Rancang Bangun Pintu Air Otomatis Menggunakan Water Level Float Switch Berbasis Mikrokontroler

## Heki Apriyanto
Politeknik Palcomtech Palembang Jl. Basuki Rahmat No. 05 Palembang heki_apriyant0@yahoo.com
Abstrak— Penelitian ini  bertujuan untuk  membangun sistem pintu  air  otomatis  membuka  ataupun  menutup  pintu berdasarkan  ketinggian  air  pada  bendungan  yang  sebelumnya masih  bersifat  konvensional  atau  masih  menggunakan  tenaga manusia.  Pintu  air  yang  bersifat  konvensional  dinilai  kurang efektif,  mengingat  curah  hujan  yang  cukup  tinggi  disertai sulitnya  memperkirakan  ketinggian  air  yang  selalu  berubah- ubah, selain faktor tersebut ketinggian air pada suatu bendungan dipengaruhi  juga  oleh  banjir  kiriman  didaerah  lain.  Metode penelitian  yang  digunakan  dengan  menggunakan  pengumpulan data  dan pengembangan  perangkat  yang terdiri dari perencanaan,  analisis,  perancangan  dan  implementasi,  dimana dalam analisis menggunakan analisis SWOT untuk menilai layak atau tidaknya  rancangan  ini diterapkan. Hasil yang diharapkan adalah  terwujudnya  pintu  air  otomatis  untuk  meringankan manusia  dalam  menjalankan  tugas  serta  membuat  sistem  yang berjalan dengan lebih efisien. Rancang bangun pintu air otomatis ini menggunakan mikrokontroler arduino uno dan nano sebagai alat  pemroses, serta  dilengkapi  dengan  sensor  ultrasonik,  water level float  switch  sensor, LCD display, motor  servo. Water level float  switch  sensor  yang  berfungsi  untuk  memutar  motor  servo untuk  mengangkat  atau  menurunkan  pintu  air  sesuai  batas ketinggian air. Hasil yang diharapkan adalah terciptanya sistem pintu air otomatis pada suatu bendungan dan dapat mengurangi kelalaian manusia dalam bertugas mengingat sulitnya memperkirakan  ketinggian  air yang  selalu berubah-ubah dalam waktu tertentu.
Kata  Kunci—  Pintu  Air,  Bendungan,  Otomatis,  Water  Level Float Switch Sensor, Motor Servo.

## I. P ENDAHULUAN
Indonesia  merupakan  sebuah  negara  dengan  jumlah kepulaun  terbanyak  yang  ada  di  dunia.  Sebagai  negara  yang memiliki  curah  hujan  tinggi,  Indonesia  menjadi  sangat  rentan sekali dengan  bencana  banjir. Fenomena  banjir memang tidak dapat  dihindari,  namun  untuk  mengurangi  dampak  dari  banjir dapat  ditanggulangi  dengan  membuat  bendungan  atau  waduk yang dilengkapi pintu air.
Bendungan  adalah  bangunan  melintang  sungai  yang berfungsi  untuk  meninggikan  muka  air  sungai,  selain  itu pemanfaatan  bendungan  untuk  keperluan  sektor-sektor  yang menyangkut terhadap kebutuhan air seperti pembangkit tenaga listrik  ataupun  sistem  irigasi  sawah  ataupun  perkebunan.
Bendungan  juga  dilengkapi  dengan  pintu  air  yang  dapat dioperasikan  buka  dan  tutup  secara  bertahap  ataupun  secara terus-menerus  guna  kepentingan  sesuai  kebutuhan.  Menurut Entatarina Simanjuntak (2010), pintu air adalah pintu/bangunan  yang  berfungsi  untuk  mengatur  debit  volume atau  ketinggian  air  dan  dapat  dipasang  pada  waduk  atau bendungan  air atau diujung saluran yang berhubungan  dengan badan air.
Pada era serba teknologi seperti ini, alangkah baiknya juga jika dimanfaatkan dalam pengendalian otomatis pintu air yang ada pada  bendungan karena  perubahan  volume air  yang selalu berubah-ubah  dalam  periode  waktu  yang  tidak  pasti.  Sistem otomatis  ini,  diharapkan  dapat  lebih  efektif  dan  efisien  dalam mengurangi  faktor  kelalaian  yang  disebabkan  manusia  dapat dihindari  seperti  sering  lalainya  penjaga  bendungan  pintu  air dalam mengendalikan pintu air yang menyebabkan ketidakstabilan volume air.
Berdasarkan  latar  belakang  tersebut,  maka  dirancanglah sebuah  alat  yang  mampu  mendeteksi  volume  ketinggian  air, dan  alat  tersebut  juga  dapat  mengendalikan  pintu  air  secara otomatis.
Masalah yang terjadi dapat diidentifikasi antara lain adalah lalainya petugas dalam  mengontrol sistem buka tutup pintu air pada bendungan, kurang efisiennya sistem karena masih secara manual,  dan  jangkauan  petugas  dengan  lokasi  pintu  air memerlukan waktu.  Adapun tujuan dibuatnya rancangan pintu air  otomatis  ini  adalah  untuk  mengurangi  kelalaian  petugas penjaga  pintu  air,  agar  lebih  efisien  dan  efektif  dalam pengendalian pintu air secara otomatis berdasarkan volume air yang sering berubah-ubah, dan efisiensi waktu.

