PENGEMBANGAN SISTEM PEMANTAUAN SUHU
PADA
GREENHOUSE
BERBASIS
WIRELESS
MENGGUNAKAN MULTI SENSOR
HELDI HASTRIYANDI
SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR
PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis berjudul Pengembangan Sistem Pemantauan Suhu pada Greenhouse Berbasis Wireless Menggunakan Multi Sensor adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir tesis ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut Pertanian Bogor.
Bogor, 25 September 2014
Heldi Hastriyandi
RINGKASAN
HELDI HASTRIYANDI. Pengembangan Sistem Pemantauan Suhu pada
Greenhouse Berbasis Wireless Menggunakan Multi Sensor. Dibimbing oleh KUDANG BORO SEMINAR dan HERU SUKOCO.
Greenhouse adalah bangunan khusus terstruktur untuk menyediakan lingkungan yang nyaman dan terkendali untuk budidaya tanaman, salah satu parameter penting dalam rumah kaca adalah suhu udara. Besarnya suhu udara dan distribusi suhu yang terjadi di dalam greenhouse harus dipantau dan dikendalikan untuk mendukung pertumbuhan optimal bagi tanaman yang dibudidayakan untuk jangka waktu produksi tertentu. Namun, pengukuran dan pemantauan suhu udara baik untuk greenhouse dengan ukuran medium atau besar harus menggunakan multi sensor untuk memastikan distribusi suhu udara dapat terpantau dengan baik dibeberapa lokasi di dalam greenhouse. Penelitian ini mengusulkan pengembangan sistem pemantauan suhu menggunakan teknologi nirkabel dengan beberapa sensor pada greenhouse. Hal ini memungkinkan pemantauan suhu menjadi lebih representatif dan komprehensif sesuai lokasi penempatan sensor di dalam greenhouse.
Pengembangan sistem pemantauan suhu ini terdiri atas tiga bagian utama. Bagian pertama berupa modul sensor node router yang terdiri dari sensor suhu LM35, mikrokontroler Arduino Leonardo, dan modul Xbee transmitter. Modul sensor node router ini berfungsi untuk melakukan pengiriman data suhu pada masing-masing lokasi atau zona pengukuran yaitu zona atap, zona dinding, zona tanaman, dan zona lantai. Bagian kedua berupa modul sensor node coordinator
yang terdiri dari Xbee receiver dan Xbee usb adapter, modul ini berfungsi untuk melakukan akuisisi data suhu pada masing-masing sensor node router kemudian data tersebut dikirim ke komputer server. Bagian ketiga dari sistem ini berupa tampilan antarmuka berbasis aplikasi web yang dibangun menggunakan bahasa pemrograman PHP serta untuk disain database menggunakan phpmyadmin. Pengembangan sistem pemantauan suhu ini telah melalui beberapa tahapan pengujian diantaranya yaitu dengan melakukan kalibrasi sensor LM35 terhadap alat ukur suhu standar berupa hybrid thermocouple recorder, serta pengujian terhadap pengiriman data dari sensor node router ke bagian sensor node
coordinator menggunakan komunikasi wireless. Sistem pemantauan suhu ini dibangun untuk memberikan informasi mengenai distribusi suhu yang terjadi pada beberapa zona pengamatan antara lain zona atap, zona dinding, zona tanaman, serta zona lantai. Sistem ini diimplementasikan dalam bentuk web sehingga dapat diakses oleh pengguna.
SUMMARY
HELDI HASTRIYANDI. The Development of Greenhouse Temperature Monitoring System Based On Wireless Using Multi Sensor. Supervised by KUDANG BORO SEMINAR and HERU SUKOCO.
Greenhouse is a specially structured building for providing a comfortable and controllable environment for crop cultivation. One of the critical parameters in a greenhouse is temperature. The magnitude and distribution of temperature in greenhouse must be monitored and controlled to support optimal growth of the cultivated crop in a more deterministic period of production. However, the measuring and monitoring of air temperature within a medium or big size of a greenhouse should utilize multi sensors to ensure the capturing of temperature distribution in various position representatives in a greenhouse. This research proposed the development of a wireless temperature monitoring system in a greenhouse using multiple sensors that can be place at several positions of interest. This will allow more representative and comprehensive temperature monitoring from remote places.
© Hak Cipta Milik IPB, Tahun 2014
Hak Cipta Dilindungi Undang-Undang
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan atau menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan, penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik, atau tinjauan suatu masalah; dan pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan IPB
Tesis
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Sains
pada
Program Studi Ilmu Komputer
PENGEMBANGAN SISTEM PEMANTAUAN SUHU PADA
GREENHOUSE BERBASIS WIRELESS MENGGUNAKAN
MULTI SENSOR
HELDI HASTRIYANDI
SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu wa ta’ala atas segala karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Tema yang dipilih dalam penelitian yang dilaksanakan sejak bulan Januari 2014 ini ialah Teknologi, dengan judul Pengembangan Sistem Pemantauan Suhu pada
Greenhouse Berbasis Wireless menggunakan Multi Sensor.
Terima kasih penulis ucapkan kepada Bapak Prof Dr Ir Kudang Boro Seminar MSc dan DrEng Heru Sukoco SSi MT selaku pembimbing, serta Ibu Dr Ir Sri Wahjuni MT sebagai penguji yang telah banyak memberi saran. Di samping itu, penghargaan penulis sampaikan kepada Bapak Ahmad dari Laboratorium Departemen Teknik Mesin dan Biosistem yang telah membantu selama pengumpulan data. Ungkapan terima kasih juga disampaikan kepada ayah, ibu, serta seluruh keluarga, atas segala doa dan kasih sayangnya.
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, September 2014
DAFTAR ISI
Tahapan Pelaksanaan PenelitianTahapan Perancangan Sistem Pemantauan Suhu pada Greenhouse
Berbasis Wireless dengan Multi Sensor Perancangan software antarmuka berbasisi aplikasi web
4 HASIL DAN PEMBAHASAN
Implementasi tahap perancangan sistem pemantauan suhu Implementasi prototype sensor node router
Implementasi software pemrograman pada mikrokontroler Leonardo
Temperature Monitoring System
1 Sourcecode Program Mikrokontroler DFLeonardo Prototype Sensor NodeZona Atap
2 Sourcecode Program Mikrokontroler DFLeonardo Prototype Sensor NodeZona Atap
3 Sourcecode Program Mikrokontroler DFLeonardo Prototype Sensor NodeZona Dinding
4 Sourcecode Program Mikrokontroler DFLeonardo Prototype Sensor NodeZona Tanaman
5 Sourcecode Program Mikrokontroler DFLeonardo Prototype Sensor NodeZona Lantai
6 Sourceode Pemrograman pada Aplikasi WEB
1
1
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Pertanian adalah sektor yang paling serius terkena dampak perubahan iklim. Beberapa unsur iklim yang mengalami perubahan antara lain pola curah hujan, muka air laut, suhu udara, dan peningkatan kejadian iklim ekstrim yang menyebabkan banjir dan kekeringan (Haryono 2011). Perubahan iklim serta keadaan cuaca yang tidak menentu menyebabkan musim tanam dan panen tak menentu. Petani sulit untuk melakukan prediksi cuaca dalam masa tanam, sementara pergeseran pola cuaca dapat meningkatkan kerentanan tanaman terhadap infeksi serangan hama dan gulma. Dampak perubahan iklim terhadap sektor pertanian dapat diantisipasi salah satunya dengan adaptasi teknologi inovatif berupa penggunan teknologi greenhouse atau rumah tanaman. Teknologi
greenhouse atau rumah tanaman merupakan sebuah alternatif solusi untuk mengendalikan kondisi iklim mikro pada tanaman. Greenhouse merupakan sebuah bangunan tempat budidaya tanaman dengan pengaturan beberapa parameter di dalamnya agar dapat disesuaikan dengan kebutuhan tumbuh kembang tanaman yang sedang dibudidayakan. Menurut Suhardiyanto (2009), penggunaan greenhouse dalam budidaya tanaman merupakan salah satu cara untuk memberikan lingkungan yang lebih mendekati kondisi optimum bagi pertumbuhan tanaman. Penggunaan greenhouse atau rumah tanaman memungkinkan dilakukannya modifikasi lingkungan yang tidak sesuai bagi pertumbuhan tanaman menjadi lebih mendekati kondisi optimum bagi pertumbuhan tanaman.
