PERANCANGAN DAN
IMPLEMENTASI
ALAT
PENENTU ARAH KIBLAT PORTABLE
ABSTRAK
Arah kiblat adalah hal penting yang
perlu diketahui oleh umat Islam untuk dapat
melaksanakan ibadah shalat. Arah kiblat
pada tiap daerah yang berpenduduk dapat
diketahui dengan mudah terlebih lagi
daerah yang memiliki mesjid. Namun, kesulitan untuk
mengetahui arah kiblat dapat terjadi
pada daerah yang tidak berpenduduk, di hutan
belantara ataupun di tengah lautan.
Hal ini mendorong peneliti untuk
merancang alat menentu arah kiblat portable yang dapat
mengetahui arah kiblat secara otomatis.
Alat yang dirancang terdiri sensor Global
Positioning System (GPS) PMB-648 sebagai
sensor untuk mengetahui posisi lintang dan
bujur, sensor kompas digital HM55B
sebagai penentu arah mata angin, mikrokontroler
BS2P40 sebagai pengolah data dari GPS,
LCD sebagai penampil informasi data arah yang
terbaca, dan motor servo sebagai
aktuator untuk menunjukkan arah kiblat yang dihasil oleh
mikrokontroler. Hasil pengujian
menunjukkan alat yang dirancang dapat bekerja dengan
tingkat kesalahan pada beberapa mesjid
di daerah bandung dan Cimahi dengan selisih
maksimum sebesar 2°.
Kata Kunci : arah
kiblat, sensor GPS, sensor kompas digital
Pendahuluan
Arah kiblat adalah hal penting yang perlu
diketahui oleh umat Islam untuk dapat melaksanakan ibadah shalat. Arah kiblat
pada tiap daerah yang berpenduduk dapat diketahui dengan mudah terlebih lagi daerah
yang memiliki mesjid. Namun, kesulitan untuk mengetahui arah kiblat dapat
terjadi pada daerah yang tidak berpenduduk, di hutan belantara ataupun di tengah
lautan. Hal ini mendorong peneliti untuk merancang alat menentu arah kiblat portable
yang dapat mengetahui arah kiblat secara otomatis. Diharapkan alat yang
dirancang dapat membantu umat Islam yang melakukan perjalanan jauh, baik ke
daerah yang jarang penduduk, hutan belantara maupun perjalanan menggunakan
kapal laut dapat dengan mudah mengetahui arah kiblat.
Arah Kiblat
Kiblat berasal dari bahasa arab ( قبلة ) yang
artinya arah. Yang dimaksud dengan kiblat adalah arah mata angin yang
menuju ke Ka'bah di Makkah Al-Mukarramah. Arah yang dimaksud
adalah arah dengan jarak terdekat menuju ke Ka’bah. Ketika
melaksanakan sholat, baik sholat sunnah maupun fardhu diharuskan menghadap
ke arah kiblat. Dari empat mazhab, Hanafi, Maliki, Syafi'i dan Hambali
sepakat bahwa salah satu syarat sahnya sholat adalah menghadap ke arah
kiblat, yakni ke Ka'bah di Makkah Al-Mukarromah dan tidak ke yang lainnya.
Karena menghadap ke arah kiblat adalah menjadi syarat syahnya
sholat, maka hukum untuk mengetahui arah kiblat adalah wajib.
Global Position System (GPS)
Global Positioning System (GPS) adalah suatu sistem radio navigasi penentuan posisi dengan
menggunakan satelit. GPS dapat memberikan posisi suatu objek di muka bumi
dengan akurat dan cepat (tiga dimensi koordinat x, y, z) dan memberikan
informasi waktu serta kecepatan bergerak secara kontinyu di seluruh dunia.
