ANEMOMETER BERBASIS IoT

Anemometer Berbasis IoT

Annisa Nur Hanifah¹, Ayu Azizah Salsabila², Muhammad Rayhan Rizaldi³, Samuel BETA Kuntarjo⁴

Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Semarang, Semarang

Jl. Prof. Sudarto, Tembalang, Kec. Tembalang, Kota Semarang, 50275

Absract – Wind is part of the weather conditions that are used for various activities, one of which is in aviation. Wind has a vital function in flight, because wind is one of the important factors for aircraft to fly. Anemomer design will certainly help in determining the speed and direction of the wind used in aviation. This system uses a Rotary Encoder as a counter to the number of rotations on the propeller, using the Compass Sensor HMC5883L as an indicator of the cardinal directions. The data obtained is used to process wind speed and direction linearly with NodeMCU ESP8266. Wind speed and direction data will be displayed in the WEB which will be updated every second.

Keyword : Anemometer, Wind Speed, Rotary Encoder, Wind Direction, HMC5883L, NodeMCU ESP8266, WEB.

Intisari – Angin merupakan bagian dari kondisi cuaca yang dimanfaatkan untuk berbagai kegiatan, salah satunya pada bidan penerbangan. Angin memiliki fungsi vital dalam penerbangan, karena angin merupakan salah satu faktor penting agar pesawat dapat melakukan penerbangan. Perancangan Anemomer tentunya akan membantu dalam penentuan keceptan dan arah angin yang digunakan dalam bidang penerbangan. Sistem ini menggunakan Rotary Encoder sebagai penghitung jumlah rotasi pada baling – baling, menggunakan Sensor Kompas HMC5883L sebagai penunjuk arah mata angin. Data yang diperoleh digunakan untuk memproses kecepatan dan arah angin secara linier dengan NodeMCU ESP8266. Data kecepatan dan arah angin akan ditampilkan dalam WEB yang akan diperbaharui setiap detik.

Kata kunci : Anemometer, Kecepatan Angin, Rotary Encoder, Arah Angin, HMC5883L, NodeMCU ESP8266, WEB.

I. PENDAHULUAN

1.1 Latar belakang

Angin merupakan salah satu potensi sumber daya alam. Sumber daya ini dapat dimanfaatkan untuk berbagai kebutuhan manusia. Angin merupakan bagian dari kondisi cuaca yang dimanfaatkan untuk keperluan penerbangan, pelayaran, dan lain-lain. Angin merupakan salah satu unsur meteorologi yang memiliki peranan penting dalam menentukan kondisi cuaca dan iklim disuatu tempat. Angin dapat dibatasi sebagai gerakan horisontal udara relatif terhadap permukaan bumi. Batasan ini berasumsi bahwa seluruh gerakan udara secara vertikal kecepatannya dapat diabaikan karena relatif rendah. Oleh karena itu, diperlukan data atau informasi tentang angin yaitu data kecepatan dan arahnya. Untuk mendapatkan data pengukuran kecepatan angin yang akurat diperlukan suatu alat ukur yang dapat mencatat kecepatan maupun arah pergerakan angin secara akurat pula.

Alat pengukur kecepatan angin yang umum digunakan pada stasiun pengamatan cuaca adalah anemometer jenis cup counter yang menerapkan metode mekanik dalam pengukurannya. Untuk mendapatkan alat ini, stasiun pengamatan 2 cuaca di Indonesia perlu mengimpor dari luar negeri, sehingga diperlukan biaya yang cukup mahal untuk memiliki alat ini. Sebagaimana ketahui bahwa prinsip kerja dari alat ini cukup sederhana yaitu cup yang berjumlah tiga buah berputar pada suatu tiang yang dihubungkan dengan counter. Di sisi lain, monitoring arah dan kecepatan angin yang telah banyak beredar hanya dipasang disatu tempat dan tidak dapat dipindah-pindah sehingga pengukuran arah dan kecepatan angin dalam melakukan penelitian hanya bisa dilakukan di satu tempat.

