Perancangan dan Realisasi Wireless Sensor Network untuk Monitoring Hujan - Design and Realization of Wireless Sensor Network for Rainfall Monitoring.

(1)

i

Program Studi Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Kristen Maranatha,

Jl. Prof. Drg. Suria Sumantri, MPH no. 65, Bandung, Indonesia.

ABSTRAK

Pada saat ini, keadaan cuaca di suatu wilayah sudah tidak bisa diprakirakan lagi dan aplikasi prakiraan cuaca yang ada hanya memprakirakan cuaca pada suatu hari saja dan pada satu wilayah besar saja. Keadaan cuaca pada sub-sub wilayah yang berbeda pada saat ini tentu sangat menggangu untuk karyawan atau sales yang bekerja dengan menggunakan kendaraan roda dua.

Dalam tugas akhir ini dirancang sistem wireless sensor network untuk monitoring hujan. Sistem ini terdiri dari 2 bagian, yaitu bagian pertama adalah alat monitoring hujan yang direalisasikan menggunakan sensor hujan dan mikrokontroller Wemos D1 ESP8266 dan bagian kedua adalah Pusat yang berupa komputer. Koneksi antar alat monitoring hujan dan dengan Pusat menggunakan WiFi dan Pusat juga melakukan koneksi dengan internet. Data kondisi hujan masing – masing alat monitoring hujan dikirimkan ke Pusat untuk diolah dan ditampilkan pada monitor, juga dikirimkan ke situs Plotly melalui koneksi internet, sehingga pengguna dapat mengakses data tersebut dari mana saja melalui koneksi internet.

Dari hasil uji coba, data yang dikirimkan dapat diterima dengan baik dan benar oleh Pusat lalu setelah itu data juga dapat dikirimkan ke situs Plotly untuk dapat dilihat oleh pengguna secara real time melalui koneksi internet serta file data juga berhasil dibuat. Waktu yang diperlukan sistem dari meminta data sampai data berhasil ditampilkan dalam bentuk grafik setiap data pada setiap percobaan adalah rata-rata 10,0 s sampai 15,9 s. Rata-rata perbedaan waktu antara tampilan yang dilihat pada Pusat (lokal) dan yang dilihat dari Smartphone (melalui koneksi internet) adalah 0,3 s sampai 0,8 s.

Kata kunci: Wireless Sensor Network, Sensor hujan, Wemos D1 ESP8266,

(2)

ii Universitas Kristen Maranatha

DESIGN AND REALIZATION OF WIRELESS

SENSOR NETWORK FOR RAINFALL MONITORING

Marco Thionatalio NRP : 1222026

email : marcothio@yahoo.com

Program Studi Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Kristen Maranatha,

Jl. Prof. Drg. Suria Sumantri, MPH no. 65, Bandung, Indonesia.

ABSTRACT

At this time, the different weather condition in a region can no longer be predictable and the forecast application is only forecasting the weather on one day and only in one big region. The weather conditions in the sub-region at this time is certainly very disturbing to employees or sales which works by using a two-wheeled vehicle.

In this final project a wireless sensor network system for rainfall monitoring is designed. This system consists of two parts, the first part is a rainfall monitoring device is realized using a rain sensor and microcontroller Wemos D1 ESP8266 and the second part is a computer as a Center. The connection between rain monitoring devices and with the Center are using WiFi and the Center also connect to the internet. Rain data conditions for each rain monitoring device is sent to the Center to be processed and displayed on the monitor, the data also sent to the Plotly site through an internet connection, so users can access the data from anywhere via an internet connection.

From the test results, the transmitted data can be received properly by the center and then the data can be transmitted to the Plotly site to be visible to users in real time with internet connection and the data files also successfully created. The system spend time from request until the data has been displayed in a graph for any data on each trial is 10,0 s to 15,9 s in average. The average time difference seen from the display on the Center (local) and on the Smartphone (with internet) is 0,3 s to 0,8 s.

