i

SISTEM MONITORING DIGITAL PENGGUNAAN DAN KULITAS AIR

PDAM BERBASIS MIKROKONTROLLER ATMEGA 328 MENGGUNAKAN

SENSOR WATER FLOW DAN SENSOR PHOTODIODA

PROPOSAL TUGAS AKHIR

Oleh

MUHAMMAD KAUTSAR / 21120110141001

PROGRAM STUDI SISTEM KOMPUTER

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS DIPONEGORO

SEMARANG, MEI 2014

ii

Proposal Tugas Akhir

Sistem Monitoring Digital Penggunaan dan Kualitas Air PDAM Berbasis

ATMega 328 Menggunakan Sensor Water Flow dan Sensor Photodioda

Yang diajukan oleh

Muhammad Kautsar / 21120110141001

Kepada

Program Studi Sistem Komputer

Fakultas Teknik

Universitas Diponegoro

Telah disetujui oleh :

Pembimbing I

Dr. R. Rizal Isnanto, ST. MM. MT

NIP. 197007272006121001

Tanggal :

Pembimbing II

Eko Didik Widianto, ST, MT

NIP. 197705262010121001

Tanggal :

Mengetahui

Koordinator Tugas Akhir

Dr. R. Rizal Isnanto, ST. MM. MT

NIP. 197007272006121001

Tanggal :

iii

DAFTAR ISI

Halaman Judul .............................................................................................. i

Lembar Pengesahan ............................................................................................... ii

Daftar isi ............................................................................................................... iii

Abstrak .................................................................................................................. iv

Judul ....................................................................................................................... 1

Latar Belakang ....................................................................................................... 1

Rumusan Masalah ................................................................................................... 2

Batasan Masalah...................................................................................................... 2

Tujuan Penelitian..................................................................................................... 2

Kajian Pustaka ......................................................................................................... 3

Metode Penelitian.................................................................................................. 12

Jadwal Penelitian ................................................................................................... 13

DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................ 14

LAMPIRAN

- Perancangan Alat

iv

ABSTRAK

Air menjadi salah satu kebutuhan pokok dalam masyarakat yang mengabil peran sangat penting

dalam kehidupan. Ketergantungan hidup manusia terhadap air semestinya tak perlu di pungkiri

lagi banyak aktivitas manusia yang berkaitan dengan memanfaatkan air seperti untuk minum,

mandi, mencuci, menyiram tanaman dan lain sebagainya. PDAM sebagai bisnis jasa penyedia air

daerah menjadi solusi untuk menyalurkan air di rumah-rumah. Saat ini, penggunaan meteran

analog yang dipunyai PDAM dirasa kurang efektif bagi pelanggan untuk dapat memantau

penggunaan air yang mereka gunakan tidak cuman itu, seringkali juga kualitas air yang

disalurkan oleh jasa tersebut kurang baik oleh karena itu dibutuhkan sebuah alat yang dapat

memberikan pemantauan dan pengorpasian yang lebih mudah. Teknologi saat ini telah banyak

mengeser sesuatu yang analog menjadi digital. Karena dengan bentuk digital pengoprasian dan

tampilan jauh lebih mudah. Sehingga, pada penelitian ini dirancang suatu Sistem monitoring

digital penggunaan Air berbasis mikrokontroller ATMega 328 dengan cara mengukur debit air

masuk dari sambungan pipa PDAM. Untuk pemantauan penggunaan air menggunakan sensor

waterflow yang menggunakan prisip effect hall pada sensor tersebut. Sekaligus alat ini dapat

mendeteksi masalah kejernihan air menggunakan sensor photodioda prinsip kerjanya

mengguanakan pantulan cahaya yan diterima dari sample air yang di tampung. Output dari

sistem ini berupa informasi debit air per 3 yang di tambah pengkonversian ke satuan harga. Sehingga, di harapan sistem ini dapat memberikan pemantauan penggunaan air PDAM yang

mudah dan transparan kepada pelanggan

Kata Kunci : Sistem Moinitoring, Mikrokontroller ATMega328, sensor waterflow, sensor

photodioda

v

1

1. Judul : Sistem Monitoring Digital Penggunaan dan Kualitas Air PDAM

Menggunakan Sensor Waterflow dan Sensor Photodioda.

