Sistem Pendeteksi Dini Kebakaran Hutan

Berbasis Wireless Sensor Network

M. Yanuar Hariyawan

1), Arif Gunawan

2)

1) Jurusan Teknik Elektro, Politeknik Caltex Riau, Pekanbaru 28265, email: yanuar@pcr.ac.id 2) Jurusan Teknik Elektro, Politeknik Caltex Riau, Pekanbaru 28265, email: agun@pcr.ac.id

Abstrak – Kebakaran hutan merupakan salah satu masalah yang mengancam kelestarian hutan. Sistem

pencegahan dini untuk indikasi kebakaran hutan mutlak diperlukan. Luasnya hutan menjadi salah satu masalah

yang dihadapi dalam pemantauan kondisi hutan. Untuk mengatasi masalah ini, dirancang suatu sistem deteksi

kebakaran hutan dengan mengadopsi Jaringan Sensor Nirkabel (Wireless Sensor Network) menggunakan

beberapa node sensor. Setiap node sensor memiliki mikrokontroler, pemancar/penerima dan tiga sensor. Metode

pengukuran dilakukan dengan mengukur suhu, api, tingkat metana, hidrokarbon, dan CO2 di beberapa kawasan

hutan dan mengukur pembakaran gambut di sebuah simulator. Dari hasil pengukuran suhu, kadar metana, gas

hidrokarbon dan CO2 di daerah terbuka menunjukkan tidak ada tanda-tanda kebakaran karena nilai suhu, metana,

gas hidrokarbon, dan CO2 adalah di bawah pengukuran di ruang simulator.

Kata Kunci: kebakaran hutan, jaringan sensor nirkabel, node sensor.

Abstract - Forest fires are one of problems that threaten sustainability of the forest. Early prevention system for

indications of forest fires is absolutely necessary. The extent of the forest to be one of the problems encountered

in the forest condition monitoring. To overcome the problems of forest extent, designed a system of forest fire

detection system by adopting the Wireless Sensor Network (WSN) using multiple sensor nodes. Each sensor

node has a microcontroller, transmitter/receiver and three sensors. Measurement method is performed by

measuring the temperature, flame, the levels of methane, hydrocarbons, and CO2 in some forest area and the

combustion of peat in a simulator. From results of measurements of temperature, levels of methane, a

hydrocarbon gas and CO2 in an open area indicates there are no signs of fires due to the value of the

temperature, methane, hydrocarbon gas, and CO2 is below the measurement in the space simulator.

Keywords: forest fire detection, wireless sensor network, sensor node

1. PENDAHULUAN

Hutan mempunyai peranan yang penting bagi

kehidupan makhluk hidup. Saat ini kebakaran hutan

menjadi maalah serius yang dapat mengganggu

simbiosis dan rantai kehidupan makhluk hidup.

Permasalahan ini sudah menjadi perhatian bagi

masyarakat, pemerintah maupun dunia. Untuk

mengatai permasalahan tersebut, pemerintah

melakukan berbagai usaha baik berupa himbauan

maupun sanksi hukum terhadap suatu tindakan yang

mengancam kelestarian hutan baik yang dilakukan

secara individu atau kelompok. Berbagai macam

usaha yang telah dilakukan pemerintah tersebut masih

belum efektif dimana tingkat kelestarian hutan masih

menunjukkan angka yang cukup memprihatinkan.

Jika ditinjau dari segi perkembangan

teknologi saat ini, program kelestarian hutan

cenderung memerlukan suatu sistem yang mampu

menganalisa dan memonitoring adanya indikasi

kebakaran hutan. Teknologi wireless yang mampu

mengirimkan data tanpa perlu menggunakan kabel

diharapkan mampu menjadi salah satu perkembangan

teknologi aplikatif yang dapat mendukung program

kelestarian hutan. Sistem monitoring ini diharapkan

mampu menyajikan suatu data berupa indikasi

kebakaran untuk lahan yang luas sekalipun.

Dengan merujuk pada permasalahan tentang

kelestarian hutan tersebut, pada penelitian ini

dirancang sistem monitoring sebagai pendeteksi dini

indikasi kebakaran hutan. Wireless Sensor Network

(WSN) merupakan suatu kombinasi sistem monitoring

yang mengadopsi teknik wireless (nirkabel) dengan

menggunakan sensor sebagai parameter acuannya.

Sistem ini juga mampu digunakan untuk

memonitoring hutan yang mempunyai luas tertentu.

