PERANCANGAN DAN PEMBUATAN PERANGKAT PEMANTAU PASANG SURUT AIR LAUT BERBASIS ATMEGA128

Transkripsi

1 PERANCANGAN DAN PEMBUATAN PERANGKAT PEMANTAU PASANG SURUT AIR LAUT BERBASIS ATMEGA128 Hari Satriyo Basuki, Djohar Syamsi, Oka Mahendra Bidang Otomasi, Pusat Penelitian Informatika-LIPI ABSTRAK Fenomena pasang surut permukaan air laut mempunyai sangat banyak arti dan makna baik dari kekuatan daya tarik benda langit terutama bulan dan juga dari arus laut dan suhu air laut. Pasang surut ini merupakan penampakan pengaruh yang terjadi di seluruh dunia atau global. Oleh karena itu seberapa besar perbedaan yang terjadi saat pasang dan saat surut itu perlu dipantau dan dicatat sehingga dari data tersebut dapatlah dipelajari dan diketahui kenapa terjadi pasang surut dan bagaimana pengaruhnya terhadap perubahan iklim dunia (climate exchange), arus laut di dunia dan lainnya. Untuk pemantauan yang terus menerus tersebut diperlukan alat pemantau pasang surut yang akan secara otomatis terus menerus tanpa penjagaan mengirimkan data hasil pengukurannya ke lokasi pengumpul data untuk dipelajari. Dengan data dari seluruh Indonesia atau dunia maka dapatlah diketahui apa yang terjadi di dunia ini. Indonesia sebagai negara kepulauan memerlukan sangat banyak perangkat pemantau pasang surut ini untuk memantau keadaan air laut di Indonesia selain juga merupakan bagian pemantauan yang terjadi diseluruh dunia. Dalam makalah ini akan disampaikan rancangan dan pembuatan alat pemantau pasang surut tersebut dengan berbasis modul ATMega128 yang banyak dipasaran ditambah beberapa modul lainnya serta perangkat komunikasi. Direncanakan perangkat ini akan menerima data pasang dan surut, suhu dan data lainnya dari sensor yang terpasang, memprosesnya dan mengirimkannya ke kantor pusat data melalui saluran GSM. Kata kunci: Stasiun Pasang Surut Air Laut, ATMega128 PENDAHULUAN Kondisi pasang surut air laut dapat mempengaruhi berbagai macam situasi dan kondisi, antara lain : trasportasi laut, pariwisata, perikanan, dan berbagai hal yang berhubungan dengan kondisi pasang surut air laut. Untuk itu data-data pasang surut air laut yang bersifat real time data sangat diperlukan oleh berbagai pihak/instansi, baik untuk membuat prakiraan cuaca, perencanaan maupun untuk membuat keputusan yang tepat, yang berkaitan dengan cuaca atau kondisi laut. Dalam kaitannya dengan kejadian kebencanaan, maka kondisi pasang surut ini dapat merupakan salah satu indikator terjadinya tsunami. Dalam keadaan normal, pasang surut air laut berpola teratur. Namun, apabila terjadi gempa yang berpusat di laut dengan kekuatan di atas 6,5 Skala Richter, air laut akan surut dan pasang secara drastis. Dari fenomena alam inilah, data pasang surut air laut dapat digunakan sebagai Tsunami Early Warning System (TEWS). Melalui pemantauan pasang surut air laut, kita dapat mengetahui potensi terbentuknya gelombang tsunami akibat gempa yang terjadi. Pada kegiatan penelitian ini, tujuan utama kegiatan adalah melakukan rancang bangun Perangkat Pemantau Pasang Surut Air, yang dapat dipergunakan untuk memantau

