SISTEM MONITORING SUHU DAN KELEMBABAN

SECARA REALTIME PADA PENGERING GABAH

BERBASIS WIRELESS SENSOR NETWORK

Iqbal Istiqbudi, Sidiq Syamsul Hidayat, Abu Hasan

Jurusan Teknik Elektro, Politeknik Negeri SemarangEmail : istiqobudi@gmail.com

ABSTRAK

Jaringan sensor nirkabel adalah teknologi nirkabel yang terdiri dari kumpulan node sensor yang tersebar di suatu area tertentu. Potensi jaringan sensor nirkabel dalam bidang teknologi misal dalam monitoring suhu pada alat pengering gabah. Contoh dalam proses pengeringan gabah menggunakan alat pengering berbahan bakar briket arang sekam, dibutuhkan proses pengecekan atau monitoring kadar suhu dan kelembaban yang dihasilkan dari alat tersebut. Perlunya monitoring suhu dan kelembaban pada alat pengering gabah tersebut adalah untuk mengoptimalkan fungsi alat pengering gabah agar mencapai kelembaban yang ideal untuk gabah, yaitu pada range 12%-14% kelembaban. Ukuran tersebut adalah standar untuk kelembaban gabah yang baik untuk disimpan selama 3 bulan. Apabila kelembaban gabah berada di bawah range tersebut maka akan menyebabkan gabah mudah hancur. Dan apabila kelembaban gabah berada diatas standar akan mengakibatkan gabah menjadi terlalu lembek. Maka dari itu perlu dilakukan monitoring suhu dan kelembaban pada alat tersebut guna menghasilkan gabah yang berkualitas baik yang tentunya akan berpengaruh pada angka produksi gabah para petani. Tugas akhir ini bertujuan untuk mengoptimalkan kinerja alat pengering gabah berbasis JSN. Dengan memonitoring parameter suhu dan kelembaban di dalam alat yang akan disajikan secara realtime dan akurat guna mengoptimalkan kinerja pengering gabah tersebut, agar dapat menghasilkan kualitas gabah yang baik. Selain itu juga bertujuan menganalisa QoS jaringan yang digunakan agar sistem bekerja dengan maksimal. Maksud pengujian ini dilakukan adalah untuk mengetahui pengaruh Pengaruh packet loss dan delay transmisi terhadap interferensi frekuensi (2,4 GHz) antara Xbee dan wireless. Selain itu, pengujian ini dilakukan untuk mengetahui Pengaruh Received Signal Strength Indicator (RSSI) terhadap jarak dalam satu gedung dalam kondisi LOS maupun NLOS, dan antar gedung. Juga pengaruh Received Signal Strength Indicator (RSSI) terhadap material metal di sekitarnya.

Kata kunci : JSN, RSSI,LOS, NLOS.

ABSTRACT

Wireless sensor network is a wireless technology that consists of a collection of sensor nodes are scattered in a particular area. The potential of wireless sensor networks in the field of technology eg in monitoring the temperature in the grain dryers. Examples in the grain drying process using a dryer fueled husk charcoal briquettes, it takes the process of checking or monitoring the temperature and humidity levels resulting from these tools. The need for monitoring temperature and humidity in the grain dryers is to optimize the function of grain dryers in order to achieve the ideal humidity for grain, which is in the range of 12% -14% humidity. The standard size is good for grain moisture to be stored for 3 months. If the grain moisture is below the range, it will cause the grain is destroyed. And when the grain moisture is above the standards will result in grain becomes too mushy. Thus it is necessary for monitoring temperature and humidity in the device to produce a good quality grain that will certainly affect the farmers of grain production figures. This final project aims to optimize the performance of WSN-based grain dryers. By monitoring the temperature and humidity parameters in the instrument to be presented in realtime and accurate in order to optimize the performance of the grain dryers, in order to produce good grain quality. It also aims to analyze the network QoS is used for the system to work with the maximum. The intention of this test is to know the effect of packet loss and delay Effect of transmission of the interference frequency (2.4 GHz) between the XBee and wireless. In addition, testing was conducted to determine the effect of Received Signal Strength Indicator (RSSI) of the distance in one building in LOS and NLOS conditions, and between buildings. Also influence Received Signal Strength Indicator (RSSI) of the metal material in the vicinity.

Keywords: WSN, RSSI, LOS, NLOS.Keywords: WSN, RSSI, LOS, NLOS.

1

1. PENDAHULUAN

Pada masa sekarang ini perkembangan teknologi memungkinkan layanan komunikasi jarak jauh tanpa menggunakan kabel yang disebut dengan teknologi nirkabel. Teknologi nirkabel dewasa ini telah merambah ke segala aspek kehidupan manusia dari bidang industri hingga ke rumah tangga. Salah satu teknologi nirkabel yang sedang popular adalah jaringan sensor nirkabel (JSN). Jaringan sensor nirkabel adalah teknologi nirkabel yang terdiri dari kumpulan node sensor yang tersebar di suatu area tertentu.

Permasalahan utama yang dihadapi petani padi pasca panen adalah pengeringan gabah. Hal ini merupakan akibat dari pemanasan global yang menyebabkan tidak menentunya kondisi cuaca. Akibatnya sering terjadi hujan pada musim panen raya yang menyebabkan tertundanya proses pengeringan gabah yang berdampak pula pada angka produksi dari gabah tersebut.

Pengeringan gabah saat ini masih menggunakan cara tradisional (dijemur). Meskipun dari segi ekonomis memiliki biaya produksi yang murah, namun hasil yang dihasilkan rendah karena proses pengeringannya tidak sempurna. Sementara pengeringan gabah dengan alat berbahan bakar fosil yang tidak bergantung pada cuaca dinilai kurang optimal dikarenakan biaya operasional (pengadaan bahan bakar) yang tinggi. Selain itu pengontrolan temperatur, tingkat kadar air, dan kelembaban yang sesuai sulit dilakukan. Akibatnya beras yang dihasilkan berkualitas rendah, mudah pecah dan hancur saat digiling.

