Sistem Data Logger Lima Channel Input untuk Sensor
Navigasi Kapal Maritim
Five Inputs Channel Data Logger System for Maritime Ship Navigation Sensors
Octa Heriana a, * dan Heru Rahmat Mulyadi b
a Pusat Penelitian Elektronika dan Telekomunikasi, Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia. Komp LIPI Gd 20, Jl Sangkuriang 21/54D, Bandung 40135, Indonesia
b Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Islam Negeri Sunan Gunung Djati, Bandung

## Abstrak
Sistem data  logger telah  banyak  dikembangkan  untuk  berbagai  keperluan  perolehan  data  untuk  melakukan  proses monitoring dan akuisisi data. Penelitian ini adalah aplikasi data logger untuk pemrosesan lima data dari sensor-sensor navigasi pada suatu kapal maritim. Peralatan sensor navigasi kapal maritim di Indonesia sudah mendukung protokol komunikasi secara digital yang mengacu pada format standar komunikasi sensor kemaritiman National Marine Electronics Association (NMEA). Terdapat lima sensor navigasi yang digunakan sebagai standar minimal yang mendukung kapal maritim untuk dapat beroperasi di  lautan,  yaitu;  sensor  GPS, Gyrocompass , Echosounder , Weather dan Velocity .  Penelitian  ini  mencoba  untuk  menampung lima buah data sensor yang berbeda, kemudian menggabungkannya dalam suatu variabel dengan susunan format data yang baru sebagai data output . Data output kemudian dikirimkan pada PC untuk diterjemahkan melalui software , dan data setiap sensor ditampilkan pada software aplikasi tersebut. Sistem ini dibangun dengan Arduino ATMega328 sebagai  prosesor. Pengkondisi data input dibuat  dengan  kombinasi  rangkaian  IC  74LS08  dan  IC  74LS32.  Hasil  penelitian  ini  adalah  prototipe data  logger yang menangani sejumlah lima data sensor dengan format standar NMEA dan satu output data sensor-sensor yang telah disusun dengan  format  tertentu,  dengan  tingkat  akurasi  saat  pengiriman  data  sebesar  100%  dan  ekstraksi  data  pada software aplikasi display sebesar; 96% untuk sensor GPS, 97% untuk Gyro , 98% untuk Echosounder , 97% untuk Weather , dan 98% untuk sensor Velocity .
Kata kunci : data logger, sensor, navigasi, NMEA .

## Abstract
Data logger systems have been developed for many various data mining requirements to do monitoring and data acquition processes.  This  research  is  the  application  of  data  logger  for  processing  five  navigation  sensors  data  in  the  maritime  ship. Maritime ship navigation sensors equipments in Indonesia have already supported by the digital communication protocol that refers to a maritime communication sensor format standard known as National Marine Electronics Association (NMEA). There are  five  navigation  sensors  which  are  used  as  a  minimum  standard  that  supports  maritime  vessels  to  operate  in  the  oceans, namely; GPS, Gyrocompass, Echosounder, Weather and Velocity Sensors. This study tries to accommodate five different pieces of sensor data, then combine them into a variable with a new arrangement of data formats as the output data. Output data is then sent to the PC to be translated through software, and the data of each sensor is displayed on the application software. The system  is  built  with  Arduino  ATmega328  as  the  processor.  The  data  input  conditioning  is  made  by  combining  74LS32  and 74LS08 circuit. The result of this study is a data logger prototype that handles  five NMEA format standard sensors data and one  sensors  output  data  which  have  been  prepared  with  a  specific  format,  with  the  level  of  accuracy  when  sending  data  is 100%, and the data extraction of the application software display is; 96% for the GPS sensor, 97% for Gyro sensor, 98% for the echosounder, 97% for Weather sensor, and 98% for Velocity sensors.
Keywords : data logger, sensor, navigation, NMEA .

