Jurnal Ilmiah

PROPOSAL METODELOGI PENELITIAN

ALAT PENAKAR HUJAN BERBASIS MIKROKONTROLER AT89S52

OLEH : 1. INDRA RUMMANZAH

E11.2006.00165

2. ACHMQD NADHIRI

E11.2006.00177

3. ARIS KURNIAWAN

E11.2006.00179

4. ARI SUSANTO

E11.2006.00182

5. HANDARU PUDY A

E11.2008.00280

TEKNIK ELEKTRO

UNIVERSITAS DIAN NUSWANTORO 2009

ABSTRAK

Perkembangan Ilmu Pengetahuan dan Teknologi dapat dimanfaatkan untuk menyelesaikan permasalahan ini. Untuk mengetahui besar intensitas hujan dalam durasi dan periode tertentu dapat diperoleh dengan menggunakan alat penakar curah hujan. Oleh karena itu, kami mempunyai gagasan untuk membuat alat penakar curah hujan berbasis mikrokontroler AT89S52 yang hasil/outputannya dapat diperoleh melalui data di lapangan/LCD alat serta sekaligus dikirimkan ke komputer server. Diharapkan pemanfaatan alat penakar hujan ini setidaknya dapat menjadi solusi yang tepat untuk menyelesaikan masalah banjir di daerah-daerah dataran rendah yang rawan banjir, khususnya di Kota Semarang. Mikrokontroler AT89S52 adalah adalah produk dari Atmel dengan 4K byte flash PEROM (Programmable and Erasable Read Only Memory) dan 128 Byte RAM internal. Perbedaan mendasar antara mikrokontroler dan mikroprosesor adalah mikrokontroler selain memiliki CPU juga dilengkapi dengan memori dan input-output yang merupakan kelengkapan sebagai sistem minimum mikrokomputer sehingga sebuah mikrokontroler dapat dikatakan sebagai mikrokomputer dalam keping tunggal (Single Chip Microcomputer) yang dapat berdiri sendiri. Sebuah penakar dengan luasan sampling tertentu digunakan untuk menangkap air hujan. Jumlah air yang tertangkap ditera melalui sistem bejana berjungkit dengan volume takar yang disesuaikan dengan luas penampang penakar. Pada setiap unit takaran (mm Hujan) kejadian direkam pada kertas printer mini dengan resolusi detik. Informasi detik kejadian tiap takaran selanjutnya dimasukkan kedalam perangkat lunak berbasis Microsof Excel untuk selanjutnya mendapatkan grafik/ hidrograph rekaman hujan. Sensor akan bekerja jika ada air hujan yang masuk kedalam sensor tipping bucket yaitu dengan cara air ditampung pada tampungan air yang berbentuk jungkat-jungkit jika penuh akan berayun sehingga sensor optocoupler akan membaca inputan kemudian dari inputan tersebut akan ditampilkan ke LCD oleh mikrokontroler dan datanya disimpan didalam memori (MMC) dan dapat juga langsung diinterfacekan ke PC (Personal Computer). Keypad difungsikan sebagai control untuk melihat data di LCD, sedangkan RTC digunakan sebagai timer atau pengatur waktu. Kata Kunci : Mikrokontroler AT89S52, Optocoupler, Tipping Bucket

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ABSTRAKSI DAFTAR ISI DAFTAR GAMBAR A. JUDUL B. LATAR BELAKANG C. TUJUAN D. LANDASAN TEORI E. PEMBAHASAN DAN ANALISA PERANCANGAN F. HASIL OUTPUT SISTEM YANG DIHARAPKAN DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1 Diagram Koneksi Pin Mikrokontroler AT89S52

Gambar 2 Blok Diagram Mikrokontroler AT89S52 Gambar 3 Organisasi RAM Internal Gambar 4. Sistem Minimum Mikrokontroler AT89S52 Gambar 5 Optocoupler Gambar 6. Desain Alat Gambar 7. Diagran Blok Gambar 8. Diagram Alir Sistem dan Software

A. JUDUL : ALAT PENAKAR HUJAN BERBASIS MIKROKONTROLER AT89S52 B. LATAR BELAKANG

Masalah banjir di kota-kota besar merupakan sebuah masalah yang belum terselesaikan hingga saat ini. Bencana banjir ini sudah menjadi langganan pada saat musim penghujan selama puluhan tahun di Jawa Tengah pada umumnya dan di Kota Semarang pada khususnya. Banjir adalah aliran/genangan air yang dapat menimbulkan kerugian ekonomi

bahkan

menyebabkan

kehilangan

jiwa

(Asdak,C.