Teknologi Jaringan Sensor Network (JSN) mampu mengatur temperatur, tingkat kadar air, dan kelembaban udara dengan tepat. Oleh karena itu penerapan teknologi Jaringan Sensor Network (JSN) pada alat pengering gabah mampu memberikan solusi untuk meningkatkan kualitas beras dan efisiensi proses pengerjaan.

Dengan alat pengering yang menggunakan bahan bakar briket arang sekam dan berbasis Jaringan Sensor Network (JSN) diharapkan mampu memberikan hasil pengeringan gabah yang optimal dan juga biaya operasional yang murah serta penggunaan alat yang lebih mudah. Hal ini membuat penulis tergugah untuk menyempurnakan alat pengering gabah untuk membuat sistem monitoring suhu dan kelembaban pada mesin tersebut melalui tugas akhir dengan judul “Sistem

Monitoring Suhu dan Kelembaban Secara Realtime pada Mesin Pengering Gabah Berbasis Wireless Sensor Network”. Teknologi yang akan digunakan pada alat ini adalah sensor suhu dan kelembaban, serta wireless sensor network (Xbee) yang bekerja sebagai sensor pada alat pengering tersebut. Sensor tersebut akan diletakkan pada titik – titik yang telah ditentukan pada alat pengering gabah guna memonitoring suhu di dalamnya. Yang kemudian hasil dari monitoring suhu tersebut digunakan untuk acuan dalam hal menstabilkan suhu pengeringan dan laju gabah pada mesin untuk menghindari over drying. Sehingga dapat menghasilkan kualitas gabah yang bagus.

Perlunya monitoring suhu dan kelembaban pada alat pengering gabah tersebut adalah untuk mengoptimalkan fungsi alat pengering gabah agar mencapai kelembaban yang ideal untuk gabah, yaitu pada range 12%-14% kelembaban. Ukuran tersebut adalah standar untuk kelembaban gabah yang baik untuk disimpan selama 3 bulan. Apabila kelembaban gabah berada di bawah range tersebut maka akan menyebabkan gabah mudah hancur. Dan apabila kelembaban gabah berada diatas standar akan mengakibatkan gabah menjadi terlalu lembek. Maka dari itu perlu dilakukan monitoring suhu dan kelembaban pada alat tersebut guna menghasilkan gabah yang berkualitas baik yang tentunya akan berpengaruh pada angka produksi gabah para petani.

2. LANDASAN TEORI2.1 Teknologi JSN

Jaringan sensor nirkabel yang disingkat denganJSN merupakan suatu infrastruktur yang

terdiri dari pengukuran (measuring), penghitungan (computing), dan komunikasi antar elemen yang dapat memberikan informasi kepada administrator mengenai kemampuan dalam pengukuran suatu instrumentasi, observasi, dan reaksi terhadap lingkungan sekitar. Administrator yang dimaksud adalah civil, governmental, commercial, atau suatu industri. Sementara itu, ruang lingkup JSN adalah lingkungan alam sekitar, biological system atau kesehatan, dan information technology (IT). Pengembangan aplikasi JSN dapat digunakan sebagai pengumpulan data, sistem monitoring, serta sistem kontrol dan aktivasi. (Kazem et al., 2007).

2.2 Mikrokontroller Arduino Mega 2560

Mikrontroller adalah komputer kecil dengan

2

prosessor dan memori yang terbatas dimana dapat difungsikan sebagai pengontrol. Salah satu mikrokontroller yang didesain untuk memberikan kemudahan dalam mengisikan program adalah Arduino. (Kimko dan Tero Karvinen, 2011). Mikrokontroller Dfrobot Leonardo adalah jenis dari mikrokontroller Arduino Leonardo yang berbasis Atmega32u4. Dfrobot Leonardo ini dilengkapi dengan xbee socket, memiliki 20 digital pin input dan output. Gambar 2 adalah bentuk fisik dari Dfrobot Leonardo.

Gambar 1. Mikrokontroller Arduino Mega 2560

(Sumber : www.mouser.com )

2.3 Zigbee

Zigbee adalah standar protokol komunikasi berdaya rendah untuk teknologi JSN. Zigbee diatur dalam standar 802.15.4, digunakan untuk komunikasi data pada sistem kontrol dan monitoring secara nirkabel. Simbol dari Zigbee dapat ditunjukkan pada Gambar 3. (Faludi, 2011)

Gambar 2. Simbol Zigbee

Fungsi utama dari JSN adalah untuk menghubungkan antar sensor supaya membentuk suatu jaringan sehingga lebih mudah dikontrol dan di-monitoring. Teknologi JSN, cenderung membutuhkan bandwidth yang sempit, sehingga penggunaan protokol Zigbee pada teknologi ini cenderung lebih hemat daya jika dibandingkan dengan teknologi nirkabel lain.

2.4 Arduino IDE 1.0.5

Arduino merupakan sebuah perangkat elektronik yang open-source. Bahasa yang digunakan yaitu C++ yang telah dipermudah dengan terdapat library yang terdapat pada software IDE Arduino. Aplikasi ini digunakan untuk menulis program yang akan diunggah ke dalam Arduino. Proses dalam software ini merupakan penggabungan antara bahasa C++ dan Java. Aplikasi ini dapat digunakan di berbagai operating system seperti Linux, Mac OS, dan Windows. IDE Arduino terdiri dari 3 bagian, yaitu :

a. Editor ProgramPada bagian ini berfungsi untuk menulis dan mengedit program yang akan digunakan oleh mikrokontroler dalam bahasa processing.

b. CompilerCompiler digunakan untuk mengubah bahasa processing yang telah dibuat pada editor program ke dalam kode biner yang dapat dipahami oleh mikrokontroler.

c. Uploader Pada uploader digunakan untuk memasukkan kode biner yang telah di-compile oleh compiler ke dalam memori mikrokontroler.Pada Gambar 4 akan ditunjukan tampilan dari software IDE Arduino. Program yang dibuat pada Arduino sendiri adalah untuk mengukur pemakaian air berbasis JSN.