Tanaman akan memberikan respon fisiologi akibat interaksinya dengan kondisi lingkungan. Parameter lingkungan dalam greenhouse diantaranya adalah suhu udara. Setiap golongan tanaman mempunyai batas suhu maksimum yang berbeda-beda untuk perkembangan optimalnya. Suhu udara sangat mempengaruhi aktifitas kehidupan tanaman diantaranya pada proses fotosintesis, respirasi, transpirasi, pertumbuhan, penyerbukan, pembuahan, dan keguguran buah. Menurut Mastalerz (1977) dalam Nurianingsih (2011) menyatakan bahwa suhu didalam greenhouse dapat meningkat disebabkan oleh dua alasan, yaitu karena
greenhouse effect dan struktur bangunan greenhouse yang merupakan ruangan tertutup sehingga sirkulasi menjadi tidak lancar. Aliran dan distribusi suhu udara di dalam bangunan greenhouse perlu dijaga sirkulasinya agar udara panas yang terjebak tidak terus meningkat melebihi intensitas penyerapan panas yang dibutuhkan untuk pertumbuhan tanaman. Menurut Suhardiyanto (2009), perbedaan laju dan arah pertukaran panas yang terjadi antara bangunan
2
Untuk memantau perubahan suhu yang terjadi di dalam greenhouse
terutama kondisi suhu yang terjadi di sekitar tanaman maupun di sekitar bagian atap, dinding, dan lantai maka diperlukan suatu sistem pemantauan yang dapat memantau perubahan tersebut secara realtime, beberapa penelitian mengenai pemantauan suhu udara pada bangunan greenhouse diantaranya penelitian yang telah dilakukan oleh Rinaldi (2006) maupun Apriyani (2006), pada kedua penelitian ini peralatan yang digunakan berupa satu unit Portable Weather Station
yang hanya terdiri dari satu buah sensor suhu. Penelitian lainnya dilakukan oleh Arif (2009), pada penelitian ini jenis sensor yang digunakan berupa satu unit Field Sever yang terdiri dari satu buah sensor suhu. Dari beberapa penelitian yang telah dilakukan, mendeteksi suhu udara dengan hanya menggunakan satu buah sensor yang di tempatkan pada salah satu posisi pada bangunan greenhouse masih mempunyai beberapa kelemahan di antaranya pada aspek pemantauan dan distribusi suhu sehingga menyebabkan pemantauan suhu udara menjadi tidak optimal. Hal ini didasarkan pada hasil penelitian yang telah dilakukan oleh Nurianingsih (2011) dan Faudah (2012), pada penelitian ini dilakukan simulasi terhadap suhu udara pada bangunan greenhouse menggunakan perangkat lunak CFD (Computational Fluid Dynamic). Dari hasil simulasi yang dilakukan didapatkan bahwa didalam bangunan greenhouse terjadi sebaran maupun distribusi panas dari suhu udara yang tidak merata. Untuk mengatasi hal tersebut, maka dilakukan pengembangan sistem pemantauan suhu pada greenhouse yaitu dengan menempatkan multi sensor suhu yang disebar di beberapa posisi observasi
yang memungkinkan untuk dilakukan analisis pemantauan suhu yang lebih representatif dan komprehensif pada bangunan greenhouse terutama suhu di sekitar tanaman, atap, dinding, dan lantai, sehingga sebaran dan distribusi suhu udara di dalam greenhouse dapat terpantau dengan baik. Dengan perkembangan teknologi terutama pada teknologi mikrokontroler, sensor, serta teknologi wireless
maka pengembangan pada sistem pemantauan suhu pada greenhouse sangat mungkin untuk dilakukan.
Tujuan Penelitian
a. Merancang pengembangan sistem pemantauan suhu pada greenhouse
menggunakan teknologi wireless dengan multi sensor.
b. Melakukan evaluasi terhadap sistem pemantauan suhu yang telah dibuat. Manfaat Penelitian
Memberikan informasi mengenai data hasil pemantaun sensor suhu yang ditempatkan di beberapa lokasi/zona pada bangunan greenhouse dan dapat diakses oleh user.
Ruang Lingkup Penelitian
3 (wireless) dengan protokol Zigbee, perancangan software antarmuka berbasis aplikasi web dengan bahasa pemrograman PHP, MySQL, Javascript.
2
TINJAUAN PUSTAKA
Greenhouse
Greenhouse merupakan suatu bangunan yang berfungsi untuk melindungi tanaman dari berbagai macam gangguan cuaca seperti hujan, angin, dan intensitas radiasi matahari yang tinggi serta melindungi tanaman dari serangan hama penyakit. Pada umumnya greenhouse diperlukan untuk tanaman yang memiliki nilai ekonomi yang cukup penting seperti berbagai jenis tanaman bunga-bungaan diantaranya mawar, anyelir, gladiol, anggrek, dan krisan, tanaman sayur-sayuran diantaranya tomat, kapri, brokoli, sawi, dan paprika, tanaman buah-buahan diantaranya melon, anggur, dan semangka. Rancangan greenhouse yang paling sesuai dan banyak digunakan di kawasan yang beriklim tropika seperti Indonesia adalah modified standard peak dengan jumlah bentangan satu atau lebih (Suhardiyanto 2009). Modified standard peak greenhouse banyak digunakan di Indonesia karena sesuai dengan kondisi iklim Indonesia yang memiliki intensitas radiasi matahari dan curah hujan yang tinggi. Struktur greenhouse berinteraksi dengan parameter iklim di sekitarnya dan menciptakan iklim mikro di dalamnya berbeda dengan parameter iklim di sekitar greenhouse, hal ini disebut sebagai peristiwa efek rumah kaca (greenhouse effect). Suhardiyanto (2009) menyebutkan
greenhouse effect disebabkan oleh dua hal, yaitu:
1. Pergerakan udara di dalam greenhouse yang relatif sangat sedikit atau cenderung stagnan karena struktur rumah tanamanyang tertutup dan laju pertukaran udara di dalam rumah tanaman dengan lingkungan luar yang sangat kecil. Hal ini menyebabkan suhu udara di dalam rumah tanaman cenderung lebih tinggi daripada di luar.
2. Radiasi matahari gelombang pendek yang masuk ke dalam rumah tanamanmelalui atap diubah menjadi radiasi gelombang panjang. Radiasi gelombang panjang ini tidak dapat keluar dari rumah tanaman dan terperangkap di dalamnya. Hal ini menimbulkan greenhouse effect yang menyebabkan meningkatnya suhu udara di dalam rumah tanaman.
Parameter Lingkungan Greenhouse
4
banyak kelembaban. Radiasi gelombang panjang yang terperangkap di dalam
greenhouse menyebabkan naiknya suhu udara di dalam rumah tanaman (Suhardiyanto 2009).
Arduino
Arduino merupakan board mikrokontroler yang dirancang untuk memudahkan dalam membangun berbagai aplikasi elektronik. Dari asal katanya,
Arduino berarti “teman yang kuat”. Arduino merupakan hardware yang bersifat
open source yang mulai dikembangkan pada tahun 2005 oleh Massimo Banzi dan David Cuartielles (Margolis 2011). Untuk pemrograman hardware arduino telah dikembangkan software khusus yaitu Integrated Development Environment (IDE) Arduino yang dibangun menggunakan bahasa pemrograman Java oleh Massachusetts Institute of Technology. Arduino memiliki beberapa varian model berdasarkan jenis chip processor yang digunakan. Tabel 1 memperlihatkan model produk Arduino.
Tabel 1 Model produk Arduino
Model Processor Memory Flash (kb)
Protokol Zigbee merupakan protokol yang bekerja pada jaringan wireless
dengan standar 802.15.4 yang memberikan keunggulan diantaranya : pengiriman data rate rendah, konsumsi daya rendah, dan biaya murah (Ergen 2004). Protokol zigbee sering digunakan pada aplikasi remote control dan otomasi. Penggunaan protokol 802.15.4 semakin meningkat terutama berhubungan dengan penggunaan
5 dari stack protokol dari lapisan jaringan ke lapisan aplikasi untuk jaringan data, pemasaran teknik, dan standar terkini untuk evolusi standar. Hal ini akan menjamin konsumen yang membeli produk dari produsen berbeda yakin bahwa produk akan dapat bekerja bersama (Ergen 2004). Gambar 1 memperlihatkan arsitektur IEEE 802.15.4/ZigBee Protocol Stack
.