1995).

Aliran/genangan air ini dapat terjadi karena adanya luapan-luapan pada Daerah Aliran Sungai (DAS) atau di saluran-saluran akibat sungai tidak memiliki kapasitas yang cukup bagi debit air yang lewat. Sangat banyak faktor-faktor yang mempengaruhi terjadinya banjir. Bencana banjir selain akibat kerusakan ekosistem dan aspek lingkungan yang tidak terjaga, juga disebabkan oleh alam itu sendiri, seperti faktor cuaca yang buruk sehingga mengakibatkan curah hujan yang tinggi secara terus-menerus yang kemudian mempengaruhi daya tampung sungai untuk menyalurkan air hujan ke laut menjadi overload. Berbagai cara telah ditempuh untuk menangani masalah ini, antara lain pembuatan saluran drainase dan pembuatan daerah tampungan air, pembuatan daerah hijau untuk resapan air, dan sebagainya. Dalam perencanaan bangunan pengendali banjir (saluran drainase, tanggul, dll) data masukan curah hujan sangat diperlukan. Perkembangan Ilmu Pengetahuan dan Teknologi dapat dimanfaatkan untuk menyelesaikan permasalahan ini. Untuk mengetahui besar intensitas hujan dalam durasi dan periode tertentu dapat diperoleh dengan menggunakan alat penakar curah hujan. Oleh karena itu, kami mempunyai gagasan untuk membuat alat penakar curah hujan berbasis mikrokontroler AT89S52 yang hasil/outputannya dapat diperoleh melalui data di lapangan/LCD alat serta sekaligus dikirimkan ke komputer server. Diharapkan pemanfaatan alat penakar hujan ini setidaknya dapat menjadi solusi yang tepat untuk menyelesaikan masalah banjir di daerah-daerah dataran rendah yang rawan banjir, khususnya di Kota Semarang. C. TUJUAN Pembuatan alat penakar hujan berbasis mikrokontroler AT89S52 ini mempunyai tujuan sebagai berikut:

1. Menghasilkan suatu alat untuk mengetahui intensitas curah hujan sehingga membantu menyelesaikan masalah banjir di kota-kota besar khususnya di Kota Semarang. 2. Menghasilkan suatu alat penakar hujan berbasis mikrokontroler AT89S52 yang hasil/outputannya dapat diperoleh melalui data di lapangan/LCD alat serta sekaligus dikirimkan ke komputer server. D. LANDASAN TEORI 1. Mikrokontroler ATMEL AT89S52 Mikrokontroler AT89S52 adalah adalah produk dari Atmel dengan 4K byte flash PEROM (Programmable and Erasable Read Only Memory) dan 128 Byte RAM internal. Perbedaan mendasar antara mikrokontroler dan mikroprosesor adalah mikrokontroler selain memiliki CPU juga dilengkapi dengan memori dan input-output yang merupakan kelengkapan sebagai sistem minimum mikrokomputer sehingga sebuah mikrokontroler dapat dikatakan sebagai mikrokomputer dalam keping tunggal (Single Chip Microcomputer) yang dapat berdiri sendiri. Memori dalam AT89S52 dapat diprogram ulang ataupun dihapus berkali-kali. Memori ini biasa digunakan untuk menyimpan instruksi (perintah)

berstandar

MCS-51

code

sehingga

memungkinkan

mikrokontroler ini untuk bekerja dalam mode operasi keping tunggal (single chip operation). Mikrokontroler AT89S52 adalah mikrokontroler ATMEL yang kompatibel penuh dengan mikrokontroler keluarga MCS-51, membutuhkan daya yang rendah, memiliki kemampuan yang tinggi, dan merupakan mikrokomputer 8 bit yang dilengkapi 4 Kbyte. Dalam sistem mikrokontroler terdapat dua hal yang mendasar, yaitu perangkat keras dan perangkat lunak yang keduanya saling terkait dan mendukung.

a. Perangkat Keras Mikrokontroler AT89S52 Arsitektur mikrokontroler AT89S52 adalah sebagai berikut : • CPU 8 bit dengan register A (accumulator) dan B. • 16 bit program counter (PC) dan data pointer (DTPR). • 8 bit program status word (PSW). • 8 bit stack pointer (SP). • 4 Kbyte internal EPROM. • 128 Byte internal RAM : ➢ 4 bank register, masing-masing berisi 8 register ➢ 16 Byte yang dapat dialami pada bit level ➢ 80 byte general purpose memory data •

32 pin input-output tersusun atas P0-P3, masing-masing 8 bit.