Dari gagasan tersebut, maka terlintas suatu pemikiran untuk membuat “Anemometer Berbasis IoT”. Perancangan sistem yang paling tepat untuk monitor arah dan kecepatan angin adalah dengan membuat sistem portable sehingga mudah dibawa ntuk pengujian ditempat berbeda. Alat ini menampilkan data kecepatan dan arah angin melalui web dengan data yang diperbarui setiap satu detik.

1.2 Tujuan

Tujuan dari perancangan alat ini yaitu:

Dapat membuat anemometer berbasis IoT yang dapat dipindah tempat dan dibongkar pasang.
Dapat membuat anemometer berbasis IoT yang dapat digunakan sebagai alat pembelajaran.
Dapat membuat anemometer berbasis IoT yang memunyai ketelitian yang sama dengan standar BMKG.
Dapat membuat anemometer berbasis IoT dengan harga yang lebih terjangkau.

1.3 Rumusan Masalah

Berdasarkan uraian di atas, maka ada beberapa perumusan masalah yang harus diperhatikan, yaitu :

1. Bagaimana merancang dan membuat anemometer yang dapat dipindah-pindah dan dapat dibongkar pasang?
2. Bagaimana merancang dan membuat anemometer yang dapat digunakan untuk pembelajaran?
3. Bagaimana merancang dan membuat anemometer yang mempunyai nilai ketelitian yang sama dengan standar BMKG?

1.4 Batasan Masalah

Dalam pembuatan alat ini terdapat batasan anemometer berbasis IoT, yaitu :

1. Alat ini harus berada di tempat terbuka agar angina tidak terhalang gedung atau objek lain sehingga kecepatan dan arah angin lebih akurat.
2. Informasi mengenai kondisi cuaca dapat diakses lewat link web dan dapat diakses dimana saja.
3. Data diperbarui pada display realtime tiap satu detik.

II. TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Rotary Encoder

Gambar 2.1 Piringan rotary encoder

Rotary encoder adalah divais elektromekanik yang dapat memonitor gerakan dan posisi. Rotary encoder umumnya menggunakan sensor optik untuk menghasilkan serial pulsa yang dapat diartikan menjadi gerakan, posisi, dan arah. Sehingga posisi sudut suatu poros benda berputar dapat diolah menjadi informasi berupa kode digital oleh rotary encoder untuk diteruskan oleh rangkaian kendali. Rotary encoder umumnya digunakan pada pengendalian robot, motor drive, dsb.

Gambar 2.2 Blok penyusun rotary encoder

Rotary encoder tersusun dari suatu piringan tipis yang memiliki lubang-lubang pada bagian lingkaran piringan. LED ditempatkan pada salah satu sisi piringan sehingga cahaya akan menuju ke piringan. Di sisi yang lain suatu photo-transistor diletakkan sehingga photo-transistor ini dapat mendeteksi cahaya dari LED yang berseberangan. Piringan tipis tadi dikopel dengan poros motor, atau divais berputar lainnya yang ingin kita ketahui posisinya, sehingga ketika motor berputar piringan juga akan ikut berputar. Apabila posisi piringan mengakibatkan cahaya dari LED dapat mencapai photo-transistor melalui lubang-lubang yang ada, maka photo-transistor akan mengalami saturasi dan akan menghasilkan suatu pulsa gelombang persegi. Gambar 1 menunjukkan bagan skematik sederhana dari rotary encoder. Semakin banyak deretan pulsa yang dihasilkan pada satu putaran menentukan akurasi rotary encoder tersebut, akibatnya semakin banyak jumlah lubang yang dapat dibuat pada piringan menentukan akurasi rotary encoder tersebut.