Gambar 3. Arduino IDE 1.0.5

2.5 Arduino WiFi Shield

Arduino WiFi Shield adalah perangkat keras yang berfungsi untuk komunikasi. Dengan menggunakan WiFi Shield ini memungkinkan arduino terkoneksi ke internet dengan menggunakan spesifikasi wireless (WiFi) yang sudah terdapat pada arduino WiFi Shield tersebut yaitu HDG104 system in-package. WiFi Shield ini dapat terhubung ke jaringan nirkabel yang

3

beroperasi sesuai spesifikasi 802.11b dan 802.11g. Arduino WiFi Shield ini dilengkapi dengan header panjang di bawahnya, sehingga untuk penggunaannya hanya tinggal ditumpuk pada bagian atas arduino. Selain itu pada WiFi Shield ini terdapat slot kartu microSD yang dapat digunakan untuk menyimpan file untuk melayani melalui jaringan. Pembacaan slot microSD onboard ini diakses melalui SD Library.2.6 Konsep Dasar Propagasi Gelombang Radio

Mekanisme peristiwa di balik propagasi gelombang elektromagnetik bermacam-macam, tetapi secara umum dapat dikelompokkan menjadi 3, diantaranya adalah sebagai berikut. (Rappaport, 2002)

a. Refleksi atau pantulanPantulan terjadi ketika gelombang elektromagnetik yang merambat kemudian menyentuh obyek yang sangat besar dibandingkan dengan panjang gelombangnya. Pantulan ini terjadi pada permukaan bumi dan pada bangunan atau dinding suatu bangunan.

b. DifraksiPeristiwa difraksi secara umum adalah pergerakan gelombang yang dekat dengan permukaan bumi, yang cenderung mengikuti pola permukaan bumi. Difraksi terjadi ketika jalur hubungan radio antara pemancar dan penerima terhalang oleh permukaan benda yang memiliki ketidakteraturan yang tajam (dalam hal tepi-tepi permukaan).

c. Pemencaran (scattering)Peristiwa pemancaran gelombang terjadi ketika media tempat gelombang selama menempuh perjalan propagasi, terdiri dari objek-objek yang ukurannya kecil dibandingkan dengan panjang gelombang yang berjalan. Gelombang-gelombang yang terpencar dihasilkan oleh permukaan yang kasar, objek-objek yang ukurannya kecil atau penyebab lain yang menimbulkan ketidakteraturan dalam hal jalur lintasan gelombang.

2.7 Quality of Service

QoS adalah kemampuan suatu jaringan untuk menyediakan layanan yang baik dengan menyediakan bandwith, mengatasi jitter dan delay.

Parameter QoS adalah latency, jitter, packet loss, throughput, MOS, echo cancellation dan PDD. QoS sangat ditentukan oleh kualitas jaringan yang digunakan. Terdapat beberapa faktor yang dapat menurunkan nilai QoS, seperti : redaman, distorsi, dan noise (Fatoni, 2011).

3. PERENCANAAN DAN PEMBUATAN SISTEM

3.1. Arsitektur Sistem

Arsitektur pada tugas akhir ini ditekankan pada sistem monitoring suhu dan kelembaban seperti dapat dilihat pada gambar 3.9. Tidak membahas rancang bangun sensor pada pengering gabah dan komunikasi antar node. Arsitektur yang ditekankan oleh penulis adalah monitoring suhu dan kelembaban secara realtime dengan komunikasi WiFi shield yang outputnya menggunakan web. Arsitektur ini menggunakan topologi point to point, dimana node koordinator berkomunikasi dengan komputer.

Data suhu dan kelembaban yang berasal dari node sensor akan diterima oleh node koordinator. Pada node koordinator ini data sensor – sensor tersebut akan di kelompokkan sesuai urutan dan asalnya, yaitu dari node 1 – 6. Kemudian data yang sudah diproses oleh mikrokontroller tersebut akan dikirimkan ke jaringan intranet melalui WiFi Shield, sedangkan pada sisi klien terdapat access point untuk media komunikasi data pada sistem yang dibangun.

Data yang diterima klien dari node koordinator akan masuk ke dalam database yang telah disediakan. Di dalam database terdapat tabel – tabel untuk setiap node dan dilamanya berisi data suhu dan kelembaban yang berasal dari node koordinator. Kemudian dari data tersebut selanjutnya akan di tampilkan dalam web yang telah di desain sebelumnya. Pada web tersebut akan tampil data suhu dan kelembaban tersebut disertai grafik secara realtime.

4

Gambar 6. Arsitektur Sistem

3.1 Perencanaan Hardware

Secara umum, perangkat keras dalam sistem jaringan yang dibangun terdiri dari Mikrokontroller (Arduino Mega 2560), Xbee series 2, EMS Xbee Shield, WiFi Shield CC3000, Access Point, dan klien. Klien merupakan perangkat fisik yang berhubungan langsung dengan pengguna / user berupa personal computer (PC).

3.1.1. Rangkaian mikrokontrollerRangkaian mikrokontroler dalam sistem memiliki beberapa fungsi sebagai berikut :

a) Sebagai pengolah data suhu dan kelembaban dari node sensor.

b) Sebagai pengontrol pengiriman data pada server lokal melalui Wifi Shield.

