PERANCANGAN PROTOTIPE DATALOGGER PARAMETER RADIASI MATAHARI DAN KECEPATAN ANGIN. Hasan Abdul Aziz

Transkripsi

1 PERANCANGAN PROTOTIPE DATALOGGER PARAMETER RADIASI MATAHARI DAN KECEPATAN ANGIN Hasan Abdul Aziz Mahasiswa Jurusan Teknik Elektro, FT, UMRAH, Ibnu Kahfi Bachtiar Dosen Pembimbing Elektro, FT, UMRAH, ABSTRAK Data logging merupakan proses otomatis yang digunakan untuk melakukan pengumpulan dan rekaman data. Datalogger yang dirancang untuk membantu dalam proses pengambilan data, seperti data radiasi matahari dan kecepatan angin. Sistem datalogger menggunakan modul Arduino Uno Atmega328P, datalogger shield, real time clock, SD card, sel surya, optocoupler dan Xbee series 1. Datalogger yang dirancang untuk pengambilan data radiasi matahari dan kecepatan angin telah dilakukan pengujian pengambilan data selama 7 hari dengan rentang pengambilan data tiap 5 menit dan datalogger telah berhasil menyimpan data sebanyak 2009 data dengan ukuran file 119 KB. Datalogger ini menggunakan kapasitas SD card sebesar 4 Gigabyte. Dimana dengan menggunakan SD card tersebut dapat menyimpan data selama minggu. Monitoring pada datalogger ini dapat melalui jaringan wireless dengan jangkauan jarak indoor 18.4 meter dan outdoor 48.3 meter. Kata kunci: Datalogger, Arduino Uno ATmega328P, Xbee Series 1, Radiasi Matahari, Kecepatan Angin. I. PENDAHULUAN Datalogger merupakan suatu instrumen elektronik yang memiliki kemampuan untuk membaca besaran pada alam (misal temperatur, kecepatan angin, kadar gas, arus dan tegangan listrik, dsb) yang dibaca oleh sensor elektronik maupun elektromekanik, kemudian menuliskan nilai besaran yang terbaca tersebut ke dalam memori. Perekaman dapat dilakukan dalam rentang waktu tertentu, baik harian, bulanan, bahkan tahunan dengan waktu sampling yang dapat diatur (Ikhsan, M dan Away, Y., 2014). Hidayat, R, 2015 telah melakukan penelitian tentang perancangan dan karakterisasi Anemometer jenis cup. Penelitian tersebut merancang alat pengukur kecepatan angin dengan menggunakan tiga buah cup berputar secara searah pada suatu shaf. Kemudian

2 Krisdianto, 2015 telah melakukan penelitian tentang perancangan pengukuran intensitas radiasi matahari. Penelitian tersebut menggunakan photodiode sebagai sensor pengukur intensitas radiasi matahari. Permasalahan penelitian yang ditemukan bahwa pengukuran kecepatan angin dan pengukuran intensitas radiasi matahari dalam penampilan data yang telah diukur ditampilkan secara langsung di LCD (Liquid Crystal Display) dan data pengukuran yang didapat belum bisa disimpan. Berdasarkan uraian diatas pada penelitian ini penulis bermaksud untuk merancang sebuah datalogger yang dapat melakukan pencatatan data radiasi matahari dan kecepatan angin. Perancangan datalogger ini nantinya akan menggunakan modul Arduino Uno sebagai pengendalinya dan menggunakan modul shield datalogger yang mempunyai SD card sebagai media penyimpanan dan real time clock (RTC) digunakan untuk memberikan informasi waktu secara real time. Dengan adanya SD card diharapkan dapat menyimpan data yang sangat besar sehingga data yang terekam dapat ditampilkan dalam durasi yang cukup lama, sistem penyimpanannya dapat berupa file txt / csv. Adanya datalogger yang khusus merekam radiasi matahari dan kecepatan angin ini nantinya dapat membantu mendapatkan data-data dalam sebuah penelitian. II. KAJIAN LITERATUR Beberapa teori yang digunakan untuk mendukung pembuatan Skripsi ini adalah sebagai berikut. 1. Arduino Uno ATmega328P Arduino Uno adalah board berbasis mikrokontroler pada ATmega328. Board ini memiliki 14 digital input / output pin (dimana 6 pin dapat digunakan sebagai output PWM), 6 input analog, 16 MHz osilator kristal, koneksi USB, jack listrik tombol reset. Pin-pin ini berisi untuk mendukung mikrokontroler, hanya terhubung ke komputer dengan kabel USB atau sumber tegangan bisa didapat dari adaptor AC-DC atau baterai untuk menggunakannya. Board Arduino Uno memiliki fitur-fitur baru, yaitu 1,0 pin out tambah SDA dan SCL pin yang dekat ke pin aref dan dua pin baru lainnya ditempatkan dekat ke pin RESET, dengan IO REF yang memungkinkan sebagai buffer untuk beradaptasi dengan tegangan yang disediakan dari board sistem. Pengembangannya, sistem akan lebih kompatibel dengan Prosesor yang menggunakan AVR, yang beroperasi dengan 5VDC dan dengan Arduino karena yang beroperasi dengan 3.3V. Kedua adalah pin tidak terhubung.

