PENDAHULUAN TINJAUAN PUSTAKA

Transkripsi

1 1 Latar Belakang PENDAHULUAN Peranan air dalam kehidupan sangat besar. Mekanisme kompleks kehidupan tidak mungkin berfungsi tanpa kehadiran cairan berupa air. Bagian besar bumi dan makhluk hidup juga terdiri atas air. Air berasal dari hujan merupakan fenomena alam paling penting bagi terjadinya kehidupan di bumi, karena tanpa adanya air hujan, maka siklus hidrologi berubah dan keseimbangan bumi akan terganggu. 1,2 Disisi lain adanya perubahan iklim secara global mengakibatkan perubahan musim cukup signifikan baik secara lokal maupun regional. Faktor curah hujan tinggi merupakan salah satu faktor utama penyebab banjir pada saat musim penghujan. Wilayah Indonesia merupakan daerah tropis mempunyai curah hujan sangat tinggi. Curah hujan tinggi, lereng curam di daerah hulu disertai dengan perubahan ekosistem dari tanaman tahunan atau tanaman keras berakar dalam ke tanaman semusim berakar dangkal mengakibatkan berkurangnya air disimpan dalam tanah, memperbesar aliran permukaan serta menyebabkan terjadinya tanah longsor. Curah hujan tinggi dalam kurun waktu singkat dan tidak dapat diserap tanah akan dilepas sebagai aliran permukaaan akhirnya menimbulkan banjir. 1,3 Dari uraian di atas, kita mengetahui bahwa manfaat air hujan sangatlah penting bagi kehidupan. Namun, di lain pihak curah hujan sangat tinggi mengakibatkan suatu wilayah berpotensi terkena banjir. Untuk itu perlu dibuat sebuah alat pengukur curah hujan otomatis dan tercatat dalam sebuah database sehingga data curah hujan dihasilkan dapat dimanfaatkan secara optimal, sebagai contoh pemetaan daerah rawan banjir untuk mengurangi kerugian akibat banjir. 3,4 Curah hujan dapat diukur dengan alat penakar curah hujan otomatis atau manual. Alat-alat penakar hujan tersebut harus diletakkan pada daerah masih alamiah, sehingga curah hujan terukur dapat mewakili wilayah luas. Penghitungan curah hujan dari suatu alat penakar hujan dihitung dari volume air hujan dibagi dengan luas mulut penakar. 4 Dengan menggunakan penakar hujan bekerja secara manual, maka pengambilan data juga dilakukan secara manual. Data diperoleh merupakan kumpulan curah hujan selama selang waktu tertentu dan dilakukan secara terus menerus. Ini menyebabkan tidak diketahui jam berapa terjadinya hujan pada suatu hari karena data didapat merupakan data rata-rata. Solusi dari masalah ini adalah pembuatan alat pengukur curah hujan dengan mengunakan microcontroller secara otomatis dapat menghitung dan menyimpan data curah hujan, sehingga dapat diketahui kapan waktu turunnya hujan dan kapan saat tidak ada hujan dari data tersimpan. 4 Tujuan Penelitian Tujuan penelitian ini adalah : 1. Membuat prototype logger penakar curah hujan dapat bekerja secara otomatis dan menyimpan data secara real time untuk menghitung curah hujan dan dapat bekerja secara mandiri. 2. Melakukan komunikasi dengan komputer untuk proses pengaturan alat serta proses download data dari memori logger. 3. Mempermudah pengolahan data curah hujan. Curah Hujan TINJAUAN PUSTAKA Hujan adalah kebasahan jatuh ke bumi dalam bentuk cair. Butirbutir hujan mempunyai garis tengah 0,08-6 mm. Hujan terdapat dalam beberapa

