RANCANG BANGUN ALAT UKUR KECEPATAN DAN ARAH ARUS LAUT BERBASIS MIKROKONTROLLER

Transkripsi

1 RANCANG BANGUN ALAT UKUR KECEPATAN DAN ARAH ARUS LAUT BERBASIS MIKROKONTROLLER Suryadhi Staf Pengajar Program Studi Teknik Elektro Fakultas Teknik dan Ilmu Kelautan Universitas Hang Tuah Abstrak: Data kecepatan dan arah arus sangat penting untuk diketahui pada saat pembangunan pelabuhan, pembangunan jembatan, pembangunan bendungan dan bangunan-bangunan yang berdiri diatas laut atau sungai. Hal ini disebabkan agar dapat menentukan bentuk dari konstruksi bangunan dan material yang digunakan untuk pembangunan bangunan tersebut. Penelitian ini bertujuan untuk membuat alat ukur kecepatan dan arah arus laut menggunakan mikrokontroller yang dapat bekerja secara kontinyu dalam waktu yang lama. Tujuan lainnya adalah data yang ditampilkan dalam bentuk digital yang mudah dibaca dan data ini dapat disimpan. Untuk mengukur kecepatan arus laut digunakan sensor optik berupa sepasang pemancar dan penerima infra merah yang sering disebut optocoupler. Sensor optik ini membaca piringan berlubang yang dipasangkan dengan dikopel pada poros baling-baling. Banyaknya lubang sangat mempengaruhi ketelitian pembacaan kecepatan. Untuk mengukur perubahan arah arus baik vertical maupun horizontal digunakan dua buah potensiometer. Hasil pembacaan sensor-sensor dikirim ke mikrokontroller untuk diproses dan hasilnya ditampilkan di LCD dan data kecepatan serta arus dapat disimpan di komputer. Kata kunci : Mikrokontroler, Optocoupler, Potensiometer Abstract: This study aims to create a measurement tool speed and direction of ocean currents using a microcontroller that can work continuously for a long time. Another aim is the data that is displayed in digital form that is easy to read and this data can be stored. To measure the speed of ocean currents used in the form of a pair of optical sensors infrared transmitter and receiver is often called an optocoupler. The optical sensor reading that is paired with a perforated disc is coupled to the propeller shaft. The number of holes greatly affect the accuracy of speed readings. To measure changes in flow direction either vertical or horizontal use two potentiometers. Sensors readings are sent to the microcontroller to be processed and the results displayed on the LCD and the speed and flow of data can be stored in a computer. Keywords : Microcontroller, Optocoupler, Potentiometer. 23

2 PENDAHULUAN Indonesia sebagai negara maritim, negara yang sebagian besar wilayahnya adalah laut sudah seharusnya menjadikan pembangunan disektor kelautan sebagai prioritas utama. Agar pembangunan di sektor kelautan dapat berjalan dengan lancar maka semua aspek yang terkait dengan pembangunan tersebut harus disiapkan. Salah satu aspek yang penting dimiliki dalam pembangunan di sektor kelautan adalah data tentang kecepatan arus serta arah arus air laut. Arus laut adalah proses pergerakan massa air menuju kesetimbangan yang menyebabkan perpindahan horizontal dan vertikal. Gerakan tersebut merupakan resultan dari beberapa gaya yang bekerja dan beberapa faktor yang mempengaruhinya. Data kecepatan dan arah arus laut sangat penting untuk diketahui pada saat pembangunan pelabuhan, pembangunan jembatan, pembangunan bendungan dan bangunan-bangunan yang berdiri di atas laut atau sungai. Setiap bangunan yang berdiri di atas laut atau sungai butuh data kecepatan dan arah arus air laut. Hal ini dimaksudkan agar dapat menentukan bentuk dari konstruksi bangunan dan material yang akan digunakan untuk pembangunan bangunan tersebut. Mengingat pentingnya data tentang pasang surut ini maka diperlukan sarana pendukung yang dapat diandalkan baik dari sisi pencatatan datanya maupun monitoring. Pembuatan alat ukur kecepatan dan arah arus laut ini merumuskan beberapa permasalahan antara lain peralatan yang dibuat mampu bekerja secara kontinyu dalam waktu yang lama pada kondisi yang ekstrim seperti diperairan. Penelitian ini bertujuan untuk membuat alat ukur kecepatan dan arah arus laut menggunakan mikrokontroler yang dapat bekerja secara kontinyu dalam waktu yang lama. Tujuan lainnya adalah data yang ditampilkan dalam bentuk digital yang mudah dibaca dan data ini dapat disimpan. Hasil dari penelitian alat pengukur kecepatan dan arah arus laut ini dapat digunakan bagi peralatan laboratorium sebagai pengganti alat ukur manual. Juga dapat digunakan sebagai instrumen pendukung untuk mengukur tingkat kecepatan korosi pada perairan tertentu yang akan mempengaruhi bangunanbangunan laut seperti dermaga dan kapal. METODE PENELITIAN Metode penelitian dalam penelitian ini dilaksanakan dengan tahapan-tahapan yaitu dimulai dari tahapan studi literatur. Ini dilakukan untuk mendapat referensi tentang metode yang digunakan untuk mengukur kecepatan dan arah arus air laut, juga untuk mendapatkan referensi tentang peralatan elektronik yang akan digunakan untuk penelitian rancang bangun alat ukur kecepatan dan arah arus air laut berbasis mikrokontroler. Dari dalam literatur didapat bahwa gaya-gaya yang bekerja dalam pembentukan arus antara lain tegangan angin, gaya viskositas, gaya coriolis, gaya gradien tekanan horizontal, juga gaya yang menghasilkan pasut. Ketika angin berhembus di laut, energi ditransfer dari angin ke batas permukaan, sebagian energi ini digunakan dalam pembentukan gelombang gravitasi permukaan, yang memberikan pergerakan air dari yang kecil kearah perambatan gelombang sehingga terbentuk arus dilaut. Semakin 24 Neptunus Jurnal Kelautan, Vol. 19, No. 1, Januari 2013