Oleh karena itu, sistem monitoring ini nantinya

diharapkan mampu membantu mengurangi tingkat

kebakaran hutan

2. TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Wireless Sensor Network (WSN) Wireless Sensor Network (WSN) merupakan

suatu kesatuan dari proses pengukuran, komputasi,

dan komunikasi yang memberikan kemampuan

administratif kepada sebuah perangkat, observasi, dan

melakukan penanganan terhadap setiap kejadian dan

fenomena yang terjadi di lingkungan yang

mengunakan teknologi wireless [3]. Sistem ini jauh

lebih efisien dibandingkan dengan penggunaan kabel.

Sistem ini memiliki fungsi untuk berbagai jenis

aplikasi, dalam arti lain, WSN menyediakan pondasi

teknologi untuk melakukan eksperimen pada

lingkungan. Misalnya Ahli biologi ingin

memonitoring perilaku hewan yang berada di

habitatnya, peneliti lingkungan membutuhkan sistem

yang mampu memonitoring polusi lingkungan, petani

dapat meningkatkan hasil panen dengan meneliti

tingkat kesuburan tanah, ahli geologi

sistem untuk memonitoring aktivitas

di militer pun membutuhkan suatu sistem yang

mampu memonitoring area yang sulit dicapai.

Keseluruhan aktifitas manusia tersebut memerlukan

sistem monitoring WSN. Komponen

sensor, modul wireless, dan PC. S

akan membentuk suatu sistem monitoring yang

mampu menampilkan data yang berupa karakteristik

sensor yang digunakan dengan memanfaatkan media

wireless. Karena dapat digunakan untuk berbagi

aplikasi, penggunaan jenis sensor dipilih berdasarka

aplikasinya.

Pada beberapa literatur terkait dengan

implementasi WSN yang menggunakan

banyak dikembangkan pada robot [4][5]. Pada 1989

[6], mengemukakan betapa pentingnya pengembangan

multisensor untuk meningkatkan kemampuan sistem

intelligent. Aplikasi multisensor

sistem biomedik, monitoring peralatan,

dan sistem transportasi dipaparkan [7] pada tahun

2002. David L. Hall dan James Llinas menjelaskan

pengenalan teoritis multisensor data fusion

Mereka menyediakan tutorial pada data fusion,

aplikasi data fusion, process model

teknik aplikasi, yang bertujuan untuk menunjukkan

bagaimana fussion sensor mengukur untuk

mendapatkan hasil. Mereka juga menunjukkan flow

chart untuk menjelaskan cara yang berbeda untuk

menghubungkan multiple sensor dalam satu

perangkat. Pada [9] digunakan

memonitoring pengelasan pada industri otomotif,

dengan multisensor, dimungkinkan untuk mengukur

arus, tegangan dan kekuatan pengelasan. Penggunaan

multisensor juga dapat dilihat pada [10], yang

merancang light-addressable potentiometric sensor

(LAPS) sebagai realisasi perangkat portable

multisensor. Sumber cahaya dan elektronik termasuk

didalamnya oscillator, multiplexer

high-pass filter.

2.2. Blok Energi Mandiri Cadangan

Blok energi mandiri cadangan ini dirancang

sedemikian rupa sehingga diperoleh sesuai dengan

fungsi yang diharapkan sesuai dengan penggunaan

panel solar cell yang digunakan sebagai energi

cadangan untuk melakukan pengisian daya terhadap

baterai dimana baterai membutuhkan tegangan sebesar

12Volt sehingga solar cell tersebut dirancang sehingga

memiliki kinerja secara otomatis terhadap pengisian

baterai tersebut dengan sistem kerjanya yaitu apabila

tegangan pada baterai sudah mencapai 12Volt maka

komponen dioda yang terdapat pada rangkaian catu

daya energi mandiri tersebut dapat bekerja secara

otomatis yaitu dengan keadaan (On/Off) maka hasil

keluaran output yang ditampilkan hasil arus yang

habitatnya, peneliti lingkungan membutuhkan sistem

yang mampu memonitoring polusi lingkungan, petani

dapat meningkatkan hasil panen dengan meneliti

geologi membutuhkan

memonitoring aktivitas seismik, bahkan

di militer pun membutuhkan suatu sistem yang

mampu memonitoring area yang sulit dicapai.

