PADA JARINGAN SENSOR NIRKABEL
TUGAS AKHIR
Disusun Oleh:
Nama : Ahmad Alfian Ilmi NIM : 08.41020.0044
Program : S1 (Strata Satu) Jurusan : Sistem Komputer
SEKOLAH TINGGI
MANAJEMEN INFORMATIKA & TEKNIK KOMPUTER SURABAYA
x DAFTAR ISI
ABSTRAKSI ... vi
KATA PENGANTAR ... viii
DAFTAR ISI ... x
DAFTAR TABEL ... xiv
DAFTAR GAMBAR ... xvi
BAB I PENDAHULUAN ... 1
1.1. Latar Belakang ... 1
1.2. Perumusan Masalah ... 2
1.3. Pembatasan Masalah ... 3
1.4. Tujuan ... 3
1.5. Kontribusi ... 4
1.6. Sistematika Penulisan ... 4
BAB II LANDASAN TEORI ... 6
2.1. Wireless Sensor Network (WSN) ... 6
2.1.1. Pengertian dan Perkembangan WSN ... 6
2.1.2. Arsitektur WSN ... 7
2.1.3. Bagian-Bagian WSN ... 8
2.2. Komunikasi Serial ... 9
2.3.1. Komunikasi Serial Synchronous dan Asynchronous ... 10
2.3.2. Data Transfer Rate ... 11
2.3. Modul Komunikasi Wireless 802.15.4 Xbee-Pro ... 11
2.5. Mikrokontroler AVR ... 15
2.6. Sensor Gas Karbon Monoksida (MQ-7) ... 17
BAB III METODE PENELITIAN ... 19
3.1. Alat dan Bahan Penelitian ... 20
3.2. Jalan Penelitian ... 21
3.2.1. Studi Literatur ... 22
3.2.2. Perancangan Perangkat Keras ... 22
A. Rangkaian Pemantau Catu Daya ... 23
B. Konfigurasi Modul WSN Tiap Node ... 26
B.1. Minimum Sistem Node 1 ... 27
B.2. Minimum Sistem Node 2 ... 29
B.3. Minimum Sistem Node 3 ... 30
B.4. Minimum Sistem Node Coordinator ... 32
3.2.3. Perancangan Perangkat Lunak ... 33
A. Konfigurasi Parameter Modul XBee-Pro ... 33
B. Perancangan Program Monitoring ... 36
3.3. Langkah Pengujian ... 39
3.3.1. Pengujian Modul Pendukung ... 39
A. Modul Minimum Sistem ... 39
B. Rangkaian Pemantau catu daya ... 40
C. Modul Wireless Xbee-Pro ... 41
D. Modul Sensor Gas MQ-7 ... 41
3.3.2. Pengujian Program Pada Personal Computer ... 43
3.3.3. Pengujian Jarak Akses XBee-Pro ... 44
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 46
4.1. Pengujian Minimum Sistem ... 46
4.1.1. Hasil Pengujian ... 46
4.1.2. Pembahasan ... 47
4.2. Pengujian Rangkaian Pemantau catu daya ... 47
4.2.1. Hasil Pengujian ... 47
4.2.2. Pembahasan ... 48
4.3. Modul Wireless Xbee-Pro ... 48
4.3.1. Hasil Pengujian ... 48
4.3.2. Pembahasan ... 50
4.4. Modul Sensor Gas Karbon Monoksida ... 52
4.4.1. Hasil Pengujian ... 52
4.4.2. Pembahasan ... 53
4.5. Pengiriman Data Modul Minimum Sistem ke Komputer Melalui Modul Xbee-Pro ... 54
4.5.1. Hasil Pengujian ... 54
4.5.2. Pembahasan ... 54
4.6. Program Pada Personal Computer ... 55
4.6.1.Hasil Pengujian ... 55
4.7. Pengujian Jarak Akses XBee-Pro ... 57
4.7.1. Hasil Pengujian ... 57
4.7.2. Pembahasan ... 57
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 58
5.1. Kesimpulan ... 58
5.2. Saran ... 58
DAFTAR PUSTAKA ... 60
xiv
Tabel 2.1. Spesifikasi Xbee-Pro ... 13
Tabel 2.2. Konfigurasi Pin XBee-Pro ... 13
Tabel 2.3. Spesifikasi Sensor Gas Karbon Monoksida ... 18
Tabel 3.1. Kondisi Baterai Saat Penuh Sampai Tidak Dapat Menjalankan Sistem ... 24
Tabel 3.2. Indikator Kondisi Catu Daya ... 26
Tabel 3.3. Pin I/O Minimum Sistem Node 1 ... 28
Tabel 3.4. Pin I/O Minimum Sistem Node 2 ... 29
Tabel 3.5. Pin I/O Minimum Sistem Node 3 ... 31
Tabel 3.6. Pin I/O Minimum Sistem Node Coordinator ... 32
Tabel 3.7. Langkah Pengujian Modul Minimum Sistem ... 39
Tabel 3.8. Langkah Pengujian Rangkaian Pemantau Catu Daya ... 40
Tabel 3.9. Langkah Pengujian Modul Xbee-Pro ... 41
Tabel 3.10. Langkah Pengujian Modul Sensor Gas MQ-7 ... 42
Tabel 3.11. Langkah Pengujian Modul Minimum Sistem ... 43
Tabel 3.12. Langkah Pengujian Program Pada Personal Computer ... 44
Tabel 3.13. Langkah Pengujian Jarak Akses Xbee-Pro ... 45
Tabel 4.1. Hasil Pengujian Minimum Sistem Tiap Node ... 46
Tabel 4.2. Hasil Pengujian Pemantau Catu Daya ... 47
Tabel 4.3. Hasil Pengujian Wireless Xbee-Pro ... 48
xvi
Gambar 2.1. Arsitektur WSN Secara Umum ... 8
Gambar 2.2. Transmisi Synchronous ... 10
Gambar 2.3. Transmisi Asynchronous ... 11
Gambar 2.4. Modul XBee-Pro ... 12
Gambar 2.5. Rangkaian Pembagi Tegangan ... 14
Gambar 2.6. Arsitektur Mikrokontroler AVR ... 16
Gambar 2.7. Struktur Sensor Gas Karbon Monoksida ... 18
Gambar 3.1. Pemasangan Node ... 19
Gambar 3.2. Blok Diagram Langkah-langkah Penelitian ... 21
Gambar 3.3. Blok Diagram Langkah-langkah Perancangan Perangkat Keras ... 22
Gambar 3.4. Rangkaian Pemantau Catu Daya ... 23
Gambar 3.5. Blok Diagram Konfigurasi modul ... 27
Gambar 3.6. Diagram Skematik Minimum Sistem Node 1 ... 28
Gambar 3.7. Diagram Skematik Minimum Sistem Node 2 ... 30
Gambar 3.8. Diagram Skematik Minimum Sistem Node 3 ... 31
Gambar 3.9. Diagram Skematik Minimum Sistem Node Coordinator ... 33
Gambar 3.10. Konfigurasi Awal Modul Xbee-Pro ... 34
Gambar 3.11. Xbee-Pro Setelah Berhasil Terhubung Dengan XCTU ... 34
Gambar 3.12. Konfigurasi Parameter XBee-Pro Pada Node 2 dan Node 3 ... 35
Gambar 3.14. Blok Diagram Program Monitoring ... 37
Gambar 3.15. Diagram Alir Program Monitoring ... 37
Gambar 3.16. Diagram Alir Proses Penerimaan Data ... 38
Gambar 4.1. Tampilan ChipSignature ... 46
Gambar 4.2. Tampilan Download Program ... 46
Gambar 4.3. Pengiriman Data Karakter Dari Xbee-Pro Node 1 ... 49
Gambar 4.4. Pengiriman Data Karakter Dari Xbee-Pro Node 2 ... 49
Gambar 4.5. Pengiriman Data Karakter Dari Xbee-Pro Node 3 ... 50
Gambar 4.6. Pengiriman Data Karakter Dari Xbee-Pro Node Coordinator ... 50
Gambar 4.7. Grafik Perubahan Nilai Sensor Sebelum Mendapatkan Gas Buang Motor ... 52
Gambar 4.8. Grafik Perubahan Nilai Sensor Setelah Mendapatkan Gas Buang Motor ... 52
Gambar 4.9. Tampilan Penerimaan Data Pada Terminal CV AVR ... 54
Gambar 4.10. Aplikasi Penerimaan Dan Penampilan Data Sensor Gas Karbon Monoksida ... 55
vi
Kondisi udara yang buruk mempunyai dampak yang signifikan terhadap kesehatan. Udara yang telah tercemar oleh partikel dapat menimbulkan berbagai penyakit. Selain berdampak pada kesehatan, kondisi udara yang buruk juga mengakibatkan dampak yang negatif terhadap lingkungan alam. Karbon monoksida adalah polutan yang paling banyak dihasilkan pada kota-kota besar, hal ini disebabkan karena banyaknya gas buang yang dihasilkan oleh kendaraan bermotor dan proses industri. Untuk itu perlu dilakukan pemantauan secara periodik agar karbon monoksida dapat dikendalikan dan tidak mengganggu kesehatan maupun merusak lingkungan. Pemilihan pemasangan sensor menggunakan Wireless Sensor Network (WSN) diharapkan mampu mengurangi tingkat pencemaran udara khususnya karbon monoksida.