Gambar 1 Arsitektur IEEE 802.15.4/ZigBee Protocol Stack (Sumber : Cunha et al. 2007)
Dari gambar 1 dapat dilihat bahwa Protokol stack Zigbee/802.15.4 mempunyai beberapa lapisan yang mempunyai fungsi yang berbeda-beda. Fungsi dari setiap lapisan antara lain :
a. Lapisan fisik (PHY)
Lapisan PHY menyediakan dua layanan: layanan data PHY dan layanan manajemen PHY interface ke entitas manajemen lapisan fisik. Layanan data PHY memungkinkan transmisi dan penerimaan unit data protokol PHY di saluran radio fisik (Ergen 2004). Lapisan ini bekerja pada radio channel dan dukungan
band 2.45GHz dan 868/915 MHz. Pada band 2.45GHz radio band memiliki data rate 250 Kbps dan mendukung 16 channel. Band 868/915 MHz mendukung satu
channel untuk 868 MHz dengan data rate 20 Kbps dan 10 channel untuk 915MHz dengan data rate 40Kbps.
b. Lapisan MAC
Pada lapisan MAC menyediakan dua layanan yaitu layanan data MAC dan layanan manajemen MAC ke interfacing entitas manajemen sublayer untuk jalur akses layanan data (Ergen 2004). Lapisan MAC bertanggung jawab untuk single hop komunikasi data antar perangkat yang bertetangga. Hal ini mensinkronisasi jaringan, mendukung association/disassociation dan MAC-level security, serta memberikan link yang dapat diandalkan antara dua perangkat. Lapisan MAC menggunakan mekanisme Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance (CSMA/CA) untuk mengakses channel, seperti wireless networks
6
c. Lapisan Network
Pada Lapisan Network device pada Zigbee dibagi menjadi 3 tipe yaitu
Network Coordinator, Full Function Device (FFD), Reduced Function Device
(RFD). Network Coordinator memiliki informasi dari keseluruhan jaringan. Untuk menjaga semua informasi tentang jaringan itu diperlukan lebih banyak memori dan pengolahan komputasi. Untuk setiap jaringan ZigBee hanya ada satu koordinator. Simpul ini bertanggung jawab untuk menginisialisasi jaringan, memilih saluran yang tepat, dan memungkinkan perangkat lain untuk terhubung ke jaringan. Network Coordinator juga bertanggung jawab untuk routing lalu lintas dalam jaringan ZigBee (Vishwakarma 2012). FFD adalah perangkat yang mendukung protokol standar nirkabel yang ditetapkan untuk WSN. FFD juga dapat mengambil tanggung jawab seperti koordinator jaringan yaitu dengan menyediakan fasilitas untuk mengambil informasi data. RFD memberikan fungsi sesuai dengan namanya yakni mempunyai fungsi yang terbatas dan memerlukan biaya yang rendah. Node ini dapat terhubung dengan node utama berupa router atau koordinator namun perangkat ini tidak memiliki kemampuan untuk memiliki node lain yang terhubung ke jaringan.
d. Lapisan Application
Lapisan Application berfungsi untuk melakukan penyesuaian mengenai format pesan yang sesuai dengan vendor serta melakukan tindakan pengolahan sehingga aplikasi dapat dijalankan dan didistribusikan pada aplikasi yang berada pada perangkat yang terpisah. Lapisan ini juga merupakan lapisan yang berhubungan dengan end user.
Protokol Zigbee merupakan salah satu protokol jaringan yang ditujukan pada komunikasi tanpa kabel (wireless). ZigBee memiliki 3 model topologi jaringan yaitu topologi star, Mesh (Peer to Peer) serta Cluster Tree. Gambar 2 memperlihatkan model topologi jaringan Zigbee.
Gambar 2 Model Topologi Jaringan Zigbee (Sumber : Ergen 2004)
7 a. Topologi Star
Pada topologi star komunikasi dilakukan antara perangkat dengan sebuah pusat pengontrol tunggal, disebut sebagai koordinator PAN (Personal Area Network). Aplikasi dari topologi ini bisa untuk otomasi rumah, perangkat personal computer (PC), serta mainan anak- anak. Setelah sebuah FFD diaktifkan untuk pertama kali maka ia akan membuat jaringannya sendiri dan menjadi koordinator PAN. Setiap jaringan star akan memilih sebuah pengenal PAN yang tidak sedang digunakan oleh jaringan lain didalam jangkauan radionya. Ini akan mengijinkan setiap jaringan star untuk bekerja secara tersendiri.
b. Topologi Mesh (Peer to peer)
Dalam topologi peer to peer juga hanya ada satu koordinator PAN. Berbeda dengan topologi star, setiap perangkat dapat berkomunikasi satu sama lain sepanjang ada dalam jarak jangkauannya. Peer to peer dapat berupa ad hoc, Self-organizing dan self healing.
c. Topologi Cluster Tree
Cluster tree merupakan sebuah model khusus dari jaringan peer to peer
dimana sebagian besar perangkatnya adalah Full Function Device (FFD) dan terdapat beberapa Reduce Function Device (RFD) yang terhubung ke jaringan
cluster tree sebagai node tersendiri di akhir dari percabangan. Salah satu dari FFD dapat berlaku sebagai koordinator dan memberikan layanan sinkronisasi ke perangkat lain dan koordinator lain. Koordinator PAN membentuk cluster
pertama yaitu dengan membentuk Cluster head (CLH) dengan sebuah cluster identifier (CID), memilih sebuah pengenal PAN yang tidak terpakai dan memancarkan frame-frame beacon ke perangkat sekitarnya. Sebuah perangkat menerima frame beacon meminta untuk bergabung ke network CLH. Jika koordinator PAN mengijinkan untuk bergabung, maka akan menambahkan perangkat baru ini sebagai perangkat turunannya dalam daftar perangkat disekitarnya. Proses ini berlanjut dilakukan oleh perangkat yang baru ke perangkat sekitarnya (Ergen 2004).
Topologi yang digunakan dalam penelitian ini menerapkan model topologi
Star karena data hasil pembacaan dari beberapa sensor akan dikirimkan kepada komputer server yang bersifat terpusat. Gambar 3. memperlihatkan model topologi star yang digunakan dalam penelitian ini.
Gambar 3 Model Topologi Star
8
Modul Xbee
Modul Xbee merupakan suatu modul yang dirancang untuk melakukan
transfer data menggunakan komunikasi nirkabel antar dua device dan aplikasi jaringan sensor dengan biaya rendah dan berdaya rendah (DI 2009). Xbee merupakan komunikasi wireless yang bekerja pada frekuensi 2.4G Zigbee, 900Mhz, dan lain-lain. Keunggulan utama dari modul Xbee ini adalah mempunyai komsumsi daya yang rendah (low power), sehingga walaupun hanya di beri tegangan baterai biasa masih mampu untuk dihidupkan, mampu melakukan pengecekan, serta mengirimkan data. Dalam penelitian ini modul Xbee yang digunakan adalah Xbee series 2 dimana pada series ini memiliki kelebihan yaitu dukungan terhadap pengiriman data lebih dari dua modul Xbee dengan menggunakan topologi star maupun mesh, berbeda jika dibandingkan dengan modul Xbee series 1 yang hanya support untuk komunikasi point-to-point.
Apache Web Server
WebServer merupakan sebuah perangkat lunak dalam server yang berfungsi menerima permintaan (request) berupa halaman web melalui HTTP atau HTTPS dari klien yang dikenal dengan web browser dan mengirimkan kembali (response) hasilnya dalam bentuk halaman-halaman web yang umumnya berbentuk dokumen HTML Ada beberapa aplikasi web server yang sering digunakan dan cukup terkenal diantaranya Apache dan ISS (Internet Information Service). Pada penelitian ini dipilih Apache web server karena bersifat opensource, lebih stabil, pengaturan relatif lebih mudah, extensible. Untuk dokumentasi lebih lanjut mengenai Apache dapat merujuk pada website
resminya yaitu : http://www.apache.org.