2.2 Sensor Kompas HMC5883L

Gambar 2.3 Sensor Kompas HMC5883L

HMC5883L adalah sebuah sensor yang digunakan untuk menunjukkan arah mata angin, atau bisa juga disebut sebagai kompas digital. Sensor ini menggunakan komponen utama berupa IC HMC5883L yang merupakan IC kompas digital 3 axis yang memiliki interface berupa 2 pin I2C. HMC5883L memiliki keakuratan kompas mencapat 1 sampai 2 derajat. Modul ini biasa digunakan untuk keperluan sistem navigasi otomatis, mobile phone, netbook dan perangkat navigasi personal.

Modul ini memiliki 5 pin, diantaranya adalah VCC, Gnd, SDA, SCL, dan DRDY. HMC5883L menggunakan tiga unsur magnetoresistif. Salah satunya adalah dapat mengubah perlawanan secara proporsional dengan kekuatan medan magnet di sepanjang sumbunya. Poin penting yang perlu dicatat bahwa kepekaan setiap elemen individu magnetoresistif merupakan komponen yang sejajar antara medan magnet dengan sumbu elemen. Ketiga unsur dalam paket sensor yang berorientasi sedemikian rupa sehingga masing-masing adalah orthogonal dengan dua lainnya. Dengan kata lain, masing-masing sumbu X, Y dan Z adalah searah.

Gambar 2.4 Sensor Kompas HMC5883L (Wahyu Adiwijaya, 2016)

Spesifikasi sensor Kompas HMC5883L :

ADC 12-bit ADC terkopling dengan sensor AMR low noise yang akan menghasilkan resolusi 2-milli gauss pada medan ±8 gauss.
Mengijinkan akurasi kompas 1 sampai 2 derajat.
Pencocokan sensitifitas dari sumbu/sensor yang berbeda.
Menyetel pergeseran sensitifitas karena suhu.
Tegangan kerjanya rendah (2.16 ~ 3.6V) dan konsumsi daya rendah (100 uA).Cocok untuk aplikasi yang dicatu menggunakan bettery.
Tersedia rangkaian drive strap.
Menyediakan demagnetisasi sensor untuk setiap pengukuran, dan juga kompensasi offset untuk mendapatkan pengukuran yang konsisten dengan akurasi hingga 1 sampai 2 derajat dan mereduksi perlunya kalibrasi ulang.
Antarmuka digital I2C.
Range medan magnet yang dapat diukur cukup lebar (+/-8 Oe) .
Sensor bisa digunakan pada lingkungan dengan medan magnet yang kuat dengan akurasi kompas 1 sampai 2 derajat.

2.3 NodeMCU ESP8266

Gambar 2.5 NodeMCU ESP8266

NodeMCU ESP8266 adalah Sebuah open source platform IoT yang membantu dalam membuat prototype produk IoT atau bisa dengan memakai sketch dengan adruino IDE. Board ini sudah dilengkapi dengan fitur Wi-Fi dan Firmwarenya yang bersifat opensource.

Spesifikasi NodeMCU ESP8266 :

Mikrokontroller / Chip : ESP8266-12E
Tegangan Input : 3.3 ~ 5V
GPIO : 13 Pin
Kanal PWM : 10 Kanal
10 bit ADC Pin : 1 Pin
Flash Memory : 4 MB
Clock Speed : 40/26/24 MHz
WiFi : IEEE 802.11 b/g/n
Frekuensi : 2.4 GHz – 22.5 Ghz
USB Port : Micro USB
USB Chip : CH340G

2.4 WEB

Gambar 2.6 Logo Thinger.io

Website adalah kumpulan halaman yang berisi informasi tertentu dan dapat diakses dengan mudah oleh siapapun, kapanpun, dan di manapun melalui internet.

Dalam sistem ini menggunakan platform dari Thinger.io. Thinger.io adalah platform Internet of Things (IoT) yang menyediakan fitur cloud untuk menghubungkan berbagai perangkat yang terkoneksi dengan internet. Thinger.io juga dapat memvisualisasikan hasil pembacaan sensor dalam bentuk nilai atau grafik.