Untuk itu penelitian mengarah pada perancangan dan pembangunan aplikasi monitoring sebagai informasi gas karbon monoksida pada WSN. Penerapan WSN digunakan untuk mengirimkan data pembacaan setiap sensor menuju personal computer sehingga aplikasi monitoring pada personal computer
dapat memantau kondisi pencemaran udara khususnya karbon monoksida. Informasi tentang penggunaan catu daya juga akan dikirim bersamaan agar kondisi catu daya pada node dapat terpantau.
1 BAB I PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang Masalah
Menurut Mukono (2006), Pencemaran udara adalah bertambahnya bahan atau substrat fisik atau kimia ke dalam lingkungan udara normal yang mencapai sejumlah tertentu, sehingga dapat dideteksi oleh manusia (atau yang dapat dihitung dan diukur) serta dapat memberikan efek pada manusia, binatang, vegetasi dan material karena ulah manusia (man made). Sedangkan menurut Wisnu (1999), Pencemaran udara diartikan sebagai adanya bahan-bahan atau zat-zat asing di dalam udara yang menyebabkan perubahan susunan (komposisi) udara dari keadaan normalnya.
Kondisi udara yang buruk mempunyai dampak yang signifikan terhadap kesehatan. Udara yang telah tercemar oleh partikel dapat menimbulkan berbagai penyakit saluran pernapasan atau pneumokoniosis yang merupakan penyakit saluran pernapasan yang disebabkan oleh adanya partikel yang masuk atau mengendap di dalam paru-paru. (Wardhana, Arya, 1999)
Untuk itu perlu dilakukan pemantauan secara periodik agar karbon monoksida dapat dikendalikan dan tidak mengganggu kesehatan maupun merusak lingkungan. Hasil pemantauan gas karbon monoksida menggunakan Wireless Sensor Network (WSN) dapat dijadikan informasi sehingga peringatan dini adanya pencemaran udara pada titik tertentu dapat diketahui. Sehingga dengan mengetahui informasi tentang pencemaran udara khususnya gas karbon monoksida diharapkan mampu mengurangi tingkat pencemaran udara pada titik tersebut. WSN dapat melakukan pemantuan lingkungan terbuka secara langsung dengan memanfaatkan beberapa macam sensor. (Mittal, 2010). Untuk mendapatkan sistem WSN yang tangguh, diperlukan ketahanan catudaya dan keamanan transmisi data dari ancaman lingkungan. (Ismail, 2008)
Dari uraian diatas, maka diusahakan penelitian mengarah pada perancangan dan pembangunan aplikasi monitoring sebagai informasi gas karbon monoksida pada WSN. Penerapan WSN digunakan untuk mengirimkan data pembacaan setiap sensor menuju personalcomputer sehingga aplikasi monitoring pada personal computer dapat memantau kondisi pencemaran udara khususnya karbon monoksida. Informasi tentang penggunaan catu daya juga akan dikirim bersamaan agar kondisi catu daya pada node dapat terpantau.
1.2. Perumusan Masalah
Dari beberapa hal yang telah disebutkan, maka dalam penelitian ini dapat dirumuskan masalah sebagai berikut.
2. Bagaimana menampilkan dan menyimpan informasi hasil pembacaan sensor gas karbon monoksida serta pemantau catu daya pada personal computer?
1.3. Pembatasan Masalah
Dari permasalahan yang dirumuskan di atas, maka batasan permasalahan yang kami gunakan untuk merancang dan membangun aplikasi monitoring sebagai informasi gas karbon monoksida pada jaringan sensor nirkabel adalah sebagai berikut.
1. Wireless XBee-Pro telah dikonfigurasi sesuai dengan aturan, hal ini dilakukan agar proses komunikasi berjalan sesuai dengan ketentuan.
2. Jangkauan radius wireless antara masing-masing device sesuai dengan spesifikasi yang ada pada wireless XBee-Pro.
3. Jenis pencemaran udara yang akan dipantau adalah karbon monoksida.
4. Output dari sistem yang ditampilkan pada personal computer adalah nilai dari sensor sebagai respon terhadap kandungan karbon monoksida dalam udara.
1.4. Tujuan
Tujuan dari merancang dan membangun aplikasi monitoring sebagai informasi gas karbon monoksida pada jaringan sensor nirkabel adalah sebagai berikut.
1. Mendapatkan nilai yang dihasilkan oleh sensor gas karbon monoksida serta pemantau catu daya.
1.5. Kontribusi
Penelitian ini memberikan wacana dalam implementasi pemantuan gas karbon monoksida sebenarnya. Dengan pengumpulan data dari sensor gas karbon monoksida sehingga dapat dijadikan acuan dalam penentuan keputusan kemungkinan terjadinya pencemaran udara secara berlebih.
1.6. Sistematika Penulisan
Laporan Tugas Akhir ini ditulis dengan sistematika penulisan sebagai berikut.
BAB I : PENDAHULUAN
Bab ini membahas tentang latar belakang, rumusan masalah, batasan masalah, tujuan, serta sistematika penulisan buku tugas akhir.
BAB II : LANDASAN TEORI
Bab ini membahas tentang berbagai teori yang mendukung penelitian ini. Teori tersebut meliputi Wireless Sensor Network (WSN), komunikasi serial, modul komunikasi wireless 802.15.4 Xbee-Pro, rangkaian pembagi tegangan sebagai pemantau catu daya, mikrokontroler AVR, dan sensor gas karbon monoksida (MQ-7).
BAB III : METODE PENELITIAN
perangkat keras meliputi rangkaian pemantau catu daya, konfigurasi modul seperti rangkaian yang digunakan pada sensor gas, mikrokontroler dan komunikasi nirkabel. Sedangkan perangkat lunak yang digunakan meliputi perancangan program monitoring pada
personal computer. Bab ini juga berisi penjelasan alat dan bahan penunjang penelitian, alur penelitian, dan langkah pengujian.
BAB IV : HASIL DAN PEMBAHASAN
Bab ini berisi tentang penjelasan hasil pengujian sistem beserta pembahasannya. Pengujian meliputi pengujian modul pendukung seperti sensor MQ-7 untuk mendeteksi gas karbon monoksida, modul minimum sistem sebagai pemroses, rangkaian catu daya sebagai indikator penggunaan catu daya, serta modul wireless Xbee-Pro sebagai media komunikasi nirkabel. Pengujian program monitoring pada personal computer digunakan sebagai media pemantau pencemaran udara khususnya gas karbon monoksida.
BAB V : PENUTUP
6 2.1. Wireless Sensor Network (WSN)
2.1.1. Pengertian dan Perkembangan WSN
Wireless Sensor Network atau jaringan sensor nirkabel adalah kumpulan sejumlah node yang diatur dalam sebuah jaringan kerjasama. (Hill, dkk., 2000). Masing-masing node dalam jaringan sensor nirkabel biasanya dilengkapi dengan radio tranciever atau alat komunikasi wireless lainnya, mikrokontroler kecil, dan sumber energi seperti baterai. Banyak aplikasi yang bisa dilakukan menggunakan jaringan sensor nirkabel, misalnya pengumpulan data kondisi lingkungan, security monitoring, dan node tracking scenarios. (Jason, 2003)
Perkembangan teknologi semakin mengarah kepada konektivitas lingkungan fisik. Kebanyakan observasi yang dilakukan di lapangan melibatkan banyak faktor dan parameter-parameter untuk mendapatkan hasil yang maksimal dan akurat. Jika peneliti hendak mengambil informasi langsung di lapangan, maka kendalanya adalah dibutuhkan biaya yang besar dan waktu yang lama untuk mendeteksi fenomena yang muncul sehingga menyebabkan kemampuan yang tidak efisien dan tidak praktis. Dengan adanya teknologi WSN, memungkinkan peneliti untuk mendapat informasi yang maksimal tanpa harus berada di area sensor. Informasi dapat diakses dari jarak jauh melalui gadget seperti laptop,
Berikut adalah beberapa keuntungan yang bisa diperoleh dari teknologi WSN.
1. Praktis karena tidak perlu ada instalasi kabel yang rumit dan dalam kondisi geografi tertentu sangat menguntungkan dibanding wired sensor.
2. Sensor menjadi bersifat mobile, artinya pada suatu saat dimungkinkan untuk memindahkan sensor untuk mendapat pengukuran yang lebih tepat tanpa harus khawatir mengubah desain ruangan maupun susunan kabel ruangan.
3. Meningkatkan efisiensi secara operasional. 4. Mengurangi total biaya sistem secara signifikan. 5. Dapat mengumpulkan data dalam jumlah besar. 6. Konfigurasi software lebih mudah.
