MICROCONTROLLER-BASED

INTENSITY METER DESIGN AS AN INSTRUMENT FOR DETECTING

STRONG EARTHQUAKE VIBRATION

Handoko Binus University, Jakarta, DKI Jakarta, Indonesia

Daniel Karunia Wijaya Binus University, Jakarta, DKI Jakarta, Indonesia

dan

Darius Sandatinus Binus University, Jakarta, DKI Jakarta, Indonesia

Abstrak

Indonesia is a regoin that is frequently hit by earthquake dan tsunami, however the earthquake

measurement which is at BMKG (Badan Meteorologi dan Klimatologi dan Geofisika) still using

foreign-made. This research purposes to make an intensitymeter that can measure earthquake’s

intensity and show it using Modified Mercalli Intensity (MMI) scale dan Peak Ground

Acceleration (PGA) into Liquid Crystal Display (LCD), so it can decrease production’s cost and

can be maintained the intensitymeter easily. The research is using methods of analysis and

design methods. System uses accelerometer with 0.05V error, acceleration value is converted

into MMI scale, and using ADC 10bit. Data is sent using GSM in sms form, GPS is generate to

location and time, dan recording data in Multimedia Card (MMC) using text format (*.txt) with

file system FAT16. Over all, intensitymeter has 5% error, 20 test and there is 1 data mistake.

Keyword : Gempabumi, Intensitimeter, Accelerometer, Microncontroller

1. Introduction

In this globalization era, the digital data storage media is more desirable than analog data

processing techniques. Storage techniques for quake magnitude committed by BMKG are stored

in analog by using a seismograph. The seismic wave that occurs as wave on a seismograph lines

that will be printed on rolls of paper as a data storage medium (www.bmkg.go.id).

Technique performed in the delivery of earthquake data is also done by hand. By using

data gathered after the earthquake occurred in the roll of paper. This is not efficient due to

lessrapid delivery of data to less rapid delivery of data. Looking at some of the problems

that appear above hence made a tool that can solve these problems. Tools to be made is an

earthquake detector which calculates the value of the acceleration experience by an earthquake

or a building point by using the accelerometer.

2. General Guidelines

The scope research includes analysis, design and implementation of a strong earthquake

detector based AVR ATMEGA1284. As for a discussion covering the following:

- Design

- Implementation

- Evaluation

Picture 1 – Design System

2.1. Design

AVR ATMEGA1284 processes value of accelerometer as an eartquake sensor

using internal ADC 10bit. GPS is used for generate potition and time when the

earthquake come, and LCD uses to show the data result. Data result is also sent using

Global System for Mobile Communocations (GSM) in sms form to certain cellphone,

every time there is any earthquake and data is recorded in Multimedia Card (MMC).

Data inside MMC is an text file (*.txt). MMC form is FAT16 which uses 1GB size.

2.2. Implementation

The language program uses C language with the compiler CodeVision 2.03.4

and downloader STK500. This measuremnt device will be placed at certain

point to measure the values of earthquake intensity, especially in buildings and dams,

as well as along the shoreline of an island.

2.3. Evaluation

Untuk menguji kestabilan alat pendeteksi gempabumi ini, dijalankan beberapa

pengujian yang dimaksudkan untuk mengetahui apakah dapat mengukur dengan tepat

dan benar. Pengujian dilakukan pada accelerometer, analog to digital converter, GSM,

GPS dan alat secara keseluruhan.

The First test is accelerometer MMA7361, measure offset voltage the

accelerometer in 0 – 360degree potition with 45degree index of increasing against

each axis. The result is 75% accuration. However to decrease the error, it is performed

recalibration in main program.

Picture 2 – test result 1

The second test is ADC, giving different voltage onto 3 ADC pin that is used

by accelerometer then show it on LCD and analyse it using formula. The result is 73%

accuration.

Picture 3 – test result ADC0

0.000.501.001.502.002.503.00

Tegangan

(Volt)

Sudut KemiringanAxis X Axis Y Axis Z

comp

The Thir

pare with tol

Tegangan

(Volt)

Tegangan

(Volt)

rd test is G

arance limit

0.000

2.000

4.000

1g

g(

)

0.000

2.000

4.000

1

gg

()

Pircture

Picture

GPS Gstar-2

s. The result

Picture

3 5 7Percobaan

3 5 7Percobaan

4 – test resu

5 – test resu

216, using

t is 100% ac

e 6 – test res

Te9 11

Teg9 11

ult ADC1

ult ADC2

data from 3

curation sinc

ult GPS

gangan Input

gangan Input

3 certain po

ce the data i

Tegangan Inp

Tegangan AD

Tegangan Inp

Tegangan AD

oints then

s valid.

put

C1

put

C2

The Forth test is GSM, where this test is count the time of sms is being sent

and recieved by recievers cellphone. The provider is Indosat IM3, and the recievers

are esia, flexi, mentari, as, simpati, xl that is in morning, afternoon, and evening. The

result have approximately 16 – 20 second and the shortest is mentari.

