tugas

1

Makalah Seminar Kerja Praktek

SENSOR ULTRASONIK UNTUK DETEKSI KETINGGIAN AIR BERBASIS

MIKROKONTROLLER ARDUINO PADA PT.ANGKASA PURA I (PERSERO)

BANDARA AHMAD YANI SEMARANG

Ganjar Winasis.1, Ajub Ajulian Z., ST. MT.2 1Mahasiswa dan

2Dosen Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro

Jl. Prof. Sudharto, Tembalang, Semarang, Indonesia

Email : [email protected]

Abstrak

Sistem sensor deteksi ketinggian air mempunyau banyak metode yang berbeda-beda dari zaman ke

zaman. Di era yang modern ini, sensor deteksi ketinggian air dapat dilakukan tanpa harus kontak langsung

dengan objek yang diinginkan. Sensor deteksi ketinggian air dapat menggunakan teknologi sensor ultrasonik.

Dengan adanya sistem sensor ultrasonic untuk deteksi ketinggian air ini diharapkan dapat membantu

engineer dalam mengontrol ketinggian tanpa harus mengkhawatirkan masalah keropos pada alat. Sensor

ultrasonik juga tergolong sensor yang simple dan akurat.

Pada makalah kerja praktek ini akan dibahas bagaimana cara perancangan dan pembuatan sistem

sensor ultrasonic untuk deteksi ketinggian air dengan komponen mikrokontroller arduino dan sensor HC-SR04.

Kata Kunci : water level sensor, sensor, arduino, HC-SR04

I. PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Dalam dunia jasa pelayanan transportasi

udara Bandara merupakan salah satu aspek dalam

menunjang kemajuan dunia penerbangan. Dengan

berkembangnya teknologi pesawat yang semakin

canggih, bandara pun juga dituntut untuk terus

berkembang. Pengembangan bandara sendiri dapat

dilakukan pada aspek teknologi, pelayanan, maupun

kenyamanan pada landasan pesawat.

Pada umumnya, di Indonesia, seluruh

bandara sudah dilakukan pembanguan yang lebih

lanjut untuk melayani kebutuhan penerbangan. Di

kota Semarang, Bandara Ahmad Yani juga tidak

mau ketinggalan untuk mengembangkan

bandaranya. Salah satunya dengan mengembangkan

konsep floating airport pertama di Indonesia.

Floating Airport merupakan pembangunan bandara

diatas permukaan air laut. Konsep ini sendiri

digunakan karena letak geografis bandara Ahmad

Yani bersebelahan dengan laut.

Dengan konsep yang akan diterapkan

tersebut, terdapat beberapa kendala yang harus

diantisipasi dengan cepat dan tepat. Salah satu

kendala adalah masuknya air laut ke dalam landasan

pesawat. Masuknya air laut ini dapat dikarenakan

angin laut. Jika dibiarkan, air laut akan menggenangi

landasan. Kondisi ini dapat diperparah jika terjadi

hujan. Saat hujan, landasan bias tergenang air dan

pesawat tidak dapat beroperasi.

Untuk mengantisipasi kondisi banjir,

pengelola bandara Ahmad Yani telah menyediakan

pompa air dan beberapa tangki penampungan untuk

air laut dan air hujan di landasan. Berdasarkan

kondisi tersebut, dalam laporan ini penulis akan

membuat sistem otomasi untuk tangki penampungan

air. Sistem yang dimaksut adalah penggunaan sensor

ultrasonik untuk deteksi ketinggian level air.

1.2 Tujuan

Tujuan penulisan makalah kerja praktek ini

adalah untuk mempelajari proses dalam

mendesain sebuah sensor ultrasonik untuk deteksi

ketinggian air.

1.3 Batasan Masalah

Makalah ini dibatasi hanya pada

perencanaan software dan hardware dengan

menggunakan mikrokontroller arduino.

II. DASAR TEORI

Sensor ultrasonik dalam perencanaanya

digunakan untuk mendeteksi ketinggian air dalam

sebuah penampungan air. Dengan perancangan ini,

diharapkan dapat memudahkan dalam memantau

ketinggian air tersebut. Dalam perancangannya,

2

sensor ini memerlukan beberapa komponen penting.

