Seminar Nasional Teknologi Informasi dan Komunikasi Terapan (SEMANTIK) 2015 329 Prototipe Pemantauan Ketersediaan Air Pada Bak Penampung Sementara Menggunakan Komunikasi Xbee S1 Sendu Armi *), Andrizal **), Budi Rahmadya ***), Derisma ****) * *** **** Sistem Komputer Fakultas, Universitas Andalas ** Teknik Elektro, Politeknik Negeri Padang E-Mail: * senduarmi@gmail.com, ** andrizalpoli@gmail.com, *** budi-r@fti.unand.ac.id, **** - Abstrak Air merupakan sumber daya alam yang penting bagi kehidupan manusia. Namun, tidak semua jenis air dapat dikonsumsi. Ada beberapa tahapan yang dilakukan untuk proses pengolahan air bersih. Setelah mengalami proses pengolahan air bersih maka air akan ditampung pada sebuah bak penampung. Agar persediaan air dapat dipantau maka penulis merancang sebuah alat yang dapat melakukan pemantauan secara real time menggunakan sensor ultrasonik HC-SR04 sebagai sensor pendeteksi ketinggian air. Selanjutnya data yang diperoleh akan diproses pada mikrokontroler untuk mengetahui ketinggian dan volume air pada bak penampung. Untuk dapat mengatur pengaliran air pada bak penampung maka digunakan metode kontrol On-Off. Metode ini akan melakukan pengontrolan motor pompa sebagai feedback dari inputan yang terbaca oleh sensor. Data yang telah diolah pada mikrokontroller akan dikirimkan ke komputer/laptop melalui jaringan komunikasi Xbee S1. Output yang dihasilkan pada penelitian ini berupa data ketinggian air, volume air, keadaan motor pompa serta keadaan bak penampung. Presentasi keberhasilan sistem ini adalah 97,44%. Kata kunci: Sensor HC-SR04, Mikrokontroller, Kontrol On-Off, Xbee S1. 1. PENDAHULUAN Saat ini untuk pengecekan bak penampung sementara pada PDAM masih menggunakan cara manual yaitu pekerja harus melihat secara langsung ketinggian air pada bak penampung. Untuk mengetahui ketinggian dari air di dalam bak terdapat sebuah pelampung dengan katrol untuk mengukur jumlah ketersedian air. Hal ini memunculkan sebuah permasalahan baru yaitu pekerja harus selalu berada di pos pemantaunya serta penggunaan waktu yang kurang efisien karena pekerja harus selalu melakukan pengecekan bak penampung secara berkala. Diperlukan sebuah sistem yang mampu melakukan pemantauan secara real time tanpa harus melakukan pemantauan ke lapangan. Sistem ini akan memberikan informasi mengenai ketersedian air yang ada di dalam bak penampungan tersebut. Komunikasi yang terjadi antara sistem yang ada di lapangan dengan sistem yang terdapat di ruang pemantau akan dihubungkan melalui jaringan komunikasi wifi. Adapun rancangan sistem yang akan dibuat adalah bak penampung akan dipasang sensor yang akan mendeteksi ketinggian air, selanjutnya data dari sensor diproses oleh mikrokontroler. Hasil proses ini dikirimkan melalui transmitter yang akan diterima oleh receiver dan ditampilkan melalui komputer. Pada penelitian ini penulis merancang sebuah kondisi yang akan mengontrol motor pompa yang akan mengalirkan air ke bak penampung menggunakan kontrol On-Off. 2. LANDASAN TEORI 2.1. Wadah Penampung Umumnya wadah penampung yang digunakan dalam menampung persediaan air bersih adalah berbentuk balok [3]. Pada Gambar 1 digambarkan wadah penampung yang digunakan untuk menampung air bersih. Gambar 1. Wadah penampung zat cair berbentuk balok P adalah Panjang Balok (), T2 adalah Jarak Sensor Ke Objek (), L adalah Lebar Balok