## I. P ENDAHULUAN
Standar  komunikasi  digital  untuk  sensor-sensor navigasi  pada  sebuah  kapal  maritim  sangat  bermanfaat untuk  keseragaman  prosedur interfacing dengan peralatan-peralatan  elektronik  pendukung  navigasi dalam kapal, seperti misalnya; Electronic Chart Display (ECDIS),  radar,  dan interface pemandu  komando
navigasi  lainnya.  Format  standar  komunikasi  data sensor-sensor  navigasi  telah  diatur  secara  internasional melalui  suatu  badan  asosiasi  yang  bernama National Marine Electronics Association (NMEA) [1]. untuk data  digital
Format  standar  komunikasi
proses kapal  memudahkan navigasi sensor  peralatan
Adapun  sensor peralatan  lainnya. dengan integrasi - sensor  navigasi  kapal  yang  telah  didukung  dan digunakan sebagi input pada penelitian ini adalah GPS, Gyrocompass, Echosounder, Weather, dan Velocity [2]. Penelitian ini merujuk pada penelitian terkait yang telah dilakukan  sebelumnya  yaitu  pembuatan data  logger untuk monitoring suhu dalam suatu ruangan atau benda [3].  Kemudian  data  hasil  pengukuran  suhu  direkam
* Corresponding Author . Email: octa.heriana@lipi.go.id Received: December 3, 2014; Revised: December 12, 2014 Accepted: December 24, 2014 Published: December 30, 2014
 2014 PPET - LIPI doi : 10.14203/jet.v14.61-66
dalam  suatu  tabel.  Penelitian  lainnya  adalah  aplikasi data logger untuk komunikasi GPRS dengan web page sebagai  sarana  penampil  dan  penyimpanan  data  [4]. Penelitian  mengenai  penggenerasian  data  NMEA  yang pernah  dilakukan  sebelumnya  yaitu  dengan  mendesain hardware dan software sebagai  pembuatan  prosedur testing [5]. Terdapat pula alat yang telah berkembang di pasaran  namun  dengan  harga  yang  cukup  mahal  [6], dibandingkan  dengan  sistem  yang  kemudian  dapat dibuat dengan lebih sederhana dan bersifat low cost. Penelitian ini mencoba untuk membuat suatu sistem data  logger dengan  komputer  sebagai interface yang berfungsi  untuk  menginformasikan  data  dari  sensor- sensor navigasi kapal. Data logger yang dibuat bernilai low cost karena dibangun dengan mini prosesor berupa microcontroler ATMega328. Input data  sensor  berupa lima buah data NMEA yang diambil melalui mekanisme switching ,  sehingga  sistem  ini  dapat  mengakomodasi lima  buah input sensor  dan  menghasilkan  satu  jalur output data.
Peralatan navigasi kapal maritim terdiri dari sensor- sensor dan antarmuka penampil data. Sistem antarmuka navigasi  kapal  maritim  yang  ada  pada  saat  ini merupakan  sistem  dengan  fungsi  yang  masing-masing bekerja  secara independent .  Sebuah  sensor  memiliki sebuah  sistem  antarmuka  penampil  data  tersendiri,  dan tidak memiliki keterkaitan satu dengan lainnya, dari sisi fungsi  maupun  struktur  jaringan  data.  Tampak  pada Gambar  1,  bahwa  instalasi  jaringan  data  setiap  sensor navigasi  dari  suatu  kapal  maritim  saling  terpisah  dan memiliki  sistem  penampil  data  tersendiri.  Adapun penggabungan  jalur  data  hanya  terjadi  pada  saat terintegrasi  dengan  antarmuka  perangkat  radar  dan ECDIS, atau perangkat pendukung lainnya.
Gambar 1. Diagram Blok Peralatan Sensor Navigasi Kapal Maritim.
Salah  satu  bagian  yang  menjadi  perhatian  dari  ide pembuatan data  logger ini  adalah  kesamaan  format komunikasi  data  yang  digunakan  dari  masing-masing sensor,  yaitu  format  komunikasi  data  NMEA  [1].  Atas keseragaman  format  data  yang  digunakan  pada  setiap sensor  navigasi,  maka  dapat  dibuat  suatu  sistem  untuk mentransmisikan  data  dari  sensor-sensor  navigasi melalui  sebuah  jalur  yang  sama  tanpa  mengubah struktur  data  yang  dimiliki  masing-masing  sensor. Selain  itu,  tampilan  informasi  dari  masing-masing sensor  difokuskan  pada  satu  antarmuka  tampilan  yang memuat  keseluruhan  informasi  dari  sensor-sensor.
