TUGAS AKHIR
RANCANG BANGUN SISTEM MONITORING TEKANAN PADA PIPA AIR PDAM MENGGUNAKAN LORA 920-923
MHz
DESIGN AND BUILD A PRESSURE MONITORING SYSTEM ON PDAM WATER PIPE USING LORA 920-923 MHz
Disusun Oleh
SAVENA RINDA PAMUNGKAS 18201024
PROGRAM STUDI D-III TEKNIK TELEKOMUNIKASI FAKULTAS TEKNIK TELEKOMUNIKASI DAN ELEKTRO
INSTITUT TEKNOLOGI TELKOM PURWOKERTO
2021
i
RANCANG BANGUN SISTEM MONITORING TEKANAN PADA PIPA AIR PDAM MENGGUNAKAN LORA 920-923 Mhz
DESIGN AND BUILD A PRESSURE MONITORING SYSTEM ON PDAM WATER PIPE USING LORA 920-923 Mhz
Tugas Akhir ini digunakan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh Gelar Ahli Madya (A.Md)
Di Institut Teknologi Telkom Purwokerto 2021
Disusun Oleh
SAVENA RINDA PAMUNGKAS 18201024
DOSEN PEMBIMBING
Sigit Pramono, S.T., M.T.
Prasetyo Yuliantoro, S.T., M.T.
PROGRAM STUDI D-III TEKNIK TELEKOMUNIKASI FAKULTAS TEKNIK TELEKOMUNIKASI DAN ELEKTRO
INSTITUT TEKNOLOGI TELKOM PURWOKERTO 2021
ii
iii PRAKATA
Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan kasih dan sayang-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul “RANCANG BANGUN SISTEM MONITORING TEKANAN PADA PIPA AIR PDAM MENGGUNAKAN LORA 920-923 MHz”.
Maksud dari penyusunan Tugas Akhir ini adalah untuk memenuhi salah satu syarat dalam menempuh ujian Ahli Madya Teknik Teleomunikasi pada Fakultas Teknik Telekomunikasi dan Elektro Institut Teknologi Telkom Purwokerto. Dalam penyusun Tugas Akhir ini, banyak pihak yang sangat membantu penulis dalam berbagai hal. Oleh karena itu, penulis sampaikan rasa terimakasih yang sedalam dalamnya kepada:
1. Allah SWT yang telah memberikan kesempatan untuk dapat menyelesaikan tugas akhir ini sampai pada tahap akhir pendidikan saya.
2. Orang tua tercinta, terimakasih atas segala bimbingan dan dukungan moral, doa dan materiil, serta dukungan untuk segala kegiatan dan cita – cita saya.
3. Bapak Dr. Arfianto Fahmi, ST., M.T., IPM selaku Rektor Institut Teknologi Telkom Purwokerto.
4. Bapak Sigit Purnomo, S.T., M.T. selaku pembimbing I, Terimakasih atas bimbingan, saran, diskusi, arahan dan ilmu yang telah diberikan sejak penulisan proposal hingga revisi laporan tugas akhir, sehingga tugas akhir ini dapat terselesaikan dengan baik.
5. Bapak Prasetyo Yuliantoro, S.T., M.T. selaku pembimbing II, Terimakasih atas bimbingan, saran, diskusi arahan dan ilmu yang telah diberikan sejak penulisan proposal hingga revisi laporan tugas akhir, sehingga tugas akhir ini dapat terselesaikan dengan baik.
6. Bapak Muntaqo Alfin Amanaf S.T., M.T. Ketua Program Studi D3 Teknik Telekomunikasi, Institut Teknologi Telkom Purwokerto yang telah memberikan arahan untuk cepat lulus.
7. Seluruh Dosen Program Studi D3 Teknik Telekomunikasi, staff dan karyawan Institut Teknologi Telkom Purwokerto.
iv
8. Semua rekan–rekan penulis yang selalu mendukung penulis dan semua pihak yang sudah membantu dalam pembuatan tugas akhir ini.
9.