2 pasang surut air laut, serta memberikan alarm jika kondisi pasang surut air laut dinilai tidak normal. Sasaran kegiatan penelitian adalah pemasangan perangkat pemantau pasang surut air laut di salah satu Stasiun Pasut milik Bakosurtanal, sedangkan lingkup kegiatan penelitian meliputi disain perangkat RTU (Remote Terminal Unit), disain komunikasi data, pembuatan hardware dan software, serta pemasangan dan uji coba perangkat pemantau pasang surut air laut. PERMASALAHAN Saat ini Indonesia, khususnya Bakosurtanal sedang merencanakan membangun beberapa Stasiun Pasut (Pasang Surut Air Laut), terutama pada daerah -daerah yang rawan terjadinya Tsunami. Stasiun Pasut ini mempunyai dua fungsi, yaitu sebagai bagian dari jaringan Stasiun Pemantau pasang surut air laut, dan juga sebagai bagian dari sistem TEWS. Permasalahannya adalah, hampir semua komponen elektronik masih menggunakan produk dari luar negeri, sehingga : Biaya pembangunan dan maintenance stasiun Pasut relatif mahal. Karena menggunakan produk dari luar negeri, maka sulit untuk melakukan integrasi antar sistem jaringan stasiun Pasut. Karena tidak semua perangkat bersifat open system. Sulit mencari media komunikasi data yang sesuai (handal, akurat, biaya operasional murah, dan cakupan area luas) METODOLOGI PENELITIAN Metodologi penelitian yang dipergunakan dalam penelitian ini adalah : Studi literatur dan survai. Disain karakteristik perangkat pemantau pasut (pasang surut air laut). Disain metode komunikasi data dan pengiriman alarm antara Stasiun Pasut dengan Stasiun Pengumpul Data (Master Station). Pembuatan RTU (Remote Terminal Unit). Pembuatan perangkat Unit Pengumpul Data untuk master station. Pengujian dan evaluasi kinerja stasiun pasut dan stasiun pengumpul data. DISAIN SISTEM JARINGAN PASUT Sebagaimana permasalahan yang telah dijelaskan diatas, maka salah satu hal penting yang menjadi dasar dalam melakukan disain stasiun pasut ini adalah, agar perangkat untuk stasiun pasut ini dapat berintegrasi dengan jaringan stasiun pasut milik Bakosurtanal. Untuk itu telah dilakukan kerja sama dengan Bakosurtanal untuk pemasangan perangkat pemantau pasut ini di salah satu stasiun Pasut milik Bakosurtanal. C-8-2

3 Gambar 1. Model bangunan Stasiun Pasut. Gambar 2. Lokasi pemasangan perangkat Pasut di Pelabuhan Sunda Kelapa. Karakteristik Perangkat Pemantau Pasut Karakteristik Perangkat Pemantau Pasut yang akan dibangun adalah sebagai berikut : Kemampuan Unit Pemantau Pasut untuk menerima data-data dari berbagai jenis sensor (pressure sensor maupun sensor ultrasonik) untuk mengukur level ketinggian air laut. Kemampuan untuk menghasilkan data-data pengukuran dengan kecepatan (flow rate data) 1 data per menit. Kemampuan berkomunikasi data dengan menggunakan/memanfaatkan jaringan GSM. Kemampuan untuk mengirimkan alarm. Disain Unit Pemantau Pasut Disain dari keseluruhan sistem pemantau pasut (pasang surut air laut ) adalah sebagai berikut : Gambar 3. Disain sistem Pemantau Pasut. C-8-3