## II. M ETODE P ENELITIAN
Dalam penyusunan tugas akhir ini untuk mendapatkan data yang  akurat  menggunakan  metode  penelitian  pengumpulan data  dan  pengembangan  perangkat  yang  terdiri  dari perencanaan, analisis, perancangan, dan implementasi.

## A. Perencanaan
Dalam  perencanaan  rancang  bangun  pintu  air  otomatis menggunakan  water  level  float  switch  sensor  berbasisi mikrokontroler  arduino  uno  menggunakan  analisis  SWOT
(Strength, Weakness, Opportunity, Threats) untuk menganalisa bahwa proyek yang sedang dirancang dapat diterapkan.

## B. Analisis
Analisis yang dilakukan dalam rancangan proyek ini terdiri dari:

## 1) Analisis Sistem Berjalan
Analisis sistem berjalan, merupakan proses kerja sistem yang terjadi saat ini atau yang sedang berlangsung sebelum dikembangkannya  proyek.  Dalam  tahap  analisis  sistem berjalan digambarkan dalam bentuk activity dan use case.

## 2) Analisis Sistem Usulan
Analisis  sistem  usulan,  kebutuhan  sistem  yang digunakan  untuk  membangun  pintu  air  otomatis  ini menggunakan mikrokontroler arduino uno sebagai pemroses  utama,  mikrokontroler  arduino  nano  sebagai pemroses pengukuran ketinggian air dan untuk menampilkan ke  LCD, sensor ultrasonik sebagai  pengukur ketinggian  air,  sensor  air  (water  level  float  switch)  yang berfungsi  sebagai  pendeteksi  ketinggian,  motor  servo berfungsi  sebagai  pembuka  atau  penutup  pintu  air,  dan LCD  yang  digunakan  sebagai  layar  informasi  ketinggian air.  Dalam  pembuatan  program  (editing)  menggunakan software  arduino  IDE  yang  menggunakan  pemrograman bahasa C.

## 3) Perancangan
Perancangan  dalam  pembuatan  pintu  air  otomatis dibagi  menjadi  empat  tahapan  perancangan,  yaitu perancangan  input  yang  menjelaskan  alur  kerja  input sensor,  perancangan  proses  yang  mejelaskan  alur  kerja perfungsi  antar  komponen,  perancangan  output  yang menampilkan  proses  kerja  alat  secara  keseluruhan  yang disusun  dengan  flowchart,  serta  perancangan  model  pintu air yang diusulkan.

## 4) Implementasi
Tahapan  akhir  dari  suatu  rancangan  proyek  adalah implementasi dari tahapan-tahapan sebelumnya. Implementasi  menjelaskan  semua  proses  instalasi  dari mulai  instalasi  perangkat  keras,  instalasi  perangkat  lunak, tahap  pemrograma,  serta  dilakukan  tahapan  pengujian yang  berguna  untuk  mengetahui  bahwa  perangkat  dapat berfungsi  dengan benar,  pada  tahapan  pengujian menggunakan metode blackbox guna menemukan kesalahan  fungsi  yang  tidak  benar  atau  hilang  hingga kesalahan  kerja  dari  suatu  perangkat  yang  sedang dirancang.

