PERANCANGAN SISTEM INFORMASI DEBIT AIR BERBASIS ARDUINO UNO

PERANCANGAN SISTEM INFORMASI DEBIT AIR BERBASIS ARDUINO UNO Arif Azhari, Soeharwinto, Konsentrasi Teknik Komputer, Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara (USU) Jl. Almamater, Kampus USU Medan 20155 INDONESIA e-mail: arif.azhari92@gmail.com Abstrak Seiring meningkatnya penggunaan sumber daya air oleh masyarakat, maka tingkat pemborosan sumber daya airpun juga meningkat. Melihat dari kurangnya kesadaran dan informasi akan penggunaan air ditengah masyarakat. Karya tulis ini membahas tentang merancang sebuah prototipe sistem berbasis teknologi yang mampu memonitor tingkat penggunaan air oleh konsumen. Prototipe sistem dikonfigurasikan menjadi sebuah web server yang juga menyimpan data volume kedalam sebuah kartu memori dalam rentang waktu yang telah ditentukan. setelah data tersimpan, maka data yang telah disimpan sebelumnya dapat dilihat kembali pada halaman web yang dapat diakses melalui web browser pada perangkat yang terhubung dalam jaringan prototipe sistem. Berdasarkan hasil pengujian sistem, nilai error rata-rata dari pembacaan sensor berkisar antara 4 % hingga 11 %. Tingkat error dapat dikurangi dengan mengkalibrasi sensor secara intensif atau menggunakan sensor yang lebih akurat. Kata Kunci: Arduino UNO, Flow Sensor, Web Server, Ethernet Shield 1. Pendahuluan Dalam memantau penggunaan air oleh pelanggan, PDAM menggunakan meter air yang terpasang pada masing - masing rumah pelanggan. Sebagai pengukur penggunaan air, alat ini dilengkapi beberapa karakteristik metrologis salah satunya alat penunjuk yang berfungsi untuk mengukur volume air yang digunakan dengan satuan meter kubik. Bentuk fisik dari alat penunjuk salah satunya adalah digit angka. Digit angka dari penunjuk ini nantinya akan dicatat oleh petugas pencatat meter air setiap bulannya yang datang ke rumah pelanggan secara manual dengan menggunakan alat tulis dan kartu pencatatan. Angka yang dicatat oleh petugas tersebut dimasukkan ke dalam program komputer secara manual diseluruh cabang terkait diproses menjadi tagihan yang harus dibayar oleh pelanggan. 2. Tinjauan Pustaka 2.1 Meter Air Alat meter air merupakan alat yang digunakan oleh pihak PDAM untuk mencatat total pemakaian debit air oleh konsumen dalam rentang waktu pencatatan angka yang tertera pada meteran air yang terpasang. Satuan pengukuran alat penunjuk volume air dinyatakan dalam meter kubik. Satuan meter kubik harus berdampingan dengan angka yang ditampilkan. Alat penunjuk dilengkapi warna sebagai pengenal kelipatannya, warna hitam digunakan untuk menunjukan meter kubik dan kelipatannya. Warna merah digunakan untuk menunjukan sub-kelipatan dari meter kubik, warna-warna ini harus digunakan pada jarum penunjuk, indeks, angka, roda, cakram, jarum, atau angka jarum[1].gambar meter air analog dapat dilihat pada Gambar 1. Gambar 1. Meter Air konvensional 2.2 Arduino UNO Arduino UNO adalah arduino board yang menggunakan mikrokontroler ATmega328. Arduino UNO memiliki 14 pin digital (6 pin dapat digunakan sebagai output PWM), 6 input analog, sebuah 16 MHz osilator kristal, sebuah koneksi USB, sebuah konektor sumber 89 copyright@ DTE FT USU