3 cepat kecepatan angin, semakin besar gaya gesekan yang bekerja pada permukaan laut, sehingga semakin besar arus permukaan. Dalam proses gesekan antara angin dengan permukaan laut dapat menghasilkan gerakan air yang berupa pergerakan air laminar dan pergerakan air turbulen (Supangat,2003). Faktor pembangkit arus permukaan disebabkan oleh angin yang bertiup di atasnya. Tenaga angin memberi pengaruh terhadap arus permukaan sekitar 2% dari kecepatan angin itu sendiri. Kecepatan arus ini akan berkurang sesuai dengan makin bertambahnya kedalaman perairan sampai pada akhirnya angin tidak berpengaruh pada kedalaman 200 meter (Bernawis,2000). Tahapan selanjutnya perancangan rangkaian elektronik yaitu pembuatan desain suatu rangkaian elektronik seperti rangkaian sensor, rangkaian penguat, dan pembuatan program mikrokontroler yang berfungsi sebagai rangkaian pengolah data yang dikirimkan oleh sensor untuk mengetahui perubahan kecepatan dan arah arus air laut. Mikrokontroller yang digunakan adalah Mikrokontroler AVR Seri ATMega8535. Mikrokontroler AVR ini memiliki arsitektur RISC (Reduce Instruction Set Computing) 8 bit, dimana semua instruksi dikemas dalam kode 16-bit (16 bits word) dan sebagian besar instruksi dieksekusi dalam 1 (satu) siklus clock (Lingga, 2006). ATMega8535 memiliki dua ruang memori utama, yaitu memori data dan memori program. Selain dua memori utama, ATMega8535 juga memiliki fitur EEPROM yang dapat digunakan sebagai penyimpan data (Heriyanto, 2008). Modul LCD yang digunakan adalah M1632 merupakan Modul LCD matrix dengan konvigurasi 16 karakter dan 2 baris dengan setiap karakternya dibentuk oleh 8 baris pixel dan 5 kolom pixel (1baris pixel terakhir adalah kursor). Dari gambar 2.6 dapat dilihat hubungan antara layar LCD dengan HD44780 yang merupakan mikrokontroler pengendali LCD. HD44780 buatan hitachi ini merupakan mikrokontroler pengendali LCD mempunyai CGROM (Character Generator Read Only Memory), CGRAM (Character Generator Random Access Memory) dan DDRAM (Display Data Random Access Memory) (Nalwan, 2004). Tahapan selanjutnya pembuatan peralatan bantu mekanik agar rangkaian elektronik dapat bekerja sebagai alat pemantau pasang surut, seperti desain alat pelindung untuk peralatan elektronik agar tidak kemasukan air laut dan juga desain untuk tempat baling-baling dan sirip agar dapat mengikuti perubahan kecepatan dan arah arus laut. Tahapan yang terakhir adalah integrasi rangkaian elektronik dengan peralatan mekanik dan selanjutnya dilakukan uji coba peralatan elektronik ini dengan tujuan untuk dapat mengetahui perilakunya. Selanjutnya bisa dilakukan pengambilan data kecepatan dan arah arus laut ditempat yang sebenarnya yaitu diperairan yang akan diukur kecepatan dan arah arus laut. Adapun flowchart dari pembuatan alat kecepatan dan arah arus laut yang menggunakan alat mikrokontroler seperti terlihat pada gambar 1. Adapun kerangka konseptual dari penelitian mengukur kecepatan dan arah arus air laut ini terlihat seperti gambar 2. Suryadhi: Rancang Bangun Alat Ukur 25

