Prototipe  Sistem  Peringatan  Dini  Bendungan Walahar Karawang  Berbasis Internet of Things (IoT) dengan Antarmuka Web dan Aplikasi Mobile
1 Joko Slamet Saputro dan 2 Ulinnuha Latifa *)
1 Prodi Teknik Elektro, Universitas Sebelas Maret
2 Prodi Teknik Elektro, Universitas Singaperbangsa Karawang
*) ulinnuha.latifa@ft.unsika.ac.id

## Abstrak
Teknologi  IoT  merupakan  sebuah  konsep  yang  bertujuan  untuk  mempermudah  akses  data  menggunakan  konektivitas internet. Pada penelitian ini IoT digunakan sebagai sistem monitoring dan peringatan dini secara realtime pada bendungan dengan prototipe berdasarkan Bendungan Walahar, Kabupaten Karawang. Platform  ThingSpeak digunakan sebagai web server pengolah data. Sistem monitoring ini menggunakan aplikasi antarmuka Virtuno, web ThingSpeak , Twitter dan SMS, sementara  pemantauan  secara  langsung  menggunakan  LCD.  Pada  proses  pengambilan  data  dilakukan  percobaan sebanyak 10 - 30 kali dengan pembacaan sensor menghasilkan persentase error 0% dengan time delay 0 - 30 detik.
Kata Kunci:  Sistem Peringatan Dini, Bendungan, IoT, Banjir, ThingSpeak

## 1 Pendahuluan
Karawang merupakan salah satu kabupaten di Jawa Barat yang dilalui aliran Sungai Citarum [1]. Hal tersebut mengakibatkan  Kabupaten  Karawang  menjadi  salah  satu  daerah  yang  berpotensi  terkena  dampak  apabila terjadi  luapan  Sungai  Citarum.  Selama  Januari  -  Mei  2013,  di  Kabupaten  Karawang  terdapat  573  kejadian bencana banjir yang mengakibatkan 253 orang meninggal dunia, 512.080 orang menderita dan mengungsi, 30.525  unit  rumah  rusak  dan  puluhan  fasilitas  umum  seperti  sekolah,  rumah  ibadah,  dan  sebagainya mengalami kerusakan [2].
Penyebab banjir dikarenakan curah hujan  yang tinggi dengan kisaran 3 – 337 mm/tahun, pemukiman yang dibangun  pada  dataran  sepanjang  sungai  dan  banyaknya  sampah  sehingga  aliran  sungai  tidak  lancar  [3]. Banyak masyarakat yang masih membuang sampah sembarangan dan melakukan penebangan liar sehingga menyebabkan terjadinya banjir [4]. Faktor penyebab banjir yang paling signifikan yaitu meluapnya air sungai pada  bendungan  yang  tidak  mampu  menahan  debit  air  saat  intensitas  hujan  sangat  tinggi  [5].  Menurut pegawai PERUM Jasa Tirta II menyebutkan bahwa setiap pintu air Bendungan Walahar dijaga oleh beberapa petugas pintu air yang bergantian untuk melakukan pengecekan setiap 30 menit sekali [6].
Berkaitan dengan hal tersebut proses pemantauan akan lebih efektif jika didukung dengan adanya peralatan yang  otomatis.  Sistem monitoring dan  peringatan  dini  yang  telah  dibuat  pada  penelitian  terdahulu  hanya menggunakan media SMS dengan keterbatasan sensor, sehingga sistem monitoring dan peringatan dini tidak efisien.  Penelitian  yang  dilakukan  Alfred  Tenggono  telah  dibuat  prototipe  dengan  sensor  ultrasonik  berbasis web , kekurangan dari penelitian tersebut hanya dapat memonitoring ketinggian air dengan interface web [7]. Perbedaan pada penelitian ini adalah adanya penambahan 2 sensor dan aktuator serta menggunakan metode kendali Fuzzy. Sensor yang digunakan dapat mengukur ketinggian air, debit air, suhu dan kelembaban udara. Sistem  dirancang  dapat  memantau  secara  realtime  berbasis  IoT  dengan  interface  berupa website ,  aplikasi mobile ,  dan  Twitter  agar  informasi  dapat  secara  langsung  diketahui  oleh  masyarakat.  Platform  IoT  yang digunakan  pada  penelitian  ini  menggunakan opensource ThingSpeak  sebagai  media  penyimpanan  data. ThingSpeak  adalah  platform open  source IoT  aplikasi  dan  API  untuk  menyimpan  dan  mengambil  data  dari server  menggunakan  protokol  HTTP  melalui  Internet  atau  melalui Local  Area  Network [8]. ThingSpeak membuat  aplikasi  pembuatan  log  sensor,  aplikasi  penempatan,  dan  hubungan  sosial  dengan  pembaruan status [9].
Berdasarkan  kondisi  dan  keadaan  di  lingkungan  tersebut,  maka  penerapan  sistem monitoring dan early warning  system (EWS)  atau  sistem  peringatan  dini  pada  bendungan  merupakan  solusi  yang  tepat  guna menyelesaikan  permasalahan  banjir.  Penelitian  ini  diharapkan  mampu  menghasilkan  prototipe  skala laboratorium  sesuai  spesifikasi  Bendungan  Walahar  di  Kabupaten  Karawang.  Penulisan  artikel  dapat menggunakan sistematika pembahasan IMRAD (Introduction, Method, Results, Discussion).

