RANCANG BANGUN SISTEM RADIOSONDE UNTUK PENGAMATAN PROFIL UDARA ATAS PDF

Preview

Summary

PROSIDING SEMINAR BUMI DAN ATMOSFER STMKG 2018 RANCANG BANGUN SISTEM RADIOSONDE UNTUK PENGAMATAN PROFIL UDARA ATAS DINDA JAELANI HIDAYAT, AGUS TRI SUTANTO, ACHMAD MAULANA RAFI, GDE KRISNA LINGGA ADITAMA Program Studi Instrumentasi Sekolah Tinggi Meteorologi Klimatologi dan Geofisika Jl. Perhubungan ...

Description

Accelerat ing t he world's research.

RANCANG BANGUN SISTEM RADIOSONDE UNTUK PENGAMATAN PROFIL UDARA ATAS achmad rafi Seminar Nasional Bumi dan Atmosfer (SENBA)

Cite this paper

Downloaded from Academia.edu 

Get the citation in MLA, APA, or Chicago styles

Related papers

Download a PDF Pack of t he best relat ed papers 

prosidinghmdsenbafinal.pdf Rat ih Fabrast an

MODEL KECEPATAN 1-D GELOMBANG P DAN GELOMBANG S DARI DATA HASIL RELOKASI HIPOSENT ER … Hendri Subakt i, Abraham Arimuko ANALISIS KONDISI AT MOSFER MCC (MESOSCALE CONVECT IVE COMPLEX) DI JAKARTA (ST UDI KASUS… Swast iko Wishnu, Prayoga Ismail

PROSIDING SEMINAR BUMI DAN ATMOSFER STMKG 2018

RANCANG BANGUN SISTEM RADIOSONDE UNTUK PENGAMATAN PROFIL UDARA ATAS DINDA JAELANI HIDAYAT, AGUS TRI SUTANTO, ACHMAD MAULANA RAFI, GDE KRISNA LINGGA ADITAMA Program Studi Instrumentasi Sekolah Tinggi Meteorologi Klimatologi dan Geofisika Jl. Perhubungan I-Pondok Betung, Tangerang Selatan 15221 Abstrak. Pengamatan profil udara atas merupakan aktivitas yang dilakukan oleh Badan Meteorologi Klimatologi dan Geofisika (BMKG) untuk mendapatkan data parameter cuaca pada lapisan atmosfer tertentu. Data tersebut berguna untuk analisis model numerik prakiraaan cuaca yang sangat bermanfaat bagi kebutuhan prakiraan cuaca operasional seperti informasi cuaca penerbangan. Pengamatan profil udara atas belum dilakukan oleh seluruh stasiun meteorologi di BMKG yang menyebabkan rendahnya tingkat kerapatan data yang dihasilkan sehingga akan mempengaruhi analisis yang dihasilkan. Penelitian ini telah menghasilkan instrumen sistem radiosonde yang mudah diimplementasikan dan berbiaya rendah yang terdiri dari bagian transmitter dan receiver. Transmitter terdiri dari beberapa sensor untuk mendeteksi parameter cuaca seperti sensor suhu, kelembapan, tekanan udara dan GPS yang berfungsi untuk mendapatkan data lokasi dan ketinggian serta data arah dan kecepatan angin. Semua data tersebut akan diolah dan dikirimkan ke sistem receiver menggunakan sistem telemetri radio pada frekuensi 433 MHz. Sistem receiver yang berada di stasiun akan menerima data yang dikirimkan oleh transmitter dan memprosesnya sehingga informasi parameter cuaca yang diukur dapat ditampilkan pada display PC secara realtime. Sistem telah diuji dengan hasil kalibrasi koreksi sensor tekanan sebesar 0,02 mb, sensor suhu 0,1 °C, sensor kelembapan 5% dan jarak maksimum komunikasi radio dari sistem yang dirancang adalah 7 km. Kata kunci : pengamatan profil udara atas, radiosonde, telemetri. Abstract. Observation of upper air profiles is an activity undertaken by the Indonesian Agency of Meteorology Climatology and Geophysics (BMKG) to obtain weather parameter data on certain atmospheric layers. These data are useful for the numerical analysis of weather predictions that are very useful for the needs of operational weather forecasts such as flight weather information. Observation of upper air profile has not been done by all meteorology station in BMKG causing low level of density of resulted data so that will influence the resultant analysis. This research has produced an easy-to-implement and low-cost radiosonde system instrument consisting of transmitter and receiver sections. Transmitter consists of several sensors to detect weather parameters such as temperature sensors, humidity, air pressure and GPS that serves to obtain location and altitude data and data direction and wind speed. All data will be processed and sent to the receiver system using radio telemetry system at 433 MHz frequency. The receiver system at the station receives data transmitted by the transmitter and processes it so that measured weather parameter information can be displayed on the PC display in realtime. The system has been tested with calibration correction of 0.02 mb pressure sensor, 0.1 ° C temperature sensor, 5% humidity sensor and maximum distance of radio communication from the designed system is 7 km. Keywords : measurement of the upper air profile, radiosonde, telemetry.

