Penerapan Bunyi , Pembuatan Alat pendeteksi
Kedalaman Sungai Atasi Potensi Kebanjiran pada Daerah Dataran Rendah
Mohammad Syukron Amrulloh
Abstrak
Bencana alam adalah suatu hal yang pasti terjadi. Banjir
adalah salah satu bencana alam yang hampir pasti terjadi pada setiap datangnya
musim penghujan terlebih pada daerah dataran rendah, salah satu faktor penyebab
terjadinya banjir adalah kesadaran yang kurang pada masyarakat terhadap lingkungan,
pembuangan sampah sembarangan, dan pembukaan lahan hutan tanpa konservasi
melalui reboisasi. Salah satu cara agar pada kawasan dataran rendah tidak
mengalami banjir diperlukan beberapa tips salah satunya yakni pendangkalan
sungai. Sedimen sedimen pada dasar sungai akan menyebabkan mengendap dan
membuat sungai menjadi meluap. Sistem pengukuran kedalaman sungai ini
menggunakan sebuah sensor Sonar MB7060 dan proses akusisi datanya menggunakan
Arduino Uno sehigga dapat mengukur kedalaman sungai. Proses pengukuran
kedalaman sungai dilakukan dari atas Boat yang dikendalikan menggunakan remote
control. Hasil data dari pengukuran kedalaman sungai diolah menggunakan Visual
Basic sehingga dapat membentuk kontur dasar sungai.
Kata
Kunci : Arduino Uno, Boat, Sensor Sonar MB7060, Visual Basic.
I. PENDAHULUAN
Bencana banjir terjadi pada setiap datangnya musim
penghujan, dimana bencana ini sangat banyak menimbulkan kerugian-kerugian besar
pada masyarakat, Salah satu faktor penyebab terjadinya banjir adalah
pendangkalan sungai. Dimana sungai tidak lagi berfungsi sesuai fungsinya.
Sungai yang dangkal tidak akan mampu menampung air dalam jumlah besar sehingga
air akan meluap menggenangi sekitarnya dan daerah-daerah yang rendah. Selain
itu salah satu faktor penyebab terjadinya banjir adalah kesadaran yang kurang
pada masyarakat terhadap lingkungan, pembuangan sampah sembarangan, dan
pembukaan lahan hutan tanpa konservasi melalui reboisasi. Salah satu cara agar
pada kawasan dataran rendah tidak mengalami banjir diperlukan beberapa tips
salah satunya yakni pendangkalan sungai. Sedimen sedimen pada dasar sungai akan
menyebabkan mengendap dan membuat sungai menjadi meluap
Kedalaman sungai harus selalu diukur secara periodik,
karena kedalaman sungai berperan penting untuk menampung air hujan dalam jumlah
besar sehingga dapat mengurangi terjadinya banjir. Pada saat ini pengukuran
kedalaman sungai sering kali hanya menggunakan sebuah galah yang cukup panjang
yang dimasukkan ke dalam sungai dan harus dilakukan pengukuran diberbagai
tempat agar mendapatkan data untuk membandingkan bagian-bagian terdalam pada
sungai, hasil pengukuran menggunakan cara ini tidak akurat dan sangat berbahaya
karena kita harus menyeberangi sungai dimana terdapat bagian-bagian sungai yang
sangat dalam yang belum kita ketahui dan juga harus melawan arus sungai yang
sangat deras.
Berdasarkan hal di atas, kami mencoba untuk merancang
sebuah alat pengukuran kedalaman sungai yang cepat, tepat serta efisien waktu
dan dapat mendeteksi bagian-bagian sungai yang dangkal sesuai dengan hasil
pengukuran, alat ini dilengkapi dengan sebuah sensor sonar yang dapat mengukur
kedalam sungai, kemudian data hasil pengukuran akan dikirim ke komputer
menggunakan komunikasi serial dan data hasil pengukuran tersebut membentuk
kontur dasar sungai. Untuk mempercepat pendeteksian di bagian - bagian sungai
maka alat ini diletakkan pada sebuah boat yang dapat dikontrol
menggunakan remote control.