Penelitian Terkait
Ahonen et al. (2008) dalam penelitiannya mengatakan bahwa penggunaan sistem kabel dalam sistem monitoring greenhouse dapat menyebabkan kerentanan serta memerlukan biaya yang mahal dalam proses instalasinya. Dalam penelitiannya Ahonen et al. mengusulkan penggunaan wireless sensor network
yang berupa node sensor berukuran kecil dengan menggunakan komunikasi wireless yang terdiri atas radio komunikasi dan beberapa sensor, sehingga posisi sensor pada sistem yang dibangun dapat dengan mudah dipindah dari satu lokasi ke lokasi lainya dan lebih effisien dari segi biaya.
Yanfei et al. (2009) dalam penelitiannya mengatakan, teknologi zigbee merupakan teknologi komunikasi nirkabel yang memiliki keunggulan diantaranya konsumsi daya rendah, memiliki fault tolerance yang tinggi, dan fleksibel. Dalam penggunaan skala yang lebih besar teknologi Zigbee dikenal dengan istilah
wireless sensor network (Yanfei et al. 2009). Tahapan design zigbee wireless sensor network dilakukan berdasarkan empat bagian yaitu : perancangan zigbee node hardware, perancangan interface, perancangan software pada sisi
9 Vrushali et al. (2012) dalam penelitiannya mengatakan, wireless sensor network adalah kumpulan sensor dan node aktuator yang dihubungkan oleh media nirkabel untuk melakukan penginderaan dan melakukan tugas sebagai penggerak aktuator. Node sensor mengumpulkan data dan berkomunikasi melalui jaringan ke sistem komputer yang disebut komputer server (base station).
Menurut Al adwan et al. (2012), sistem kontrol pada greenhouse terdiri atas beberapa komponen diantaranya, melakukan akuisisi data dari parameter yang terjadi di dalam greenhouse melalui sensor, melakukan pengolahan data dan membandingkan dengan hasil yang diinginkan, serta melakukan kontrol terhadap sistem berdasarkan hasil yang didapatkan pada proses pengolahan data.
Zhang (2013) dalam penelitiannya mengatakan bahwa wireless sensor network (WSN) dapat mendorong perkembangan pertanian menjadi lebih cerdas dan otomatis. Pada penelitian ini, Zhang mengusulkan suatu metode dalam mendapatkan informasi akuisisi data, pengolahan informasi dan pemanfaatan informasi yaitu dengan menggunakan WSN, sehingga kedepan sistem ini dapat diadaptasi pada sistem manajemen produksi pertanian diantaranya integrasi pada sistem akuisisi data, transmisi digital, serta pada proses analisis data.
3
METODE PENELITIAN
Waktu dan Tempat
Penelitian dilaksanakan di laboratorium Net Centric Computing (NCC) Ilmu Komputer dan Greenhouse di laboratorium lapangan Leuwikopo Institut Pertanian Bogor dari bulan Januari 2014 sampai dengan bulan Juli 2014. Gambar 4 memperlihatkan greenhouse Leuwikopo Institut Pertanian Bogor.
Gambar 4 Greenhouse Leuwikopo Institut Pertanian Bogor
Komponen Instrumentasi Penelitian Alat dan bahan Perangkat Keras (Hardware)
10
Perangkat Lunak (Software)
Software yang digunakan pada penelitian ini antara lain : Windows 7
operating systems, Arduino IDE, X-CTU, Hyperterminal, PHP, MySQL, Apache server. Sementara bahasa pemrograman yang digunakan pada penelitian ini antara lain : PHP, HTML, Javascript.
Tahapan Pelaksanaan Penelitian
Dalam mengembangkan sistem pemantauan suhu pada greenhouse berbasis
wireless menggunakan multi sensor ini dilakukan berdasarkan beberapa tahapan antara lain : Tahapan persiapan (studi literatur, tinjauan lapangan, pembuatan laporan), tahapan selanjutnya adalah tahapan perancangan sistem, melakukan pengambilan data, dan tahapan terakhir adalah penyusunan laporan. Gambar 5 memperlihatkan tata laksana penelitian.
Gambar 5 Tata Laksana Penelitian Persiapan
(Studi literatur, tinjauan lapangan, pembuatan proposal
SIAP
Pengembangan sistem pemantauan suhu pada
greenhouse berbasis wireless menggunakan multi sensor
Berhasil ?
Pengambilan data
Penyusunan laporan
TIDAK
YA
11 Tahapan Perancangan Sistem Pemantauan Suhu pada Greenhouse
berbasis Wireless dengan Multi Sensor
Tahap perancangan sistem pemantauan suhu pada greenhouse terdiri dari tiga bagian utama antara lain perancangan prototype modul sensor node router (transmitter) dengan multi sensor suhu, perancangan akuisisi data secara nirkabel (wireless) dan perancangan software antarmuka berbasis aplikasi web. Gambar 6 memperlihatkan tahapan perancangan sistem pemantauan suhu pada greenhouse
berbasis wireless menggunakan multi sensor.
Gambar 6 tahapan perancangan sistem pemantauan suhu pada greenhouse
berbasis wireless menggunakan multi sensor
Tahapan Perancangan Prototype Pengembangan Sistem Pemantauan Suhu Greenhouse Berbasis Wireless Dengan Multi Sensor
Prototype pengembangan sistem monitoring greenhouse dalam penelitian ini didefinisikan sebagai seperangkat hardware terintegrasi yang dapat melakukan akuisisi data yaitu mengambil data fisis dari beberapa sensor node router berupa perubahan parameter suhu di dalam greenhouse sesuai dengan penempatan sensor node kemudian ditransmisikan secara nirkabel (wireless) ke bagian penerima (sensor node coordinator), data hasil akuisisi dikirim ke bagian komputer server
Perancangan software antar muka berbasis aplikasi web
Pada tahapan ini disajikan data hasil akuisisi melalui antarmuka berbentuk
website sistem pemantauan suhu pada greenhouse berbasis wireless
menggunakan multi sensor baik secara realtime maupun non realtime
Perancangan akuisisi data dengan komunikasi wireless pada node Coordinator (receiver)
Pada tahapan ini dilakukan proses akuisisi data dengan menggunakan
komunikasi wireless dari beberapa sensor node router (transmiter) ke bagian
node coordinator (receiver) yang terdiri dari Xbee USB Adapter, modul
pengiriman (xbee series 2), kemudian data dikirim ke base station.
Perancangan prototype sensor node router (transmiter)
12
(base station) serta ditampilkan dalam bentuk aplikasi web. Gambar 7 memperlihatkan diagram blok sistem pemantauan suhu pada greenhouse berbasis
wireless dengan multi sensor yang terdiri atas : modul sensor node router, sensor
node coordinator dan komputer server (base station).
Gambar 7 Diagram blok sistem pemantauan suhu pada greenhouse berbasis wireless dengan multi sensor
Zona pengukuran suhu dalam greenhouse dapat dibagi menjadi beberapa zona yaitu zona lokasional yang berupa daerah atap, dinding, dan lantai, zona fungsional yang berupa daerah di sekitar tanaman baik pada bagian akar, daun, batang, maupun buah, zona distributional yang merupakan representasi suhu di dalam ruangan, serta zona pola (Seminar et al. 2006). Gambar 7 memperlihatkan perancangan sistem pemantauan suhu pada greenhouse berbasis wireless dengan multi sensor dan Gambar 8 memperlihatkan instalasi pemasangan sensor suhu LM35 pada bangunan greenhouse.
Gambar 8 Perancangan penempatan modul sensor node router
13 Perancangan Prototype Modul Sensor Node Router (Transmiter)
Prototype modul sensor node router (transmiter) dalam penelitian ini didefinisikan sebagai seperangkat hardware terintegrasi yang dapat melakukan akuisisi data yaitu mengambil data fisis berupa nilai suhu udara yang terjadi di dalam greenhouse yang ditransmisikan secara nirkabel (wireless) ke sensor node
coordinator kemudian di kirim ke komputer server. Pada penelitian ini dibuat sebanyak empat buah prototype modul sensor node router, yang masing-masing terdiri dari empat buah sensor suhu LM35. Berikut adalah tahapan dalam membuat rancangan prototype modul sensor node router yang terbagi menjadi tahap perancangan hardware dan software.