The Fifth test is the all over system test, compare the result from this device

and BMKG’s device. The result has 95% accuration.

Picture 7 – test result system

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19

Intensitas

Percobaan

Data Pengujian Intensitas

data alat pabrik

data alat penulis

3. Conclusion

Based on analysis result that is done between writer’s and industry’s intensitymeter, can be

concluded :

1. Cost for this devices can be reduced IDR 70M/device.

2. Accuration ADC is 72, 72%.

3. Accuration accelerometer is about 75%, with error 25%.

4. Approximation time sending sms is about 16 – 20 seconds.

5. The system accuration is 95% with dimension cms-2 convert into MMI scale.

References

[1] Romanchik, Dan. "n-d". “Seven tips for making better accelerometer measurements”.

Diperoleh (diakses tanggal 10-13-2011) dari http://www.tmworld.com/article/323656-

Seven_tips_for_making_better_accelerometer_measurements.php

[2] Anonim. 2010. Tilt measurement using a low-g 3-axis accelerometer. Tesis.

STMicroelectronics. Doc ID 17289 Rev 1.

[3] Anonim. "n-d". “Skala MMI (Modified Mercally Intensity)”. diperoleh (diakses tanggal 10-

07-2011) dari http:// bmkg.go.id/mmi.php

[4] Goldman, Ron. 2010. Using the SPOT Accelerometer. Application Note. Sun Oracle.

[5] Starlino. "n-d". “A Guide To Using IMU (Accelerometer and Gyroscope Devices) In

Embedded Applications. Diperoleh (diakses tanggal 10-13-2011)

http://www.starlino.com/imu_guide.html

[6] Axelson, J. (2006). USB Mass Storage: Designing and Programming Devices and

Embedded Hosts. Lakeview Research LCC, Madison.

[7] Kingsley-Hughes, K. (2005). Hacking GPS. Wiley Publishing, Inc., Indiana

[8] Yohannes Surya, LCD Gimana sih Kerjanya, www.yohannessurya.com

[9] Anonim. "n-d". "SMS Tutorial: Introduction to SMS Messaging". diakses dari

www.developer.com

[10] Barrnet, Richard. (2003). Embedded C Programming and the Atmel AVR. 1st

edition.Delmar learning. ISBN 1401812066.hal

[11] Anonim. "n-d". "Mobile technologies GSM". diakses dari www.etsi.org

PERANCANGAN (RANCANG BANGUN) INTENSITIMETER BERBASIS

MIKROKONTROLER SEBAGAI INSTRUMEN PENDETEKSI GETARAN

GEMPABUMI KUAT

Handoko Binus University, Jakarta, DKI Jakarta, Indonesia

Daniel Karunia Wijaya Binus University, Jakarta, DKI Jakarta, Indonesia

dan

Darius Sandatinus Binus University, Jakarta, DKI Jakarta, Indonesia

Abstrak

Indonesia merupakan wilayah langganan gempabumi dan tsunami, namun alat untuk mendeteksi

gempabumi yang ada di BMKG (Badan Meteorologi dan Klimatologi dan Geofisika) masih

menggunakan alat buatan luar negeri. Penelitian bertujuan membuat intensitimeter yang dapat

menampilkan besaran intensitas gempabumi dalam skala Modified Mercalli Intensity (MMI) dan

Peak Ground Acceleration (PGA) ke Liquid Crystal Display (LCD), dengan demikian bisa

mengurangi biaya produksi dan memudahkan pengguna alat intensitimeter jika terjadi kerusakan.

Penelitian menggunakan metode analisis dan metode perancangan. Sistem intensitimeter

menggunakan sensor accelerometer dengan tingkat error 0.05V, nilai percepatan (cms-2) diubah

ke satuan MMI, untuk digitizer digunakan ADC 10 bit. Data dikirimkan dengan menggunakan

GSM berupa sms, untuk mengetahui posisi alat, waktu dan tanggal menggunakan GPS, dan data

disimpan ke MMC dengan format file teks (*.txt) dengan sistem file FAT16. Secara keseluruhan

tingkat kesalahan alat adalah sebesar 5%, dari 20 percobaan ada 1 nilai yang tidak sesuai.