7. Memungkinkan komunikasi digital 2 arah.
2.1.2. Arsitektur WSN
Sumber : http://telekom.ee.uii.ac.id/index.php/berita/15-wsn1
Gambar 2.1. Arsitektur WSN Secara Umum
Pada Gambar 2.1 dapat dilihat, node sensor yang berukuran kecil disebar dalam di suatu area sensor. Node sensor tersebut memiliki kemampuan untuk meneruskan data yang dikumpulkan ke node lain yang berdekatan. Data dikirimkan melalui transmisi radio akan diteruskan menuju base station yang merupakan penghubung antara node sensor dan user.
2.1.3. Bagian-Bagian WSN
Wireless Sensor Network (WSN) terbagi atas 5 (lima) bagian, yaitu.
1. Transceiver, berfungsi untuk menerima/mengirim data dengan menggunakan protokol IEEE 802.15.4 atau IEEE 802.11b/g kepada device lain.
2. Mikrokontroler, berfungsi untuk melakukan fungsi perhitungan, mengontrol dan memproses device yang terhubung dengan mikrokontroler.
3. Power source, berfungsi sebagai sumber energi bagi sistem wireless sensor
4. External memory, berfungsi sebagai tambahan memory bagi sistem wireless sensor, pada dasarnya sebuah unit mikrokontroler memiliki unit memory
sendiri.
5. Sensor, berfungsi untuk men-sensing besaran-besaran fisis yang hendak diukur. Sensor adalah suatu alat yang mampu untuk mengubah suatu bentuk energi ke bentuk energi lain, dalam hal ini adalah mengubah dari energi besaran yang diukur menjadi energi listrik yang kemudian diubah oleh ADC menjadi deretan pulsa terkuantisasi yang kemudian bisa dibaca oleh mikrokontroler.
2.2. Komunikasi Serial
Komunikasi serial adalah pengiriman data yang dilakukan secara serial (data dikirim satu persatu secara berurutan), sehingga komunikasi serial lebih lambat daripada komunikasi paralel. Komunikasi serial biasanya digunakan untuk sambungan dengan jarak yang relatif lebih jauh. (Santosa, 1996)
2.2.1. Komunikasi Serial Synchronous dan Asynchronous
Komunikasi data serial mempunyai dua buah metode yaitu synchronous
dan asynchronous. Metode sychronous mengirimkan data beberapa byte atau karakter (atau disebut blok data atau frame) sebelum meminta konfirmasi apakah data sudah diterima dengan baik atau tidak. Sementara metode asynchronous data dikirim satu byte setiap pengiriman dan tidak dibutuhkan konfirmasi penerimaan data. Dari kedua jenis metode tersebut dapat dipilih dan dilakukan lewat program. Tentu saja dibutuhkan program yang baik dan teliti untuk melakukannya. Namun saat ini proses pengiriman data serial tersebut sudah dilakukan oleh sebuah chip
tersendiri. Salah satu chip disebut Universal Asynchronous Reciever Transmiter
(UART) dan satunya lagi disebut Universal Synchronous Asynchronous Reciever Transmiter (USART). Dalam protokol berbeda, sychronous memerlukan sinyal tambahan yang digunakan sebagai komunikasi setiap denyut dari proses transfer. Transmisi synchronous dapat ditunjukkan pada gambar 2.2.
Sumber : Tanutama, 1989
Gambar 2.2. Transmisi Synchronous
Sumber : Tanutama, 1989
Gambar 2.3. Transmisi Asynchronous
2.2.2. Data Transfer Rate
Kecepatan transfer data pada komunikasi data serial diukur dalam satuan
Bits Per Second (BPS), sebutan lainnya adalah baud rate. Namun baud rate dan BPS tidak serta merta adalah sama. Hal ini mengacu kepada fakta bahwa baud rate adalah terminologi yang diartikan sebagai perubahan sinyal dalam satuan bit sinyal setiap detik. Sedang data tranfer rate penamaannya mengacu pada jumlah bit dari byte data yang ditransfer setiap detik. Sementara itu kecepatan transfer data (data transfer rate) pada komputer tergantung pada jenis komunikasi yang diberlakukan atasnya. Untuk mengirimkan data dengan kecepatan tinggi, metode
synchronous lebih tepat digunakan. (Tanutama, 1989)
2.3. Modul Komunikasi Wireless 802.15.4 Xbee-Pro
Sumber : Digi Internatonal, Inc., 2009
Gambar 2.4. Modul XBee-Pro Modul komunikasi wireless ini mempunyai fitur yaitu.
1. Pengontrolan jarak jauh dalam ruangan bisa mencapai 100 meter dan jika diluar ruangan dapat mencapai 300 meter.
2. Modul ini mampu mentransmisikan daya hingga: 100 mW (20 dBm). 3. Mempunyai sensitivitas penerima data mencapai: -100 dBm.
4. Mempunyai kecepatan transfer data: 250,000 bps.
5. Paket dapat dikirimkan dan diterima menggunakan data 16-bit atau sebuah alamat 64-bit (protokol 802.15.4).
6. Setiap modul akan menerima paket memiliki alamat broadcast. Ketika dikonfigurasi untuk beroperasi di broadcast mode, modul penerima tidak mengirim acknowledgement (ACK) dan transmitting.
Xbee-Pro mempunyai 20 kaki, diantaranya 4 pin sebagai input adalah port
3, port 5, port 9, dan port 14, serta ada 4 pin sebagai output adalah port 2, port 4,
port 6, dan port 13. Dan 4 pin yang digunakan, yaitu VCC dan GND untuk tegangan supply, DOUT merupakan pin transmit (TX), DIN merupakan pin
Tabel 2.1. Spesifikasi Xbee-Pro (Digi Internatonal, Inc., 2009) Performance
Indoor Urban-Range up to 300‟ (100 m)
Outdoor RF line-of-sight Range up to 1 mile (1500 m)
Transmit Power Output 60 mW (18 dBm) conducted,
(software selectable) 100 mW (20 dBm) EIRP
RF Data Rate 250,000 bps
Serial Interface Data Rate 1200 – 115200 bps
(software selectable) (non-standard baud rates also supported)
Receiver Sensitivity - 100 dBm (1% packet error rate)
Power Requirements
Supply Voltage 2.8 – 3.4 V
Idle / Receive Ourrent (typical) 55 mA (@3.3 V)
Power-down Current < 10 μA
General
Operating Frequency ISM 2.4 GHz
Frequency Band 2.4 - 2.4835 GHz
Modulation OQPSK
Dimensions 0.960" x 1.297" (2.438cm x 3.294cm)
Operating Temperature -40 to 85° C (industrial)
Antenna Options Integrated Whip, Chip or U.FL Connector
Networking & Security
Supported Network Topologies Point-to-point, Point-to multipoint & Peer-to-peer
Number of Channels 12 Direct Sequence Channels
Addressing Options PAN ID, Channel and Addresses
Tabel 2.2. Konfigurasi Pin XBee-Pro (Digi Internatonal, Inc., 2009)
Pin Name Direction Description
1 VCC - Power supply
2 DOUT Output UART Data Out
3 DIN/CONFIG Input UART Data In
4 DO8* Output Digital Output 8
5 RESET Input Module Reset (reset pulse must be at least 200 ns)
6 PWM0/RSSI Output PWM Output 0 / RX Signal Strength Indicator
7 PWM1 Output PWM Output 1
8 [reserved] - Do not connect
9 DT/SLEEP_RQ/DI8 Input Pin Sleep Control Line or Digital Input 8
10 GND - Ground
11 AD4 / DIO4 Either Analog Input 4 or Digital I/O 4
12 CTS / DIO7 Either Clear-to-Send Flow Control or Digital I/O 7
13 ON / SLEEP Output Module Status Indicator
14 VREF Input Voltage Reference for A/D Inputs
15 Associate AD5/DIO5 Either Associated Indicator, Analog Input 5 or Digital I/O 5
16 RTS / AD6 / DIO6 Either Request-to-Send Flow Control, Analog Input 6 or Digital I/O 6
17 AD3 / DIO3 Either Analog Input 3 or Digital I/O 3
18 AD2 / DIO2 Either Analog Input 2 or Digital I/O 2
19 AD1 / DIO1 Either Analog Input 1 or Digital I/O 1
2.4. Rangkaian Pembagi Tegangan Sebagai Pemantau Catu Daya
Pemantau kondisi catu daya menggunakan rangkaian pembagi tegangan sebagai input yang akan diproses oleh mikrokontroler. Gambar 2.5 menunjukkan rangkaian pembagi tegangan secara sederhana.
