SIMOCIR :: Sistem Monitoring Cadangan Air

SIMOCIR :: Sistem Monitoring Cadangan Air

 

1. Latar Belakang Masalah

            Indonesia merupakan salah satu dari sekian negara yang memiliki permasalahan lingkungan, khususnya masalah kekeringan. Sudah sangat banyak pemberitaan mengenai kekeringan yang terjadi di seluruh penjuru Indonesia. Kekeringan ini dapat terjadi karena masing-masing daerah mempunyai struktur geografi yang berbeda, hal ini dapat membuat kondisi yang berbeda pada setiap wilayahnya.           

            Masalah ini seringkali muncul pada daerah-daerah terpencil maupun daerah yang kapasitas air tanahnya mudah habis. Daerah di pegunungan juga merupakan daerah yang rawan akan kekeringan, bahkan untuk daerah ini apabila terjadi kekeringan, maka akan sangat sulit untuk mendapatkan air. Hal ini dikarenakan sistem penampungan air dan pengaturan air di daerah tersebut masih menggunakan sistem yang tradisional dan masih sangat manual, seperti hanya dengan menggunakan bak-bak air dan pipa biasa yang digunakan untuk mendistribusikan airnya.

            Saat air tanah mulai habis, para penduduk biasanya tidak menyadari hal tersebut, dan mereka terus melakukan penggunaan air dengan kurang bijaksana, padahal hal semacam ini merupakan salah satu penyebab yang dapat menyebabkan kekeringan. Selain itu, ketika penduduk telah mengetahui bahwa air tanah telah habis, maka mereka akan mengambil air dari bak penampungan yang tersedia, namun biasanya mereka akan berusaha mengambil air sebanyak-banyaknya dan akan berusaha menampung air-air tersebut di rumah mereka masing-masing, terlepas dari apakah air tersebut akan digunakan atau tidak, padahal apabila pengambilan air di kelola dengan baik, maka air yang tersedia mungkin akan mampu untuk mencukupi kebutuhan penduduk selagi menunggu tersedianya air tanah kembali, atau mungkin sampai terdapat pasokan air bersih dari pemerintah. Namun pemerintah juga tidak dapat mengetahui dengan cepat bagaimana keadaan air yang ada di lingkungan tersebut.

            Salah satu solusi dari masalah ketersediaan air ini adalah dengan menggunakan teknologi monitoring jarak jauh yang terintegrasi dengan koneksi internet, sehingga suatu alat atau sensor dapat dipantau dan dikendalikan melalui internet atau dikenal dengan istilah Internet  of  Things  (IoT).

            Atas dasar pemikiran ini kami mencoba untuk mengembangkan sebuah alat yang mampu mengetahui keadaan ketersediaan air di beberapa wilayah secara jarak jauh dengan bantuan koneksi internet yang kami beri nama SIMOCIR (Sistem Monitoring Cadangan Air) untuk memudahkan masyarakat mengetahui kondisi air tanah mereka dan untuk membantu pemerintah dalam melakukan pengiriman pasokan air ke daerah yang membutuhkan.

2. Tujuan

Tujuan dari Pembuatan Sistem ini adalah :

• Mengantisipasi terjadinya kekeringan yang sering melanda beberapa wilayah di Indonesia
• Sebagai alarm bagi masyarakat untuk menyediakan cadangan air ketika air sudah mencapai batas
• Mengurangi risiko terjadinya kerusakan lingkungan yang di akibatkan dari kekeringan. Seperti banyaknya tanaman yang mati, udara yang semakin panas dan terjadinya kebakaran liar.
• Membuat sebuah system akuisisi data secara real-time tentang kondisi kesediaan cadangan air dan kondisi geografis tanah.