Keseluruhan aktifitas manusia tersebut memerlukan

sistem monitoring WSN. Komponen WSN meliputi

dan PC. Seluruh komponen

akan membentuk suatu sistem monitoring yang

mampu menampilkan data yang berupa karakteristik

sensor yang digunakan dengan memanfaatkan media

. Karena dapat digunakan untuk berbagi

penggunaan jenis sensor dipilih berdasarkan

Pada beberapa literatur terkait dengan

implementasi WSN yang menggunakan multisensor,

banyak dikembangkan pada robot [4][5]. Pada 1989

[6], mengemukakan betapa pentingnya pengembangan

untuk meningkatkan kemampuan sistem

multisensor dalam robotika,

sistem biomedik, monitoring peralatan, remote sensing

dan sistem transportasi dipaparkan [7] pada tahun

2002. David L. Hall dan James Llinas menjelaskan

multisensor data fusion pada [8].

Mereka menyediakan tutorial pada data fusion,

process model, dan identifikasi

teknik aplikasi, yang bertujuan untuk menunjukkan

sensor mengukur untuk

ga menunjukkan flow

chart untuk menjelaskan cara yang berbeda untuk

menghubungkan multiple sensor dalam satu

perangkat. Pada [9] digunakan multisensor untuk

memonitoring pengelasan pada industri otomotif,

, dimungkinkan untuk mengukur

s, tegangan dan kekuatan pengelasan. Penggunaan

juga dapat dilihat pada [10], yang

addressable potentiometric sensor

(LAPS) sebagai realisasi perangkat portable

. Sumber cahaya dan elektronik termasuk

multiplexer, pre-amplifier dan

Blok Energi Mandiri Cadangan Blok energi mandiri cadangan ini dirancang

sedemikian rupa sehingga diperoleh sesuai dengan

fungsi yang diharapkan sesuai dengan penggunaan

panel solar cell yang digunakan sebagai energi

cadangan untuk melakukan pengisian daya terhadap

rai membutuhkan tegangan sebesar

12Volt sehingga solar cell tersebut dirancang sehingga

memiliki kinerja secara otomatis terhadap pengisian

baterai tersebut dengan sistem kerjanya yaitu apabila

tegangan pada baterai sudah mencapai 12Volt maka

a yang terdapat pada rangkaian catu

daya energi mandiri tersebut dapat bekerja secara

otomatis yaitu dengan keadaan (On/Off) maka hasil

keluaran output yang ditampilkan hasil arus yang

dikeluarkan oleh Solar Cell yang kemudian masuk ke

baterai.

Prinsip kerja solar cell ada 2 metode.

Metode yang pertama adalah apabila solar cell

dirangkai dengan model seri maka solar cell akan

menghasilkan tegangan yang lebih besar sedangkan

nilai arus yang dihasilkan tetap. Sedangkan pada

metode yang kedua adalah apabila

dirangkai dengan model paralel maka solar cell

akan menghasilkan arus yang lebih besar sedangkan

nilai tegangan yang dihasilkan tetap

Gambar 1 Rancangan energi mandiri menggunakan

solar cell

2.3. Rangkaian Charger Control

Peran dari bagian modul ini sangat penting

dimana jika suatu baterai menerima masukan tegangan

secara terus menerus maka kerusakan akan cepat

terjadi pada baterai. Bagian modul ini bekerja dengan

cara yaitu setelah tegangan yang di outputkan dari

bagian charger battery masuk ke baterai maka fungsi

dari bagian charger control

tegangan pada baterai kemudian mengontrol pegisian

baterai jika sudah terisi penuh dan mengisi secara

otomatis jika baterai kosong. Gambar rangkaian

charger control dapat dilihat pada gambar

Gambar 2 Rangkaian Charger Control

dikeluarkan oleh Solar Cell yang kemudian masuk ke

kerja solar cell ada 2 metode.

Metode yang pertama adalah apabila solar cell

dirangkai dengan model seri maka solar cell akan

menghasilkan tegangan yang lebih besar sedangkan

nilai arus yang dihasilkan tetap. Sedangkan pada

metode yang kedua adalah apabila solar cell

dirangkai dengan model paralel maka solar cell

akan menghasilkan arus yang lebih besar sedangkan

nilai tegangan yang dihasilkan tetap.

Rancangan energi mandiri menggunakan

solar cell

Rangkaian Charger Control Peran dari bagian modul ini sangat penting

dimana jika suatu baterai menerima masukan tegangan

secara terus menerus maka kerusakan akan cepat

terjadi pada baterai. Bagian modul ini bekerja dengan

cara yaitu setelah tegangan yang di outputkan dari

masuk ke baterai maka fungsi

charger control ini untuk membaca

tegangan pada baterai kemudian mengontrol pegisian

baterai jika sudah terisi penuh dan mengisi secara

otomatis jika baterai kosong. Gambar rangkaian

dapat dilihat pada gambar 2.