II. LANDASAN TEORI
A. Gelombang Ultrasonik
Gelombang bunyi adalah gelombang longitudinal yang
dapat merambat melalui gas, zat padat, maupun cair dengan kecepatan yang
tergantung pada sifat elastis dan sifat inersia medium rambat. Manusia hanya
dapat mendengar gelombang bunyi dengan frekuensi antara 20 Hz sampai dengan 20
KHz. Gelombang bunyi dengan frekuensi di bawah 20 Hz disebut gelombang
infrasonik, misalnya gempa bumi, guntur, gunung berapi. Gelombang bunyi yang
melebihi frekuensi 20 KHz disebut gelombang ultrasonik. Ultrasonik adalah ilmu
yang mempelajari gelombang dengan frekuensi tinggi, biasanya melebili 20 KHz
(20.000 cycle perdetik). Pada dasarnya gelombang ultrasonik digunakan karena
sifat gelombang ini tidak berbeda dengan sifat gelombang mekanik pada umumnya,
yaitu dapat dipantulkan, dibiaskan, berinteferensi dan didifraksikan. Pantulan
gelombang ultrasonik dapat menghasilkan gema dan datanya dapat ditampilkan
dalam bentuk sinyal-sinyal pada layar osiloskop.
Karakteristik gelombang ultrasonik yang melalui medium
mengakibatkan getaran partikel dengan medium amplitudo sejajar dengan arah
rambat secara longitudinal sehingga menyebabkan partikel medium membentuk
rapatan (strain) dan tegangan (stress). Proses kontinu yang
menyebabkan terjadinya rapatan dan regangan di dalam medium disebabkan oleh
getaran partikel secara periodik selama gelombang ultrasonik melaluinya. Medium
yang umumnya digunakan sebagai perambatan gelombang ultrasonik adalah udara dan
air. Kecepatan dari rambatan gelombang ultrasonik pada medium lain dipengaruhi
oleh karakteristik medium yang dilaluinya. Karakteristik tersebut antara lain
kelembaban, tekanan, dan suhu.
Panjang gelombang (λ) adalah jarak yang ditempuh
gelombang suara dalam periode satu getaran. frekuensi (f) adalah benyaknya
gelombang yang bergetar dalam waktu satu detik yang diberi satuan Hertz.
Periode adalah waktu yang dibutuhkan gelombang menempuh satu panjang gelombang
dan sebanding dengan 1/f. Kecepatan ultrasonik (V) adalah jarak yang dilalui
oleh gelombang persatuan waktu dan sebanding dengan panjang gelombang dibagi
dengan periode. Karena periode dan frekuensi berbanding terbalik ,maka hubungan
antara kecepatan, panjang gelombang dan frekuensi untuk gelombang ultrasonik
adalah
C= λ f
Di
mana:
C =
Kecepatan Gelombang Ultrasonik ( m/s)
λ =
Panjang Gelombang (m)
f =
Frekuensi (Hertz)
TABEL
I. KECEPATAN BUNYI DALAM BEBERAPA MEDIUM
B.
Sonar
Sonar (Sound Navigation and Ranging), adalah
merupakan istilah Amerika yang pertama kali digunakan semasa perang dunia, yang
berarti penjarakan dan navigasi suara adalah sebuah teknik yang menggunakan
penjalaran suara dalam air untuk navigasi atau mendeteksi kendaraan air
lainnya. Sementara itu, Inggris memiliki sebutan lain untuk sonar, yakni ASDIC
(Anti-Submarine Detection Investigation Committee). Sonar terbagi
menjadi 2 yaitu sonar aktif dan sonar pasif.
Alat sonar pertama digolongkan sebagai sonar pasif, di
mana tidak ada sinyal yang dikirim keluar. Pada tahun 1918 Inggris dan AS
membuat sistem aktif, di mana sinyal sonar aktif dikirim dan diterima kembali.
Misalnya saja untuk mengetahui jarak satu obyek, petugas sonar mengukur waktu
yang diperlukan oleh sinyal sejak dipancarkan hingga diterima kembali. Karena
tidak ada sinyal yang dikirim pada sistem pasif, alat hanya mendengarkan. Pada
sistem pasif maju, ada bank data sonik (sumber bunyi) yang besar.
