RANCANG BANGUN JARINGAN SENSOR NIRKABEL BERBASIS ZIGBEE UNTUK PEMANTAUAN SUHU DAN KELEMBABAN

81  49 

Teks penuh

(1)

ABSTRAK

Dalam perangkat elektronik sensor merupakan sebuah divais yang sering digunakan untuk mengetahui suatu keadaan fisik di lingkungan. Dengan menggunakan teknologi jaringan telekomunikasi perkembangan sensor mengarah kepada pembentukan jaringan sensor nirkabel (JSN). Dalam pembuatan rancang bangun JSN berbasis zigbee untuk pemantauan suhu dan kelembaban dibagi menjadi tiga bagian utama yaitu nodal sensor, nodal koordinator dan antar muka pemantauan sistem beserta data logger. Nodal sensor akan mengirimkan data suhu dan kelembaban menuju nodal koordinator. Nodal koordinator menerima data tersebut dan meneruskannya ke komputer server untuk diolah sebagai antar muka pemantauan sistem JSN dengan menggunakan perangkat lunak LabVIEW. Sensor suhu yang digunakan yaitu LM35DZ dengan persentase kesalahannya adalah 0,86%, sensor kelembaban yang digunakan yaitu DHT11 dengan persentase kesalahannya adalah 2,36%. Pada sistem yang dibangun dapat mendukung jaringan komunikasi dengan topologi peer to peer, star dan mesh. Pengiriman data dapat berjalan dengan baik hingga jarak 100 meter untuk setiap nodal dengan persentase paket loss sebesar 0%. Data hasil pemantauan suhu dan kelembaban dapat disimpan secara otomatis sebagai data logger dengan format data (.txt).

(2)

ABSTRACT

WIRELESS SENSOR NETWORK DESIGN ZIGBEE BASED FOR MONITORING TEMPERATURE AND HUMIDITY

By

DANNY MAUSA

Electronic device sensor is a device that is often used to sense the physical state of the environment. With the development of telecommunication network using sensor technology leads to the formation of a wireless sensor network (WSN). In making zigbee-based WSN design for monitoring temperature and humidity are divided into three main parts: the nodal sensor, nodal coordinator and interface monitoring system along with the data logger. Nodal sensor will transmit data to the nodal temperature and humidity coordinator. Nodal coordinator receives the data and forwards it to the server to be processed as a computer interface system monitoring software WSN using LabVIEW. The temperature sensor used is LM35DZ with error percentage is 0.86%, the humidity sensor used is DHT11 with error percentage is 2.36%. In a system built to support the communication network topology peer to peer, star and mesh. Data transmission can work well up to a distance of 100 meters for each nodal the percentage of 0% packet loss. Data from monitoring temperature and humidity can be saved automatically as the data logger with data format (.txt).

(3)

RANCANG BANGUN JARINGAN SENSOR NIRKABEL BERBASIS ZIGBEE UNTUK PEMANTAUAN

SUHU DAN KELEMBABAN

Oleh DANNY MAUSA

Skripsi

Sebagai Saalah Satu Syarat untuk Mencapai Gelar SARJANA TEKNIK

Pada

Jurusan Teknik Elektro

Fakultas Teknik Universitas Lampung

FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS LAMPUNG

(4)
(5)
(6)
(7)

RIWAYAT HIDUP PENULIS

Penulis dilahirkan di desa Tanjung Harapan, kecamatan Seputih Banyak, Lampung Tengah, pada tanggal 14 Mei 1990. Penulis merupakan anak pertama dari dua bersaudara, dari Bapak Sudarna, S.Pd. dan Ibu Khori’ah.

Penulis pertama kali mengenyam pendidikan di TK

Aisiyah Seputih Banyak. Selanjutnya penulis

melanjutkan ke tingkat sekolah dasar di SD Negeri II Seputih Banyak, lulus tahun 2003. Sekolah Menegah Pertama (SMP) Negeri I Seputih Banyak, lulus tahun 2006. Sekolah Mengengah Atas (SMA) Negeri I Seputih Banyak, lulus tahun 2009. Penulis melanjutkan pendidikan ke jenjang perguruan tinggi di Universitas Lampung pada tahun 2010.

Penulis terdaftar sebagai mehasiswa di Universitas Lampung pada Jurusan Teknik Elektro melalui program Seleksi Nasional Masuk Perguruan Tinggi Negeri (SNMPTN). Setelah menginjak semester kelima, penulis memfokuskan diri pada konsentrasi Sistem Isyarat Elektronika (SIE). Selama menjadi mahasiswa, penulis menyandang jabatan sebagai asisten praktikum Dasar Sistem Kendali dan praktikum Sistem Kendali.

Penulis aktif dalam kegiatan lambaga organisasi di Lingkungan Jurusan Teknik Elektro yaitu Himpunan Mahasiswa Teknik Elektro (Himatro). Pada periode 2011-2012 penulis aktif sebagai anggota di Departemen Kerohanian dan pada periode 2012-2013 penulis menjabat sebagai anggota di Departemen Sosial dan Ekonomi. Penulis juga menjabat sebagai Kepala Biro Akademik Forum Studi dan Silaturahmi Fakultas Teknik (FOSSI FT) pada periode 2012-2013.

Pada tahun 2013, penulis melaksanakan Kerja Praktik (KP) di PT Gunung Madu Plantation selama satu bulan. Penulis menyelesaikan Kerja Praktik dengan menulis sebuah laporan yang berjudul : “ Pengendalian Kecepatan Motor

Konveyor Cross Carrier 1 menggunakan PLC OMRON C200HX pada Area

(8)

PERSEMBAHAN

Skri psi i ni Ananda persembahkan kepada :

Ayahanda dan I bunda

Sudarna, S.Pd. dan Khori ’ah

Adi kku

(9)

MOTTO

"Where there is a will there is a way !"

“Sesungguhnya Allah tidak akan mengubah nasib suatu

kaum kecuali kaum itu sendiri yang mengubah apa apa

yang ada pada diri mereka sendiri”

(QS. Ar-Ro'du (13):11)

Karena sesungguhnya sesudah kesulitan itu,

ada kemudahan”

(10)

ix

SANWACANA

Alhamdulillahirobbil’alamin, segala puji bagi Allah SWT atas limpahan rahmat dan karunia-Nya penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini yang berjudul

“Rancang Bangun Jaringan Sensor Nirkabel berbasis Zigbee Untuk Pemantauan

Suhu dan Kelembaban ” yang merupakan suatu syarat untuk memperoleh gelar

Sarjana Teknik pada Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas

Lampung.

Tugas Akhir ini dapat terselesaikan berkat doa dan dukungan, motivasi serta

bantuan dari berbagai pihak. Untuk itu, penulis mengucapkan terima kasih

kepada:

1. Bapak Prof. Suharno, M.Sc., Ph.D. selaku Dekan Fakultas Teknik.

2. Bapak Agus Trisanto, Ph. D. selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro.

3. Ibu Herlinawati, S.T., M.T. selaku Sekretaris Jurusan Teknik Elektro.

4. Bapak Dr. Eng. Helmy Fitriawan, S.T., M.Sc. selaku dosen pembimbing

utama, atas segala bimbingan, arahan, masukan, serta waktu yang telah

(11)

x 5. Bapak Agus Trisanto, Ph. D., selaku dosen pembimbing pendamping, atas

segala bimbingan, arahan, masukan, serta waktu yang telah diberikan pada

penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.

6. Bapak Muhamad Komarudin, S.T., M.T., selaku dosen penguji utama

dalam menyelesaikan tugas akhir ini.

7. Kepala Lab. Teknik Kendali Bapak Emir Nasrullah, S.T., M.Eng. atas

perhatian dan dukungan yang telah diberikan.

8. Kepala Lab. Pengukuran Besaran Elektrik Ibu Dr. Eng. Dikpride Despa,

S.T., M.T. atas dukungan yang telah diberikan.

9. Seluruh Ibu/Bapak Dosen Jurusan Teknik Elektro Universitas Lampung,

atas segala pembelajaran, bimbingan yang telah diberikan kepada penulis

selama menjadi mahasiswa Jurusan Teknik Elektro.

10.Mbak Ning, Mas Daryono dan Mbak Stevi atas semua bantuanya dalam

menyelesaikan administrasi di Jurusan Teknik Elektro.

11.Kedua orang tua penulis, Ibu dan Bapak tercinta, terimakasih untuk segala

yang telah diberikan, doa dan usaha, motivasi, dukungan sehingga penulis

dapat menyelesaikan pendidikan hingga perkuliahan.

12.Adikku tersayang, Muhammad Ibnu Ardhi Septian untuk kebersamaan,

semangat dan dukungan yang sangat berarti bagi penulis.

13.Ahmad Surya Arifin sebagai sahabat dan rekan dalam mengerjakan Tugas

Akhir ini.

14.Rekan-rekan seperjuangan, Angkatan 2010 Teknik Elektro Universitas

(12)

xi 15.All Crew Lab. Teknik Kendali, Mbak Anizar, Haki, kak Koko, kak Cipo,

kak Suhada, kak Ijong, Hajar, Pras, Grindra, Dirya, dan Restu.

16.All Crew Lab. Pengukuran Basaran Elektrik, Mas Makmur, kak Eko, Kak

Jum, Derry, Muth, Anwar, Kiki, Ayu, Agus, Oka, Petrus, Vina, Ikrom,

Citra, Ubay, Yona, Nurul, Niken dan Rasyid.