(3)

v Universitas Kristen Maranatha

DAFTAR ISI

LEMBAR PENGESAHAN

SURAT PERNYATAAN

PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI

ABSTRAK ... i

ABSTRACT ... ii

KATA PENGANTAR ... iii

DAFTAR ISI ... v

DAFTAR GAMBAR ... viii

DAFTAR TABEL ... x

DAFTAR LAMPIRAN ... xi

BAB 1 PENDAHULUAN ... 1

1.1 Latar Belakang ... 1

1.2 Rumusan Masalah ... 2

1.3 Tujuan ... 2

1.4 Pembatasan Masalah ... 2

1.5 Sistematika Penulisan... 3

BAB 2 LANDASAN TEORI ... 4

2.1 Wireless Sensor Network ... 4

2.2 Sensor Hujan ... 5

2.3 Board Wemos D1 berbasis ESP-8266... 7

2.3.1 Spesifikasi Wemos D1 berbasis ESP8266 ... 9

2.4 Arduino ... 9

2.4.1 Software dan Hardware Arduino ... 10

2.4.2 Bahasa pemrograman Arduino ... 10

2.4.2.1 Struktur ... 10

(4)

vi Universitas Kristen Maranatha

2.5.1 Tipe-tipe data dasar pada Python ... 16

2.5.2 Struktur ... 16

2.5.2.1 Nilai Boolean ... 16

2.5.2.2 Pernyataan if-else-if ... 17

2.5.2.3 Pengulangan While ... 17

2.5.2.4 Pengulangan For... 17

2.6 Plotly ... 18

BAB 3 PERANCANGAN DAN REALISASI ... 19

3.1 Perancangan alat monitoring hujan ... 21

3.2 Diagram Alir ... 22

3.2.1 Diagram alir program pada alat monitoring hujan ... 22

3.2.1.1 Diagram alir program Server dan access point pada node1 .. 23

3.2.1.2 Diagram alir program Server pada node2 dan node 3... 25

3.2.2 Diagram alir program pada Pusat ... 27

3.3 Perancangan GUI ... 32

3.3.1 Perancangan GUI menggunakan Python ... 33

3.3.2 Perancangan GUI pada situs Plotly ... 35

3.4 Realisasi sistem ... 36

3.4.1 Realisasi alat monitoring hujan ... 36

3.4.2 Realisasi GUI ... 37

3.4.3 Realisasi file data ... 40

BAB 4 DATA PENGAMATAN DAN ANALISA 4.1 Data pengamatan tiap kondisi curah hujan ... 41

4.2 Pengujian akurasi pembacaan data sensor hujan ... 42

(5)

vii Universitas Kristen Maranatha

4.4 Pengujian jarak jangkauan koneksi WiFi antar node ... 49

4.5 Pengujian waktu yang diperlukan sistem dari request data sampai data

berhasil ditampilkan ... 51

4.6 Tampilan File data... 65

4.7 Analisis Data ... 66

BAB 5 SIMPULAN DAN SARAN

5.1 Simpulan ... 69

5.2 Saran ... 70

DAFTAR PUSTAKA ... 71

LAMPIRAN LIST PROGRAM ARDUINO PADA NODE 1 ... A-1

(6)

viii Universitas Kristen Maranatha

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Topologi dalam WSN... 5

Gambar 2.2 Rangkaian pembagi tegangan... 6

Gambar 2.3 Papan sensor hujan ... 6

Gambar 2.4 Board Wemos D1 tampak atas ... 8

Gambar 2.5 Board Wemos D1 tampak bawah ... 8

Gambar 3.1 Perancangan sistem ... 19

Gambar 3.2 Isi dari satu node sensor ... 19

Gambar 3.3 Skematik sensor hujan dan mikrokontroler Wemos D1... 21

Gambar 3.4 Diagram alir program pada node 1 sebagai server dan Access Point ... 23