Frekuensi yang digunakan oleh sonar berada pada daerah
ultrasonik, yaitu di atas 20.000 hertz. Karena frekuensi tersebut tidak dapat
didengar dan panjang gelombang pada daerah ultrasonik pada daerah ultrasonik
sangat kecil sehingga difraksi yang terjadi juga semakin kecil, dan gelombang
tidak akan menyebar.
III.
METODE PENELITIAN
A.
Konsep Dasar Perancangan Sistem Pengukuran Kedalaman Sungai
Perancangan suatu sistem yang akan dibuat merupakan
suatu tahapan yang sangat penting dalam membuat suatu program ataupun
melanjutkan ke langkah selanjutnya, karena dengan perancangan tersebut
diharapkan mendapatkan hasil yang baik dan maksimal, dalam perancangan sistem
yang penulis buat adalah sistem pengukuran kedalaman sungai.
Dalam perancangan sistem pengukuran kedalaman sungai
(lihat gambar 1) terdiri dari perancangan perangkat keras (hardware) dan
perancangan perangkat lunak (software). Perangkat keras yang digunakan
dalam sistem pengukuran kedalaman sungai meliputi Arduino Uno, sensor Sonar
MB7060, LCD 2X16 ,dan sebuah modul transmitter / receiver 433MHz. LCD
2X16 berfungsi untuk menampilkan data dari sensor sonar.
Sistem pengukuran kedalaman sungai dibangun oleh
beberapa sub-sub sistem dengan fungsi yang berbeda sehingga menjadi suatu
kesatuan sistem yang besar dan memiliki ketergantungan satu dengan yang
lainnya. Dimana Arduino Uno berfungsi sebagai sistem akuisisi data yang dapat
didefinisikan sebagai suatu sistem yang berfungsi untuk mengambil,
mengumpulkan, dan menyiapkan data, hingga memprosesnya untuk menghasilkan data
yang dikehendaki, dan sensor sonar MB7060 merupakan sensor yang berfungsi untuk
mengukur kedalam sungai, lcd berfungsi untuk menampilkan data dari hasil
pengukuran sensor sonar. Sistem pengukuran kedalaman sungai ini menggunakan 2
buah arduino yang berfungsi sebagai 1 master dan 1 slave, dimana
kedua arduino akan saling berkomunikasi secara wireless. Cara
berkomunikasi antara dua arduino menggunakan sebuah modul transmitter/receiver
433Mhz, fungsi dari transmitter yaitu untuk mengirimkan data hasil
pengukuran ke sebuah receiver yang berada di darat dan data tersebut
akan di tampilkan di sebuah komputer. Sistem pengukuran ini akan di letakkan di
sebuah boat agar mempermudah dan mempercepat pengambilan data pengukuran
kedalaman sungai (lihat gambar 2).
B.
Perancangan Perangkat Keras Sistem Pengukuran Kedalaman Sungai
Pada sistem pengukuran kedalaman sungai arduino uno
berfungsi sebagai sistem akuisisi data, dari gambar rangkaian (lihat gambar 3)
sensor yang digunakan yaitu sensor Sonar MB7060 yang berfungsi untuk mengukur
kedalaman sungai menggunakan gelombang ultrasonik, data hasil pengukuran sensor
Sonar MB7060 kemudian di olah menggunakan mikrokontroler arduino uno dan
selanjutnya data pengukuran tersebut di tampilkan menggunakan lcd 2x16 dan data
tersebut dikirim menggunakan modul transmitter 433mhz. Data yang dikirim
transmitter akan diterima oleh receiver yang ada di darat
kemudian data tersebut akan diolah kembali oleh mikrokontroler arduino uno dan
selanjutnya data tersebut akan di kirim ke komputer menggunakan komunikasi
serial (lihat gambar 4).
