PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ALAT PENDETEKSI KETINGGIAN AIR BERBASIS ARDUINO UNO R3 LAPORAN TUGAS AKHIR Disusun sebagai salah satu syarat untuk mendapatkan gelar AHLI MADYA (AMD) Computer Engineering Oleh: Muhammad Arief Hidayat 1205112038 PROGRAM STUDI TEKNIK KOMPUTER JURUSAN TEKNIK KOMPUTER DAN INFORMATIKA POLITEKNIK NEGERI MEDAN MEDAN 2015
ABSTRAK Bencana alam dapat terjadi dimana dan kapan saja, dan oleh karena itu setiap masyarakat yang tinggal di daerah yang berpotensi terkena bencana alam harus dapat mencegah banyaknya korban akibat bencana terebut. Contoh bencana yang sudah sering terjadi dan sudah menjadi bencana tahunan di Indonesia adalah bencana banjir. Banjir sudah tidak asing lagi didengar oleh masyarakat yang tinggal di daerah sekitaran sungai apabila musim hujan datang dan hujan dapat memberikan dampak kerugian seperti kerugian materi hingga korban jiwa. Tetapi pada saat ini alat peringatan dini bahaya banjir umumnya menggunakan sirine ataupun dengan sistem manual dengan papan pengukur ketinggian air yang besar yang dipasang pada tiang-tiang jembatan ataupun bendungan. Selain itu, pemberitahuan akan datangnya banjir masih lambat. Maka dari itu timbul ide untuk membuat alat yang berfungsi untuk mengukur ketinggian air sebagai peringatan dini bahaya banjir. Penelitian ini dilakukan dengan menggunakan galon air sebagai wadah air pengganti air sungai. Alat peringatan dini banjir ini menggunakan mikrokontroler Arduino Uno R3 dan sensor yang digunakan sebagai pengukur adalah sensor ulrasonik, dan sebagai output-nya akan ditampilkan pada sebuah LCD display 16x2 characters, dan peringatan ditandai dengan lampu LED yang menyala dan suara buzzer yang berbunyi. Setelah peringatan tersebut, informasi diberikan kepada pengawas sungai dan pengawas sungai memberikan SMS kepada masyarakat. Kata kunci: Alat peringatan dini, Mikrokontroler Arduino Uno R3, sensor ultrasonik i
KATA PENGANTAR Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat, taufik serta hidayah-nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Laporan Tugas Akhir ini dengan judul Perancangan dan Pembuatan Alat Pendeteksi Ketinggian Air Berbasis Arduino Uno R3 serta dapat menyelesaikan laporannya tepat waktu dan tanpa adanya halangan yang berarti. Penulisan Laporan Tugas Akhir ini merupakan salah syarat wajib yang harus ditempuh dalam menyelesaikan jenjang Diploma 3 program studi teknik computer di Politeknik Negeri Medan. Selain untuk menuntaskan program studi yang penulis tempuh, penulisan Laporan Tugas Akhir ini ternyata banyak memberikan manfaat kepada penulis baik dari segi akademik maupun untuk pembelajaran yang tidak dapat penulis temukan saat berada di bangku kuliah. Dalam penyusunan laporan Laporan Tugas Akhir ini penulis banyak mendapatkan bantuan dari berbagai pihak, oleh sebab itu penulis ingin mengungkapkan rasa terima kasih kepada: 1. Bapak M.Syahruddin, S.T.,M.T, selaku Direktur Politeknik Negeri Medan. 2. Bapak Ferry Fachrizal, S.T., M. Kom., selaku Ketua Jurusan Teknik Komputer dan Informatika Politeknik Negeri Medan. 3. Bapak Zakaria Sembiring, S.T., M.Sc., selaku Kepala Program Studi Teknik Komputer Politeknik Negeri Medan. 4. Bapak Handri Sunjaya, S. Si., M. Cs., selaku Dosen Pembimbing dalam penyusunan Laporan Tugas Akhir yang telah membantu saya selama ini. ii