Instalasi jaringan data yang sebelumnya terdiri dari lima jalur  data  pada  Gambar  1,  berubah  menjadi  lebih sederhana  dengan  sebuah  jalur  data  untuk  dapat menampilkan  keseluruhan  informasi  dari  sensor-sensor navigasi kapal, seperti yang diperlihatkan pada Gambar 2.
Gambar 2. Penggunaan Data Logger untuk Meringkas Tampilan Data Sensor Navigasi.

## II. P ERANCANGAN
Sistem data  logger terdiri  atas  dua  modul  utama yaitu  rangkaian switching ,  yang  berfungsi  untuk mengatur  urutan  pengambilan  data  secara switching terhadap jalur data, dan modul microcontroller Arduino sebagai  pengontrol switching dan  pemroses  data. Rangkaian  pendukung  terdiri  dari  modul converter tegangan  data  TTL  ke level USB,  dan  rangkaian regulator tegangan untuk menyesuaikan tegangan power supply dengan  tegangan  kebutuhan  setiap  modul rangkaian.  Gambar  3  berikut  adalah  diagram  blok  dari sistem data logger .
Gambar 3. Diagram Blok Sistem Data Logger.
Pembuatan  sistem data  logger ini  didukung  oleh beberapa  komponen/modul  yang  terdiri  dari:  Arduino ATMega328  sebagai  prosesor,  rangkaian switching , converter level tegangan data serial TTL to USB , power supply, dan  perangkat  komputer  sebagai display aplikasi. Microcontroler ATMega328 melakukan pengaturan pemilihan  jalur  data  sensor.  Kemudian  data sensor  disimpan  sesuai  dengan  variabel  yang  telah disediakan.  Satu  paket  data  sensor  disimpan  dalam beberapa variabel sesuai dengan content informasi yang terkandung  dalam  data  sensor  tersebut  seperti  pada Gambar 4 berikut.
Gambar 4. Sebuah Sensor Memiliki Beberapa Variabel.
Microcontroller yang digunakan adalah ATMega328  dengan  memanfaatkan  modul  Arduino
Uno. Gambar 5 berikut ini adalah modul  Arduino yang digunakan. Modul Arduino ini sudah dilengkapi dengan beberapa fitur yang mendukung pembuatan data logger pada penelitian ini.

## Gambar 5. Modul Arduino UNO ATMega328
Penelitian  ini  menggunakan  lima  buah  data  sensor dengan  format  data  NMEA  yaitu GPS,  Gyrocompass, Echosounder,  Weather,  dan  Velocity  Sensor. Adapun fungsi  sensor-sensor  tersebut  yaitu:  GPS  merupakan sensor untuk mengetahui data posisi suatu posisi origin objek,  berdasarkan  informasi  kordinat  beberapa  satelit terhadap  titik  posisi  objek  (sensor), Gyrocompass berfungsi  sebagai  kompas  yang  memberikan  nilai  arah haluan  kapal  terhadap  utara,  sedangkan Echosounder sebagai  sensor  pengukur  jarak  kedalaman  permukaan laut  terhadap  sensor  yang  berada  di  lambung  bawah kapal, Weather Sensor memberikan informasi mengenai kecepatan angin sebagai indikator perubahan cuaca, dan Velocity  Sensor sebagai  alat  pengukur  kecepatan pergerakan kapal di atas permukaan air.
Mekanisme  pengambilan  data input adalah  dengan melakukan switching untuk  membuat  suatu  urutan pemilihan  data input yang  masuk  ke  dalam  sistem. Microcontroller menangani seluruh proses pengambilan data  dengan  cara switching .  Adapun  proses switching tersebut  dibantu  dengan  cara  membuka  dan  menutup jalur  data input menggunakan  kombinasi  rangkaian gerbang  logika  AND  dan  OR  yang  ditangani  oleh  IC 74LS08  [7]  dan  IC  74LS32  [8].  Desain  rangkaian switching yang  dibuat  adalah  seperti  yang  ditunjukkan pada Gambar 6.