## 2 Metode
Perancangan  sistem  dibagi  menjadi  perancangan hardware dan  perancangan software .  Input  sistem monitoring terdiri  dari  ketinggian  air  pada  sungai  Citarum  dengan  menggunakan  sensor  ultrasonik  [10], kecepatan  aliran  sungai  menggunakan waterflow  sensor [11],  serta  suhu  dan  kelembapan  menggunakan DHT22  [12].  Data  dari  sensor  kemudian  diolah  menggunakan  mikrokontroler.  Data  dari  mikrokontroler kemudian diunggah dan dapat diakses melalui beberapa platform seperti Twitter, aplikasi, web, dan juga SMS.
Gambar 1. Diagram blok perancangan sistem

## 2.1 Perancangan Perangkat Lunak
Data-data  sensor  digunakan  sebagai  data  parameter  yang  digunakan  untuk  menentukan  kondisi  air  pada bendungan. Terdapat tiga kondisi yaitu kondisi aman, siaga, dan bahaya. Pada bendungan di Indonesia kondisi ini  diputuskan  oleh  petugas  pemantau  pintu  air  bendungan  berdasarkan  hanya  pada  ketinggian  air menggunakan pengamatan secara langsung pada meteran bendungan. Pada penelitian ini penentuan kondisi dilakukan secara otomatis berdasarkan data-data sensor yang digunakan.
Selain  memonitoring  kondisi  bendungan  sistem  yang  dirancang  juga  mengakomodir  pemantauan  ketinggian air, kecepatan aliran air, suhu serta kelembapan secara real time. Sehingga selain memberikan early warning kondisi  bendungan  sistem  yang  dirancang  juga  dapat  memonitor  seluruh  data-data  sensor  yang  digunakan secara real  time .  Algoritma  yang  digunakan  dalam  sistem monitoring data  sensor  dan early  warning  system bendungan dapat dilihat pada Gambar 2.
Perangkat lunak yang digunakan pada penelitian ini antara lain Arduino IDE versi 1.8.9 dalam pemrograman Arduino  Uno  R3  dan  NodeMCU  V3.  Rancangan  sistem  IoT  menggunakan web  server  ThingSpeak serta memanfaatkan  sosial  media  twitter  dan  aplikasi  android  sebagai  media  penyebaran  informasi.  Antarmuka aplikasi android serta web dapat dilihat pada Gambar 3 dan arsitektur sistem IoT pada Gambar 4.
(a) (b)
Gambar 3. (a) Interface web dan (b) Aplikasi android
Gambar 4. Arsitektur sistem monitoring dengan IoT
Metode  kendali  logika fuzzy digunakan  sebagai  pengatur  posisi  pintu  bendungan  berdasarkan  kondisi ketinggian dan debit air pada waduk. Perancangan kendali fuzzy menggunakan metode Sugeno [13], dengan 2 jenis masukan dan 1 luaran, terdapat 3 buah fungsi keanggotaan berupa rendah sedang dan tinggi untuk kedua masukan tersebut. Fuzzy akan memberikan sinyal perintah kepada motor stepper yang telah terpasang di bagian atas pintu waduk. Adapun alur algoritma dari logika fuzzy dapat dilihat pada Gambar 5.
Gambar 5. Flowchart kendali fuzzy