17.All Crew Lab. Sistem Energi Elektrik, Mas Rahman, Afrizal, Aji, Sam,

Abe, Seto dan Fendi.

18.Semua pihak yang tidak disebut satu per satu yang telah membantu serta

mendukung dari awal kuliah sampai terselesaikannya Tugas Akhir ini.

Penulis meminta maaf atas segala kesalahan dan ketidaksempurnaan

dalam penulisan Tugas Akhir ini. Kritik dan saran yang membangun

penulis harapkan demi kemajuan dan kebaikan dimasa mendatang.

Semoga Allah SWT membalas semua kebaikan semua pihak yang telah

membantu dalam penyelesaian Tugas Akhir ini.

Bandar Lampung, April 2015

Penulis,

(13)
(14)
(15)
(16)

xv

4.5.1. Topologi Star ... 72

4.5.2. Topologi Mesh ... 74

4.6. Pengukuran Konsumsi Daya ... 76

4.6.1. Konsumsi daya pada XBee S2 ... 77

4.6.2. Konsumsi daya pada nodal sensor ... 81

V. KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan ... 85

5.2. Saran ... 86

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN

(17)

DAFTAR GAMBAR

3.2 Komponen perangkat nodal koordinator ... 28

3.3 Diagram alir penelitian ... 30

3.11 Metode pengujian sensor kelembaban DHT11 ... 42

3.12 Konfigurasi XBee S2 sebagai coordinator ... 45

3.13 Konfigurasi XBee S2 sebagai router ... 46

(18)

xvii

3.21 Metode pengukuran konsumsi arus nodal sensor ... 53

4.1 Perangkat nodal sensor ... 55

4.2 Perangkat nodal koordinator ... 55

4.3 Antarmuka pemantauan sistem JSN ... 56

4.4 Pengujian sensor suhu LM35DZ ... 58

4.5 Grafik hubungan sensor LM35DZ dengan Testo 925 ... 59

4.6 Pengujian sensor kelembaban DHT11 ... 62

4.7 Akuisisi data perangkat lunak IDE Arduino ... 65

4.8 Block diagram pengujian akuisisi data LabVIE ... 66

4.9 Tampilan panel kontrol akuisisi data LabVIEW ... 67

4.10 Pengujian komunikasi XBee S2 peer to peer ... 68

4.20 Pengukuran konsumsi arus nodal sensor ... 81

4.21 Hasil pengukuran pada nodal sensor ... 82

(19)

DAFTAR TABEL

Tabel Halaman

1.1 Tabel Penelitian ... 3

3.1 Alat dan Bahan ... 26

4.1 Hubungan keluaran LM35DZ dan Testo 925 ... 58

4.2 Hasil kalibrasi sensor LM35DZ ... 61

4.3 Hasil kalibrasi sensor DHT11 ... 63

4.4 Hasil pengujian XBee S2 dengan topologi peer to peer ... 68

4.5 Hasil pengujian XBee S2 dengan topologi star ... 70

4.6 Hasil pengujian XBee S2 dengan topologi mesh ... 71

4.7 Data logger hasil pemantauan sistem JSN (star) ... 73

4.8 Data logger hasil pemantauan sistem JSN (mesh) ... 75

4.9 Estimasi perhitungan lifetime baterai pada XBee S2 (end device) ... 78

4.10 Hubungan interval pengiriman dengan lifetime baterai XBee S2 ... 80

4.11 Estimasi perhitungan lifetime baterai pada nodal sensor ... 82

(20)

DAFTAR ISTILAH

Antarmuka : Sebuah istilah dalam bidang komputer yang digunakan

untuk menampilkan suatu data pada layar komputer agar mudah dipahami oleh manusia. Biasanya berupa angka, grafik, gambar maupun diagram.

Baterai : Sumber catu daya yang digunakan untuk menyuplai

suatu perangkat elektronik.

Broadcast address : Alamat pentransmisian data ke sejumlah perangkat dalam jaringan secara bersamaan.

Catu daya : Sumber energi listrik yang digunakan untuk

menghidupkan dan menjalankan perangkat elektronik yang membutuhkan energi listrik.

Channel : Frekuensi yang digunakan untuk mengkomunikasikan data antara nodal.

merekam data dari sensor untuk tujuan pengarsipan atau tujuan analisis.

Delay : Waktu tunda pada pengiriman suatu paket dari sumber menuju tujuan.

(21)

xx End device : Sebuah istilah pada ZigBee yang tidak dapat melakukan routing. Perangkat ini hanya mengirim dan menerima informasi. Sebuah end device berfungsi sebagai nodal terakhir dalam sebuah jaringan cluster tree.

Gateway : Media perantara jaringan sensor nirkabel dengan administrator jaringan.

Lifetime baterai : Waktu yang digunakan baterai untuk menyuplai energy listrik suatu perangkat elektronik berdasarkan dengan kapasitas pada baterai tersebut.

Mesh : Sebuah istilah yang mendiskripsikan topologi fisik dari

sebuah jaringan. Jaringan mesh secara dinamik

menetapkan nodal, dan ideal untuk komunikasi wireless yang cepat.

Mikrokontroler : Suatu chip berupa IC (Integrated Circuit) yang dapat menerima sinyal input, mengolahnya dan memberikan sinyal output sesuai dengan program yang diisikan ke dalamnya.

Multihop : Teknik mentransmisikan data dengan loncatan sinyal dari titik sumber melalui titik – titik lain ke tujuan.

Nodal : Sebutan untuk transceiver gelombang radio yang

digunakan untuk mengirim dan menerima data hasil pementauan dari sensor.

Nodal sensor : Komponen kesatuan dari jaringan yang dapat

menghasilkan informasi, biasanya merupakan sebuah sensor atau juga dapat berupa sebuah actuator yang menghasilkan umpan balik pada keseluruhan operasi.

Nodal koordinator : Suatu nodal yang digunakan sebagai pusat pengumpul data hasil pemantauan dari seluruh nodal sensor.

Protokol : Aturan dalam komunikasi untuk menunjang terjalinnya

komunikasi antar berbagai perangkat.

Router : Tipe perangkat ZigBee yang dapat melewatkan pesan dari satu nodal ke nodal lainnya.

Sensor : Peralatan yang digunakan untuk untuk mengubah suatu

(22)

DAFTAR SINGKATAN

ICSP : In Circuit Serial Programming (ICSP) adalah suatu

metode untuk memprogram mikrokontroler.

IDE : Integrated Development Environmentadalah sebuah

software aplikasi yang memberikan fasilitas kepada

programmer komputer ketika membuat program.

IEEE : Institute of Electrical and Electronics Engineers adalah

organisasi nirlaba internasional yang merupakan asosiasi

profesional utama untuk peningkatan teknologi elektro.

JSN : Jaringan Sensor Nirkabel yaitu jaringan sensor yang

menggunakan komunikasi nirkabel sebagai media

transmisi datanya.

LOS : Line of Sight adalah suatu keadaan dimana antena

pemancar dan penerima dapat saling berhadapan dan

(23)

xxii PAN : Personal Area Network adalah sebuah jaringan

komunikasi dengan area yang kecil. PAN terdiri dari

sebuah koordinator dan satu atau lebih router atau end device.

PAN ID : Personal Area Network Identifier adalah identitas dari

sebuah jaringan PAN. PAN ID ditetapkan pada saat

coordinator membentuk sebuah jaringan.

USB : Universal Serial Bus adalah standar bus serial untuk perangkat penghubung, biasanya pada komputer namun

juga digunakan di peralatan lainnya seperti konsol

(24)

DAFTAR LAMPIRAN

1. Data Sheet Modul Arduino UNO R3

2. Data Sheet Modul XBee Shield V1.1

3. Specifications of Modul XBee S2

4. Data Sheet LM35DZ

5. Data Sheet DHT11 (AOSONG)

6. Listing Program dengan Perangkat Lunak Arduino IDE

7. Perangkat Nodal Sensor

8. Antarmuka Pemantauan Sistem JSN dengan menggunakan Perangkat Lunak

(25)

I. PENDAHULUAN

1.1.Latar Belakang

Dalam perangkat elektronik sensor merupakan sebuah divais yang sering

digunakan untuk mengetahui suatu keadaan fisik di lingkungan tempat sensor

tersebut diposisikan. Dengan menggunakan teknologi jaringan telekomunikasi

perkembangan sensor mengarah kepada pembentukan jaringan sensor nirkabel.

Jaringan Sensor Nirkabel (JSN) merupakan kesatuan perangkat sensor untuk

mengumpulkan data dari alam yang terdiri atas beberapa sensor (nodal sensor)

yang tersebar pada koordinat-koordinat tertentu atau tersebar pada koordinat

acak serta mengirimkannya kepada administrator (nodal koordinator), sehingga administrator jaringan dapat menganalisa data yang diperoleh dan melakukan pemantauan objek yang diinginkan [1].

Dalam perkembangan teknologi JSN terdapat permasalahan yang muncul

bilamana kondisi lingkungan tidak mendukung adanya transmisi informasi secara

langsung, misalnya karena faktor jarak ataupun adanya suatu penghalang.