Sumber : William, dkk., 1990
Gambar 2.5. Rangkaian Pembagi Tegangan
Tegangan baterai (Vin) akan masuk kedalam rangkaian pembagi tegangan dengan resistor (R) yang telah dipilih sesuai dengan perhitungan agar menghasilkan output (Vout) seperti yang diinginkan. Nilai tegangan (Vout) yang hasilkan dapat dihitung menggunakan persamaan 2.1. (William, dkk. 1990)
in
out xV
R R
R V
2 1
1
(2.1)
Output yang dihasilkan oleh rangkaian pembagi tegangan selanjutnya akan menjadi input mikrokontroler melalui port Analog to Digital Converter (ADC). Tegangan yang masuk kedalam port ADC mikrokontroler kemudian akan dikonversi menjadi nilai digital. Nilai yang dihasilkan kemudian akan dibandingkan dengan tegangan yang diberikan pada port Aref. Nilai digital yang dihasilkan dapat dihitung menggunakan persamaan 2.2. (Deddy, 2010)
1024
x A
V ADC
ref o
2.5. Mikrokontroler AVR
Mikrokontroler AVR merupakan salah satu jenis arsitektur mikrokontroler yang menjadi andalan Atmel. Arsitektur ini dirancang memiliki berbagai kelebihan dan merupakan penyempurnaan dari arsitektur mikrokontroler yang sudah ada.
Berbagai seri mikrokontroler AVR telah diproduksi oleh Atmel dan digunakan di dunia sebagai mikrokontroler yang bersifat low cost dan high performance. Mikrokontroler AVR banyak dipakai karena fiturnya yang cukup lengkap, mudah untuk didapatkan, dan harganya yang relatif terjangkau.
Sumber : Atmel, 2003
Gambar 2.6. Arsitektur Mikrokontroler AVR Keterangan:
a. Flash adalah suatu jenis read only memory yang biasanya diisi dengan program hasil buatan manusia yang harus dijalankan oleh mikrokontroler b. Random Acces Memory (RAM) merupakan memori yang membantu CPU
c. Electrically Erasable Programmable Read Only Memory (EEPROM) adalah memori untuk penyimpanan data secara permanen oleh program yang sedang
running
d. Port I/O adalah kaki untuk jalur keluar atau masuk sinyal sebagai hasil keluaran ataupun masukan bagi program
e. Timer adalah modul dalam hardware yang bekerja untuk menghitung waktu/pulsa
f. Universal Asynchronous Receive Transmit (UART) adalah jalur komunikasi data khusus secara serial asynchronous
g. Pulse Width Modulation (PWM) adalah fasilitas untuk membuat modulasi pulsa
h. Analog to Digital Converter (ADC) adalah fasilitas untuk dapat menerima sinyal analog dalam range tertentu untuk kemudian dikonversi menjadi suatu nilai digital dalam range tertentu
i. Serial Peripheral Interface (SPI) adalah jalur komunikasi data khusus secara serial secara serial synchronous
j. In System Programming (ISP) adalah kemampuan khusus mikrokontroler untuk dapat diprogram langsung dalam sistem rangkaiannya dengan membutuhkan jumlah pin yang minimal
2.6. Sensor Gas Karbon Monoksida (MQ-7)
mengikuti setpoint yang kita tentukan. Sensor gas karbon monoksida mempunyai 6 (enam) pin, 4 (empat) pin diantaranya digunakan untuk mengambil sinyal yang dihasilkan dan 2 (dua) pin lainnya digunakan untuk memberikan pemanasan. (Hanwei Electronics Co. Ltd.). Struktur serta spesifikasi sensor gas karbon monoksida dapat ditunjukkan pada gambar 2.7 dan tabel 2.3 berikut.
Sumber : Hanwei Electronics Co. Ltd.
Gambar 2.7. Struktur Sensor Gas Karbon Monoksida Tabel 2.3. Spesifikasi Sensor Gas Karbon Monoksida
(Hanwei Electronics Co. Ltd.)
Symbol Parameter name Technical Condition Remark
Vc Circuit voltage 5V±0.1 Ac or Dc
VH (H) Heating voltage (high) 5V±0.1 Ac or Dc
VH (L) Heating voltage (low) 1.4V±0.1 Ac or Dc
RL Load resistance Can adjust
RH Heating resistance 33Ω±5% Room temperature
TH (H) Heating time (high) 60±1 seconds
TH (L) Heating time (low) 90±1 seconds
19
[image:30.595.93.505.227.550.2]Penelitian dilakukan dengan merancang beberapa node yang akan dipasang seperti pada gambar 3.1 berikut.
Gambar 3.1. Pemasangan Node
Dari gambar 3.1 dapat dilihat bahwa penelitian ini menggunakan 4 buah
sensor gas karbon monoksida. Pada salah satu node penulis memberikan rangkaian pemantau catu daya yang berfungsi memberikan informasi pemakaian daya.
3.1. Alat dan Bahan Penelitian
Alat dan bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut.
1. Power supply digunakan untuk memberi daya pada masing-masing rangkaian. 2. Gas karbon monoksida digunakan sebagai bahan penelitian yang akan
dipantau oleh sensor.
3. Variable Resistor (VR) digunakan untuk menentukan output pada rangkaian pembagi tegangan yang digunakan pada rangkaian pemantau catu daya.
4. LED digunakan sebagai indikator rangkaian pemantau catu daya.
5. Konektor blackhouse digunakan untuk menghubungkan atau mengkonfigurasi pin I/O dari modul minimum sistem dengan rangkaian pemantau catu daya, modul sensor gas karbon monoksida atau modul wireless Xbee-Pro.
6. Multimeter digunakan untuk mengukur tegangan yang dihasilkan oleh masing-masing rangkaian.
7. Bagian elektronik pada setiap node terdapat modul-modul elektronika diantaranya modul sensor gas karbon monoksida, modul komunikasi wireless
8. Peralatan pendukung yang diperlukan untuk merancang perangkat keras adalah tang potong, solder, timah, penyedot timah, dan beberapa mur-baut sesuai keperluan.
9. Personal computer digunakan untuk mendesain rangkaian pemantau catu daya.
3.2. Jalan Penelitian
Penelitian ini dikerjakan dalam beberapa langkah sistematis yang saling berurutan. Langkah-langkah yang dilakukan dalam menyelesaikan penelitian ditunjukkan pada gambar 3.2 berikut.
Gambar 3.2. Blok Diagram Langkah-langkah Penelitian
Penelitian dimulai dengan mengumpulkan literatur pendukung dalam merancang dan membuat perangkat keras atau perangkat lunak. Literatur diperoleh dari buku bahan-bahan kuliah dan referensi dari situs-situs internet. Langkah selanjutnya adalah mempersiapkan perangkat keras yang akan digunakan dalam penelitian. Tahap berikutnya adalah konfigurasi dan perancangan perangkat keras. Langkah berikutnya adalah merancang dan membuat program monitoring. Pengujian pada tiap modul elektronik dan pengujian sistem secara keseluruhan akan dilakukan hingga pada akhirnya penelitian diakhiri dengan pembuatan laporan.
3.2.1. Studi Literatur
Studi literatur dalam penelitian ini meliputi studi kepustakaan dan penelitian laboratorium. Dengan cara ini penulis berusaha untuk mendapatkan dan mengumpulkan data-data, informasi, konsep-konsep yang bersifat teoritis dari buku bahan-bahan kuliah dan referensi dari internet yang berkaitan dengan permasalahan. Antara lain Wireless Sensor Network (WSN), modul komunikasi
wireless 802.15.4 Xbee-Pro, mikrokontroler AVR, sensor gas karbon monoksida (MQ-7), dan rangkaian pemantau catu daya. Teori dan informasi yang sudah diperoleh merupakan pendukung untuk melakukan langkah selanjutnya yang berhubungan dengan perancangan perangkat keras dan perangkat lunak.
3.2.2. Perancangan Perangkat Keras
[image:33.595.89.510.296.588.2]Langkah-langkah yang dilakukan dalam perancangan perangkat keras ditunjukkan pada gambar 3.3 berikut.
A. Rangkaian Pemantau Catu Daya
[image:34.595.89.507.250.572.2]Rangkaian pemantau catu daya berfungsi untuk memberikan informasi penggunaan daya pada salah satu node. Informasi ini akan dikirim menuju node coordinator yang selanjutnya akan ditampilkan pada personal computer. Untuk membaca kondisi catu daya maka rangkaian dibuat seperti ditunjukkan pada gambar 3.4 berikut.
Gambar 3.4. Rangkaian Pemantau Catu Daya
Untuk mendapatkan hasil yang sesuai maka dibutuhkan rangkaian pembagi tegangan. Besar output yang dihasilkan oleh rangkaian pembagi tegangan dapat dihitung sesuai dengan rumus 2.1. Berikut adalah perhitungan
output yang dihasilkan rangkaian pembagi tegangan jika baterai dalam kondisi penuh.
Tegangan Vbatt dapat berubah-ubah sesuai dengan tegangan baterai. Tegangan baterai yang dipantau adalah lebih dari 10,9 volt dan kurang dari sama dengan 12 volt. Dalam kondisi lebih dari sama dengan 12 volt kondisi baterai dikatakan dalam keadaan penuh dan kondisi kosong apabila kurang dari 10,9 volt. Dari gambar 3.4 tegangan Vo yang dihasilkan oleh rangkaian pembagi tegangan yang terhubung dengan tegangan baterai akan dibandingkan dengan tegangan 3 volt yang tersambung pada pin Aref mikrokontroler. Tegangan 3 volt yang digunakan sebagai tegangan referensi dihasilkan dari rangkaian pembagi tegangan yang terhubung dengan pin output LM7805 yang menghasilkan tegangan +5 volt. Tabel 3.1 menunjukkan kondisi baterai mulai dari kondisi penuh sampai tidak dapat lagi menjalankan sistem.