•

2 buah 16 bit Timer/Counter.

•

Receive/Transmitter data serial Full duplex : SBUF.

•

Control Register, yaitu: TCON, TMOD, SCON, PCON, IP dan IE.

•

5 buah sumber interrupt (2 buah sumber interrupt external dan 3 buah sumber interrupt internal).

•

Osilator dan Clock Internal.

Diagram koneksi pin dan diagram blok dari mikrokontroler AT89S52 ditunjukkan pada gambar 1 dan 2

Gambar 1 Diagram Koneksi Pin Mikrokontroler AT89S52

Gambar 2 Blok Diagram Mikrokontroler AT89S52

Fungsi dari tiap-tiap pin adalah sebagai berikut: a. Port 1 ( pin no. 1 – 8 ) Port 1 berfungsi sebagai I/O (Input/Output) biasa atau menerima low address order bytes selama pada saat Flash Programming. Port ini mempunyai internal pull up dan berfungsi sebagai input

dengan memberikan logika 1, serta

sebagai output yang

memberikan output sink ke empat buah input TTL.

b. RST ( pin no. 9 ) Berfungsi untuk reset siklus kerja dari mikrokontroler yang akan aktif dengan memberikan input high selama 2 cycle( siklus kerja mesin ). c. Port 3 ( pin no. 10 – 17 ). Port 3 merupakan port

I / O

8 data bit yang

memiliki fungsi

sebagai berikut : Pin 10. RDX ( Port 3.0 )

: sebagai Port Serial Input.

Pin 11. TXD ( Port 3.1 )

: sebagai Port Serial Output.

Pin 12. INT0 ( Port 3.2 ) : sebagai Port External Interrupt 0

(aktif

rendah) Pin 13. INT1 ( Port 3.3 ) : sebagai Port External Interrupt 1

(aktif

tinggi) Pin 14. T 0 ( Port 3.4 ) : sebagai Port External Timer 0 Input. Pin 15. T 1 ( Port 3.5 ) : sebagai Port External Timer 1 Input. Pin 16. WR ( Port 3.6 ) : sebagai External Data Memory Write Strobe. Pin 17. RD ( Port 3.7 ) : sebagai External Data Memory Read Srobe. d. XTAL2 ( pin no.18) Merupakan Output inverting Oscilator Amplifier.

e. XTAL1 ( pin no. 19 ) Merupakan Input inverting Oscilator Amplifier. f. GND ( pin no. 20 ) Merupakan titik hubung pentanahan

( ground ) terhadap catu

daya. g. Port 2 ( pin no. 21 – 28 ) Port 2 berfungsi sebagai I/O (Input/Output) biasa atau high order address pada saat mengakses memori secara 16 bit sedangkan pada saat mengakses memori 8 bit port ini akan mengeluarkan isi dari P2 Special Funtion Register. Port ini mempunyai internal pull up dan berfungsi sebagai input dengan memberikan logika 1, serta sebagai output yang memberikan output sink ke empat buah input TTL. h. PSEN ( pin no. 29 ) Pin ini berfungsi pada saat mengeksekusi program yang terletak pada memori eksternal dan akan aktif 2 kali setiap cycle (siklus kerja mesin). i. ALE ( pin no 30 ) Pin ini dapat berfungsi sebagai Address latch Enable ( ALE ) yang me latch byte address pada saat mengakses memori eksternal. Sedangkan pada saat Flash Programming ( PROG ) berfungsi sebagai pulse input. Pada operasi normal ALE akan mengeluarkan sinyal clock sebesar 1/16 frekuensi oscilator kecuali pada saat mengakses memori eksternal sinyal clock. ALE hanya aktif pada saat mengakses memori eksternal. j. EA ( pin no. 31 )