III. PERANCANGAN ALAT

3.1 Alat

1. Solder

2. Tang potong

3. Gunting

4. Cutter

5. Tang jepit

6. Tenol

7. Bor PCB

3.2 Bahan

1. Rotary encoder

2. Sensor Kompas HMC5883L

3. NodeMCU ESP8266

4. Kaleng

5. Saklar

6. Dashboard NodeMCU ESP8266

7. Baling – baling

8. Batre

3.3 Blok Diagram

Gambar 3.1 Diagram blok komponen utama

Keterangan dari gambar :

Sensor Kompas HMC5883L, berfungsi sebagai sensor Kompas untuk membaca arah angin dari arah anak panah.
Rotari Encoder, berfungsi untuk mengirimkan data kecepatan putaran dalam bentuk pulsa.
NodeMCU ESP8266, berfungsi sebagai pengkonversi data kecepatan putaran menjadi kecepatan angin.
Internet, berfungsi sebagai jaringan untuk mengakses WEB.
Database, berfungsi untuk tempat menyimpan data kecepatan dan arah angin.
WEB, berfungsi untuk menampilkan data dari database berupa kecepatan dan arah angin

3.4 Gambar Rangkaian

Gambar 3.2 Skematik rangkaian

3.5 Diagram Alir

Gambar 3.3 Diagram Alir

3.6 Diagram Pengawatan

Gambar 3.4 Diagram Pengawatan

3.7 Pembuatan Alat

Dalam pembuatan Anemometer berbasis IOT terdapat dua tahap pembuatan, yaitu tahap pembuatan rangkaian elektronik, dan tahap pembuatan rangkaian mekanik.

1) Tahap pembuatan rangkaian elektronik

Dalam tahap pembuatan rangkaian elektronik, meliputi pendesignan PCB, yang kemudian melakukan tahap pemasangan (penyolderan) tiap komponen ke board PCB. Kemudian adapula wiring atau disebut proses pengkabelan, yang dilakukan serapi mungkin pada box yang yang sudah disiapkan.

2) Tahap pembuatan rangkaian mekanik

Tahap mekanik sebagai tempat peletakan komponen yang sudah disatukan, dimulai dengan mengecat kaleng sebagai tumpuan baling – baling, kemudian pembuatan box untuk peletakan sensor Kompas HMC5883L dan rotary encoder, juga pemasangan kincir juga ekornya sebagai tahap penting penyempunaan alat ini.

IV. CARA KERJA

Menyambungkan koneksi ke hotspot dan web. Ketika hembusan angin mengenai baling-baling maka baling-baling akan berputar dan mengerakkan piringan encoder. Kemudian encoder mengirimkan data kecepatan putaran dalam bentuk pulsa. Data kecepatan putaran menjadi kecepatan angin. Sensor kompas HMC588L membaca arah angin dari arah anak panah. Sensor kompas membaca arah angin dengan prinsip membaca tiga sumbu kompas x, y, dan z. Untuk mendapatkan nilai azimuth menggunakan rumus arc tan y/x. Data kecepatan dan arah angin dikirim ke database. Seluruh data pada database ditampilkan pada web dan diperbarui setiap satu detik.

V. PENGUJIAN ALAT

Pengujian alat ini awalnya dilakukan dengan memeriksa koneksi hotspot dan web untuk membaca data kecepatan dan arah angin agar tertampil di web. Menghidupkan saklar pada anemometer. Menghidupkan kipas angin. Baling-baling dan ekor pada anemometer bergerak. Membuka web untuk melihat data kecepatan dan arah angin.

VI. KESIMPULAN

Alat bekerja sesuai fungsi dengan tingkat akurasi hampir sama dengan BMKG.

DAFTAR PUSTAKA

IRAWAN, E. A., Satya, O. C., & Kaban, H. (2019). Perancangan Sistem Sensor Anemometer Dengan Pengiriman Data Melalui Sms Berbasis Mikrokontroler Arduino (Doctoral dissertation, Sriwijaya University).

