PERANGKAT NAVIGASI ARAH ANGIN, ARAH KAPAL, DAN KECEPATAN ANGIN UNTUK NELAYAN TRADISIONAL
Albert Gunadhi 1 , Rasional Sitepu 2 , Zein Bilal 3 , Peter R. Angka 4 , Lanny Agustine 5
1,2,3,4,5 Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Katolik Widya Mandala Surabaya , Jalan Kalijudan no. 37, Surabaya 60114
E-mail: albert@ukwms.ac.id , zein140797@gmail.com
ABSTRAKS -  Nelayan  tradisional  memanfaatkan  angin  darat  untuk  berlayar  pada  malam  hari, angin  darat  adalah  angin  yang  berhembus  dari  daratan  ke  laut.  Pada  pagi  hari  nelayan  kembali kedaratan dengan memanfaatkan angin laut. Angin laut adalah angin yang berhembus dari laut ke daratan. Untuk membantu navigasi melaut nelayan tradisional, dibutuhkan sistem pendukung yang dapat mengukur kecepatan angin, arah angin, arah kapal, dan bisa bekerja pada malam hari tanpa sumber listrik dari generator. Alat ini mengukur dengan batas terendah kecepatan angin yang dapat diukur  adalah  0,01m/s,  dan  rata-rata  kesalahan  pengukuran  kecepatan  angin  0,001  m/s,  sensor pembaca  arah  angin    dapat  mengukur  dari  mana  datangnya  angin  dan  arah  kapal  menuju,  serta sistem  pembangkit  tegangan  12-13,4  Volt  DC  untuk  menyuplai  Arduino  Uno  dan  sensor-sensor yang digunakan.
Kata kunci : Arduino Uno, Anemometer , HCM5883L, Kompas
ABSTRACTS - Traditional fishermen use the land wind to sail at night, land winds are winds that blow  from  land  to  sea.  In  the  morning  fisherman  return  to  port  using  sea  wind,  sea  winds  are winds that blow  from  sea to land. To aids traditional fisherman sailing navigation, a instrument measurement that can  measure wind speed, wind direction, ship direction, and can work at night without  using  voltage  generator  is  needed.  This  measuring  instrument  can  measure  wind  speed with the lowest speed is 0,001 m/s, and the average measurment error is 0,001 m/s, wind direction measurment  sensor  can  measure  from  whereabouts  the  wind  coming  and  also  measuring whereabouts the ship heading, also have voltage source 12-13,4 Volt DC to supply Arduino Uno and the sensors used at this measuring instrument.
Keyword : Arduino Uno, Anemometer, HCM5883L, Compass Pendahuluan

## PENDAHULUAN
Untuk  mengurangi  resiko  nelayan  tradisional  melaut  dibutuhkan  suatu  sistem  untuk meningkatkan  keamanan  berlayar,  yaitu  sistem  untun  mengukur  arah  kapal,  arah  angin  dan kecepatan  angin,  dengan  memanfaatkan  sensor  anemometer  dan  sensor  kompas  digital. kecepatan angin dideteksi menggunakan sensor anemometer dan untuk mengetahui arah angin, dan  arah  kapal  menggunakan  sensor  digital  kompas  HCM5883L.  Dengan  adanya  alat  ini nelayan dapat mengambil keputusan dalam mengarahkan kemana kapalnya berlayar.   Dari latar belakang  pembuatan  alat  ini  maka  dibuat  berberapa  rumusan  masalah  dalam  perancangan  alat dan  pembuatan  alat,  rumusan  masalah  adalah  membuat  suatu  sistem  pengukuran  arah  kapal, arah  angin,  dan  pengukuran  kecepatan  angin.  Dengan  memanfaatkan    Arduino  Uno  sebagai perangkat pemroses data yang dikirim oleh anemometer, dan sensor pembaca arah angin dengan
memanfaatkan sensor kompas HCM5883L, membuat sistem pengisian daya baterai 12-13 VDC menggunakan solar panel 100 Wpeak.

## TINJAUAN PUSTAKA
Untuk  dapat  merealisasikan  alat  ini  maka  dibutuhkan  dasar-dasar  teori  untuk menunjang,  dasar-  dasar  teori  yang  dibutuhkan  untuk  pembuatan  alat  ini  adalah  arduino  uno, anemometer,  beaufort  scale,  sensor  digital  kompas  hcm5883l,  sistem  pengisian  baterai menggunakan solar panel.