Pada kondisi low, pin ini akan berfungsi sebagai EA yaitu menjalankan program yang ada pada memori eksternal setelah sistem di reset. Pada kondisi high, pin ini berfungsi menjalankan program pada memori internal. k. Port 0 ( pin no. 32 – 39 ) Port 0 dapat berfungsi sebagai Input / Output biasa, low order multiplex address / data ataupun menerima kode byte pada saat Flash Programming. Pada fungsi sebagai Input / Output biasa port ini dapat memberikan output sink ke delapan buah TTL input atau dapat diubah sebagai input dengan memberikan logika 1 pada port tersebut. Pada fungsi sebagai low order multiplex adrress / data port ini akan mempunyai internal pull up. Pada saat Flash Programming diperlukan eksternal pull up terutama pada saat ferifikasi program. l. VCC ( pin no. 40 ) Pin ini sebagai masukan catu daya ( power supply ) yang mempunyai tegangan kerja positif sebesar 5 volt.

b. Organisasi Memori Program Memori Internal. AT89S52 memiliki program memori internal sebesar ruang alamat

8 Kbyte dengan

0000H-0FFFH. Jika alamat-alamat program lebih tinggi

dari pada 0FFFH, yang melebihi kapasitas ROM internal menyebabkan AT89S52 secara otomatis mengambil Code byte juga dapat diambil hanya dari eksternal memori dengan alamat 0000H-FFFFH dengan cara menghubungkan pin EA ke ground. Data Memori (RAM) Internal.

Ruang alamat bawah memori data (RAM) internal dengan kapasitas 128 byte yaitu 00H-7FH yang terbagi atas 3 daerah, yaitu: a. Empat bank register Setiap bank terdiri dari 8 register (R0-R7) sehingga jumlah register untuk keempat bank register (bank 0 – bank 3) menjadi 32 buah register yang menempati ruang alamat 00H-1FH. Mengaktifkan salah satu bank register dapat dilakukan dengan mengatur RS0-RS1 pada PSW (Program Status Word) seperti yang ditunjukan pada tabel 2.1. b. Bit Addressable Terdiri dari 16 byte yang berada pada alamat 20H-2FH. Masingmasing 128 bit lokasi ini dapat dialamati secara langsung. Sehingga hanya dengan sebuah instruksi saja setiap bit dalam area ini dapat diset, clear, AND dan OR. Dengan adanya sistem bit addressable RAM, proses yang seharusnya dijalankan dengan tiga cycle seperti pada listing dapat digantikan dengan sebuah instruksi yang hanya membutuhkan satu cycle saja. Dalam aplikasinya, lokasi yang dapat diakses dapat juga digunakan untuk menandai suatu lokasi bit tertentu baik berupa Register Fungsi Khusus yang dapat dialamati secara bit ataupun lokasi-lokasi tertentu yang dapat dialamati secara bit.

Bank 2

Bank 3

7F 1F

R7

1E 1D

R6 R5

1C 1B

R4 R3

1A 19

R2

18 17 16

R R R R

15 14

R5 R4

13 12

R3 R2

11 10 0F

R1 R0

Bank 1

0E 0D 0C 0B

Bank 0

0A 09 08

1 0 7 6

R7 R6 R5 R4 R3 R2

2F 2E 2D 2C 2B 2A 29 28

07

R1 R0 R7

06 05

R6 R5

04 03

R4 R3

02 01 00

R2

23 22

R1 R0

21 20

W o rk i n g re g i s te r

27 26 25 24

1F 7F

78 70

6F 67 5F

68 60 58

57 4F

50 48

47 3F

40 38

37 2F

30 28

27 1F

20 18

17 0F 07

10 8 00

B i l . A d d re s s a b l e

30 G e n e ra l p u rp o s e

Gambar 3 Organisasi RAM Internal Terdiri atas 80 byte yang menempati alamat 30H-7FH. Yang dapat dialamati secara langsung dan digunakan untuk keperluan umum (general purpose) misalnya digunakan untuk lokasi stack. c. Sistem Minimum Mikrokontroler AT89S52