3.1.2. Mikrokontroller Arduino Mega 2560

Mikrokontroller yang digunakan pada node koordinator adalah arduino mega 2560 yang merupakan board berbasis mikrokontroller ATMega328. Board ini memiliki 54 digital input / output pin (dimana 15 pin dapat digunakan sebagai output PWM), dan 16 input analog. Board ini dapat dilengkapi dengan Xbee shield sehingga mendukung untuk teknologi wireless sensor network. Pemahaman pin I//O pada Arduino Mega harus diperhatikan supaya mikrokontroller pada sistem monitoring suhu dan kelembaban berjalan dengan baik. Pin analog difungsikan untuk input komponen analog, sedangkan digital pin I/O dapat difungsikan sebagai pin input atau pin output komponen digital.

Gambar 7. Konfigurasi Pin Arduino Mega 2560

(sumber : www.arduino-info.wikispaces.com)

3.1.3. EMS Xbee ShieldEMS XB Shield merupakan sebuah modul

add-on / Shield untuk modul DT-AVR Innoduino ataupun modul Arduino / Arduino Compatible. Dengan menggunakan modul ini maka modul Xbee / XBee-PRO dapat dengan mudah dihubungkan dengan modul Arduino / Arduino Compatible lain tanpa harus mengkhawatirkan level tegangan dan layout koneksi pin. Selain itu kebebasan dalam menentukan jenis Xbee yang akan digunakan juga tersedia, karena modul EMS XB Shield ini kompatibel dengan Xbee dan XBee-PRO.

EMS Xbee Shield ini memiliki 1 pin jalur input, 8 pin jalur input / output ( 7 diantaranya dapat juga digunakan sebagai analog input ), dan juga memiliki 2 pin jalur PWM output yang dapat dikonfigurasikan. Modul ini juga dilengkapi dengan dudukan antena sehingga akan membantu apabila menggunakan Xbee yang tidak mempunyai chip antena.

Gambar 8. EMS Exbee Shield

(Sumber : www.innovativeelectronics.com )

3.1.4. XbeeXbee adalah salah satu perangkat keras yang

mampu mendukung teknologi JSN. Xbee merupakan implementasi perangkat keras berdaya rendah untuk protokol Zigbee. Modul ini beroperasi pada daya 2,1 – 3,6 volt. Perangkat keras Xbee yang digunakan adalah Xbee series 2 with wire antena, ditunjukkan pada Gambar 9. Xbee jenis ini mampu mendukung komunikasi dengan berbagai topologi baik topologi pair, star, multipoint, dan mesh.

5

Gambar 9. Xbee Series

3.2. Konfigurasi Software

Pada pembuatan program sistem mikrokontroler Arduino digunakan software Arduino IDE. Adapun tahap-tahap pembuatan program sebagai berikut :

1. Membuat diagram alir dari program yang akan dibuat.

2. Membuka Arduino IDE yang digunakan untuk membuat program

3. Membuat program pada halaman kerja Arduino IDE seperti terlihat pada Gambar 10 berdasarkan diagram alir yang direncanakan.

Gambar 10. Tampilan Jendela Arduino IDE

4. Menjalankan program yang telah di buat ke memori sampai program yang dibuat dapat bekerja dengan baik.

5. Memasang Arduino Uno dan mengkoneksikan dengan PC.

6. Memberikan tegangan DC +5V ke rangkaian system minimum.

7. Melakukan kompilasi program Arduino.8. Melakukan upload program ke Arduino.9. Proses selesai

3.3. Interface web

Interface yang digunakan untuk menampilkan data monitoring suhu dan kelembaban pada mesin pengering gabah adalah interface web. Interface web akan menampilkan waktu penerimaan data, tabel data suhu dan kelembaban beserta grafik

monitoring secara realtime. Interface web akan dibuat menggunakan program php, database mysql serta web server apache. Php merupakan teknologi pemrograman web dengan menerjemahan script (program) pada server. Mysql merupakan database sebagai tempat penyimpan data dan informasi pada server. Apache merupakan web server untuk menerima permintaan halaman web dari pengguna dengan browser website dan mengirimkan kembali hasil dalam bentuk halaman-halaman website.

4. Pengujian Sistem dan Analisa

Pada bagian ini akan diuraikan mengenai beberapa pengujian beserta analisis suatu sistem yang telah dirancang dan dibuat pada tugas akhir ini, yang meliputi pengujian komunikasi sistem, pengujian data sensor dan pengujian pengiriman data ke server yang telah dibuat dimaksudkan untuk membuktikan data yang diterima server sesuai dengan pengukuran sensor yang ditampilkan pada LCD. Data hasil pengujian akan dibuat suatu analisis sehingga dapat ditarik suatu kesimpulan.

4.1. Pengujian Komunikasi SistemPengujian komunikasi sistem pada tugas akhir

ini membahas mengenai pengaruh Received Signal Strength Indicator (RSSI) WiFi Shield terhadap jarak dalam kondisi (outdoor) dan (indoor) baik LOS maupun NLOS.

4.1.1. Prosedur Pengujian

Prosedur pengujian merupakan langkah-langkah yang harus dilakukan untuk melakukan suatu pengujian sehingga didapatkan suatu data. Pada prosedur pengujian sistem ini menggunakan dua buah XBee yang masing-masing dikonfigurasi agar dapat berkomunikasi sehingga dapat didapatkan data RSSI. Konfigurasi tersebut antara lain sebagai berikut.

Menghubungkan XBee dengan laptop yang telah ter-install software X-CTU.

Mengatur firmware masing-masing XBee sebagai coordinator dan router dengan menggunakan AT Transparant.

Mengatur PAN ID yang sama pada masing-masing XBee.