1. Pendahuluan Pengamatan udara atas adalah suatu pengamatan yang dilakukan untuk mengamati beberapa parameter meteorologi pada udara bebas baik secara langsung maupun tidak langsung. Data yang dihasilkan dari pengamatan udara atas sangat berguna pada proses analisa cuaca [1]. Pengamatan udara atas yang biasa dilakukan adalah pengamatan dengan menggunakan alat yang disebut radiosonde. Radiosonde adalah instrumen yang dibawa oleh balon melewati atmosfer, dilengkapi dengan perangkat untuk mengukur satu atau beberapa variabel 568

PROSIDING SEMINAR BUMI DAN ATMOSFER STMKG 2018

meteorologi (tekanan udara, suhu, kelembaban, dll) dan dilengkapi dengan pemancar radio untuk dikirim informasi ke stasiun pengamatan [2]. Pengamatan udara atas menggunakan radiosonde merupakan salah satu hal yang penting dalam rangka menghasilkan informasi cuaca yang akurat terutama di BMKG, sedangkan pengamatan udara atas menggunakan muatan balon atmosfer tidak dilakukan di semua stasiun meteorologi yang ada di BMKG sehingga mempengaruhi tingkat kerapatan data dan berpengaruh terhadap analisa cuaca yang dihasilkan. Penelitian ini diperlukan untuk menghasilkan suatu sistem radiosonde yang mudah diimplementasikan dan berbiaya rendah sehingga dapat membantu berkontribusi dalam penelitian terkait radiosonde. 2. Metode Penelitian a. Tahapan Penelitian Tahapan penelitian yang dilakukan dalam kegiatan ini ditunjukkan pada Gambar 1.

Gambar 1. Diagram alir tahapan penelitian

Diagram alir yang ditunjukkan gambar 1 menjelaskan tentang urutan kerja dalam proses penelitian yang dilakukan. Studi pustaka berisi tentang dasar teori dan tinjauan pustaka yang menunjang penelitian ini. Tahap selanjutnya yaitu perancangan sistem yang merupakan perencanaan pembuatan sistem dalam penelitian ini. Pembuatan hardware merupakan tahapan membuat perangkat keras dan pembuatan software merupakan pembuatan perangkat lunak yang berupa program untuk mikrokontroler dan program antarmuka yang berbasis grafis atau Graphical User Interface (GUI). Sistem yang telah selesai dibuat hardware dan software nya dilakukan pengujian agar dapat diketahui hasilnya. Hasil ujicoba yang berhasil akan dilanjutkan pada pembahasan dan analisis hasil yang tertuang dalam suatu tulisan, namun jika pengujian belum berhasil maka harus dilakukan pengecekan kembali terhadap sistem. b. Sistem Kerja Sistem kerja alat ini adalah sensor akan mendeteksi parameter suhu, RH dan tekanan udara serta GPS pada sistem akan mendapatkan data lokasi dan ketinggian transmitter radiosonde. Semua 569

PROSIDING SEMINAR BUMI DAN ATMOSFER STMKG 2018

data tersebut akan dikirimkan pada bagian receiver menggunakan gelombang radio pada frekuensi 433 MHz. Bagian receiver akan menerima sinyal tersebut kemudian mengolahnya menjadi data yang dapat ditampilkan pada PC sehingga pengguna dapat mengetahui data suhu, RH, tekanan udara, arah dan kecepatan angin serta lokasi dan ketinggian transmitter radiosonde. 3. Hasil dan Pembahasan a. Perancangan Sistem Sistem yang dibuat terdiri dari dua bagian yaitu transmitter dan receiver. Sistem transmitter terdiri dari sensor suhu, RH, tekanan udara, GPS, mikrokontroler, modul telemetri dan antena. Sistem receiver terdiri dari antena, modul telemetri dan mikrokontroler. Transmitter direncanakan akan dibawa oleh wahana berupa balon yang berisi gas hidrogen agar dapat diterbangkan. Parameter yang didapat seperti suhu, RH, tekanan udara, arah dan kecepatan angin, lokasi dan ketinggian trasmitter akan diukur menggunakan sensor dan GPS yang kemudian dikirimkan ke bagian receiver. Laptop atau PC di bagian receiver berfungsi untuk menampilkan hasil pengukuran yang telah dilakukan agar. Data hasil pengukuran pun dapat dibaca dan disimpan pada laptop/PC tersebut. Blok diagram sistem adalah sebagai berikut.