4 Dari gambar diatas dapat dijelaskan cara kerja dari sistem adalah sebagai berikut : Perangkat pemantau pasut (terpasang di lokasi Stasiun Pasut Sunda Kelapa), secara kontinue (dengan interval waktu tertentu) akan mengambil data -data pengukuran pasut dari sensor. Data-data ini, selanjutnya akan disimpan di internal memory dan ditampilkan pada layar LCD. Selanjutnya data-data pengukuran akan dikirimkan ke Unit Data Base P2I Server, yang berada di Bandung, dengan menggunakan metode GPRS. Setelah data di terima oleh Unit Data Base, maka data akan disimpan pada sebuah Data Base dan siap menjadi bagian dari Sistem Informasi Pasut. Pada dasarnya semua data yang telah tersimpan pada unit data base P2I Server dapat diakses dari luar melalui jaringan internet. Agar Bakosurtanal dapat pula mengakses data-data pengukuran pasut, maka pada Bakosurtanal (di Cibinong) akan ditempatkan satu unit Sistem Informasi Pasut. Unit ini akan mengakses data-data dari Unit Data Base P2I Server. Dari cara kerja diatas, maka komponen-komponen yang diperlukan untuk membangun Sistem Pemantau Pasut terdiri dari : Unit Pemantau Pasut Unit Data Base Server Unit Sistem Informasi PEMBANGUNAN UNIT PEMANTAU PASUT Unit Pemantau Pasut, yang nantinya akan ditempatkan di Stasiun Pasut dibangun dengan menggunakan komponen-komponen sebagai berikut : SBC (Single Board Computer). Modem GSM/GPRS. Sensor (Pressure Sensor dan Ultrasonic Sensor). Solar Panel, sebagai sumber power listrik. Single Board Computer. Single Board Computer (SBC) merupakan komponen yang berfungsi untuk mengontrol seluruh aktivitas Unit Pemantau Pasut. SBC ini dibangun dengan menggunakan dua Microcontroller yaitu ATmega128 dan ATtiny13, penggunaan dua buah microcontroller ini dimaksudkan untuk meningkatkan kestabilan system. Sinyal Conditioning Display LCD Memori Relay Microcontroller ATmega128 RS-232 Modem GPRS RS-232 Modem GSM Microcontroller ATtiny13 RTC Real Time Clock Gambar 4. Blok diagram SBC. Dari gambar blok diagram diatas dapat dijelaskan cara kerja SBC, sebagai berikut : Agar output sensor dalam kondisi bagus, maka sebelum masuk ke CPU semua output sensor terlebih dulu melalui modul sinyal conditioning. C-8-4

5 CPU (ATmega128) akan mengatur interval pengambilan data dari setiap kanal input. Data-data pengukuran akan langsung disimpan di internal memori dan ditampilkan pada LCD Jika menu GPRS diaktifkan, maka secara kontinue CPU akan mengirimkan datadata pengukuran melalui jaringan GSM dengan memanfaatkan layanan GPRS dari operator cellular. Data akan dikirimkan sesuai dengan alamat Unit Data Base Server. Jika diinginkan download data secara remote, maka SBC telah menyediaka fasilitas ini dengan cara dia-up melalui jaringan GSM, ataupun mengirimkan SMS. Agar kestabilan CPU tetap terjaga, maka pada SBC ditambahkan sebuah microcontroller kecil (ATtiny13) untuk melakukan re -start jika ATmega128 mengalami masalah. Gambar 5. Atmega128. Keterangan spesifikasi ATmega128 : Arsitektur RISC Lanjut 133 instruksi 32 x 8 Register untuk kerja dan register pengendali periperal Operasi Static full Sampai dengan 18 MIPS thruput pada 16 MHz Mempunyai Non Volatil Memory yang bagus 4 KB EEPROM 4 KB SRAM Internal Kemampuan menghapus dan menulis Flash/ EEPROM 8 kanal ADC 53 saluran I?O yang programmable Tegangan kerja VDC Kecepatan sampai dengan 16 MHz 128 KB Flash Memory internal C-8-5

6 Gambar 6. Unit SBC yang telah siap untuk ditempatkan di stasiun pasut. Pembangunan Unit Data Base Server Agar data-data pasut dapat dimanfaatkan dengan baik, maka diperlukan semacam penampung/pengumpul data. Untuk itu perlu dibangun Unit Data Base Server. Unit ini berupa sebuah PC yang terhubung dengan jaringan InterNet. Didalam PC terdapat beberapa komponen software, antara lain : Sistem komunikasi data berbasis GPRS, serta Data Base Pembangunan Unit Sistem Informasi Pasut Sistem Informasi Pasut merupakan salah satu cara untuk memanfaatkan data-data pasut. Pada dasarnya sistem informasi pasut banyak diperlukan untuk mendukung berbagai macam aplikasi, misalnya : Untuk mendukung manajemen transportasi laut. Untuk mendukung prakiraan cuaca. Untuk informasi bagi nelayan, dalam kaitannya dengan penangkapan ikan. Untuk mendukung upaya mitigasi bencana. Integrasi Sistem Pemantau Pasut Gambar 7. Contoh Grafik hasil pengolahan data. Agar Unit Pemantau Pasut ini dapat berintegrasi dengan jaringan Stasiun Pasut Bakosurtanal baik untuk mendukung Sistem Informasi Pasut, maupun untuk mendukung pembangunan TEWS, maka metode yang dipergunakan adalah sebagai berikut : C-8-6

