1

Abstrak— Perlu adanya tambahan weather station yang bisa

dimanfaatkan pada transportasi laut untuk mengatasi minimnya

jumlah weather station di Indonesia. Satu unit weather station

harganya sangat mahal, sehingga penelitian tugas akhir ini

merancang mini weather station dan sistem akuisisi datanya

yang dilengkapi dengan data logger dengan harga murah dan

nantinya bisa dimanfaatkan untuk trasnportasi laut. Weather

station yang dirancang mengukur variabel cuaca suhu (LM 35),

kelembaban (HSM 20G), kelajuan angin (rotary encoder), dan

arah angin (optocoupler). Setelah sistem dirancang dilakukan

pengujian dengan memberikan masukan tetap dan berubah

terhadap sistem dan dilihat keluarannya. Sistem akuisisi data

yang telah dirancang memiliki rentang suhu 26.2 oC sampai

80oC, span 53.8 oC, ketidakpastian pengukuran 0.30 oC, error

presisi 0.83 oC, error akurasi 0.84 oC, settling time dengan

perubahan mendadak 1.73 menit, dan perubahan perlahan

5.140 menit. Variabel kelembaban memiliki rentang 33.6%

sampai 97.82%, span 64.22%, ketidakpastian pengukuran

4.26%, error presisi 0.46%, error akurasi 1.24%, dan settling time

dengan perubahan perlahan 6.10 menit. Variabel kelajuan angin

memiliki rentang 0 ms-1 sampai 5.6 ms-1, span 5.6 ms-1,

ketidakpastian pengukuran 0.03 ms-1, error presisi 0.21 ms-1, dan

error akurasi 0.37 ms-1, settling time perubahan mendadak 2.48

detik, dan perubahan perlahan 6.68 detik. Terakhir arah angin

memiliki ketidakpastian pengukuran 2.90o.

Index Terms— sistem akuisisi data, weather station, suhu,

kelembaban, kelajuan angin, arah angin

I. PENDAHULUAN

emanasan global telah memberikan dampak meningkatnya

suhu permukaan bumi. Kenaikan suhu udara memicu

topan di kawasan Asia, sedangkan di wilayah Indonesia

terjadi kondisi cuaca yang berbeda – beda akibat variabilitas

suhu yang tidak menentu. Pola cuaca dan iklim yang tidak

beraturan akan mengganggu sarana transportasi laut. 38 %

kejadian kecelakaan transportasi laut disebabkan oleh bencana

alam (badai, anging kencang, ombak besar, dll). Jumlah

weather station di Indonesia sekitar 198 dari wilayah Banda

Aceh sampai dengan Timika, hal ini tidak sebanding dengan

luas wilayah Indonesia. Perlu adanya weather station

tambahan untuk menunjang penyedian informasi dan

prakiraan cuaca yang bisa dimanfaatkan pada transportasi

laut, hanya saja harga satu unit weather station sangatlah

mahal, padahal penjadwalan transportasi laut bertumpu pada

informasi dan prakiraan cuaca tersebut. Pada penelitian tugas

akhir ini dirancang mini weather station dan sistem akuisisi

datanya yang dilengkapi dengan data logger. Tujuannya

adalah mampu menghasilkan weather station dengan harga

murah yang nantinya bisa dimanfaatkan untuk trasnportasi

laut.

Variabel cuaca yang diukur pada sistem akuisisi data ini

adalah suhu, kelembaban, kelajuan angin, dan arah angin.

Sistem akuisisi data dengan empat variabel yang diukur

tersebut dibangun menjadi weather station. Sensor yang

digunakan untuk mengukur keempat variabel tersebut dipilih

berdasarkan keeffektifan dan keeffisienan untuk mendukung

jumlah produksi weather station secara massal. Komunikasi

pada sistem akuisisi data ini menggunakan komunikasi serial

dengan media transmisi kabel sepanjang 25 meter. Pada

sistem akusisi data yang dirancang dilengkapi dengan data

logger yang berguna untuk menyimpan data hasil pengukuran

sehingga nantinya bisa dimanfaatkan untuk berbagai

keperluan seperti penelitian, dsb.

II. DASAR TEORI

A. Weather station

Untuk mengetahui kondisi cuaca dan iklim diperlukan

adanya weather station (stasiun cuaca). Weather station

adalah sebuah fasilitas dengan instrumen dan peralatan yang

digunakan untuk mengamati kondisi atmosfer untuk

memberikan informasi prakiraan cuaca atau penelitian tentang

cuaca dan iklim. Cuaca adalah keadaan udara pada saat

tertentu dan di wilayah tertentu yang relatif sempit dan pada

jangka waktu yang singkat. Berbeda halnya dengan cuaca,

iklim adalah keadaan cuaca rata – rata dalam waktu satu

tahun yang penyelidikannya dilakukan dalam waktu yang

lama (minimal 30 tahun) dan meliputi wilayah yang luas.

Variabel yang diamati oleh setiap stasiun pengamatan cuaca

diantaranya adalah suhu udara, tekanan udara, kelembaban

udara, arah dan kelajuan angin, curah hujan, penguapan, dan

lamanya penyinaran oleh matahari. Variabel – variabel

tersebut memiliki pengertian masing – masing yang bisa

dijadikan prinsip dasar pengukurannya, sebagai contoh suhu

adalah ukuran kuantitatif terhadap panas dan dinginnya badan

atau hawa. Kelembaban udara terbagi dua macam, yaitu

kelembaban udara absolut dan kelembaban udara relatif.