330 Seminar Nasional Teknologi Informasi dan Komunikasi Terapan (SEMANTIK) 2015 (), T adalah Tinggi Bak Penampung (), T1 adalah Tinggi Permukaan Air () Sensor HC-SR04 akan mengukur tinggi T2 yaitu jarak antara sensor dengan permukaan pemantul. T1 = T T2 (1) V = P x L x T1 (2) 2.2. Sensor Ultrasonik Sensor Ultrasonik adalah komponen yang kerjanya didasarkan pada prinsip dari pantulan suatu gelombang suara sehingga dapat digunakan untuk menafsirkan eksistensi sebuah benda spesifik yang ada dalam frekuensinya. Secara matematis gelombang ultrasonik dapat dirumuskan sebagai : s = v.t/ 2 (3) Dimana s adalah jarak dalam satuan meter, v adalah kecepatan suara yaitu 344 m/detik dan t adalah waktu tempuh dalam 2.3. Arduino Uno Arduino adalah kit elektronik atau papan rangkaian elektronik open source yang di dalamnya terdapat komponen utama yaitu sebuah chip mikrokontroler dengan jenis AVR dari perusahaan Atmel. Mikrokontroler itu sendiri adalah chip atau IC (integrated circuit) yang bisa diprogram menggunakan komputer. Tujuan menanamkan program pada mikrokontroler adalah agar rangkaian elektronik dapat membaca input, memproses input dan menghasilkan output sesuai yang diinginkan [6]. 2.4. XBee S1 Modul XBee merupakan modul RF (radio frekuensi) yang beroperasi pada frekuensi 2.4 GHz. Terdapat 2 jenis Xbee yaitu Xbee S1 dan Xbee S2. Perbedaan antara Xbee S1 dan Xbee S2 yaitu pada kinerja yang bisa dikerjakan oleh kedua XBee tersebut. Sedangkan XBee S1 hanya bisa digunakan untuk komunikasi point to point dan star, untuk Gambar 2. Cara Kerja Sensor Ultrasonik Gambar 3. Ilustrasi Prinsip Kerja Modul XBee S1 satuan detik. Ketika gelombang ultrasonik menumbuk suatu penghalang maka sebagian gelombang tersebut akan dipantulkan sebagian diserap dan sebagian yang lain akan diteruskan. Gelombang yang diserap akan dihitung oleh komparator dan diteruskan menjadi bilangan binary. Xbee S2 bisa digunakan untuk komunikasi point to multipoint dan Mesh [15]. Prinsip kerja pengiriman dan penerimaan data dapat dilihat pada Gambar 3 berikut ini.
Seminar Nasional Teknologi Informasi dan Komunikasi Terapan (SEMANTIK) 2015 331 2.5. X-CTU X-CTU adalah sebuah aplikasi yang disediakan oleh Digi, dimana program ini dirancang oleh Digi untuk berinteraksi dengan X-Bee. Pada aplikasi ini user bisa mengupdate firmware Xbee dari Coordinator menjadi Router/End Device ataupun sebaliknya. Gambar 4 dibawah ini adalah konfigurasi dari Xbee. pengujian tersebut bisa didapatkan nilai error dari pengukuran ketinggian air, dengan menggunakan rumus berikut: (4) nilai Error yang diinginkan nilai terbaca 100% nilai yang diinginkan Tabel 1 Percobaan Pertama Penghitungan Ketinggian dan Volume Air Gambar 4 Konfigurasi Xbee pada X-CTU 3. METODE PENELITIAN Pada penelitian ini melibatkan perancangan sistem pemantauan dengan cara mengontrol motor pompa untuk pengisian air kedalam bak penampung. Untuk dapat melakukan pengontrolan maka dirancanglah sebuah kondisi yang melibatkan sensor ultrasonik HC-SR04 sebagai parameter input. Sensor ultrasonik HC-SR04 akan memancarkan sebuah gelombang untuk mengetahui tinggi antara sensor ke objek(air). Hasil yang diperoleh berupa data ketinggian air pada bak penampung yang akan menjadi parameter dalam menentukan ketersediaan air pada bak penampung yaitu dengan cara menghitung volume air Selanjutnya data yang telah didapatkan akan dikirimkan ke komputer/laptop melalui XBee S1 melalui jaringan wifi. User akan mengetahui ketinggian level air dan keadaan motor pompa pada komputer. 