Untuk
mengetahui batas minimal dan maksimal pengukuran sensor sonar ini dapat
diketahui menggunakan rumus dibawah ini:
s= (v x t) /2
…….. (2)
Di
mana:
V =
kecepatan suara ( m/s)
t =
waktu tempuh (s)
s =
jarak (m)
Hasil dari perhitungan menggunakan rumus persamaan (2)
mendapatkan pengukuran minimum dari sensor sonar MB7066 yaitu 86,42 cm
sedangkan pengukuran maksimalnya 33,078 m. Hasil tersebut di dapatkan dengan
mengkalibrasikan dengan kecepatan rambat gelombang ultrasonik di dalam air
sebesar 1490m/s lihat TABEL 1, untuk mengetahui berapa besar error hasil
pengukuran menggunakan sensor sonar maka dapat menggunakan rumus seperti di
bawah ini.
C. Perangkat Lunak Sistem
Pengukuran Kedalaman Sungai
Selanjutnya masuk ke tahapan pembuatan perangkat lunak
yang berupa Source code yang sangat penting untuk membuat akuisisi data
sistem pengukuran kedalaman sungai, Source code tersebut akan didownload
ke mikrokontroler agar bekerja sesuai dengan yang diinginkan. Gambar 5
merupakan diagram alir program sistem pengukuran kedalaman sungai:
Hasil pengukuran kedalaman sungai kemudian akan
dikirim menggunakan transmitter 433Mhz kedarat dan kemudian akan diterima oleh
receiver yang ada di darat, selanjutnya masuk ketahap pembuatan program sistem
penerima yang ada di darat dimana sistem ini terdapat sebuah receiver yang
dapat menangkap hasil pengukuran kedalaman sungai yang dikirim oleh transmitter
yang ada di dalam boat. Gambar 6 merupakan diagram alir program
penerima hasil pengukuran kedalaman sungai yang ada di darat:
IV.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Untuk
sistem input dilakukan pengujian pada sensor Sonar MB7060 dan tahap
selanjutnya akan di lakukan pengujian pengukuran sensor sonar MB7060 dari atas boat.
A.
Pengujian Sensor Sonar MB7060 di Air
Pengujian
sensor dilakukan di sebuah tempat penampungan air (lihat gambar 7) yang berkedalaman
95 cm dan sebuah kolam. Presentase error di dapatkan dengan menggunakan rumus
persamaan (3), dari data hasil pengukuran pada TABEL II menunjukkan error
terbesar mencapai 0,96 % dan error terkecil -0,54%, Pengambilan data di atas
dilakukan di sebuah penampungan air dengan cara sensor Sonar MB7060 di letakkan
tegak lurus ke dalam permukaan air dan dalam keadaan diam.
B.
Pengujian Pengukuran Sensor Sonar MB7060 Di Kolam
Pengujian ini dilakukan disebuah kolam, dimana sensor
sonar MB7060 diletakkan didalam permukaan air (lihat gambar 8). Tempat
pengujian ini dilakukan di sebuah kolam dengan ukuran kolam 36 x 20 meter di
mana kedalaman kolam ini sangat bervariasi antara 120 cm sampai dengan
kedalaman 5 meter . Presentase Error di dapatkan dengan menggunakan rumus
persamaan (3), Dari data hasil pengukuran pada TABEL III menunjukkan error
terbesar mencapai -72.34% dikedalaman 120 cm dan error terkecil 5.03% di
kedalaman 500 cm, pengambilan data di atas dilakukan disebuah kolam dengan cara
sensor sonar MB7060 di letakkan tegak lurus ke dalam permukaan air dan dalam
keadaan diam, pengambilan data di kolam air ini bertujuan untuk mendapatkan
hasil pengukuran dari sensor sonar.
C.
Pengujian Pengukuran Sensor Sonar MB7060 Dari Atas Boat
Pengambilan data dari atas boat di lakukan
dengan cara sensor sonar MB7060 di letakkan di atas boat dengan posisi
tegak lurus ke dalam permukaan air dan pengambilan data dalam keadaan posisi boat
berhenti, pada saat boat berhenti sensor sonar akan mengirimkan gelombang
ultrasonik ke permukaan dasar kolam dan pantulan dari gelombang tersebut akan
diterima oleh receiver sensor sonar
Kemudian data yang diterima receiver akan
diolah oleh mikrokontroler setelah itu data tersebut akan dikirimkan
menggunakan transmitter ke receiver yang ada di darat menggunakan
gelombang radio dengan frekuensi 433 Mhz, setelah data diterima oleh receiver
yang ada di darat data tersebut akan diolah kembali oleh arduino kemudian
data tersebut akan di kirim ke komputer menggunakan serial komunikasi .