Berikut adalah komponen penyusun sensor

ultrasonik sebagai deteksi ketinggian air : a. Mikrokontroler

Mikrokontroler adalah salah satu dari bagian

dasar dari suatu sistem komputer. Meskipun

mempunyai bentuk yang jauh lebih kecil dari suatu

komputer pribadi dan komputer mainframe,

mikrokontroler dibangun dari elemen-elemen dasar

yang sama. Secara sederhana, komputer akan

menghasilkan output spesifik berdasarkan inputan

yang diterima dan program yang dikerjakan. Seperti

umumnya komputer, mikrokontroler adalah alat yang

mengerjakan instruksi-instruksi yang diberikan

kepadanya. Artinya, bagian terpenting dan utama

dari suatu sistem terkomputerisasi adalah program

itu sendiri yang dibuat oleh seorang programmer.

Program ini menginstruksikan komputer untuk

melakukan jalinan yang panjang dari aksi-aksi

sederhana untuk melakukan tugas yang lebih

kompleks yang diinginkan oleh programmer.

Gambar 1. Tampilan Arduino Mega 2560

Untuk komponen mikrokontroller, penulis

menggunakan Arduino Mega 2560. Arduino Mega

2560 adalah board berbasis mikrokontroller

Atmega2560. Board ini memiliki 54 digital I/O pin

(15 pin dapat digunakan sebagai ouput PWM), 16

input analog, 4 UARTs, koneksi USB, power jack,

dan tombol reset.

b. Sensor HC-SR04

Sensor HC-SR04 merupakan sensor

ultrasonik yang berfungsi untuk melakukan deteksi

dengan parameter jarak. Sensor ini memiliki daerah

kerja antara 2cm hingga 400cm dalam kondisi tanpa

terjadi kontak langsung dengan objek. HC-SR04

meliputi ultrasonic transmitters, receiver, dan

rangkaian kontrol. Sensor ini menggunakan

gelombang ultrasonik untuk menentukan jarak dari

benda yang berada di depannya. Cara kerjanya mirip

dengan lumba-lumba atau kelelawar saat melakukan

navigasi.

Gambar 2. Modul Sensor HC-SR04

HC-SR04 memiliki kinerja yang baik dalam

mendeteksi jarak, dengan tingkat akurasi yang tinggi

serta deteksi yang stabil. Penggunaannya pun sangat

mudah, misalnya pada Arduino cukup hubungkan

keluaran dari modul sensor ini dengan pin masukan

digital dari papan pengembang ini. Hitung waktu

antara saat pengiriman signal dengan saat signal

pantulan diterima, bagi dengan dua kali kecepatan

suara, maka jarak yang terdeteksi akan segera

didapatkan.

c. Software Arduino ISE

Arduino IDE adalah sebuah editor yang

digunakan untuk menulis program, mengcompile

ke mikrokontroler keluarga AVR. Program ini

memungkinkan penggunanya memprogram AVR

dengan bahasa C/C++ yang relatif lebih familiar

dibandingkan bahasa pemrograman lainnya.

Dalam penggunaan, arduino hanya perlu

mendefinisikan dua fungsi untuk membuat

program runable, yaitu:

1. Setup () :fungsi dijalankan sekali pada awal

program yang dapat

menginisialisasi pengaturan.

2. Loop () :fungsi yang disebut berulang-ulang

sampai mikrokontoler off.

Arduino IDE menggunakan GNU toolchain

dan AVR libc untuk mengkompilasi program-

program dan AVR dude untuk upload program.

3

Gambar 3. Tampilan Arduino ISE

Terlihat dari gambar 3 Arduino IDE memiliki

beberapa beberapa komponen dasar yang penting

seperti workspace, status eror, toolbar menu.

1. Workspace digunakan untuk menulis

sintakssintaks program

2. Eror status digunakan untuk mengecek

status eror dari program

3. Toolbar menu digunakan untuk

menggunakan fungsi fungsi yang berada

pada suatu menu tersebut.

Berikut dapat dilihat pada tabel 2.1 beberapa

instruksi-instruksi dasar yang dapat digunakan pada

mikrokontroler ATmega32.

Tabel 1. Perintah dasar pemrograman Arduino

III. PEMBAHASAN dan PENGUJIAN

a. Perancangan Umum

Suara yang dipancarkan transmitter sensor

ultrasonik dapat dipantulkan oleh berbagai bidang.