Gambar 6. Diagram Skematik Rangkaian Switching Lima Input dan Satu Output.
Pengaturan  jalur input dilakukan  dengan  memberi input logika  positif  terhadap  salah  satu  dari  lima input pin  pada  IC  AND  yang  terhubung,  yaitu  pada  pin CTR1,  CTR2,  CTR3, CTR4  atau  CTR5.  Sementara itu data  dari  seluruh  sensor  dalam  keadaan  aktif.  Apabila pin input CTR1  diberi  level  logika  positif  ( high ), sedangkan yang lainnya bernilai low , maka pada output akan  muncul  data  X 1 (sensor  GPS).  Begitu  pula seterusnya,  perubahan  perlakuan  pada input lainnya akan menghasilkan  data output yang  berbeda.   Tabel  1 berikut  memberikan  gambaran  perubahan  data output berdasarkan  perlakuan input dengan  logika  yang berbeda-beda.
T ABEL 1
N ILAI L OGIKA K EBENARAN R ANGKAIAN S WITCHING INPUT OUTPUT
CTR1 CTR2 CTR3 CTR4 CTR5 1 0 0 0 0 X 1 0 1 0 0 0 X 2 0 0 1 0 0 X 3
0 0 0 1 0 X 4 0 0 0 0 1 X 5 Keterangan: 1 =   logika high
0 =   logika low
Xn   =   data digital sensor, dengan n:
n =1; sensor GPS n =2; sensor Gyro
n =3; sensor Echosounder n =4; sensor Weather n =5; sensor Velocity
Desain software pada microcontroller dilakukan untuk  membuat urutan  perintah/instruksi dalam melakukan  fungsi  pengontrolan switching jalur input dan  pengolahan  data.  Adapun  alur  perintah  program yang  dimasukkan  dalam  memori microcontroller ATMega 328 ditunjukkan pada Gambar 7.
Urutan  instruksi  program  yang  bekerja  pada microcontroller dapat  dijelaskan  pada  beberapa  poin berikut, yaitu:
a) Melakukan  inisialisasi  fungsi  komunikasi  data melalui port serial.
b) Operasi increament variabel  n  sebagai  nilai pemilihan jalur input .
c) Aktifkan jalur input sensor yang ke-n.
d) Baca data NMEA sensor ke-n.
e) Masukkan data sensor ke dalam variabel-variabel.
f) Apakah  nilai  var  >  5  ?  Jika  tidak,  ulangi  ke langkah b). Jika ya, teruskan ke langkah g).
g) Berikan nilai n = 0.
h) Kirim data melalui port serial.
i) Instruksi selesai.

## III. H ASIL A NALISIS
Data  sensor  yang  digunakan  pada  penelitian  ini terdiri dari lima buah data sensor dengan format standar NMEA.  Masing-masing  sensor  memiliki  identitas header yang  berbeda  dan  unik.  Data  NMEA  untuk sensor GPS diawali dengan header $GPGLL, data sudut heading diawali  dengan  $HCHDG,  data Echosounder diawali dengan $SDDBT, Wheather dengan $WIMWD, dan data Velocity dengan $VWVLM.
Pengujian  dilakukan  terhadap  tiga  bagian  dari sistem yaitu; pengujian data input sensor secara simulasi (menggunakan  aplikasi  NMEA Generator ),  kemudian pengujian  terhadap  proses  seleksi  data  pada  sistem switching ,  dan  pengujian  ekstraksi  data  di software aplikasi penampil data.
Pengujian  data input dilakukan  secara  simulasi menggunakan  aplikasi  NMEA Generator sebagai penggenerasi  data  setiap  sensor,  dan hyperterminal sebagai  penampil  data  yang  diterima.  Diagram pengujian ditunjukkan pada Gambar 8.
Gambar 8. Pengujian Data Input .
Hasil penampilan data menggunakan hyperterminal terhadap seluruh sensor, ditunjukkan pada Gambar 9.