tegangan, sebuah header ICSP, dan sebuah tombol reset. Arduino UNO memuat segala hal yang dibutuhkan untuk mendukung sebuah mikrokontroler. Hanya dengan menghubungkannya ke sebuah komputer melalui USB atau memberikan tegangan DC dari baterai atau adaptor AC ke DC sudah dapat membuanya bekerja. Arduino UNO menggunakan ATmega16U2 yang diprogram sebagai USB-to-serial converter untuk komunikasi serial ke computer melalui port USB[3]. Tampak atas dari arduino UNO dapat dilihat pada Gambar 2 Gambar 2. Arduino UNO 2.3 Ethernet Shield Ethernet Shield menambah kemampuan Arduino board agar terhubung ke jaringan komputer. Ethernet shield berbasiskan chip ethernet Wiznet W5100. Ethernet library digunakan dalam menulis program agar arduino board dapat terhubung ke jaringan dengan menggunakan arduino ethernet shield. Pada ethernet shield terdapat sebuah slot micro-sd, yang dapat digunakan untuk menyimpan file yang dapat diakses melalui jaringan. Onboard micro-sd card reader diakses dengan menggunakan SD library. Arduino board berkomunikasi dengan W5100 dan SD card mengunakan bus SPI (Serial Peripheral Interface). Komunikasi ini diatur oleh library SPI.h dan Ethernet.h. Bus SPI menggunakan pin digital 11, 12 dan 13 pada Arduino UNO. Pin digital 10 digunakan untuk memilih W5100 dan pin digital 4 digunakan untuk memilih SD card. Pin-pin yang sudah disebutkan sebelumnya tidak dapat digunakan untuk input/output umum ketika kita menggunakan ethernet shield. Tampilan fisik ethernet shield dapat dilihat pada gambar 3. Gambar 3. Ethernet Shield 2.4 Flow Sensor Flow Sensor merupakan sebuah perangkat sensor yang digunakan untuk mengukur debit fluida. Biasanya flow sensor adalah elemen (bagian) yang digunakan pada flow meter. Sebagaimana pada semua sensor, keakuratan absolut dari pengukuran membutuhkan pengkalibrasian sensor. Tipe flow sensor yang digunakan merupakan mechanical flow sensor. Sensor tipe ini memiliki rotor dan transducer hall-effect didalamnya untuk mendeteksi putaran rotor ketika fluida melewatinya. Putaran tersebut akan menghasilkan pulsa digital yang banyaknya sebanding dengan banyaknya fluida yang mengalir melewatinya[8]. Gambar 4 merupakan flow sensor yang digunakan. Gambar 4. Flow Sensor 3. Perancangan Penagkat keras dan perangkat lunak Pada perancangan prototipe sistem informasi perhitungan aliran air berbasis Arduino UNO. Debit dan volum air yang melalui sensor dapat dipantau dari jarak jauh melalui web browser. Prototipe yang akan dirancang dan perangkat monitor akan terhubung melalui jaringan komputer. Blok Diagram sistem yang dirancang dapat dilihat pada Gambar 5. 90 copyright@ DTE FT USU

1.1 Blok Diagram Sistem Flow Sensor Perangkat user (PC, Handphone) Arduino UNO Gambar 5. Blok Diagram Jaringan Internet Modul Ethernet SD Card Berikut adalah penjelasan singkat masing masing blok pada Gambar 5. 1. Blok Sensor Sebagai input data dalam bentuk pulsa digital, pulsa digital ini yang diterima oleh arduino dan dikonversikan menjadi data debit air. 2. Blok Arduino Mengolah input data dari sensor, menyimpan hasil konversinya pada kartu memori dan mengirimnya ke perangkat user. 3. Blok Modul Ethernet Mengantarmukakan arduino dengan jaringan intranet untuk menampilkan data pada perangkat user dalam format halaman web dan mengantarmukakan arduino dengan kartu memori. 4. Blok SD card Sebagai Media peyimpanan data hasil pengukuran. 5. Blok Jaringan Sebagai sarana koneksi sistem dengan perangkat user. 6. Blok Perangkat User Merupakan perangkat user yang digunakan untuk mengakses sistem melalui web browser. 1.2 Spesifikasi Sistem Pada Tabel 1 dapat dilihat spesifikasi lengkap dari prototipe sistem yang dirancang. Tabel 2 Tabel Spesifikasi Sistem Spesifikasi Keterangan Mikrokontroller Arduino UNO Modul Komunikasi Ethernet Shield Tipe Koneksi Kabel UTP Jaringan Intranet Tegangan kerja sistem 5 V Konsumsi Arus sistem + 100mA Kecepatan 16 Mhz mikrokontroller Tipe sensor Rotor Mekanik Diameter sambungan 0.5 inchi pipa Material PVC Tingkat error 3 % (pada debit 1L/menit 10L/menit) Suhu Air maksimum 80 C (sensor) Tekanan Air (Maksimal) 2 Mpa Jangkauan debit air 1-30 liter permenit Kelembaban kerja 35 % - 90 % 1.3 Konfigurasi Perangkat keras Sistem 1.3.1 Arduino Webserver Arduino Web Server adalah gabungan antara Arduino UNO dan ethernet shield. Ethernet shield dipasang di atas Arduino UNO. Gambar Arduino web server dapat dilihat pada Gambar 6. Gambar 6. Arduino Webserver Arduino Web Server bertindak sebagai sebuah embedded web server, yang menyimpan halaman web sederhana yang menampilkan status pembacaan debit air dan total volume air pada saat diakses dan halaman web yang berisi data volume air dari kartu memori. Pada beberapa menit sekali Arduino web server akan menyimpan data yang telah didapat pada memori card yang terpasang pada modul ethernet shield. Data tersebut dapat disimpan kedalam file berekstensi TXT ataupun CSV. 91 copyright@ DTE FT USU

