Tutorial Arduino Mengukur Kecepatan Angin dengan Anemometer

1. Sensor Kecepatan Angin dan Metode Pengukuran-nya

Angin merupakan suatu vektor yang mempunyai besaran dan arah. Besaran yang dimaksud adalah kecepatannya sedang arah-nya adalah dari datangnya angin. Pergerakan udara atau angin umumnya diukur dengan alat yaitu anemometer. Sensor angin atau sering disebut anemometer yang dimana kecepatan angin dihitung dari jelajah angin (cup counter anemometer) dibagi waktu (lamanya periode pengukuran). Satuan meteorologi dari kecepatan angin adalah Knots, km/jam, mil/jam atau satuan kecepatan lainnya yang relevan. Anemometer harus ditempatkan di daerah terbuka [1-2]. Gambar 1 berikut merupakan salah bentuk dari anemometer atau sensor kecepatan angin:

Gambar 1. Sensor anemometer untuk mengukur kecepatan angin [3]

Baca Juga : Pengertian, Fungsi atau Kegunaan Arduino

Anemometer merupakan sensor angin untuk mengukur kecepatan angin di sekitaran-nya dan juga banyak digunakan pada stasiun pengukuran cuaca. Pengukuran kecepatan/RPM angin yang bisa digunakan ada beberapa metode yang digunakan, salah satunya menghitung waktu yang terjadi tiap munculnya sinyal pulsa, namun perhitungan yang diterapkan pada percobaan ini didasarkan atas konsep rotasi per menit, yakni menghitung jumlah rotasi yang dilakukan peralatan selama satu menit, jumlah rotasi tersebut dapat diketahui dengan menghitung jumlah pulsa yang dibangkitkan oleh sensor. Agar di dapatkan nya waktu pembacaan yang lebih cepat maka dapat dilakukan pengukuran dalam waktu singkat namun di kompensasi dengan faktor pengali [1-2]. 

Dalam percobaan ini, pengukuran dilakukan tiap 1 menit (menggunakan Real time clock (RTC)) dengan faktor pengalian 6, sehingga bisa didapatkan estimasi rotasi per 6 menit. Sensor yang digunakan akan memberikan pulsa sebanyak 2 kali per 1 putaran, sehingga pulsa yang terhitung dapat dibagi dua terlebih dahulu, atau dua pulsa dapat dihitung sebagai 1 pulsa [2]. 

2. Kalibrasi Sensor Kecepatan Angin

Kalibrasi dilakukan sesuai dengan datasheet dari anemometer ini. Tegangan pengukuran dilakukan dengan menggunakan rangkaian pembagi tegangan sederhana seperti yang ditunjukkan pada gambar 2. Resistor yang digunakan untuk ini adalah 10 KW. Sensor saat ini telah dibuat dengan tegangan output rangkaian 0 sampai 5V, sehingga tidak tidak memerlukan rangkaian eksternal lebih lanjut dan dapat dipasang langsung ke Arduino. Kedua tegangan dan arus kemudian dikalibrasi terhadap multimeter. Anemometer dihubungkan pada masukkan dari digital input/output (D2) pada mikrokontroler, pembacaan dari D2 hanya berupa nilai pulsa pembacaan dari mikrokontroler. Putaran cangkir anemometer mengukur kecepatan angin dengan menutup kontak sebagai magnet bergerak melewati switch. Jika kecepatan angin 1,492 MPH (2,4 km/h) maka menyebabkan saklar untuk menutup sekali per detik [2]. Untuk mendapatkan pengukuran kecepatan angin tersebut maka digunakan rangkaian pembangkit pulsa tambahan sederhana seperti gambar 2 berikut ini :

Gambar 2. Rangkaian sederhana pembangkit pulsa untuk kecepatan angin [3]

3. Hasil Kalibrasi Sensor Kecepatan Angin

Pengujian anemometer atau sensor kecepatan angin ini dilakukan dengan membandingkan anemometer keluaran pabrikan merek Flowatch dengan anemometer yang telah dirancang. Pengujian menggunakan kipas angin yang dapat diatur kecepatannya, sehingga dapat menghasilkan pengujian seperti tabel 1 berikut: 

