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).
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).
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
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
PERSEMBAHAN
Skri psi i ni Ananda persembahkan kepada :
Ayahanda dan I bunda
Sudarna, S.Pd. dan Khori ’ah
Adi kku
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”
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
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
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,
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
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
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
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
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.
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
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
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
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
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
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
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.
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
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
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
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
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
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
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
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.
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
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.
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.
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 %.
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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.
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
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.
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
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
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
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.
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
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
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.
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
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
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
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
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
40
Gambar 3.9 Diagam alir prinsip kerja sistem
Terhubung ?
Cek Saluran XBee S2
Y T
Pengiriman Data Suhu dan Kelembaban (Nodal Sensor)
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
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
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
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
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.
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
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
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