Perancangan Hardware
Sensor adalah komponen yang berfungsi untuk mengubah besaran fisik yang diukur menjadi sinyal elektrik. Sinyal elektrik tersebut disesuaikan level dan bentuknya oleh rangkaian pengkondisi sinyal. Sinyal elektrik yang telah dikondisikan ini masih berupa sinyal analog yang selanjutnya memasuki rangkaian ADC (Analog to Digital Converter) untuk diubah menjadi sinyal digital
yang akan diterima oleh komputer (Azis 2010). Dalam lingkungan sistem pengendali dan robotika, sensor memberikan kesamaan yang menyerupai mata, pendengaran, hidung, lidah yang kemudian akan diolah oleh microcontroller atau
processor lain sebagai otaknya. Pada penelitian ini digunakan sensor suhu tipe LM35 dimana sensor ini merupakan komponen elektronika yang memiliki fungsi untuk mengubah besaran suhu menjadi besaran listrik dalam bentuk tegangan. Sensor suhu LM35 yang dipakai dalam penelitian ini berupa komponen – komponen elektronika yang diproduksi oleh Texas Instruments Incorporated.
Penggunaan tipe sensor ini dikarenakan memiliki keakuratan tinggi dan kemudahan perancangan jika dibandingkan dengan sensor suhu yang lain, LM35
14
juga mempunyai keluaran impedansi yang rendah dan linieritas yang tinggi sehingga dapat dengan mudah dihubungkan dengan rangkaian kendali khusus serta tidak memerlukan penyetelan lanjutan (TII 2013). Gambar 10 memperlihatkan bentuk dan struktur sensor LM35.
Berikut karakteristik sensor LM35 :
Memiliki sensitivitas suhu, dengan faktor skala linier antara tegangan dan suhu 10 mVolt/ºC, sehingga dapat dikalibrasi langsung dalam celcius.
Memiliki jangkauan maksimal operasi suhu antara -55 ºC sampai +150 ºC. Bekerja pada tegangan 4 sampai 30 volt.
Memiliki arus rendah yaitu kurang dari 60 µA.
Memiliki pemanasan sendiri yang rendah (low-heating) yaitu kurang dari 0,1 ºC pada udara diam.
Memiliki impedansi keluaran yang rendah yaitu 0,1 W untuk beban 1 mA. Memiliki ketidaklinieran hanya sekitar ± ¼ ºC.
Gambar 10 (a) Sensor suhu LM35, (b) Struktur sensor LM35
Gambar 10 (b) menunjukan bentuk dari LM35 tampak depan dan tampak bawah. 3 pin LM35 menujukan fungsi masing-masing pin diantaranya, pin 1 berfungsi sebagai sumber tegangan kerja dari LM35, pin 2 atau tengah digunakan sebagai tegangan keluaran atau Vout dengan jangkauan kerja dari 0 Volt sampai dengan 1,5 Volt dengan tegangan operasi sensor LM35 yang dapat digunakan antar 4 Volt sampai 30 Volt.
Mikrokontroler Dfrobot Leonardo dengan Xbee Socket
Mikrokontroler DFRobot Leonardo dengan soket Xbee merupakan varian dari Arduino Leonardo yang merupakan mikrokontroler dengan chip ATmega32u4. Jika dibandingkan dengan tipe Arduino sebelumnya, Arduino Leonardo merupakan tipe yang lebih sederhana juga lebih murah, karena untuk chip mikrokontroler dan chip USB to serialnya digabung dalam 1 chip. Berdasarkan design resmi dari Arduino, DFRobot memproduksi board yang serupa dengan Mikrokontroler Leonardo namun dengan penambahan Xbee socket. Gambar 11 memperlihatkan desain mikrokontroler DFRobot Leonardo dengan Xbee socket.
15
Gambar 11 DFRobot Leonardo dengan Xbee Socket
Modul DFRobot Leonardo dengan xbee socket berfungsi sebagai pengolah data yang dibaca oleh sensor berupa data analog untuk kemudian diubah menjadi data digital. Modul DFRobot Leonardo dengan Xbee socket ini sudah dilengkapi dengan rangkaian analog to digital converter (ADC) 10 bit, sehingga tidak perlu lagi menggunakan rangkaian ADC eksternal. Output dari sensor dapat langsung dihubungkan dengan pin analog pada board serta modul ini sudah dilengkapi dengan Xbee Socket sehingga tidak memerlukan Xbee shield seperti pada tipe Arduino Uno maupun tipe lainnya. Dengan adanya socket ini, user dapat menggunakannya bersama dengan Xbee, Wifi, Bluetooth maupun modul RF lainnya, kemudian pin D14 hingga D16 dengan tambahan power supply dapat memaksimalkan penggunaan chip ATmega32u4. Dengan tambahan pin ini, user
dapat menggunakannya untuk sensor-sensor digital maupun modul lainnya. Adapun spesifikasi DFRobot Leonardo sebagai berikut:
Tegangan Masukan (limits): 6-12V Mikrocontroller: ATmega32u4 Operasi Tegangan : 5V
Antarmuka: Micro USB
Kompatibel dengan Arduino R3 series pin mapping
Support Xbee dengan XBee socket maupun wifi,bluetooth and RF module
Extend D14~D16 digital pin dengan tegangan 5v
Clock Speed 16 MHz Ukuran: 70x55x14mm
Digital I/O Pin: 20 PWM Channels: 6
Analog Input Channels: 12 DC Current per I/O Pin: 40 mA DC Current : 3.3V Pin: 800 mA
Flash Memory 32 KB (ATmega32u4), 4 KB digunakan untuk bootloader
16
Xbee Transmiter
Xbee transmiter pada bagian ini berfungsi sebagai pemancar. Xbee
transmiter digunakan untuk mengirimkan data secara wireless dari lokasi
prototype sensor node router ke komputer server. Xbee transmiter bekerja berdasarkan protokol ZigBee. Gambar 12 memperlihatkan sebuah modul Xbee
series 2 dan susunan pin out yang dimilikinya (DI 2009).
Gambar 12 (a) Xbee series 2 dan (b) Susunan pin out Xbee series 2
Tahapan selanjutnya adalah Xbee transmiter dihubungkan ke host dalam hal ini modul DFRobot Leonardo melalui Xbee socket yang terdapat pada modul. Gambar 13 memperlihatkan pemasangan modul Xbee pada Xbee socket yang terdapat pada mikrokontroler DFRobot Leonardo.
Gambar 13 Pemasangan Xbee Transmiter pada DFRobot Leonardo melalui Xbee Socket
Perancangan Software
Pada tahapan perancangan software terbagi menjadi dua tahap sesuai dengan peralatan yang digunakan yaitu perancangan software pada DFRobot Leonardo dan Xbee transmiter.
17 Perancangan Software Pemrograman pada Mikrokontroler
DFRobot Leonardo
Untuk memproses data yang dibaca oleh sensor, maka harus dilakukan pemrograman terlebih dahulu terhadap modul mikrokontroler DFRobot Leonardo dimana modul ini mempunyai fitur yang hampir sama dengan Arduino buatan Italia maka untuk memprogram modul ini dapat menggunakan software IDE (Integrated Development Environment) Arduino. Dengan adanya Software IDE Arduino memudahkan programmer untuk pemrograman karena sudah dilengkapi dengan library yang siap pakai (Margolis, 2011). Pada penelitian ini digunakan
software IDE Arduino Versi 1.0.4. Gambar 14 memperlihatkan tampilan antarmuka Software IDE Arduino.
Gambar 14 Tampilan antarmuka Software Arduino Versi 1.0.4
Perancangan Software Xbee Transmitter
Modul Xbee merupakan device yang mempunyai universal asynchronous receiver/transmitter (UART) interface yang dapat secara langsung dihubungkan dengan pin-pin pada modul Xbee usb adapter. Xbee transmitter memiliki dua mode operasi yaitu mode transparant (AT) dan mode packet (API). Untuk menghubungkan dua buah modul Xbee pada konfigurasi point-to-point sederhana dapat menggunakan mode AT (DI 2009). Adapun kelebihan dari mode AT antara lain : Sederhana, compatible dengan semua peralatan yang menggunakan komunikasi serial, terbatas hanya untuk komunikasi point-to-point maupun mesh
18
2009), aplikasi lainnya yang dapat digunakan untuk melakukan pemrograman Xbee transmitter adalah software hyperterminal seperti Putty (Faludi 2011). Untuk dapat melakukan komunikasi dengan baik, Xbee transmitter harus diprogram dengan memberi alamat unik agar dapat dikenali oleh Xbee pada bagian receiver. Pada penelitian ini digunakan mode AT karena hanya bersifat yang sederhana dengan sistem pengalamatan 16 bit (DI 2009). Pada penelitian ini dirancang empat buah prototype modul sensor node router yang masing masing terdiri dari empat buah sensor suhu LM35. Gambar 15 memperlihatkan tampilan antarmuka software X-CTU.