Gambar 2. Blok diagram sistem radiosonde

b.

Komponen Sistem

Sistem ini terdiri dari bagian transmitter dan receiver. Komponen dalam sistem transmitter terdiri dari sensor, GPS, mikrokontroler dan modul telemetri. Gambar 3 menunjukkan blok diagram sistem transmitter. SENSOR SUHU & RH DHT11 SENSOR TEKANAN BMP180

Mikrokontrol er ATMega328

Modul Transmitte r 3DR

MODUL GPS

Gambar 3. Blok diagram sistem transmitter

570

PROSIDING SEMINAR BUMI DAN ATMOSFER STMKG 2018

Gambar 3 menunjukkan sensor DHT11, sensor BMP180 dan modul GPS akan memberikan masukan hasil pengukuran parameter suhu, RH tekanan udara dan data lokasi ke dalam mikrokontroler ATMega328 untuk diproses dan dikirimkan menggunakan modul transmitter jenis 3DR pada frekuensi 433 MHz. Gambar 4 menunjukkan sistem transmitter yang telah dibuat.

Gambar 4. (a) Transmitter menggunakan casing berbahan styrofoam (b) Sistem transmitter tanpa casing

Modul Receiver 3DR

Mikrokontroler ATMega328

PC/Laptop

Gambar 5. Blok diagram sistem receiver

Gambar 5 merupakan blok diagram sistem receiver yang memiliki prinsip kerja yaitu sinyal yang dikirimkan oleh transmitter akan diterima pada receiver melalui antena penerima, kemudian diteruskan ke mikrokontroler ATMega328 untuk diolah agar data dapat ditampilkan pada laptop/PC. Gambar 6 menunjukkan sistem receiver yang telah dibuat.

Gambar 6. Sistem receiver yang telah dibuat

571

PROSIDING SEMINAR BUMI DAN ATMOSFER STMKG 2018

Gambar 7. Tampilan aplikasi GUI yang telah dibuat

c. Pengujian Sistem Pengujian sistem radiosonde yang dilakukan yaitu dengan melakukan kalibrasi sensor yang digunakan, pengujian jarak komunikasi sistem telemetri dan analisis daya yang digunakan transmitter. 1) Pengujian jarak komunikasi Pengujian jarak komunikasi dilakukan untuk mengetahui jarak terjauh sistem telemetri dapat berlangsung dengan baik. Tabel 1 menunjukkan data hasil pengujian jarak komunikasi sistem radiosonde. Tabel 1. Tabel hasil pengujian jarak komunikasi Tingkat Ketinggian (meter) keberhasilan 100 Berhasil Berhasil 1000 Berhasil 2000 3000

Berhasil

4000

Berhasil

5000

Berhasil

6000

Berhasil

7000

Berhasil

>7000

Terputus

Data pada tabel 1 menunjukkan bahwa sistem komunikasi pada saat radiosonde diterbangkan menggunakan wahana balon berlangsung dengan baik pada kondisi Line of Sight secara vertikal hingga ketinggian 7000 meter diatas permukaan laut Komunikasi terputus pada saat ketinggian lebih dari 7000 meter. 2) Kalibrasi Sensor Kalibrasi adalah peneraan sarana atau peralatan pengamatan dengan melakukan perbandingan antara penunjukan suatu alat ukur dengan nilai suatu standar yang diketahui dan tertelusur [3]. Pengujian sensor dilakukan dengan tujuan untuk memastikan performa spesifik suatu sensor atau sistem pada kondisi penggunaan yang diharapkan [4]. Gambar 8 menunjukkan hasil kalibrasi sensor suhu dengan termometer standar.

572

PROSIDING SEMINAR BUMI DAN ATMOSFER STMKG 2018

(a)

(b)

(c) Gambar 8. Grafik kalibrasi sensor suhu pada set point (a) 20°C, (b) 30°C dan (c) 40°C

Gambar 8 a,b dan c menunjukkan hasil kalibrasi sensor suhu pada set point yang bervariasi. Koreksi pada set point 20°C sebesar -0.182°C, set point 30°C sebesar -0.125°C dan set point 40°C sebesar -0.269°C. Nilai koreksi tersebut masih memenuhi toleransi nilai koreksi yang telah ditetapkan bagi parameter temperatur di BMKG yaitu ± 0.2 ° C [5]. Gambar 9 menunjukkan hasil kalibrasi sensor tekanan BMP180 dengan barometer standar.