Presentase Error di dapatkan dengan menggunakan rumus
persamaan (3), dari data pada TABEL IV error terbesar mencapai 74,58 % dan
error terkecil mencapai 14,75%. Pengambilan data dari atas boat sangat
rumit dikarenakan adanya riak dari permukaan air sehingga posisi boat dapat
bergerak naik turun dan juga dapat membuat boat miring kekiri dan kanan,
riak pada permukaan air membuat boat tidak stabil sehingga sangat
mempengaruhi proses pengukuran, dari hasil pengukuran data yang di peroleh
mendapatkan error yang cukup besar. dengan adanya riak pada permukaan air ini
penulis membutuhkan metode khusus dalam pengambilan data pengukuran dimana
penulis mengambil 10 data hasil pengukuran disatu tempat dan membagi 10
sehingga data yang di peroleh mendapatkan data rata-rata dari hasil pengukuran,
data tersebut diproses menggunakan Visual Basic. Penggunan Visual
Basic bertujuan untuk menampilkan data hasil pengukuran dan menampilkan
data tersebut dalam bentuk grafik (lihat gambar 9).
V. KESIMPULAN DAN SARAN
A.
Kesimpulan
Berdasarkan penelitian dan pengujian sistem pengukuran
kedalaman sungai dapat disimpulkan beberapa hal dan hasil dari penelitian
yaitu: Pemetaan kontur dasar sungai dapat dibentuk menggunakan sensor Sonar
MB7060 dan mikrokontroler sebagai sistem akuisisi data. Transmitter yang
di letakkan pada boat dapat mengirim data ke receiver yang ada di darat
sehingga data yang diterima oleh receiver diolah oleh mikrokontroler dan
ditampilkan ke komputer menggunakkan Visual Basic.
Error
rata-rata setiap pengukuran di sebuah penampungan air yaitu 0.062%.
Error
rata-rata setiap pengukuran di sebuah kolam yaitu 25.9%.
Error
rata-rata setiap pengukuran menggunakan boat di sebuah kolam air yaitu 7.7%.
Riak
pada permukaan kolam dapat membuat boat tidak stabil sehingga dapat
mempengaruhi kinerja sensor sonar MB7060 dan dapat menghasilkan error yang
cukup besar pada hasil sistem pengukuran kedalaman sungai.
B.
Saran
Perlu
metode khusus untuk mengatasi riak gelombang permukaan kolam agar dapat merekam
data dengan akurat menggunakan sensor sonar.
Sensor
Sonar MB7060 bisa diganti dengan sensor sonar yang lebih bagus dan yang
memiliki resolusi tinggi agar proses pengukuran semakin presisi.
DAFTAR
PUSTAKA
Arduino Uno, oktober 2014. tersedia di http: //arduino.cc/en/Main/
ArduinoBoard/.
D.C.Giancoli, “ Fisika”. Penerbit Erlangga, Jakarta
1999
A.Kadir,“Panduan Praktis Mempelajari Aplikasi
Mikrokontroler dan pemogramannya Menggunakan Arduino”, Penerbit Andi,
Yogyakarta 2012.
MB7060 Datasheet, tersedia di http: // www.maxbotix/
Ultrasonik_Sensor/ MB7060. Html, Oktober 2014.
F.T.Patiung,“Rancang Bangun Robot Beroda Dengan
Pengendali Suara”, Skripsi Program S1 Teknik Elektro Universitas Sam
Ratulangi, Manado 2013.
R.L.Singgeta, “Rancang Bangun Robot Boat Navigasi
Tanpa Awak”. Skripsi Program S1 Teknik Elektro Universitas Sam
Ratulangi, Manado 2013
Transmitter And Receiver 433Mhz kit datasheet,
tersedia di http: // robotshop.com /files /pdf / datasheet - im120628014. Pdf
,November 2014.
0 komentar:
Posting Komentar