4. HASIL DAN ANALISA 4.1. Pengujian Sensor Ultrasonik HC-SR04 Sebagaimana yang telah diilustrasikan pada rancangan penelitian, sensor ultrasonik HC-SR04 akan diletakkan di atas bak penampung. Tahap awal sensor ultrasonik HC- SR04 akan memancarkan gelombang ultrasonik selama 10 mikrodetik. Sebagian gelombang yang mengenai air akan dipantulkan kembali ke sensor. Jarak akan diketahui dengan cara mengkonversikan waktu yang dibutuhkan gelombang untuk kembali ke sensor. Dari Pada percobaan pertama persentasi error yang didapatkan dari perbandingan ketinggian yang diukur secara langsung dengan pengukuran menggunakan sensor yaitu 11,33%, 5,58%, 7,46%, 0%, 10,80%, 1,09%, 1,13%, 0,58%, 1,19%, 0,63%. Dari keempat percobaan yang dilakukan dapat disimpulkan bahwa proses pendeteksian ketinggian serta volume air pada bak penampung memiliki tingkat persentasi error rata-rata ketinggian air antara 1,35% hingga 3,97% dan error rata-rata volume air antara 1,37 hingga 3,86%. Dimana kesalahan dalam penghitungan ketinggian serta volume air pada bak penampung disebabkan karena permukaan air yang bergelombang ketika air dialirkan ke bak penampung yang menyebabkan proses pembacaan sinyal dari sensor mengalami kesalahan. 4.2. Pengujian Pengontrolan Menggunakan Relay 2 Channel Relay 2 Channel digunakan sebagai pengontrol motor pompa 1 dan motor pompa 2. Dimana ketika Relay 1 diberikan nilai HIGH maka pompa 1 dalam keadaan OFF dan ketika Relay 1 diberikan nilai LOW maka pompa 1 dalam keadaan ON. Dan ketika Relay 2 diberikan nilai HIGH maka pompa 2 dalam keadaan OFF dan ketika Relay 2 diberikan nilai LOW maka pompa 2 dalam keadaan ON. Adapun hubungan pengontrolan motor pompa 1 dan motor pompa 2 dapat dilihat dari tabel 2.
332 Seminar Nasional Teknologi Informasi dan Komunikasi Terapan (SEMANTIK) 2015 Gambar 5. Algoritma System Tabel.2 Percobaan Pertama Pengujian Relay 2 Channel Data Ketinggian Dari Sensor Kondisi 1 2 3 4 5 4.5 18.1 18.1 7 10.4 Pompa OFF OFF OFF OFF ON 1 Pompa ON ON ON ON OFF 2 Pada tabel 2 dapat dilihat bahwa pengontrolan motor pompa mengalami kesalahan dalam pengontrolan pada data ke-3. Dimana motor pompa 1 seharusnya berada dalam keadaan ON dan motor pompa 2 dalam keadaan OFF jika tinggi lebih besar dari 18. Pengujian ini dilakukan sebanyak 5 kali dimana dari kelima percobaan itu kesalahan dalam pengontrolan pompa disebabkan karena sistem mengalami error dalam melakukan pembandingan antara data yang didapatkan dari sensor HC-SR04 dengan kondisi yang telah dirancang. 4.3. Pengujian Sistem 1. Pengujian pengiriman data dari arduino ke komputer berada dalam area yang sama Pengujian pengiriman data dari arduino ke komputer/laptop dalam ruangan dilakukan sebanyak 5 kali. Dimana Xbee 1 dan Xbee 2 berada pada ruangan yang sama. Adapun hasil yang diperoleh dapat dilihat pada tabel 3 dan 4 dibawah ini : Tabel. 3 Percobaan Pertama Pengiriman data dalam ruangan Tabel 4 Percobaan Kedua Pengiriman data dalam ruangan Pada percobaan pertama dan kedua terjadi kesalahan dalam pembacaan data yang dikirim dari arduino ke komputer. Kesalahan ini dapat terjadi karena Interface pada Visual Basic 6.0 salah dalam pengkonversian data bit yang dikirim ke dalam bentuk string. Sedangkan pada percobaan ketiga data yang diterima dari sistem tidak mengalami error. Pada percobaan keempat terjadi error pada data ke 1. Dimana 1 angka dari volume telah yang didapatkan terbaca di ketinggian air pada bak penampung. Hal ini dapat disebabkan
Seminar Nasional Teknologi Informasi dan Komunikasi Terapan (SEMANTIK) 2015 333 karena pengiriman data yang tersendat sehingga pengkonversian nilai yang didapat mengalami error. Sedangkan data yang diperoleh pada percobaan kelima memiliki tingkat keberhasilan 100%. 