2 2 macam yaitu hujan halus, hujan rintikrintik dan hujan lebat. Perbedaan terutama pada besarnya butir-butir. Hujan lebat biasanya turun sebentar saja jatuh dari awan cumulonimbus. Hujan semacam ini mempunyai intensitas besar. 5 Salah satu tipe pengukur hujan manual paling banyak dipakai adalah tipe observatorium (obs) atau sering disebut ombrometer. Curah hujan dari pengukuran alat ini dihitung dari volume air hujan dibagi dengan luas mulut penakar. Alat tipe observatorium ini merupakan alat baku dengan mulut penakar seluas 100 cm 2 dan dipasang dengan ketinggian mulut penakar 1,2 meter dari permukaan tanah. 6 Alat pengukur hujan otomatis biasanya memakai prinsip pelampung, timbangan atau jungkitan. Keuntungan menggunakan alat ukur otomatis ini antara lain seperti, waktu terjadinya hujan dapat diketahui, intensitas setiap terjadinya hujan dapat dihitung, pada beberapa tipe alat, pengukuran tidak harus dilakukan tiap hari karena periode pencatatannya lebih dari sehari, dan beberapa keuntungan lain. 7 Tinggi curah hujan diasumsikan sama di sekitar tempat penakaran, luasan tercakup oleh sebuah penakar hujan bergantung pada homogenitas daerahnya maupun kondisi cuaca lainnya. Penakar hujan dibagi dalam dua golongan yaitu tipe manual dan tipe otomatis. Bila diinginkan hanya jumlah hujan harian, maka dipakai tipe manual. Informasi lebih banyak diperoleh dari alat otomatis. Alat dipakai ada di lapangan. Makin canggih suatu alat makin banyak ketrampilan dan kemampuannya. 8 Jenis-jenis hujan berdasarkan besarnya curah hujan menurut BMKG 9 dibagi manjadi tiga, yaitu : 1. Hujan sedang, mm per hari. 2. Hujan lebat, mm per hari. 3. Hujan sangat lebat, di atas 100 mm per hari. Curah hujan dibatasi sebagai tinggi air hujan diterima di permukaan sebelum mengalami aliran permukaan, evaporasi dan peresapan ke dalam tanah. Data hujan mempunyai variasi sangat besar dibandingkan unsur iklim lainnya, baik variasi menurut tempat maupun waktu. Data hujan biasanya disimpan dalam satu hari dan berkelanjutan. 10 Dengan mengetahui data curah hujan kita dapat melakukan pengamatan di suatu daerah untuk pengembangan dalam bidang pertanian dan perkebunan. Selain itu dapat juga digunakan untuk mengetahui potensi suatu daerah terhadap bencana alam disebabkan oleh faktor hujan. 1,3,11 Pengertian Penakar hujan Penakar hujan adalah instrumen digunakan untuk mendapatkan dan mengukur jumlah curah hujan pada satuan waktu tertentu. Panakar hujan mengukur tinggi hujan seolah-olah air hujan jatuh ke tanah menumpuk ke atas merupakan kolom air. Air tertampung volumenya dibagi dengan luas corong penampung, hasilnya adalah tinggi atau tebal, satuan dipakai adalah milimeter (mm). 12 Tipping Bucket Sensor Sensor dipakai untuk mengukur besarnya curah hujan adalah rain gauge. Jenis rain gauge bermacammacam, ada sekitar 50 jenis rain gauge memenuhi standard internasional. Salah satunya adalah jenis tipping bucket. Tipping bucket sensor bekerja dengan cara menghitung pulsa persatuan waktu ditentukan dari banyaknya air masuk ke dalam corong sensor tersebut. Sehingga dari pulsa-pulsa tersebut dapat diketahui besarnya curah hujan persatuan luas persatuan waktu. Air hujan ditampung ke dalam bejana berjungkit. Bila air mengisi bejana penampung setara dengan tinggi hujan 0,2 mm atau sesuai dengan spesifikasi sensor akan berjungkit dan air dikeluarkan. Terdapat dua buah bejana saling bergantian menampung air hujan. Tiap gerakan bejana berjungkit secara mekanis tercatat pada pias atau