3. Manfaat

Dengan memanfaatkan alat ini, maka terdapat beberapa manfaat yang dapat diperoleh, antara lain :

• Kontrol untuk mengetahui kapasitas air jadi lebih mudah dan efektif.
• Dengan adanya sistem digital, pengguna dapat mengetahui kondisi kesediaan air saat ini dan tahu  kapan harus menampung air.
• Mampu meminimalisasi terjadinya kekeringan atau kekurangan air karena alat ini juga memberi peringatan pada pengguna.

4. Batasan

Batasan-batasan dari Embedded System ini untuk menginformasikan data  sensor pada  suatu wilayah melalui koneksi internet. Untuk menunjang batasan tersebut penulis menggunakan alat sebagai berikut :

• Menggunakan bahasa pemrograman Arduino
• Menggunakan platform Arduino
• Geeknesia untuk me-monitor keadaan sensor
• Menggunakan sensor Flowmeter
• Menggunakan sensor Ultrasonic

5. Metode

• Metode Pendekatan

Proses pembuatan SIMOCIR (Sistem Monitoring Cadangan Air) melalui tahapan seperti berikut :

• Perencanaan Sistem

            Struktur diagram rangkaian seperti pada gambar 5.1 pengembangan sistem pemantauan ini terdiri dari bebarap komponen, yaitu Arduino single-board mikrokontroler, modul ESP-8266, sensor Soil Meter, sensor Aliran (Flow), sensor Ultrasonic, LCD. Modul ESP-8266 dipilih karena mempunyai spesifikasi teknis yang baik, kinerja tinggi dan juga mampu untuk diprogram langsung pada Board-nya karena modul ini telah dilengkapi dengan pin GPIO (General Purpose Input Output).

           Semua data yang diterima oleh Arduino akan dikirimkan ke server Geeknesia secara Realtime.

• Perangkat Keras (Hardware)

1. Arduino

                                                                        

            Arduino adalah kit elektronik atau papan rangkaian elektronik open source yang di dalamnya terdapat komponen utama yaitu sebuah chip mikrokontroler dengan jenis AVR dari perusahaan Atmel.

            Mikrokontroler itu sendiri adalah chip atau IC (integrated circuit) yang bisa diprogram menggunakan komputer. Tujuan menanamkan program pada mikrokontroler adalah agar rangkaian elektronik dapat membaca input, memproses input tersebut dan kemudian menghasilkan output sesuai yang diinginkan. Jadi mikrokontroler bertugas sebagai ‘otak’ yang mengendalikan input, proses dan output sebuah rangkaian elektronik.

            Mikrokontroler ada pada perangkat elektronik di sekeliling kita. Misalnya handphone, MP3 player, DVD, televisi, AC, dll. Mikrokontroler juga dipakai untuk keperluan mengendalikan robot. Baik robot mainan, maupun robot industri.

            Karena komponen utama Arduino adalah mikrokontroler, maka Arduino pun dapat diprogram menggunakan komputer sesuai kebutuhan kita.

2. ESP-8266

                                                                        

            ESP-8266 adalah sebuah komponen chip terintegrasi yang didesain untuk keperluan dunia masa kini yang serba tersambung. Chip ini menawarkan solusi networking Wi-Fi yang lengkap dan menyatu, yang dapat digunakan sebagai penyedia aplikasi atau untuk memisahkan semua fungsi networking Wi-Fi ke pemproses aplikasi lainnya. ESP8266 memiliki kemampuan on-board prosesing dan storage yang memungkinkan chip tersebut untuk diintegrasikan dengan sensor-sensor atau dengan aplikasi alat tertentu melalui pin input output hanya dengan pemrograman singkat.

            Dengan level yang tinggi berupa on-chip yang terintegrasi memungkinkan external sirkuit yang ramping dan semua solusi, termasuk modul sisi depan, didesain untuk menempati area PCB yang sempit.

            Perlu diperhatikan bahwa modul ESP8266 bekerja dengan tegangan maksimal 3,6V. Hubungkan Vcc modul WiFi ke pin 3.3V pada Arduino. (Jangan yang ke 5V). Jika sudah mendapat tegangan, modul WiFi akan menyala merah, dan sekali-kali akan berkedip warna biru.

