BAB IV PEMBAHASAN 4.1 Gambaran Umum Perangkat pengukur curah hujan otomatis pada sistem AWS memiliki spesifikasi dan kemampuan yang cukup andal dalam menangani kemungkinan yang terjadi di lapangan. Berikut adalah spesifikasi dan kemampuan dari pengukur curah hujan otomatis yang telah dibuat: Menghitung curah hujan secara otomatis. Menampilkan data curah hujan menggunakan LCD karakter. Menggunakan internet modem untuk update dan backup data pada user. Komponen-komponen yang digunakan dalam pengukuran curah hujan otomatis ini adalah sebagai berikut: Sensor curah hujan tipe Tipping Bucket produksi Casella Cel, berfungsi sebagai sensor curah hujan. LCD karacter 16x2, berfungsi menampilkan data curah hujan. Friendly ARM MINI2440, berfungsi sebagai mikrokontroler yang mengatur kinerja sistem dalam manajemen data. Modem, sebagai perangkat pengirim data dari mikrokontroler kepada user. 4.2 Perancangan Sistem Curah Hujan Otomatis Perangkat keras/hardware pada sistem pengukur curah hujan otomatis ini terbagi menjadi 2 bagian utama, yaitu: 1. Sensor curah hujan, pada perancangan ini sistem menggunakan sensor curah hujan tipe Tipping Bucket atau bejana berayun. 21
22 Salah satu teknik pengukuran yang sering digunakan adalah model Tipping Bucket seperti pada gambar 4.1. Model ini digunakan untuk mendapatkan jumlah curah hujan yang jatuh pada periode dan pada daerah-daerah tertentu. Gambar 4.1 Ilustrasi prinsip kerja Tipping Bucket Pada sistem AWS yang telah dibahas sebelumnya, sensor curah hujan yang digunakan adalah sensor Tipping Bucket produk keluaran Casella CEL dengan resolusi ukur 0.2 tebal hujan. Pada prinsipnya, pengukur curah hujan ini terdiri dari rakitan bejana yang terbagi dimana bejana tersebut berayun di tengah. Air hujan yang turun dikumpulkan pada satu sisi bejana yang kemudian akan berayun pada volume tertentu serta air hujan akan dikumpulkan kembali beralih pada sisi yang lain. Pada saat bejana terisi air hujan dengan volume tertentu, bejana akan berayun serta membuang air pada saluran pembuangan serta melakukan reposisi untuk siap mengumpulkan kembali air hujan pada sisi bejana lainnya. Kapasitas curah hujan diukur dengan penghitungan jumlah jungkitan pada bejana berayun (Tipping Bucket). Gerakan jungkit bejana pada Tipping Bucket dimonitor dengan menggunakan reed switch yang terlindung, mampu beroperasi untuk jangka waktu yang tidak terbatas, sehingga dapat dipastikan bahwa instrumen ini memiliki jangka waktu kerja yang panjang.
23 2. Modem dan Data Logger Pada dasarnya sistem pengukuran curah hujan otomatis ini tidak akan lepas dari penyimpanan data (Data Logger) yang keduanya menjadi bagian dari sebuah sistem AWS. Data Logger ini berada di dalam electronic control panel bersama komponen-komponen yang lain seperti power supply, solar regulator, dan modem. Gambar 4.2 Data Logger Data Logger pengukuran curah hujan ditempatkan pada suatu lokasi berdekatan dengan sensor Tipping Bucket dalam radius melingkar dengan jari-jari ± 7 m dan dengan sudut 60 ke atas harus terbebas dari halangan baik pohon maupun bangunan permanen. Gambar 4.3 Site scene pemasangan AWS
24 Setelah data sampai pada Data Logger, maka data tersebut akan dikirimkan kepada server yang selanjutnya akan diteruskan menuju user. Pada pengiriman data ini, Data Logger tidak bisa bekerja sendiri, melainkan membutuhkan piranti pendukung yaitu modem. Modem digunakan sebagai penghubung antara Data Logger di lapangan dengan server pada kantor pusat. Gambar 4.4 USB GSM Modem Universal Serial Bus (USB) Global System for Mobile (GSM) Modem Vodafone Express Card berfungsi sebagai bagian dari pengirim data. Modem GSM digunakan karena modem tersebut dapat diakses menggunakan komunikasi data serial dengan baudrate yang dapat disesuaikan, mulai dari 9600 sampai dengan 115200. 4.3 Implementasi Tipping Bucket pada Sistem Pendeteksi Curah Hujan Otomatis Sistem pendeteksi curah hujan otomatis ini merupakan bagian dari project perancangan, pembuatan, dan pemasangan sistem AWS PT. Renthro Technologies untuk BMKG yang fokus pada bidang pertanian. Project AWS ini merupakan target pemerintah dalam upaya menjaga kecukupan air di lahan pertanian, khususnya persawahan. Salah satu cara yang ditempuh adalah membangun sistem pemantauan agroklimat pada lokasi-lokasi sentra padi Indonesia.