3.3.1 Rangkaian Skematik Water Flow Sensor Pada Gambar 7 adalah skematik koneksi flow sensor ke Arduino. Gambar 7. Rangkaian Skematik Flow sensor Pin sinyal dari sensor dihubungkan dengan pin 2 Arduino yang dikonfigurasi sebagai input yang mana pin 2 tersebut akan memberikan cacahan naik ketika terjadi perubahan nilai. Pin sinyal dari sensor tersebut juga diberikan resistor pull-up dari Pin 5 volt Arduino sendiri. Tujuan dari pemasangan resistor pull-up ini agar data yang diterima dari sensor memiliki nilai yang valid. 3.4 Rutin kerja Sistem Pada sistem kerja dari prototipe yang dirancang terdapat tiga rutin yang merupakan bagian utama pada sistem. 1. Rutin Menampilkan Halaman Web 2. Rutin Pembacaan Sensor 3. Rutin penulisan data ke kartu memori 3.4.1 Rutin Menampilkan Halaman Web Berikut pada Gambar 8 adalah flowchart untuk menampilkan halaman web. Pada saat klien terhubung dengan sistem melalui web browser, maka sistem akan mengecek apakah ada string yang diinputkan pada address barweb browser setelah alamat IP sistem. Jika tidak ada maka klien akan diarahkan halaman web default. Selama sistem menampilkan halaman web, waktu sistem dan pembacaan debit air tetap berjalan.untuk dapat melihat halaman yang berisi data real-time dan data yang sudah tercatat, maka klien harus memasukan kata kunci tambahan pada address bar web browser. Contoh http://10.4.11.177/tampil/ untuk mengakses halaman web yang berisi data real-time dari sistem dan http://10.4.11.177/data/ untuk mengakses halaman web yang meyimpan informasi pencatatan sebelumnya Gambar 8 Flowchart Halaman Web 3.4.2 Rutin Pembacaan sensor Pada Gambar 9 dapat dilihat alur kerja dari rutin pembacaan sensor. Rutin pembacaan sensor ini tetap berjalan sekalipun sistem sedang menampilkan halaman web. Pada rutin pembacaan ini terdapat dua buah interupsi yang digunakan yaitu interupsi eksternal pada pin 2 arduino untuk menerima data dari sensor dan interupsi timer millis()untuk memungkinkan sistem dapat mengkonversikan data dari sensor setiap satu detik berlalu. 92 copyright@ DTE FT USU

4. Pengujian Dan Analisa 4.1 Pengujian Flow Sensor dan debit air rumah Sensor di uji dengan membandingkan pengukuran volume air yang dibacanya terhadap volume air yang sudah diukur sebelumnya. Hal ini dilakukan untuk mendapatkan seberapa besar persen error dari perbandingan hasil pengukuran dan volume yang sudah terukur. Pada Tabel 2 dapat dilihat hasil dari pengujian pembacaan water flow sensor. Tabel 3 Tabel data pembacaan flow sensor Volume terukur (ml) 500 1000 1500 2000 3000 Gambar 9 Flowchart Pengambilan data sensor 3.4.3 Rutin Penulisan data ke kartu mikro SD Data yang telah didapat oleh sensor akan ditampilkan pada halaman web. Tetapi data ini akan hilang jika mikrokontroller kehilangan catu dayanya. Data yang bersifat volaile ini ditulis kedalam kartu memori dalam interval satu menit. Flowchart rutin ini dapat dilihat pada Gambar 10. Volume terbaca (ml) Percobaan 1 550 1168 1678 2108 3106 Percobaan 2 578 1058 1567 2156 3099 Percobaan 3 538 1150 1588 2087 3189 Percobaan 4 540 1100 1576 2178 3190 Percobaan 5 570 1156 1656 2134 3098 Rata - rata 555,2 1126,4 1613 2132,6 3136,4 Error Rata-rata 11% 12% 7% 6% 4% Gambar 11 Konfigurasi pengujian flow sensor Kecepatan debit air rumah juga diuji. Hal ini ditujukan untuk memastikan bahwa sensor yang digunakan masih memenuhi kriteria untuk mengukur debit air pada perumahan. Pengujian ini dilakukan dengan membandingkan volume air yang sudah melewati meteran dengan waktu yang sudah berjalan. Dengan demikian didapatlah debit air per satuan waktu. Nilai debit air yang sudah didapat ini kemudian dibandingkan dengan kemampuan sensor. Pada Tabel 3 adalah hasil dari pengujian dari kecepatan debit air rumah penduduk. Gambar 10 Flowchart Penyimpanan data 93 copyright@ DTE FT USU