3. Sensor Soil Meter

                                                                        

            Sensor Soil Meter adalah sensor kelembaban yang dapat mendeteksi kelembaban dalam tanah. Sensor ini sangat sederhana, tetapi ideal untuk memantau taman kota, atau tingkat air pada tanaman pekarangan anda.

            Sensor ini terdiri dua probe untuk melewatkan arus melalui tanah, kemudian membaca resistansinya untuk mendapatkan nilai tingkat kelembaban. Semakin banyak air membuat tanah lebih mudah menghantarkan listrik (resistansi kecil), sedangkan tanah yang kering sangat sulit menghantarkan listrik (resistansi besar).

            Sensor ini sangat membantu Anda untuk mengingatkan tingkat kelembaban pada tanaman Anda atau memantau kelembaban tanah di kebun Anda. IO Expansion Shield adalah shield yang sempurna untuk menghubungkan Sensor dengan Arduino.

4. Sensor Ultrasonic

                                                                        

            Sensor Ultrasonic adalah alat elektronika yang kemampuannya bisa mengubah dari energy listrik menjadi energy mekanik dalam bentuk gelombang suara ultrasonic. Sensor ini terdiri dari rangkaian pemancar Ultrasonic yang dinamakan transmitter dan penerima ultrasonic yang disebut receiver. Alat ini digunakan untuk mengukur gelombang ultrasonic. Gelombang ultrasonic adalah gelombang mekanik yang memiliki cirri-ciri longitudinal dan biasanya memiliki frekuensi di atas 20 Khz. Gelombong Utrasonic dapat merambat melalui zat padat, cair maupun gas. Gelombang Ultrasonic adalah gelombang rambatan energi dan momentum mekanik sehingga merambat melalui ketiga element tersebut sebagai interaksi dengan molekul dan sifat enersia medium yang dilaluinya.

5. Sensor Flowmeter

                                                                        

            Sensor Flowmeter  adalah alat yang digunakan untuk mengetahui adanya suatu aliran matrial ( liquid, gas, powder ) dalam suatu jalur aliran, dengan segala aspek aliran itu sendiri yaitu kecepatan aliran atau flow rate dan total massa atau volume dari matrial yang mengalair dalam jangka waktu tertentu atau sering disebut dengan istilah totalizer.

            Dengan diketahuniya parameter dari aliran suatu matrial oleh alat ukur flow meter yang dikirim berupa data angka dapat juga diteruskan guna menghasilkan aliran listrik atau sinyal yang bisa digunakan sebagai input pada control atau rangkaian electric lainnya.

6. Electronic Valve

                                                                        

            Electronic Valve atau Solenoid Valve Pneumatic adalah katup yang digerakan oleh energi listrik melalui solenoida, mempunyai kumparan sebagai penggeraknya yang berfungsi untuk menggerakan piston yang dapat digerakan oleh arus AC maupun DC, solenoid valve pneumatic atau katup (valve) solenoida mempunyai lubang keluaran, lubang masukan dan lubang exhaust.

            Lubang masukan, berfungsi sebagai terminal / tempat udara bertekanan masuk atau supply (service unit), sedangkan lubang keluaran berfungsi sebagai terminal atau tempat tekanan angin keluar yang dihubungkan ke pneumatic, dan lubang exhaust, berfungsi sebagai saluran untuk mengeluarkan udara bertekanan yang terjebak saat plunger bergerak atau pindah posisi ketika solenoid valve pneumatic bekerja.

            Solenoid valve banyak digunakan pada banyak aplikasi. Solenoid valvemenawarkan switching cepat dan aman, keandalan yang tinggi, awet/masa service yang cukup lama, kompatibilitas media yang baik dari bahan yang digunakan, daya kontrol yang rendah dan desain yang kompak.