## 2.2 Perancangan Perangkat Keras
Prototipe  yang  dibuat  terdiri  dari  3  buah  sistem  yaitu  sistem  kelistrikan,  sistem  mekanik,  dan  sistem instrumentasi. Desain prototipe ini menyerupai bentuk fisik Bendungan Walahar berdasarkan hasil survei yang telah dilakukan. Desain prototipe bendungan dapat dilihat pada Gambar 6, terdapat dua penampung cairan dengan ketinggian yang berbeda. Hal ini dilakukan untuk menghasilkan kemiringan sehingga dapat diperoleh data  kecepatan  aliran  air  menyesuaikan  dengan  laju  aliran  air  sungai  Citarum.  Nomor  1  merupakan  sensor waterflow yang digunakan untuk mengukur laju aliran air. Nomor 2 merupakan pintu bendungan juga dibuat menyesuaikan dengan bentuk dan ukuran pintu air bendungan Walahar. Sistem penggerak pintu bendungan menggunakan  motor stepper sebagai  aktuator.  Pengukuran  ketinggian  air  dilakukan  dalam  tabung  tertutup dengan  tujuan  untuk  mendapatkan  data  yang  lebih  akurat  (meminimalkan  gelombang  air)  serta  melindungi sensor dari cuaca (nomor 3 & 4) .
Gambar 6. Desain prototipe bendungan
Gambar 7. Rangkaian kelistrikan
Gambar  7  menunjukkan  rangkaian  kelistrikan  yang  digunakan.  Rangkaian  ini  dirancang  sebagai  pengaman kelistrikan  yang  digunakan.  Sistem  instrumentasi  dirancang  dengan  tujuan  untuk  mengoptimalkan pengambilan data sesuai dengan prototipe sistem mekanik yang telah dibuat. Perancangan sistem didasarkan pada hasil pengujian dan verfikasi sensor yang dilakukan.

## 3 Hasil & Diskusi
Untuk mengetahui performa sistem peringatan dini berbasis Internet of Things pada bendungan ini dilakukan serangkaian  pengujian.  Di  antaranya  adalah  pengujian  pembacaan  sensor  dan  juga delay pengiriman  data melalui perantara Internet of Things .

