BAB II LANDASAN TEORI 2.1 METEOROLOGI MARITIM Meteorologi adalah ilmu yang mempelajari tentang keadaan atmosfer (cuaca), gejala fisis dan dinamisnya serta fenomena–fenomena yang berkaitan dengan cuaca. Meteorologi mempelajari atmosfer dari permukaan sampai dengan ketinggian troposfer, karena pada level ini merupakan batas dari gejala/fenomena cuaca. Sedangkan meteorologi maritim yakni cabang ilmu dari meteorologi yang mempelajari dan membahas keadaan cuaca dan iklim bumi di atas laut untuk kepentingan kegiatan laut, khususnya keselamatan pelayaran untuk keperluan pelayanan informasi maritim. Salah satu kegiatan meteorologi maritim adalah melakukan pengamatan dan pengukuran pasang surut air laut. 2.2 PASANG SURUT AIR LAUT 2.2.1 Definisi Pasang Surut Air Laut Menurut Pariwono (1989), fenomena pasang surut diartikan sebagai naik turunnya muka laut secara berkala akibat adanya gaya tarik benda-benda angkasa 6
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
BAB II
LANDASAN TEORI
2.1 METEOROLOGI MARITIM
Meteorologi adalah ilmu yang mempelajari tentang keadaan atmosfer
(cuaca), gejala fisis dan dinamisnya serta fenomena–fenomena yang berkaitan
dengan cuaca. Meteorologi mempelajari atmosfer dari permukaan sampai dengan
ketinggian troposfer, karena pada level ini merupakan batas dari gejala/fenomena
cuaca. Sedangkan meteorologi maritim yakni cabang ilmu dari meteorologi yang
mempelajari dan membahas keadaan cuaca dan iklim bumi di atas laut untuk
kepentingan kegiatan laut, khususnya keselamatan pelayaran untuk keperluan
pelayanan informasi maritim. Salah satu kegiatan meteorologi maritim adalah
melakukan pengamatan dan pengukuran pasang surut air laut.
2.2 PASANG SURUT AIR LAUT
2.2.1 Definisi Pasang Surut Air Laut
Menurut Pariwono (1989), fenomena pasang surut diartikan sebagai
naik turunnya muka laut secara berkala akibat adanya gaya tarik benda-benda
angkasa terutama matahari dan bulan terhadap massa air di bumi. Sedangkan
menurut Dronkers (1964) pasang surut laut merupakan suatu fenomena
pergerakan naik turunnya permukaan air laut secara berkala yang diakibatkan
oleh kombinasi gaya gravitasi dan gaya tarik menarik dari benda-benda
astronomi terutama oleh matahari, bumi dan bulan. Pengaruh benda angkasa
lainnya dapat diabaikan karena jaraknya lebih jauh atau ukurannya lebih kecil.
Pasang surut terjadi karena adanya gerakan dari benda benda angkasa yaitu
rotasi bumi pada sumbunya, peredaran bulan mengelilingi bumi dan peredaran
bumi mengelilingi matahari. Gerakan tersebut berlangsung dengan teratur
Prinsip kerja dari sensor ultrasonik adalah sebagai berikut :
a) Sinyal dipancarkan oleh pemancar ultrasonik. Sinyal tersebut berfrekuensi
diatas 20kHz, biasanya yang digunakan untuk mengukur jarak benda
adalah 40kHz. Sinyal tersebut di bangkitkan oleh rangkaian pemancar
ultrasonik.
b) Sinyal yang dipancarkan tersebut kemudian akan merambat sebagai
sinyal / gelombang bunyi dengan kecepatan bunyi yang berkisar 340 m/s.
Sinyal tersebut kemudian akan dipantulkan dan akan diterima kembali
oleh bagian penerima Ultrasonik.
c) Setelah sinyal tersebut sampai di penerima ultrasonik, kemudian sinyal
tersebut akan diproses untuk menghitung jaraknya. Jarak dihitung
berdasarkan rumus :
s=340. t2
(2.4)
dimana S adalah jarak antara sensor ultrasonik dengan bidang pantul, dan t
adalah selisih waktu antara pemancaran gelombang ultrasonik sampai
diterima kembali oleh bagian penerima ultrasonik.