4 Sensor Kecepatan Sensor Arah Vertikal Sensor Arah Horizontal MIKRO KONTROLER LCD Gambar 2. Blok diagram rangkaian START - Menentukan metode pengukuran kecepatan dan arah arus laut - Menentukan komponen elektronik dan mekanik Perancangan Rangkaian elektronik alat ukur kecepatan dan arah arus laut Perancangan Rangkaian mekanik alat ukur kecepatan dan arah arus laut T Rangkaian elektronik berfungsi Y Dapat diintegrasikan dengan rangkaian elektronik T Y Kesimpulan Uji coba dilapangan dan pengambilan data Gambar 1. Bagan Alir Pembuatan Alat 26 Neptunus Jurnal Kelautan, Vol. 19, No. 1, Januari 2013

5 Untuk mengukur kecepatan arus laut digunakan sensor optik berupa sepasang pemancar dan penerima infra merah yang sering disebut optocoupler. Sensor optik ini dapat membaca piringan berlubang yang dipasang dengan dikopel pada poros baling-baling. Banyaknya lubang sangat mempengaruhi ketelitian pembacaan kecepatan. Untuk mengetahui arah arus laut digunakan 2 buah sensor yang dibentuk oleh 2 buah potensiometer. Potensiometer yang pertama untuk mendeteksi arah vertikal dan potensiometer yang ke dua untuk medeteksi arah horizontal. HASIL DAN PEMBAHASAN Pada bab ini akan dibahas tentang pengujian alat dan analisa untuk dapat mengetahui apakah peralatan beserta komponennya telah bekerja sesuai dengan perencanaan sistem yang dibuat. Rangkaian yang akan diuji adalah rangkaian pengukur kecepatan, rangkaian pengukur arah arus laut dan tampilan di LCD. Gambar 3. Skematik Diagram Rangkaian Pengukur Kecepatan dan Arus Laut Suryadhi: Rancang Bangun Alat Ukur 27

6 Pengujian Kecepatan Arus Metode yang digunakan untuk menguji rangkaian kecepatan arus adalah dengan membandingkan tampilan LCD dengan kecepatan arus air yang memutar baling-baling. Untuk mendapatkan nilai kecepatan arus dilakukan dengan cara melarutkan benda terapung pada jarak yang ditentukan dan dihitung waktu tempuhnya, dengan menggunakan rumus v = s / t didapat nilai kecepatan arus sesungguhnya. Kemudian hasilnya dapat dibandingkan dengan tampilan di LCD. Hasil selengkapnya dari pengujian dari kecepatan arus ditunjukkan di tabel 1. Tabel 1. Hasil Pengujian kecepatan arus No. Pengujian Kecepatan Tampilan LCD 1 2 m/dtk 2 m/dtk 2 4 m/dtk 4 m/dtk No. Pengujian Kecepatan Tampilan LCD 3 6 m/dtk 6 m/dtk 4 8 m/dtk 8 m/dtk 5 10 m/dtk 9 m/dtk 6 11 m/dtk 10 m/dtk 7 12 m/dtk 12 m/dtk 8 13 m/dtk 12 m/dtk 9 20 m/dtk 20 m/dtk m/dtk 29 m/dtk Pengujian Arah Arus Metode yang digunakan untuk pengujian rangkaian arah arus adalah dengan membandingkan tampilan LCD dengan besaran sudut vertikal atau sudut horizontal dari sirip yang dihubungkan ke potensiometer. Nilai tahanan dari potensiometer akan berubah sesuai dengan perubahan sudut dari posisi sirip baik yang kearah vertical maupun yang ke arah horizontal. Hasil selengkapnya dari pengujian arah arus ditunjukkan di tabel 2 dan tabel 3. Tabel 2. Arah Hasil Pengujian arus vertikal Nilai R (Ω) Sudut ( ) Tampilan LCD keterangan Ke atas Neptunus Jurnal Kelautan, Vol. 19, No. 1, Januari 2013