Mengatur alamat tujuan XBee pada coordinator dengan alamat XBee pada router serta mengatur alamat

6

tujuan Xbee pada router dengan alamat Xbee pada coordinator.

a. Pada Kondisi Line Of SightPengujian jaringan Zigbee yang pertama

yaitu dua buah XBee ditempatkan pada di outdoor dengan kondisi line of sight. Pengujian tersebut dilakukan untuk mengetahui jarak terjauh jangkauan jaringan Zigbee pada kondisi line of sight yang berada pada posisi outdoor maupun indoor menggunakan perangkat XBee.

Langkah pertama yang dilakukan untuk melakukan pengujian ini adalah dengan menempatkan XBee coordinator pada titik 0 meter, dan XBee router pada jarak 10 meter pada kondisi outdoor dan 5 meter pada kondisi indoor dikarenakan keterbatasan lokasi pengujian dari XBee coordinator seperti ditunjukkan pada Gambar 4.5. Setelah menempatkan Xbee coordinator yaitu melakukan pengiriman data dari XBee router menuju XBee coordinator dengan cara mengetikan suatu kata (misal:hallo) pada jendela Terminal pada X-CTU yang dilanjutkan dengan mengetikkan ATDB pada jendela Terminal pada X-CTU, sehingga muncul RSSI dalam bentuk Hexadecimal dalam satuan dBm.

Langkah ketiga dilakukan dengan menggeser router sejauh 10 meter untuk kondisi outdoor dan 5 meter untuk kondisi indoor dari posisi awal. Langkah tersebut diulangi hingga mencapai jarak maksimal hingga data tidak lagi dapat diterima oleh XBee coordinator. Setelah data tidak lagi dapat diterima, maka akan diketahui jarak maksimal jangkauan jaringan Zigbee apabila menggunakan perangkat XBee lalu memasukkan data pengujian pada Tabel 4.1.

Gambar 4. 1 Arsitektur Pengukuran RSSI Terhadap Jarak

b. Pada Kondisi Non Line Of Sight

Pada kondisi non line of sight indoor pengujian jaringan zigbee yang kedua yaitu pada kondisi bahwa terdapat penghalang atau obstacle yang menghalangi komunikasi pada jaringan zigbee. Pengujian ini dilakukan pada gedung SB Lantai 1 Politeknik Negeri Semarang.Pada kondisi non line of sight outdoor prosedur pengujian yang dilakukan untuk menguji pengaruh RSSI Zigbee pada kondisi non line of sight outdoor adalah sebagai berikut.a. Memisahkan coordinator (Xbee ke-1)

dan router (Xbee ke-2) dengan penghalang sesuai dengan Gambar 11.

Gambar 11. Arsitektur Pengukuran RSSI terhadap Halangan

b. Penghalang pada pengujian ini berupa tembok dengan ketebalan 15 cm dan 20 cm sesuai pengukuran pada Gambar 4.6. Mencari titik terjauh dari 120 meter mendekati coordinator sampai bisa berkomunikasi. Kemudian mengukur jarak terjauh dengan meteran dan mengambil nilai RSSI dengan cara mengetikkan, “ATDB”. Mencatat hasil pengukuran RSSI dan jarak pada Tabel pengujian.

c. Menggeser router (Xbee ke-2) dari titik terjauh mendekati coordinator (Xbee ke-1), mencatat nilai RSSI dan jarak, kemudian memasukkan pada Tabel pengujian

4.1.2 Hasil dan Analisa

4.1.2.1 Pada Kondisi LOS

Pengujian komunikasi pada sistem pengukuran pemakaian air berbasis JSN lebih membahas mengenai RSSI (Received Signal Strength Indicator) pada jaringan Zigbee. Pengujian RSSI akan memperlihatkan jarak terjauh yang bisa dijangkau oleh jaringan Zigbee. Menurut

7

datasheet, jarak terjauh yang bisa dijangkau oleh Zigbee adalah 120 meter dengan sensitifitas RSSI minimal sebesar -96 dBm. Tabel 4.1 merupakan pengujian komunikasi Zigbee pada kondisi LOS di outdoor. Hasil pada pengujian menunjukkan bahwa jarak terjauh yang bisa dijangkau oleh Zigbee untuk berkomunikasi dengan baik adalah sebesar 90 meter dengan nilai RSSI -91 dBm. Pengujian ini menunjukkan hasil yang berbeda dengan datasheet, dimana terjadi penurunan jangkauan jarak sebesar 30 meter. Perbedaan jarak jangkauan yang terlalu besar antara datasheet dan pengukuran kemungkinan besar disebabkan oleh fading. Peristiwa fading akan pada pengujian ini akan mengurangi daya sinyal sehingga menyebabkan penurunan jangkauan. Peristiwa fading di lokasi pengujian jarak LOS di outdoor disebabkan oleh beberapa kondisi, diantaranya adalah pohon disekitar lokasi pengujian, kondisi gedung di dekat lokasi pengujian, kondisi aspal atau tanah yang mempengaruhi propagasi.

Pengujian komunikasi Zigbee pada kondisi LOS di indoor terlihat bahwa jarak maksimal yang dilakukan untuk pengujian ini berada pada jarak 45 meter dengan sensitifitas -86,6 dBm. Jarak maksimal ini bukan berarti bahwa jarak terjauh jangkauan untuk jaringan Zigbee menggunakan perangkat XBee pada kondisi tanpa halangan adalah 45 meter.