(a)

(b)

(c) Gambar 9. Grafik kalibrasi sensor tekanan pada (a) 900 mBar, (b) 1000 mBar dan (c) 1050 mBar

Gambar 9 a,b dan c menunjukkan hasil kalibrasi sensor tekanan pada set point yang bervariasi. Koreksi pada set point 900 mBar sebesar 0.023 mBar, set point 950 mBar sebesar -0.025°C dan set point 1000 mBar sebesar 0.115 mBar. 573

PROSIDING SEMINAR BUMI DAN ATMOSFER STMKG 2018

Nilai koreksi tersebut masih memenuhi toleransi nilai koreksi yang ditetapkan bagi parameter tekanan udara di BMKG yaitu ± 0.2 mBar [6]. 3) Pengujian telemetri Pengujian telemetri sistem bertujuan untuk mengetahui apakah transmitter dan receiver dapat berfungsi dengan baik atau tidak. Indikator keberhasilan pengujian sistem ini adalah data yang diterima pada receiver dapat disimpan dengan baik dalam format .txt atau .xls. Gambar 10 menunjukkan data yang diterima pada receiver dan disimpan dalam format .txt.

Gambar 10. Data hasil pengujian telemetri

4) Analisis konsumsi arus dan daya setiap modul pada transmitter Analisis konsumsi arus dan daya dilakukan untuk menghitung total konsumsi arus dan daya yang dibutuhkan pada transmitter [7]. Hal tersebut diketahui untuk menentukan jenis dan kapasitas baterai yang harus digunakan serta menentukan kemampuan waktu bertahan transmitter. No 1 2 3 4 5

Komponen Mikrokontroler arduino NANO Radio 3DR SHT11 BMP180 GPS TOTAL

Arus (mA) 40 100 0.016 0.65 50 190.666

Tegangan (V) 5 5 5 5 3.3

Daya (mW) 400 500 0.08 3.25 165 868.33

Daya total yang dibutuhkan oleh transmitter adalah 868 mWatt atau 0.868 Watt. Baterai LiPo 7,4 Volt/1100 maH digunakan untuk memenuhi kebutuhan catu daya transmitter. Penentuan waktu pemakaian baterai pada transmitter dapat diketahui melalui persamaan 3.3 dan 3.4. I=P/V

(3.3)

Keterangan : I = Kuat arus (Ampere) V = Tegangan (Volt) P = Daya (Watt) I = 0.868 Watt / 7.4 Volt = 0.11 Ampere Waktu pemakaian =(Kapasitas baterai / Konsumsi arus)–diefisiensi baterai = (1.1 Ah / 0.11 A) – 20% = 10 jam – 2 jam = 8 jam

574

(3.4)

PROSIDING SEMINAR BUMI DAN ATMOSFER STMKG 2018

4. Kesimpulan Kesimpulan dari penelitian yang telah dilakukan adalah : 1. Perancangan prototipe sistem radiosonde sudah berhasil dibuat berdasarkan fungsinya. Prototipe sistem radiosonde dapat mengukur parameter profil udara atas yaitu suhu, RH, tekanan udara, arah dan kecepatan angin serta lokasi dan ketinggian transmitter. 2. Jarak pengiriman data dari transmitter ke receiver dengan menggunakan modul telemetri 3DR pada baudrate 9600 dengan sistem komunikasi Line of Sight (LOS) adalah sejauh 7000 meter atau 7 km. 3. Sensor suhu dan tekanan memiliki nilai koreksi yang masih memenuhi persyaratan yang telah ditetapkan BMKG. 4. Sistem transmitter memiliki konsumsi arus sebesar 0.1906 Ampere dan daya 0.868 Watt. 5. Sistem transmitter dapat bertahan hingga sekitar 8 jam dengan menggunakan baterai 7.4 Volt dengan kapasitas 1100 mah. Ucapan terima kasih Terima kasih kami ucapkan pada pembimbing serta semua pihak yang telah membantu dalam penelitian ini. Daftar Pustaka 1. World Meteorological Organization (WMO), 2008, Guide to Meteorological Instruments and Methods of Observation, Publication WMO, Geneva. 2. Badan Standardisasi Nasional (BSN), 2008, Persyaratan Umum Kompetensi Laboratorium Pengujian dan Laboratorium Kalibrasi, Publikasi BSN, Depok. 3. World Meteorological Organization (WMO), 2008, Guide to Meteorological Instruments and Methods of Observation, Publication WMO, Geneva. 4. Badan Meteorologi Klimatologi dan Geofisika (BMKG), 2015, Tata Cara Tetap Pelaksanaan Kalibrasi Peralatan Pengamatan Meteorologi, Klimatologi, dan Geofisika di Lingkungan Badan Meteorologi Klimatologi dan Geofisika, Peraturan Kepala BMKG, Jakarta. 5. Sunandar, Sandi, 2013, Perancangan OBDH (On-Board Data Handling) untuk Pengukuran Parameter Atmosfer dan Pencitraan Udara, Jurnal, Bandung.

575...