(a)
(b) (c) (d) (e) Gambar 9. Data Input Terbaca di Hyperterminal , (a) Data GPS, (b) Data Gyro , (c) Data Echosounder , (d) Data Weather Sensor , dan (e) Data Velocity.
Pengujian  terhadap  data input simulasi  NMEA Generator yang  dilakukan  pada rentang  waktu  1 menit terhadap  lima  data  sensor  yaitu;  GPS,  Gyro, Echosounder , Weather  Sensor dan Velocity  Sensor , selama  60  detik  memperlihatkan  bahwa  seluruh  data yang  diberikan  sebagai input dari data  logger ,  dapat terbaca dari sisi penerima dengan tingkat akurasi 100%, seperti ditunjukkan pada Tabel 2.
T ABEL 2
P ENGUJIAN D ATA I NPUT S ENSOR D ALAM 60 D ETIK Sensor Jumlah data input Jumlah data diterima Jumlah data cacat Akurasi GPS 59 59 0 1 Gyro 59 59 0 1 Echosunder 59 59 0 1 Weather 59 59 0 1 Velocity 59 59 0 1
Seluruh  proses  pengolahan  data  dilakukan  dengan microcontroller dibantu  dengan  rangkain switching untuk  mengatur  mekanisme  pemilihan  jalur  sensor. Adapun  rancangan  rangkaian switching yang  telah diaplikasikan dalam bentuk jalur pada PCB ditunjukkan pada Gambar 10.
Gambar 10. Desain Double Layered PCB Rangkaian Switching.
Selanjutnya  pada  Gambar  11  adalah  tata  letak komponen pada double layered PCB yang telah dicetak sesuai  dengan  hasil  perancangan.  Komponen  yang diperlukan  untuk  melengkapi  rangkain  ini  adalah:  5 buah resistor 220 ohm, 10 buah resistor 1k2 ohm, 2 IC 74LS08,  1  IC  74LS32,  4  buah  LED,  5  buah  terminal blok,  serta  2  buah  pin header 4  pin  dan  1  buah  pin header 6 pin.
Gambar 11. Tata Letak Komponen di Atas PCB.
Diagram  instalasi  dari  sistem data  logger digambarkan  pada  Gambar  12.  Pada  sistem  ini diperlukan power  supply dengan  tegangan  DC  sebesar 12 Volt.  Tegangan power supply kemudian diturunkan menjadi 5 Volt menggunakan modul regulator tegangan DC.  Jalur input tersedia  sejumlah  5  pasang  jalur  data dengan ground ,  sedangkan  jalur  output  tersedia  1  jalur berpasangan  dengan ground dan  terhubung  dengan modul converter level tegangan serial TTL to USB .
Gambar 12. Diagram Jalur Instalasi Sistem Data Logger.
Data output disusun  dengan  format  yang  telah ditentukan,  disesuaikan  dengan  aplikasi software yang dibuat.  Pada  penelitian  ini,  seluruh  data  sensor  yang tersimpan  dalam  variabel  program  dipisahkan  dengan karakter  ”  ;  ”.  Bentuk  utuh  data output adalah  seperti pada Gambar 13 berikut ini.
Gambar 13. Data Output.
Apabila  data output ditampilkan  pada  aplikasi software ,  maka  akan  data  akan  tersusun  pada  setiap panel informasi masing-masing sensor seperti ditunjukkan pada Gambar 14.
Pengujian di sisi penerima/ receiver dilakukan untuk mengamati  hasil  ekstraksi  data  yang  diterima  dan ditampilkan pada software aplikasi untuk display .
T ABEL 3 P ENGUJIAN D ATA DI S ISI R ECEIVER Sensor Jumlah data input Jumlah data display Akurasi GPS 100 96 0,96 Gyro 100 97 0,97 Echosunder 100 98 0,98 Weather 100 97 0,97 Velocity 100 98 0,98
Berdasarkan hasil pengujian yang ditunjukkan pada Tabel 3, bahwa jumlah data yang dapat diekstraksi pada software aplikasi display berbeda-beda keakurasiannya. Hal  tersebut  bisa  saja  terjadi  dikarenakan  masing- masing sensor memiliki panjang data yang berbeda satu dengan  lainnya,  dan  juga  dipengaruhi  kecepatan kemampuan software pada  saat  melakukan  proses ekstraksi data.