Tabel 3.1. Kondisi Baterai Saat Penuh Sampai Tidak Dapat Menjalankan Sistem V Batt (Volt) Waktu (Menit) LM7805 Regulator 12v-5v (Volt) Referensi Tegangan
(Aref)
14.05 0 6.97 3.04
14.02 5 6.97 3.04
13.97 10 6.97 3.04
13.93 15 6.97 3.04
13.87 20 6.97 3.04
13.83 25 6.97 3.04
13.77 30 6.97 3.04
13.58 35 6.97 3.04
13.41 40 6.97 3.04
13.28 45 6.97 3.04
12.73 50 6.97 3.04
12.28 55 6.97 3.04
11.98 60 6.97 3.04
11.87 62 6.95 3.03
11.58 65 6.93 3.01
V Batt (Volt) Waktu (Menit) LM7805 Regulator 12v-5v (Volt) Referensi Tegangan
(Aref)
10.73 70 6.88 2.96
10.53 71 6.82 2.91
10.44 72 6.74 2.84
10.35 73 6.59 2.72
10.21 74 6.48 2.64
9.94 75 6.32 2.56
9.79 76 6.14 2.49
9.58 77 5.95 2.43
Keterangan :
: Dalam keadaan penuh (Tegangan baterai dalam kondisi penuh lebih dari sama dengan 12 volt)
: Dalam keadaan normal (Tegangan baterai dalam nilai range yang ditentukan lebih dari 10,9 volt dan kurang dari sama dengan 12 volt) : Dalam keadaan waspada/kosong (Tegangan baterai dalam kondisi
waspada atau kosong kurang dari 10,9 volt)
: Dalam keadaan kosong (kondisi baterai sudah tidak dapat digunakan
untuk menjalankan sistem)
ADC yang digunakan dalam penelitian ini adalah ADC (8bit). Tegangan Vo juga digunakan untuk menentukan nilai ADC pada mikrokontroler sesuai dengan rumus 2.2. Berikut adalah perhitungan nilai ADC yang dihasilkan jika Vo dalam keadaan maksimal.
256 3 3 x V V ADC 256 ADC
dipantau melalui 4 (empat) buah LED sebagai indikator. Masing-masing LED menandakan kondisi catu daya yang seperti yang ditunjukkan pada Tabel 3.2 berikut.
Tabel 3.2. Indikator Kondisi Catu Daya
Vbatt ADC Indikator LED
Vbatt ≥ 12 ADC ≥ 254 LED1 LED2 LED3 LED4 11,4 < Vbatt ≤ 11,9 243 < ADC ≤ 253 LED2 LED3 LED4 10,9 < Vbatt ≤ 11,4 233 < ADC ≤ 243 LED3 LED4
Vbatt ≤ 10,9 ADC ≤ 233 LED4
B. Konfigurasi Modul WSN Tiap Node
Konfigurasi modul adalah menghubungkan beberapa modul antara lain, rangkaian pemantau catu daya, modul sensor gas MQ7 dan modul wireless Xbee-Pro dengan modul minimum sistem. Modul minimum sistem sendiri dibuat untuk mendukung kerja dari microchip ATmega dimana microchip tidak bisa berdiri sendiri melainkan harus ada rangkaian dan komponen pendukung seperti halnya rangakaian catu daya, kristal dan lain sebagainya yang biasanya disebut minimum sistem.
Microchip berfungsi sebagai otak dalam mengolah semua instruksi baik
Gambar 3.5. Blok Diagram Konfigurasi Modul
Pada Tugas Akhir ini penulis membagi rangkaian minimum sistem menjadi 4 (empat) bagian yang terdapat pada masing-masing node. Pada node 1 menggunakan minimum sistem ATmega 8535, node 2 dan node 3 menggunakan minimum sistem ATmega 8, sedangkan pada node coordinator menggunakan minimum sistem ATmega 128.
B.1. Minimum Sistem Node 1
Pada node 1 menggunakan minimum sistem ATmega 8535 yang terdiri dari microchip ATmega 8535, rangkaian oscillator, rangkaian reset, rangkaian konektor
untuk downloader program, dan beberapa pin I/O lainnya. Microchip ATmega8535
sendiri mempunyai 40 pin I/O yang beberapa pin I/O memiliki fungsi sebagai komunikasi I2C dan ADC, serta memiliki kemampuan untuk melakukan komunikasi data serial. Berikut tabel daftar pin I/O minimum sistem yang digunakan dalam node 1.
Modul Gas MQ7
Modul
Minimum
Sistem Rangkaian
Pemantau Catu daya
Tabel 3.3. Pin I/O Minimum Sistem node 1
Pin I/O Fungsi
Vcc Power 5v
Gnd Ground
PD0/Rx Sebagai pin Tx Xbee-Pro PD1/Tx Sebagai pin Rx Xbee-Pro
PC0 Sebagai jalur SCL (clock) dari sensor MQ-7 PC1 Sebagai jalaur SDA (data) dari sensor MQ-7 Reset Mereset program
PB (bit 0, 1, 2) PB (bit 4, 5, 6, 7)
Sebagai Pin RS, RD, EN (LCD) Sebagai Pin D4, D5, D6, D7 (LCD)
[image:39.595.95.511.305.557.2]Dari tabel 3.3 sensor MQ7 terhubung dengan mikrokontroler dengan menggunakan Inter Integrated Circuit (I2C) pada port C0 dan port C1, sedangkan Xbee-Pro terhubung dengan UART-TTL pada port D0 dan port D1. Berikut gambar diagram skematik minimum sistem node 1.
Gambar 3.6. Diagram Skematik Minimum Sistem Node 1
B.2. Minimum Sistem Node 2
[image:40.595.86.510.285.603.2]Pada node 2 menggunakan minimum sistem ATmega8 yang terdiri dari microchip ATmega8, rangkaian oscillator, rangkaian reset, rangkaian konektor untuk downloader program, dan beberapa pin I/O lainnya. Microchip ATmega8 sendiri mempunyai 28 pin I/O yang beberapa pin I/O memiliki fungsi sebagai komunikasi I2C dan ADC, serta memiliki kemampuan untuk melakukan komunikasi data serial. Pada minimum sistem ATmega8 port C mempunyai 2 fungsi yaitu sebagai komunikasi I2C dan juga komunikasi ADC. Jika port C dibuka sebagai pin komunikasi ADC maka port C tidak bisa digunakan sebagai pin komunikasi I2C atau sebagai pin I/O lainnya. Pada minimum sistem node 2 ini port C digunakan sebagai pin I/O untuk komunikasi I2C. Tabel 3.4 merupakan daftar pin I/O minimum sistem yang digunakan dalam node 2.
Tabel 3.4. Pin I/O Minimum Sistem node 2
Pin I/O Fungsi
Vcc Power 5v
Gnd Ground
PD0/Rx Sebagai pin Tx Xbee-Pro PD1/Tx Sebagai pin Rx Xbee-Pro
PC5 Sebagai jalur SCL (clock) dari sensor MQ-7 PC4 Sebagai jalaur SDA (data) dari sensor MQ-7 Reset Mereset program
PD (bit 5, 6, 7) PC (bit 3, 2, 1, 0)
Sebagai Pin RS, RD, EN (LCD) Sebagai Pin D4, D5, D6, D7 (LCD)
Gambar 3.7. Diagram Skematik Minimum Sistem Node 2
Minimum sistem pada node 2 berfungsi untuk memproses data sensor yang telah diterima oleh XBee-Pro Rx yang berasal dari node 1, serta memproses
input data dari sensor gas karbon monoksida (MQ7) yang terhubung dengan port
I2C pada mikrokontroler. Selanjutnya minimum sistem node 2 akan mengirimkan data sensor node 1 dan node 2 ke XBee-Pro Tx agar diteruskan menuju XBee-Pro Rx yang terpasang pada node coordinator.
B.3. Minimum Sistem Node 3
Tabel 3.5. Pin I/O Minimum Sistem node 3
Pin I/O Fungsi
Vcc Power 5v
Gnd Ground
PD0/Rx Sebagai pin Tx Xbee-Pro PD1/Tx Sebagai pin Rx Xbee-Pro
PD6 Sebagai jalur SCL (clock) dari sensor MQ-7 PD7 Sebagai jalaur SDA (data) dari sensor MQ-7 Reset Mereset program
PC (0) Sebagai jalur ADC rangkaian pemantau catu daya Dari tabel 3.5 sensor MQ7 terhubung dengan mikrokontroler dengan menggunakan komunikasi Inter Integrated Circuit (I2C) pada port D6 dan port
D7, sedangkan rangkaian pemantau catu daya terhubung dengan Analog to Digital Converter (ADC) pada port C0 serta Xbee-Pro terhubung dengan UART-TTL pada port D0 dan port D1. Gambar 3.8 menunjukkan diagram skematik minimum sistem node 3.