2. Latar Belakang Masalah

Air merupakan kebutuhan pokok manusia yang banyak digunakan

untuk memenuhi aktivitas sehari-hari seperti minum, mandi, mencuci dan lain

sebagainya. Di perkotaan, pelayanan jasa air bersih umumnya

diselenggarakan oleh pemerintah melalui PDAM (Perusahaan Daerah Air

Minum). Air yang disalurkan oleh PDAM ke rumah-rumah penduduk

biasanya berasal dari pengununggan yang mengalir ke sungai kemudian di

tampung terlebih dahulu di bak-bak penampungan (reservoir) kemudian di

saring dan di distribusikan ke rumah-rumah pelanggan.

Sistem monitoring PDAM saat ini, terkadang mempuyai kelemahan

pada keakuratan meteran dan cenderung tidak transparan kepada pelanggan.

Setiap bulan petugas PDAM mendatangi rumah penduduk dan mencatat

volume air yang terdapat pada meteran analog dan mengirimkannya ke pusat.

Seperti yang di ketahui penggunaan sistem analog mempuyai kelemahan di

dalam akurasi data dan pengembangannya yang cukup sulit, sehingga

terkadang pelanggan tidak mampu memantau penggunaan air yang mereka

gunakan hal hasil banyak di jumpai banyak pelanggan yang kaget di loket

pembayaran ketika melakukan pembayaran air yang hanya dapat di ketahui

total tagihannya di kantor pembayaran, selain itu adapun masalah yang sering

di jumpai pada layanan PDAM, terkadang air yang disalurkan kerumah-

rumah biasanya mengalami penurunan kualitas seperti pencemaran yang di

tandai dengan perubahan pada warna air atau kekeruhan.

Kemajuan ilmu pengetahuan dan teknologi, terutama di bidang

elektronika dan instrumentasi, pada prinsipnya dapat diterapkan untuk

mengatasi masalah tersebut, yaitu dengan membuat sebuah alat yang mampu

memonitoring penggunaan volume air sekaligus mengkonversinya kedalam

satuan harga yang langsung di tempatkan di rumah pelanggan sehingga

pelanggan dapat dengan mudah memantau penggunaan air yang mereka

gunakan. Sistem ini juga dapat melakukan pendeteksian kejernihan air yang

2

ditempatkan pada sebuah wadah penampungan air. Sistem pengendalian yang

digunakan pada penelitian ini menggunakan mikrokontroller ATMega 328.

3. Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang di atas, rumusan masalah dari penelitian ini

adalah:

1. Bagaimana merancang sistem yang dapat mengukur debit air secara

digital dan mendeteksi kejernihan air ?

2. Bagaimana membuat prototype yang dapat mengukur debit air dan

mendeteksi kejernihan air ?

4. Batasan Masalah

Dalam penulisan tugas akhir ini, penulis membatasi pembahasan

dalam hal berikut :

a. Sistem bekerja menggunakan perangkat board Arduino Nano v3.0

dengan mikrokontroller berbasis ATMega 328.

b. Sistem bekerja menggunakan sensor water flow sebagai alat pengukur

debit air digital dan sensor photodioda sebagai alat pendeteksi kejernihan

air.

c. Volume air yang di ukur yaitu volume air yang di terima dari sambungan

pipa PDAM khususnya skala perumahan.

d. Bahasa pemograman yang digunakan adalah Bahasa C.

5. Tujuan Penelitian

a. Merancang sistem yang mengukur debit air secara digital dan mendeteksi

kejernihan air.

b. Mengimplementasikan prototype yang mengukur debit air dan

mendeteksi kejernihan air.

c. Menguji sistem pengukuran penggunaan debit air dan pendeteksi

kejernihan air.