Kelambaban udara absolut adalah banyaknya uap air yang

terdapat di udara pada suatu tempat, dinyatakan dengan

banyaknya gram uap air dalam 1 m3 udara. Sedangkan

kelambaban udara relatif adalah perbandingan jumlah uap air

dalam (kelembaban udara absolut) dengan jumlah uap air

maksimum yang dapat dikandung oleh udara tersebut dalam

suhu yang sama, dinyatakan dalam persen (%).

PERANCANGAN SISTEM AKUISISI DATA PADA MINI MARITIME

WEATHER STATION

Edi Yulianto1); Ir. Syamsul Arifin, MT.; Imam Abadi, ST. MT. 1) Department of Engineering Physics, Faculty of Industrial Technology

ITS Surabaya Indonesia 60111, email: die_tf07@ep.its.ac.id

P

2

B. Sistem Akuisisi Data

Sistem akuisisi data pada dasarnya adalah suatu sistem

pengukuran hanya saja variabel yang diukur banyak. Prinsip

dasar dari sistem akusisi data adalah “time shared” diantara

variabel yang akan diukur, teknik yang digunakan adalah time

division multiplexing. Selain itu, sistem akusisi data juga

memerlukan sistem komunikasi untuk mengirimkan data hasil

pengukuran ke suatu tempat penyimpanan data, misalkan dari

ke field instrument ke control room jika sistem akusisi

datanya digunakan di industri. Pada time division multiplexing

penyeleksian data masukan bergantian berdasarkan selang

waktu tertentu. Teknik ini bisa dilakukan mneggunakan

multiplekser dan demultiplekser atau penyeleksian data bisa

berbasis program yang mengadopsi prinsip kerja dari

multiplekser dan demultiplekser. Tipe seperti ini biasa

digunakan pada sistem akusisi data yang menggunakan

mikrokomputer atau mikrokontroler (1).

Sistem akusisi data terdiri dari beberapa elemen penyusun,

yaitu sensor dan pengkondisian sinyal, multiplekser, ADC

(analogue to digital converter), display, dan software untuk

menyimpan data. Dewasa ini, elemen multiplekser dan ADC

bisa langsung digantikan oleh mikrokontroler contohnya

ATMEGA 8535. Mikrokontroller adalah piranti elektronik

berupa IC (Integrated Circuit) yang memiliki kemampuan

manipulasi data (informasi) berdasarkan suatu urutan instruksi

(program) yang dibuat oleh programmer (2). Pada sistem

akusisi data mikrokontroler memiliki peranan yang penting

karena bisa merupakan komponen utama, mikrokontroler bisa

diperankan sebagai ADC, multiplekser, interfacing dengan

komponen lain, dll.

Gbr 1. Skema ATMEGA 8535 (2)

ATMEGA 8535 memiliki banyak fitur atau fasilitas yang

bisa dimanfaatkan untuk membuat sebuah sistem atau

melakukan pemograman. Telah dijelaskan bahwa setiap pin

yang ada di mikrokontroler memiliki fungsi masing – masing.

Fungsi – fungsi tersebut dapat dijabarkan dalam fitur – fitur,

yaitu input/output (I/O), Timer/Counter, External Interupt,

USART, ADC, analog comparator, SPI, I2C, LCD, dll. Fitur

yang dimanfaatkan pada penelitian ini adalah I/O untuk arah

angin, Timer dan External Interrupt untuk kelajuan angin,

ADC untuk suhu dan kelembaban, dan USART untuk

komunikasi serial.

Sinyal digital serial atau komunikasi serial dapat digunakan

untuk mengirimkan data dengan jarak yang lebih jauh (sekitar

sampai 1 km) dan biasanya digunakan dalam sistem telemetri.

Pada komunikasi serial, semua bits data dikirimkan setiap satu

bit pada rentang waktu tertentu dalam satu jalur. Kecepatan

pengiriman data pada komunikasi serial ditentukan dengan bit

rate, ini adalah banyaknya bit yang dikirim dalam satuan

waktu, biasanya dinyatakan dalam bits per second. Bagian

terpenting dari komunikasi serial adalah konektor DB9 dan

RS232. DB9 adalah konektor yang digunakan untuk

mengubungkan hardware dengan komputer. Kegunaan RS232

adalah sebagai driver yang akan mengubah tegangan dari

hardware agar sesuai dengan tegangan pada computer

sehingga dapat dibaca. Rangkaian interface menerjemahkan

level tegangan RS232 ke level tegangan TTL dan sebaliknya.

Pada RS232 tegangan high (1) adalah -15V sampai dengan -

3V sedangkan tegangan low (0) adalah +3V sampai dengan

+15V. Pada TTL tegangan high (1) adalah +2V sampai

dengan +5V sedangkan tegangan low (0) adalah +0V sampai

dengan +0,8V. Untuk menghubungkan antara mikrokontroler

ke PC atau PC ke PC biasanya digunakan format null mode,

pin TxD dihubungkan dengan RxD pasangannya, pin sinyal

ground dihubungkan dengan sinyal ground pasangannya.

Gbr 2. Port DB9 (3)

III. METODE

Langkah – langkah penelitian untuk mencapai tujuan yang

diharapkan bisa digambarkan dalam diagram alir seperti pada

Gbr 3.