Gambar 3.8. Diagram Skematik Minimum Sistem Node 3
mengirimkan data sensor yang diterima dari XBee-Pro Rx serta gas karbon monoksida (MQ7) dan rangkaian catu daya ke XBee-Pro Tx agar diteruskan menuju XBee-Pro Rx yang terpasang pada node coordinator. Apabila node 2 dalam keadaan hidup maka minimum sistem node 3 hanya akan mengirimkann data sensor node 3 dan data rangkaian pemantau catu daya menuju node coordinator.
B.4. Minimum Sistem Node Coordinator
Pada node coordinator menggunakan minimum sistem Atmega128 yang terdiri dari microchip Atmega128, rangkaian oscillator, rangkaian reset, rangkaian
konektor untuk downloader program, dan beberapa pin I/O lainnya. Microchip
ATmega128 sendiri mempunyai 64 pin I/O yang beberapa pin I/O memiliki fungsi sebagai komunikasi I2C dan ADC, serta memiliki kemampuan untuk melakukan komunikasi data serial. Minimum sistem ATmega128 memiliki 2 (dua) komunikasi UART. Pada Tugas akhir ini UART0 digunakan sebagai komunikasi serial RS-232, sedangkan UART1 digunakan sebagai komunikasi UART-TTL. Tabel 3.6 merupakan daftar pin I/O minimum sistem yang digunakan dalam node coordinator.
Tabel 3.6. Pin I/O Minimum Sistem Node Coordinator
Pin I/O Fungsi
Vcc Power 5v
Gnd Ground
PD2/Rx Sebagai pin Rx Xbee-Pro PD3/Tx Sebagai pin Tx Xbee-Pro
Reset Mereset program PE0/RX Sebagai pin Rx RS232 PE1/TX Sebagai pin Tx RS232 PA (bit 0, 1, 2)
PA (bit 4, 5, 6, 7)
Dari tabel 3.6 personal computer terhubung dengan mikrokontroler menggunakan komunikasi serial pada port E0 dan port E1 , sedangkan Xbee-Pro terhubung dengan komunikasi serial UART-TTL pada port D2 dan port D3. Diagram skematik minimum sistem node coordinator dapat ditunjukkan pada gambar 3.9 berikut.
Gambar 3.9. Diagram Skematik Minimum Sistem Node Coordinator
Minimum sistem pada node coordinator berfungsi untuk memproses data yang telah diterima oleh XBee-Pro Rx yang berasal dari node 1, node 2 dan node
3. Selanjutnya minimum sistem akan mengirimkan data tersebut ke personal computer.
3.2.3. Perancangan Perangkat Lunak
A. Konfigurasi Parameter Modul XBee-Pro
mendeteksi melalui communication port, selanjutnya menjalankan software X-CTU dengan mengatur baudrate dan communication port yang telah terdeteksi oleh komputer kemudian klik test/query. Konfigurasi awal modul XBee-Pro dapat dilihat pada gambar 3.10 berikut.
Gambar 3.10. Konfigurasi Awal Modul Xbee-Pro
Jika Xbee-Pro berhasil terhubung dengan software X-CTU, maka akan keluar jendela baru yang menunjukkan keterangan type, firmware & serial number Xbee-Pro seperti ditunjukkan pada gambar 3.11 berikut.
Gambar 3.11. Xbee-Pro Setelah Berhasil Terhubung Dengan XCTU
dengan rule yang di inginkan. Gambar 3.12 dan gambar 3.13 menunjukkan konfigurasi parameter Xbee-Pro.
Gambar 3.12. Konfigurasi Parameter XBee-Pro Pada Node 2 dan Node 3
Gambar 3.13. Konfigurasi Parameter XBee-Pro Pada Node 1 dan NodeCoordinator
Gambar 3.12 merupakan konfigurasi parameter untuk node 2 dan node 3. Sedangkan gambar 3.13 merupakan konfigurasi parameter untuk node 1 dan node coordinator. Langkah pertama untuk mengkonfigurasi pada menu modem configuration adalah membaca versi serta parameter Xbee-Pro dengan klik tombol
mengubah parameter agar XBee-Pro dapat berkomunikasi sesuai dengan aturan yang diinginkan. Parameter yang perlu diubah antara lain :
1) ID (Networking {Addressing}) Merupakan perintah pengalamatan PAN (Personal Area Network) dimana nilainya harus sama untuk satu jaringan. Pada penelitian ini nilai PAN ID dirubah menjadi 3 untuk semua node,
2) DL (Destination Address Low) merupakan perintah untuk mengatur alamat yang
akan dituju oleh Xbee-Pro. Pada node 2 dan node 3 nilai DL diubah menjadi 0
sedangkan untuk node 1 dan node coordinator nilai DL diubah menjadi 3. Hal ini dilakukan agar komunikasi berjalan sesuai dengan topologi,
3) MY (Source Address) merupakan perintah untuk mengatur alamat dari Xbee-Pro (alamat diri sendiri), nilai dari “DL” dan “MY” tidak boleh sama. Pada node 2 dan
node 3 nilai MY diubah menjadi 3 sedangkan pada node 1 dan node coordinator nilai
MY diubah menjadi 0,
4) CH (Chanel) merupakan perintah set/read dari Xbee-Pro dimana nilai awalnya
adalah C dan nilainya harus sama. Pada penelitian ini Chanel yang digunakan
adalah chanel awal yaitu C untuk semua node,
5) BD (Baud Rate) merupakan kecepatan pengiriman data serial dimana nilai awalnya adalah 9600. Pada penelitian ini boudrate yang digunakan adalah
boudrate awal yaitu 9600 untuk semua node.
B. Perancangan Program Monitoring
Gambar 3.14. Blok Diagram Program Monitoring
Dari gambar 3.14 dapat dilihat bahwa input program monitoring barasal dari node coordinator. Data yang dikirim berupa nilai dari sensor gas karbon monoksida (MQ-7) yang dihasilkan oleh node 1, node 2, dan node 3 serta nilai penggunaan catu daya dari node 3. Data yang berasal dari node coordinator dikirim melalui UART RS-232 yang terhubung dengan personal computer.
Selanjutnya data akan ditampilkan dan disimpan kedalam database excel sebagai informasi. Diagram alir program monitoring dapat dilihat pada gambar 3.15 berikut.
Gambar 3.15. Diagram Alir Program Monitoring
Pada saat program pertama kali dijalankan yang dilakukan adalah inisialisasi communication port serta membuat folder untuk menyimpan file
sebagai database. Berikut adalah potongan program inisialisasi communication port serta membuat folder database.
Private Sub Command1_Click() On Error Resume Next
If Dir$("d:\Data Sensor\") = "" Then MkDir "d:\Data Sensor\"
End If
MSComm1.PortOpen = True Command1.Enabled = False End Sub
Langkah selanjutnya adalah mengidentifikasi input data sensor gas karbon monoksida sesuai dengan header yang telah diatur pada program mikrokontroler masing-masing node. Pemberian header berfungsi untuk memisahkan data yang berasal dari node 1, node 2, dan node. Data sensor dan penggunaan catu daya yang telah diterima selanjutnya akan ditampilkan pada list dan digambarkan dengan grafik yang berfungsi sebagai informasi pencemaran udara seperti yang ditunjukkan gambar 3.16 berikut.
[image:49.595.95.503.278.520.2]START Inisialisasi Tampilkan Data Terima Data Y Data Sensor Node 1 Tampilkan Data Simpan Data Pada Excel Data Sensor Node 2 Simpan Data Pada Excel Tampilkan Data Data Catu Daya Simpan Data Pada Excel Tampilkan Data Data Sensor Node 3 Simpan Data Pada Excel T T Y T Y Y T T Y
Gambar 3.16. Diagram Alir Proses Penerimaan Data
Setelah data diseleksi dan ditampilkan, data hasil pencemaran udara yang dihasilkan oleh sensor gas karbon monoksida (MQ-7) serta nilai penggunaan catu daya akan disimpan kedalam database excel yang ditempatkan pada direktori yang telah dibuat sebelumnya. Berikut adalah program input data kedalam
database excel.
FileName = "D:\Data Sensor\Data Sensor" + ".xls" freefl = FreeFile
Open FileName For Append As #freefl
Print #freefl, Text1.Text + vbTab + Text4.Text + vbTab + Text2.Text + vbTab + Text5.Text + vbTab + Text3.Text + vbTab + Text6.Text + vbTab + Text7.Text
3.3. Langkah Pengujian
Pengujian kinerja sistem dalam penelitian ini terdiri dari 3 (tiga) bagian antara lain :
1) pengujian modul pendukung, dimulai dengan melakukan pengujian pada minimum sistem, rangkaian pemantau catu daya, modul wireless Xbee-Pro dan sensor gas karbon monoksida MQ-7,
2) pengujian program monitoring pada personal computer, merupakan pengujian yang dilakukan untuk mengetahui apakah data dapat diterima dengan baik. 3) pengujian sistem secara keseluruhan, merupakan pengujian transmisi data
melalui beberapa node yang selanjutnya akan ditampilkan dan disimpan pada
personal computer.