## Arduino Uno
Arduino  Uno  merupakan  sebuah  board  mikrokontroler  yang  bersifat open source . Arduino  Uno  menggunakan  mikrokontroler  AVR  seri  ATmega328.  Perangkat  ini  memiliki  14 pin I/O (6 pin diantaranya dapat digunakan sebagai output PWM), 6 pin input analog, koneksi USB,  16  MHz  osilator  kristal,  dan  reset.  Pin-pin  ini  berisi  semua  yang  diperlukan  untuk mendukung kerja mikrokontroler [1]
Gambar 1. Arduino Uno R3
Arduino Uno R3 Berfungsi sebagai otak sistem yang berfungsi memproses data yang dikirmkan sensor  pada  sistem  pengukuran  alat  ini,  dan  menampilkan  data  yang  diproses  melalui  LCD 20x4. Data yang ditampilkan pada LCD adalah beufort scale , kecepatan angin dalam satuan m/s, arah angin dari mana angin datang dan angin menuju, dan kemana arah kapal menuju.

## Anemometer
Anemometer  adalah  perangkat  yang  berfungsi  untuk  mengukur  kecepatan  angin.  Anemometer banyak digunakan di badan meteorologi. Anemometer berasal dari Bahasa Jerman yaitu anemos berarti  angin.  Anemometer  mengukur  kecepatan  dari  angin  yang  melewati  baling  baling  pada anemometer.  pada  alat  ini  akan  digunakan cup  anemometer . Salah  satu  tipe  anemometer  yang memiliki  bentuk  tiga  hingga  empat  mangkuk hemispherical yang  terpasang  secara  horizontal. Angin  yang  melewati  mangkuk  hemispherical    pada  cup  anemometer,  Seperti  pada  Gambar  2
berputar  mangkuknya  secara  horizontal,  putaran  ini  akan  mengukur  kecepatan  angin  dengan perbandingan antara banyaknya putaran dan interval waktu. [2]
Gambar 2. Cup Anemometer.
Pada cup  anemometer terdapat    generator  yang  menghasilkan  tegangan  ketika  anemometer berputar,    semakin  cepat  anemometer  berputar    pada tabel ini  perbandingan  kecepatan  putaran angin dan listrik yang dihasilkan berikut. Untuk menghasilkan tabel sebagai berikut digunakan formula
V 6* tegangan …………………………………………….(1) V= kecepatan angin(m/s) Tegangan = tegangan output anemometer(V)

## Beaufort Scale
Beaufort Scale merupakan suatu pengukuran secara empiris pada pengukuran kecepatan angin  di  darat  mauput  di  laut.  Nama  lengkap  dari beaufort scale  adalah Beaufort  wind  force scale . Pada alat bantu navigasi pelayaran nelayan tradisional beaufort scale digunakan sebagai pensekala  kecepatan  angin.  Dengan beaufort  scale bisa  diketahui  tingkat  bahaya  kecepatan angin.  Dibawah  ini  adalah  tabel  penjabaran  nilai  dari beaufort  scale . Beaufort  scale dibagi menjadi  13  tingkatan,  sesuai  degan  tingkat  kecepatan  angin  dan  bahaya  dari  angin  yang berhembus.
Tabel 2.2 Beaufort Scale [3] Skala Kecepatan angin(m/s) Diskripsi Efek 0 0,447 Tenang Tenang dan asap mengarah vertical 1 0,447 – 1,34 Udara ringan Asap mengarah ke arah angin 2 1,788 – 3,12 Angin sepoi sepoi Angin  terasa  berhembus  dan  dedaunan  mulai bergetar 3 3.57 – 5,36 Angin lembut Daun mulai bergetar dan bendera berkibar 4 5,88 – 8,04 Semilir sedang Dedaunan dan dahan kecil mulai bergerak 5 8,493 – 10,72 Semilir sejuk Pepohonan kecil mulai berayun 6 11,176 – 13,85 Semilir kuat Dahan besar mulai bergetar 7 14,30 – 16.98 angin sedang Terasa  tekanan  saat    bergerak  melawan  arah angina 8 17,43 – 20,56 Angin Dapat mematahkan dahan pohon
9 21,01 – 24,14 Angin kuat Kerusakan kecil pada bangunan terutama atap 10 24,58 -  28,16 Angin sangat kuat Dapat  merobohkan  pohon  dan  kerusakan  kecil pada bangunan 11 28,61 – 32,18 Badai Jarang  terjadi  didarat,  dapat  menyebabkan kerusakan besar 12 32,63 < Angin topan Kuat dan merusak