## 4 Uji Pembacaan Data Sensor
Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui tingkat akurasi data hasil pembacaan sensor dibandingkan dengan data  sensor  yang  telah  dikirimkan  ke  media  informasi  menggunakan Internet  of  Thing .  Pengujian  dilakukan pada data sensor ultrasonik, waterflow dan DHT22. Data pada hardware diperoleh dari serial monitor dan LCD yang terpasang pada prototipe. Sedangkan pada platform Internet of Things data yang dibandingkan adalah data pada web server dan data pada aplikasi Android.
Gambar  8  menunjukkan  data  pembacaan  sensor  ultrasonik  pada  serial  monitor, web  server dan  aplikasi Android. Pengambilan data dilakukan sebanyak 30 kali untuk meningkatkan akurasi kesimpulan yang diambil. Dapat terlihat pada Gambar 9, error yang dihasilkan dari antara data sebelum dan setelah dikirimkan melalui platform IoT adalah 0.
Gambar 8. Pengujian sensor DHT22 berbasis IoT
Gambar 9. Pengujian sensor ultrasonik berbasis IoT
Gambar  10  menunjukkan  data  pembacaan  sensor waterflow pada  serial  monitor, web  server dan  aplikasi android. Terlihat bahwa tidak terdapat galat/ error antara data sebelum dan sesudah dikirimkan melalui sistem Internet of Thing s.
Gambar 10. Pengujian sensor water flow berbasis IoT
Gambar 11. Pengujian sensor DHT22 berbasis IoT
Gambar 11 menunjukkan  data  pembacaan  suhu  dan  kelembapan menggunakan  sensor DHT22 pada  serial monitor, web  server dan  aplikasi  Android.  Terlihat  bahwa  tidak  terdapat error antara  data  sebelum  dan sesudah dikirimkan melalui sistem Internet of Things .

## 3.1 Uji Delay Pengiriman Data
Hasil  pengujian delay pengiriman  data hardware ke web  server dapat  diketahui  bahwa delay proses pengiriman  data  memiliki nilai rata-rata  3,7 detik. Data nilai rata-rata  tersebut diperoleh setelah  melakukan pengujian sebanyak 10 kali pengambilan data. Gambar 12 menunjukan hasil dari pengujian delay pengiriman data hardware ke web server .
Gambar  13  menunjukan  hasil  dari  pengujian  delay  pengiriman  data  web  server  ke  aplikasi.  Besar  waktu tunggu proses pengiriman data memiliki nilai rata-rata 5,7 detik. Data nilai rata-rata tersebut diperoleh setelah melakukan pengujian sebanyak 10 kali pengambilan data.
Gambar  14  menunjukan  hasil  dari  pengujian  waktu  tunggu  pengiriman  data  web  server  ke  Twitter  berbasis IoT. Besar waktu tunggu proses pengiriman data memiliki nilai rata-rata 5,6 detik dengan tingkat keberhasilan warning  system  100%.  Data  nilai  rata-rata  tersebut  diperoleh  setelah  melakukan  pengujian  sebanyak  5  kali pengulangan .
Gambar 12. Grafik time delay pengiriman data hardware ke web server berbasis IoT
Gambar 13. Grafik time delay pengiriman data web server ke aplikasi berbasis IoT
Gambar 14. Grafik pengujian time delay pengiriman data web server ke twitter berbasis IoT
Gambar grafik 15 menunjukan hasil pengujian time delay pengiriman data melalui sms. Waktu tunggu proses pengiriman  data  memiliki  nilai  rata-rata  3  detik  dengan  tingkat  keberhasilan  system  peringatan  dini  sebesar 100%. Data nilai rata-rata tersebut diperoleh setelah melakukan pengujian sebanyak 5 kali pengulangan .
Gambar 15. Grafik Hasil pengujian time delay pengiriman data SMS
Setelah dilakukan pengujian pada sistem IoT yang telah dirancang, diperoleh hasil data pengujian pembacaan sensor dalam persentase error sama dengan 0%. Pengujian hasil waktu tunggu proses pengiriman data dan notifikasi berada pada range 0 - 30 detik. Maka dari itu sistem IoT dapat  bekerja  dengan baik, hal tersebut dibuktikan dengan persentase nilai error 0% dan time delay yang berada pada rentang 0 - 30 detik .