Rangkaian penyusun sensor ultrasonik ini terdiri dari transmitter, reiceiver,
dan komparator. Selain itu, gelombang ultrasonik dibangkitkan oleh sebuah kristal
tipis bersifat piezoelektrik. Bagian-bagian dari sensor ultrasonik adalah sebagai
berikut:
1) Piezoelektrik
Peralatan piezoelektrik secara langsung mengubah energi listrik menjadi
energi mekanik. Tegangan input yang digunakan menyebabkan bagian
keramik meregang dan memancarkan gelombang ultrasonik. Tipe operasi
transmisi elemen piezoelektrik sekitar frekuensi 32 kHz. Efisiensi lebih
baik, jika frekuensi osilator diatur pada frekuensi resonansi piezoelektrik
dengan sensitifitas dan efisiensi paling baik. Jika rangkaian pengukur
beroperasi pada mode pulsa elemen piezoelektrik yang sama dapat
digunakan sebagai transmitter dan reiceiver. Frekuensi yang ditimbulkan
17
tergantung pada osilatornya yang disesuiakan frekuensi kerja dari masing-
masing transduser. Karena kelebihannya inilah maka tranduser piezoelektrik
lebih sesuai digunakan untuk sensor ultrasonik.
2) Transmitter
Gambar 2.12 Rangkaian Transmitter Ultrasonik
Transmitter adalah sebuah bagian yang berfungsi sebagai pemancar
gelombang ultrasonik dengan frekuensi sebesar 40 kHz yang dibangkitkan
dari sebuah osilator. Untuk menghasilkan frekuensi 40 KHz, harus di buat
sebuah rangkaian osilator dan keluaran dari osilator dilanjutkan menuju
penguat sinyal. Besarnya frekuensi ditentukan oleh komponen RLC / kristal
tergantung dari desain osilator yang digunakan. Penguat sinyal akan
memberikan sebuah sinyal listrik yang diumpankan ke piezoelektrik dan
terjadi reaksi mekanik sehingga bergetar dan memancarkan gelombang yang
sesuai dengan besar frekuensi pada osilator. Prinsip kerja dari rangkaian
pemancar gelombang ultrasonik tersebut adalah sebagai berikut :
18
a) Sinyal 40 kHz dibangkitkan melalui mikrokontroler.
b) Sinyal tersebut dilewatkan pada sebuah resistor sebesar 3kOhm untuk
pengaman ketika sinyal tersebut membias maju rangkaian dioda dan
transistor.
c) Kemudian sinyal tersebut dimasukkan ke rangkaian penguat arus yang
merupakan kombinasi dari 2 buah dioda dan 2 buah transistor.
d) Ketika sinyal dari masukan berlogika tinggi (+5V) maka arus akan
melewati dioda D1 (D1 on), kemudian arus tersebut akan membias
transistor T1, sehingga arus yang akan mengalir pada kolektotr T1 akan
besar sesuai dari penguatan dari transistor.
e) Ketika sinyal dari masukan berlogika tinggi (0V) maka arus akan
melewati dioda D2 (D2 on), kemudian arus tersebut akan membias
transistor T2, sehingga arus yang akan mengalir pada kolektotr T2 akan
besar sesuai dari penguatan dari transistor.
f) Resistor R4 dan R6 berfungsi untuk membagi tengangan menjadi 2,5 V.
Sehingga pemancar ultrasonik akan menerima tegangan bolak – balik
dengan Vpeak-peak adalah 5V (+2,5 V s.d -2,5 V).
3) Receiver
Receiver terdiri dari transduser ultrasonik menggunakan bahan
piezoelektrik, yang berfungsi sebagai penerima gelombang pantulan yang
berasal dari transmitter yang dikenakan pada permukaan suatu benda atau
gelombang langsung LOS (Line of Sight) dari transmitter. Oleh karena
bahan piezoelektrik memiliki reaksi yang reversible, elemen keramik akan
membangkitkan tegangan listrik pada saat gelombang datang dengan
frekuensi yang resonan dan akan menggetarkan bahan piezoelektrik
tersebut.