A. Pra Eksperimen

Pra eksperimen meliputi pemilihan sensor untuk setiap

variabel yang diukur. Pemilihan sensor ini berdasarkan

keefektifan dan keefisienan sensor, hal ini berarti sensor yang

dipilih memiliki performa (akurasi, presisi, dll) bagus dengan

harga yang relatif murah. Selain itu, pertimbangan lain adalah

ketersediaan sensor dipasaran, hal ini untuk mempermudah

pencarian sensor jika akan dilakukan produksi massal

dikemudian hari. Mulai

Pra Eksperimen

Perancangan Sistem

Performansi

bagus?

Analisa Data dan

Pembahasan

Penyusunan Laporan

Selesai

Pengujian Sistem

Ya

Tidak

Gbr 3. Diagram alir penelitian

3

Sensor yang dipilih untuk mengukur suhu adalah LM 35.

LM 35 memiliki tegangan keluaran yang linear terhadap

perubahan suhu dan harganya relative murah. Selain itu, LM

35 memiliki rentang pengukuran -55 oC sampai 150

oC

sehingga bisa digunakan untuk mengukur suhu udara. HSM

20G merupakan sensor yang dipilih untuk mengukur

kelembaban. Tegangan keluaran HSM 20G linear terhadap

masukan kelembabannya. HSM 20G memiliki rentang

pengukuran 0% sampai 99%, oleh karena itu bisa digunakan

untuk mengukur kelembaban udara. Berbeda halnya dengan

suhu dan kelembaban, kelajuan dan arah angin menggunakan

sensor yang dibuat sendiri dengan menambahkan komponen

elektrik. Kelajuan angin diukur menggunakan wind cup yang

digabung dengan rotary encoder memanfaatkan

photointerrupter (optocoupler tipe U) dan piringan kisi.

Rotary encoder mengeluarkan sinyal pulsa yang frekuensinya

sebanding dengan kelajuan angin.

Gbr 4. Wind cup

Seperti kelajuan angin, arah angin juga memanfaatkan

optocupler untuk melakukan pengukuran. Optocoupler

digabung dengan sensor arah angin seperti Gbr 5. Perbadaan

antara kelajuan angin dan arah angin adalah penggunaan

piringan kisinya, jika piringan kisi pada kelajuan angin

memiliki bagian lubang dan hitam sebanyak 22 buah (Gbr 6)

yang menyebabkan optocupler bisa mengeluarkan sinyal

pulsa, arah angin hanya satu bagian hitam saja namun

optocupler yang digunakan banyak.

Gbr 5. Sensor arah angin

Optocoupler merupakan alat yang terdiri dari transmitter

infra merah dan receiver cahaya atau fotodetektor yaitu

fototransistor. Jika cahaya dari transmitter yang menuju

receiver tidak terhalang (mengenai lubang pada piringan kisi)

maka keluarannya adalah low, sedangkan jika terhalang

(mengenai bagian hitam piringan kisi) maka keluarannya

adalah high. Pada Gbr 7, sinyal input dihubungkan ke

tegangan Vcc sehingga transmitter selalu mengirimkan cahaya

ke fotodetektor. Kaki keluaran optocoupler dimasukkan ke

mikrokontroller

Gbr 6. Piringan kisi

B. Perancangan sistem

Perancangan sistem meliputi pengukuran variabel dan

interfacing termacuk data logger. Pengukuran variabel yang

dirancang memanfaatkan sensor – sensor yang telah dipilih

pada tahap pra eksperimen. Sensor tersebut akan diproses

sehingga diperoleh nilai variabel terukurnya. Pengukuran

setiap variabel membutuhkan pemrosesan yang berbeda –

beda satu dengan yang lainnya. Berikut akan dijelaskan

pemrosesan untuk masing – masing variabel.

Gbr 7. Rangkaian optocupler (4)

1) Suhu : Tegangan keluaran dari LM 35 langsung

dimasukkan ke ADC mikrokontroler (PORTA) 10 bit.

Nilai biner hasil konversi dikirim ke PC dengan

komunikasi serial yang selanjutnya akan diproses

sehingga diperoleh nilai suhu terukur. Untuk

memperoleh nilai suhu terukur terlebih dahulu harus

didapatkan hubungan antara ADC dan suhu (tahap

pengujian). Diagram blok sistem akuisisi data suhu

dapat dilihat pada Gbr 8.

Gbr 8. Diagram blok sistem akuisisi data suhu

2) Kelembaban : Seperti halnya LM 35, tegangan

keluaran HSM 20G langsung dimasukkan ke ADC

mikrokontroler (PORTA) 10 bit. Untuk memperoleh

tegangan keluaran HSM 20G, maka sensor dirangkai

seperti Gbr 9. Nilai biner hasil konversi dikirim ke PC

dengan komunikasi serial yang selanjutnya akan

diproses sehingga diperoleh nilai kelembaban terukur.

Diagram blok sistem akuisisi data suhu dapat dilihat

pada Gbr 10.

Gbr 9. Rangkaian HSM 20G (5)

Gbr 10. Diagram blok sistem akuisisi data kelembaban

4

3) Kelajuan Angin : Sinyal pulsa yang dihasilkan oleh

optocoupler sebagai informasi kelajuan angin

dimasukkan ke external interrupt mikrokontroler,

INT0 (PORTD.2), hal ini bertujuan untuk menghitung

jumlah pulsa yang masuk dalam satu detik (counter).