## HCM5883L
Sensor kompas HCM5883L adalah sensor digital pengukuran 3 sudut magnetoresistensif sensor. Sensor  ini  berukuran  kecil,  konsumsi  daya  rendah,  akurasi  bagus  dan  berulang,  dan  toleransi guncangan yang kuat dikuti harga yang terjangkau. Spesifikasi sensor kompas HMC588L[4]

## Gambar 3 Bentuk Fisik Sensor kompas HCM5883L
Sensor ini memanfaatkan cara kerja magnetometer arus yang melewati konduktor sehingga bisa didapat  medan  magnetik  disekitarnya.    Ketika  arus  yang  melewati  konduktor  ditempatkan melayang mengalami efek dari medan magnetik bumi, perubahan arah elektron digunakan untuk menentukan arah dari medan magnet. Sensor ini menggunakan ic  magnetoresistif yang terbuat dari  nikel-besi. Resistansi elektriknya akan berubah sesuai dengan medan magnetiknya. Ketika sensor  mengalami  perubahan  arah  maka  akan  didapat  perbedaan  tegangan  karena  perubahan resistansi, perubahan tegangan ini digunakan untuk mendeteksi perubahan arah medan magnet.

## Slip Ring
Slip  ring adalah  komponen  elektronika  yang  berfungsi  untuk  mengatasi  sambungan  elektrik yang  memerlukan  rotasi  360 °  berputar  secara  penuh, slip  ring digunakan  pada  peralatan elektronik  mekanik  seperti  motor  sealing,  radar,  mikroskop,  turbin  angin,  dan  masih  banyak lagi. [5]

## Gambar 4 Bentuk Fisik Slip Ring

## Solar Panel
Solar  panel  menyerap  cahaya  matahari  untuk  menghasilkan  listrik  memanfaatkan  efek photovoltaic .  Kebanyakan  model  dari  solar  panel  menggunakan  model  wafer  dengan  bahan
kristal  silikon.  Untuk  koneksi  listrik  antar  solar  panel  harus  terpasang  secara  seri.    Modul elektrik  di  solar  panel  dibuat  berdasarkan  kebutuhan. Untuk  membuat  modul  dengan  tegangan output  sesuai  dengan  kebutuhan  maka  modul  elektrik  solar  panel  akan  dibuat  seri.  Sedangkan untuk  membuat  modul  elektrik  yang  bisa  mengatur  arus  modul  elektrik  pada  solar  panel  akan dibuat parallel. [5]