Data logger lima input data sensor navigasi dengan format standar NMEA merupakan sistem pengolah data yang  mampu  menampung  lima  buah  data  sensor  dari sumber  yang  berbeda-beda  yaitu  data  sensor GPS, Gyrocompass, Echosounder, Weather dan Velocity . Alat ini menampilkan informasi  yang real  time kepada user mengenai  informasi  navigasi  yang  berguna  dalam operasional  kapal  di  laut.  Selain  itu  juga output data logger ini  dapat  dimanfaatkan  lebih  lanjut  untuk peralatan  lain  yang  membutuhkan  informasi  dari  data sensor-sensor navigasi kapal, dengan beberapa penyesuaian setting data.

## K ESIMPULAN
Penelitian  sistem data  logger lima channel input sensor navigasi kapal maritim menghasilkan kesimpulan:
a. Bahwa  beberapa  data  sensor  yang  berasal  dari sumber  yang  berbeda  dapat  dihimpun  dalam  suatu sistem interface dengan  memanfaatkan  kondisi
format standar universal suatu komunikasi data. b. Software aplikasi display data  logger ini  dapat menampilkan informasi sensor-sensor navigasi kapal dengan tingkat akurasi 96% untuk sensor GPS, 97% untuk Gyro ,  98%  untuk Echosounder ,  97%  untuk Weather , dan 98% untuk sensor Velocity .
c. Penelitian  ini  memberikan  sumbangan  bahwa  suatu data  logger dapat  dibangun  dengan  komponen sistem  yang  jauh  lebih  murah  dari  produk  yang beredar  di  pasaran,  dan  dapat  dikostumisasi  untuk keperluan  integrasi  dengan  perangkat  lainnya  yang mendukung.

## D AFTAR P USTAKA
[1] (2014). NMEA 0183 standard. [Online]. Available: http://www.nmea.org/content/nmea_standards/nmea_0183_v_41 0.asp
[2] (2014).  Peralatan-peralatan  navigasi  di  kapal.  [Online]. Available: http://www.maritimeworld.web.id/2014/07/apa- yang- dimaksud-dengan-radar-dan-fungsi -radar-kapal.html
[3] N.  L.  Marpaung  dan  E.  Ervianto,  “Data  logger  sensor  suhu berbasis  mikrokontroler  atmega  8535  dengan  PC  sebagai tampilan”, Jurnal Ilmiah Elite Elektro, vol. 3, no. 1,  hal. 37-42, 2012.
[4] D. Munandar, O. Mahendra, D. Syamsi, "Data logger application development using  microcontroller atmega 128 for a web-based gprs  communication", The  6th  International  Conference  on Information  & Communication Technology  and Systems, vol. 4 , 2010, hal. 27-32.
[5] V. Sinivee, “Simple  yet  efficient NMEA  sentence generator  for testing  GPS  reception  firmware  and  hardware”,  in Novel Algorithms  and  Techniques  in  Telecommunications  and Networking ,  T.  Sobh,  K.  Elleithy,  and  A.  Mahmood,  Ed. Dordrecht:  Springer  Science+Business  Media  B.V.,  2010,  pp. 207-210.
[6] (2014).  Vessel  data  logging  to  SD  memory  now  available  for seasmart network adapters. [Online]. Available: http://www.seasmart.net/marine-wireless-networking-press.html
[7] (2014).  SN5408,  SN54LS08,  SN54S08,  SN7408,  SN74LS08, SN74S08,  quadruple  2-input  positive-and  gates.  [Online]. Available: www.ti.com/lit/gpn/sn54s08
[8] (2014).  SN5432,  SN54LS32,  SN54S32,  SN7432,  SN74LS32, SN74S32,  quadruple  2-input  positive-or  gates.  [Online]. Available: www.ti.com/lit/ds/symlink/ sn74ls32.pdf