Selain INT0, counter juga memanfaatkan fasilitas

Timer0 mikrokontroler untuk mewaktu selama satu

detik sehingga akan diperoleh banyak pulsa per detik

yang nantinya akan diproses sehingga diperoleh nilai

kelajuan angin terukur. Diagram blok sistem akuisisi

data kelajuan angin dapat dilihat pada Gbr 11.

Gbr 11. Diagram blok sistem akuisisi data kelajuan angin

4) Arah Angin : Delapan buah optocoupler yang

digunakan sebagai sensor arah angin mewakili satu

arah mata angin. Jika keluaran optocoupler adalah

high, maka arah anginnya adalah yang diwakili oleh

optocoupler tersebut. Keluaran dari optocoupler

menjadi masukan pada mikrokontroler (PINC).

Algoritma pemograman pada mikrokontroler yang

digunakan untuk memperoleh arah angin berdasarkan

sinyal informasi yang diperoleh dari optocoupler bisa

dilihat pada Gbr 14. Diagram blok sistem akuisisi data

arah angin bisa dilihat pada Gbr 12.

Gbr 12. Diagram blok sistem akuisisi data arah angin

Seluruh sensor yang telah djelaskan di atas selanjutnya

diintegrasikan menjadi suatu sistem akusisi data. Sistem ini

terpusat pada satu mikrokontroler yang dihubungkan dengan

PC sebagai tampilan pengguna atau user interface – nya.

Sensor – sensor yang digunakan ditempatkan pada sebuah

tower dengan ketinggian 1.5 meter sehingga membentuk

seperti weather station (stasiun cuaca) dalam skala kecil atau

mini. Pada tower tersebut, ditempatkan pula mikrokontroler

sebagai pusat sistem pada sebuah kotak yang didalamnya juga

terdapat rangkaian catu daya sebagai sumber tegangan sistem.

Mikrokontroler bisa bekerja jika diberi catu daya sebesar 5

volt DC, selain itu mikrokontroler memerlukan beberapa

komponen tambahan supaya bisa bekerja yang dirangkai

dalam rangkaian minimum system (minsys).

Gbr 13. Menara weather station

Gbr 14. Diagram alir pemograman sensor arah angin

Pada mikrokontroler, pemrosesan kebanyakan hanya

pengubahan sinyal analog keluaran sensor menjadi digital,

seperti pada pengukuran suhu, kelembaban, dan pengubahan

menjadi besaran yang mewakili variabel yang diukur seperti

pada pengukuran kelajuan dan arah angin. Sinyal – sinyal

informasi yang diterima oleh mikrokontroler dari sensor

selanjutnya akan diolah di PC sehingga diperoleh nilai hasil

pengukuran. Pengiriman data dari mikrokontroler ke PC

menggunakan fasilitas komunikasi serial USART (Universal

Synchronous Asynchronous Receiver/Transmitter) untuk

mikrokontroler dan Microsoft Comm Control (MSCOmm)

pada Visual Basic (VB) untuk PC. Untuk menghubungkan

5

mikrokontroler dan PC diperlukan rangkaian untuk mengubah

tegangan keluaran mikrokontroler menjadi tegangan TTL.

Gbr 15. Rangkaian catu daya

Interfacing antara mikrokontroler dan PC menggunakan

komunikasi serial dua arah, artinya mikrokontroler akan

mengirimkan data jika ada permintaan dari PC untuk

mengirimkan data tersebut. PC akan meminta mikrokontroler

untuk mengirimkan semua data hasil pengukuran secara

bergantian dengan mengumpankan perintah, dalam penelitian

ini perintah dari PC berupa pengiriman karakter a, b, c, dan d

yang masing – masing mewakili satu variabel yang diukur.

Teknik komunikasi seperti ini meniru prinsip kerja dari

multiplekser dengan selektornya adalah karakter yang

dikirimkan.

Gbr 16. Rangkaian minsys

Setelah data – data hasil pengukuran diolah di PC sehinga

diperoleh nilai hasil pengukuran, selanjutnya dilakukan

penyimpanan data – data (data logging) hasil pengukuran

tersebut menggunakan fasilitas Microsoft ADO Data Control

(ADODC) pada VB yang dihubungkan dengan Microsoft

Office Access (Access).

Gbr 17. Jendela utama DAQ

User interface DAQ yang telah dibuat menggunakan VB

terdiri dari empat jendela (window), yaitu jendela log in,

DAQ, control panel, dan graph. Jendela log in digunakan

sebagai pengaman supaya tidak semua orang bisa

menggunakan program ini. Jendela kedua adalah jendela

utama (Gbr 17), yaitu jendela yang menampilkan data hasil

pengukuran, grafik salah satu variabel pengukuran yang ingin

ditinjau (pengaturan ada pada jendela graph), dan review data

yang disimpan di Access. Jendela control untuk mengatur port

serial yang digunakan, memulai dan menghentikan

pengukuran atau penyimpanan data pengukuran. Jendela

terakhir adalah jendela graph yang digunakan untuk mengatur

variabel apa yang grafiknya akan ditampilkan (diamati) pada

jendela utama.

C. Pengujian Sistem

Pengujian sistem bertujuan untuk mengetahui performa

sistem. Pengujian tersebut diantaranya adalah,

1) Pengujian ADC : bertujuan untuk melihat apakah nilai

ADC yang terbaca oleh mikrokontroler sudah sesuai

dengan nilai seharusnya. Pengujian dilakukan dengan

memberikan variasi tegangan ke ADC mikrokontroler

dan melihat nilai ADC yang terbaca. Tegangan yang

diberikan mulai dari 0 volt sampai 5 volt dengan 10

variasi.