Namun karena terkendala pada ruangan yang digunakan untuk melakukan pengujian pada kondisi indoor tanpa halangan hanya sebatas jarak 45meter saja. Jarak jangkauan tersebut berbeda dengan datasheet pada XBee yang digunakan yaitu hanya mencapai 133 kaki atau sekitar 40 meter saja. Terjadi kenaikan jarak jangkauan sebesar 5 meter. Kenaikan ini dapat disebabkan oleh adanya refleksi atau pantulan. Peristiwa pantulan pada pengujian ini disebabkan oleh ruangan pada gedung SB Politeknik Negeri Semarang yang digunakan berupa sebuah lorong panjang yang tidak terlalu lebar sehingga kondisi tersebut mempengaruhi propagasi dimana pancaran gelombang radio akan memantul pada dinding-dinding di sekitar perangkat XBee.

Gambar 13. Grafik Pengujian RSSI Zigbee pada kondisi LOS di Outdoor

Gambar 14. Grafik Pengujian RSSI Zigbee pada kondisi LOS di Indoor

Dari hasil grafik rata–rata yang ditunjukkan pada Gambar 13 dan Gambar 14 tersebut, besarnya nilai RSSI cenderung menurun seiring jarak apabila dilihat pada garis trendline yang menunjukkan bahwa semakin jauh jarak antara transmitter dan receiver, maka akan semakin kecil kuat sinyal yang akan diterima. Begitu pula sebaliknya, semakin dekat jarak antara transmitter dan receiver maka akan semakin besar kuat sinyal yang akan diterima.

4.1.2.2. Pada Kondisi NLOS

Pengujian Jaringan Zigbee pada posisi NLOS pada proyek akhir ini dilakukan untuk mengetahui nilai RSSI pada tiap – tiap kondisi. Dengan dua kondisi yaitu outdoor dan indoor yang telah ditentukan sebelumnya.

Pengujian komunikasi Zigbee pada kondisi ada penghalang diantara dua perangkat Zigbee

8

berupa tembok semen setebal 15 cm. Menurut hasil pengujian, jarak jangkauan Zigbee dititik terjauh yang terhalang oleh tembok setebal 15 cm adalah sebesar 48 meter. Pengujian ini membuktikan bahwa propagasi sinyal radio akan menurun jika ada penghalang diantara pengirim dan penerima. Jika dibandingkan dengan kondisi tanpa halangan penghalang dengan ketebalan 15 cm akan memberi penurunan jarak sebesar 42 meter.

Pengujian komunikasi Zigbee dengan kondisi penghalang tembok semen setebal 20 cm. Pengujian ini menunjukkan bahwa jarak terjauh Zigbee adalah sebesar 42 m dengan nilai RSSI sebesar -93 dBm. Jika dibandingkan dengan kondisi tanpa halangan penghalang dengan ketebalan 20 cm akan memberi penurunan jarak sebesar 51 meter.

Gambar 15. Grafik Pengujian RSSI Zigbee pada kondisi NLOS di outdoor dengan obstacle 15cm

Gambar 16. Grafik Pengujian RSSI Zigbee pada kondisi NLOS di outdoor dengan obstacle 20cm

Dari hasil grafik rata–rata yang ditunjukkan pada nilai RSSI cenderung menurun seiring jarak apabila dilihat pada garis trendline dan semakin

tebal penghalang yang menghalangi komunikasi pada jaringan Zigbee, maka akan menurunkan kuat sinyal dan jarak pada proses propagasi antara pengirim dan penerima menjadi terbatas.

Pengujian jaringan Zigbee pada kondisi terdapat halangan atau obstacle dilakukan di dua tempat yaitu indoor dan outdoor . Pada posisi indoor dilakukan pengujian di gedung SB Lantai I Politeknik Negeri Semarang yang terdiri dari beberapa ruang. Pengujian ini dilakukan di setiap ruangan atau kelas di gedung SB Politeknik Negeri Semarang hingga komunikasi tidak lagi dapat terjadi, dengan pengambilan data dilakukan sebanyak 10 kali. Maksud pengujian ini dilakukan adalah untuk mengetahui pengaruh obstacle terhadap jangkauan jaringan Zigbee menggunakan perangkat XBee. Selain itu, pengujian ini dilakukan untuk mengetahui seberapa jauh jarak yang dapat ditempuh untuk melakukan komunikasi menggunakan jaringan Zigbee apabila terdapat obstacle sebagai penghalang. Setelah diketahui hasilnya, dapat menjadi dasar apabila ingin dilakukan implementasi. Berdasarkan hasil pengujian jarak maksimal jangkauan jaringan Zigbee menggunakan perangkat XBee dengan adanya obstacle berupa tembok pembatas masing-masing ruangan berada pada jarak 32 meter. Saat pengujian dilakukan pada jarak melebihi jarak tersebut dan berada pada ruangan yang berbeda, komunikasi tidak dapat terjadi. Hasil pengujian rata–rata jaringan Zigbee pada ruang indoor yang terdiri dari beberapa ruang

4.1.2.3. Analisis RSSI untuk pemosisian node pada sistem monitoring suhu dan kelembaban secara realtime pada pengering gabah berbasis Wireless Sensor Network

Pada penelitian dan pengujian mengenai RSSI yang merupakan singkatan received signal strength indicator sebagai indeks yang menunjukkan kekuatan sinyal yang diterima pada antarmuka antena, dapat digunakan untuk menganalisis sinyal yang diterima dari node. Pada sistem pengukuran pemakaian air berbasis jaringan sensor nirkabel menggunakan dua buah laptop, sebuah software XCTU, dua buah Xbee + adapter dan dua buah kabel USB to adapter Xbee. Pengujian ini dilakukan dengan skenario yang telah dituliskan pada pembatasan masalah dan

9

dibagi menjadi 4 percobaan yaitu percobaan pertama untuk mengetahui RSSI dan jarak yang bisa dilakukan komunikasi antar node dengan kondisi LOS outdoor, pada pengujian ini dapat dilihat pada tabel pengujian kondisi LOS outdoor bahwa jarak minimal untuk kondisi LOS outdoor yaitu 92 meter dengan RSSI minimal -96dB.

