akses 1 Oktober 2014