Begitu juga pada zat cair, suara ultrasonik dapat

dipantulkan ke receiver dengan baik. Suara

ultrasonik tersebut merupakan parameter utama

yang digunakan untuk melakukan pengukuran

ketinggian air. Data yang diterima receiver akan

diteruskan ke mikrokontroller untuk melakukan

perintah output yang diinginkan.

Dalam penerapannya disebuah penampungan

air, sensor ultrasonik di letakkan pada ujung atas dan

menghadap ke bawah secara tegak lurus.

Transmitter dan receiver harus langsung berhadapan

dengan permukaan air. Apabila ada benda asing

yang menghalangi, sensor tidak akan mendeteksi

permukaan air melainkan mendeteksi benda asing

tersebut. Kondisi tersebut dapat mengakibatkan

kesalahan dalam mendapatkan data yang diinginkan.

sinyalkeluaran

gelombangultrasonik

fluida

sensorultrasonik

sinyalkeluaran

gelombangultrasonik

fluida

sensorultrasonik sinyal

keluaran

gelombangultrasonik

fluida

sensorultrasonik

bendaasing

(a) (b) (c)

Gambar 4. Penempatan posisi sensor ultrasonik

Pada gambar 4 (a) dapat kita lihat bagaimana

penempatan sensor ultrasonik yang benar.

Sedangkan pada gambar 4 (b) dan (c) merupakan

penempatan sensor ultrasonik yang salah dan tidak

dapat berfungsi sesuai dengan kontrol yang

diberikan.

4

Diagram Alir Program

Berikut adalah gambaran dari diagram alir

yang mendasari sistem dari sensor ultrasonik untuk

deteksi ketinggian air :

Gambar 5. Diagram Alir Program

Perancangan Hardware

Dalam mendesain perangkat sensor deteksi

ketinggian permukaan air, penulis menggunakan

beberapa komponen utama. Dalam tabel 3.1 berikut,

dapat dilihat daftar singkat komponen-komponen

utama yang digunakan :

Tabel 2. Komponen komponen utama

No Komponen Kegunaan

1 Arduino Mega 2560 Mikrokontroller sensor

2 HC-SR04 Sensor ultrasonik

3 LED Hijau Indikator ON/OFF pompa air

4 LED Merah Indikator ketinggian permukaan

air

Rangkaian sensor deteksi ketinggian

permukaan air ini sebenarnya dapat bekerja dengan

koneksi langsung pada pompa air. Namun dalam

melakukan penelitian ini, penulis hanya

menggunakan led hijau sebagai indikator mati atau

nyalanya pompa air. Nantinya rangkaian sensor ini

akan dikembangkan lagi dan langsung dikoneksikan

ke pompa air.

Gambar 5. Rangkaian sensor ultrasonik

Dilihat pada gambar 5, sensor HC-SR04

langsung dikoneksikan pada Arduino Mega.

Terdapat 4 pin pada HC-SR04, yaitu : pin vcc, pin

ground, pin echo, dan pin trig. Pin trig terhubung

pada pin digital 12. Pin trig berfungsi sebagai input

dan mengirimkan sinyal suara ultrasonik untuk

dipantulkan pada permukaan air. Sedangkan pin

echo terkoneksi dengan pin digital 13. Pin echo

berfungsi sebagai output. Pin ini menunggu sinyal

suara ultrasonik yang telah dipantulkan dan

langsung melakukan pengukuran ketinggian air.

Sinyal keluaran dari sensor HC-SR04 berupa sinyal

high atau sinyal low.

Dalam perangkat sensor yang dibuat dalam

laporan ini, sensor diletakkan pada atas permukaan

dan menghadap ke bawah secara tegak lurus.

Sehingga dalam melakukan pengkodean, perlu

diperhatikan range jarak yang diinginkan dari

sensor. Dalam penelitian ini, digunakan media

ember sebagai alat bantu pengganti tandon

penampungan air. Ember yang digunakan memiliki

ketinggian 32cm.

Terdapat 4 buah led pada rangkaian sensor. 3

buah led merah masing-masing terkoneksi dengan

arduino pada pin 4, pin 5, dan pin 6. Sedangkan 1

buah led hijau terkoneksi dengan arduino pada pin 3.