3 tegangan yang cukup untuk menghidupkan led dan bagian receiver dihubungkan secara seri ke sumber tegangan dan lainnya menjadi terminal keluaran. Gambar 1. Arduino Uno Atmega Sensor Optocoupler Sensor Optocoupler merupakan alat yang digunakan untuk mendeteksi perubahan sinar inframerah, seperti yang terlihat pada Gambar 3. Sensor ini banyak dipakai untuk mendeteksi jarak ataupun pergerakan suatu benda dengan cara memberikan kisi-kisi ataupun baling-baling sehingga akan terdapat celah dan penghalang. Cara kerja dari sensor optocoupler adalah bila terhalang maka output akan open, dan bila tidak terhalang output akan short. Dengan cara kerja tersebut, sinar inframerah akan putus-putus dan menimbulkan pulsa-pulsa listrik. Pulsa-pulsa itu kemudian dapat diolah dan ditangkap oleh mikrokontroler (Nugroho, Y, A., 2011). Bagian dari sensor optocoupler ini adalah sebuah led merah biasa atau led inframerah sebagai transmitter dan sebuah phototransistor sebagai receiver. Pada bagian transmitter dapat kita hubungkan ke Gambar 2. Sensor Optocoupler (Sumber: Nugroho, Y, A.,2011) 3. Sel Surya Sel surya atau sel photovoltaic adalah suatu divais semikonduktor yang mengonversi foton (cahaya) ke dalam listrik. Konversi ini disebut efek photovoltaic, dengan kata lain efek photovoltaic adalah energi potensial listrik yang terbangun antara dua material yang berbeda ketika hubungan bahan yang sejenis (common junction) diterangi oleh radiasi foton (Haryadi, Y., 2007). Gambar 3. Simbol Sel Surya (Sumber: Haryadi, Y., 2007)