2) Pengujian Komunikasi Serial : bertujuan untuk

mengetahui error yang disebabkan oleh media

transmisi (kabel 25 meter). Karena kabel yang dipakai

untuk komunikasi serial ada tiga, receiver (rx),

transmitter (tx), dan ground (gnd), sehingga pengujian

dilakukan dua kali, yaitu pengujian rx – gnd dan tx –

gnd. Pengujian dilakukan dengan memberikan variasi

tegangan masukan disatu sisi kabel dan mengukur

tegangan keluaran di sisi lainnya. Tegangan yang

diberikan mulai 0 volt sampai5 volt dengan variasi

sebanyak 5.

3) Pengujian Sistem Akuisisi Data Suhu : terdiri dari dua

pengujian yaitu pengujian dengan memberikan suhu

masukan tetap dan pengujian dengan memberikan suhu

masukan yang berubah. Nilai suhu yang terukur oleh

sistem dibandingkan dengan nilai suhu yang terukur

oleh kalibrator (termometer digital). Pengujian suhu

tetap dilakukan dengan memberikan masukan suhu

27.2oC sedangkan pengujian dengan suhu berubah

dilakukan dengan memberikan suhu mulai 34.6oC

sampai 80 oC.

4) Pengujian Sistem Akuisisi Data Kelembaban : terdiri

dari dua pengujian yaitu pengujian dengan mengukur

kelembaban ruangan (kelembaban tetap) dan pengujian

dengan kelembaban berubah. Nilai kelembaban yang

terukur oleh sistem dibandingkan dengan nilai

kelembaban yang terukur oleh kalibrator (hygrometer).

Kelembaban ruangan pada saat pengujian yang

digunakan sebagai sumber kelembaban tetap adalah

72.62% sedangkan sumber kelembaban berubah

yangdiberikan adalah 418.99% samapai 81.95%.

5) Pengujian Sistem Akuisisi Data Kelajuan Angin :

terdiri dari pra – pengujian hardware dan software,

pengujian dengan memberikan sumber angin tetap, dan

pengujian dengan memberikan sumber angin bebas

(alam). Pra – pengujian hardware dilakukan dengan

memberikan variasi angin ke sensor dan melihat sinyal

pulsa keluaran rotary encoder. Pra – pengujian

software dilakukan dengan memberikan sinyal pulsa

dengan berbagai frekuensi dan dilihat berapa frekuensi

yang terukur. Nilai kelajuan angin yang terukur oleh

sistem pada saat pengujian dibandingkan dengan nilai

kelajuan angin yang terukur oleh kalibrator

(anemometer). Pengujian angin dengan sumber tetap

dilakukan dengan memberikan 3 variasi kelajuan

angin, yaitu 2.7 ms-1

, 3.7 ms-1

, dan 4.7 ms-1

sedangkan

untuk sumber angin dari alam pada saat pengujian

adalah 0 ms-1

sampai 3 ms-1

.

6) Pengujian Sistem Akuisisi Data Arah Angin : dilakukan

dengan mengarahkan baling – baling pada sudut

tertentu kemudian diukur tegangan masing – masing

optocoupler dan melihat arah angin terukurnya.

Sebelum dilakukan pengujian terlebih dahulu

6

dilakukan pra – pengujian dengan memberikan

tegangan masukan pada PINC mikrokontroler sebagai

representasi keluaran optocoupler dan dilihat arah

angin yang ditampilkan.

IV. HASIL PENELITIAN

Setelah pengujian dilakukan diperoleh data – data yang

nantinya diolah sebagai bahan analisa. Berikut ini akan

ditampilkan hasil dari pengujian.

1) Pengujian ADC : setelah dilakukan pengujian

diperoleh rata – rata error konversi sebesar -4 atau

setara dengan rata – rata presentase error sebesar 2%.

Nilai ADC yang terbaca dibandingkan dengan nilai

konversi secara teoritis dengan menggunakan

persamaan 1.

��� � ��� 1023 (1)

Data hasil pengujian dapat dilihat pada Gbr 18, garis

merah adalah ADC terukur dan garis hitam adalah

ADC teori. Garis hitam cuma terlihat sedikit karena

berimpit dengan garis merah, hal ini mengindikasikan

bahwa error antara ADC terukur dengan teori kecil.

Gbr 18. Grafik perbandingan ADC terukur dengan ADC teori

2) Pengujian Komunikasi Serial : dari pengujian ini

diperoleh rata – rata error untuk pengujian rx – gnd -

0.005 volt atau setara dengan rata – rata presentase

error -0.145%. Sedangkan pengujian tx – gnd

diperoleh rata – rata error -0.004 volt atau setara

dengan rata – rata presentase error -0.124%. Dari data

tersebut bisa terlihat bahwa media transmisi komuniasi

serial yang dipakai memiliki error yang kecil sehingga

informasi yang dikirim tidak hilang.

Gbr 19. Grafik perbandingan tegangan masukan dengan keluaran

pengujian rx – gnd

Data – data hasil pengujian tx – gnd dapat dilihat pada

Gbr 19 sedangkan rx – gnd pada Gbr 20. Kedua

gambar tersebut menunjukkan perbandingan antara

tegangan masukan dan tegangan keluaran sehingga

bisa terlihat bahwa errornya.