Satelit GPS mempunyai konstelasi 24 satelit dalam enam orbit yang mendekati
lingkaran. Setiap orbit ditempati oleh 4 buah satelit dengan interval antara yang
tidak sama. Dengan adanya 24 satelit di angkasa, 4 sampai dengan 10 satelit GPS
setiap saat akan selalu dapat diamati di seluruh permukaan bumi. Sinyal satelit
GPS dipancarkan secara menyebar oleh satelit GPS secara kontinyu. Dengan
mengamati sinyal satelit menggunakan receiver GPS seseorang dapat
menentukan posisi (lintang, bujur) di permukaan bumi. Informasi lainnya yang
didapat dari satelit GPS selain posisi adalah kecepatan, arah, jarak, dan
waktu. Setiap data yang dikirimkan oleh GPS mengacu pada standar NMEA 0183. NMEA 0183 adalah standar kalimat laporan yang dikeluarkan oleh GPS receiver. Standar NMEA memiliki
banyak jenis bentuk kalimat laporan
diantaranya yang paling penting adalah koordinat lintang
(latitude), bujur (longitude), ketinggian (altitude),
waktu sekarang standar UTC (UTC Time) dan kecepatan (speed over
ground).
Berikut ini adalah jenis kalimat NMEA 0183
:
a. $GPGGA
(Global Positioning System Fixed Data)
b. $GPGLL
(Geographic –Latitude/Longitude)
c. $GPGSA
(GNSS DOP and Aktive Satelites)
d. $GPGSV
(GNSS Satelite In View)
e. $GPRMC
(Recommended Minimum Specific GNSS
Data)
f. $GPVTG
(Course Over Ground and Ground Speed)
Setiap data diawali dengan karakter “$”
dan diakhiri dengan <CR><LF>. Pada prakteknya tidak semua data
dengan header ini diambil, hanya yang menyangkut waktu, garis lintang
dan garis bujur untuk posisi pengguna.
Perancangan
Perancangan yang dilakukan terdiri dari
perancangan perangkat keras dan perancangan perangkat lunak.
Perancangan Perangkat Keras
Sistem perancangan perangkat keras yang
dirancang ditunjukkan pada gambar
Blok Mikrokontroler
Blok Mikrokontroler memuat mikrokontroler
Basic Stamp BS2P40 berfungsi
sebagai unit yang akan mengolah data masukan dari
keluaran GPS dan Sensor Kompas. Selanjutnya menampilkan hasil olahannya pada
LCD dan menggerakkan motor servo untuk menunjukkan arah kiblat berdasarkan data
masukan tersebut. Basic Stamp adalah mikrokontroler yang dikembangkan
oleh Parallax Inc yang deprogram menggunakan bahasa pemrograman basic.
Program yang dibuat di-download melalui port serial. Jumlah pin I/O yang
terdapat di mikrokontroler ini adalah 32, sehingga cukup untuk mengoperasikan
sensor
GPS maupun sensor kompas. Adapun spesifikasi Basic
Stamp BS2P40 adalah sebagai berikut:
• memiliki Chip PBASIC48W/P40,
• memiliki 8 x 2 Kbyte EEPROM yang mampu menampung
hingga 4000 instruksi,
• memiliki kecepatan prosesor 20 MHz Turbo dengan
kecepatan eksekusi program
hingga 12000 instruksi per detik.
• memiliki RAM sebesar 38 byte (12 I/O, 26 variabel)
dengan Scratch Pad sebesar 128 byte,
• memiliki jalur input/output sebanyak 32 pin,
• memiliki tegangan masukan 9-12 VDC dengan tegangan
keluaran 5 VDC.
Blok Global Positioning System
Blok Global Positioning System (GPS) memuat
sensor GPS engine PMB-648 yang berfungsi untuk mendapatkan data
koordinat (lintang, bujur) sesuai lokasi penempatan alat. Selanjutnya data
tersebut akan dikirimkan ke mikrokontroler. GPS engine PMB-648 memiliki
6 buah pin.
Blok Sensor Kompas
Blok Sensor Kompas memuat sensor kompas HM55B yang
berfungsi untuk menentukan arah yang akan dijadikan sebagai acuan dalam menentukan
arah kiblat. Selanjutnya, data arah terbaca pada kompas akan dikirimkan ke
mikrokontroler. Modul kompas Hitachi HM55B merupakan sensor magnetik dual
axis yang dapat digunakan untuk mendeteksi arah pada proyek elektronik.
Sebuah regulator onboard dan proteksi resistor membuat chip HM55B (3
volt) cocok dengan level sinyal dan tegangan mikrokontroler
Basic Stamp (5 volt).