3

6. Kajian Pustaka

6.1. Sistem monitoring volume air dan pendeteksian kejerniaan Air

Monitoring adalah bagian dari kegiatan pengawasan, dalam

pengawasan ada aktivitas memantau (monitoring). Pemantauan

umumnya dilakukan untuk tujuan tertentu, untuk memeriksa apakah

program yang telah berjalan itu sesuai dengan sasaran atau sesuai

dengan tujuan dari program. Secara umum Monitoring bertujuan

mendapatkan umpan balik bagi kebutuhan program proses pembelajran

yang sedang berjalan, dengan mengetahui kebutuhan ini pelaksanaan

program akan segera mempersiapkan kebutuhan dalam pembelajaran

tersebut.

Sistem monitoring yang akan di buat pada proposal ini yaitu

sebuah sistem yang dapat memantau penggunaan volume air yang

digunakan pelanggan rumahan dengan cara mengkalkulasi debit air

yang mengalir pada sebuah pipa yang mana pipa tersebut terhubung

dengan senssor waterflow. Sensor ini mampu mendeteksi banyak air

yang mengalir berdasarkan kecepatan putaran yang diterima lalu

mengubahnya menjadi pulsa digital, sehingga mikrokontroller dapat

menprosesnya menjadi sebuah informasi yang akan di tampilkan pada

LCD. Selain itu, sistem ini juga di lengkapi dilengkapi dengan sensor

photodioda yang berfungsi untuk mendeteksi kejernihan air. Prinsip

kerjanya menggunakan pantulan cahaya yang mana terdapat sebuah

transmitter (LED) dan receiver cahyaa (photodioda). Jadi ketika cahaya

tidak mampu mengirim ke receiver cahaya maka dapat dikatakan bahwa

air mengalami perubahan warna atau dianggap tidak jernih, berbeda

ketika sensor ini mampu mentransmisikan cahaya maka akan di anggap

air jenih karena pada dasarnya air yang jernih bersifat transparan pada

sebuah cahaya. Sensor ini diletakan pada sebuah wadah penampungan

sebagai bahan sample. Berikut diagram blok perancangan sistem yang

terdapat pada gambar 1. Dimana terdapat sensor waterflow, sensor

photodioda, button yang berperan sebagai input dan LCD sebagai

output sedangkan mikrokontrollernya sebagai alat kontrolnya

4

Gambar 1. Diagram Blok sistem

6.2. Arduino Nano

Arduino adalah salah satu produk papan elektronik yang

mengandung sebuah mikrokontroller yang menjadi sebuah kesatuan

atau biasa dikenal dengan sistem minimum. Piranti ini dapat

dimanfaatkan untuk mewujudkan rangkaian elektronik dari yang

sederhana hingga kompleks. Pengendalian LED hingga pengontrollan

robot dapat diimplementasikan dengan menggunakan papan yang

berukuran kecil seperti pada gambar 2. Bahkan dengan penambahan

komponen tertentu, piranti ini bisa dipakai untuk pemantauan jarak jauh

melalui Internet. Misalnya pemantaun traffik lalu lintas dan

pengendalian trafic light.

Gambar 2. Arduino Nano v3.0

Sensor Photodioda

5

Papan Arduino Nano merupakan jenis papan yang memiliki bentuk

paling sederhana dengan ukuran yang relatif kecil dibandingkan dengan

papan Arduino jenis lain. Papan Arduino Nano memiliki bentuk

compact dengan port USB sebagai antar muka dan media komunikasi

dengan komputer. Arduino Nano juga biasa digunakan bersama

breadboard, sehingga memudahkan para pengembang untuk berkreasi

sendiri. Pada arduino nano mengandung mikrokontroller ATMega 328

yang mempuyai oscillator 16Mhz yang memungkinkan operasi berbasis

waktu dapat dilaksanakan dengan tepat dan regulator sebagai

pembangkit tengangan 5 volt. Sejumlah pin tersedia di papan. Pin 0

hingga 13 digunakan sebagai isyarat digital, yang hanya bernilai 0 atau

1. Pin A0 A5 digunakan untuk isyarat analog. Arduino nano

dilengkapi dengan static random-access memeory (SRAM) berukuran 2

KB untuk memegang data, Flash Memory berukuran 32 KB. Tabel 1.

Merupakan spesifikasi lengkap dari Arduino Nano v.30.