7. Buzzer

                                                                        

            Buzzer adalah sebuah komponen elektronika yang berfungsi untuk mengubah getaran listrik menjadi getaran suara. Pada dasarnya prinsip kerja buzzer hampir sama dengan loud speaker, jadi buzzer juga terdiri dari kumparan yang terpasang pada diafragma dan kemudian kumparan tersebut dialiri arus sehingga menjadi elektromagnet, kumparan tadi akan tertarik ke dalam atau keluar, tergantung dari arah arus dan polaritas magnetnya, karena kumparan dipasang pada diafragma maka setiap gerakan kumparan akan menggerakkan diafragma secara bolak-balik sehingga membuat udara bergetar yang akan menghasilkan suara.

            Buzzer biasa digunakan sebagai indikator bahwa proses telah selesai atau terjadi suatu kesalahan pada sebuah alat (alarm).

8. LCD 16x2

                                                                        

            LCD 16×2 adalah salah satu penampil yang sangat populer digunakan sebagai interface antara mikrokontroler dengan user nya. Dengan penampil LCD 16×2 ini user dapat melihat/memantau keadaan sensor ataupun keadaan jalanya program. Penampil LCD 16×2 ini bisa di hubungkan dengan mikrokontroler apa saja. Salah satunya dari keluarga AVR ATMega baik ATMega32,ATMega16 ataupun ATMega8535 dan ATMega 8.

 

• Perangkat Lunak (Software)

1. Arduino IDE

                                                                        

            Arduino IDE adalah sebuah perangkat lunak yang dikembangkan oleh pembuat Arduino, untuk memudahkan para pengguna dalam memprogram Arduino dengan menggunakan bahasa yang mudah dipahami oleh manusia. Dengan sifatnya yang Open Source maka perkembangan dari Arduino sangat pesat, terutama dari segi Library-nya yang semakin banyak dan semakin lengkap.

2. Geeknesia

                                                                                          

            Geeknesia adalah startup yang didirikan membantu Makers menciptakan produk dan layanan yang luar biasa dengan platform Internet of Things (IOT). Mereka dapat menghubungkan perangkat keras yang akan mengirimkan data pada kegiatan dan lingkungan ke Cloud atau sebaliknya. Selain itu, dari dashboard kami, web / aplikasi mobile lainnya dapat mengontrol atau mendapatkan data login real-time melalui APP kami.Platform Geeknesia mudah digunakan dan menghemat waktu dalam pengembangan aplikasi dan layanan pemeliharaan. Ini adalah visi kami bahwa produk lokal homegrown dari Indonesia dapat menjadi solusi nyata. Setelah proyek ini diharapkan dapat menjadi handal dan memberikan solusi yang berarti, inovator dapat menunjukkan inovasi nya dengan daftar produk mereka di The Geeknesia Project Showcase.

 

• Konfigurasi Penggabungan Seluruh Sistem

            Pada pengembangan sistem SIMOCIR ini perangkat yang digunakan adalah Arduino sebagai perangkat utama (master) Kode algoritma Arduino Sketch yang telah dibuat kemudian di-upload pada board Arduino. Terdapat 3 buah sensor yang terhubung dengan pin pada Arduino untuk memberikan data real time keadaan semua sensor.

            Sensor ultrasonic berfungsi untuk membaca tinggi dari air pada bak penampungan air. Sensor Soil Moisture diletakkan pada sumber mata air untuk mengetahui kelembaban tanah dan air tanah yang ada. Dan sensor flowmeter dipasang pada pipa keluaran air dari bak penampungan untuk mengetahui jumlah penggunaan air yang digunakan.

            Port pada Arduino terhubung langsung ke pin data pada masing-masing sensor. Tiap-tiap sensor membutuhkan tegangan sebesar 5V yang juga sudah tersedia pada board Arduino. Setelah semua data sensor diterima oleh Arduino lalu dikirim ke sistem geeknesia.com melalui modul ESP8266 untuk menghubungkannya ke Internet, sehingga warga masyarakat dan pemerintah dapat memantaunya diamanapun dengan tampilan yang menarik.