Perbedaan jarak jangkauan yang terlalu besar antara datasheet dan pengukuran kemungkinan besar disebabkan oleh fading. Peristiwa fading akan pada pengujian ini akan mengurangi daya sinyal sehingga menyebabkan penurunan jangkauan. Peristiwa fading di lokasi pengujian jarak LOS di outdoor disebabkan oleh beberapa kondisi, antara lain pohon disekitar lokasi pengujian, kondisi gedung di dekat lokasi pengujian, kondisi aspal atau tanah yang mempengaruhi propagasi.

Percobaan kedua yaitu pengujian komunikasi Zigbee pada kondisi LOS di indoor yang dilakukan di lorong gedung SB Lantai I Politeknik Negeri Semarang terlihat bahwa jarak maksimal yang dilakukan untuk pengujian ini berada pada jarak 45 meter dengan sensitifitas -96 dBm.

Namun karena terkendala pada ruangan yang digunakan untuk melakukan pengujian pada kondisi indoor tanpa halangan dengan jarak 45meter saja. Jarak jangkauan tersebut berbeda dengan datasheet pada XBee yang digunakan yaitu hanya mencapai 133 kaki atau sekitar 40 meter saja. Terjadi kenaikan jarak jangkauan sebesar 5 meter. Kenaikan ini dapat disebabkan oleh refleksi atau pantulan.

Percobaan ketiga dan keempat yaitu pengujian NLOS outdoor dan indoor, besar nilai RSSI cenderung menurun seiring jarak apabila dilihat pada garis trendline. Semakin tebal dan banyak penghalang yang menghalangi komunikasi pada jaringan Zigbee, maka akan menurunkan kuat sinyal dan jarak pada proses propagasi antara pengirim dan penerima menjadi terbatas.

Maksud pengujian ini dilakukan adalah untuk mengetahui pengaruh jarak maupun obstacle dalam kondisi indoor dan outdoor terhadap jangkauan jaringan Zigbee menggunakan perangkat XBee. Selain itu, pengujian ini dilakukan untuk mengetahui seberapa jauh jarak yang dapat ditempuh untuk melakukan komunikasi menggunakan jaringan Zigbee.

Tabel 1. Tabel Rekomendasi Posisi Node Meter Air

Lingkungan Jarak rekomendasi

Keterangan

LOS outdoor 90 meter -LOS indoor 45 meter -NLOS outdoor

48 meter * Jarak pada keadaan NLOS tergantung dari material bahan dan ketebalan bahan tersebut.

NLOS indoor

35 meter -

Setelah diketahui hasil pengujian pada Tabel 1 dapat menjadi dasar implementasi pada sistem pengukuran pemakaian air berbasis jaringan sensor nirkabel yaitu apabila ingin diterapkan pada daerah padat penduduk yang letak antar rumah dan tembok rumah saling berdekatan menggunakan acuan jarak yaitu NLOS indoor yang jarak antara satu ruangan berdekatan dan terdapat penghalang berupa tembok semen yaitu direkomendasikan pada jarak antara 0 sampai ± 35 meter, untuk daerah di pedesaan yang mempunyai pekarangan serta halaman yang luas antara satu dengan yang lain direkomendasikan jarak 0 sampai ±90 meter dan perumahan yang mempunyai jarak antara satu dengan yang lain berjauhan dan dipisahkan oleh beberapa sekat dan tembok maka jarak yang direkomendasikan pada jarak 0 sampai ±48meter tergantung dari material dan ketebalan penghalang tersebut.

4.2. Pengujian Data

4.2.1 Pengujian Pengiriman Data Pada Server Web

Pengujian ini dimaksudkan untuk membuktikan data yang diterima server website sesuai dengan pengukuran sensor yang ditampilkan pada LCD. Data hasil pengukuran sensor yang ditampilkan pada LCD akan dicocokan dengan data yang dikirim melalui WiFi Shield yang nanti hasil pengujian dapat dilihat melalui interface web. Pengujian ini meliputi pengujian konektivitas WiFi Shield dengan server lokal dan pengujian transmisi data dari alat yang dikirim ke server melalui WiFi Shield.

4.2.2 Tampilan Website

Website merupakan interface yang digunakan operator mesin pengering gabah untuk

10

mengetahui kuantitas suhu dan kadar kelembaban pada mesin pengering gabah tersebut.

Gambar 17. Tampilan Halaman awal web

Gambar 18. Tampilan Halaman Monitoring

4.2.3 Pengujian transmisi data ke server

Pengujian transmisi data ke server dilakukan untuk melakukan pengamatan data dapat masuk ke database sehingga dapat ditampilkan pada website. Proses pengambilan data dilakukan dengan menempatkan masing-masing alat pada lokasi pengujian dengan rekomendasi dari Tabel 1 agar dapat menangkap sinyal dengan baik. Berikut adalah Gambar 20 denah lokasi dan penempatan tiap node meteran air dan Tabel 3. merupakan tabel hasil pengujian pengiriman data dari masing-masing node ke server web.