Arduino mega 2560 bekerja dengan tegangan

sebesar 5 VDC. Begitu pula dengan sensor HC-

SR04 yang bekerja dengan vcc sebesar 5 VDC. LED

merah memerlukan tegangan sekitar 1,8 V-2,1 V

dan LED hijau memerlukan tegangan 2,6 V. Untuk

menunjang keseluruhan sistem maka digunakan

baterai sebesar 9 V.

5

Perancangan Software

Perancangan softaware dilakukan dengan

menggunakan software Arduino ISE. Software yang

dimaksut merupakan listing program untuk

mengatur miktrokontroller yang digunakan. Berikut

listing program dan penjelasanya:

const int pingPin = 13; //deklarasi pin echo pada pin

13

int inPin = 12; //deklarasi pin echo pada pin 12

int greenLed = 3; //led hijau pada pin 3

int redLed = 4; //led merah pada pin 4

int redLed_2 = 5; //led merah_2 pada pin 5

int redLed_3 = 6; //led merah_3 pada pin 6

int maximum_range = 28; //menentukan range

maksimum sebesar 28 cm

int minimum_range = 5; //menentukan range

minimum sebesar 5 cm

void setup() {

Serial.begin(9600); //menentukan baud rate sebesar

9600

}

void loop()

//siklus trigpin/echopin digunakan untuk

menghitung jarak dengan mengirimkan sinyal

ultrasonik

{

long duration, tinggi; //deklarasi tinggi merupakan

variabel dari long duration

pinMode(pingPin, OUTPUT); //pinPin sebagai

output

pinMode(greenLed, OUTPUT); //greenLed sebagai

output

pinMode(redLed, OUTPUT); //redLed sebagai

output

pinMode(redLed_2, OUTPUT); //redLed_2 sebagai

output

pinMode(redLed_3, OUTPUT); //redLed_3 sebagai

output

digitalWrite(pingPin, LOW); //set pingPin on ketika

low

delayMicroseconds(2); //delay

digitalWrite(pingPin, HIGH); //set pingPin off

ketika high

delayMicroseconds(5); //delay

digitalWrite(pingPin, LOW);

pinMode(inPin, INPUT); //set inPin sebagai input

duration = pulseIn(inPin, HIGH);

tinggi =

microsecondsToCentimeters(duration); //merubah

waktu ke jarak

//* kode untuk mengatur on/off sanyo (led hijau) *//

if (tinggi >= maximum_range)

//jika tinggi permukaan lebih dari sama dengan max

range (air habis)

{

digitalWrite(greenLed, HIGH); //greenLed nyala

}

else if (tinggi = 27) //jika tinggi lebih dari sama dengan

27 cm

{

digitalWrite (redLed, LOW); //redLed mati

6

digitalWrite (redLed_2, LOW); //redLed_2 mati

digitalWrite (redLed_3, HIGH); //redLed_3 nyala

}

else if ( tinggi = 15.5 )

//jika tinggi kurang dari sama dengan 16,5 cm dan

lebih besar sama dengan 15,5 cm

{

digitalWrite (redLed, LOW); //redLed mati



}

else if (tinggi

7

led hijau dan ketiga led merah saat permukaan air

mencapai level LOW, MEDIUM, dan HIGH.

Pengujian juga dilaksanakan dalam dua proses, yaitu

proses pengisian air dan pembuangan air.

Gambar 7. Kondisi ketika proses pengisian air dan

permukaan air masih pada level LOW


permukaan air masih pada level MEDIUM


permukaan air masih pada level HIGH

Dari hasil pengujian sistem, hasil data yang

didapat dalam kondisi pengisian air adalah sebagai

berikut :

Tabel 3. Tabel hasil pengamatan level air saat pengisian

air

No Level air

Level air

sebenarnya

(cm)

Led

hijau

Led

merah

Led

merah_2

Led

merah_3

1 LOW 0,5 Nyala Mati Mati Nyala

2 MEDIUM 17 Nyala Mati Nyala Nyala

3 HIGH 28,5 Nyala Nyala Nyala Nyala

Gambar 10. Kondisi ketika proses pembuangan air

dan permukaan air masih pada level HIGH

Gambar 11. Kondisi ketika proses pembuangan air

dan permukaan air masih pada level MEDIUM

8


permukaan air masih pada level LOW

Dari hasil pengujian sistem, hasil data yang

didapat dalam kondisi pengisian air adalah sebagai

berikut :