Berdasarkan permasalahan tersebut dikembangkan komunikasi mulithop pada

sensor (nodal sensor), sehingga dapat melakukan komunikasi secara tidak

(26)

2

Pada tugas akhir ini dilakukan rancang bangun jaringan sensor nirkabel berbasis

ZigBee dengan menggunakan XBee S2 sebagai perangkat telemetrinya. Jaringan

sensor nirkabel sangat diperlukan dalam dunia teknologi saat ini dengan berbagai

kelebihannya, misalnya jaringan komunikasinya tanpa menggunakan kabel

(wireless) sehingga lebih efesien. Selain itu jaringan ZigBee sudah didukung dengan komunikasi mesh yang mendukung jaringan komukasi multihop yang dapat melakukan komunikasi secara tidak langsung.

Sensor yang digunakan dalam penelitian ini yaitu DHT11 dan LM35DZ, kedua

sensor ini merupakan suatu divais yang dapat mendeteksi jenis perubahan fisik

yaitu suhu dan kelembaban. Sensor DHT11 dan LM35DZ sudah sering digunakan

pada berbagai keperluan pemantauan, sehingga divais ini sangat cocok digunakan

untuk mendeteksi perubahan suhu dan kelembaban yang terjadi pada lingkungan

yang ingin dipantau.

Untuk kontrol pengendalinya digunakan perangkat elektronik yaitu modul

Arduino Uno dengan mikrokontrolernya yaitu ATmega 328 sebagai pusat

pengolahan data sensor sebelum data dikirim melalui XBee S2 maupun setelah

data diterima oleh XBee S2, sehingga data dapat dipantau secara langsung

maupun sebagai data logger pemantauan suhu dan kelembaban yang dapat disimpan pada komputer. Mikrokontroler ATmega 238 mempunya resolusi untuk

(27)

3

Hal yang mendasari untuk melakukan penelitian ini yaitu rancang bangun jaringan

sensor nirkabel untuk merealisasikan hasil simulasi dari penelitian sebelumnya

yang hanya dilakukan simulasi dengan menggunakan software.

Penelitian yang berkaitan dapat dilihat pada Tabel 1.1 berikut ini:

Tabel 1.1 Tabel Penelitian

No Nama NPM Tahun Judul Penelitian

1. Fadil Hamdani 0515031047 2010

Pemodelan dan Simulasi

Tujuan dari pembuatan tugas akhir ini adalah sebagai berikut:

1. Membuat rancang bangun jaringan sensor nirkabel untuk pemantauan suhu

dan kelembaban lingkungan.

2. Membuat antarmuka pemantauan sistem JSN untuk pemantauan suhu dan

kelembaban lingkungan.

(28)

4

1.3.Manfaat Penelitian

Manfaat yang diharapkan dari penelitian ini adalah :

1. Dapat diperoleh suatu sistem jaringan sensor nirkabel untuk pemantauan

suhu dan kelembaban pada lingkungan.

2. Sistem jaringan sensor nirkabel ini dapat diterapkan pada sistem lain

dengan mengubah data atau sensor yang digunakan.

3. Data logger hasil pemantauan sistem JSN dapat digunakan sebagai acuan suhu dan kelembaban pada lingkungan tersebut.

1.4.Rumusan Masalah

Rumusan masalah dalam penelitian ini adalah sebagai berikut:

1. Bagaimana mengkonfigurasi telemetri XBee S2 agar dapat melakukan

komunikasi antar XBee S2.

2. Bagaimana memprogram ATmega 238 agar dapat membaca suhu dan

kelembaban yang selanjutnya dapat dikirimkan melalui XBee S2.

3. Bagaimana membuat antarmuka pemantauan dan data logger hasil

pemantauan suhu dan kelembaban pada komputer server.

4. Bagaimana membuat antarmuka pemantauan sistem JSN.

1.5.Batasan Masalah

Dalam penelitian ini menitikberatkan pada proses rancang bangun sistem jaringan

sensor nirkabel untuk pemantauan suhu dan kelembaban berbasis ZigBee dengan

menggunakan perangkat XBee S2 sebagai telemetrinya dan sistem dapat

(29)

5

Adapun batasan masalah dalam penelitian ini adalah:

1. Membahas secara khusus rancang bangun atau pembuatan sistem jaringan

sensor nirkabel berbasis ZigBee menggunakan modul Arduino Uno.

2. Sistem dikhususkan untuk memantau dua data saja yaitu suhu dan

kelembaban pada lingkungan.

3. Tidak membahas secara terperinci kinerja dari jaringan komunikasi yang

terjadi pada sistem.

4. Komunikasi telemetri XBee S2 dilakukan dengan tanpa halangan (LOS).

1.6.Sistematika Penulisan

Sistematika penulisan laporan tugas akhir ini adalah sebagai berikut:

BAB I PENDAHULUAN

Memuat latar belakang masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian,

rumusan masalah, batasan masalah, dan sistematika penulisan.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Membahas tentang teori-teori dasar yang mendukung penelitin ini, seperti

pengetian jaringan sensor nirkabel, jenis komunikasi data, topologi

jaringan, protokol ZigBee, penjelasan XBee S2 sebagai telemetri sistem

JSN, penjelasan modul Arduino Uno dan pemrogramannya, serta jenis

(30)

6

BAB III METODE PENELITIAN

Memuat langkah-langkah penelitian yang dilakukan yaitu alat dan bahan,

spesifikasi alat, tahapan penelitian, perancangan sistem JSN, pembuatan

perangkat nodal koordinator dan nodal sensor, serta pengujian alat.

BAB IV HASIL DAN ANALISIS

Membahas tentang prinsip kerja sistem JSN, hasil pengujian dan analisis

terhadap kinerja sistem yang telah dirancang.

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

Memuat tentang kesimpulan yang didapat dan saran tentang penelitian

(31)

II. TINJAUAN PUSTAKA

2.1.Jaringan Sensor Nirkabel (JSN)

JSN merupakan sebuah jaringan yang disusun oleh sensor-sensor terdistribusi

dalam suatu cakupan area tertentu yang dihubungkan melalui kanal komunikasi

nirkabel untuk saling bekerja sama melakukan pemantauan terhadap suatu kondisi

fisik, seperti temperatur, suara, getaran, tekanan, gerakan, atau kondisi-kondisi

fisik tertentu [2]. Perangkat sensor tersebut dilengkapi dengan sumber

penyimpanan energi dengan kuantitas penyimpanan yang terbatas, kemampuan

komputasi, kemampuan penyimpanan data dan pemrosesan sinyal yang juga

terbatas. Interaksi tiap nodal tersebut dengan lingkungan fisik dilakukan melalui

antarmuka penginderaan (sensing interface) [3].

2.1.1 Komponen Jaringan Sensor Nirkabel

Komponen dasat yang harus terpenuhi untuk membangun Jaringan Sensor

Nirkabel (JSN) adalah sebagai berikut:

1) Sejumlah nodal sensor.

2) Media nirkabel sebagai interkoneksi jaringan.

3) Gateway sebagai pusat pengumpulan informasi dari sensor.

4) Perangkat pengguna sebagai komponen yang melakukan permintaan data

(32)

8

Gambar 2.1 Komponen dasar JSN

Kemampuan JSN dalam menyediakan suatu penanganan terhadap permintaan data

hasil pemantauannya menentukan tingkat performansi JSN. Tingkat performansi

JSN bergantung pada bidang implementasinya. Mayoritas pengembangan JSN

ditujukan untuk melakukan pemantauan terhadap fenomena fisik, seperti

temperatur, tekanan, kelembaban, atau lokasi dari suatu objek. Untuk aplikasi

tersebut, mayoritas JSN didesain hanya untuk mendapatkan hasil berupa data

(nilai hasil perhitungan dari pemantauan) dengan delay yang dapat ditoleransi dan

menggunakan ukuran bandwidth yang minimal atau kecil. Tingkat performansi JSN pada implementasi tersebut akan berbeda dengan tingkat performansi yang

dibutuhkan untuk aplikasi JSN pada implementasi teknologi yang digunakan

untuk mendapatkan tipe data yang berbeda, misalkan pada aplikasi Jaringan

Sensor Multimedia Nirkabel / Wireless Multimedia Sensor Network (WMSN) [1].

2.1.2 Aplikasi Jaringan Sensor Nirkabel

Terdapat berbagai aplikasi JSN yang merupakan pemantauan, pencarian jejak

(tracking), dan pengendalian (controlling). Beberapa aplikasi tersebut di antaranya berupa pemantauan habitat, pencarian jejak objek, pengendalian reaktor

(33)

9

digunakan untuk pengawasan dan pengintaian di medan perang. Pada area pabrik,

JSN digunakan untuk melakukan pemeliharaan perangkat. Pada area bangunan,

JSN digunakan untuk melakukan pemantauan keadaan infrastruktur. Pada area

perumahan, JSN digunakan untuk menciptakan rumah cerdas (smart home). Pada tubuh manusia JSN digunakan dalam melakukan pemantauan tubuh pasien [4].

Pada aplikasi pemantauan suatu area, sensor-sensor disebarkan pada suatu area

untuk memantau suatu fenomena fisik tertentu. Ketika sensor-sensor tersebut

mendeteksi timbulnya gejala fisik yang menjadi objek, hasil deteksi ini dilaporkan

ke gateway yang menjadi titik pengumpulan data dari JSN. Selanjutnya data pemantauan pada gateway akan digunakan oleh administrator jaringan.