Blok Liquid Crystal
Display
Blok Liquid Crystal
Display (LCD) memuat komponen LCD yang berfungsi untuk menampilkan proses
pencarian kiblat dan hasil pencarian arah kiblat.
Blok Motor
Servo/Penunjuk Arah
Blok Motor
Servo/Penunjuk Arah memuat motor servo yang akan bergerak untuk menunjukkan arah kiblat yang diketahui berdasarkan
data yang telah diterima dari GPS dan Kompas oleh mikrokontroler. Motor servo
adalah motor yang mampu bekerja dua arah, dimana arah dan sudut pergerakan
rotornya dapat dikendalikan hanya dengan memberikan pengaturan duty cycle
sinyal PWM pada bagian pin kontrolnya
Pengujian Alat
Pengujian alat dilakukan dengan membandingkan besar
sudut arah kiblat yang ditunjuk oleh alat penentu arah kiblat yang telah
dirancang dengan besar sudut arah kiblat pada beberapa mesjid di kota Bandung
dan Cimahi, yaitu Mesjid Agung Ujungberung, Mesjid Raya Bandung dan Mesjid
Agung Cimahi. Pengujian pada tiap mesjid dilakukan sebanyak empat kali. Data
diambil ketika sensor kompas menunjuk pada tiap arah mata angin (Utara,
Selatan, Barat dan Timur).
Analisa perhitungan sudut arah kiblat
Berdasarkan data yang dihasilkan dari sensor GPS
dapat dilakukan perhitungan matematis yang nantinya menghasilkan sebuah sudut
yang dijadikan sebagai acuan bagi motor servo untuk bergerak menuju ke arah
kiblat. Dengan menggunakan rumus arcus tangen (arctan) dapat
diperoleh besaran sudut arah kiblat. Berdasarkan data keluaran GPS dan data
koordinat ka’bah maka dapat diketahui panjang garis yang diperlukan dalam
perhitungan sudut arah kiblat menggunakan arctan. Garis X diperoleh dari
rumus pengurangan data bujur (longitude) pengguna dikurangi data bujur
ka’bah. Garis Y diperoleh dari rumus pengurangan data lintang (latitude)
pengguna dikurangi data lintang ka’bah. Jika ternyata pengguna berada pada koordinat
lintang selatan atau bujur barat maka di depan data koordinat tersebut harus
ditambahkan tanda “-”. Diketahui bahwa Ka’bah berada di koordinat 21.2525° LU
dan 39.4939° BT sedangkan koordinat alat berada di jalan Dipatiukur (Bandung) tepatnya
di koordinat 06.5320° LS dan 107.3691° BT, karena alat berada di koordinat
lintang selatan, maka ditambahkan “-” didepan data koordinat tersebut. Gambar 9
merupakan ilutrasi sudut yang terbentuk antara posisi alat terhadap posisi Ka’bah.
Berdasarkan data koordinat tersebut maka diperoleh perhitungan sebagai berikut:
X = 107.3691 - 39.4939 = 67.88
Y = -6.5320 - 21.2525 = -27.78
Tan α = = = - 0.4092
Arctan α = -22.2544°
Berdasarkan hasil perhitungan diperoleh sudut
sebesar 22.25° yang merupakan sudut dari arah barat menuju arah kiblat.
Berikut perhitungan untuk kota
Cimahi:
X = 107.33 - 39.49 = 67.84
Y = - 6.52 - 21.25 = -27.77
Tan α = = = -0.4093
Arctan α = -22.2615°
Setelah dilakukan perhitungan ternyata kiblat di
antara kota Cimahi dan jalan Dipati ukur terdapat perbedaan sekitar 0,01°.
Kelebihan : alat
penentu arah kiblat portable ini sangat membantu sekali khususnya untuk yang
beragama muslim ketika ingin mengetahui kemana arah kiblat saat akan melaksanakan shalat tetapi tidak ada masjid di tempat itu, sehingga perlu menentukan arah kiblat yang benar.
Kekurangan : alat ini masih terbatas pada daerah
Tenggara terhadap titik koordinat Ka’bah