Penerima Ultrasonik ini akan menerima sinyal ultrasonik yang
dipancarkan oleh pemancar ultrasonik dengan karakteristik frekuensi yang
sesuai. Sinyal yang diterima tersebut akan melalui proses filterisasi
frekuensi dengan menggunakan rangkaian band pass filter (penyaring
19
pelewat pita), dengan nilai frekuensi yang dilewatkan telah ditentukan.
Kemudian sinyal keluarannya akan dikuatkan dan dilewatkan ke rangkaian
komparator (pembanding) dengan tegangan referensi ditentukan
berdasarkan tegangan keluaran penguat pada saat jarak antara sensor
kendaraan mini dengan sekat/dinding pembatas mencapai jarak minimum
untuk berbelok arah. Dapat dianggap keluaran komparator pada kondisi ini
adalah high (logika‘1’) sedangkan jarak yang lebih jauh adalah
low (logika’0’). Logika-logika biner ini kemudian diteruskan ke rangkaian
pengendali (mikrokontroler).
Gambar 2.13 Rangkaian Receiver Gelombang Ultrasonik
Prinsip kerja dari rangkaian pemancar gelombang ultrasonik tersebut adalah
sebagai berikut :
a) Pertama – tama sinyal yang diterima akan dikuatkan terlebih dahulu
oleh rangkaian transistor penguat Q2.
b) Kemudian sinyal tersebut akan di filter menggunakan High pass filter
pada frekuensi > 40kHz oleh rangkaian transistor Q1.
c) Setelah sinyal tersebut dikuatkan dan di filter, kemudian sinyal tersebut
akan disearahkan oleh rangkaian dioda D1 dan D2.
d) Kemudian sinyal tersebut melalui rangkaian filter low pass filter pada
frekuensi < 40kHz melalui rangkaian filter C4 dan R4.
e) Setelah itu sinyal akan melalui komparator Op-Amp pada U3.
20
f) Jadi ketika ada sinyal ultrasonik yang masuk ke rangkaian, maka pada
komparator akan mengeluarkan logika rendah (0V) yang kemudian akan
diproses oleh mikrokontroler untuk menghitung jaraknya.
2.3.3 Sensor Ultrasonik SEN136B5B
Gambar 2.14 Sensor Ultrasonik SEN136B5B
SEN136B5B adalah device atau modul yang berfungsi untuk mengukur
jarak dengan cara memancarkan sinyal ultrasonic buatan seedstudio. Dengan
dimensi yang cukup kecil yaitu 43x20x15 mm, serta harganya yang sangat
terjangkau. sensor ini dapat mengukur jarak antara 3 cm sampai 400 cm.
Keluarannya berupa pulsa yang lebarnya merepresentasikan jarak.
Gambar 2.15 Pin-Pin Pada Sensor Ultrasonik SEN136B5B
21
Pada dasarnya, SEN136B5B terdiri dari sebuah chip pembangkit sinyal
40KHz, sebuah speaker ultrasonik dan sebuah mikropon ultrasonik. Speaker
ultrasonik mengubah sinyal 40 KHz menjadi sinyal sementara mikropon
ultrasonik berfungsi untuk mendeteksi pantulan sinyalnya. Pada modul
SEN136B5B terdapat 3 pin yang digunakan untuk jalur power supply (+5V),
ground dan signal. Pin signal dapat langsung dihubungkan dengan mikrokontroler
tanpa tambahan komponen apapun.
2.4 MIKROKONTROLER
2.4.1 Definisi Mikrokontroler
Perkembangan lebih lanjut dari teknologi IC adalah mikrokontroler,
dimana teknologi ini menggabungkan memori I/O dan prossesor dalam satu chip
tunggal berupa silikon yang bersifat dapat diprogram (programmable).
Mikrokontroler adalah suatu keping IC dimana terdapat mikroprosesor dan
memori program (ROM) serta memori serbaguna (RAM), bahkan ada beberapa
jenis mikrokontroler yang memiliki fasilitas ADC, TLL, EEPROM dalam satu
kemasan.