3 3 menggerakkan counter (penghitung). Jumlah hitungan dikalikan dengan 0,2 mm atau sesuai dengan spesifikasi sensor merupakan tinggi hujan terjadi. Tipping bucket tidaklah seteliti instrumen standar lainnya, dikarenakan hujan dapat saja berhenti sebelum bejana berjungkit karena curah hujan belum mencapai nilai 0.2 mm. sehingga nilai curah hujan di bawah 0,2 mm tidak tercatat. Ketika bejana berjungkit, akan menggerakkan saklar (seperti reed switch) kemudian direkam secara elektronik. Cara kerja alat penakar hujan ditunjukkan pada Gambar Keuntungan dari alat pengukur hujan tipe tipping bucket adalah karakter dari hujan (ringan, sedang atau berat) dapat dengan mudah diperoleh. Karakter hujan ditentukan oleh jumlah hujan turun dalam beberapa waktu (biasanya 1 jam) serta dengan menghitung jumlah jungkitan dalam jangka waktu 10 menit pengamat dapat menentukan karakter dari hujan. Contoh penakar hujan jenis tipping bucket terpasang di lapangan ditunjukkan pada Gambar Gambar 1. Cara kerja penakar hujan jenis Tipping Bucket. 13 Gambar 2. Penakar hujan jenis Tipping Bucket. (Difoto dengan kamera digital 9Mega Pixel atau MP) Kalibrasi Sensor Kalibrasi pada tipping bucket sensor dilakukan dengan cara mengatur keseimbangan jungkitan dengan merubah ketinggian baut penahan jungkitan tersebut. Untuk mendapatkan volume tertampung dalam curah hujan diperoleh dari luas penampang corong pada tipping bucket dikalikan dengan tinggi curah hujan diinginkan. Misalnya diameter corong tabung 20 cm dan ketinggian curah hujan diinginkan 0.2 mm maka untuk mendapatkan volume pada setiap jungkitan dihitung dengan cara : Microcontroller ATmega8 ATmega8 adalah low power microcontroller 8 bit dengan arsitektur Reduced Instruction Set Computing (RISC). Microcontroller ini dapat mengeksekusi perintah dalam satu periode clock untuk setiap instruksi. Microcontroller ini diproduksi oleh atmel dari seri AVR. Penggunaan ATmega8 dikarenakan harganya murah dan mempunyai fasilitas sangat memadai untuk mengembangkan berbagai aplikasi. Selain itu, dalam perancangan alat ini tidak dibutuhkan banyak port untuk program I/0. Beberapa fitur dari ATmega8 adalah sebagai berikut 15 : 8 Kbyte Flash Program 512 Kbyte EEPROM 1 Kbyte SRAM 2 timer 8 bit dan 1 timer 16 bit Analog to Digital Converter USART Analog Comparator Two wire interface (I2C) 23 programmable I/O Package 28 PDIP

4 4 Susunan pin dan tampilan fisik microcontroller pada Gambar 3. ATmega8 ditunjukkan Real Time Clock DS1307 Agar pencatatan data hujan pada memory card teridentifikasi dengan baik pada setiap pencatatan diperlukan waktu lokal pencatatan. Waktu lokal pencatatan diproses menggunakan IC keluaran DALLAS DS1307 dengan komunikasi pengantarmukaan komunikasi 2 kabel (I2C). Keluaran IC ini berupa data tanggal dan waktu sesuai dengan kalender masehi dengan tidak bergantung pada pencatuan dan device lain. IC DS1307 menyimpan nilai dalam register terpisah, untuk tahun, bulan, hari, jam, menit dan detik juga tersedia register untuk penyimpanann data sementara atau alarm. Susunan pin out serta tampilan fisik RTC DS1307 ditunjukkan pada Gambar 4. Sedangkan Gambar 5 menunjukkan susunan antarmuka RTC DS1307 dengan CPU. 18 3(a) 3(b) Gambar 3(a) Susunan pin microcontroller ATmega (b) Tampilan fisik microcontroller ATmega (a) 4(b) Gambar 4(a) Susunan pin out. 19 4(b) tampilan