2. Pengujian pengiriman data dari arduino ke komputer/laptop berada pada area yang berbeda Pengujian pengiriman data dari arduino ke komputer/laptop diluar ruangan dilakukan sebanyak 3 kali dengan jarak 4 meter, 8 meter, 10 meter. Dimana Xbee 1 berada di dalam ruangan dan Xbee 2 berada di luar ruangan. data mengalami error. Hal ini dapat disebabkan karena faktor jarak antara Xbee 1 dan Xbee 2 serta kondisi area tempat pengambilan data. Tabel 7 Percobaan Ketiga Pengiriman data diluar ruangan Tabel 5 Percobaan Pertama Pengiriman data diluar ruangan Pada percobaan ketiga memliki tingkat keberhasilan 20%. Rendahnya tingkat kebehasilan pengiriman data di luar ruang ini disebabkan komunikasi antar Xbee yang tidak baik. Tabel diatas merupakan data yang didapat pada pengujian pengiriman data diluar ruangan dengan jarak 4 meter. Komunikasi antara Xbee 1 dan Xbee 2 tidak mengalami masalah karena tidak adanya penghalang yang akan menghambat transfer data dari Xbee 1 ke Xbee 2. Tabel 6 Percobaan Kedua Pengiriman data diluar ruangan Seperti yang terlihat dari data yang diperoleh pada percobaan kedua ini bahwa komunikasi mengalami gangguan. Dimana komunikasi yang terhubung terkirim namun mengalami delay karena prosess pengiriman 5. KESIMPULAN Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut: a. Penggunaan sensor ultrasonik HC-SR04 dalam penghitungan tinggi air pada bak penampung memiliki persentasi error ratarata ketinggian air antara 1,35% hingga 3,97% dan error rata-rata volume air antara 1,37 hingga 3,86%. b. Pengontrolan motor pompa menggunaan Relay 2 Channel mengalami kesalahan yang disebabkan sistem mengalami error dalam melakukan pembandingan antara data yang didapatkan dari sensor HC-SR04 dengan kondisi yang telah dirancang. c. Komunikasi data antara Xbee1 dengan Xbee2 berjalan lancar meskipun koneksi terkadang terputus apabila terdapat penghalang antara Xbee1 dan Xbee2. 6. DAFTAR PUSTAKA [1] PDAM.Tanpa Tahun. PDAM Kota Padang. URL : http://www.pdampadang.com, diakses tanggal 8 mei 2014, jam 19.00 Wib.
334 Seminar Nasional Teknologi Informasi dan Komunikasi Terapan (SEMANTIK) 2015 [2] Hafni.2012. Proses Pengolahan Air Bersih Pada PDAM Padang. URL : http://ejournal.itp.ac.id/index.php/momen tum/article/view/37, diakses tanggal 9 Mei 2014. [3] Wiguna,Teguh.Tanpa Tahun. Pengukur Volume Zat Cair Menggunakan Gelombang Ultrasonik Berbasis Mikrokontroler At89s51. URL : http://eprints.undip.ac.id/25351/1/ml2f0 00642.pdf, diakses tanggal 11 Mei 2014. [4] Setiawan,Haviz.2011.Level Measurement. URL : http://jayadi/levelmeasurement.html. Diakses 15 Mei 2014,21.00 Wib. [5] Prawiroredjo, Kiki. Nyssa Asteria.2008.Detektor jarak dengan sensor Ultrasonik berbasis Mikrokontroler. Dosen jurusan Teknik Elektro-FTI Universitas Trisakti, JETri Vol. 7, Nmr 2, hlm 41-52. [6] Djuandi,Feri. 2011. Pengenalan Arduino. URL : www.tobuku.com, diakses tanggal 1 Juli 2014. [7] Datasheet of XBee S1 Dennis O, Gehris, Linda D.Szul. 2002. Communication Technologies. Pearson Education Inc. [8] Hani, Slamet. 2010. Sensor Ultrasonik SRF05 Sebagai Memantau Kecepatan Kendaraan Bermotor. Yogyakarta. [9] M. Agus J.Alam.Tanpa Tahun. Pengenalan Microsoft Visual Basic Versi 6.0. Elex Media. [10] Pratama,Hadijaya,dkk.2012. Akuisisi Data Kinerja Sensor Ultrasonik Berbasis Sistem Komunikasi Serial Menggunakan Mikrokontroler Atmega32. FTPK UPI. [11] Sulistiyanti, S.R dan FX.Arinto Setyawan.2006. Dasar Sistem Kendali. Universitas Lampung. Bandar Lampung. [12] Dodi Setyobudi Aloysius, Indra Kurniawan. 1998. Laporan Kerja Praktek Di Politeknik Manufaktur Bandung Institut Teknologi Bandung. URL : http://www.reocities.com/al_dodi/kerja/k p3.pdf, diakses tanggal 8 September 2014. [13] Adriansyah Andi.Tanpa Tahun. Dasar sistem kontrol. URL : http://dosen.narotama.ac.id, diakses tanggal 8 September, jam 14.22 Wib. [14] X-CTU Configuration & Test Utility Software, URL : http://www.digi.com/support/eservice/lo gin.jsp, diakses 10 januari 2015.