Ada perbedaan yang cukup penting antara Mikroprosesor dan
Mikrokontroler. Jika Mikroprosesor merupakan CPU (Central Processing
Unit) tanpa memori dan I/O pendukung dari sebuah komputer, maka
Mikrokontroler umumnya terdiri dari CPU, Memori, I/O tertentu dan unit
pendukung, misalnya Analog to Digital Converter(ADC) yang sudah terintegrasi
di dalam mikrokontroler tersebut. Dengan kata lain, mikrokontroler adalah versi
mini atau mikro dari sebuah komputer karena mikrokontroler sudah mengandung
beberapa periferal yang langsung bisa dimanfaatkan, misalnya port paralel, port
22
serial, komparator, konversi digital ke analog (DAC), konversi analog ke digital
dan sebagainya hanya menggunakan sistem minimum yang tidak rumit atau
kompleks.
Mikrokontroler dimanfaatkan sebagai otak dari sistem kontrol dan banyak
digunakan dalam industri karena keunggulannya, antara lain :
a) Ukuran fisik yang relatif kecil.
b) Kecepatan pengoperasiannya tinggi.
c) Keandalan dalam mempermudah otomatisasi peralatan.
d) Kemampuan dan fleksibilitasnya lebih baik.
Dengan keunggulan tersebut menyebabkan mikrokontroler dapat
diaplikasikan secara luas untuk pemrograman dalam suatu sistem pengontrolan.
2.4.2 Arduino Board
Arduino Uno R3
Gambar 2.16 Arduino Tampak Depan Gambar 2.17 Arduino Tampak Samping
Berasal dari bahasa italia ardui = sulit dan no = tidak. Arduino adalah
platform prototyping berbasis open-source elektronik yang mudah digunakan
(fleksibel) baik dari perangkat keras (hardware) maupun perangkat lunaknya
(software) Hardwarenya memiliki prosesor Atmel AVR ATmega328. Arduino
mempunyai input yang dapat menerima dari berbagai sensor dan outputnya
sebagai pengendali seperti lampu, motor, dan aktuator lainnya. Arduino board
23
mikrokontroler diprogram menggunakan bahasa pemrograman Arduino
(berdasarkan Wiring) berbasis bahasa C yang disederhanakan dengan bantuan
pustaka-pustaka (libraries) dan dalam lingkup pengembang berdasarkan
Processing. Arduino dapat bekerja mandiri atau dapat juga berkomunikasi
dengan perangkat keras yang lain seperti komputer. Berikut adalah beberapa
kelebihan dari Arduino :
Hardware dan Softwarenya Open Source
Dari sini kita bisa membuat tiruan board yang kompatibel dengan board
Arduino tanpa harus membeli board asli buatan Itali dan kita juga tidak
akan dianggap membajak selama kita tidak menggunakan trade
mark “Arduino”.
Fasilitas chip yang cukup lengkap
Arduino menggunakan chip AVR ATmega 168/328 yang memiliki
fasilitas PWM, komunikasi serial, ADC, timer, interupt, SPI dan I2C.
Dengan fasilitas chip yang demikian, Arduino bisa digabungkan dengan
modul atau alat lain walaupun protokol yang digunakan berbeda-beda.
Proses Upload tidak memerlukan chip programmer
Chip pada Arduino sudah dilengkapi dengan bootloader yang akan
menangani proses upload dari komputer. Dengan begitu kita tidak
memerlukan chip programmer kecuali untuk menanamkan bootloader
pada chip yang masih blank.
Ukuran board kecil
Ukuran board Arduino yang kecil ini mudah di bawah kemana-mana atau
dimasukan ke dalam saku atau tas yang kecil.
Koneksi menggunakan Port USB
24
Ini akan memudahkan kita jika menghubungkan Arduino ke PC atau
laptop yang tidak memiliki port serial/paralel.
Bahasa pemrograman yang mudah
Bahasa pemrograman Arduino adalah bahasa C yang sudah dipermudah
menggunakan fungsi-fungsi yang sederhana sehingga dapat dipelajari
dengan mudah.