5. Seluruh staf pengajar di Politeknik Negeri Medan khususnya staf pengajar di Program Studi Teknik Komputer 6. Kedua orang tua saya yang telah mendukung saya tanpa lelah dari segi moral, do a, hingga material, dan tak lupa kepada keluarga Mas Andi sehingga penulis selalu semangat dalam menyelesaikan tugas akhir. 7. Teman satu kelompok saya Berto yang sudah menjadi teman kelompok saya yang menyenangkan dan menolong saya disaat saya tidak menyelesaikan program untuk Android. 8. Teman-teman saya yang lain, teman-teman matrikulasi khususnya Wahyudi yang telah membantu mengajarkan membuat PCB, teman-teman satu pleton, hingga teman-teman di Pers Mahasiswa Politeknik Negeri Medan yang sudah membantu dan memberi semangat sehingga saya dapat menyelesaikan Laporan Tugas Akhir ini. Penulis akui penulis tidaklah sempurna, baik dari materi maupun teknik penyajiannya, mengingat kurangnya pengetahuan dan pengalaman penulis. Apabila nantinya terdapat kekeliruan dalam penulisan Laporan Tugas Akhir ini penulis sangat mengharapkan kritik dan sarannya.akhir kata semoga Laporan Tugas Akhirini dapat memberikan banyak manfaat bagi kita semua. Medan, 22 Agustus 2015 Hormat Saya, iii Muhammad Arief Hidayat NIM.: 1205112038
DAFTAR ISI LEMBAR PERSETUJUAN LEMBAR PENGESAHAN ABSTRAK... i KATA PENGANTAR... ii DAFTAR ISI... iv DAFTAR GAMBAR... vii DAFTAR TABEL... ix DAFTAR LAMPIRAN... x BAB I PENDAHULUAN... 1 1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Rumusan Masalah... 2 1.3 Batasan Masalah... 2 1.4 Metode Tugas Akhir... 2 1.5 Tujuan Penelitian... 4 1.6 Kontribusi Tugas Akhir... 4 1.7 Sistematika Penulisan Tugas Akhir... 5 BAB II TINJAUAN PUSTAKA... 6 2.1 Arduino Uno R3... 6 iv
2.2 Sensor Ultrasonik... 11 2.3 Modul Bluetooth... 15 2.4 LED (Light Emitting Diode)... 22 2.5 Buzzer... 23 2.6 LCD (Liquid Crystal Display)... 24 2.7 Android... 25 BAB 3 PERANCANGAN SISTEM... 30 3.1 Analisa Kebutuhan... 30 3.2 Penyelesaian Masalah... 30 3.3 Perancangan Alat... 31 3.4 Perancangan Perangkat Lunak... 38 3.5 Flowchart... 39 3.6 Perancangan Antarmuka Aplikasi... 41 BAB 4 HASIL DAN PENGUJIAN... 42 4.1 Kebutuhan Perangkat Keras dan Perangkat Lunak... 42 4.2 Pengujian Perangkat Keras... 43 4.3 Pengujian Perangkat Lunak... 44 4.4 Interaksi Aplikasi dengan Arduino Uno R3... 50 4.5 Hasil Pengukuran... 54 v
4.6 Kelebihan dan Kekurangan Sistem... 58 BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN... 59 5.1 Kesimpulan... 59 5.2 Saran... 59 DAFTAR PUSTAKA... 60 LAMPIRAN... 77 vi
DAFTAR GAMBAR 2.1 Board Arduino Uno R3... 8 2.2 Tampilan Framework Arduino Uno R3... 11 2.3 Prinsip Kerja Sensor Ultrasonik... 12 2.4 Bluetooth Module HC-05... 21 2.5 Rangkaian LED... 23 2.6 Buzzer Jenis 5 Volt DC... 24 2.7 Pin LCD 2x16... 25 2.8 Arsitektur Android... 26 3.1 Deskripsi Sistem... 32 3.2 Skema Rangkaian Arduino Uno R3... 34 3.3 Skema Rangkaian Sensor Ultrasonik... 35 3.4 Skema Rangkaian Modul Bluetooth... 35 3.5 Skema Rangkaian LCD... 36 3.6 Skema Rangkaian Buzzer... 37 3.7 Skema Rangkaian LED... 37 3.8 Flowchart... 40 4.1 Tampilkan Antarmuka Aplikasi Pendeteksi Peringatan Dini... 49 4.2 Aplikasi Android Sudah Terhubung Dengan Arduino Uno R3... 56 vii
4.3 Keadaan Dalam Siaga 1... 57 4.4 Keadaan Dalam Siaga 3... 57 viii