4 4. Modul Xbee Series 1 XBee merupakan modul RF yang didesain dengan standard protocol IEEE dan sesuai dengan kebutuhan sederhana untuk jaringan wireless. Kelebihan utama yang menjadikan XBee sebagai komunikasi serial nirkabel karena XBee memiliki konsumsi daya yang rendah yaitu hanya 3,3 V dan beroperasi pada rentang frekuensi 2,4 GHz serta jangkauan wireless 30 meter indoor dan 100 meter outdoor. Dalam melakukan komunikasi dengan perangkat lainnya Xbee mampu melakukan komunikasi dengan dua macam komunikasi yang berbeda, tergantung dari perangkat apa yang dihubungkan dengan modul Xbee. Komunikasi dapat dilakukan dengan menggunakan jaringan wireless dan komunikasi secara serial (Andika, A, D dkk, 2012). Card, dimana shield ini kompatibel dengan Arduino Uno, Duemilanove, Diecimila, Leonardo, Mega R3/Mega ADK. Shield ini dilengkapi dengan RTC (Real Time Clock) yang digunakan untuk mengetahui waktu penyimpanan data yang dilakukan, meskipun Arduino yang digunakan sudah tidak teraliri power RTC akan tetap berjalan karena terdapat baterai pada modul ini, sehingga proses penyimpanan selanjutnya tetap akan memberikan waktu yang sesuai. Datalogger shield ini dibuat menyerupai breadboard sehingga dapat memudahkan dalam meletakkan sensor, resistor, transistor, IC, atau komponen lain di saat sedang membuat sebuah perangkat embedded (Winata, P, T, T dkk, 2016). Gambar 5. Datalogger Shield (Sumber: Bill Earl, 2015) Gambar 4. Xbee Series 1 5. Datalogger Shield DataLogger Shield merupakan shield yang digunakan untuk melakukan penyimpanan data (data logging) pada SD III. PERANCANGAN DATALOGGER A. Metode Pengumpulan Data Adapun metode pengumpulan data untuk membuat rancangan Datalogger Radiasi Matahari dan Kecepatan Angin sebagai berikut:

5 1. Studi Pustaka 2. Studi Lapangan B. Blog Diagram Diagram umum perancangan sistem datalogger radiasi matahari dan kecepatan angin dapat dilihat pada gambar 6. C. Flowchart Pemrograman Gambar 6. Blog Diagram Sistem perancangan datalogger ini memiliki 3 masukan, yaitu sel surya, sensor optocoupler dan RTC. Sel surya merupakan komponen yang digunakan untuk memperoleh data radiasi matahari. Sensor optocoupler digunakan untuk memperoleh data kecepatan angin. Modul Arduino digunakan sebagai media pemroses serta menggunakan modul datalogger shield. Datalogger shield, yaitu sebuah modul yang dilengkapi dengan SD card dan Real Time Clock. SD card sebagai tempat penyimpanan data dan Real Time Clock digunakan untuk mendapatkan data berupa informasi waktu dan menggunakan modul wireless xbee s1 untuk memonitor data yang telah diproses Arduino secara langsung. Gambar 7. Flowchart Pemrograman Proses alir pemrograman datalogger, yaitu ketika datalogger di hidupkan maka Arduino akan menginisialisasi sensor dan SD card, kemudian setelah dilakukan inisialisai dilanjutkan dengan mendeteksi SD card. Apabila SD card tidak terpasang maka akan menampilkan teks di serial monitor Arduino pasang SD card untuk monitor menggunakan kabel serial, jika menggunakan jaringan wireless maka tidak akan menampilkan data dari sensor. Apabila SD card terdeteksi maka akan melakukan penyimpanan data dalam bentuk file txt dengan pengambilan data tiap lima menit. Untuk monitor secara langsung bisa dilakukan dengan menggunakan jaringan wireless Xbee s1.

6 D. Perangkat Lunak Perangkat lunak yang digunakan dalam penelitian ini, yaitu Arduino 1.6.9, notepad dan putty. 1. Arduino Arduino digunakan sebagai tempat penulisan bahasa pemrograman pada Arduino Uno untuk sistem pemodelan datalogger radiasi matahari dan kecepatan angin. Gambar 8. Software Arduino Notepad dan Microsoft Excel Notepad dan Microsoft Excel digunakan sebagai tempat penampilan dan pengumpulan hasil dat logger yang telah diambil oleh sensor dan tersimpan dalam SD Card. 3. Putty Software Putty merupakan open source yang digunakan sebagai untuk mengonfigurasi awal Xbee. Konfigurasi awal bertujuan agar Xbee dapat saling berkomunikasi sehingga data yang dikirim dapat diterima oleh PC. Apabila konfigurasi tidak dilakukan maka Xbee tidak bisa mengirim dan menerima data. Gambar 9. Software Putty IV. HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil pengujian datalogger dan pembahasan yang telah dilakukan sebagai berikut. A. Pengujian Datalogger Shield Modul datalogger shield dirancang khusus dan memiliki pin pin yang sama dengan modul Arduino. Penggunaan modul datalogger sangat cocok untuk melakukan penelitian ini, yaitu sistem perancangan datalogger radiasi matahari dan kecepatan angin. Sebelum datalogger shield ini digunakan maka perlu dilakukan pengujian. 1. Pengujian SD card SD card merupakan perangkat yang terdapat pada datalogger shield. Dalam SD card terdapat 6 pin yang akan dihubungkan dengan modul Arduino, yaitu CS, data in / MOSI, GND, VCC, CLK dan pin 7 data out / MISO. Pin CS peletakannya bebas dengan menggunakan mode SPI atau serial peripheral interface. SD card yang digunakan dalam penelitian ini memiliki