Gambar 3.5 Diagram alir program pada node 2 dan node 3 sebagai server ... 25

Gambar 3.6 Diagram alir program pada Komputer ... 27

Gambar 3.7 Tampilan Komputer saat melakukan koneksi ... 32

Gambar 3.8 Tampilan utama GUI pada Pusat sebelum data ditampilkan ... 33

Gambar 3.9 Tampilan utama GUI pada Pusat setelah data ditampilkan... 34

Gambar 3.10 Realisasi perangkat monitoring hujan ... 36

Gambar 3.11 Realisasi GUI ... 37

Gambar 3.12 Tampilan situs Plotly pada Pusat / Komputer ... 38

Gambar 3.13 Tampilan situs Plotly pada Smartphone ... 39

Gambar 3.14 Tampilan File data ... 40

Gambar 4.1 Tampilan data pengamatan tiap kondisi curah hujan ... 41

Gambar 4.2 Tampilan file data tiap kondisi curah hujan ... 42

Gambar 4.3 Tampilan data pada web browser dan serial monitor Arduino ... 43

Gambar 4.4 Tampilan koneksi pada Komputer untuk kondisi 1 ... 52

(7)

ix Universitas Kristen Maranatha

(8)

x Universitas Kristen Maranatha

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Tabel pin board Wemos D1 ... 9

Tabel 3.1 Fungsi tampilan yang dipakai dalam rancangan GUI ... 35

Tabel 4.1 Hasil pengujian data sensor pada web browser dan serial monitor Arduino node 1 ... 44

Tabel 4.4 Hasil pengujian jarak jangkauan WiFi antara node 1 (AP) dengan Pusat tanpa halangan ... 47

Tabel 4.5 Hasil pengujian jarak jangkauan WiFi antara node 1 (AP) dengan Pusat dengan halangan ... 48

Tabel 4.6 Hasil pengujian jarak jangkauan WiFi antar node 1 (AP) dengan node lainnya tanpa halangan ... 49

Tabel 4.7 Hasil pengujian jarak jangkauan WiFi antar node 1 (AP) dengan node lainnya dengan halangan ... 50

Tabel 4.8 Hasil pengujian dengan kondisi 1.a ... 53

Tabel 4.9 Hasil pengujian dengan kondisi 1.b ... 54

(9)

xi Universitas Kristen Maranatha

DAFTAR LAMPIRAN

(10)

1 Universitas Kristen Maranatha

BAB 1

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Hujan merupakan suatu fenomena alam yang sudah dapat diprakirakan,

banyak pemberitaan prakiraan cuaca yang sudah ada di masyarakat, mulai dari

berita di televisi, berita di media cetak, bahkan aplikasi pada telepon genggam.

Namun pemberitaan ini hanya memprakirakan cuaca pada suatu hari dan pada

suatu daerah saja, bukan secara real-time. Banyak aplikasi yang belum dapat

memprakirakan cuaca pada sub wilayah di suatu daerah dan bagaimana curah

hujan yang turun di sub wilayah tersebut. Hal ini sangat menganggu bagi para

karyawan / sales yang setiap hari bekerja dengan menggunakan kendaraan

bermotor roda dua yang dapat saja terkena hujan secara tiba-tiba.

Kalau saja dapat diketahui di mana saja sub wilayah di suatu daerah yang

turun hujan dan bagaimana curah hujan di suatu sub wilayah tersebut, tentunya hal

ini sangat membantu bagi para karyawan / sales.

Dari permasalahan di atas, timbul pertanyaan bagaimana membuat suatu

alat yang dapat mendeteksi / monitoring hujan di beberapa sub wilayah di suatu

daerah. Alat yang saling berintegrasi satu dengan yang lain dan dapat saling

berkomunikasi untuk memberi informasi tentang hujan di beberapa sub-sub

wilayah di suatu daerah dan dapat dilihat secara real-time melalui koneksi

internet. Alat ini akan sangat membantu bagi para karyawan / sales yang ingin

menawarkan barang dagangan setiap hari dari satu toko ke toko lain menggunakan

kendaran bermotor roda dua ditambah harus mencapai target yang telah

ditentukan oleh perusahaan. Dengan alat ini para sales pun diharapkan dapat

(11)

B A B 1 P E N D A H U L U A N 2

Universitas Kristen Maranatha 1.2 Rumusan Masalah

Rumusan masalah selama melaksanakan Tugas Akhir ini adalah:

1. Bagaimana merealisasikan wireless sensor network untuk monitoring

hujan ?