Tabel 1. Spesifikasi Arduino Nano v3.0

Komponen Keterangan

Microcontroller Atmel Atmega 328

Operating Voltage (Logic Level) 5 V

Input Voltage 7-12 V

Input Voltage Limit 6-20 V

Digital I/0 14 Pins (which provide 6 PMW

output)

Analog Input 8 Pins

DC Current per I/O pin 40 mA

Flash Memory 32 KB (ATmega328) of which 2

KB used by bootloader

SRAM 2 KB

EEPROM 1 KB

Clock Speed 16 MHz

Dimensions 0.73 x 1.70

6

Arduino tidak hanya sekedar sebuah alat pengembangan, tetapi ia

adalah kombinasi dari hardware dan Integrated Development

Environment (IDE) yang canggih. IDE adalah sebuah software yang

sangat berperan untuk menulis program, meng-compile menjadi kode

biner dan meng-upload ke dalam memory mikrokontroler. Ada banyak

projek dan alat-alat dikembangkan oleh akademisi dan profesional

dengan menggunakan Arduino, selain itu juga ada banyak modul-modul

pendukung (sensor, tampilan, penggerak dan sebagainya) yang dibuat

oleh pihak lain untuk bisa disambungkan dengan Arduino. Arduino

berevolusi menjadi sebuah platform karena ia menjadi pilihan dan

acuan bagi banyak praktisi. Salah satu yang membuat Arduino memikat

hati banyak orang adalah karena sifatnya yang open source, baik untuk

hardware maupun software-nya. Diagram rangkaian elektronik Arduino

digratiskan kepada semua orang. Sehinggan bebas men-download

gambarnya, membeli komponen-komponennya, membuat PCB-nya dan

merangkainya sendiri tanpa harus membayar kepada para pembuat

Arduino. Sama halnya dengan IDE Arduino yang bisa di-download dan

di-install pada komputer secara gratis.

Kelebihan Arduino antara lain:

1. Tidak perlu perangkat chip programmer karena di dalamnya

sudah ada bootloader yang akan menangani upload program

dari komputer.

2. Sudah memiliki sarana komunikasi USB, sehingga pengguna

laptop yang tidak memiliki port serial/RS323 bisa

menggunakannya.

3. Bahasa pemrograman relatif mudah karena software Arduino

dilengkapi dengan kumpulan library yang cukup lengkap.

4. Memiliki modul siap pakai (shield) yang bisa ditancapkan pada

board Arduino. Misalnya shield GPS, Ethernet, SD Card, dll.

7

Gambar 3. Software IDE Arduino

IDE Arduino adalah software yang sangat canggih ditulis dengan

menggunakan Java. IDE Arduino terdiri dari:

1. Editor program, sebuah window yang memungkinkan pengguna

menulis dan mengedit program dalam bahasa Processing.

2. Compiler, sebuah modul yang mengubah kode program (bahasa

Processing) menjadi kode biner. Bagaimanapun sebuah

mikrokontroler tidak akan bisa memahami bahasa Processing.

Yang bisa dipahami oleh mikrokontroler adalah kode biner.

Itulah sebabnya compiler diperlukan dalam hal ini.

3. Uploader, sebuah modul yang memuat kode biner dari

komputer ke dalam memory di dalam papan Arduino.

6.3. Sensor Water Flow

Water Flow sensor terdiri dari tubuh katup plastik, rotor air, dan

sensor hall efek. Ketika air mengalir melalui, gulungan rotor-rotor.

Kecepatan perubahan dengan tingkat yang berbeda aliran. Kelebihan

sensor ini adalah hanya membutuhkan 1 sinyal (SIG) selain jalur 5V dc

seperti pada gambar 4. Prinsip kerja sensor ini adalah dengan

memanfaatkan fenomena efek Hall. Efek Hall ini didasarkan pada efek

8

medan magnetik terhadap partikel bermuatan yang bergerak. Ketika ada

arus listrik yang mengalir pada divais Efek Hall yang ditempatkan

dalam medan magnet yang arahnya tegak lurus arus listrik, pergerakan

pembawa muatan akan berbelok ke salah satu sisi dan menghasilkan

medan listrik. Medan listrik terus membesar hingga gaya Lorentz yang

bekerja pada partikel menjadi nol. Perbedaan potensial antara kedua sisi

divais tersebut disebut potensial Hall. Potensial Hall ini sebanding

dengan medan magnet dan arus listrik yang melalui divais.