Tabel 4 Tabel pengujian debit air rumah penduduk. Volume air Waktu Percobaan 1 20 Liter 2 menit 4 detik Percobaan 2 20 Liter 2 menit 10 L / menit Debit air / menit Debit air / detik 9,67 L / menit 0,161 L / detik 0,166 L / detik 9,52 L / menit 0,158 L Percobaan 3 20 Liter 2 menit 6 detik Percobaan 4 20 Liter 3 menit 6,66 L / menit / detik 0,111 L /detik 4.2 Pengujian webserver Pengujian arduino web server dilakukan dengan cara menghubungkan arduino web server ke sebuah komputer pribadi dengan menggunakan kabel UTP. Kemudian alamat IP dari komputer dikonfigurasi agar dapat terhubung dengan arduino web server. Gambar 12 merupakan tampilan halaman web default dari sistem. Halaman ini memberitahukan dua halaman lain yang disediakan oleh sistem. data dari hasil pembacaan sensor sebelumnya. Sistem hanya akan menuliskan data pembacaannya pada kartu memori dalam rentang waktu yang sudah ditentukan. Gambar 14 Halaman web yang berisi data dari kartu memori Gambar 15 merupakan konfigurasi pengujian dari keseluruhan sistem. Sistem masih membutuhkan catu daya eksternal dan data yang didapat dari sistem diambil melalui halaman web yang diakses dari PC. Gambar 12. Halaman Default Sistem Gambar 13 merupakan halaman web sistem yang berisi data dari sensor secara real-time. Halaman ini juga berisi data dari pelanggan. Gambar 13. Halaman data real-time sistem Gambar 14 merupakan tampilan dari halaman web sistem yang berisi data dari kartu memori. Data pada kartu memori ini adalah Gambar 15 Konfigurasi pengujian webserver dan flow sensor 4.3 Analisa Sistem Prototipe sistem ini menggunakan jaringan komputer untuk terhubung ke perangkat yang memantaunya. Jika sistem berada pada jaringan yang sama dengan perangkat yang memantaunya maka prototipe sistem ini dapat diakses oleh perangkat tersebut. Jika sistem tehubung ke jaringan internet maka informasi dan datanya dapat diakses dari mana saja selama perangkat yang digunakan untuk mengendalikannya juga terhubung ke jaringan internet. Dari hasil percobaan dan pengujian sistem dapat menampilkan data hasil pengukuran secara ke halaman web dan menyimpan data pembacaanya kedalam kartu memori tanpa mengalami kendala besar. Masalah terdapat pada penyajian data yang tersimpan didalam kartu memori, data yang ditampilkan tidak 94 copyright@ DTE FT USU

tersusun rapi meskipun data yang terdapat pada kartu memori tersusun rapi. 5. Kesimpulan Berdasarkan dari pembahasan yang sudah dilakukan sebelumnya maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut: 1. Prototipe yang dirancang dapat memantau penggunaan bulanan air d melalui jaringan intranet menggunakan aplikasi web browser. 2. Flow Sensor yang digunakan memiliki persentase error yang cukup kecil. 3. Pemantauan pemakaian air sangat bermanfaat bagi banyak pihak yang ingin mengutamakan penghematan penggunaan air misalnya industri, perkantoran dan kehidupan sehari hari pada perumahan penduduk dan sebagainya. 6. Daftar Pustaka [1] T. Triantoro (2014): Perancangan Sistem Pengenal Digit Angka Meter Air Menggunakan Jaringan Syaraf Tiruan Kohonen, Teknik Elektro Universitas Sumaetra Utara. Medan. [2] Wikipedia, [Online]. http://en.wikipedia.org/wiki/arduino. [Diakses Oktober 2014]. [3] Arduino, [Online]. http://arduino.cc/en/main/arduinoboa rduno. [Diakses Oktober 2014]. [4] Wikipedia, [Online]. http://id.wikipedia.org/wiki/hall_effec t_sensor. [Diakses Oktober 2014]. [5] M. G. Simanjuntak (2013), Perancangan Prototipe Smart Building berbasis Arduino UNO, Teknik Elektro Universitas Sumatera Utara, Medan. [6] J. Oxer dan H. Blemings (2009): Arduino Practical,Apress, New York. [7] M. Margolis (2011): Arduino Cookbook 2nd Edition, O'Reilly Media,Sebastopol. [8] Wikipedia, [Online]. http://en.wikipedia.org/wiki/flow_sen sor. [Diakses Oktober 2014]. [9] SeeedStudio, [Online]. http://www.seeedstudio.com/wiki/g1/ 2_Water_Flow_sensor. [Diakses Oktober 2014] 95 copyright@ DTE FT USU