2.2.Arduino

Arduino merupakan sebuah platform komputasi fisik yang open source pada board masukan dan keluaran sederhana. Platform komputasi merupakan sistem fisik yang interaktif dengan penggunaan software dan hardware yang dapat mendeteksi dan merespon situasi dan kondisi yang ada di dunia nyata.

Nama arduino tidak hanya digunakan untuk menamai board rangkainnnya saja tetapi juga untuk menamai bahasa dan software pemrogramannya, serta

lingkungan pemrogramannya atau IDE-nya (IDE = Integrated Development

(34)

10

sangatlah banyak salah satunya Arduino Uno. Arduino Uno adalah piranti

mikrokontroler menggunakan ATmega328, merupakan penerus Arduino

Duemilanove. Arduino Uno memiliki 14 pin I/O digital dimana 6 pin input tersebut dapat digunakan sebagai output PWM dan 6 pin input analog, 16 MHz osilator kristal, koneksi USB, jack power, ICSP header, dan tombol reset. Arduino juga mempunyai kompiler sendiri, bahasa pemrograman yang dipakai

adalah C/C++ tetapi sudah menggunakan konsep pemrograman berbasis objek /

Object Oriented Programing (OOP). Compiler bersifat free, dan dapat diunduh di website arduino.cc. Kelebihan lain dari compiler arduino ini adalah dia bersifat cross-platform atau dapat berjalan di semua operating system, sehingga walaupun pengguna Windows, Linux, ataupun Macintos bisa menggunakan device ini.

Kelebihan Arduino dari platform hardware mikrokontroler lain adalah:

a) IDE Arduino merupakan multiplatform, yang dapat dijalankan diberbagai

sistem operasi, seperti windows, dan linux.

b) Pemrograman arduino menggunakan kabel yang terhubung dengan port USB, bukan port serial.

c) Arduino adalah hardware dan software open source, pembaca bisa

mengunduh software dan gambar rangkaian arduino tanpa harus

membayar ke pembuat arduino.

d) Tidak perlu perangkat chip programmer karena didalamnya sudah ada bootloader yang akan menangani upload program dari komputer.

e) Sudah memiliki sarana komunikasi USB, sehingga pengguna laptop yang

(35)

11

f) Bahasa pemrograman relatif mudah karena software Arduino dilengkapi dengan kumpulan library yang cukup lengkap.

g) Memiliki modul siap pakai (shield) yang bisa ditancapkan pada board Arduino. Misalnya shield GPS, Ethernet, SD Card, dll

2.2.1Arduino Uno

Arduino Uno adalah board mikrokontroler berbasis ATmega328. Memiliki 14 pin I/O dimana 6 pin input tersebut dapat digunakan sebagai output PWM dan 6 pin input analog, 16 MHz osilator kristal, koneksi USB, jack power, ICSP header, dan tombol reset [6]. Untuk mendukung mikrokontroler agar dapat digunakan,

cukup hanya menghubungkan board Arduino Uno ke komputer dengan

menggunakan kabel USB.

Arduino Uno berbeda dengan semua board sebelumnya dalam hal koneksi

USB-to-serial yaitu menggunakan fitur Atmega8U2 yang diprogram sebagai konverter USB-to-serial berbeda dengan board sebelumnya yang menggunakan chip FTDI

driver USB-to-serial.

(36)

12

Adapun spesifikasi modul Arduino Uno adalah sebagai berikut:

a) Daya

Modul Arduino Uno dapat diaktifkan melalui koneksi USB atau dengan

catu daya eksternal (otomatis). Eksternal (non-USB) daya dapat berasal

baik dari AC ke adaptor DC atau baterai. Adaptor ini dapat dihubungkan

dengan menancapkan plug jack pusat-positif ukuran 2.1mm konektor POWER. Ujung kepala dari baterai dapat dimasukkan ke dalam Gnd dan

Vin pin header dari konektor POWER. Kisaran kebutuhan daya yang disarankan untuk board Uno adalah 7 sampai dengan 12 volt, jika diberi daya kurang dari 7 volt kemungkinan pin 5v Uno dapat beroperasi tetapi

tidak stabil kemudian jika diberi daya lebih dari 12V, regulator tegangan

bisa panas dan dapat merusak board Arduino Uno.

b) Memori

ATmega328 memiliki 32 KB (dengan 0,5 KB digunakan untuk

bootloader), 2 KB dari SRAM dan 1 KB EEPROM.

c) Input dan Output

Masing-masing dari 14 pin digital modul Arduino Uno dapat digunakan sebagai input atau output, dengan menggunakan fungsi pinMode (), digitalWrite (), dan digitalRead (), beroperasi dengan daya 5 volt. Setiap pin dapat memberikan atau menerima maksimum 40 mA dan memiliki

(37)

13

Pin ini dihubungkan ke pin yang berkaitan dengan chip serial ATmega8U2 USB-to-TTL.

d) Pemrograman

Modul Arduino Uno dapat diprogram dengan menggunakan perangkat

lunak IDE Arduino.

2.2.2 Perangkat Lunak IDE Arduino

Bahasa pemrograman Arduino adalah bahasa C. Tetapi bahasa ini sudah

dipermudah menggunakan fungsi-fungsi yang sederhana sehingga pemula pun

dapat mempelajarinya dengan cukup mudah. Untuk membuat program Arduino

dan upload program ke dalam board Arduino membutuhkan perangakat lunak Arduino IDE (Integrated Development Enviroment) yang bisa di download gratis di situs resmi arduino. Tampilan awal dari software arduino dapat dilihat pada Gambar 2.3 berikut ini.

(38)

14

Ada tiga bagian utama dari perankat lunak IDE arduino yaitu [6]:

1) Editor program, sebuah jendela yang memungkinkan pengguna menulis dan mengedit program dalam bahasa processing.

2) Compiler, sebuah modul yang mengubah kode program (bahasa processing) menjadi kode biner.

3) Uploader, sebuah modul yang memuat kode biner dari komputer ke dalam memori di dalam modul Arduino.

2.2.3 XBee Shield

XBee Shield merupakan modul tambahan yang dipergunakan untuk

menghubungkan antara board Arduino Uno dengan XBee S2 yang digunakan. XBee Shield ini memungkinkan board Arduino Uno untuk berkomunikasi secara wireless menggunakan XBee S2 dengan dilengkapi LED indikasi RSSI. Tampilan dari XBee Shield dapat dilihat pada Gambar 2.4.

(39)

15

2.3 Sensor

Sensor adalah komponen yang digunakan untuk mendeteksi suatu besaran fisik

menjadi besaran listrik, sehingga dapat dianalisa dengan rangkaian listrik tertentu.

Sensor merupakan bagian dari transducer yang berfungsi untuk melakukan

sensing atau pengindraan. Adanya perubahan energi eksternal yang akan masuk

kebaian input transducer, sehingga perubahan kapasitas energi yang ditangkap

segera dikirim kepada bagian konvertor dari transducer untuk diubah menjadi

energi listrik. Beberapa contoh sensor adalah sensor kelembaban dan sensor suhu.

2.3.1 Sensor DHT11

DHT11 adalah modul sensor suhu dan kelembaban udara yang mempunyai

jangkauan pengukuran suhu antara 0 - 50oC dan jangkauan pengukuran

kelembaban udara 20 - 95% RH. Modul sensor ini memiliki akurasi pengukuran

suhu sekitar 2oC. Dan memiliki akurasi pengukuran kelembaban 5% [7].

Gambar2.5 Sensor kelembabanDHT11 Spesifikasi dari DHT11 adalah sebagai berikut [7]:

Tegangan supply : + 5V.

Range temperatur : 0 – 50 oC keakuratan ± 2 oC. Range kelembaban : 20 -90 % RH, keakuratan ± 5 %.

(40)

16

Sensor ini merupakan sensor dengan kalibrasi sinyal digital yang mampu

memberikan informasi suhu dan kelembaban. Sensor ini tergolong komponen

yang memiliki tingkat stabilitas yang sangat baik. Sensor ini termasuk elemen

resistif dan perangkat pengukur suhu NTC. Memiliki kualitas yang sangat baik,

respon cepat, dan dengan harga yang terjangkau. DHT11 memiliki fitur kalibrasi

yang sangat akurat. Koefisien kalibrasi ini disimpan dalam program memori,

sehingga ketika internal sensor mendeteksi sesuatu, maka module ini membaca

koefisien sensor tersebut. Modul ini cocok digunakan untuk banyak aplikasi

pengukuran suhu dan kelembaban.

2.3.2 Sensor LM35DZ

Sensor suhu LM35DZ merupakan komponen elektronika yang digunakan untuk

mengubah besaran suhu ke besaran elektrik berupa tegangan. Sensor ini memiliki

keakuratan tinggi dan mudah dalam perancangan penggunaanya.

Gambar 2.6 Sensor suhu LM35DZ

Gambar 2.6 merupakan bentuk dari sensor suhu LM35, memiliki 3 pin kaki

(41)

17

a) Memiliki sensitivitas suhu, dengan skala linier antara tegangan dan suhu

10 mV/oC, sehingga dapat langsung dikalibrasi dengan satuan celcius. b) Akurasi dalam kalibrasi yaitu 0,50C pada suhu 250C.

c) Memiliki rentang nilai operasi suhu 00C sampai 1000C.

d) Bekerja pada tegangan 4 sampai 30 Volt.

e) Memiliki arus yang rendah yaitu 60 µA.

f) Memiliki impedansi keluaran yang rendah yaitu 0,1 Ω untuk beban 1 mA.

g) Memiliki ketidak linieran sekitar ±1/40C.