3.3.1. Pengujian Modul Pendukung A. Modul Minimum Sistem
Langkah Pengujian minimum sistem bertujuan untuk mengetahui apakah minimum sistem dapat melakukan proses signature dan download program ke
microcontroller dengan baik. Langkah pengujian minimum sistem dapat ditunjukkan pada tabel 3.7.
Tabel 3.7. Langkah Pengujian Modul Minimum Sistem
Tujuan Alat dan
Bahan Input
Output yang diharapkan
Indikator keberhasilan Untuk mengetahui
apakah minimum sistem dapat melakukan proses
signature dan
download program ke mikrokontroler
Komputer,
software CV AVR, sumber tegangan, kabel USB to mikro USB dan downloader. Program melalui software CV AVR Minimum sistem dapat melakukan download
program ke mikrokontroler
CV AVR
dapat
membaca jenis mikrokontroler pada menu
Selain untuk melakukan dowload program pengujian ini juga bertujuan untuk memastikan bahwa rangkaian minimum sistem dapat berinteraksi dengan rangkaian pemantau catu daya, modul sensor gas karbon monoksida MQ-7 dan modul wireless Xbee-Pro.
B. Rangkaian Pemantau Catu Daya
Langkah Pengujian rangkaian pemantau catu daya bertujuan untuk mengetahui kondisi catu daya pada salah satu node. Langkah pengujian dimulai dengan memberikan input pada rangkaian pembagi tegangan berupa tegangan yang berasal dari power supply. Output yang dihasilkan oleh rangkaian ini dapat disesuaikan menggunakan variabel resistor (VR) sehingga menghasilkan tegangan seperti yang diinginkan. Tabel 3.8 menunjukkan langkah pengujian rangkaian pemantau catu daya.
Tabel 3.8. Langkah Pengujian Rangkaian Pemantau Catu Daya Tujuan Alat dan
Bahan Input
Output yang diharapkan Indikator keberhasilan Untuk mengetahui kondisi catu daya pada
node 3
Sumber tegangan, multimter Tegangan dari Baterai (Vbatt) Nilai yang dihasilkan oleh rangkaian pembagi tegangan sesuai dengan tabel 3.1
Nilai ADC sesuai dengan
range pada tabel 3.2
C. Modul Wireless Xbee-Pro
[image:52.595.94.519.283.492.2]Langkah pengujian modul wireless Xbee-Pro bertujuan untuk mengetahui bahwa modul wireless Xbee-Pro telah bekerja dengan baik. Langkah pengujian ini membutuhkan beberapa alat dan bahan agar pengujian dapat berjalan dengan baik. Langkah pengujian dimulai dengan memberikan input berupa data karakter agar dikirimkan ke modul wireless Xbee-Pro lainnya, seperti yang ditunjukkan pada tabel 3.9.
Tabel 3.9. Langkah Pengujian Modul Xbee-Pro Tujuan Alat dan
Bahan Input
Output yang diharapkan Indikator keberhasilan Untuk mengetahui konfigurasi parameter Xbee-Pro, apakah sudah berjalan sesuai dengan aturan yang telah dibuat
Komputer,
software
XCTU, kabel USB
Data Karakter Xbee-Pro dapat saling berkomunikasi sesuai rule
yang dibuat
Xbee-Pro dapat menerima data karakter yang
dikirimkan
Pengujian ini dikatakan berhasil apabila modul wireless Xbee-Pro dapat mengirim dan menerima data sesuai dengan konfigurasi parameter yang telah dibuat.
D. Modul Sensor Gas MQ-7
Langkah pengujian modul sensor gas karbon monoksida MQ-7 dimulai dengan menghubungkan output sensor gas karbon monoksida MQ-7 dengan port
menampilkan data ke dalam LCD. Untuk mendapatkan nilai respon sensor terhadap kandungan gas karbon monoksida dilakukan pengujian dengan mendekatkan gas buang kendaraan bermotor. Langkah pertama melakukan pengujian tanpa adanya gas buang motor, langkah kedua melakukan pengujian menggunakan gas buang motor dengan menjauhkan sensor, langkah ketiga mendekatakan sensor dengan gas buang motor untuk mengetahui perbedaan nilai yang dihasilkan oleh sensor MQ7. Pengujian sensor gas karbon monoksida dapat ditunjukkan pada tabel 3.10.
Tabel 3.10. Langkah Pengujian Modul Sensor Gas MQ-7 Tujuan Alat dan
Bahan Input
Output yang diharapkan
Indikator keberhasilan Untuk
mengetahui nilai respon sensor
terhadap kandungan gas karbon monoksida
Sumber tegangan, minimum sistem,
software CV AVR,
komputer, LCD
Gas Karbon Monoksida
Sensor MQ-7 dapat
menghasilkan nilai gas karbon
monoksida
Adanya perubahan nilai yang dihasilkan sensor
Output yang dihasilkan oleh sensor gas MQ-7 akan ditampilkan dalam sebuah LCD, nilai inilah yang akan digunakan sebagai acuan untuk memantau gas karbon monoksida.
E. Pengiriman Data Modul Minimum Sistem Menggunakan Modul Wireless
Xbee-Pro
Xbee-Pro telah dapat bekerja dengan modul minimum sistem. Langkah selanjutnya adalah memberikan cuplikan program pada mikrokontoler yang berisi data untuk dikirim secara serial melalui modul Xbee-Pro. Pengujian pengiriman data modul minimum sistem melalui modul wireless xbee-pro ditunjukkan pada tabel 3.11.
Tabel 3.11. Langkah Pengujian Modul Minimum Sistem Tujuan Alat dan
Bahan Input
Output yang diharapkan Indikator keberhasilan Untuk mengetahui modul wireless Xbee-Pro telah dapat bekerja dengan modul minimum sistem Sumber tegangan, minimum sistem, Xbee-Pro, software
CV AVR, kabel USB to mikro USB dan
downloader.
Data random
program pada mikrokontoler Kesesuaian data yang dikirim dan diterima oleh PC, serta menampilkan data pada menu terminal CV AVR. PC dapat menerima data yang dikirimkan oleh minimum sistem.
3.3.2. Pengujian Program Pada Personal Computer
Langkah pengujian program pada personal computer bertujuan untuk memastikan bahwa data yang dikirim oleh tiap node dapat ditampilkan dan disimpan kedalam database excel. Pengujian dimulai dengan menghubungkan
node coordinator dengan personal computer menggunakan komunikasi serial RS-232. Setelah program dijalankan, data akan ditampilkan dan disimpan berdasarkan
Tabel 3.12. Langkah Pengujian Program Pada Personal Computer
Tujuan Alat dan
Bahan Input
Output yang diharapkan Indikator keberhasilan Untuk memastikan data yang dikirim oleh tiap node dapat ditampilkan dan disimpan kedalam database excel Sumber tegangan, minimum sistem, PC, kabel serial, modul wireless
Xbee-Pro, modul sensor MQ-7
Gas Karbon Monoksida
Data dapat ditampilkan dan disimpan kedalam database excel Personal computer dapat menampilkan dan menyimpan data sesuai yang dikirim oleh tiap node
3.3.3. Pengujian Jarak Akses Xbee-Pro
Langkah pengujian jarak akses Xbee-Pro bertujuan untuk memastikan batas maksimal jarak yang dapat dijangkau keseluruhan node. Pada pengujian jarak akses Xbee-Pro menggunakan kondisi line of sight (LOS) atau tanpa halangan. Pengujian ini dimulai dengan menghubungkan modul-modul sesuai dengan konfigurasi modul pada masing-masing node serta baterai sebagai catu daya untuk sistem. Pada pengujian ini terdapat 2 (dua) pengujian, yang pertama pengujian jarak akses antar node, dan yang kedua pengujian jarak akses keseluruhan node. Pengujian jarak akses antar node bertujuan untuk memastikan batas maksimal jarak yang dapat dijangkau antar node. Harapannya pada pengujian jarak akses keseluruhan node dengan menggunakan topologi tree, untuk
Tabel 3.13. Langkah Pengujian Jarak Akses Xbee-Pro Tujuan Alat dan
Bahan Input
Output yang diharapkan Indikator keberhasilan Untuk memastikan batas maksimal jarak akses yang dapat dijangkau keseluruhan node Sumber tegangan, modul minimum sistem, modul
wireless
Xbee-Pro, modul sensor MQ-7
Gas Karbon Monoksida
Dapat mengetahui jarak akses keseluruhan
node
Pada batas maksimal jarak akses antar node
46 4.1. Pengujian Minimum Sistem
4.1.1. Hasil Pengujian
Hasil pengujian minimum sistem ditunjukkan pada tabel 4.1. Tabel 4.1. Hasil Pengujian Minimum Sistem Tiap Node
Node ke- ChipSignature Download Program
1 Berhasil Berhasil
2 Berhasil Berhasil
3 Berhasil Berhasil
Coordinator Berhasil Berhasil
[image:57.595.91.505.247.738.2]Gambar 4.1. Tampilan ChipSignature
4.1.2. Pembahasan
Minimum sistem telah dapat membaca jenis mikrokontroller pada menu
chip signature seperti yang ditunjukkan pada gambar 4.1 Dari pengujian yang dilakukan pada sub bab 3.3.1 bagian A menjelaskan bahwa menu chip signature programmer dan download program dapat berhasil dikerjakan sesuai dengan indikator keberhasilan tabel 3.7 sehingga minimum sistem dapat bekerja dengan baik. Tampilan dari program chip signature pada code vision AVR yang akan digunakan untuk menuliskan program dan melakukan percobaan terhadap minimum sistem. Hasil program chip signature dan download program dapat dilihat pada gambar 4.1 dan gambar 4.2.