7 Membangun sebuah Data Base Server, yang berfungsi menampung semua data pasut yang berasal dari stasiun pasut LIPI. Selanjutnya menempatkan sebuah PC di Bakosurtanal, yang mampu mengakses data dari Data Base Server LIPI di Bandung. PC yang ditempatkan di Bakosurtanal juga mampu menyimpan data-data pengukuran. Data yang telah tersimpan pada data base inilah yang siap untuk dimanfaatkan oleh Bakosurtanal atau instansi lain. Analisa Sistem Pemantau Pasut Gambar. 8. Konfigurasi untuk distribusi data. Setelah dilakukan uji coba di Laboratorium Instrumentasi & Pengukuran Pusat Penelitian Informatika-LIPI, maka beberapa analisa yang dapat diperoleh adalah : Manajemen Data Pengukuran : o Unit Pemantau Pasut, mampu menyimpan data-data pengukuran yang meliputi: data tanggal, data waktu/jam, dan data pengukuran dari sensor. Setiap data secara otomatis akan tersimpan pada internal memori. o Jika diinginkan, data-data pengukuran tersebut dapat di download baik secara offl-ine maupun on-line. Manajemen Alarm : o Tersedia delapan kanal input, pada unit pemantau pasut. o Masing-masing kanal mampu untuk memberikan alarm, jika sensor memberikan hasil pengukuran di luar batas ambang yang telah ditentukan. o Setiap alarm akan dikirmkan ke user melalui SMS. Metode pengiriman data : o KESIMPULAN Selama jaringan GSM masih mencakup area stasiun pasut, maka komunikasi data dapat dilakukan dengan normal. Dari hasil uji coba unit pemantau pasut, maka kesimpulan yang dapat diambil adalah : Pemilihan jenis sensor sangat berpengaruh pada ke-akuratan data pengukuran pasut. Penggunaan jaringan GSM untuk komunikasi data, memudahkan dalam pengembangan sistem secara keseluruhan. Sistem pemantau pasut ini dapat dikembangkan untuk mendukung manajemen kebencanaan, khususnya sebagai warning system. DAFTAR PUSTAKA Alat Ukur Tinggi Muka Air Sungai Dengan Mempergunakan Submersible Pressure Sensor, Jurnal Elektronika dan Telekomunikasi, No. 1 Vol. III, 2003, hal 9 C-8-7

8 Agfianto Eko Putra, Belajar Mikrokontroller AT89C52, Teori dan Aplikasi, Edisi 2, Terbitan Gava Media, 2004, ISBN Application of SCADA Technology in River Resources Management, International Hydrology Programme, Proceeding of the 2 nd Asia Pacific Training Workshop on Ecohydrology, 2003 Wiwit Siswoutomo, Kiat Jitu Mendesain User Interface Software Penerbit Elex Media Komputindo Kelompok Gramedia Jakarta 2006, ISBN Sulhan Setiawan, Mudah dan Menyenangkan belajar Mikrokontroler, Penerbit Andi Yogyakarta, 2006,ISBN Endra Pitowarno, Robotika, Desain, Kontrol, dan Kecerdasan BuatanPenerbit Andi Yogya karta2006, ISBN Agfianto Eko Putra, PLC,Konsep, Pemrograman, dan Aplikasi, Penerbit Gava Media, 2004, ISBN Sudjadi, Mikrokontroler, Teori dan Aplikasi. Penerbit Graha Ilmu Yogyakarta, 2005, ISBN C-8-8