Gbr 20. Grafik perbandingan tegangan masukan dengan keluaran

pengujian tx - gnd

3) Pengujian Sistem Akuisisi Data Suhu : sebelum

dilakukan pengujian terlebih dahulu dicari hubungan

antara ADC dan suhu terukur dengan memberikan

variasi suhu ke sensor dan melihat ADC keluarannya.

Hubungan antara ADC dan suhu digambarkan pada

Gbr 21.

Gbr 21. Grafik hubungan ADC keluaran LM 35 dengan suhu

Pengujian sistem akusisi data suhu dengan suhu tetap

menghasilkan rata – rata koreksi (selisih pembacaan

standar dengan pembacaan alat) 0.07 oC dan presentase

error pembacannya adalah 0.27%. Pengujian dengan

suhu berubah memperoleh nilai D (selisih koreksi

dengan rata – rata koreksi), d (selisih nilai terukur

dengan rata – rata nilai terukur), dan error (selisih

pembacaan alat dengan pembacaan standar). Nilai yang

diperoleh adalah ∑D2 sebesar 5.11, ∑d

2 sebesar 3.85,

∑Error2 sebesar 4.00. ∑D

2 digunakan untuk mencari

ketidakastian pengukuran, ∑d2 digunakan untuk

mencari error presisi, dan ∑Error2 digunakan untuk

mencari error akurasi.

Gbr 22. Grafik perbandingan pembacaan alat dan standar pengujian

suhu

Gbr 22 menunjukkan perbandingan pembacaan alat

dan standar berdasarkan data pengujian keseluruhan.

Pada gambar tersebut kita bisa melihat errornya

dengan memperhatikan garis merah (pembacaan alat)

dan garis hitam (pembacaan standar). Error dari data

seluruh pengujian rata – rata adalah -0.30 oC atau -

0.70%.

7

4) Pengujian Sistem Akuisisi Data Kelembaban :

Hubungan antara nilai ADC dengan kelembaban

terukur digambarkan pada Gbr 23 Pengujian dengan

kelembaban tetap (kelembaban lingkungan)

memperoleh rata – rata error 0.56 atau setara dengan

rata – rata presentase error 0.77%. Nilai lain yang

diperoleh dari pengujian ini adalah ∑D2 sebesar 5.11,

∑d2 sebesar 2.20, ∑Error

2 sebesar 15.90. Pengujian

lainnya adalah memberikan kelembaban yang berubah.

Dari pengujian tersebut diperoleh rata – rata koreksi

sebesar 1.60% dan ∑D2 sebesar 1541.24.

Gbr 23. Grafik hubungan ADC keluaran HSM 20G dengan

kelembaban

Seluruh data hasil pengujian, baik pengujian dengan

kelembaban tetap atau berubah, bisa digambarkan pada

Gbr 24. Berdasarkan gambar tersebut kita dapat

mengamati errornya. Secara kuantitatif error yang

terjadi rata – rata -0.84%.

Gbr 24. Grafik perbandingan pembacaan alat dan standar pengujian

kelembaban

5) Pengujian Sistem Akuisisi Data Kelajuan Angin : Hasil

pra – pengujian hardware menunjukkan bahwa

frekuensi sinyal pulsa keluaran rotary encoder

sebanding dengan kelajuan angin yang diberikan. Dari

pra – pengujian software diperoleh rata – rata error

pembacaan frekuensi sebsar 3.51 pulsa dan rata – rata

presentase error 1.13%. Berdasarkan pra – pengujian

hardware dan software yang telah dilakukan diketahui

bahwa sistem dapat bekerja dan bisa digunakan untuk

mengukur kelajuan angin.

Gbr 25. Grafik hubungan kecepatan sudut dengan kelajuan angin

Hubungan antara banyak pulsa per detik dengan

kelajuan angin terukur bisa dilihat pada Gbr 25.

Pengujian dengan sumber tetap dilakukan sebanyak

lima kali, mulai kelajuan 2.7 ms-1

sampai 4.7 ms-1

dan

kembali lagi ke 2.7 ms-1

. Dari pengujian ini diperoleh

rata – rata error -0.04 ms-1

atau setara dengan rata –

rata presentase error -1.36 %. Pengujian lainnya adalah

dengan memberikan sumber angin bebas, dari

pengujian ini diperoleh rata – rata koreksi -0.20 ms-1

dan ∑D2 sebesar 11.17.

Gbr 26. Grafik perbandingan pembacaan alat dan standar pengujian

kelajuan angin

Pada Gbr 26, garis merah (pembacaan alat) tidak

banyak yang berimpit dengan garis hitam (pembacaan

standar). Hal ini mengindikasikan bahwa masih banyak

error namun errornya kecil (terlihat dari simpangan

garis merah tidak terlalu jauh dari garis hitam). Rata –

rata error dari seluruh pengujian adalah 0.13 ms-1

.

6) Pengujian Sistem Akuisisi Data Arah Angin : Dari

pengujian awal diketahui bahwa dengan memberikan

tegangan ke mikrokontroler sebagai representasi

keluaran optocoupler sistem bisa bekerja. Dari

pengujian yang dilakukan diperoleh rata – rata koreksi

11.25o dan ∑D

2 2025.