## Gambar 5 Solar Panel

## METODE PENELITIAN
Pada Gambar 6 dapat dilihat bentuk fisik dari perangkat navigasi arah angin, arah kapal, dan kecepatan angin untuk nelayan tradisional. Sistem tersebut dibagi menjadi dua bagian yaitu anemometer dan arah kapal, serta pembaca arah angin. Pada sistem anemometer dan arah kapal menggunakan  anemometer  SKU  SEN0170  sebagai  sensor  kecepatan  angin  dan  HCM5883L sensor kompas digital sebagai pembaca arah kapal. Data yang didapat dari dua sensor tersebut diolah  Arduino  Uno  data  yang  diolah  ini  ditampilkan  pada  LCD  20x4.  Sistem  kedua  yaitu pembaca  arah  angin,  sistem  ini  memanfaatkan  sensor  digital  kompas  HCM5883L  untuk membaca dari mana arah angin datang sensor ini kemudian dipasang pada penujuk angin. Untuk menghubungkan sensor HCM5883L dengan Arduino Uno digunakan slip ring, slip ring bertugas sebagai konektor yang bisa berputar 360° tanpa merusak kabel. Data yang didapat oleh sensor HCM5883L  diproses  Arduino  Uno,  data  yang  telah  diproses  Arduino  Uno  akan  ditampilkan pada LCD 16x2. sebagai Sumber daya pada kedua sistem ini menggunakan baterai 13 V 23Ah. Baterai tersebut bisa di isi dayanya dengan menggunakan solar panel.
Gambar  6. Bentuk  fisik  dari  perangkat  navigasi  arah  angin,  arah  kapal,  dan  kecepatan  angin untuk nelayan tradisional.
Untuk membentuk sistem ini dibutuhkan port SCL dan SDA Arduino Uno sebanyak 3 pasang  sedangkan  untuk  satu  Arduino  Uno  hanya  ada  2  pasang  port  SCL  dan  SDA.  Untuk penunjuk mata angin digunakan satu sensor kompas HCM5883L dan untuk penunjuk arah kapal digunakan 1 sensor HCM5883L. Sehingga keseluruhan komponen yang digunakan pada sistem ini adalah 2 Arduino Uno, 2 sensor HCM5883L, 1 sensor anemometer, 1 slip ring , 1 LCD 20x4, 1 LCD 16x2, 1 baterai 12VDC, 1 solar panel 100W dan 1 solar charger controller .
Gambar  7  menunjukkan  diagram  blok  sensor  anemometer  dan  sensor  HCM5883L menggunakan  baterai  sebagai  sumber  dayanya,  baterai  yang  digunakan  memiliki  tegangan sebesar  13,6  –  13,8  VDC  dengan  kapasitas  28  Ah.  Baterai  digunakan  mensuplai  tegangan Arduino Uno, sensor HCM5883L, LCD 20x4 dan sensor anemometer. Pada saat pagi hari daya baterai  bisa  diisi  menggunakan  panel  surya  100  Watt.  Saat  angin  berhembus  melewati  cup anemometer, cup berputar dan menghasilkan tegangan yang dibaca oleh Arduino pin A1 untuk mendapatkan nilai kecepatan angin. Setelah nilai kecepatan angin didapatkan, nilai ditampilkan pada LCD 20x4.
Gambar 7. Diagram Blok sensor anemometer untuk pembacaan kecepatan angin, Sensor HCM5883L untuk pembacaan arah kapal, dan Sensor HCM5883L untuk pembacaan arah angin
Arah dari kapal didapatkan menggunakan sensor HCM5883L yang terpasang pada panel alat dan diarahkan ke haluan kapal. Sensor HCM5883L memberi data ke Arduino ke arah mata angin  mana  kapal  menghadap,  data  ini  kemudian  ditampilkan  pada  LCD  20x4.  pembaca  arah angin  menggunakan  sensor  HCM5883,  alat  pembaca  arah  angin  ini  menggunakan  empat komponen  untuk  berkerja  yaitu  sensor  HCM5883L,  penunjuk  arah  angin,  dan  Arduino  Uno. Saat angin berhembus mengenai penunjuk arah angin, penunjuk arah angin berputar menuju ke arah angin datang.
Arah dari kapal didapatkan menggunakan sensor HCM5883L yang terpasang pada panel alat dan diarahkan ke haluan kapal. Sensor HCM5883L memberi data ke Arduino ke arah mata angin  mana  kapal  menghadap,  data  ini  kemudian  ditampilkan  pada  LCD  20x4.  pembaca  arah angin  menggunakan  sensor  HCM5883,  alat  pembaca  arah  angin  ini  menggunakan  empat komponen  untuk  berkerja  yaitu  sensor  HCM5883L,  penunjuk  arah  angin,  dan  Arduino  Uno.
Saat angin berhembus mengenai penunjuk arah angin, penunjuk arah angin berputar menuju ke arah angin datang.
(a)
(b)
Gambar 8. (a) Sensor anemometer (b) Sensor pengukur arah angin
Penunjuk arah angin menujukkan arah angin datang dengan menggunakan sensor HCM5883L, sensor  HCM5883L  menunjukkan  kemana  arah  angin  datang  sesuai  arah  dari  penunjuk  arah angin  data  yang  didapat  ini  akan  dilewatkan  konektor  slip  ring,  slip  ring  berfungsi  sebagai konektor  yang  bisa  berputar  360°.  Kemudian  data  diproses  oleh  Arduino  Uno.  Data  yang didapat  Arduino  Uno  dari  sensor  HCM5883L  ditampilkan  pada  LCD  16x2.  Suplay  tegangan sistem ini didapat dari baterai 13VDC.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Dari sistem yang sudah dibuat dilakukan berberapa percobaan untuk mengetahui apakah sistem  dapat  bekerja  dengan  baik  atau  tidak.  Pengujian  dilakukan  dengan  cara  memberikan sumber  angin  ke  sistem  anemometer  dan  membandingkannya  dengan  alat  ukur  anemometer yang  dapat  mengukur  dengan  baik.  Memberi  sumber  angin  ke  pengukur  arah  angin  dan membandingkan hasil pengukuran dengan kompas untuk mengetahui apakah sistem sudah dapat mengukur arah mata angin dengan seharusnya. Sistem pengukuran kecepatan angin, arah angin dapat  berkerja  dengan  baik  tanpa  mempedulikan  kemana  kapal  menghadap  dan  juga  akan diberikan kemiringan sebesar 5°, untuk menguji apakah sistem dapat digunakan pada pelayaran nelayan tradisional. Berikut ini adalah tabel dari hasil percobaan yang telah dilakukan.
Tabel 2 Pengukuran kecepatan angin
No vA0(m/s) vA1(m/s) 1 0,019 0,02 2 0,42 0,46 3 1,40 1,42 4 1,70 1,75 5 2,08 2,09 6 1,43 1,45 7 1,40 1,42 8 1,86 1,85 9 1,97 2,05
10 2,19 2,20 11 2,70 2,75 12 2,96 2,95
Dari tabel tersebut didapat bahwa pengukuran kecepatan angin oleh anemometer pada sistem ini dan anemometer alat ukur dapat melakukan pengukuran yang serupa.
Tabel 3 Pembandingan arah angin dan arah kapal dengan kompas
dimana arah kapal menuju Timur No Arah Angin Arah Penunjuk Arah Kompas 1 Barat Barat Barat 2 Barat daya Barat Daya Barat Daya 3 Selatan Selatan Selatan 4 Tenggara Tenggara Tenggara 5 Timur Timur Timur 6 Timur Laut Timur Laut Timur Laut 7 Utara Utara Utara 8 Barat daya Barat Daya Barat Daya 9 Barat Laut Barat Laut Barat Laut
Dari  tabel  3  didapatkan  bahwa  pengukur  arah  angin  dapat  berkerja  dengan  baik  dimana pengukur arah angin dapat membaca arah dari mata angin sesuai dengan kompas.
Tabel 4 . Pengukuran Kecepatan angin, arah angin dengan sumber angin bebas dan kemiringan
kapal  5° No Arah Angin Arah Kapal Arah Kompas  Kecepatan Angin A0 Kecepatan Angin A1 1 Barat Timur Laut Barat 0,4 0,38 2 Timur Timur Timur 0,09 0,1 3 Timur Timur Timur 1,50 1,54 4 Timur Timur Timur 1,78 1,70 5 Tenggara Timur Timur 0,09 0,1 6 Selatan Timur Selatan 0,19 0,20 7 Selatan Timur Selatan 0,69 0,70 8 Tenggara Timur Timur 0,79 0,8 9 Tenggara Timur Tenggara 0,09 0,1 10 Tenggara Timur Tenggara 0,96 0,93 11 Timur Timur Timur 0,96 1,0 12 Timur Timur Timur 0,73 0,7
Dari  pengukuran  yang  telah  dilakukan  sensor  anemometer,  sensor  pembaca  arah  angin,  dan sensor pembaca arah kapal dapat mengukur dengan baik meski terjadi kemiringan pada sensor sehingga pengukuran digunakan pada kapal sesunguhnya dapat dilakukan