Gambar 20. Denah lokasi pengujian sistem

Pada Gambar 20 merupakan denah lokasi pengujian untuk tiga node dengan jarak yang direkomendasikan oleh Tabel 1 sesuai dengan lokasi pengujian yang dilakukan, dapat dilihat node 1 sebagai coordinator diletakkan ditengah dan diposisikan diluar rumah agar dapat bekerja dengan baik menerima data dari kedua node yang lain. Node 2 diletakkan dirumah sebelah node 1 yang berjarak 7,40 meter dalam keadaan LOS tidak terdapat halangan dan untuk node 3 diletakkan di luar rumah namun dari node 1 dengan node 3 terdapat penghalang berupa tembok semen dengan ketebalan 15cm dan jarak antara node 1 dengan node 3 yaitu 8,90meter. Ketiga node tersebut akan dilakukan pengujian untuk mengetahui sistem pengukuran pemakaian air berbasis jaringan sensor nirkabel bekerja dengan baik. Cara pengujian dilakukan dengan menempatkan ketiga node tersebut sesuai dengan denah dan diaktifkan secara bersama-sama lalu memutar kran air selama kurang lebih 10 menit dari masing-masing rumah yang telah ditempatkan node meter air selama 10 menit dan hasil dari pengujian tersebut juga untuk melakukan pengamatan antara data yang tampil pada LCD tiap node dengan data yang ditampilkan pada website. Melakukan pengecekan pada website yaitu www.water-supplier.com untuk mengetahui data dari alat sudah masuk ke dalam database server, berikut hasil dari pengujian sistem tersebut yaitu pada Tabel 3.

11

Node 1(coordinator)

Node 2Node 3

Jarak Node NLOS = 8,9 meter

Jarak Node LOS = 7,40 meter

Tabel 3. Hasil Pengujian Transmisi Data Dari Node ke Server

No Waktu

Debit Air akumulatif(L)

KeteranganInterface Web

Node 1

Node 2

Node 3

1 15:42:42 100.7 657.3 901.8 Terkirim

2 15:44:15 102.9 657.4 901.8 delay 00:01:33

3 15:47:21 105.6 657.8 903.6 delay 00:03:06

4 15:48:54 105.6 657.8 903.6 delay 00:01:33

5 15:50:27 105.6 657.8 907.8 delay 00:01:33

6 15:52:00 105.9 657.8 907.8 delay 00:02:27

7 15:53:33 108.4 657.8 907.8 delay 00:01:33

8 15:55:06 111 659 907.8 delay 00:01:33

9 15:56:39 114.2 661.1 913.5 delay 00:01:33

10 15:58:12 115 661.6 913.5 delay 00:01:33

Dari tabel data hasil pengiriman debit akumulatif air ke server diatas dapat diketahui bahwa dalam pengiriman sebanyak 10 data dan 10 data tersebut masuk ke database namun terdapat delay kurang lebih 1-4 menit pada tiap percobaan dan yang membawa pengaruh terhadap delay yaitu akses internet yang digunakan dan koneksi pada lokasi pengujian.

5. KESIMPULAN

Berdasarkan hasil perancangan dan pembuatan sistem, pengujian komunikasi Zigbee dan pengujian data sensor, serta analisis dari hasil pengujian, dapat diambil kesimpulan yaitu jarak jangkauan sinyal Zigbee akan menurun terhadap jarak dengan jarak maksimal untuk kondisi LOS indoor adalah 90 meter. Semakin tebal dan semakin banyak penghalang diantara pengirim dan penerima akan mengakibatkan semakin pendek jarak jangkauan dari komunikasi Zigbee. Apabila ingin dilakukan implementasi pada daerah padat penduduk direkomendasikan jarak 0 sampai ± 45 meter dan pada daerah yang jarak penduduk (LOS outdoor) direkomendasikan jarak 0 sampai ± 90 meter. Hasil percobaan alat menunjukkan aplikasi sensor flow water dalam

mengukur besar volum air telah berfungsi sesuai dengan perancangan dengan rata-rata error 3,2% dan proses pengiriman data ke server bergantung dari kondisi sinyal internet yang ada pada lokasi pemasangan alat.

DAFTAR PUSTAKA

Wahyudi, E., Hidayat, R., Sumaryono, S., 2012. Unjuk kerja Standar ZigBee pada WPAN dengan Topologi Mesh. JNTETI. 1(2), pp.2301-4156

Firman, B., Suharyanto ., Firmansyah, E., 2012. IMPLEMENTASI KOMUNIKASI DATA BERBASIS ZIGBEE PADA SCADA (SUPERVISORY CONTROL AND DATA ACQUISITION) PLTMH. Jurnal Teknologi. 5(2), pp.149-155.

Kautsar, M.S., Jusak., Pauladie, S., 2013. RANCANG BANGUN APLIKASI PEMANTAU DATA WIRELESS SENSOR NETWORK UNTUK PERINGATAN DINI TERHADAP BANJIR. JCONES, 3(2), pp.26-34.

Handojo, A., Andjarwirawan, J., Setyawan, E., et al., 2002. PEMBANGUNAN JARINGAN KOMPUTER NIRKABEL DENGAN FREEBSD SEBAGAI GATEWAY. Jurnal Informatika, 3(1), pp.82-88.

Rosnelly, R. & Pulungan, R., 2011. MEMBANDINGKAN ANALISA TRAFIK DATA PADA JARINGAN KOMPUTER ANTARA WIRESHARK DAN NMAP. Konferensi Nasional Sistem Informasi. Pp.936-947.

Hasad, Andi., 2013. Analisis Pengaruh Interferensi Wi-Fi Pada Video Streaming Melalui Jaringan Bluetooth Piconet Pervasive. Jurnal Penelitian Ilmu Komputer, 1(1),pp.55.64.

Andini, I.R., Jusak., Sukmaaji, A., 2013. Analisis Perbandingan Unjuk Kerja Protokol TCP Vegas dan UDP dengan Menggunakan Data Streaming. JCONES, 3(1),pp.26-34.

Chiara et al., 2011. Sensor Networks with IEEE 802.15.4 Systems. Berlin : Springer

12

Rappaport., Theodore, S., 2002. Wireless Communications Principles and Practice. Upper Saddle River: Prentice Hall

Manual Xbee. ht t p: / /ftp1.digi.com/suppo r t / do c ument a t i on/9000097 6_a.pdf . ( 24 Mei 2014)

13