## 5 Kesimpulan
Pada makalah ini disajikan perancangan prototipe sistem monitoring bendungan berbasis Internet of Things . Sistem  monitoring  dirancang  menggunakan web  server  ThingSpeak dengan  media  informasi  menggunakan web,  twitter,  dan  aplikasi  android.  Uji  performansi  sistem  menunjukkan  tingkat  keberhasilan monitoring mencapai 100%, sedangkan delay pengiriman informasi mencapai 1 - 30 detik.
Berdasarkan pengujian yang telah dilakukan dapat disimpulkan bahwa sistem monitoring berbasis Internet of Things dapat digunakan sebagai sistem peringatan dini  ( early warning system ) pada bendungan. Peringatan kondisi bendungan dapat diinformasikan secara efektif, cepat, dan massal.
Penelitian selanjutnya  yang dapat dilakukan adalah penerapan IoT pada berbagai sistem yang lain dan juga implementasi  perancangan  yang  dibuat  dengan  melakukan  penyesuaian  jenis  sensor  dan  aktuator  yang digunakan.

## 6 Ucapan Terima kasih
Terima  kasih  disampaikan  kepada  Kementerian  Pendidikan,  Kebudayaan,  Riset,  dan  Teknologi  yang  telah memberikan dana hibah penelitian melalui skema Penelitian Dosen Pemula.

## 7 Referensi
[1] Kurniasih, A. N, “Pengelolaan DAS Citarum Berkelanjutan,” Jurnal Teknologi Lingkungan , Vol.3, No. 2, p. 82, 2002.
[2] T.,  Baba,  B.  &  Hadi  Dharmawan,  "Analisis  Kerentanan  Petani  Terhadap  Bahaya  Banjir  Di  Kabupaten Karawang," Jurnal Geografi , p. 1, 2015.
[3] Karawang,
B.P., https://karawangkab.bps.go.id, 31 Juli 2017 [Online]. Available : https://karawangkab.bps.go.id/statictable/2017/07/27/275/jumlah-curah-hujan-dan-hari- hujanmenurut-bulan-di-kabupaten-karawang-2016-revisi-1-.html [4] Antara, “BPBD Karawang Waspadai Ancaman Banjir,” 2019. [Online]. Available :
https://www.beritasatu.com/nasional/534782/bpbd-karawang-waspadai-ancaman-banjir
[5] Apriyanto,  H,  "Rancang  Bangun  Pintu  Air  Otomatis  Menggunakan  Water  Level  Float  Switch  Berbasis Mikrokontroler,". Jurnal SISFOKOM , Volume 04, Nomor 01, p. 1. 2015
[6] P. J. T. I, " Data Teknis Bendung Walahar," PERUM Jasa Tirta II, Karawang, 2019.
[7] Tenggono, A., Wijaya, Y., Kusuma, E. & W., "Sistem Monitoring dan Peringatan Dini Ketinggian Air Berbasis Web dan SMS Gateway,". p. 2, 2015.
[8] Sulaiman,  O.  K.,  &  Widarma,  A,  "Sistem  Internet  of  Things  (IoT)  Berbasis  Cloud  Computing,".  Universitas Islam Sumatera Utara, 9-10, 2017.
[9] The MathWorks, I, "thingspeak.com/pages/learn_more,"
Mei
2019 [Online].
Available:
https://thingspeak.com/
[10] Arsada, B., "Aplikasi Sensor Ultrasonik Untuk Deteksi Posisi Jarak Pada Ruang Menggunakan Arduino Uno. " Jurnal Teknik Elektro , 6(2), 2017.
[11] Suharjono, A., Rahayu, L. N., & Afwah, R., "Aplikasi Sensor Flow Water Untuk Mengukur Penggunaan  Air Pelanggan  Secara  Digital  Serta  Pengiriman  Data  Secara  Otomatis  Pada  PDAM,"  Kota  Semarang.  TELE, 13(1). 2016.
[12] Puspita, D. A., "Rancang Bangun Alat Ukur Temperature Ruangan Dengan Memanfaatkan Sensor DHT22 Berbasis Arduino Uno," p. 6. 2017.
[13] Setiawan,  ST.,  MM.,  M.Kom,  A.,  Yanto,.  ST.,  M.Kom,  B.,  &  Yasdomi,  S.Kom.,  M.Kom.,  K.  (2018).  Logika Fuzzy denganbse Mathlab. Denpasar-Bali: Jayapangus Press.