Rangkaian Charger Control

3. HASIL DAN PEMBAHASAN

3.1 Pengujian Tegangan dan Intensitas Cahaya

dari Solar Cell

Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui

nilai tegangan maksimal dan minimal yang dihasilkan

oleh solar panel lyang pengukurannya menggunakan

multimeter digital serta membandingkannya dengan

nilai intensitas cahaya menggunakan Lux meter secara

bersamaan. Pengujian ini dilakukan selama 24 jam

dan datanya dicatat setiap terjadi perubahan nilai

tegangan dan intensitas cahaya setelah itu data tiap

jam diambil nilai paling tinggi dan rendah dari

tegangan dan intensitas cahaya .

Tabel 1 Hasil pengukuran tegangan dan intensitas

cahaya

Dari tabel 1 dapat dilihat nilai tegangan yang

maksimal dihasilkan oleh Solar panel adalah 21 volt

dengan nilai Lux 685. Nilai maksimal ini didapatkan

pada saat tengah hari dari jam 12.00-13.00 Wib.

Sedangkan kondisi minimal berada disaat malam hari

dimulai jam 19.00-05.00Wib. Hal ini disebabkan tidak

adanya cahaya matahari yang diterima oleh Solar

panel. Sehingga pada malam hari nilai tegangan

menurun secara signifikan yang nilainya sekitar 0.2V

dan juga nilai intensitas cahaya menjadi 0.

Dan untuk melihat perubahan nilai tegangan

dan nilai intensitas cahaya yang telah diuji selama 24

jam tersebut dapat dilihat pada gambar 7 pada grafik

akan terlihat saat kondisi maksimal dan minimal nilai

tegangan dan nilai intensitas cahaya.

Gambar 3 Grafik perbandingan tegangan dengan

intensitas cahaya

Dari grafik diatas dapat dapat dilihat nilai

tegangan dan nilai intensitas cahaya mengalami

kenaikan secara signifikan dari jam 06.00-13.00

namun setelah itu nilai tegangan dan intensitas cahaya

mengalami penurunan sraca bertahap sampai jam

18.00. Dan pada malam hari nilai tegangan menurun

signifikan sekitar 220 mV dan nilai intensitas cahaya

menjadi 0.

3.2 Pengujian Pengisian Baterai dengan

Rangkaian Charger Control

Charger control berfungsi untuk mengontrol

pengecasan aki, jika aki terdeteksi penuh maka

pengisian akan dihentikan. Pada gambar 4 merupakan

gambar rangkaian dari modul charger kontrol analog

sederhana dimana cara kerja dari rangkaian tersebut

adalah ketika rangkaian diberi tegangan maka relay

akan ON yaitu pada kondisi ngecas, dan jika tegangan

yang terdeteksi pada baterai masuk ke basis transisitor

kurang dari 12V maka relay akan OFF sehingga

baterai di isi dari tegangan sollar cell.

Gambar 4 Rangkaian Charger Control

Dapat di lihat karakteristik pengisian aki

dengan memanfaatkan cahaya matahari pada gambar

4. Pada pengujian ini digunakan aki sebesar 12 volt

7.2Ah. Berdasarkan gambar di atas dapat dilihat lama

pengisian aki sampai penuh sekitar 3.5 jam. Pengujian

ini digunakan baterai dalam kondisi kosong yaitu

sekitar 10 volt. Dapt dilihat karakteristik dari

pengisian aki, pada saat 1 jam pengisian akan

mencapai 10,6 volt, 2 jam sebesar 11 volt, dan aki

terisi penuh pada saat 3.5 jam

Gambar 5 Karakteristik pengisian aki dengan sollar

cell

3.3 Pengujian Pengiriman Data menggunakan

Modul GSM SIMC900

Pengujian pengiriman data menggunakan modul GSM

SIMC seperti terlihat pada Gambar ini diperlukan

untuk memastikan bahwa data yang dikirimkan dari

KYL-500C dapat dikirim melalui modul GSM.

Informasi yang dikirimkan melalui modul GSM ini

berupa sms yang berisi data suhu, api dan asap, seperti

pada

Gambar 6 Pengujian Pengiriman Data menggunakan

Modul GSM

6.