fisik RTC DS Gambar 5. Susunann antarmuka RTC DS1307 dengan CPU. 21 EEPROM Electrically Erasable Programmable Read Only Memory (EEPROM) tipe 24xx adalah memori serial menggunakan teknologi I2C di mana dengan adanya penggunaan teknologi tersebut, jumlah high low (I/O) digunakann untuk meng-akses memori tersebut semakin sedikit. Hal ini sangat bermanfaat bagi sebuah sistem memerlukan banyak I/O. Penggunaan I/O semakin sedikit untuk mengakses memori, akan menyediakan lebih banyak I/O dapat digunakan untuk keperluan lain. I2C adalah teknologi komunikasi serial ditemukan oleh Philips pada tahun 1992 dan direvisi hingga versi 2.1 terbaru padaa tahun Teknologi ini hanya menggunakan 2 buah jalur I/O yaitu Serial Data (SDA) dan Serial Clock (SCL). SDA merupakan jalur data pada komunikasi I2C sedangkan SCL merupakan jalur clock di mana sinyal clock akan selalu muncul untuk setiap bit dari pengiriman data. Komunikasi I2C diciptakan oleh Philips bukan hanya untuk serial EEPROM melainkan juga diperuntukkan bagi komponen-komponen kemampuan 4(b) untuk diakses lain mempunyai secara I2C. Oleh karena itu, untuk membedakan antara serial EEPROM dengan komponen-komponenn lain digunakan slave address menunjukkan identitas dari komponen

5 5 tersebut. Dalam hal ini serial EEPROM mempunyai kode Susunan pin EEPROM AT24C256 ditunjukkan pada Gambar Komunikasi RS232 RS232 merupakan standar antarmuka komunikasi antara komputer PC dan perangkat lainnya. Interface RS232 biasanya dikenal sebagai serial interface dan sering digunakan untuk interconnection terminal ke terminal atau komputer ke peralatan lain. Antarmuka serial adalah perangkat komunikasi dua arah dapat mengirim dan menerima data pada saat sama. Kecepatan dari komunikasi RS232 dinyatakan dalam baud. Dalam akuisisi data kecepatan rendah, baud setara dengan bit per detik. RS232 ini dapat berjalan hingga 115,2 KBaud. 24 Peralatan pada komunikasi serial dibagi menjadi dua kelompok, yaitu Data Communication Equipment (DCE) dan Data Terminal Equipment (DTE). Contoh dari DCE adalah modem, plotter, scanner, dan lain lain. Sedangkan contoh dati DTE adalah terminal di komputer. Spesifikasi elektronik dari serial port merujuk pada Electronic Industry Association (EIA): 1. Space (logika 0) adalah tegangann antara +3 hingga +25 V. 2. Mark ( logika 1) adalah tegangan antara -3 hingga -25V. 3. Daerah antara +3V hingga -3V tidak didefinisikan / tidak dipakai. 4. Tegangann open circuit tidak boleh melebihi 25V. 5. Arus hubungan singkat tidak boleh melebihi 500mA. Komunikasi serial membutuhkan port sebagai saluran data. Gambar 7 merupakan tampilan port DB9 umum digunakan sebagai port serial. Gambar 6. Susunan Pin EEPROM AT24C Gambar 7. Susunan port DB BAHAN DAN METODE Tempat dan Waktu Penelitiann Penelitiann dilakukan di lab microcontroller, Departemen Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institutt Pertanian Bogor. Penelitiann dilaksanakan selama 8 bulan yaitu, pada bulan Mei-Desember Bahan dan Alat Bahan utama digunakan dalam penelitian ini antara lain microcontroller ATmega8, EEPROM AT24C256, RTC DS1307, MAX232, RS232, baterei CMOS, kabel, PCB, resistor dan kapasitor sesusai keperluan. Alat digunakan terdiri dari komputer, multimeter, logic probe, solder, attracktor, kabel downloader, kabel serial, catu daya 12VDC dan tipping bucket sensor.