Angela, D., Nugroho, T. A., Gultom, B. T. P., & Yonata, Y. (2018). Perancangan Sensor Kecepatan dan Arah Angin Untuk Automatic Weather Station (AWS). Jurnal Telematika ITHB, 12(1), 97-105.

Diana, D., & Al Rasyid, J. (2017). Implementasi Sensor Compas HMC5883L Terhadap Gerak Robot Micromouse dengan Menggunakan Algoritma PID. vol, 6, 120-124.

Jumini, Sri, and Lufti Holifah. "Menentukan Kondisi Lingkungan Berdasarkan Pengukuran Kecepatan Angin Dengan Anemometer Sederhana." Jurnal Penelitian dan Pengabdian Kepada Masyarakat UNSIQ 1.2 (2014): 144-148.

LAMPIRAN

1. Jurnal Klik di sini

2. PPT Klik di sini

3. Simulasi Alat Klik di sini

4. Program Klik di sini

5. Pengawatan Keseluruhan Klik di sini

6. Diagram Blok Klik di sini

7. Diagram Alir Klik di sini

8. Gambar Rangkaian Klik di sini

BIODATA PENULIS

1) Annisa Nur Hanifah

Nama penulis Annisa Nur Hanifah. Penulis dilahirkan di Semarang, 16 Oktober 2000. Penulis telah menempuh Pendidikan formal di SDN Batursari 5, SMPN 9 Semarang, dan SMAN 11 Semarang. Penulis telah menyelesaikan Pendidikan SMA pada tahun 2019. Pada tahun 2019 penulis mengikuti seleksi mahasiswa baru diploma (D3) dan diterima menjadi mahasiswa baru (D3 Politeknik Negeri Semarang (Polines)) dengan Program Studi D3 Teknik Elektronika, Jurusan Teknk Elektro. Penulis Terdaftar dengan NIM 3.32.19.0.03. Apabila ada kritik, saran, dan pertanyaan mengenai penelitian ini, bisa hubungi penulis melalui email Nisahanifah913@gmail.com

2) Ayu Azizah Salsabila

Nama penulis Ayu Azizah Salsabila. Penulis dilahirkan di Semarang, 4 Oktober 2001. Penulis telah menempuh Pendidikan formal di SDN Sekaran 01, SMPN 3 Ungaran, dan SMAN 4 Semarang. Penulis telah menyelesaikan Pendidikan SMA pada tahun 2019. Pada tahun 2019 penulis mengikuti seleksi mahasiswa baru diploma (D3) dan diterima menjadi mahasiswa baru (D3 Politeknik Negeri Semarang (Polines)) dengan Program Studi D3 Teknik Elektronika, Jurusan Teknk Elektro. Penulis Terdaftar dengan NIM 3.32.19.0.04. Apabila ada kritik, saran, dan pertanyaan mengenai penelitian ini, bisa hubungi penulis melalui email Sabilahsar07@gmail.com.

3) Muhammad Rayhan Rizaldi

Nama penulis Muhammad Rayhan Rizaldi. Penulis dilahirkan di Semarang, 17 Februari 2000. Penulis telah menempuh Pendidikan formal di SDN Nongkosawit 02, SMPN 22 Semarang, dan SMKN Jawa Tengah Semarang. Penulis telah menyelesaikan Pendidikan SMK pada tahun 2019. Pada tahun 2019 penulis mengikuti seleksi mahasiswa baru diploma (D3) dan diterima menjadi mahasiswa baru (D3 Politeknik Negeri Semarang (Polines)) dengan Program Studi D3 Teknik Elektronika, Jurusan Teknk Elektro. Penulis Terdaftar dengan NIM 3.32.19.0.16. Apabila ada kritik, saran, dan pertanyaan mengenai penelitian ini, bisa hubungi penulis melalui email mr.rizaldi1629@gmail.com.

Prop

ANEMOMETER BERBASIS IoT

0 Response to "ANEMOMETER BERBASIS IoT"

Posting Komentar