Keyword : Gempabumi, Intensitimeter, Accelerometer, Microncontroller

1. Pendahuluan

Di era globalisasi ini, media penyimpanan data digital lebih diminati daripada teknik

pengolahan data analog. Teknik penyimpanan besaran gempa dilakukan oleh BMKG (Badan

Meteorologi dan Klimatologi dan Geofisika) disimpan secara analog dengan menggunakan alat

Seismograf. Gelombang seismik yang terjadi tergambar sebagai garis gelombang pada

seismograf yang nantinya akan dicetak pada gulungan kertas sebagai media penyimpanan data

(www.bmkg.go.id).

Teknik yang dilakukan dalam penyampaian data gempa juga dilakukan dengan manual.

Dengan menggunakan pengumpulan data setelah gempa terjadi di dalam gulungan kertas. Hal ini

tidak effisien dikarenakan kurang cepatnya penyampaian data.

Melihat beberapa permasalahan yang muncul di atas maka dibuatlah alat yang dapat

memecahkan masalah-masalah tersebut. Alat yang akan dibuat adalah sebuah alat pendeteksi

gempa yang menghitung nilai percepatan yang dialami oleh suatu titik gempa ataupun sebuah

gedung dengan menggunakan accelerometer.

Alat ini berfungsi untuk penyimpanan data pergerakan gempa ke dalam media digital dan

memungkinkan mengirim data gempa lewat sms ke no telepon yang disimpan.

2. Methodology

Ruang lingkup dari penelitian mencakup analisa, perancangan dan implementasi alat

pendeteksi gempabumi kuat yang berbasis AVR ATMEGA1284. Adapun pembahasan yang

dilakukan meliputi sebagai berikut :

- Perancangan

- Implementasi

- Evaluasi

Gambar 1 – Rancangan Sistem

2.1. Perancangan

AVR ATMEGA1284 memproses nilai yang dihasil accelerometer sebagai

sensor gempabumi dengan menggunakan ADC 10bit internal. GPS dalam alat ini

dimanfaatkan untuk mengetahui keakurasian posisi dan waktu terjadi gempa, dan

LCD untuk menampilkan nilai hasil yang diproses. Data hasil proses juga dikirimkan

dengan menggunakan Global System for Mobile Communocations (GSM) berupa sms

ke ponsel tertentu, serta setiap terjadi gempabumi data disimpan di dalam Multimedia

Card (MMC). Data yang disimpan pada MMC merupakan file data gempabumi yang

berformat *.txt. Format MMC yang digunakan adalah FAT16 dengan ukuran MMC

yang digunakan adalah 1 GB.

2.2. Implementasi

Bahasa pemorgraman yang digunakan adalah bahasa C dengan bantuan

software compiler yang digunakan CodeVision versi 2.03.4 dan downloader yang

dipakai adalah STK500. Pendeteksi gempabumi ini akan diletakkan pada titik – titik

tertentu untuk diukur nilai intensitas gempabumi terutama pada gedung – gedung

bertingkat dan bendungan, serta di sepanjang garis pantai sebuah pulau.

2.3. Evaluasi

Untuk menguji kestabilan alat pendeteksi gempabumi ini, dijalankan beberapa

pengujian yang dimaksudkan untuk mengetahui apakah dapat mengukur dengan tepat

dan benar. Pengujian dilakukan pada accelerometer, analog to digital converter, GSM,

GPS dan alat secara keseluruhan.

Pengujian pertama yaitu pada accelerometer MMA7361, dengan mengukur

nilai tegangan pada saat accelerometer dimiringan dari 0 sampai 360derajat dengan

kenaikan 45derajat terhadap masing – masing axis. Hasilnya keakurasian

accelerometer adalah 75% pada masing – masing axis. Namun untuk mengurangi

error tersebut, dilakukan kalibrasi ulang pada program utama.

Gambar 2 – hasil pengujian 1

Pengujian kedua yaitu pada ADC, dengan memberi tegangan yang berbeda –

beda pada 3 pin ADC pada ATMEGA1284 yang akan digunakan sebagai input

0.000.501.001.502.002.503.00

Tegangan

(Volt)

Sudut KemiringanAxis X Axis Y Axis Z

accel

Hasil

lerometer lal

lnya adalah k

Tegangan

(Volt)

lu menampil

keakurasian

0.000

2.000

4.000

1

gg

()

lkannya ke L

3 ADC terse

Gambar 3 –

Gambar 4 –

3 5 7Percobaan

LCD dan me

ebut adalah

– hasil pengu

– hasil pengu

Te9 11

nganalisany

73%.

ujian ADC0

ujian ADC1

gangan Input

ya dengan pe

0

Tegangan Inp

Tegangan AD

erhitungan.

put

C1

pada

keaku

GPS.

berap

meng

as, si

adala

ment

Pengujian

3 titik yang

urasiannya a

Pengujian

pa lama sm

girim dari ala

impati, xl y

ah rata – ra

ari.