2.4 LabVIEW

LabVIEW adalah platform pemrograman grafis yang membantu engineer untuk menguji sistem yang sangat ideal untuk sistem pengukuran, pemantauan maupun

sistem kontrol [9]. LabVIEW tidak menggunakan teks untuk membuat suatu

aplikasi melainkan dengan icon-icon yang telah disediakan. Ada perbedaan dari pemrograman teks, dimana pada pemrograman teks instruksi yang menentukan

eksekusi program, sedangkan LabVIEW menggunakan pemrograman aliran data,

dimana aliran data yang menentukan eksekusi.

Penggunaan LabVIEW, dapat membuat user interface menggunakan tools dan objek tertentu. Pengguna dapat memberikan kode menggunakan grafis yang

mewakili fungsi untuk mengatur objek pada front panel. Block diagram berisi kode, dengan begitu blok diagram dapat menyerupai sebuah flowchart. Pemrograman LabVIEW sebenarnya ditujukan untuk memudahkan pembuatan

program, khususnya dibidang instrumentasi dan kendali. Hal ini karena didalam

(42)

18

Salah satu keunggulan dari LabVIEW adalah aliran pemrograman yang dapat

diamati proses kerjanya, sehingga jika terjadi kesalahan dalam pengolahan data

dapat diketahui dengan mengamati proses tersebut. Secara umum program ini

dirancang khusus untuk membuat gambaran/simulasi kerja suatu instrumen

industri, komunikasi data, akuisisi data, sistem kendali, perancangan dan

perhitungan matematika.

Dalam proses penggarapannya, LabVIEW menyediakan tools untuk mengolah objek dan melakukan konfigurasi terhadap nilai dan konstanta suatu objek serta

digunakan untuk menghubungkan atau menyusun bahasa grafik yang digunakan.

Pemrograman LabVIEW telah dikelompokkan dalam masing-masing ruang kerja.

Pada front panel disediakan Control Pallete yang digunakan sebagai penampil data I/O. Pada bagian Blok diagram disediakan Function Pallete yang digunakan sebagai pengolah I/O data. Icon dan connector panel digunakan untuk mengidentifikasikan VI sehingga bisa digunakan untuk VI yang lain. Lingkungan

pemrograman LabVIEW terdiri atas 2 Jendela, yaitu jendela front panel dan jendela block diagram [5].

2.4.1 Block Diagram Window

(43)

19

Gambar 2.7 Jendela block diagram LabVIEW

Jendela block diagram ini memiliki palet fungsi dengan cara klik kanan pada jendela block diagram yang kosong.

2.4.2 Front Panel

Front panel merupakan jendela yang di dalamnya terdapat kotak dialog tool dan kotak dialog kontrol. Contoh tampilan front panel dapat dilihat pada Gambar 2.8.

Gambar 2.8 Jendela front panel LabVIEW

(44)

20

2.5 ZigBee

ZigBee adalah spesifikasi untuk protokol komunikasi tingkat tinggi yang mengacu

pada standart IEEE 802.15.4 yang berhubungan dengan wireless personel area networks (WPANs). ZigBee didesain dengan konsumsi daya yang rendah dan bekerja untuk jaringan personal tingkat rendah. Perangkat ZigBee biasa digunakan

untuk mengendalikan sebuah alat lain maupun sebagai sebuah sensor yang

wireless. ZigBee memiliki fitur dimana mampu mengatur jaringan sendiri,

maupun mengatur pertukaran data pada jaringan [10].

Teknologi dari ZigBee sendiri dimaksudkan untuk penggunaan pengiriman data

secara wireless yang membutuhkan transmisi data rendah dan juga konsumsi daya rendah, dan juga tidak lebih mahal dibandingkan dengan WPAN lain seperti

Bluetooth. Standar ZigBee sendiri lebih banyak diaplikasikan pada sistem

tertanam (embedded application) seperti pengendalian industri atau pengendali lain secara wireless, data logging, dan juga sensor wireless [11].

2.5.1 Arsitektur ZigBee

ZigBee pada awalnya didesain untuk sebuah jaringan yang kecil yang dimana

mengandalkan dalam penyebaran data dari tiap device masing-masing. ZigBee dibuat sesuai dengan permintaan pasar yang membutuhkan sebuah jaringan yang

mampu mengkonsumsi daya rendah, dengan andal dan aman. Untuk itu ZigBee

alliance bekerja sama dengan IEEE untuk membuat sebuah jaringan yang dinginkan pasar, contoh dari kerjasama kedua grup tersebut adalah ZigBee

(45)

21

Selain itu aliansi ZigBee juga menyediakan pengujian dan sertifikasi terhadap alat

yang menggunakan ZigBee. Bedasarkan standart dari OSI (Open Systems Interconnection) layer yang telah ada, maka stack dari protokol ZigBee dibuat dalam struktur layer yang dapat dilihat pada Gambar 2.9 berikut ini [12]:

Gambar 2.9 Arsitektur Stack ZigBee

2.5.2 Karakteristik ZigBee

Beberapa karekteristik dari ZigBee adalah sebagai berikut [13]:

a) Bekerja pada Frekuensi 2,4 GHz, 868MHz dan 915MHz, dimana ketiga

rentang frekuensi ini merupakan rentang frekuensi yang gratis yaitu

2,4-2.4835 GHz, 868 – 870 MHZ, dan 902-928MHz. dan tiap lebar frekuensi

tersebut dibagi menjadi 16 channel. Untuk frekuensi 2.4 GHZ digunakan

hampir diseluruh dunia, sedangkan aplikasi untuk rentang frekeunsi

868MHz digunakan di daearah eropa, sedangkan 915 MHz digunakan

pada daerah amerika utara, Austaralia dan lain-lain.

b) Mempunyai konsumsi daya yang rendah.

c) Maksimum transfer rate untuk tiap data pada tiap lebar pita adalah sebagai

berikut 250Kbps untuk 2.4GHz, 40 kbps untuk 915 MHz, dan 20Kbps

(46)

22

d) Mempunyai Throughput yang tinggi dan dan latency yang rendah untuk duty cycle yang kecil.

e) Data realible karena memilki hand-shaked protokol untuk data transfer f) Mempunyai beberapa jenis topologi seperti pear to pear, mesh, star, dll.

2.6 XBee

XBee merupakan modul komunikasi nirkabel yang dibuat oleh Digi International

yang mendukung berbagai protokol komunikasi termasuk IEEE 802.15.4 dan

ZigBee serta dan dapat digunakan sebagai pengganti kabel serial [14]. XBee

memiliki fitur RF modul kompleks yang menjadi solusi dan sangat baik untuk

membangun sebuah JSN. Modul XBee dapat berkomunikasi dengan

mikrokontroler melalui komunikasi serial UART dan juga memiliki pin tambahan

yang dapat digunakan untuk aplikasi XBee secara mandiri, misalnya nodal router dapat dibangun tanpa mikrokontroler.

XBee diharapkan dapat memperkecil biaya dan menjadi konektivitas berdaya

rendah untuk peralatan yang memerlukan baterai untuk hidup selama beberapa

bulan sampai beberapa tahun, tetapi tidak memerlukan kecepatan transfer data

tinggi. Modul XBee terbagi dalam dua versi yaitu XBee dan XBee-Pro. XBee-Pro

memiliki konsumsi daya yang lebih besar dan memeliki jangkauan komunikasi

(47)

23

2.6.1 XBee S2

XBee S2 merupakan salah satu jenis XBee yang dibuat oleh Digi International

yang mendukung protokol komunikasi ZigBee [14]. Berbeda dari seri sebelumnya

yaitu XBee S1 hanya dapat melakukan komunikasi dengan topologi peer dan star saja, sedangkan untuk XBee S2 dapat melakukan jaringan komunikasi dengan

topologi peer to peer, star dan mesh. Tampilan XBee S2 dapat dilihat pada Gambar 2.10.

Gambar 2.10 XBee S2

Adapun spesifikasi dari Xbee S2 yaitu [14] :

i. RF data rate : 250 Kbps

ii. Indoor/urban range : 40 meter iii. Outdoor/RF LOS range : 120 meter

iv. Transmit power : 1,25mW(+1 dBm)/2mW(+ 3 dBm)

v. Frequency band : 2,4 GHz

vi. Interference immunity : DSSS

vii. Antena : Wire

viii.Supply voltage : 2,1 – 3,6 VDC

(48)

24

Pada XBee S2 mendukung protokol komunikasi ZigBee, sehingga menggunakan

teknik modulasi Direct Sequence Spectrum (DSSS) pada physical layer, tipe modulasi dalam frekuensi 2,4 GHz menggunakan Quadratutre Phase shift Keying (QPSK) sesuai dengan standar IEEE 802.15.4. Dengan adanya network layer pada protokol komunikasi ZigBee memungkinkan untuk membentuk topologi jaringan

mesh maupun cluster tree. Sehingga cangkupan jaringan komunikasi dari XBee S2 dapat lebih luas.

2.6.2 Topologi Jaringan

Pada jaringan ZigBee, nodal satu dengan nodal yang lain dapat terhubung dalam

struktur jaringan topologi yang berbeda, seperti ditunjukkan pada Gambar 2.11.