## III. P EMBAHASAN

## A. Perencanaan
Studi  kelayakan  pintu  air  otomatis  menggunakan  water level  float  switch  sensor  berbasis  mikrokontroler  arduino  uno dilakukan  menggunakan  strategi  analisis  SWOT  seperti  yang terlihat pada tabel 1.
Tabel 1. Analisis Swot Rancang Bangun Pintu Air Otomatis
Strength 1. Pintu dapat membuka dan menutup secara otomatis 2. Sistem dilengkapi dengan sensor 3. Informasi ketinggian air ditampilkan ke LCD Weakness 1. Bergantung  pada  aliran  arus listrik.
2. Proses  buka  tutup  pintu  akan terkendala jika ada sampah  yang menghalangi.
Opportunities 1. Alat ini bekerja secara otomatis
2. Dapat  dikembangkan  menjadi system  peringatan  dini  waspada banjir. Threats 1. Komponen  alat  ini  akan  rusak jika terendam air.
2. Sensor  air  yang  digunakan  tidak akan  aktif  jika  ada  benda penghalang.
Selanjutnya,  penerapan  strategi  SWOT  pada  rancang bangun  pintu  air  otomatis  menggunakan  water  level  float switch  sensor  berbasis  mikrokontroler  arduino  uno  dijelaskan pada tabel 2.
Tabel 2. Strategi Swot Rancang Bangun Pintu Air Otomatis
Strategi S-O 1. Perangkat  ini  dapat  bekerja  secara otomatis  dalam  membuka  dan menutup  pintu  berdasarkan  jumlah sensor  yang  aktif  pada  dasar bendungan.
2. Pengembangan sistem menjadi sistem  peringatan  dini  waspada banjir  dapat  berupa  alarm  maupun pengiriman  pesan  singkat  berupa SMS kepada sejumlah masyarakat.
Strategi W-
O 1. Untuk mencegah terjadinya pemadaman arus listrik  saat terjadi luapan  air  diperlukan  batrai  tower BTS yang memiliki kapasitas besar sebagai pengganti listrik.
2. Pada  posisi  didepan  daun  pintu  air dibuat  semacam  jaring  dari  besi atau  kawat  baja  yang  berfungsi menyaring  sampah  agar  tidak langsung  mengenai  pintu  yang akan  membuat  kemacetan  pada proses buka tutup pintu.
Strategi S-T 1. Pada  perangkat  utama,  sensor ultrasonik  dan  LCD  dipasang semacam case yang  berguna untuk
melindungi  dari  air  hujan,  ataupun benturan benda keras lainnya. 2. Pada  sensor water  level  float switch dipasang  semacam  case
yang dapat melindungi dari
sampah
yang berada pada bendungan.
Strategi W- T 1. Peletakan komponen utama
ditempatkan  diposisi  yang  aman dari  jangkauan  air,  sensor  yang digunakan harus terlindungi.
2. Untuk  mengatasi  hal  yang  tidak terduga  dalam  sistem  otomatis yang terpasang, pada pintu air juga dilengkapi dengan sistem manual.

## B. Analisis
Analisis sistem berjalan akan dijelaskan dengan menggunakan diagram use case yang ditampilkan pada gambar 1 dan diagram activity sistem berjalan pada gambar 2.
Gambar 1. Diagram Use Case Sistem Berjalan
Gambar 2. Diagram Activity Sistem Berjalan

## C. Perancangan
Cara  kerja  pintu  otomatis  ini  adalah  informasi  ketinggian air  akan  ditampilkan  pada  LCD  Display  berdasarkan  hasil pengukuran  sensor  utrasonic  yang  dipasang  pada  bagian  atas pintu air. Di dalam bendungan telah dipasang dua buah sensor air  jenis  pelampung  (water  level  float  swtich)  dimana  sensor pertama  diletakkan  paling  bawah,  dan  sensor  kedua  berada paling  atas.  Saat  pintu  air  menyentuh  sensor  pertama (mengaktifkan  sensor  pertama),  maka  motor  servo  akan berputar  sebesar  600  dan  pada  saat  air  menyentuh  sensor  air kedua  (mengaktifkan  sensor  kedua),  maka  motor  servo  akan berputar  sebesar  1100.  Dan  jika  ketinggian  air  mulai
berkurang dimana sensor kedua tidak aktif, maka motor servo akan  berputar  sebesar  600  dan  jika  ketinggian  air  kembali normal  dimana  sensor  pertama  tidak  aktif  maka  motor  servo akan  bergerak  menutup  pintu  air  secara  sempurna.  Sensor  air (water level float swicth) akan aktif jika posisi sensor tersebut terendam air.
Gambar 3. Deployment Diagram Rancangan Pintu Air

## Otomatis
Dilihat  dari  deployment  diagram  pada  gambar  3  dapat diketahui  bahwa  semua  perangkat  keras  (hardware)  saling berhubungan semua dalam perancangan pintu air otomatis ini. Pintu  air  terhubung  langsung  ke  motor  servo  yang  berfungsi membuka dan menutup pintu air.