25 Selain fokus pada bidang pertanian, BMKG melakukan pemantauan dan analisis kondisi iklim ekstrim serta mendiseminasikan informasi peringatan iklim ekstrim kepada pihak terkait. BMKG memasang alat pemantau cuaca otomatis yang disebut pos pemantau otomatis cuaca/aws pada 14 lokasi di Indonesia yang merupakan sentra padi. Lokasi tersebut antara lain di Peureulak (Nangroe Aceh Darussalam), Lebak (Banten), Indramayu (Jawa Barat), Jepara (Jawa Tengah), Sumbawa (NTB), dan Boolang Mongondow (Sulawesi Utara). Sistem AWS dibangun pada bidang datar dengan ukuran bidang 10x10 m dengan tiang penyangga utama setinggi ± 13 m berada tepat di tengah-tengah. Bidang ini di kelilingi pagar dengan tinggi ± 1,2 m. Sistem AWS BMKG tersebut terdiri dari: Electronic control panel Sensor-sensor Tiang penyangga utama dan tiang sensor Penangkal petir Pagar pelindung Data AWS yang berasal dari sensor-sensor cuaca akan menghasilkan data mentah berupa sinyal-sinyal voltase. Kemudian data mentah tersebut akan diproses oleh sebuah processing unit berupa Data Logger pada electronic control panel menjadi informasi yang dapat dimengerti oleh pengguna. Sensor Tipping Bucket diletakkan pada dudukan sensor setinggi ± 70 cm dengan jarak diagonal ± 3.5 m dari titik dimana tiang penyangga utama dibangun.
26 Gambar 4.5 Sensor Tipping Bucket yang terpasang pada AWS Sensor Tipping Bucket terhubung pada Data Logger melalui kabel bawah tanah yang dilindungi oleh konduit kabel. Pada sensor Tipping Bucket, Casella CEL menyediakan kabel sepanjang ± 9 m. Kabel sensor tidak terhubung langsung pada Data Logger, melainkan terhubung pada electronic control panel melalui canon jack terlebih dahulu. Canon jack menjadi alat yang digunakan untuk menghubungkan antara kabel sensor dengan bagian dalam electronic control panel. Terdapat 2 jenis canon jack yang digunakan dalam electronic control panel sistem AWS ini, tetapi yang digunakan untuk koneksi Tipping Bucket dengan electronic control panel adalah canon jack ukuran kecil dengan 8 pin. Gambar 4.6 Konfigurasi pin canon jack Kabel sensor Tipping Bucket terdiri dari 2 warna, yaitu warna hitam dan kuning. Kabel berwarna kuning terhubung dengan pin 2 (pin I/O) dan kabel berwarna hitam terhubung dengan pin 8 (ground) pada canon jack. Pada prinsipnya, sensor Tipping Bucket bekerja seperti
27 penghubung pada saklar/tombol, artinya penyambungan kabel sensor tidak berdasarkan plus atau minus pada terminal, sehingga bisa dipasang secara bolak-balik. Tidak akan masalah jika kabel berwarna kuning dihubungkan pada pin 8 (ground) dan kabel hitam dihubungkan dengan pin 2 (pin I/O). Untuk memudahkan dalam maintenance, maka setiap kabel diberi tanda label nomer pin. Gambar 4.7 External wiring diagram panel Setelah kabel sensor melalui canon jack, selanjutnya kabel penghubung akan menghubungkan canon jack dengan bagian internal electronic control panel. Penggunaan warna kabel yang digunakan adalah warna standar, yaitu: Merah, untuk power, baik 5V atau 12V. Biru, untuk input/output sensor. Hitam, untuk ground.
28 Gambar 4.8 Internal wiring diagram panel Kabel penghubung sensor Tipping Bucket pada pin 2 canon jack small kemudian dihubungkan dengan terminal blok pin 25 dimana terminal blok ini adalah penghubung antara sensor dengan Data Logger. Gambar 4.9 Konfigurasi pin terminal blok Data Logger Pada gambar 4.10 merupakan penampang electronic control panel pada sistem AWS lengkap dengan bagian-bagian pendukungnya.