Gambar 15 Tampilan antarmuka software X-CTU
Perancangan Akuisisi Data Secara Nirkabel (Wireless)
Setelah melakukan perancangan pada modul node sensor tahapan selanjutnya adalah melakukan tahapan akuisisi data secara nirkabel (wireless) dengan melakukan perancangan pada bagian penerima yaitu node sensor
coordinator. Berikut adalah tahapan dalam membuat rancangan node sensor
coordinator yang berfungsi untuk melakukan akuisisi data secara wireless.
Perancangan Hardware
19
Gambar 16 Modul sensor node coordinator dan komputer server
XBee Receiver
XBee receiver pada bagian ini berfungsi sebagai penerima (receiver) dan memiliki spesifikasi yang sama dengan XBee transmiter pada bagian node sensor router (pemancar). XBee receiver ini digunakan untuk menerima data secara
wireless dari modul node sensor router. Pada bagian ini Xbee receiver
dihubungkan ke host yaitu modul XBee adapter.
Modul XBee USB Adapter
Modul Xbee USB adapter yang digunakan adalah DFRobot XBee USB
Adapter dengan interface yang dapat langsung dihubungkan dengan pin-pin XBee receiver, sehingga memungkinkan XBee receiver dapat langsung dipasangkan. Fungsi utama dari modul XBee USB adapter ini adalah sebagai jembatan yang menghubungkan antara XBee receiver dengan port serial pada komputer. Data serial yang diterima oleh komputer server dapat diakses dengan melakukan koneksi terlebih dahulu ke COM yang terbaca pada perangkat komputer server. Pada saat Xbee USB Adapter dihubungkan ke komputer dengan Mini-B USB, maka komputer biasanya akan meminta driver terlebih dahulu. Dengan adanya driver memungkinkan setiap hardware yang dihubungkan dengan kabel USB akan terdeteksi oleh komputer. Untuk melakukan pengujian bahwa data sedang diterima oleh komputer server maka dapat menggunakan aplikasi
hyperterminal (Faludi 2011). Gambar 17 memperlihatkan modul Xbee USB
Adapter.
Gambar 17 Modul Xbee USB Adapter
Komputer Server
(Base station) XBEE
USB ADAPTER XBEE Series 2
20
Perancangan Software
XBee Receiver pada Bagian Sensor Node Coordinator
Pada tahapan ini dilakukan konfigurasi komunikasi pada XBee receiver
pada bagian node sensor coordinator yaitu melakukan pemrograman dengan memberi alamat unik sedemikian sehingga dapat berkomunikasi dengan XBee
transmitter pada bagian node sensor router dari masing-masing titik penempatan sensor. Pada penelitian ini terdapat empat buah prototype sensor node router yang masing-masing akan mengirimkan data dari sensor suhu LM35.
Perancangan Software Antarmuka Berbasis Aplikasi Web
Pada tahapan ini dirancang Software antarmuka berbasis aplikasi web yang berfungsi utama untuk menampilkan data hasil pembacaan sensor melalui browser. Adapun Software antarmuka dibuat dengan menggunakan bahasa pemrograman PHP, sedangkan untuk database dan web server menggunakan MySQL dan Apache. Adapun tahapan utama yang dilakukan untuk membuat software
antarmuka berbasis aplikasi web, yaitu membuat database dan perancangan
website yang dapat diakses oleh user. Secara umum website ini dibuat sebagai aplikasi front-end berupa object oriented programming (OOP). Gambar 18 memperlihatkan desain tampilan website sistem pemantauan suhu.
21
4 HASIL DAN PEMBAHASAN
Implementasi Tahapan Perancangan Sistem Pemantauan Suhu pada
Greenhouse berbasis wireless Menggunakan Multi Sensor
Pada bagian ini akan dijelaskan mengenai implementasi tahapan perancangan sistem pemantauan suhu pada greenhouse berbasis wireless
menggunakan multi sensor. Tahapan implementasi terdiri dari tiga bagian utama antara lain implementasi prototype sensor node router yang berfungsi sebagai pengirim (transmitter), implementasi prototype sensor node coordinator yang berfungsi sebagai penerima (receiver) pada proses akuisisi data suhu berbasis nirkabel, implementasi software antarmuka berbasis aplikasi web.
Implementasi Prototype Sensor Node Router
Implementasi Hardware
Prototype sensor node router dalam penelitian ini didefenisikan sebagai seperangkat hardware terintegrasi yang dapat melakukan akuisisi data yaitu mengambil data fisis berupa nilai suhu pada masing-masing lokasi penempatan sensor yang ditransmisikan secara nirkabel (wireless) ke komputer server. Pada penelitian ini dibuat sebanyak empat buah prototype sensor node router, yang masing-masing terdiri dari empat buah sensor suhu. Perancangan empat buah
prototype sensor node router ini dirancang berdasarkan lokasi dari komponen perpindahan panas yang terjadi di dalam greenhouse yaitu pada bagian atap, dinding, lantai, dan disekitar tanaman.
Seperti telah disebutkan sebelumnya, pada penelitian ini digunakan sensor suhu tipe LM35 dimana output dari sensor berupa data analog yang merepresentasikan nilai tegangan. Data analog yang dihasilkan kemudian diolah oleh mikrokontroler menjadi data digital. Adapun mikrokontroler yang digunakan yaitu mikrokontroler tipe leonardo. Pada modul mikrokontroler tipe leonardo sudah dilengkapi dengan rangkaian analog to digital converter (ADC), sehingga tidak perlu lagi menggunakan rangkaian ADC eksternal. Output dari sensor suhu dapat langsung dihubungkan dengan pin analog yang terdapat pada board modul mikrokontroler tipe Leonardo. Gambar 19 memperlihatkan skema rangkaian dari sensor suhu LM35 yang terhubung dengan board modul mikrokontroler DFRobot Leonardo.
22
Pemasangan sensor suhu LM35 pada board modul mikrokontroler DFRobot Leonardo dapat dijelaskan sebagai berikut : tegangan Vcc pada sensor suhu LM35 diperoleh dengan cara menghubungkan kaki Vcc 5V dengan pin 5V, kaki analog dengan pin analog (misalnya A0), dan kaki GND dengan pin GND pada modul mikrokontroler arduino Leonardo. Setiap prototype sensor node router terdiri dari empat buah sensor suhu LM35. Gambar 20 memperlihatkan skema rangkaian dari empat buah sensor suhu LM35 yang dihubungkan dengan Vcc, GND dan pin
analog A0, A1, A2, A3, pada modul mikrokontroler arduino Leonardo. Tabel 2 menunjukkan susunan pin yang digunakan pada rangkaian dengan sensor suhu LM35.
Gambar 20. Skema rangkaian empat buah sensor suhu LM35 pada Mikrokontroler DFRobot Leonardo
Tabel 2. Susunan pin yang digunakan pada rangkaian dengan sensor suhu LM35 Nama Pin Keterangan
5V sebagai pin VCC
GND sebagai pin ground
A0 sebagai pin data sensor suhu 1 A1 sebagai pin data sensor suhu 2 A2 sebagai pin data sensor suhu 3 A3 sebagai pin data sensor suhu 4
Implementasi Software Pemrograman pada Mikrokontroler
DFRobot Leonardo
Pada tahapan ini dilakukan proses pengambilan data yang dibaca oleh sensor, agar modul mikrokontroler leonardo dapat membaca nilai yang akan diberikan oleh sensor, maka harus dilakukan pemrograman terlebih dahulu. Modul mikrokontroler leonardo memiliki fitur hampir 100% sama dengan Arduino buatan Italia maka software IDE (Integrated Development Environment) Arduino dapat digunakan untuk memprogram. Software IDE Arduino memudahkan
programmer untuk memprogram karena sudah dilengkapi dengan library yang siap pakai (Margolis 2011). Secara garis besar untuk memprogram modul dengan
23 mikrokontroler leonardo, dan sebagainya. Sementara fungsi void loop ( ) biasanya berisi perintah yang digunakan oleh program seperti pembacaan analogRead, memasukan fungsi atau rumus, memberi waktu tunda (delay) program, mencetak ke serial, dan sebagainya. Berikut diberikan gambaran mengenai pemrograman yang dilakukan pada modul mikrokontroler DFRobot leonardo.