2. Bagaimana merealisasikan komunikasi antara satu sensor dengan

sensor lain dan dengan pusat?

1.3 Tujuan

Tujuan melaksanakan Tugas Akhir ini adalah :

1. Merealisasikan wireless sensor network untuk monitoring hujan

2. Merealisasikan komunikasi antara satu sensor dengan sensor lain dan

dengan pusat

1.4 Pembatasan Masalah

Dalam tugas akhir ini, diterapkan batasan-batasan sebagai berikut:

1. Implementasi tugas akhir ini berbentuk prototype.

2. Wireless Sensor Network dibuat dengan 3 node / sensor dan 1 pusat.

3. Kondisi / tingkat curah hujan dibagi tiga berdasarkan keluaran ADC

yaitu tidak hujan (0%-35%), hujan sedang (36%-65%), dan hujan

deras (66%-100%). Tingkat curah hujan 0-100% sebanding dengan

keluaran ADC 1023-0.

4. Kondisi / tingkat curah hujan dapat diubah-ubah sesuai kebutuhan.

5. Routing pada node dibuat tetap.

6. Menggunakan bahasa pemrograman Python untuk realisasi program

pada Pusat.

7. Menggunakan Situs Plotly untuk memplot grafik agar kondisi hujan

(12)

B A B 1 P E N D A H U L U A N 3

Universitas Kristen Maranatha 1.5 Sistematika Penulisan

Sistematika penulisan laporan Tugas Akhir ini disusun menjadi

beberapa bab sebagai berikut:

BAB 1 : PENDAHULUAN

Dalam bab ini dibahas mengenai permasalahan yang

melatarbelakangi penulisan laporan tugas akhir ini, selain itu

juga terdapat rumusan masalah, tujuan, pembatasan masalah,

serta sistematika penulisan.

BAB 2 : LANDASAN TEORI

Dalam bab ini dibahas tentang teori-teori penunjang seperti

Wireless Sensor Network, sensor hujan, mikrokontroler

Wemos D1 berbasis ESP8266, Software yang digunakan

(Python dan Arduino) dan situs Plotly.

BAB 3 : PERANCANGAN DAN REALISASI

Dalam bab ini dibahas tentang perancangan dan realisasi

hardware untuk perangkat alat monitoring hujan, serta software

untuk tampilan pada komputer.

BAB 4 : DATA PENGAMATAN DAN ANALISA

Dalam bab ini akan dijelaskan data pengamatan sistem

transmisi data dari perangkat alat monitoring hujan,

pengamatan jarak maksimum yang dapat dijangkau oleh sistem

serta hasil tampilan pada komputer yang telah direalisasikan.

BAB 5 : SIMPULAN DAN SARAN

Dalam bab ini akan diuraikan simpulan mengenai apa yang

telah dibahas pada bab-bab sebelumnya dan saran yang dapat

(13)

BAB 5

SIMPULAN DAN SARAN

Bab ini merupakan bab penutup yang berisi kesimpulan dari hasil uji coba

dan analisis dari Tugas Akhir ini serta saran bagi pengembangan Wireless Sensor

Network berbasis monitoring hujan.

5.1 Simpulan

1. Prototipe Wireless Sensor Network untuk monitoring hujan berhasil dibuat

dengan 3 node / sensor dan hasil monitoring dapat dilihat secara lokal

maupun melalui koneksi internet.

2. Hasil perbandingan antara data keluaran sensor tiap node pada web

browser Komputer dan Serial monitor Arduino adalah 100% sama.

3. Tingkat keberhasilan sistem Wireless Sensor Network untuk monitoring

hujan dalam memplot data adalah 100% dengan koneksi menggunakan

modem, baik modem CDMA (EVDO) dan juga modem GSM (4G).