Tegangan

(Volt)

n ketiga ad

g ditentukan

adalah 100%

n keempat

ms dikirim d

at digunakan

yang diuji p

ata 16 – 20

0.000

2.000

4.000

1g

g(

)

Gambar 5 –

dalah GPS G

lalu dibandi

% karena sem

Gambar 6

adalah GSM

dan diterim

n Indosat IM

ada pagi, si

detik dan

3 5 7Percobaan

– hasil pengu

Gstar-216, d

ingkan deng

mua data m

6 – hasil peng

M, dimana p

a oleh pon

M3, sedangka

iang, dan m

yang memil

Teg9 11

ujian ADC2

dengan men

an batas tole

asih masuk

gujian GPS

pengujian in

nsel yang di

an yang ditu

malam hari.

liki waktu p

gangan Input

2

gambil data

eransi dari G

dalam batas

ni adalah m

ituju. Provi

uju esia, flex

Hasil dari p

paling singk

Tegangan Inp

Tegangan AD

a berulang

GPS. Hasil

s toleransi

menghitung

der untuk

xi, mentari,

perngujian

kat adalah

put

C2

Pengujian kelima adalah pengujian sistem secara keseluruhan, dengan

membandingkan hasil alat pendektsi ini dengan alat yang ada pada BMKG. Hasil

pengujian ini adalah memiliki keakurasian 95%.

Gambar 7 – hasil pengujian sistem keseluruhan

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19

Intensitas

Percobaan

Data Pengujian Intensitas

data alat pabrik

data alat penulis

3. Kesimpulan

Berdasarkan pada hasil analisis yang dilakukan pada pengambilan data alat penulis

dengan alat buat pabrikan yang memiliki fungsi sebagai intensitimeter, maka diambil

kesimpulan sebagai berikut:

1. Biaya yang dikeluarkan oleh pemerintah guna belanja alat sebagai intensitimeter yang dipesan

dari negeri China dapat berkurang sebanyak Rp 70 juta/ alat.

2. Tingkat keakurasian ADC yang digunakan adalah 72, 72%.

3. Sensor yang digunakan untuk pengukuran intensitas adalah accelerometer dengan tingkat

error rata-rata 25%.

4. Rata-rata waktu yang digunakan alat intensitimeter mengirim sms adalah 16 – 20 detik.

5. Untuk pengukuran alat intensimeter, keakurasian alat mencapai 95% dengan satuan cms-2

diubah ke intensitas MMI.

Daftar Pustaka

[1] Romanchik, Dan. "n-d". “Seven tips for making better accelerometer measurements”.

Diperoleh (diakses tanggal 10-13-2011) dari http://www.tmworld.com/article/323656-

Seven_tips_for_making_better_accelerometer_measurements.php

[2] Anonim. 2010. Tilt measurement using a low-g 3-axis accelerometer. Tesis.

STMicroelectronics. Doc ID 17289 Rev 1.

[3] Anonim. "n-d". “Skala MMI (Modified Mercally Intensity)”. diperoleh (diakses tanggal 10-

07-2011) dari http:// bmkg.go.id/mmi.php

[4] Goldman, Ron. 2010. Using the SPOT Accelerometer. Application Note. Sun Oracle.

[5] Starlino. "n-d". “A Guide To Using IMU (Accelerometer and Gyroscope Devices) In

Embedded Applications. Diperoleh (diakses tanggal 10-13-2011)

http://www.starlino.com/imu_guide.html

[6] Axelson, J. (2006). USB Mass Storage: Designing and Programming Devices and

Embedded Hosts. Lakeview Research LCC, Madison.

[7] Kingsley-Hughes, K. (2005). Hacking GPS. Wiley Publishing, Inc., Indiana

[8] Yohannes Surya, LCD Gimana sih Kerjanya, www.yohannessurya.com

[9] Anonim. "n-d". "SMS Tutorial: Introduction to SMS Messaging". diakses dari

www.developer.com

[10] Barrnet, Richard. (2003). Embedded C Programming and the Atmel AVR. 1st

edition.Delmar learning. ISBN 1401812066.hal

[11] Anonim. "n-d". "Mobile technologies GSM". diakses dari www.etsi.org