Tabel 4. Tabel hasil pengamatan level air saat

pembuangan air

No Level air

Level air

sebenarnya

(cm)

Led

hijau

Led

merah

Led

merah_2

Led

merah_3

1 HIGH 28,3 Nyala Nyala Nyala Nyala

2 MEDIUM 17,1 Nyala Mati Nyala Nyala

3 LOW 0,54 Nyala Mati Mati Nyala

Kondisi nyala led sudah sesuai dengan source

code yang diberikan pada mikrokontroller. Namun

kondisi ketinggian permukaan air berbeda dengan

source code yang diberikan. Pada proses pengisian

air, kondisi sebenarnya saat permukaan air pertama

kali menyentuh level yang ditentukan, yaitu :

LOW=0,5 cm ; MEDIUM=17 cm ; dan HIGH=28,5

cm. Dan saat proses pembuangan air, kondisi

sebenarnya saat permukaan air menyentuh level

yang ditentukan, yaitu : HIGH=28,3 cm ;

MEDIUM=17,1 cm ; dan LOW=0,54 cm.

Sedangkan pada kode yang diberikan seharusnya,

yaitu : LOW=0cm ; MEDIUM=16cm ; dan

HIGH=27cm. Perbedaan yang terjadi ini

dikarenakan dimensi ember yang mengerucut dan

tidak rata. Sehingga saat melakukan penandaan level

air tidak presisi.

IV. KESIMPULAN

5.1 Kesimpulan

Dari beberapa pemaparan yang telah diulas

sebelumnya, maka dapat kita Tarik kesimpulan

sebagai berikut :

1. Pembuatan sistem sensor level air telah mencapai spesifikasi yang diinginkan.

2. Sensor HC-SR04 merupakan sensor ultrasonik yang dapat mengukur jarak

sebuah objek. Sensor ini memiliki 2

komponen utama untuk mendukung

kinerjanya, yaitu transmitter dan receiver.

3. Sensor HC-SR04 dapat diatur jarak pendeteksiannya sesuai dengan indikator

level air yang diinginkan.

4. Sensor HC-SR04 dapat melakukan deteksi dengan jarak maksimum 4 m.

5. Terdapat 3 level air yang digunakan dalam percobaan, yaitu : low, medium, dan high.

6. Arduino Mega 2560 dan sensor HC-SR04 bekerja dengan tegangan sebesar 5VDC.

5.2 Saran

Dalam pembuatan sistem sensor level air

yang dilakukan oleh penulis, masih banyak memiliki

kekurangan. Saat melakukan uji coba, hasil yang

didapat kurang maksimal. Hal tersebut disebabkan

karena media uji coba berupa ember. Ada baiknya

apabila uji coba dapat dilaksanakan langsung

dilingkungan lapangan di Bandara Ahmad Yani

Semarang.

DAFTAR PUSTAKA

1. ,http://www.angkasapura1.co.id/sejarah.

Angkasa Pura Airports. Sejarah, 2013.

2., http://achmadyani-airport.com/sejarah. Bandar

Udara Ahmad Yani Semarang. Sejarah, 2013.

3., http://komponenelektronika.biz/sensor-

ultrasonik.html. Komponen Elektronika. Sensor

Ultrasonik, 2013.

4.Kadir, Abdul. Panduan Praktis Mempelajari

Aplikasi Mikrokontroller dan Pemrogramanya

menggunakan Arduino. Penerbit Andi, 2013.

5.,http://arduino.cc/en/Main/ArduinoBoardMega2

560. Arduino, 2014.

9

BIODATA PENULIS

Ganjar Winasis, lahir di

kota Bandung pada tanggal

15 Juni 1993. Penulis

mengawali pendidikanya di

TK IT Assalamah Ungaran

kemudian melanjutkan di

SD IT Assalamah Ungaran

selama 6 tahun. Setelah itu

melanjutkan ke SMPN 21 Semarang selama 3

tahun, berikutnya melanjutkan pendidikan di

SMAN 4 Semarang dan sekarang penulis

melanjutkan studi di Fakultas Teknik Elektro

Universitas Diponegoro dengan konsentrasi yang

diminati adalah Elektronika.

Semarang, 20 November 2014

Mengetahui, Dosen

Ajub Ajulian Z., ST. MT

NIP. 197107191998022001

tugas

Documents