29 Gambar 4.10 Electronic Control Panel tampak dalam Proses pembacaan, pengolahan, penyimpanan, serta pengiriman data sensor dilakukan pada Data Logger. Data Logger menjadi kunci komunikasi antara sensor dengan user. Data Logger tersebut berada dalam electronic panel control yang terpasang pada tiang utama. Gambar 4.11 Electronic Control Panel tampak luar
30 Bagian-bagian electronic control panel tersebut antara lain: Power Supply 12V Solar Regulator Data Logger GSM Modem + Router Modul RS485 Modul Relay Gambar 4.12 Diagram blok koneksi sistem pendeteksi curah hujan Secara garis besar, instalasi sistem pendeteksi curah hujan ini adalah sebagai berikut: Sensor Tipping Bucket terhubung pada pin 25 terminal blok melalui canon jack pada electronic panel control. Dari terminal blok, rangkaian akan dihubungkan kepada bus ARM. Terdapat 2 bus ARM pada Data Logger, pertama bus ARM pada Printed Circuit Board (PCB) Logger dan kedua adalah bus ARM pada PCB MINI2440. Bus ARM digunakan sebagai penghubung antara PCB logger dan PCB MINI2440. Kedua Bus ARM dihubungkan menggunakan kabel pita dengan ukuran socket 2x20 pin. Koneksi Data Logger menggunakan internet modem melalui router dengan menggunakan koneksi Local Area Network (LAN). Gambar 4.13 Konfigurasi komunikasi data sistem AWS
31 Pada pengukuran curah hujan otomatis, Data Logger berfungsi untuk mengukur besar curah hujan menggunanakan sensor Tipping Bucket, menyimpan nilainya berdasarkan interval waktu tertentu pada memori, dan memindahkan data hasil pengukuran menuju server induk dengan menggunakan komunikasi serial melalui internet modem. Proses pembacaan sensor Tipping Bucket hingga penyampaian data curah hujan pada user adalah seperti yang telah digambarkan pada flowchart pada gambar 4.14. Gambar 4.14 Flowchart pemrograman pendeteksi curah hujan otomatis Program memberikan perintah pada mikrokontroler untuk identifikasi sensor melalui bus ARM yang terdapat pada Data Logger. Perintah tersebut akan diteruskan pada MINI2440. Sensor curah hujan tipe Tipping Bucket memanfaatkan reed switch untuk mendeteksi gerakan mekanik dari bejana dan merubah gerakan tersebut menjadi sinyal digital. Sinyal digital tersebut digunakan untuk memicu interupsi pada MINI2440 sehingga keluaran sensor reed switch berupa pulsa terbaca oleh prosesor.
32 Apabila hujan turun dan mengakibatkan bejana berayun sehingga menghasilkan counter, maka data akan selalu n+1. Data yang terbaca akan dikirim kepada MINI2440 sebagai prosesor pada Data Logger untuk diproses. Setelah data diproses dan disimpan oleh MINI2440, data akan ditampilkan pada LCD display serta dikirimkan pada server pusat melalui internet modem. Gambar 4.15 Implementasi akhir Tipping Bucket Pendeteksi curah hujan pada Data Logger adalah banyaknya air hujan yang terbaca oleh alat dengan satuan curah hujan yang umum dipakai yaitu mm. Jadi, jumlah curah hujan yang diukur merupakan tebal permukaan air hujan yang menutupi suatu daerah luasan pada permukaan bumi/tanah. Pengukuran curah hujan untuk 1 mm, artinya dalam luasan 1 m² pada bidang datar tertampung air setinggi 1 mm. Misalnya pada suatu daerah pengamatan memiliki data curah hujan 10 mm, ini berarti bahwa luasan sekitar daerah/lokasi akan tergenangi air hujan dengan ketebalan atau setinggi 10 mm. 4.4 Hasil data Gambar 4.16 merupakan gambar tampilan Data Logger pada saat pertama kali dinyalakan hingga Data Logger berstatus online.
33 Gambar 4.16 Data Logger dalam kondisi online Gambar 4.17 merupakan tampilan data curah hujan yang ditampilkan pada LCD display pada Data Logger. Data pada server dikirimkan setiap interval 5 menit dengan penyimpanan data curah hujan pada prosesor setiap 10 menit. Jumlah counter dalam periode 1 jam dipisah setiap 10 menit untuk meningkatkan keakuratan penerimaan data dalam pembacaan nilai sensor. Gambar 4.17 Tampilan data pada LCD display Tabel 4.1 merupakan contoh hasil data curah hujan yang diterima oleh server. Hasil pada kolom rainfall counter merupakan hasil counter yang dibaca oleh sensor Tipping Bucket dikalikan dengan resolusi tebal hujan. Seperti yang dijelaskan sebelumnya bahwa setiap kali bejana melakukan ayunan, ayunan ini membaca air hujan sebesar 0.2 mm. Dalam persamaan, dituliskan sebagai berikut: RC = jumlah tick x resolusi tebal hujan (4.1) 5.2 = jumlah tick x 0.2 Jumlah tick = 5.2 : 0.2 = 26
34 Tabel 4.1 Hasil data sensor yang diterima pada server Lokasi Date/Time Rainfall Counter (mm) Aceh 15/03/2013 00:46:06 5.2 Aceh 15/03/2013 00:51:52 5.2 Aceh 15/03/2013 00:56:43 5.4 Aceh 15/03/2013 00:01:23 5.4 Aceh 15/03/2013 00:06:09 5.4 Aceh 15/03/2013 00:11:34 5.4 Aceh 15/03/2013 00:16:22 5.4 Ini berarti bejana pada sensor Tipping Bucket berayun sebanyak 26 kali. Jadi, pada tanggal 15 Maret 2013 pukul 00:46:06, wilayah Aceh mengalami curah hujan dengan intensitas hujan 5.2 mm seperti yang ditunjukkan pada tabel 4.1.