Tabel 1 Hasil pengujian sensor kecepatan angin [3]

No.	Anemometer pabrikan Flowatch (Km/Jam)	Anemometer yang dirancang (Km/Jam)	Galat (%)
1	1.3	1.4	7.7
2	2.1	2.4	14.3
3	4.0	3.8	5.0
4	6.3	6.0	4.8
5	8.5	8.4	1.2
6	10.2	10.2	0.0
7	14.8	14.6	1.4
8	17.0	16.5	2.9
9	18.5	18.4	0.5
10	20.6	19.8	3.9
	Galat Rata-rata (%)		4.2

Hasil dari pengujian anemometer pabrikan merek flowatch dengan anemometer yang telah dirancang memiliki galat maksimum sebesar 14.3 % dan galat rata-rata sebesar 4.2 %. Ini menunjukan bahwa anemometer rancangan sudah cukup baik dalam mengukur kecepatan angin.

4. Rangkaian Instalasi Sensor Kecepatan Angin dengan Arduino

Anemometer dirangkai sesuai seperti yang ditunjukan pada gambar 3 dibawah. Dimana keluaran-nya di hubungkan pada D2 arduino dan juga dihubungkan dengan sebuah resistor 10 KW. Gambar rangkaian dari anemometer dapat dilihat pada gambar 3 berikut:

Gambar 3 Rangkaian anemometer/sensor kecepatan angin yang dihubungkan dengan arduino

5. Source Code Program Anemometer / Sensor Kecepatan Angin Untuk Arduino

Source Code Anemometer atau Sensor kecepatan angin untuk di program ke arduino yang menghasilkan pembacaan dari sensor tersebut dengan satuan Kilo Meter Per Jam (Km/h), yang akan ditampilkan pada serial komputer, seperti berikut:

volatile unsigned long RPMAnemo; //RPMAnemo interupsi untuk rutinitas putaran
volatile unsigned long ContactTime; //Waktu interupsi rutiniatas anemometer
float RPM; //RPM Untuk perhitungan
#define RPMsensor (2) //The pin location of the anemometer sensor

void setup() {
// Pengukuran RPM
RPMAnemo = 0; //Set NbTops to 0 ready for calculations
sei(); //Enables interrupts
delay (3000); //Wait 3 seconds to average
cli(); //Disable interrupts

// Konvert ke km/h (KiloMeter Per Jam)
if ((RPMAnemo >= 0) and (RPMAnemo <= 21)) RPM = RPMAnemo * 1.2;
if ((RPMAnemo > 21) and (RPMAnemo <= 45)) RPM = RPMAnemo * 1.15;
if ((RPMAnemo > 45) and (RPMAnemo <= 90)) RPM = RPMAnemo * 1.1;
if ((RPMAnemo > 90) and (RPMAnemo <= 156)) RPM = RPMAnemo * 1.0;
if ((RPMAnemo > 156) and (RPMAnemo <= 999)) RPM = RPMAnemo * 1.0;
}

void rpm () {
if ((millis() - ContactTime) > 15 ) { //Debounce of REED contact. With 15ms speed more than 150 km/h can be measured
RPMAnemo++;
ContactTime = millis();
}
}

void loop() {
Serial.begin(9600); //Serial komputer
pinMode(RPMsensor, INPUT);
attachInterrupt(0, rpm, FALLING);
Serial.print(RPM);Serial.print(" km/h");
}

Daftar Pustaka

[1] Low-Cost Wind Datalogger, November 2015, [Online]: Download
[2] Datasheet Sensor angin, November 2015, [Online]: Download
[3] M. Rizal, F., "Rancangan dan Analisis Data Logger Multichannel untuk Menentukan Performansi Panel Surya," Tesis, Unsyiah, Banda Aceh, Indonesia, 2015.

Baca Juga:

• Belajar Dasar Arduino dan Tutorial Pemograman arduino
• Tutorial Arduino Mengukur Tegangan Dengan Modul Sensor Tegangan
• Tutorial Arduino Mengukur Arus Dengan Modul Sensor Arus ACS712