//bagian deklarasi variabel
void setup() {
//bagian ini digunakan untuk melakukan inisialisasi seperti
mode komunikasi serial, pengaturan baudrate, pinMode dari
modul Arduino DfRobot Leonardo, dan sebagainya.
}
void loop() {
//bagian ini berisi perintah yang digunakan oleh program
seperti pembacaan analogRead, memasukan fungsi atau rumus,
memberi waktu tunda (delay) program, mencetak ke serial,
dan sebagainya.
}
Modul mikrokontroler DfRobot Leonardo menggunakan analog to digital converter (ADC) dengan resolusi 10 bit, sehingga ada 210 = 1024 nilai digital
yang mempresentasikan tegangan yang dicatu oleh sensor artinya nilai tegangan antara 0-5 volt yang dicatu oleh sensor setara dengan 0-1023 nilai digital. Bila tegangan yang digunakan sebagai Vcc adalah 5 volt, maka resolusi yang dihasilkan sebesar 5volt /1023 = 0.0048875855 volt = 4.8875855 milivolt, artinya setiap kenaikan tegangan sebesar 4.8 milivolt maka nilai digital akan naik sebesar 1. Berikut adalah pseudocode pemrograman pada mikrokontroler Arduino Leonardo untuk membaca nilai Sensor LM35.
Implementasi Software XBee Transmiter
Pseudocode :
1 Deklarasikan Variable
Sensor1, Sensor2, Sensor3, Sensor4, Suhu rata-rata
3 Hitung nilai suhu masing-masing sensor
4 Hitung nilai suhu rata – rata
5 Cetak nilai suhu masing –masing sensor dan
suhurata-rata pada komunikasi serial
24
Implementasi Software Xbee Transmitter
Pada prototype sensor node router terdapat XBee transmitter yang berfungsi sebagai pemancar (transmitter). XBee transmitter digunakan untuk mengirimkan data secara wireless dari lokasi masing – masing prototype sensor node router ke komputer server. Kelebihan pada mikrokontroler DFRobot Leonardo adalah telah mendukung XBee socket yang terdapat pada board sehingga tidak memerlukan modul tambahan untuk menghubungkan antara XBee
transmitter dengan mikrokontroler, hal ini dapat mengantisipasi penggunaan level
tegangan XBee yang bekerja pada tegangan 3,3 volt. Pada tahapan implementasi XBee transmitter harus dilakukan pemrograman terlebih dahulu pada perangkat XBee transmitter dengan menggunakan software hyperterminal seperti Putty (Faludi 2011) atau dengan software khusus yang disediakan oleh produsen XBee Maxstream/Digi yaitu X-CTU (DI 2009). Gambar 21 memperlihatkan pengaturan yang dilakukan pada Xbee transmitter. Adapun beberapa pengaturan yang perlu dilakukan pada XBee transmitter sebagai berikut:
a) Channel ID
b) PAN ID (Personal Area Network Identifier) = 111 c) Source Address (MY)
d) DH (Destination Address High) e) DL (Destination Address Low)
f) CE=1 (router), artinya XBee diset sebagai pengirim
25 Pengujian Hasil Prototype Sensor Node Router
Untuk mendapatkan dan menampilkan hasil pembacaan nilai suhu, maka sensor suhu LM35 harus dihubungkan terlebih dahulu pada pin analog modul DFRobot Leonardo yang sudah diprogram. Langkah pengujian awal dilakukan dengan membandingkan hasil pembacaan nilai suhu pada sensor LM35 dengan
alat ukur suhu standar menggunakan hybrid thermocouple recorder
(HT recorder) dimana alat ini biasa digunakan untuk mengukur suhu yang terjadi di dalam ruangan. Adapun perbandingan pengukuran suhu (oC) pada alat ukur standar HT recoder dan sensor LM35 dapat dilihat pada Table 3.
Tabel 3. Perbandingan pengukuran suhu (oC) pada alat ukur standar HT recoder
dan sensor LM35 Hybrid thermocouple recorder dengan sensor LM35 ditunjukkan pada Gambar 22.
Gambar 22 grafik persamaan regresi suhu terukur pada alat ukur suhu standar HT recorder dan sensor LM35
26
Tahapan selanjutnya adalah melakukan pengujian komunikasi serial
dengan menggunakan kabel USB. Pengujian ini dilakukan pada masing-masing sensor node yang nantinya akan ditempat sesuai lokasi (zona) penempatan sensor, jika data pembacaan sensor suhu yang dikirim sudah dapat ditampilkan dan sesuai dengan kondisi suhu yang terjadi di dalam ruangan serta sesuai dengan struktur data yang diinginkan berarti rangkaian sudah berjalan dengan baik. Fungsi dari pengaturan struktur data hasil pembacaan nilai sensor adalah untuk mempermudah proses input pada database. Adapun struktur data untuk proses input pada database dapat dilihat pada tabel 4.
Tabel 4. Susunan struktur data pada perancangan sensor node router
Posisi Sensor
Nilai Sensor 1
Nilai Sensor 2
Nilai Sensor 3
Nilai Sensor 4
Nilai Suhu Rata-rata
Gambar 23 memperlihatkan tampilan struktur data hasil pengujian sensor node router dengan komunikasi serial menggunakan kabel USB pada aplikasi
hyperterminal.
Gambar 23 Hasil pengujian sensor node router dengan komunikasi
serial menggunakan kabel usb
Hasil pengujian menunjukkan bahwa sensor node router dapat bekerja dengan baik yaitu dengan menampilkan data pembacaan dari empat buah sensor suhu LM35 dan sesuai dengan struktur data yang diinginkan. Pengujian ini juga telah dilakukan pada masing-masing sensor node router. Gambar 24 memperlihatkan proses instalasi pemasangan prototype sensor node router di dalam bangunan greenhouse.
Gambar 24 Instalasi pemasangan sensor suhu lm35 pada bangunan greenhouse
27 Implementasi Akuisisi Data Secara Nirkabel (Wireless)
Setelah memastikan prototype sensor node router dapat bekerja dengan baik dan dapat ditampilkan pada aplikasi hyperterminal, maka tahapan selanjutnya adalah melakukan akuisisi data secara nirkabel (wireless), data nilai suhu yang terdeteksi pada masing-masing sensor node router dikirim ke bagian sensor node coordinator selanjutnya di proses oleh komputer server dan ditampilkan dalam bentuk aplikasi web.
Implementasi Prototype Sensor Coordinator
Implementasi Hardware
Pada tahapan ini dilakukan implementasi perancangan sensor node
coordinator, bagian ini terdiri dari modul XBee receiver dan XBee usb adapter. XBee receiver pada bagian ini berfungsi sebagai penerima (receiver). Sama halnya dengan XBee transmitter pada bagian sensor node router, XBee receiver
pada bagian sensor node coordinator juga dihubungkan ke host (dalam hal ini komputer server). Agar data pada XBee receiver dapat terima dan diterima oleh komputer server maka dibutuhkan suatu perantara komunikasi data berupa XBee USB adapter. Gambar 25 memperlihatkan perangkat sensor nodecoordinator
(receiver).
Gambar 25 Perangkat sensor nodecoordinator
Fungsi utama dari modul XBee USB adapter adalah sebagai jembatan yang menghubungkan antara XBee receiver dengan port serial komputer. Data
serial yang diterima oleh komputer server dapat diakses dengan melakukan koneksi terlebih dahulu ke COM virtual yang terbaca pada Device Manager di Windows. Modul XBee dihubungkan ke komputer server melalui level logika
port serial asinkron. Melalui port serial ini, modul XBee dapat berkomunikasi dengan logika dan tegangan yang compatible dengan UART (universal asynchronous receiver/transmitter) ke device serial. Modul XBee USB adapter
yang digunakan adalah DFRobot XBee USB Adapter dengan interface yang dapat langsung dihubungkan dengan pin-pin XBee receiver, sehingga memungkinkan XBee receiver dapat langsung dipasangkan.