Selain pengujian – pengujian yang telah dijelaskan tadi,

telah dilakkan juga pengujian untuk mengetahui settling time

sistem dengan memberikan perubahan secara mendadak dan

perlahan. Dari hasil pengujian ini diperoleh rata – rata settling

time untuk sistem akuisisi data suhu untuk perubahan secara

mendadak adalah 1.73 menit, sedangkan untuk perubahan

secara perlahan adalah 5.140 menit. Rata – rata settling time

untuk sistem akuisisi data kelembaban dengan perubahan

perlahan adalah 6.10 menit. Rata – rata settling time sistem

akuisisi data kelajuan angin untuk perubahan mendadak

adalah 2.48 detik, sedangkan untuk perubahan perlahan adalah

6.68 detik.

Setelah dilakukan pengujian terhadap sistem akuisisi data

yang telah dirancang, langkah selanjutnya adalah melakukan

analisa terhadap data – data yang diperoleh dari pengujian.

Pada saat pengujian diperoleh data error, koreksi, d, D yang

akan digunakan untuk analisa. Analisa yang bisa dilakukan

dengan memanfaatkan data tersebut diantaranya adalah

mengetahui ketidakpastian pengukuran, error akurasi, dan

error presisi. Ketidakpastian pengukuran bisa dicari dengan

menggunakan persamaan 2, yaitu

�� � ��√� (2) (6)

Ua adalah ketidakpastian pengukuran, n adalah jumlah data,

dan σu adalah standar deviasi koreksi maksimum. Standar

deviasi koreksi maksimum bisa dicari dengan menggunakan

persamaan di bawah ini,

8

�� � �∑��������� (3) (6)

Error akurasi dan error presisi pada dasarnya sama, hanya

saja error akurasi bergantung pada nilai standar sedangkan

error presisi bergantung pada rata – rata pembacaan alat.

Error akurasi bisa dicari dengan menggunakan persamaan –

persamaan di bawah ini,

�� � 1.96�� # $� (4) (6)

�� � �∑�%&&'&������� (5) (6)

$� � �(√� (6) (6)

Ea adalah error akurasi, σa adalah standar deviasi akurasi,

dan αa adalah error standar akurasi. Persamaan untuk mencari

error presisi sama dengan error akurasi hanya saja yang

membedakan adalah nilai standar deviasinya. Pada error

akurasi nilai standar deviasi bergantung pada nilai error

sedangkan error presisi bergantung pada nilai d, d adalah

selisih antara pembacaan alat dengan rata – rata pembacaan

alat. Oleh karena itu, persamaan untuk mencari error presisi

menjadi seperti di bawah ini,

�) � 1.96�) # $) (7) (6)

�) � �∑�*������� (8) (6)

$) � �+√� (9) (6)

Ep adalah error presisi, σp adalah standar deviasi presisi,

dan αp adalah error standar presisi. Perhitungan error akurasi

dan error presisi pada penelitian tugas akhir ini menggunakan

tingkat kepercayaan 95% sehingga pada persamaan 4.9 dan

4.12 yang digunakan hanya σ bukan 2σ ataupun 3σ. Error

akurasi dan error presisi menunjukkan kesalahan maksimum

yang mungkin terjadi dengan acuan nilai standar untuk

akurasi dan rata – rata pembacaan untuk presisi.

Sistem akuisisi data suhu diperoleh rentang pengukuran

26.2 oC sampai 80

oC, sehingga span pengukurannya adalah

53.8 oC. Ketidakpastian pengukuran sistem akuisisi data suhu

berdasarkan pengujian adalah 0.30 oC dengan standar deviasi

koreksi maksimumnya (σu) sebesar 0.85 oC dan jumlah data

koreksi yang diperoleh dari pengujian berulang adalah

delapan. Berdasarkan pengujian dengan suhu tetap diperoleh

σp sebesar 0.38 oC dan αp sebesar 0.07, sehingga diperoleh Ep

sebesar 0.83 oC. selain itu, diperoleh σa sebesar 0.39

oC dan αa

sebesar 0.08, sehingga diperoleh juga Ea sebesar 0.84 oC.

Sistem akuisisi data kelembaban mempunyai rentang

pengukuran 33.6% sampai 97.82% dan span pengukuran

64.22%. Ep sistem akuisisi data kelemababan adalah 0.46%

berdasarkan nilai σp sebesar 0.22% dan αp sebesar 0.03. Ea

sistem akuisisi data kelembaban adalah 1.24% berdasarkan

nilai σa sebesar 0.59% dan αa sebesar 0.09. Jumlah data

pengujian yang digunakan untuk memperoleh Ep dan Ea

sistem akuisisi kelambaban adalah 47 data.

Nilai rata – rata Ea sistem akuisisi data kelajuan angin

sebesar 0.37 ms-1

dan rata – rata Ep sistem akuisisi data

kelajuan angin sebesar 0.21 ms-1

. Nilai tersebut diperoleh dari

pengujian dengan sumber tetap. Berdasarkan pengujian

dengan sumber bebas, diperoleh nilai ketidakpastian

pengukuran sebesar 0.03 ms-1

dengan σu sebesar 0.30 ms-1

.

Dari data – data hasil pengujian dapat diketahui rentang

pengukuran sistem akuisisi data kelajuan angin adalah 0 ms-1

sampai 5.6 ms-1

dan span pengukurannya adalah 5.6 ms-1

.

Nilai ketidakpastian pengukuran (Ua) sistem akuisisi data

arah angin adalah 2.90o. Nilai ini diperoleh berdasarkan nilai

standar deviasi koreksi maksimum (σu) sebesar 11.62o. Karena

sistem akuisisi data arah angin hanya mampu membaca

delapan arah angin sehingga resolusinya adalah 45o.