## Gambar 4. Component Diagram Rancangan Pintu Air Otomatis
Dilihat  dari  diagram  pada  gambar  4,  mikrokontroler arduino  uno  menerima  masukan  dari  water  level  float  switch sensor  dan  menghasilkan  keluaran  kemotor  servo.  Lalu mikrokontroler  arduino  nano  menerima  masukan  dari  sensor ultrasonik dan menghasilkan keluaran ke LCD Display.
Perancangan  proses  cara  kerja  water  level  float  switch sensor  disajikan  dalam  bentuk  flowchart  pada  gambar  5  dan algoritma cara  kerja water level float switch sensor dijelaskan pada gambar 6.
Gambar 5. Flowchart Cara Kerja Water Level Float Switch Sensor.
1  Start; 2  Alat siap;
3  if(Sensor 1 aktif?){
4     Pintu Terbuka 60 0 ; 5     Mengalirkan Air;
5     if (Air Meluap?);
6     Air bertambah;
7          If(Sensor 2 aktif?){
8          Pintu terbuka 110 0 ;
9         Mengalirkan Air;
10          While(!Air Meluap?){
11         Read Pintu Terbuka 60 0 ;} 12         Read Pintu terbuka 110 0 ;} 13          Read Pintu terbuka 60 0 ;}
14  Read Pintu Air tertutup sempurna;
15  End;
Gambar 6. Algoritma Cara Kerja Water Level Float Switch Sensor.
Perancangan  cara  kerja  alat  secara  keseluruhan  pada rancang  bangun  pintu  air  otomatis  menggunakan  water  level float  switch  sensor  berbasis  mikrokontroler  arduino  uno disajikan dalam bentuk flowchart pada gambar  7.
Gambar 7. Flowchart Output Rancang Bangun Pintu Air
Otomatis
1   Start;
2   alat siap;
3   ultrasonik baca tinggi air;
4   Tampil ke LCD;
5   if (Sensor 1 aktif?)
6   { Pintu terbuka 60 0 ; 7   mengalirkan air; 8   if (!air meluap?) 9   {Air bertambah;
10  if(sensor 2 aktif?) 11 {Pintu terbuka 110 0 ;
12  mengalirkan air; 13  if (sensor 2 aktif?) 14 {Read Pintu terbuka 110 0 }} 15  Read Pintu terbuka 60 0 ;}
16  Pintu menutup sempurna;}; 17  Read ultrasonik baca tinggi air;
18  End;
Gambar 3.8 Algoritma Output Rancang Bangun Pintu Air Otomatis

## D. Implementasi
Implementasi  dari  rancang  bangun  pintu  air  otomatis menggunakan  water  level  float  switch  sensor  berbasis mikrokontroler  arduino  uno  terdiri  dari  instalasi  perangkat keras,  instalasi  perangkat  lunak  Arduino  IDE  versi  yang digunakan dalam rancangan ini adalah 1.0, pemrograman atau coding  serta  pengujian  yang  menggunakan  metode  BlackBox Testing.
1) Instalasi Perangkat Keras
Instalasi  rangkaian  perangkat  keras  pada  gambar  3.9 dan gambar 3.10 adalah rangkaian alat secara keseluruhan yang terpasang pada prototype.
Gambar 9. Rancangan Pintu Air Otomatis Tampak Dalam
Gambar 1.0 Rancangan Alat
Dari gambar 3.9 dan 3.10 rancangan pintu air otomatis menggunakan  dua  buah  water  level  float  switch  sensor, satu sensor ultrasonik, satu LCD display, satu motor servo, satu mikrokontroler arduino uno dan nano.