Gamber 4. Sensor waterflow

Tabel 2. Keterangan Spesifikasi waterflow

No.

Name

Quantity/

kuantitas

Material

Note/

catatan

1 Valve body 1 PA66+33%glass fiber

2 Stainless steel bead 1 Stainless steel SUS304

3 Axis 1 Stainless steel SUS304

4 Impeller 1 POM

5 Ring magnet 1 Ferrite

6 Middle ring 1 PA66+33%glass fiber

7 O-seal ring 1 Rubber

8 Electronic seal ring 1 Rubber

9

9 Cover 1 PA66+33%glass fiber

10 Screw 4 Stainless steel SUS304 3.0*11

11 Cable 1 1007 24AWG

http://www.seeedstudio.com/wiki/G1/2_Water_Flow_sensor

Gambar 5. Mechanic Dimensi WaterFlow sensor G1/2

Spesifikasi alat

1. Bekerja pada tegangan 5V DC-24VDC

2. Arus Maksimum 15 mA(DC5V)

3. Berat sensor 43 g

4. Tingkat rentang aliran 0,5~ 60L / menit

5. Suhu Pengoperasian 0C~ 80

6. Operasikelembaban35%~ 90% RH

7. Operasitekanan bawah1.75Mpa h.

8. Store temperature -25C~+80

9. Store humidity 25%~90%RH

6.4. Sensor Photodioda

Air merupakan suatu kebutuhan yang sangat penting dalam

kehidupan manusia. Karena itu, kualitas air yang bisa dikonsumsi

manusia harus diperhatikan. Parameter-parameter yang bisa digunakan

untuk menentukan kualitas air antara lain kejernihan, kondutifitas

10

listrik, rasa, bau. Parameter itu menentukan kemurnian dari air itu dan

sehat atau tidaknya untuk dikonsumsi manusia.

Salah satu parameter kualitas air yaitu kejernihan, dapat dinyatakan

dengan kemampuannya untuk meneruskan cahaya yang mengenainya.

Dengan kondisi itulah alat ini mampu mendeteksi transmisi cahaya dari

air itu dengan sensor photodioda. Dengan alat ini mampu ditentukan

tingkat kejernihan air.

Photo Dioda adalah komponen elektronika yang merupakan jenis

dioda biasanya berfungsi mendeteksi cahaya. Meskipun merupakan

jenis dioda, tetapi cara kerjanya berbeda dengan dioda biasa. Photo

Dioda akan mengubah cahaya menjadi arus listrik. Komponen

elektronika ini mampu mendeteksi bermacam-macam jenis cahaya yaitu

mulai dari cahaya infra merah, cahaya tampak, ultra violet sampai

dengan Sinar-X.

Gambar 6. Simbol photodioda

Photodioda akan mengalami perubahan resistansi pada saat

menerima intensitas cahaya dan akan mengalirkan arus listrik secara

forward sebagaimana dioda pada umumnya. Sensor photodioda adalah

salah satu jenis sensor peka cahaya (photodetector). Jenis sensor peka

cahaya lain yang sering digunakan adalah phototransistor. Photodioda

akan mengalirkan arus yang membentuk fungsi linear terhadap

intensitas cahaya yang diterima seperti yang terlihat pada gambar 7..

Arus ini umumnya teratur terhadap power density (Dp). Perbandingan

antara arus keluaran dengan power density disebut sebagai current

responsitivity. Arus yang dimaksud adalah arus bocor ketika photodioda

tersebut disinari dan dalam keadaan dipanjar mundur.

11

Gambar 7. Rankaian blok sensor photodioda

Jarak fotodioda dan led diatur pada 20 cm. Penampung diisi air

dengan volume 500 ml, kemudian diletakkan di samping fotodioda.

Setelah itu, tegangan keluaran dari blok penguat dimasukkan ke input

ADC mikrokontroler untuk diolah yang kemudian ditampilkan ke LCD.