Topologi jaringan tersebut mengindikasikan bagaimana modul RF transceiver terhubung secara logika satu dengan yang lain.

Beberapa topologi jaringan adalah sebagai berikut [15]:

1) Peer to peer

Jaringan yang sederhana terdiri dari dua buah nodal, dimana satu nodal

berfungsi sebagai nodal koordinator yang membentuk jaringan dan nodal

yang lain dikonfigurasikan sebagai router atau end device.

2) Star

Pada jaringan star nodal - nodal terhubung pada sebuah nodal koordinator

yang diposisikan sebagai pusat jaringan. Setiap data dari sistem yang akan

dikirimkan harus melewati koordinator, nodal koordinator bertugas

(49)

25

3) Mesh

Pada jaringan mesh mempergunakan nodal router untuk meneruskan pesan menuju nodal koordinator. Nodal router dapat meneruskan pesan kepada nodal router yang lainnya dan end device sesuai dengan kebutuhan. Masing-masing device dapat berkomunikasi dengan device yang lain secara langsung jika device-device tersebut dalam posisi berdekatan dan dapat membangun link komunikasi. Nodal koordinator bertugas mengatur jaringan dan routing.

4) Cluster tree

Pada struktur jaringan ini nodal koordinator membentuk jaringan awal dan

nodal-nodal router membentuk cabang-cabang dan mengirimkan pesan.

(50)

III. METODE PENELITIAN

3.1 Alat dan Bahan

Alat dan bahan yang digunakan dalam penelitian tugas akhir ini terdiri dari

berbagai instrumen, komponen, perangkat kerja serta bahan-bahan yang dapat

dilihat pada Tabel 3.1 berikut ini:

Tabel 3.1 Alat dan bahan.

No. Alat dan Bahan Kegunaan

1. Modul Arduino Uno Sebagai modul pengendali sistem dengan

mikrokontrolernya ATmega328

2. XBee S2 Sebagai perangkat telemetri untuk

pengiriman data

3. XBee Sheild

Sebagai komponen eksternal untuk

menghubungkan Arduino Uno dengan

XBee S2

4. DHT 11 Sebagai sensor kelembaban

5. LM35DZ Sebagai sensor suhu

6. Baterai recharger 8.4V DC Sebagai sumber catu daya sistem

7. Resistor Sebagai hambatan pada rangkaian

8. PCB Sebagai media rangkaian

9. Solder dan timah Alat bantu memasang komponen

10. XBee adapter Sebagai modul untuk mengatur

konfigurasi XBee S2

(51)

27

12. Thermometers Testo 925 Sebagai acuan untuk kalibrasi suhu

13 Hygrometer (HTC-1) Sebagai acuan untuk kalibrasi kelembaban

14. Saklar kecil Sebagai saklar ON/OFF catu daya

15. Kabel penghubung Sebagai penghubung antar komponen

16 Kotak Sebagai tempat komponen elektronika

17. Komputer Sebagai penyimpanan data logger dan

media pemantauan

3.2 Spesifikasi Alat

Spesifikasi alat pada penelitian ini terdiri atas dua jenis, yaitu nodal sensor dan

nodal koordinator. Perangkat nodal sensor dalam penelitian ini berfungsi sebagai

pengindera suhu dan kelembaban lingkungan yang selanjutnya kedua data

tersebut dikirimkan menuju nodal koordinator. Perangkat nodal koordinator dalam

penelitian ini berfungsi sebagai penerima data suhu dan kelembaban dari setiap

nodal sensor.

(52)

28

Gambar 3.1 Komponen perangkat nodal sensor

Gambar 3.2 Komponen perangkat nodal koordinator

3.3 Spesifikasi Sistem

Spesifikasi sistem alat yang dibuat adalah sebagai berikut:

1. Sistem mampu memantau suhu dan kelembaban lingkungan pada setiap titik

yang telah ditentukan. DHT11 sebagai sensor kelembaban dan LM35DZ

sebagai sensor suhu diletakkan pada nodal sensor untuk membaca suhu dan

kelembaban yang ada pada lingkungan. Data dari sensor dihubungkan dengan

modul Arduino Uno dengan mikrokontrolernya ATmega 328.

2. Pada setiap perangkat nodal sensor, data suhu dan kelembaban yang telah

diolah oleh mikrokontroler ATmega 328 dikirimkan dengan menggunakan

perangkat telemetri XBee S2 menuju perangkat nodal koordinator yang

terhubung dengan komputer melalui XBee adapter.

Arduino Uno XBee Shield XBee S2 DHT11+LM 35DZ Nodal sensor

(53)

29

3. Perangkat nodal koordinator menerima data suhu dan kelembaban yang

dikirim oleh perangkat nodal sensor. Perangkat nodal koordinator dapat

membedakan antara nodal sensor satu dengan nodal sensor yang lainnya

karena setiap nodal sensor memiliki identitas yang berbeda, sehingga data

suhu dan kelembaban dari masing-masing nodal sensor dapat dipisahkan

berdasarkan identitas nodal sensor tersebut.

4. Jaringan komunikasi yang dibentuk antara perangkat nodal sensor dan

perangkat nodal koordinator dapat menggunakan jaringan komunikasi mesh, sehingga jangkauan dari sistem menjadi lebih luas.

5. Menggunakan baterai recharger 8.4V DC sebagai sumber tegangan, sehingga tidak diperlukan rangkaian catu daya.

6. Pada masing-masing perangkat nodal sensor terdapat LED indikator yang

menyatakan sistem sedang bekerja dan saklar ON/OFF untuk mengaktifkan

dan menghentikan sistem pada perangkat nodal sensor.

7. Sistem pemantau terhubung dengan komputer dengan komunikasi serial USB

denganXBee adapter sebagai interface ke komputer.

8. User Interface dibuat dengan menggunakan perangkat lunak LabVIEW sebagai pengolahan data yang dapat ditampilkan dan disimpan pada

(54)

30

3.4 Tahap Penelitian

Tahap penelitian yang akan dilakukan mengikuti diagram alir yang tertera pada

Gambar 3.3. Hal ini dilakukan untuk memudahkan dalam proses pembuatan tugas

akhir ini, sehingga dapat dilaksanakan secara sistematis.

Y

Gambar 3.3 Diagram alir penelitian Y

T

Pengujian Sistem Perancangan Sistem

Pengujian Berhasil ?

Penulisan Laporan

SELESAI Penganalisaan data

MULAI

(55)

31

3.4.1 Studi Literatur

Pada tahap ini dilakukan kajian mengenai rancang bangun JSN dan hal-hal yang

berkaitan dengan jaringan ini secara umum. Kajian dikhususkan pada rancang

bangun dari JSN yang akan dibangun berupa pengukuran suhu dan kelembaban.

3.4.2 Konsep Sistem JSN

Pada tahap ini dilakukan perancangan JSN untuk mengetahui kinerja dari JSN.

Dalam penelitian ini akan dilakukan percobaan komunikasi jaringan dengan

topologi peer to peer, star dan mesh.

Pada topologi peer to peer terdiri dari dua buah nodal, dimana satu nodal berfungsi sebagai nodal koordinator yang membentuk jaringan dan nodal yang

lain dikonfigurasikan sebagai router atau end device.

Pada topologi star mempergunakan beberapa nodal yang terhubung pada sebuah nodal koordinator yang diposisikan sebagai pusat jaringan. Setiap data dari

beberapa nodal dikirimkan menuju koordinator, nodal koordinator bertugas

menerima data dari beberapa nodal tersebut.

(56)

32

3.4.3 Perancangan Sistem JSN

Pada tahap ini dilakukan perancangan sistem JSN. Pada Gambar 3.4 merupakan

tahapan dalam pembuatan alat rancang bangun JSN berbasis Zigbee untuk

pemantauan suhu dan kelembaban. Hal ini dilakukan untuk memudahkan dalam

perancangan dan pembuatan tugas akhir ini, sehingga dapat dilaksanakan secara

sistematis.

Gambar 3.4 Diagram alir prosedur kerja

Y

Menggabungkan Software dan Hardware

Y Seluruh Instrumen

Bekerja

(57)

33

3.4.3.1 Spesifikasi Teknis Perancangan

Perancangan sistem JSN yang akan dibangun berdasarkan spesifikasi perangkat

sebagai berikut:

a. Spesifikasi Sensor Kelembaban DHT11 yaitu [7] :

i. Sensor kelembaban

b. Spesifikasi Xbee S2 yaitu [14] :

i. RF data rate : 250 Kbps

ii. Indoor/urban range : 40 meter iii. Outdoor/RF LOS range : 120 meter

iv. Transmit power : 1,25mW(+1 dBm)/2mW(+ 3 dBm)

v. Frequency band : 2,4 GHz

vi. Interference immunity : DSSS

vii. Antena : Wire

viii.Supply voltage : 2,1 – 3,6 VDC

(58)

34

c. Spesifikasi modul Arduino Uno yaitu [6] :

i. Mikrokontroler : ATMega 328

ii. Operating voltage : 5V iii. Input voltage (recommended) : 7 – 12V iv. Input voltage (limits) : 6 – 20V i. Interfaceshield kompatibel dengan board Arduino

ii. 3 indikator led XBee yaitu ON/SLEEP, RSSI dan ASS

iii. Menyediakan arus maksimal 500 mA pada tegangan 3,3 Volt

iv. 2,54 mm break out untuk XBee

e. Spesifikasi sensor suhu LM35DZ yaitu [8]:

i. Memiliki sensitivitas yaitu 10 mV/oC.

ii. Akurasi dalam kalibrasi yaitu 0,50C pada suhu 250C.

iii. Memiliki rentang nilai operasi suhu 00C sampai 1000C.