Library gratis
Library-library ini dapat di download gratis di website Arduino.
Pengembangan aplikasi lebih mudah
Pengembangan aplikasi ini menjadi lebih mudah karena didukung oleh
bahasa yang mudah dipelajari serta adanya library dasar yang lengkap.
Komunitas open source yang saling mendukung
Pengembangan hardware dan software Arduino didukung oleh komunitas
pencinta elektronika dan pemrograman di seluruh dunia. Tidak usah malu
untuk bergabung (terkhusus bagi pemula), karena dalam komunitas ini kita
akan saling berbagi dan membantu satu sama lain.
Spesifikasi Arduino Uno
Microcontroller ATmega328
Operasi dengan daya 5V Voltage
Input Tegangan (disarankan) 7-12V
Input Tegangan (batas) 6-20V
Digital I / O Pins 14 (dimana 6 memberikan output PWM)
Analog Input Pin 6
DC Lancar per I / O Pin 40 mA
Saat 3.3V Pin 50 mA DC
Flash Memory 32 KB (ATmega328) yang 0,5 KB digunakan oleh
bootloader
SRAM 2 KB (ATmega328)
25
EEPROM 1 KB (ATmega328)
Clock Speed 16 MHz
Gambar 2.18 Skematik Rangkaian Arduino Uno Rev 3
Port-port yang biasanya menggunakan nama PORTA, PORTB dan seterusnya
diganti dengan pin 1, 2, 3 dan seterusnya, lihat contoh program berikut ini..
/* Contoh program Arduino */int ledPin = 13; // LED dipasang pada pin 13void setup() // dijalankan pada saat mulai{ pinMode(ledPin, OUTPUT); // set pin sebagai output}void loop() // dijalankan terus menerus{ digitalWrite(ledPin, HIGH); // nyalakan LED delay(1000); // tunggu satu detik digitalWrite(ledPin, LOW); // matikan LED delay(1000); // tunggu satu detik}
26
Komponen Arduino
Gambar 2.19 Komponen Arduino
a) Daya
Arduino uno dapat diaktifkan melalui koneksi USB atau dengan
catu daya eksternal (otomatis). Eksternal (non-USB) daya dapat berasal
baik dari AC-ke adaptor-DC atau baterai. Adaptor ini dapat dihubungkan
dengan menancapkan plug jack pusat-positif ukuran 2.1mm konektor
POWER. Ujung kepala dari baterai dapat dimasukkan kedalam Gnd dan
Vin pin header dari konektor POWER.
Kisaran kebutuhan daya yang disarankan untuk board Uno adalah7
sampai dengan 12 volt, jika diberi daya kurang dari 7 volt kemungkinan
pin 5v Uno dapat beroperasi tetapi tidak stabil kemudian jikadiberi daya
lebih dari 12V, regulator tegangan bisa panas dan dapat merusak board
Uno. Pin listrik adalah sebagai berikut:
VIN. Tegangan masukan kepada board Arduino ketika itu
menggunakan sumber daya eksternal (sebagai pengganti dari 5 volt
koneksi USB atau sumber daya lainnya).
27
5V. Catu daya digunakan untuk daya mikrokontroler dan komponen
lainnya.
3V. Sebuah pasokan 3,3 volt dihasilkan oleh regulator on-board.
GND. Ground pin.
b) Memori
ATmega328 memiliki 32 KB (dengan 0,5 KB digunakan untuk
bootloader), 2 KB dari SRAM dan 1 KB EEPROM (yang dapat dibaca
dan ditulis dengan EEPROM library).
Gambar 2.20 Diagram Pin ATMega 328P dan Fungsinya Pada Board Arduino
c) Input dan Output
Masing-masing dari 14 pin digital di Uno dapat digunakan sebagai
input atau output, dengan menggunakan fungsi pinMode (), digitalWrite (),
dan digitalRead (), beroperasi dengan daya 5 volt. Setiap pin dapat
memberikan atau menerima maksimum 40 mA dan memiliki internal pull-
up resistor (secara default terputus) dari 20-50 kOhms. Selain itu, beberapa