Gambar 4. Sistem Minimum Mikrokontroler AT89S52 2. Optocoupler Optocoupler merupakan salah satu jenis komponen yang memanfaatkan sinar sebagai pemicu on/off-nya. Opto berarti optic dan coupler berarti pemicu. Sehingga bisa diartikan bahwa optocoupler merupakan suatu komponen yang bekerja berdasarkan picu cahaya optic opto-coupler termasuk dalam sensor, dimana terdiri dari dua bagian yaitu transmitter dan receiver. Dasar rangkaian dapat ditunjukkan seperti pada gambar dibawah ini:

Gambar 5 Optocoupler Bagian pemancar atau transmitter dibangun dari sebuah led infra merah untuk mendapatkan ketahanan yang lebih baik daripada menggunakan led biasa. Sensor ini bisa digunakan sebagai isolator dari rangkaian tegangan rendah kerangkaian tegangan tinggi. Selain itu juga bisa dipakai sebagai pendeteksi adanya penghalang antara transmitter dan receiver dengan memberi ruang uji dibagian tengah antara led dengan photo transistor. Pada umumnya semua jenis optocoupler pada lembar datanya mampu dibebani tegangan sampai 7500 Volt tanpa terjadi kerusakan atau kebocoran. Untuk type 4N25 ini mempunyai tegangan isolasi sebesar 2500 Volt dengan kemampuan maksimal led dialiri arus fordward sebesar 80 mA. Namun besarnya arus led yang digunakan berkisar antara 15mA - 30 mA dan untuk menghubungkan-nya dengan tegangan +5 Volt diperlukan tahanan pembatas. 3. Perekam Curah Hujan (“ARR”) Curah hujan merupakan salah satu unsur cuaca yang pengaruhnya terhadap lingkungan bias mengarah ke dalam hal yang positif maupun negatif. Untuk dapat melihat sifat-sifat dari unsur ini bisanya unsur ini diukur dengan alat penakar hujan yang pada dasarnya adalah pengukuran jumlah air yang diterima pada sekuen waktu tertentu. Untuk lebih mengetahui sifat hujan dengan lebih baik factor intensitas menjadi perhatian banyak pihak. ARR didesain untuk memonitor kejadian hujan dengan waktu yang panjang secara otomatis agar dapat mempelajari sifat hujan dengan lebih baik. Prinsip kerja

Sebuah penakar dengan luasan sampling tertentu digunakan untuk menangkap air hujan. Jumlah air yang tertangkap ditera melalui sistem bejana berjungkit dengan volume takar yang disesuaikan dengan luas penampang penakar. Pada setiap unit takaran (mm Hujan) kejadian direkam pada kertas printer mini dengan resolusi detik. Informasi detik kejadian tiap takaran selanjutnya dimasukkan kedalam perangkat lunak berbasis Microsof Excel untuk selanjutnya mendapatkan grafik/ hidrograph rekaman hujan.

E. Pembahasan dan Analisa Perancangan 1. Dokumen Desain Alat

SENSOR

M M C

LC D

RTC

M IK R O

KEYPAd

R S3 2

Gambar 6. Desain Alat

2. Diagram Blok dan Cara Kerja Alat

PC

SENSOR OTOCOUPLER

RTC

MIKROKONTROLER AT89S52

MMC

RS 232

KEYPAD

PC

Gambar 7. Diagran Blok Cara Kerja Alat : Sensor akan bekerja jika ada air hujan yang masuk kedalam sensor tipping bucket yaitu dengan cara air ditampung pada tampungan air yang berbentuk jungkat-jungkit jika penuh akan berayun sehingga sensor otocoupler akan membaca inputan kemudian dari inputan tersebut akan ditampilkan ke LCD oleh mikrokontroler dan datanya disimpan didalam memori (MMC) dan dapat juga langsung diinterfacekan ke PC (Personal Computer). Keypad difungsikan sebagai control untuk melihat data di LCD, sedangkan RTC digunakan sebagai timer atau pengatur waktu.

3. Diagram Alir Sistem dan Software

START

TIMER 1 = COUNTER TIMER =0 TIMER

RUN TIMER 1 RUN TIMER 0

TIMER 0 1SEC

KONVERSI

PC

SAVE TO MMC

LCD

Gambar 8. Diagram Alir Sistem dan Software

F. Hasil Output Sistem yang Diharapkan.

Luaran

atau

hasil

yang

diharapkan

dari

kegiatan ini

adalah

menghasilkan suatu alat yang dapat menakar curah hujan di suatu daerah tertentu.