4. Kondisi koneksi modem CDMA dan GSM pada saat keadaan sibuk

maupun tidak sibuk tidak begitu berpengaruh terhadap waktu yang

diperlukan sistem dari request data sampai data berhasil ditampilkan

dalam bentuk grafik.

5. Rata-rata waktu yang diperlukan sistem dari request data sampai data

berhasil ditampilkan dalam bentuk grafik dari data ke-1 sampai data ke-10

setiap percobaan adalah 10,0 s sampai 16,1 s.

6. Rata-rata perbedaan waktu yang diperlukan sistem dari request data

sampai data berhasil ditampilkan dalam bentuk grafik dilihat dari tampilan

pada pusat (lokal) dan dilihat dari tampilan pada perangkat lain (melalui

(14)

B A B 5 K E S I M P U L A N D A N S A R A N 70

Universitas Kristen Maranatha

data ke-1 sampai data ke-10 untuk setiap kali percobaan adalah 0,3 s

sampai 0,8 s.

7. Jarak jangkauan maksimum untuk koneksi Pusat dengan node 1 (AP) via

WiFi adalah 49 m dengan kondisi tanpa halangan dan 27 m dengan

kondisi ada halangan.

8. Jarak jangkauan maksimum untuk koneksi antar node 1 (AP) dengan node

lainnya via WiFi adalah 40 m dengan kondisi tanpa halangan dan 20 m

dengan kondisi ada halangan.

9. Percobaan dengan menggunakan WiFi adaptor TP-Link TL-WN722N

tidak berhasil karena koneksi WiFi utama pada pusat sudah melakukan

koneksi dengan AP yang tidak tersambung dengan internet sehingga

koneksi WiFi adaptor terganggu dan tidak dapat terkoneksi ke internet.

10.File data berhasil dibuat dalam format .txt untuk setiap 10 data.

5.2 Saran

1. Tampilan pada Pusat dapat dibuat lebih menarik seperti tampilan prakiraan

cuaca yang dinamis dengan membuat web sendiri atau dengan

open-source platform yang lain.

2. Prinsip Wireless Sensor Network dapat digunakan untuk kebutuhan lain

dengan menggunakan sensor-sensor yang sesuai dengan kebutuhan

tersebut.

3. Jarak jangkauan koneksi WiFi pada mikrokontroler dapat dibuat melebihi

jarak jangkauan yang sudah ada dengan menambah antenna.

(15)

PERANCANGAN DAN REALISASI WIRELESS SENSOR NETWORK

UNTUK MONITORING HUJAN

DESIGN AND REALIZATION OF WIRELESS SENSOR

NETWORK FOR RAINFALL MONITORING

LAPORAN TUGAS AKHIR

Diajukan sebagai syarat untuk menempuh ujian sarjana di Program Studi Teknik Elektro Fakultas Teknik

Universitas Kristen Maranatha Bandung

Disusun Oleh :

MARCO THIONATALIO

1222026

Pembimbing :

Dr.Ir.Daniel Setiadikarunia,MT

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS KRISTEN MARANATHA

BANDUNG

(16)

iii

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, atas segala

rahmat yang dilimpahkan oleh-Nya, sehingga dapat menyelesaikan laporan Tugas

Akhir dengan judul “PERANCANGAN DAN REALISASI WIRELESS SENSOR NETWORK UNTUK MONITORING HUJAN” dengan baik.

Laporan Tugas Akhir ini diajukan untuk memenuhi persyaratan dalam

menempuh program pendidikan sarjana strata satu (S-1) pada Program Studi

Teknik Elektro Universitas Kristen Maranatha. Laporan Tugas Akhir ini telah

selesai dibuat berkat dukungan dan bantuan dari berbagai pihak. Untuk itu pada

kesempatan kali ini penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar – besarnya

kepada:

1. Orang tua tercinta, adik saya Jovita Nathania Martiono yang saya

kasihi serta keluarga besar yang telah memberikan

dukungan-dukungan serta doa yang terbaik untuk penulis.