Implementasi Software XBee Receiver
28
dengan XBee transmiter pada bagian pemancar, sehingga dapat dilakukan proses akuisisi data. Gambar 26 memperlihatkan pengaturan yang dilakukan pada Xbee
receiver. Adapun beberapa pengaturan yang perlu dilakukan pada XBee receiver
sebagai berikut,
a) Channel ID
b) PAN ID (Personal Area Network Identifier) c) Source Address (MY)
d) DH (Destination Address High) e) DL (Destination Address Low)
f) CE=1 (coordinator), artinya XBee diset sebagai penerima
Gambar 26 Pengaturan Xbee Transmitter
Pengujian Hasil Akuisisi Data Secara Nirkabel (Wireless)
Setelah XBee receiver pada bagian sensor node coordinator diprogam dan dihubungkan pinnya pada XBee usb adapter, langkah selanjutnya adalah melakukan pengujian komunikasi serial secara nirkabel (wireless). Jika akuisisi data yang dikirim oleh sensor suhu pada masing-masing sensor node router sudah dapat diterima dengan baik oleh sensor node coordinator melalui komunikasi nirkabel serta sesuai dengan struktur data yang diinginkan berarti rangkaian sudah berjalan dengan baik. Fungsi dari pengaturan struktur data hasil pembacaan nilai sensor adalah untuk mempermudah proses input pada database. Adapun susunan struktur data dapat dilihat pada tabel 5.
Tabel 5. Susunan struktur data pada perancangan akuisisi data
Keterangan : D : Date (tanggal) W : Time (waktu) P : Posisi Sensor
S1 – S16 : Nilai masing – masing sensor
29 Gambar 27 memperlihatkan hasil pengujian akuisisi data suhu menggunakan komunikasi serial secara nirkabel (wireless).
Gambar 27 Hasil pengujian akuisisi data menggunakan komunikasi
serial secara nirkabel (wireless)
Hasil pengujian menunjukkan bahwa akuisisi data suhu pada bagian sensor node coordinator dapat bekerja dengan baik, sehingga dapat menampilkan data suhu pada masing-masing sensor node router menggunakan aplikasi
hyperterminal. Hasil pengujian komunikasi serial secara nirkabel (wireless) ini sesuai dengan hasil pengujian komunikasi serial dengan kabel USB.
Implementasi Software Antarmuka Berbasis Aplikasi Web
Pada tahapan ini dilakukan implementasi software antarmuka berbasis aplikasi web yang berfungsi untuk menampilkan data secara realtime maupun berupa non realtime berupa datalog melalui browser. Tahapan implementasi ini dilakukan dengan menggunakan bahasa pemrograman PHP, sementara untuk pembuatan database dan webserver menggunakan MySQL dan Apache. Berikut ini adalah beberapa tahapan yang dilakukan dalam dalam membuat software
antarmuka berbasis aplikasi web.
Implementasi Database
Langkah pertama yang dilakukan dalam implementasi software
antarmuka berbasis aplikasi web adalah membuat database. Database pada penelitian ini menggunakan phpMySQL. Data yang dikirim oleh setiap prototype
sensor node router disimpan dalam database dengan nama akuisisi_data, database terdiri dari empat buah tabel yaitu data_suhuAtap, data_suhuDinding, data_suhuLantai, data_suhuTanaman. Aplikasi web yang dibangun juga membutuhkan tabel database admin, yang berfungsi untuk mendata pengguna
30
Tabel 6. Struktur tabel data suhu atap
Nama Tabel Nama Field Tipe Data
Tabel 7. Struktur tabel data suhu dinding
Nama Tabel Nama Field Tipe Data
Tabel 9. Struktur tabel data suhu lantai
31 Tabel 10. Struktur tabel admin
Nama Tabel Nama Field Tipe Data
admin
Id Varchar (10)
Nama Varchar (20)
Email Varchar (25)
No Handphone Varchar (15)
Implementasi Aplikasi Web
Halaman website adalah halaman suatu situs yang biasa diakses oleh user
pada umumnya. Secara umum website ini dibuat sebagai aplikasi front-end berupa
object oriented programming (OOP). Website yang dibuat memiliki menu sebagai berikut,
a. Home, menu ini berisi informasi mengenai halaman utama website client.
Tampilan halaman utama website dapat dilihat pada gambar 28.
Gambar 28 Halaman utama aplikasi web untuk
Website Greenhouse Temperature Monitoring System
b. Realtime Monitoring, menu ini berisi informasi mengenai perubahan suhu yang terjadi di dalam greenhouse secara realtime dari masing-masing
prototype sensor node router yang ditampilkan dalam bentuk tabel maupun grafik dengan teknik Asynchronous JavaScript dan fusionchart. Setelah masuk ke dalam menu realtime monitoring, maka user dapat melihat tampilan suhu secara detail berdasarkan masing-masing zona pengamatan yaitu zona atap, zona dinding, zona tanaman, dan zona lantai. Tampilan halaman menu
32
Gambar 29 Halaman menu realtime monitoring suhu
c. Datalog Non Realtime, menu ini berisi informasi mengenai perubahan suhu yang terjadi di dalam greenhouse secara non realtime. Datalog perubahan suhu ini terdapat menu unduh yang berfungsi untuk menyimpan data pada media penyimpanan data. Tampilan halaman menu datalog non realtime dapat dilihat pada gambar 30.
Gambar 30 Halaman menu datalog non realtime
d. User Manajemen, menu ini berfungsi untuk memberikan informasi mengenai data pengguna website serta admin dapat membaca pesan dari user
33
Gambar 31 Halaman menu user manajemen
e. Galery Design Systems, menu ini berisi informasi mengenai seputar perancangan website Greenhouse Temperature Monitoring System yang disajikan dalam bentuk gambar, antara lain berupa hardware yang digunakan dalam disain sistem, lokasi maupun zona penempatan sensor node router serta pengaturan pemasangan multi sensor suhu. Tampilan halaman galery design system dapat dilihat pada gambar 32.
Gambar 32 Halaman menu galery design systems
f. About Us, menu ini berisi mengenai tujuan singkat dari pembuatan
website, dan terdapat submenu yaitu Developer Team, berisi mengenai informasi singkat mengenai pengembang sistem. Tampilan halaman menu about us dan
34
Gambar 33 Halaman menu about us
Gambar 34 Halaman submenu developer team
35
Gambar 35 Tampilan halaman contact us
Pengujian Modul Realtime Monitoring pada Website
Modul realtime monitoring pada website memberikan kemudahan untuk melakukan pemantauan suhu pada masing-masing zona dalam bangunan
greenhouse meliputi zona atap, zona lantai, zona tanaman, dan zona lantai. Untuk melakukan pemantauan maka pilih menu Realtime Monitoring, kemudian pilih zona yang diinginkan. Menu Realtime Monitoring berisi informasi mengenai grafik suhu secara realtime dari empat zona observasi di dalam bangunan
greenhouse. Grafik ditampilkan secara realtime dengan teknik Asynchronous JavaScript and XML (AJAX) dari masing-masing zona pengamatan, sehingga
user tidak perlu melakukan reload pada browser. Gambar 36-39 memperlihatkan contoh grafik realtime monitoring hasil pengamatan suhu pada masing-masing zona dengan aplikasi web.
36
Gambar 37 Contoh grafik realtime hasil pengamatan suhu pada zona dinding
37
Gambar 39 Contoh grafik realtime hasil pengamatan suhu pada zona lantai
Pengujian Modul Datalog Non Realtime pada Website
Pengujian pada modul datalog dilakukan untuk memberikan kemudahan dalam penyimpanan datalog perubahan suhu secara non realtime oleh pengguna ke dalam file Excel, sehingga data dapat diolah dan didistribusikan lebih lanjut dengan berbagai aplikasi pengolah data. Gambar 40 memperlihatkan halaman datalog non realtime pada halaman website.