7 kapasitas 4 GB. Penggunaan SD card bertujuan agar penyimpanan data dapat lebih banyak dibandingkan dengan memori yang tersedia pada mikrokontroler. Kemudian akan dilakukan pengujian modul SD card dengan melakukan transfer program ke modul Arduino dengan menggunakan bahasa pemrograman yang tersedia di library software Arduino 1.6.9, yaitu SD card library kemudian pilih Card Info dan upload ke modul Arduino. Setelah proses upload berhasil maka dilanjutkan membuka serial monitor melalui COM 4 komunikasi serial untuk menunjukkan hasil pengujian modul SD card sudah berhasil tersambung. keeper untuk menunjukkan waktu pada saat mikrokontroler mengambil data dari sensor. Penggunaan baterai 9 V pada rangkaian RTC berfungsi untuk memberikan daya ke IC DS 1307 agar waktunya terus update. Pengujian RTC dapat dilakukan dengan menggunakan bahasa pemrograman library RTC yang tersedia pada Arduino dan kemudian upload ke modul Arduino. Setelah proses upload selesai maka dilanjutkan dengan membuka serial monitor melaui COM 4 komunikasi serial untuk menunjukkan hasil dari pengujian RTC. Gambar 10. Hasil Pengujian SD card Gambar 10 menjelaskan hasil dari pengujian komunikasi modul dan SD card bekerja dengan sesuai yang diharapkan, sehingga modul SD Card bisa digunakan dalam pembuatan datalogger. 2. Pengujian Real Time Clock (RTC) Real Time Clock (RTC) merupakan perangkat yang terdapat pada datalogger shield. Pada sistem datalogger ini, Real Time Clock (RTC) dirancang sebagai time Gambar 11. Hasil Pengujian RTC Gambar 11 menjelaskan hasil dari pengujian, bahwa Real Time Clock (RTC) bekerja dengan baik sehingga RTC dapat digunakan sebagai time keeper pada saat proses pengambilan data oleh mikrokontroler. B. Pengujian Log Data Ke SD Card Pengujian ini bertujuan untuk melakukan log data ke modul SD card, sehingga dapat mengetahui modul SD card apakah berfungsi dengan benar. Pengujian dilakukan dengan melakukan pengiriman