(59)

35

3.4.3.2Perancangan Pembuatan sistem

Pembuatan sistem yang dibangun dimulai setelah semua komponen tersedia.

Sistem yang dibangun terdiri atas pengirim informasi berupa suhu dan

kelembaban, serta penerima informasi yang kemudian akan ditampilkan pada

layar komputer dan disimpan sebagai data logger.

Langkah pertama adalah pembuatan nodal sensor sebagai pengirim informasi

suhu dan kelembaban. Pembuatan nodal sensor dengan memprogram

mikrokontroler ATmega 328 sebagai pusat pengendalian pada modul Arduino

Uno agar dapat mengolah data suhu dan kelembaban yang terbaca oleh sensor

LM35DZ dan DHT11. Selanjutnya adalah mengirimkan data tersebut

menggunakan telemetri XBee S2 yang sudah dikonfigurasi dengan perangkat

lunak X-CTU. Untuk menghubungkan antara modul Arduino Uno dengan XBee

S2 menggunakan XBee shield.

Langkah kedua adalah pembuatan nodal koordinator sebagai penerima data suhu

dan kelembaban yang dikirim oleh nodal sensor. Untuk menerima data tersebut,

maka digunakan telemetri yang sama yaitu XBee S2 yang sudah dikonfigurasi.

Telemetri XBee S2 pada nodal koordinator dihubungkan dengan XBee adapter yang terhubung dengan komputer menggunakan komunikasi serial, sehingga

setelah data diterima XBee S2 dapat ditampilkan di layar komputer. Agar

komputer dapat menampilkan data tersebut, maka digunakan perangkat lunak

LabVIEW. LabVIEW diprogram agar dapat menampilkan data suhu dan

(60)

36

3.4.3.3 Perancangan Mode Sistem JSN

Perancangan mode sistem JSN dilakukan dengan pembuatan perangkat nodal

sensor dan nodal koordinator. Pada perangkat nodal sensor terdiri dari sensor

kelembaban DHT11, sensor suhu LM35DZ, modul Arduino Uno dengan

mikrokontrolernya ATmega 328 sebagai pusat kendali, XBee S2 sebagai

perangkat telemetri dan catu daya seperti ditunjukkan pada Gambar 3.5 berikut

ini:

Gambar 3.5 Blok diagram nodal sensor

Pada perangkat nodal koordinator terdiri dari XBee S2 sebagai perangkat

telemetri dan XBee adapter sebagai interface yang terhubung ke komputer server melalui media kabel USB seperti ditunjukkan blok diagram pada Gambar 3.6

berikut ini:

Komputer server Gambar 3.6 Blok diagram nodal koordinator

(61)

37

Tahap perancangan mode sistem JSN yang akan dibangun adalah sebagai berikut:

a. Melakukan konfigurasi perangkat telemetri XBee S2 yang berfungsi sebagai

nodal sensor dan juga nodal koordinator dengan menggunakan perangkat

lunak X-CTU. Sebelum melakukan konfigurasi pada perangkat telemetri

XBee S2 terlebih dahulu melakukan setting COM Port serial terminal perangkat lunak X-CTU seperti pada Gambar 3.7 dengan mengkonfigurasi

parameter yang digunakan, yaitu sebagai berikut:

1. Baud : 9600

2. Flow control : none

3. DataBits : 8

4. Parity : none

5. Stop bits : 1

Gambar 3.7 Konfigurasi PC setting pada X-CTU

(62)

38

Gambar 3.8 Konfigurasi XBee S2 dengan X-CTU

Setting protocol untuk menentukan protokol komunikasi yang digunakan

dengan memilih toolbar Modem:XBEE, pada pilihan XB24-ZB menyatakan

perangkat telemetri XBee S2 menggunakan protocol ZigBee. Frame type untuk menentukan fungsi dari perangkat telemetri XBee S2 baik itu sebagai

(63)

39

b. Membuat program modul Arduino Uno dengan perangkat lunak Arduino.

c. Pada nodal sensor menghubungkan perangkat telemetri XBee S2, Modul

XBee shield dan modul Arduino Uno menjadi satu perangkat nodal sensor.

d. Pada nodal koordinator menghubungkan perangkat telemetri XBee S2

dengan XBee adapter dan menghubungkannya dengan komputer server.

e. Melakukan komunikasi antara nodal sensor dengan nodal koordinator.

3.4.3.4Perancangan Kerja Sistem

Perancangan kerja sistem JSN pada penelitian ini secara garis besar yaitu

pengiriman data oleh nodal sensor, penerimaan data oleh nodal koordinator dan

tampilan pemantauan sistem pada komputer. Tahapan perancangan kerja sistem

ini adalah sebagai berikut ini:

1. Pada nodal sensor akan mendeteksi suhu dan kelembaban di lingkungan

sekitar dengan menggunakan DHT11 sebagai sensor kelembaban dan

LM35DZ sebagai sensor suhu, kemudian diolah oleh mikrokontroler

ATmega 328 untuk dikirimkan data suhu dan kelembaban tersebut dengan

menggunakan perangkat telemetri XBee S2.

2. Pada nodal koordinator menerima data suhu dan kelembaban yang dikirim

oleh nodal sensor. Nodal koordinator terhubung dengan komputer

menggunakan interface XBee adapter secara serial, setelah itu data suhu dan kelembaban akan diolah lagi menggunakan perangkat lunak

LabVIEW untuk ditampilkan dilayar komputer dan disimpan sebagai data

(64)

40

Gambar 3.9 Diagam alir prinsip kerja sistem

Terhubung ?

Cek Saluran XBee S2

Y T

Pengiriman Data Suhu dan Kelembaban (Nodal Sensor)

(65)

41

3.4.4 Pengujian Perangkat Sistem

Pada tahap ini dilakukan pengujian sistem JSN berdasarkan rancangan yang telah

dibuat. Pengujian perangkat sistem bertujuan untuk menguji rancangan sistem

yang telah dibuat apakah sudah sesuai dengan yang diinginkan atau belum.

Pengujian dilakukan dari masing-masing tahapan, yaitu pengujian sensor suhu,

kelembaban, akusisi data, komunikasi XBee S2, dan sistem secara keseluruhan.

3.4.4.1Pengujian Sensor Suhu

Pengujian sensor LM35DZ yaitu menguji keakuratan sensor LM35DZ dalam

pengukuran suhu lingkungan dengan cara membandingkan nilai suhu yang

terukur oleh sensor dengan nilai suhu pada alat ukur suhu yaitu thermometers Testo 925 [17]. Metode pengujian sensor suhu dengan cara variasi suhu yang

diukur dengan menggunakan heater berupa solder listrik.

Gambar 3.10 Metode pengujian sensor suhu LM35DZ

Sensor LM35DZ dan alat ukur suhu Testo 925 diletakkan pada tempat yang sama

(66)

42

sensor LM35DZ disimpan pada tabel hasil pengujian. Keluaran dari LM35DZ

berupa tegangan dengan sensitivitas 10 mV/oC. Dengan diketahui besarnya

tegangan keluaran LM35DZ dan suhu yang terukur pada alat ukur suhu Testo

925, maka dapat ditentukan kalibrasi dari sensor suhu LM35DZ secara matematis.

3.4.4.2Pengujian Sensor Kelembaban

Pengujian sensor DHT11 yaitu menguji keakuratan sensor DHT11 dalam

pengukuran kelembaban lingkungan dengan cara membandingkan nilai

kelembaban yang terukur oleh sensor dengan nilai kelembaban pada hygrometer. Hygrometer yang digunakan yaitu HTC - 1 (Humidity Temperature Clock) [18]. Metode pengujian sensor kelembaban dengan cara variasi kelembaban yang

diukur dengan cara meletakkan air didekat heater, sehingga kelembaban akan berubah karena kandungan uap air di udara berubah.

Gambar 3.11 Metode pengujian sensor kelembaban DHT11

Sensor kelembaban DHT11 dan HTC - 1 diletakkan pada tempat yang sama yaitu

(67)

43

mengalami perubahan. Nilai kelembaban yang terukur oleh alat ukur HTC – 1 dan

sensor DHT11 disimpan pada tabel hasil pengujian. Keluaran dari DHT11 berupa

sinyal digital (1,0), sehingga untuk pembacaan data sensor DHT11 menggunakan mikrokontroler yang mempunyai library khusus untuk sensor DHT11.

3.4.4.3Pengujian Akuisisi Data

Akuisisi data adalah pengukuran sinyal elektrik dari transduser dan peralatan

pengukuran kemudian memasukkannya ke komputer untuk diproses [19].

Pengujian akuisisi pada penelitian ini yaitu pada akuisisi data perangkat lunak

Arduino dan LabVIEW.