7 Nilai R (Ω) Sudut ( ) Tampilan LCD keterangan Vertikal Ke bawah Tabel 3. Hasil Pengujian arah arus horisontal Nilai R (Ω) Sudut ( ) Tampilan LCD keterangan kiri depan kanan Perhitungan Performansi Alat Setelah diperoleh data pengukuran kemudian dilakukan perhitungan guna mengetahui performansi dari level meter. Perhitungan Kesalahan / Galat Galat atau kesalahan adalah penyimpangan nilai suatu pengukuran terhadap harga yang sebenarnya, dapat dinyatakan dalam error absolute atau prosen Galat. e = Yn Xn...( 1 ) dimana : e = error absolute Yn = nilai sebenarnya Xn = nilai hasil pengukuran Jika ingin menyatakan eror dalam prosen adalah sebagai berikut : prosen Error % Yn Xn 100% (2) Yn Perhitungan Akurasi Akurasi dapat didefinisikan sebagai keterdekatan hasil pengukuran suatu alat ukur terhadap suatu nilai standar yang disepakati atau terhadap suatu nilai yang benar. Untuk mendapatkan nilai akurasi relatif digunakan persamaan sebagai berikut : Yn Xn A 1...(3) Yn dimana : Xn = nilai hasil pengukuran Yn = nilai sebenarnya A = akurasi relatif Akurasi dapat pula dinyatakan dalam prosen akurasi sebagai berikut : Suryadhi: Rancang Bangun Alat Ukur 29

8 Prosen akurasi = 100 % - prosentase eror...(4) Nilai akurasi pada pengujian alat ini dinyatakan dalam persen dan didapat dengan menggunakan persamaan 4. Dari rumusan di atas didapatkan bahwa : Galat dari pengujian alat pengukur kecepatan = 4 % Galat dari pengujian alat pendeteksi arah arus vertikal = 5 % Galat dari pengujian alat pendeteksi arah arus horisontal = 2 % Akurasi dari alat pengukur kecepatan = 96 % Akurasi dari alat pendeteksi arah arus vertikal = 95 % Akurasi dari alat pendeteksi arah arus horisontal = 98 % Adapun foto-foto dari alat ukur kecepatan dan arah arus laut adalah sebagai berikut : Gambar 4. Tampilan bagian depan LCD Gambar 5. Tampak atas switch on-off dan kontak power supply untuk boks mikrokontroler 30 Neptunus Jurnal Kelautan, Vol. 19, No. 1, Januari 2013

9 Gambar 6. Tampak depan baling-baling sensor kecepatan Gambar 7. Tampak samping baling-baling dan sirip pendeteksi arah arus Gambar 8. Tampak samping kiri port serial dari box mikrokontroller Suryadhi: Rancang Bangun Alat Ukur 31

10 Gambar 9. Tampak samping penempatan box mikrokontroller dengan baling-baling pada tiang Gambar 10. Tampak depan penempatan box mikrokontroller dengan baling-baling pada tiang 32 Neptunus Jurnal Kelautan, Vol. 19, No. 1, Januari 2013

11 Gambar 11. Koneksi output serial box mikrokontroller ke usb pada laptop Gambar 12. Tampilan program Suryadhi: Rancang Bangun Alat Ukur 33

12 SIMPULAN Berdasarkan hasil pengujian dan analisa data terhadap alat ukur kecepatan dan arah arus ini maka dapat disimpulkan bahwa dengan galat yang berkisar antara 2% - 5% maka alat ini masih cukup layak untuk dapat digunakan sebagai instrumen pengukuran. Dengan prosentasi akurasi alat sebesar 95% ke atas, alat ini juga cukup akurat untuk digunakan sebagai instrumen pengukuran. Pengoperasian alat yang cukup mudah yaitu hanya dengan menekan tombol ON menjadikan alat ini dapat digunakan oleh siapa saja tanpa harus mengerti tentang bagaimana elektronika. Hasil yang ditampilkan di LCD dalam bentuk digital sangat memudahkan untuk melakukan pembacaan. Alat ini dapat dihubungkan ke port usb komputer melalui port serial microcontroller apabila data ingin disimpan atau di olah di komputer. Alat ini juga masih bisa dikembangkan yaitu pada media pengiriman jarak jauh dengan menambahkan modem gsm. Nalwan, paulus andi, 2004, Panduan Praktis Penggunaan dan Antarmuka Modul LCD M1632, PT. Elex Media Komputindo, Jakarta. Supangat A., dan Susanna, Pengantar Oseanografi, Pusat Riset wilayah Laut dan Sumberdaya Non-Hayati, BRPKP-DKP. ISBN.No DAFTAR RUJUKAN Bernawis, Lamona I Temperature and Pressure Responses on El-Nino 1997 and La-Nina 1998 in Lombok Strait. Proc. The JSPS-DGHE International Symposium on Fisheries Science in Tropical Area. Heriyanto, M.Ari ST dan Ir.Wisnu Adi P., 2008, Pemrograman Bahasa C Untuk Mikrokontroler ATMEGA8535, Penerbit ANDI, Yogyakarta. Lingga Wardhana, 2006, Mikrokontroler AVR Seri Atmega8535 Simulasi, Hardware, dan aplikasi, CV ANDI OFFSET, Yogyakarta. 34 Neptunus Jurnal Kelautan, Vol. 19, No. 1, Januari 2013