## KESIMPULAN
Batas  terendah  kecepatan  angin  yang  dapat  diukur  adalah  0,01m/s.  Rata  rata  kesalahan  pada pengukuran kecepatan angin adalah 0,01m/s. Pembacan datangnya arah angin tidak terpengaruh oleh posisi kapal. Sehingga dapat disimpulkan alat dapat bekerja dengan baik.

## DAFTAR PUSTAKA
[1]    Mikrokontroler Arduino Uno,
Datasheet(https://components101.com/microcontrollers/arduino-uno  (diakses  tanggal  12 November 2018)
[2] Dines, William henry, “anemometer”, encyclopedia britannica, 1911( https://www.britannica.com/technology/anemometerht , diakses tanggal 7 -
November 2018)
[3] CS Rangan, GR Sarma, VSV Mani, Instrumentation Device and system , Tata McGraw- hill publishing company
[4]     Oliver, John E, Encyclopedia Of World Climatology , Van Nostrand Reinold, 2015,156
[5] Sauicer, Walter J, Principle of meterological analysis, Courir corporation, 2003
[6] HCM5883L -Datasheet(https://cdn-shop.adafruit.com/datasheets/HMC5883L_3- Axis_Digital_Compass_IC.pdf Diakses tanggal 13 februari 2019)
[7]      Slip ring –Datasheet (www.eslipring.com/en/productinfo_101.html)