Gambar 6 Pengujian Pengiriman Data

menggunakan Modul GSM

Gambar 7 Hasil Pengiriman Data dari Modul GSM

SIMC900

4. KESIMPULAN

Pengukuran-pengukuran suhu, kadar metana,

gasoline, CO dan CO2 dapat dijadikan sebagai

indikator utama untuk mendeteksi dini adanya

kebakaran hutan. Ada tiga metode pengukuran yang

dilakukan, yaitu pengukuran di ruang simulator

dengan dan tanpa pembakaran gambut, dan

pengukuran di udara terbuka di kota Duri. Dari hasil

pengukuran suhu, kadar metana, gas hidrokarbon

dan CO2 di daerah terbuka di kota Duri

menunjukkan tidak adanya kebakaran hutan dimana

nilai suhu, metana, gas hidrokarbon, dan CO2 masih

dibawah hasil pengukuran di ruang simulator

dengan pembakaran gambut. Dari hasil pengujian

pengiriman dan penerimaan informasi dari sensor

node, menunjukkan bahwa sistem yang dibuat dapat

mengirimkan dengan baik perubahan yang dideteksi

oleh sensor node ke server dengan kecepatan 1200

bps.

DAFTAR REFERENSI

[1] Tacconi, T., 2003. Kebakaran Hutan di

Indonesia, Penyebab, biaya dan implikasi

kebijakan. Center for International Forestry

Research (CIFOR), Bogor, Indonesia.

[2] Soemarsono, 1997. Kebakaran Lahan, Semak

Belukar dan Hutan di Indonesia (Penyebab,

Upaya dan Perspektif Upaya di Masa Depan).

Prosiding Simposium: “Dampak Kebakaran

Hutan Terhadap Sumberdaya Alam dan

Lingkungan”. Tanggal 16 Desember 1997 di

Yogyakarta. hal:1-14.

[3] Rodzevski, Alexander, 2009, Wireless Sensor

Network with Bluetooth, University of

Malmö, Sweden.

[4] R. C. Luo, M.-H. Lin, and R. S. Scherp, 1988 ,

“Dynamic multi-sensor data fusion system for

intelligent robots”, IEEE J. Robot. Automat.,

vol. 4, Aug.

[5] K. Hirai, M. Hirose, Y. Haikawa, and T.

Takenaka, 1998, “The development of Honda

humanoid robot”. IEEE Int. Conf. Robot.

Automat. Vol. 2. Pp.1321-1326.

[6] Ren C. Luo, and Michael G. Kay, 1989,

“Multisensor Integration and Fusion in

Intelligent Systems”, IEEE Transactions on

Systems, Man, and Cybernetics, Vol.19, No.

5, pp. 901-931.

[7] Ren C. Luo, Chih-Chen Yih and Kuo Lan Su,

2002, “Multisensor Fusion and Integration:

Approaches, Applications, and Future

Research Directions”, IEEE Sensors journal,

Vol. 2, Issue 2. Pp. 107–119. USA.

[8] David L. Hall and James Llinas, 1997, “An

Introduction to Multisensor Data Fusion”,

Proceedings of the IEEE, Vol. 85, Issue: 1, pp.

6-23, New York, USA.

[9] J.D. Cullen, N. Athi, M. Al-Jader, P. Johnson,

A.I. Al-Shamma’a, A. Shaw, A.M.A. El-

Rasheed. “Multisensor fusion for on line

monitoring of the quality of spot welding in

automotive industry”. Measurement 41 (2008)

412–423.

[10] T. Yoshinobu, M. J. Schöning, R. Otto, K.

Furuichi, Yu. Mourzina, Yu. Ermolenko and

H. Iwasaki, 2003 , “Portable light-addressable

potentiometric sensor (LAPS) for multisensor

applications”, Sensors and Actuators B:

Chemical, Volume 95, Issues 1-3, pages 352-

356.

[11] M. Yanuar H, Arif Gunawan, Hamid Azwar,

Bambang H, Arif S, 2011, “Prototype

Wireless Sensor Network (WSN) sebagai

Sistem Pendeteksi Dini Kebakaran Hutan”,

SITIA, vol. 12, hal. 308

[12] Gandhy Senjaya, “Prototype Wireless

Sensor Network (Wsn) Sebagai Sistem

Pendeteksi Dini Kebakaran Hutan

Menggunakan Media Wireless (Software)”,

Proyek Akhir, Politeknik Caltex Riau, 2011

[13] Yongghi Saefebri Nasution, “Prototype

Wireless Sensor Network (Wsn) Sebagai

Sistem Pendeteksi Dini Kebakaran Hutan

Menggunakan Media Wireless (Hardware)”,

Proyek Akhir, Politeknik Caltex Riau, 2011