Tampilan di LCD berupa tegangan keluaran penguat, intensitas cahaya,

dan tingkat kejernihan air. Prinsip kerja sensor ini, jika cahaya LED

memancarkan cahaya ke sensor photodioda kurang dari threshold yang

di inginkan maka akan di anggap air dalam keadaan keruh sebaliknya

jika LED memacarkan cahaya dengan intensitas cahaya yang tinggi

maka akan air akan di anggap jernih. Karena sifat air yang jernih itu

bening atau transparan sehingga dapat meneruskan cahaya sedangkan

air keruh itu menghalangi cahaya. Berikut rancangan desain

penempatan sensor pada Gambar 8.

Gambar 8. Rancangan penempatan sensor photodioda

12

7. Metode Penelitian

a. Studi Literatur

Tahapan ini merupakan tahap penggalian konsep dan semua bahan terkait

sistem monititoring debit air dan pemahaman terkait sensor yang

digunakan serta pemograman Arduino yang digunakan. Peneliti

melakukan studi pustaka dari buku-buku acuan yang berhubungan

dengan pengembangan menggunakan board Arduino.

b. Pengambilan data dan analisa

Tahapan ini merupakan tahapan yang penulis lakukan guna mengambil

data dan kemudian dilakukan analisa berdasarkan data yang diperoleh

dari wawancara, pengamatan, obesrvasi ke lapangan dan berkas

informasi terkait tentang sistem monitoring penggunaan debit air skala

rumahan di perkotaan

c. Perancangan Sistem

Tahapan ini merupakan tahapan di mana peneliti melakukan perancangan

dari sisem monioring tersebut berdasarkan dari data yang diperoleh dari

tahap pengambilan data. Dalam tahap ini, peneliti juga melakukan

pembuatan desain alat dan cara kerja sistem.

d. Pembuatan Sistem

Tahapan ini merupakan tahapan di mana penulis melakukan pembuatan

perangkat keras sistem yang kemudian dilanjutkan dengan pembuatan

program di IDE Arduino. Dalam hal ini, pemrograman yang dilakukan

menggunakan bahasa pemrograman C yang telah dikonversi ke bahasa

mesin untuk perangkat board Arduino.

e. Implementasi Sistem

Tahapan ini merupakan perealisasian dari sistem dimana sistem di

tempatkan pada saluran pipa PDAM dan di lakukan uji coba mengukur

debit air menggunakan sensor waterflow yang kemudian dibandingkan

dengan penggunaan meteran analog, selain itu juga dilakukan uji coba

untuk mendeteksi kejernihan air menggukanakan sensor photodioda

13

8. Jadwal Penelitian

Tabel 2. Jadwal Penelitian

Kegiatan

Bulan

April Mei Juni Juli Agustus Septembe

r

1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4

Studi

Literatur

Pengambila

n Data

Perancanga

n Sistem

Pembuatan

Sistem

Penulisan

Laporan

14

DAFTAR PUSTAKA

[1.] Banzi, Massimo.2008.Getting Started With Arduino.OReilly.

[2.] Evans, Martin.2013.Arduino in Action.Manning Publications Co.

[3.] Monk, Simon.2010.30 Arduino Projects for The Evil Genius.McGraw-Hill.

[4.] Rohman, F., 2009. Prototype Alat Pengukur Kecepatan Aliran Air Dan

Debit Air (Flowmeter) Dengan Tampilan Digital. Universitas Gunadarma,

Depok.

[5.] Scot, Fitzgerald.2012.The Arduino Projects Book.Arduino LLC.

[6.] Sudjadi, 2005. Teori & Aplikasi Mikrokontroler. Graha Ilmu, Yogyakarta.

[7.] Steinem, Claudia & Janshoff, Andreas.2007.Piezoelectric Sensor.Springer.

[8.] http://arduino.cc/en/Main/arduinoBoardNano

[9.] http://www.seeedstudio.com/wiki/G1/2_Water_Flow_sensor

15

LAMPIRAN

1. Perancangan Alat

Gambar 9. Perancangan Sistem