8 data ke modul Arduino menggunakan software Arduino dengan menekan tombol upload yang terdapat pada tampilan software tersebut. Kemudian untuk mengetahui hasil dari pengujian dapat dilihat melalui tampilan dari serial monitor. Serial monitor berfungsi untuk menampilkan data yang terdapat pada Arduino. Baud-rate pada serial monitor harus sama dengan serial begin pada kode program yang telah dibuat di software Arduino Hal tersebut dilakukan agar terjadi kecocokan dalam komunikasi. Pengujian ini dilakukan log data tiap 1 detik melalui serial monitor yang terdapat di software Arduino Gambar 12. Hasil Pengujian Log Data ke SD Card Gambar 13 merupakan file hasil log data yang terisi dalam SD card. Nama file yang tersimpan dalam SD card sama dengan nama yang telah di program pada software Arduino C. Pengujian Komunkasi Wireless (Xbee Series 1) Pengujian dilakukan untuk mengetahui kemampuan Xbee Series 1 dalam proses pengiriman dan kelengkapan penerimaan data. Pengujian akan dilakukan di dalam ruangan dan di luar ruangan. Tabel 1. Pengujian xbee s1indoor dengan halangan dinding Jarak keterangan (meter) 5 Terkirim 10 Terkirim 15 Terkirim 20 Tidak terkirim 25 Tidak terkirim 30 Tidak terkirim Tabel 2. Pengujian xbee s1 outdoor Gambar 13. File dalam SD Card Jarak (meter) keterangan 5 Terkirim 10 Terkirim 15 Terkirim 20 Terkirim 25 Terkirim 30 Terkirim

9 35 Terkirim 40 Terkirim 45 Terkirim 50 Tidak terkirim 55 Tidak terkirim 60 Tidak terkirim D. Pengujian Keseluruhan Sistem Datalogger Pengujian per-bagian pada perangkat yang ada di sistem datalogger telah dilakukan dan menyatakan bahwa perangkat berhasil digunakan dengan baik. Kemudian perangkat yang sudah dilakukan pengujian maka akan dilakukan penggabungan perangkat untuk dijadikan sebuah alat datalogger radiasi matahari dan kecepatan angin. Penggabungan juga dilakukan pada program, yaitu program pengukuran radiasi matahari, program pengukuran kecepatan angin, program Real Time Clock (RTC) dan program log data ke SD card. Adapun keluaran data dari Arduino dan tersimpan ke dalam SD card, yaitu Tegangan dari sel surya, radiasi matahari, RPM dan kecepatan angin. Kemudian pengujian dilakukan dengan pengambilan data radiasi matahari dan kecepatan selama tujuh hari secara real time di lingkungan kediaman peneliti dengan menggunakan power supply dari adaptor 12VDC. Pengujian dilakukan dengan pengambilan data tiap Lima menit dan untuk mengetahui keberhasilan dan ketahanan pada sistem datalogger. Selama pengujian datalogger untuk pengambilan data selama tujuh hari juga dilakukan pengambilan data menggunakan alat ukur komersial. Pengambilan data alat ukur komersial dilakukan hanya pada waktu yang telah ditetapkan oleh peneliti tidak secara real time. Hasil pengujian yang telah dilakukan selama tujuh hari dengan pengambilan data tiap Lima menit didapatkan bahwa file dalam satu hari yang seharusnya datalogger merekam sebanyak 288 data tetapi datalogger hanya merekam sebanyak 287 data, sehingga data yang direkam datalogger selama tujuh hari sebanyak 2009 data dengan ukuran file sebesar 119 KB dan Data yang telah direkam Akan tersimpan di dalam SD card berkapasitas 4 GB. File yang tersimpan selama pengujian datalogger selama tujuh hari dapat dilihat pada gambar 14. Gambar 14. Output file dalam SD Card