Metode pengujian akuisisi data pada perangkat lunak IDE Arduino dengan cara,

Arduino Uno mengirimkan data yang diinginkan pada serial monitor yang

merupakan fitur dari perangkat lunak IDE Arduino dikomputer dengan membuat

listing program sebagai berikut: Serial.print ln(" R1ujicoba" ); / / dat a yang dikirim Serial.print ln(i);

delay(1000); / / delay proses 1 det ik }

w hile(1) {} }

Pengujian akuisisi data pada perangkat lunak LabVIEW dilakukan untuk

mengetahui apakah perangkat lunak LabVIEW mampu menerima data yang

(68)

44

secara serial. Metode pengujian dilakukan dengan cara menghubungkan XBee adapter dengan komputer, kemudian melakukan komunikasi antara nodal koordinator dengan nodal sensor.

Pada pengujian ini data yang dikirimkan oleh nodal sensor berupa data suhu dan

kelembaban. Nodal sensor mengirimkan data melalui telemetri XBee S2 dan

diterima nodal koordinator dengan telemetri yang sama, kemudian nodal

koordinator yang terhubung dengan komputer menggunakan interface XBee adapter mengirimkan data dengan memberikan data suhu (T) dan kelembaban (H) yaitu “T=28.3H=58.0” kepada komputer. Perangkat lunak LabVIEW akan

membaca data serial yang dikirimkan oleh nodal koordinator dan akan

menampilkan pada jendala panel kontrol.

3.4.4.4Pengujian Komunikasi XBee S2

Pengujian komunikasi XBee S2 dilakukan dengan menguji komunikasi antar dua

XBee S2 (topologi peer to peer), kemudian menguji komunikasi dengan tiga XBee S2 sebagai pengirim dan satu XBee S2 sebagai penerima (topologi star) dan yang terakhir menguji dengan topologi mesh. Sebelum melakukan pengujian komunikasi, maka telemetri XBee S2 harus dikonfigurasi terlebih dahulu.

Konfigurasi untuk telemetri XBee S2 yang digunakan dalam penelitian ini ada

(69)

45

Gambar 3.12 Konfigurasi XBee S2 sebagai coordinator

Pada Gambar 3.12 merupakan tampilan konfigurasi XBee S2 sebagai coordinator.

Pada toolbar Modem:XBEE dipilih XB24-ZB yang menyatakan perangkat

telemetri XBee S2 menggunakan protocol ZigBee. Pada toolbar Function Set dipilih ZIGBEE COORDINATOR AT untuk menentukan fungsi dari perangkat

telemetri XBee S2 yaitu sebagai coordinator. Setting parameter - parameter frame utamayang diinginkan yaitu :

i. PAN ID = 333, PAN ID (Personal Area Network) ini merupakan identitas jaringan yang digunakan, sehingga untuk dapat berkomunikasi semua

XBee S2 harus menggunakan PAN ID yang sama.

(70)

46

iii. DL = FFFF, DL (Destination Address High) bernilai FFFF untuk menyatakan broadcast address untuk PAN.

Untuk konfigurasi XBee S2 sebagai router dapat dilihat pada Gambar 3.13.

Gambar 3.13 Konfigurasi XBee S2 sebagai router

Pada Gambar 3.13 merupakan tampilan konfigurasi XBee S2 sebagai router. Pada toolbar Modem:XBEE dipilih XB24-ZB yang menyatakan perangkat telemetri XBee S2 menggunakan protocol ZigBee. Pada toolbar Function Set dipilih ZIGBEE ROUTER AT untuk menentukan fungsi dari perangkat telemetri XBee

S2 yaitu sebagai router. Setting parameter - parameter frame utama yang diinginkan yaitu :

i. PAN ID = 333, PAN ID (Personal Area Network) ini merupakan identitas jaringan yang digunakan, sehingga untuk dapat berkomunikasi semua

(71)

47

ii. DH = 0, DH (Destination Address High) bernilai 0 untuk menyatakan address PAN Coordinator.

iii. DL = 0, DL (Destination Address High) bernilai 0 untuk menyatakan address PAN Coordinator.

Untuk konfigurasi XBee S2 sebagai end device dapat dilihat pada Gambar 3.14

Gambar 3.14 Konfigurasi XBee S2 sebagai end device

Pada Gambar 3.14 merupakan tampilan konfigurasi XBee S2 sebagai end device.

Pada toolbar Modem:XBEE dipilih XB24-ZB yang menyatakan perangkat

telemetri XBee S2 menggunakan protocol ZigBee. Pada toolbar Function Set dipilih ZIGBEE END DEVICE AT untuk menentukan fungsi dari perangkat

(72)

48

i. PAN ID = 333, PAN ID (Personal Area Network) ini merupakan identitas jaringan yang digunakan, sehingga untuk dapat berkomunikasi semua

XBee S2 harus menggunakan PAN ID yang sama.

ii. DH = 13A200, DH (Destination Address High) bernilai 13A200 untuk menyatakan addressupper XBee S2 yang dituju.

iii. DL = 40B79C27, DL (Destination Address High) bernilai 40B79C27 untuk menyatakan addresslower XBee S2 yang dituju.

Adapun metode pengujian untuk topologi peer to peer yaitu dengan menggunakan 2 buah telemetri XBee S2. XBee S2 pertama dikonfigurasi sebagai coordinator untuk menerima data dari end device dan XBee S2 sebagai end device untuk mengirim data menuju coordinator. Pada pengujian ini end device melakukan 100 kali pengiriman data dengan variasi jarak tanpa halangan (LOS = Line Of Sight) seperti Gambar 3.15. Banyaknya data yang diterima kemudian disimpan pada

tabel hasil pengujian.

Gambar 3.15 Metode komunikasi XBee S2 peer to peer

Figur

Gambar 2.1 Komponen dasar JSN
Gambar 2 1 Komponen dasar JSN . View in document p.32
Gambar 2.2  Arduino Uno
Gambar 2 2 Arduino Uno . View in document p.35
Gambar 2.3 berikut ini.
Gambar 2 3 berikut ini . View in document p.37
Gambar 2.4  XBee Shield
Gambar 2 4 XBee Shield . View in document p.38
Gambar 2.5 Sensor kelembaban DHT11
Gambar 2 5 Sensor kelembaban DHT11 . View in document p.39
Gambar 2.8 Jendela front panel LabVIEW
Gambar 2 8 Jendela front panel LabVIEW . View in document p.43
Gambar 2.7 Jendela block diagram LabVIEW
Gambar 2 7 Jendela block diagram LabVIEW . View in document p.43
Gambar 2.9 Arsitektur Stack ZigBee
Gambar 2 9 Arsitektur Stack ZigBee . View in document p.45
Gambar 2.10.
Gambar 2 10 . View in document p.47
Gambar 2.11  Topologi jarigan
Gambar 2 11 Topologi jarigan . View in document p.49
Tabel 3.1 Alat dan bahan.
Tabel 3 1 Alat dan bahan . View in document p.50
Gambar 3.1 Komponen perangkat nodal sensor
Gambar 3 1 Komponen perangkat nodal sensor . View in document p.52
Gambar 3.2 Komponen perangkat nodal koordinator
Gambar 3 2 Komponen perangkat nodal koordinator . View in document p.52
Gambar 3.3  Diagram alir penelitian
Gambar 3 3 Diagram alir penelitian . View in document p.54
Gambar 3.4  Diagram alir prosedur kerja
Gambar 3 4 Diagram alir prosedur kerja . View in document p.56
Gambar 3.6 Blok diagram nodal koordinator
Gambar 3 6 Blok diagram nodal koordinator . View in document p.60
Gambar 3.5 Blok diagram nodal sensor
Gambar 3 5 Blok diagram nodal sensor . View in document p.60
Gambar 3.7 Konfigurasi PC setting pada X-CTU
Gambar 3 7 Konfigurasi PC setting pada X CTU . View in document p.61
Gambar 3.8 Konfigurasi XBee S2 dengan X-CTU
Gambar 3 8 Konfigurasi XBee S2 dengan X CTU . View in document p.62
Gambar 3.9 Diagam alir prinsip kerja sistem
Gambar 3 9 Diagam alir prinsip kerja sistem . View in document p.64
Gambar 3.10 Metode pengujian sensor suhu LM35DZ
Gambar 3 10 Metode pengujian sensor suhu LM35DZ . View in document p.65
Gambar 3.11 Metode pengujian sensor kelembaban DHT11
Gambar 3 11 Metode pengujian sensor kelembaban DHT11 . View in document p.66
Gambar 3.12 Konfigurasi XBee S2 sebagai coordinator
Gambar 3 12 Konfigurasi XBee S2 sebagai coordinator . View in document p.69
Gambar 3.13 Konfigurasi XBee S2 sebagai router
Gambar 3 13 Konfigurasi XBee S2 sebagai router . View in document p.70
Gambar 3.14 Konfigurasi XBee S2 sebagai end device
Gambar 3 14 Konfigurasi XBee S2 sebagai end device . View in document p.71
Gambar 3.16 Metode komunikasi XBee S2 star
Gambar 3 16 Metode komunikasi XBee S2 star . View in document p.73
Gambar 3.17 Metode komunikasi XBee S2 mesh
Gambar 3 17 Metode komunikasi XBee S2 mesh . View in document p.74
Gambar 3.19 Metode pengujian sistem topologi mesh
Gambar 3 19 Metode pengujian sistem topologi mesh . View in document p.75
Gambar 3.18 Metode pengujian sistem topologi star
Gambar 3 18 Metode pengujian sistem topologi star . View in document p.75
Gambar 3.20 Metode pengukuran konsumsi arus XBee S2
Gambar 3 20 Metode pengukuran konsumsi arus XBee S2 . View in document p.76

Referensi

Memperbarui...