2. Dr. Erwani Merry S, ST., MT. selaku dosen wali penulis yang telah

memberikan waktu, motivasi serta saran selama masa perkuliahan.

3. Dr. Ir. Daniel Setiadikarunia, MT. selaku dosen pembimbing atas

masukan serta pengarahan atas materi dan juga motivasi sehingga

laporan Tugas Akhir ini bisa terselesaikan dengan baik.

4. Dr. Erwani Merry S, ST., MT., Ir. Yohana Susanthi, M.Sc., dan Heri

Andrianto, ST., MT selaku dosen penguji atas masukan serta

pengarahannya.

5. Novie Theresia br. Pasaribu., ST., MT., selaku Ketua Program Studi

Teknik Elektro Universitas Kristen Maranatha.

6. Ir. Yohana Susanthi, M.Sc., selaku Koordinator Tugas Akhir Program

Studi Teknik Elektro Universitas Kristen Maranatha.

7. Seluruh Staf Pengajar dan Staf Tata Usaha Program Studi Teknik

Elektro Universitas Kristen Maranatha yang telah memberikan waktu

(17)

iv

8. Christian Fredy Naa S.si., M.Si., M.Sc yang telah memberi masukan

serta pengarahan atas materi dan juga motivasi sehingga laporan Tugas

Akhir ini bisa terselesaikan dengan baik.

9. Aviran Andreas Marjono, Denny Kurniawan, Ezra Julio Subagya,

Febrico Gunawan Gouw, Felix Alexander Gunawan, Hans Setiadi,

Ignatius Felix Andrianto, Leonard Alexander Sitorus, Steven Christian

Santosa dan teman-teman angkatan 2012 lainnya yang telah

memberikan dukungan dan masukan-masukan untuk pengerjaan Tugas

Akhir ini.

10.Andi Pramana Tarigan, ST, Hetthroh Sagala, Nimrod Yaret Tarigan,

dan Reinaldo Steven Restianto, dan seluruh teman-teman PMK

Immanuel yang telah mendukung penulis dalam doa serta memberikan

dorongan-dorongan selama pengerjaan Laporan Tugas Akhir ini.

11.Fellia Florentina yang telah mendukung penulis dalam doa serta

memberikan dorongan-dorongan semangat dan kasih saying selama

pengerjaan Laporan Tugas Akhir ini.

12.Cardelia Virlicia Dotulong, Cynthia Bei, Ivan Kurniawan, Kent Ega

Arvy Zefanya Rachman, Levio Deihi Rinas, Martin Wijaya, William

Alexander yang telah mendukung penulis dalam doa serta memberikan

semangat dan hiburan selama pengerjaan Laporan Tugas Akhir ini.

Penulis sadar bahwa hasil yang diperoleh jauh dari sempurna, maka dari

itu penulis sangat menerima kritikan dan saran dari para pembaca.

Akhir kata, penyusun berharap Tugas Akhir ini dapat memberikan

sumbangan nyata bagi kemajuan Teknik Elektro pada khususnya, dan bagi pihak

yang memerlukannya.

Bandung,19 Desember 2016

Penyusun

(18)

DAFTAR PUSTAKA

[1]. Buratti, C., Conti, A., Dardari, D., Verdone, R. (2009), An Overview on Wireless

Sensor Networks Technology and Evolution, Sensors Vol.9, 6869-6896.

[2]. Naomi R. Ceder. January 2013. The quick Python book second edition

Greenwich:Manning.

[3]. http://www.instructables.com/id/Arduino-Modules-Rain-Sensor/ (di akses 28 Juni

2016)

[4]. http://www.wemos.cc/Products/d1.html (di akses 12 Agustus 2016)

[5]. http://www.kelasrobot.com/2015/09/belajar-pemograman-dasar-arduino.html (di

akses 14 Juli 2016)

[6].

http://www.toptechboy.com/tutorial/python-with-arduino-lesson-11-plotting-and-graphing-live-data-from-arduino-with-matplotlib/ (di akses pada 27 Juli 2016)