10 E. Kapasitas SD Card Perekaman data yang telah dilakukan selama tujuh hari mengahasilkan 2009 data membutuhkan MB untuk proses perekaman data. Penggunaan SD card berkapasitas 4 GB yang hanya bisa digunakan sebesar 3710 MB, maka lama waktu perhitungan penyimpanan, yaitu 3710MB / 0.119MB/minggu = minggu. Jadi lama waktu SD card dengan kapasitas 4 GB ketika file penuh adalah minggu. F. Kelebihan dan Kekurangan Sistem Perancangan perangkat sistem datalogger radiasi matahari dan kecepatan angin yang telah diuji secara keseluruhan berdasarkan parameter mempengaruhi hasil dari suatu sistem datalogger. Selanjutnya dari hasil pengujian perancangan sistem dapat di ketahui kelebihan dan kekurangan sistem perancangan tersebut. Berikut merupakan kelebihan dari perancangan sistem datalogger radiasi matahari dan kecepatan angin: 1. Sistem datalogger yang dibuat memiliki ketahanan yang lumayan, hal ini terbukti sistem datalogger dapat bekerja selama tujuh hari dalam kondisi baik. 2. Datalogger yang telah di rancang dapat di bawa dan ditempatkan ke berbagai tempat. 3. Sistem datalogger ini dapat digunakan dalam periode yang lama, karena dapat merekam data yang besar dan tersimpan pada SD card. 4. Monitoring sistem datalogger dapat dilakukan menggunakan sistem wireless, yaitu menggunakan Xbee serial 1. Berikut kekurangan dari sistem perancangan datalogger data radiasi matahari dan kecepatan angin: 1. Sistem datalogger yang dibuat belum dirancang untuk tahan terhadap air, seperti sensor-sensor yang belum terisolasi untuk tahan terhadap air. 2. Pada pengukuran sensor radiasi matahari dan kecepatan angin masih belum akurat. 3. Monitoring menggunakan wireless hanya dapat dilakukan pada jarak 48.3 meter. 4. Pada sistem datalogger belum menggunakan tampilan visual, hanya memanfaatkan tampilan pada serial monitor yang tersedia di software Arduino V. KESIMPULAN DAN SARAN A. Kesimpulan Berdasarkan data yang telah diperoleh dari hasil penelitian maka didapatkan kesimpulan sebagai berikut:

11 1. Datalogger yang dirancang telah dilakukan pengujian selama tujuh hari. Dari hasil pengujian datalogger berhasil menyimpan data sebanyak 2009 data. 2. Datalogger pada penelitian ini dapat menyimpan data selama minggu dengan kapasitas SD card 4 GB. 3. Monitoring menggunakan wireless hanya dapat dilakukan dengan jangkauan jarak indoor 48.3 meter dan outdoor 18.4 meter. B. Saran Adapun saran untuk melanjutkan penelitian ini, yaitu: 1. Penambahan input sensor untuk melakukan pengukuran selain dari pengukuran radiasi matahari dan kecepatan angin yang berkaitan dengan energi terbarukan. 2. Mengoptimalkan jarak jangkauan wireless dengan menggunakan internet dan tampilannya dapat dilihat tidak hanya oleh satu pengguna. VI. DAFTAR PUSTAKA Andi, (2013). Perancangan Sistem Monitoring Intensitas Radiasi Matahari. Andika, A, D dkk, (2012). Perancangan Sistem Pengukur Jarak 2 Titik Wireless Xbee Pro berdasarkan Nilai RSSI. Bill Earl, (2015). Adafruit Datalogger Shield. Haryadi, Y, (2007). Pelacak Intensitas Energi Matahari Menggunakan Sel Surya. Hidayat Riyan, (2015). Perancangan dan Karakterisasi Prototipe Anemometer jenis Cup. Ikhsan, M dan Away, Y, (2014). Teknik Redukasi Energi pada Perancangan Datalogger Parameter Matahari. Krisdianto, (2015). Perancangan Prototipe Sensor Radiasi Matahari Menggunakan Photodiode. Nugroho, Y, A, (2011). Penerapan Sensor Optocoupler pada Alat Pengukur Kecepatan Angin Berbasis Mikrokontroler AVR Atmega8535. Susanto Heri, (2013). Perancangan Sistem Telemetri Wireless untuk Mengukur Suhu dan Kelembaban Berbasis Arduino Uno R3 Atmega328P dan Xbee Pro. Suyatno, A dkk, (2011). Prototipe Perangkat Detector Kebocoran Gas LPG Berbasis Arduino (ATmega328). Wijayanti, D dkk, (2015). Rancang Bangun Alat Ukur Kecepatan dan Arah Angin Berbasis Arduino Uno Atmega328P. Winata, Pande, P, T dkk, (2016). Rancang Bangun Sistem Monitoring Data Panel Surya Berbasis Mikrokontroler Arduino.