## 2) Blackbox Testing
Tahapan  pengujian  adalah  tahapan  akhir  saat  semua proses dilalui dengan tujuan untuk mengetahui apakah alat yang dirancang telah sesuai dengan hasil yang diharapkan.
Pengujian ini menggunakan metode BlackBox Testing, dimana  pengujian  ini  memfokuskan  pada  kebutuhan fungsional  perangkat  dengan  tujuan  berusaha  menemukan kesalahan,  kesalahan  yang  dimaksud  adalah  kesalahan fungsi,  kesalahan  intreface,  kesalahan  struktur  data, ataupun kesalahan kinerja.
Tabel 3. Blackbock testing No Prosedur Hasil yang diharapkan Validasi 1 Air dimasukan kedalam wadah secara bertahap hingga water level wloat switch sensor pertama aktif Pintu  air  terbuka secara otomatis dengan putaran servo 60 0 Valid 2 Mengurangi air sampai water level  wloat  switch sensor pertama tidak aktif Pintu  air  menutup otomatis sempurna Valid 3 Air dimasukan kedalam wadah sampai water level  float  switch sensor kedua aktif Pintu  air  terbuka secara otomatis dengan putaran servo 110 0 Valid 4 Air dimasukan kedalam wadah secara bertahap Sensor ultrasonik dapat mengukur ketinggian  air  dan menampilkannya  ke LCD display Valid
IV. P ENUTUP

## A. Kesimpulan
Berdasarkan  hasil  pembahasan  dan  pengujian  yang  telah dilakukan  pada  rancang bangun  pintu  air  otomatis menggunakan  water  level  flow  switch  sensor  dan  sensor ultrasonic  berbasis  mikrokontroler  arduino  uno,  maka  dapat diambil kesimpulan sebagai berikut:
 Meringankan  tugas  manusia  dalam  mengontrol ketinggian  air  dibendungan,  serta  dapat  mengurangi kelalaian manusia dalam bertugas.
 Dengan  adanya  sistem  pintu  air  otomatis  ini diharapkan mampu mengontrol ketinggian atau volume air pada suatu bendungan dengan lebih efektif.
 Kekurangan dari alat yang dirancang ini adalah proses buka dan tutup pintu air tidak berjalan secara maksimal apabila sekitar pintu terdapat sampah atau benda-benda yang menghalangi.

## B. Saran
Penelitian  yang  dilakukan  ini  tentunya  tidak  terlepas  dari pada  kekurangan  dan  kelemahan.  Oleh  karena  itu,  untuk pengembangan  sistem  lebih  lanjut,  perlu  diperhatikan beberapa hal berikut ini:
 Pintu  air  masih  merembes,  penutupan  pintu  masih belum  sempurna.  Diperlukan  alat  tambahan  agar  air tidak merembes.
 Dalam  protoype  ini  menggunakan  hardware  atau perangkat  keras  dengan  spesifikasi  minimum,  untuk pengembangan selanjutnya dapat menggunakan hardware dengan spesifikasi yang lebih baik.
 Sistem  ini  dapat  dikembangkan  kembali  untuk  sistem peringatan dini waspada banjir.

## D AFTAR P USTAKA
[1] Adi Nugroho. 2010.  Rekayasa  Perangkat  Lunak Berbasis  Objek dengan Metode USDP. Andi. Yogyakarta.
[2] Albir, Sinan Si. 2003. Learning UML. O’Reilly & Associates, Inc., 1005 Gravenstein Highway North, Sebastopol, CA 95472.
[3] Andrianto,  Heri  dan  Aan  Darmawan.  2016.  Arduino  Belajar  Cepat dan Pemrograman. Informatika. Bandung.
[4] Booch,  Grady.  2005.  Object  Oriented  Analysis  and  Design  with Application  2nd  Edition.  United  States  of  America.R.  Nicole, “Title  of paper  with  only  first  word  capitalized,”  J.  Name  Stand.  Abbrev.,  in press.
[5] Fowler, Martin.2005. UML Distilled. Edisi 3. Andi. Yogyakarta.
[6] Gries,  David,  Fred  B.  Schneider.  2005.  An  Integrated  Approach  to Software  Engineering  Third  Edition.  Pankaj  Jalote.  Indian  Institute  of Technology Kampur India.
[7] Herlawati,  dan  Widodo.  2011.  Menggunakan  UML.  Informatika. Bandung.
[8] Krismiaji.  2010.  Sistem  Informasi  Akuntasi.  UPP  AMP  YKPN. Yogyakarta.
[9] Munawar.  2005.  Pemodelan  Visual    Menggunakan  UML.  Graha  Ilmu. Yogyakarta