DAFTAR TABEL 2.1 Deskripsi Arduino Uno R3... 8 2.2 Deskripsi Modul Bluetooth HC-05... 21 2.3 Fungsi Dari PIN LCD... 25 3.1 Rancangan Antarmuka Aplikasi... 41 4.1 Hasil Pengujian Pengukuran Air... 44 4.2 Hasil Pengukuran... 55 ix
DAFTAR LAMPIRAN 1. Skema Rangkaian Arduino Uno R3... 61 2. Skema Rangkaian Alat... 62 3. Datasheet Arduino Uno R3... 63 4. Datasheet Sensor Ultrasonik HC-SR04... 66 5. Datasheet LED... 68 6. Datasheet Modul Bluetooth HC-05... 69 7. Datasheet Buzzer... 71 8. Listing Program... 72 9. Aplikasi APP Inventor untuk Android... 76 10. Surat Kesediaan Dosen Pembimbing... 77 11. Surat Persetujuan Judul Tugas Akhir... 78 12. Kartu Bimbingan Tugas Akhir Mahasiswa... 79 13. Daftar Nilai Mahasiswa Dari Perusahaan... 80 14. Formulir Bebas Revisi Tim Penguji... 81 x
BAB 1 PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Pengukuran jarak suatu objek merupakan masalah yang sangat penting dalam berbagai bidang, diantaranya bidang pengendalian, pengamatan obyek, dan telemetri. Pada umumnya mengukur jarak atau ketinggian suatu obyek harus dilakukan secara langsung. Misalnya, untuk mengukur ketinggian air. Ketinggian air merupakan suatu parameter yang banyak dipantau dan dianalisa perubahannya, terutama pada musim dan keadaan tertentu. Hal ini berkaitan erat dengan banyaknya bencana alam yang mungkin terjadi, seperti banjir, tsunami, dan lain sebagainya. Pada saat ini pengukuran ketinggian air biasanya dilakukan secara analog dan manual, diantaranya dengan menggunakan meteran, penggaris ataupun skala ketinggian air yang diletakkan di pinggiran sungai atau jembatan. Hal ini memiliki beberapa kendala seperti ketidakefektifan alat, dan kesulitan dalam pengontrolan dan pengolahan data. Dengan alasan inilah penulis memilih judul Perancangan dan Pembuatan Alat Pendeteksi Ketinggian Air berbasis Arduino Uno R3 menggunakan sensor ultrasonik dan modul Bluetooth sebagai pengirim pesan peringatan jika ketinggian air mencapai level tertentu. 1
1.2. Rumusan Masalah Berdasarkan latar belakang masalah yang sudah dikemukakan maka rumusan masalah yang dikaji dalam tugas akhir ini adalah: 1. Bagaimana merancang suatu sistem alat pendeteksi ketinggian air sebagai peringatan dini bahaya banjir? 2. Bagaimana menguji suatu sistem alat pendeteksi ketinggian air sebagai peringatan dini bahaya banjir? 3. Bagaimana menganalisa sistem alat pendeteksi ketinggian air sebagai peringatan dini bahaya banjir? 1.3. Batasan Masalah Dalam perancangan dan pembuatan tugas akhir ini diberikan batasanbatasan masalah sebagai berikut: 1. Penggunaan sensor yang dipakai untuk pengukuran ketinggian air adalah sensor ultrasonik HC-SR04 dan dihubungkan dengan Arduino Uno R3. 2. Peringatan dini air dikirimkan kepada petugas pengawas sungai menggunakan smartphone Android via Bluetooth yang terhubung dengan Arduino Uno R3. 3. Petugas pengawas sungai memberikan peringatan dini dan seruan kepada masyarakat agar bersiap-siap untuk mengungsi melalui SMS. 4. Petugas pengawas hanya mendapat pesan peringatan dini dari aplikasi Android dalam jarak jangkauan Bluetooth. 1.4. Metode Tugas Akhir Dalam perancangan alat ini, penulis menggunakan beberapa metode pelaksanaannya. Metode tersebut adalah sebagai berikut: 2