4.2. Pengujian Rangkaian Pemantau Catu Daya 4.2.1. Hasil Pengujian
[image:58.595.95.518.319.737.2]Hasil pengujian pemantau catu daya ditunjukkan pada tabel 4.2. Tabel 4.2. Hasil Pengujian Pemantau Catu Daya
Pengujian ke - Tegangan Catu Daya (Volt) Nilai ADC Yang Dihasilkan Indikator LED Kesesuaian Dengan Indikator Keberhasilan
1 12 255 Sesuai
2 11,9 253 Sesuai
3 11,8 252 Sesuai
4 11,7 250 Sesuai
5 11,6 248 Sesuai
6 11,5 245 Sesuai
7 11,4 243 Sesuai
8 11,3 241 Sesuai
9 11,2 238 Sesuai
10 11,1 236 Sesuai
11 11,0 234 Sesuai
12 10,9 231 Sesuai
Keterangan :
4.2.2. Pembahasan
Pengujian untuk setiap tegangan catu daya dilakukan sebanyak 5 (lima) kali percobaan. Nilai ADC yang dihasilkan digunakan sebagai kondisi outputport
B untuk menentukan indikator LED seperti yang ditunjukkan pada indikator keberhasilan tabel 3.8. Untuk mendapatkan nyala indikator yang sesuai dengan
range tegangan seperti yang ditunjukkan pada tabel 3.2, diperlukan penggunaan
variable resistor yang presisi.
Dari pengujian yang dilakukan pada sub bab 3.3.1 bagian B menjelaskan bahwa kondisi catu daya dapat dipantau dengan baik, nilai ADC dan indikator LED sesuai dengan tabel 3.2. Nilai ADC yang dihasilkan akan dikirimkan ke
personal computer untuk dikonversi kembali dalam satuan volt.
4.3. Modul Wireless Xbee-Pro 4.3.1. Hasil Pengujian
[image:59.595.99.520.293.697.2]Terdapat 4 (empat) hasil pengujian modul wireless Xbee-Pro pada masing-masing node ditunjukkan tabel 4.3 dan gambar berikut.
Tabel 4.3. Hasil Pengujian Wireless Xbee-Pro Pengiriman
Data Karakter Dari Node ke-
Penerimaan Data Pada Node ke-
1 2 3 Coordinator
1 Diterima Diterima Tidak
Diterima
2 Diterima Tidak
Diterima Diterima
3 Diterima Tidak
Diterima Diterima
Coordinator Tidak
Gambar 4.3. Pengiriman Data Karakter Dari Xbee-Pro Node 1
[image:60.595.97.555.86.570.2]Gambar 4.5. Pengiriman Data Karakter Dari Xbee-Pro Node 3
Gambar 4.6. Pengiriman Data Karakter Dari Xbee-Pro Node Coordinator
4.3.2. Pembahasan
[image:61.595.92.557.91.567.2]Gambar 4.4 menandakan modul wireless pada node 2 (com23) sedang melakukan pengiriman data yang ditunjukkan dengan tulisan warna biru pada terminal XCTU, pada modul wireless node 3 (com61) tidak menerima data sedangkan modul wireless node 1 (com8) menerima data yang ditunjukkan dengan tulisan warna merah pada terminal XCTU.
Pada gambar 4.5. menandakan modul wireless pada node 3 (com61) sedang melakukan pengiriman data yang ditunjukkan dengan tulisan warna biru pada terminal XCTU, pada modul wireless node 2 (com23) tidak menerima data sedangkan modul wireless node 1 (com8) menerima data yang ditunjukkan dengan tulisan warna merah pada terminal XCTU. Pada Gambar 4.6 menandakan modul wireless pada node coordinator (com9) sedang melakukan pengiriman data yang ditunjukkan dengan tulisan warna biru pada terminal XCTU dan modul
wireless node 1 (com8) tidak menerima data sedangkan modul wireless node 3 (com61) menerima data yang ditunjukkan dengan tulisan warna merah pada terminal XCTU.
4.4. Modul Sensor Gas Karbon Monoksida 4.4.1. Hasil Pengujian
Hasil pengujian sensor gas karbon monoksida ditunjukkan pada tabel 4.4. Tabel 4.4. Hasil Pengujian Sensor Gas Karbon Monoksida Tiap Node
Node
ke-
Pengambilan Data Sensor Gas Karbon Monoksida
1 Berhasil
2 Berhasil
3 Berhasil
[image:63.595.98.507.168.718.2]Gambar 4.7. Grafik Perubahan Nilai Sensor Sebelum Mendapatkan Gas Buang Motor
Gambar 4.8. Grafik Perubahan Nilai Sensor Setelah Mendapatkan Gas Buang Motor
R
esp
o
n
Valu
e
R
esp
o
n
Valu
e
Time (s)
4.4.2. Pembahasan
4.5. Pengiriman Data Modul Minimum Sistem ke Komputer Melalui Modul Xbee-Pro
4.5.1. Hasil Pengujian
Hasil pengujian pengiriman data dari minimum sistem ke komputer ditunjukkan pada tabel 4.5.
Tabel 4.5. Hasil Pengiriman Data dari Minimum Sistem ke Komputer Melalui Xbee-Pro pada Masing-Masing Node
Node Ke- Pengiriman Data Minimum Sistem ke Komputer Melalui Xbee-Pro
1 Berhasil
2 Berhasil
3 Berhasil
[image:65.595.93.504.230.597.2]Coordinator Berhasil
Gambar 4.9. Tampilan Penerimaan Data Pada Terminal CV AVR
4.5.2. Pembahasan
Data yang dikirim minimum sistem melalui Xbee-Pro merupakan data
oleh mikrokontroler secara berulang setiap 0,5 detik sesuai dengan perintah dari program yang diberikan.
Dari pengujian yang dilakukan pada sub bab 3.3.1 bagian E menjelaskan bahwa pengiriman data dari minimum sistem melalui Xbee-Pro dapat berjalan dengan baik sesuai dengan tabel keberhasilan 3.11. Data tersebut berhasil diterima dan ditampilkan pada terminal CV AVR seperti gambar 4.9.
4.6. Program Pada Personal Computer
4.6.1. Hasil Pengujian
Hasil pengujian program penerimaan dan penyimpanan data sensor pada
[image:66.595.91.522.305.638.2]personal computer ditunjukkan pada gambar berikut.
Gambar 4.11. File Penyimpanan Data Sensor Gas Karbon Monoksida
4.6.2. Pembahasan
4.7. Pengujian Jarak Akses Xbee-Pro 4.7.2. Hasil Pengujian
Tabel 4.6. Hasil Pengujian Jarak akses XBee-Pro Antar Node
No. Jarak
(Meter) Keterangan
1. 10 Ok
2. 20 Ok
3. 30 Ok
4. 40 Ok
5. 50 Ok
6. 55 Gagal
7. 60 Gagal
Tabel 4.7. Hasil Pengujian Jarak Akses Maksimal XBee-Pro
No.
Jarak (Meter) Jarak (Meter) Total Jarak (Meter) Keterangan Node 1 Node 2 Node 2 Node Coor
1 10 10 20 Ok
2 20 20 40 Ok
3 30 30 30 Ok
4 40 40 80 Ok
5 50 50 100 Ok
6 55 55 110 Gagal
7 60 60 120 Gagal
4.6.1. Pembahasan
Jarak akses antar node dalam penelitian ini adalah 50m dengan kondisi LOS. Total jarak akses maksimal node yang dapat dijangkau dalam keseluruhan
58 5.1. Kesimpulan
Kesimpulan dari penelitian ini adalah sebagai berikut.
1. Mikrokontroler telah dapat membaca output dari modul sensor gas karbon monoksida. Hal ini ditunjukkan dengan adanya perubahan nilai yang ditampilkan.
2. Rangkaian pemantau catu daya dapat memberikan informasi kondisi catu daya dengan baik. Hal ini ditunjukkan dengan indikator LED yang bekerja sesuai dengan kondisi tegangan power supply yang diberikan.
3. Jarak maksimal yang dapat dijangkau untuk pengiriman data pada masing-masing node adalah 50m. Sedangkan jarak maksimal yang dapat dijangkau oleh keseluruhan sistem adalah 100m.
4. Program pada personal computer telah berjalan sesuai dengan fungsinya untuk menampilkan dan menyimpan data hasil pembacaan sensor serta kondisi catu daya yang dihasilkan oleh masing-masing node.
5.2. Saran
Saran yang diberikan untuk mengembangkan peneli