V. KESIMPULAN

Telah dirancang sistem akuisisi data untuk mini weather

station dengan variabel yang diukur adalah suhu, kelembaban,

kelajuan angin, dan arah angin. Spesifikasi sistem yang telah

dirancang adalah sebagai berikut,

1. Sistem akuisisi data suhu memiliki rentang 26.2 oC sampai

80oC, span 53.8

oC, ketidakpastian pengukuran 0.30

oC,

error presisi 0.83 oC, dan error akurasi 0.84

oC. Settling

time sistem akuisisi data suhu dengan perubahan

mendadak adalah 1.73 menit dan untuk perubahan

perlahan adalah 5.140 menit.

2. Sistem akuisisi data kelembaban memiliki rentang 33.6%

sampai 97.82%, span 64.22%, ketidakpastian pengukuran

4.26%, error presisi 0.46%, dan error akurasi 1.24%.

Settling time sistem akuisisi data kelembaban dengan

perubahan perlahan adalah 6.10 menit.

3. Sistem akuisisi data kelajuan angin memiliki rentang 0 ms-

1 sampai 5.6 ms

-1, span 5.6 ms

-1, ketidakpastian

pengukuran 0.03 ms-1

, error presisi 0.21 ms-1

, dan error

akurasi 0.37 ms-1

. Settling time sistem akuisisi data

kelajuan angin dengan perubahan mendadak adalah 2.48

detik dan untuk perubahan perlahan adalah 6.68 detik.

4. Sistem akuisisi data arah angin memiliki ketidakpastian

pengukuran 2.90o.

Saran untuk pengembangan dari penelitian ini diantaranya

adalah,

a. Prinsip quadrature encoder yang biasa dipakai untuk

mengukur sudut perubahan motor bisa dicoba

diimplementasikan sebagai prinsip pengukuran arah angin

karena prinsip yang digunakan pada penelitian ini

memiliki banyak kelemahan. Prinsip yang dipakai pada

penelitian ini memerlukan banyak optocoupler karena satu

optocoupler mewakili satu arah angin. Banyaknya

optocoupler membuat sistem rentan akan kerusakan dan

sulit untuk melakukan perbaikan, hal ini terlihat dari data

yang diperoleh sedikit dikarenakan sering tidak

berfungsinya sistem tersebut.

b. Penambahan variabel yang diukur seperti tekanan udara,

radiasi sinar matahari, curah hujan, dll sehingga

memberikan banyak data cuaca yang bisa dimanfaatkan

untuk penelitian lainnya seperti peramalan cuaca maritime

secara real time.

c. Desain mekanik dibuat lebih melindungi komponen –

komponen elektrik. Pada penelitian ini komponen elektrik

sudah terlindungi hanya saja belum maksimal karena

pernah mengalami masalah karena terganggu oleh hujan.

VI. DAFTAR PUSTAKA

1. Bentley, John P. Principles of Measurement System. Third.

Singapore : Longman Singapore Publisher (Pte) Ltd., 1995.

2. Arifianto, B. Modul Training Mikrokontroler for Begginer.

s.l. : Max-tron.

9

3. [Online] January 11, 2011. http://www.aggsoft.com/rs232-

pinout-cable/images/9-pinout.gif.

4. [Online] November 2008, 2010.

http://jaenal91.files.wordpress.com/2009/02/bb.jpg.

5. [Online] September 15, 2010.

http://www.justmystage.com/home/bellseki/HSM-20G.pdf.

6. Mories, S Alan. Measurement and Instrumentation

Principle. 3rd. Great Britain : Butterworth Heinemann,

2001.

7. Rancang Bangun Sistem Akuisisi Data Cuaca untuk

Telemetri. Maulana, Yudi Yulius and Wahyu, Yuyu. 1,

2003, Vol. III. ISSN 1411-8289.

8. Aplikasi Sistem Logika Fuzzy pada Peramalan Cuaca di

Indonesia untuk Mendeteksi Kejadian Anomali Tinggi

Gelombang Laut Surabaya. Arifin, Syamsul. 2009.

9. Kresnawan, Andre. Penerapan Model Jaringan Syaraf

Tiruan untuk Memprediksi Gangguan Cuaca Maritim di

Wilayah Tanjung Perak Surabaya. Surabaya : Teknik

Fisika - ITS, 2008.

10. Barret, Steven F. and Pack, Daniel J. Atmel AVR

Microcontroller Primer: Programming and Interfacing.

2008.

11. Andrianto, Heri. Pemograman Mikrokontroler AVR

ATMEGA16 Menggunakan Bahasa C (CodeVision AVR).

Bandung : Informatika, 2008.

BIODATA

Nama : Edi Yulianto

TTL : Sukoharjo, 16 Juli 1989

Alamat : Kp Kaum Kidul Rt 01/02 Rajapolah Tasikmalaya

46155

Email : die_tf07@ep.its.ac.id

die_eagles@yahoo.com

Riwayat Pendidikan :

TK PGRI Fajar Kasih

(1994 – 1995)

SDN 1 Rajapolah

(1995 – 2001)

SMP Islam Cipasung

(2001 – 2004)

SMAN 2 Tasikmalaya

(2004 – 2007)

Teknik Fisika FTI – ITS

(2007 – sekarang)