1. Studi Lapangan Merupakan metode yang dilakukan oleh penulis secara langsung ke lapangan yang merupakan sumber data yang diperoleh sesuai dengan kebutuhan yang digunakan. 2. Studi Literatur Pada metode ini yang dilakukan oleh penulis adalah dengan mengumpulkan data-data yang sesuai dengan permasalahan yang dihadapi dengan membaca beberapa jurnal. 3. Metode Observasi Pada metode ini akan melakukan pengambilan dan pengumpulan data berdasarkan keadaan yang telah dibuat atau telah ada sebelumnya. 4. Metode Perancangan Dalam metode ini dibagi menjadi beberapa bagian, yaitu: a. Planning (Perencanaan) Tahap pembuatan dan perancangan alat dimulai dengan tahap perencanaan. Pada tahap ini bermaksud untuk menentukan tujuan dari perencanaan yang akan dibuat. b. Testing (Uji Coba) Pengujian dilakukan untuk meyakinkan bahwa hasil pengujian yang dilakukan dapat menampilkan hasil yang akurat. c. Maintenance (Pemeliharaan) Pemeliharaan digunakan untuk menjaga alat tetap berjalan dengan baik, hal ini perlu dilakukan secara teratur untuk meninjau dan memperbaiki alat. 3
1.5. Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian ini adalah: 1. Merancang prototype alat peringatan dini bahaya banjir. 2. Menguji alat pendeteksi air sebagai peringatan dini bahaya banjir melalui pengiriman SMS kepada nomor telepon seluler yang telah ditentukan. 1.6. Kontribusi Tugas Akhir Kontribusi yang diberikan adalah sebagai berikut: a. Bagi Dunia Akademik 1. Meningkatkan dan menambah pengetahuan dan wawasan tentang mikrokontroler Arduino Uno R3 2. Sebagai tambahan dalam hal menyelesaikan sebuah permasalahan yang mirip dengan latar belakang pembuatan alat ini. b. Bagi Pengguna (User) 1. Pihak pengawas sungai dapat mengecek status ketinggian air dari mana saja melalui aplikasi Android asalkan terhubung dengan jaringan Bluetooth, sehingga pengawas dapat lebih cepat mengirimkan pesan peringatan dan juga seruan kepada masyarakat yang berada di sekitaran sungai yang berpotensi terjadi banjir. 2. Kerugian yang dialami masyarakat akibat banjir dapat berkurang dengan dibuatnya protoype peringatan dini banjir. 3. Bagi Penulis 1. Semoga sistem ini dapat berguna bagi masyarakat dan bisa dikembangkan di kemudian hari. 2. Untuk menambah wawasan mengenai mikrokontroler Arduino Uno R3. 4
1.7. Sistematika Penulisan Tugas Akhir Berikut ini penulis akan menguraikan sistematika penulisan yang dilakukan dalam penyusunan tugas akhir: 1. BAB 1 PENDAHULUAN Dalam bab ini penulis menjelaskan mengenai latar belakang pemilihan judul, batasan masalah, manfaat dan tujuan tugas akhir, juga berisi tentang implementasi alat dan metode tugas akhir. 2. BAB 2 LANDASAN TEORI Dalam bab ini akan dijelaskan tentang teori-teori dasar yang digunakan sebagai acuan dalam perancangan. 3. BAB 3 PERANCANGAN SISTEM Dalam bab ini membahas analisis dan perancangan alat. Tahap analisis menggambarkan dan menjabarkan kegiatan yang dilakukan pada alat yang sedang bekerja sedangkan tahap perancangan alat seperti desain, algoritma pemrograman 4. BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN Dalam bab ini membahas hasil dan pembahasan alat yang dikerjakan seperti hasi dari alat yang dibangun yaitu mendeteksi ketinggian air dan menampilkan beberapa tinggi ketinggian air tersebut, dan jika level air mencapai level tertentu akan menghasilkan suara alarm yang berbeda dan juga mengirim SMS peringatan kepada masyarakat. 5. BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN Dalam bab ini berisi kesimpulan yang dapat diambil dari pembuatan alat ini dan saran bagi pengembangan alat. 5