Penulis menyadari sepenuhnya bahwa tugas akhir ini masih jauh dari sempurna, untuk itu semua jenis saran, kritik dan masukan yang bersifat membangun sangat penulis harapkan. Akhir kata, semoga tulisan ini dapat memberikan manfaat bagi para pembaca khususnya bagi penulis sendiri.
Purbalingaa, 26 April 2021
(Savena Rinda Pamungkas)
v ABSTRAK
Di kehidupan sehari-hari air merupakan salah satu komponen yang sangat penting dan menjadi kebutuhan dasar bagi hidup manusia dan makhluk hidup lainnya.
Tentunya pada saat mengalirkan air ke seluruh penjuru terdapat kendala seperti kebocoran pada pipa air PDAM yang mana bisa disebabkan oleh adanya tekanan udara. Kebocoran ini bisa menyebabkan air yang mengalir menjadi kotor atau bahkan tidak mengalir sampai ke tujuan. Maka dari itu penelitian ini akan dibuat suatu sistem monitoring tekanan pada pipa air PDAM yang akan menggunakan sensor Pressure transmitter yang berfungsi untuk membaca tekanan pada pipa air dengan menggunakan komunikasi data LoRaWAN, komunikasi ini digunakan karena perangkat dapat berkomunikasi hingga jarak 5 sampai 15 kilometer. Pada perancangan sistem monitoring tekanan pada pipa air PDAM menggunakan LoRa dengan sensor pressure transmitter berhasil mengirimkan data dan dapat dimonitor pada platform Antares. Pada sensor pressure transmitter metode regresi linear memiliki persamaan Y= -3.5538 + 0.036309651X dengan rata-rata error sebesar 1,10%. Hasil pengujian nilai Received Signal Strength Indicator (RSSI) , Signal Noise Radio (SNR) dan Packet Loss saling berhubungan, pada nilai RSSI dan SNR semakin kecil maka pada packet loss semakin banyak pula data yang hilang.
Kata Kunci: Air, PDAM, Pressure transmitter, LoRaWAN, Arduino uno, Antares, RSSI, SNR, Packet Loss
vi ABSTRACT
In everyday life water is one of the components that is very important and becomes a basic need for human life and other living things. Of course, when flowing water to all corners there are obstacles such as leaks in PDAM water pipes which can be caused by air pressure. These leaks can cause the flowing water to get dirty or even not flow all the way to the destination. Therefore, this research will be created a pressure monitoring system on PDAM water pipes that will use pressure transmitter sensors that serve to read the pressure on water pipes using LoRaWAN data communication, this communication is used because the device can communicate up to a distance of 5 to 15 kilometers. In the design of the pressure monitoring system on the PDAM water pipe using LoRa with a pressure transmitter sensor successfully transmits data and can be monitored on the Antares platform. In the pressure transmitter sensor the linear regression method has the equation Y = - 3.5538 + 0.036309651X with an average error of 1.10%. The results of testing the values received signal strength indicator (RSSI), signal noise radio (SNR) and packet loss are interconnected, in the value of RSSI and SNR the smaller the packet loss the more data is lost.
Keywords: Water, PDAM, Pressure transmitter, LoRaWAN, Arduino uno, Antares, RSSI, SNR, Packet Loss
vii DAFTAR ISI
PRAKATA ... iii
ABSTRAK ... v
ABSTRACT ... vi
DAFTAR ISI ... vii
DAFTAR GAMBAR ... ix
DAFTAR TABEL ... x
BAB I PENDAHULUAN ... 1
1.1 LATAR BELAKANG ... 1
1.2 RUMUSAN MASALAH ... 2
1.3 BATASAN MASALAH ... 2
1.4 TUJUAN ... 3
1.5 MANFAAT ... 3
1.6 SISTEMATIKA PENULISAN ... 3
BAB II DASAR TEORI... 5
2.1 KAJIAN PUSTAKA ... 5
2.2 DEFINISI AIR MINUM ... 8
2.3 ARDUINO ... 9
2.4 LONG RANGE (LORA) ... 11
2.4.1 LoRa Chirp Spread Spectrum (CSS) ... 12
2.4.2 Parameter Physical Layer LoRa ... 12
2.5 LOW POWER WIDE AREA NETWORK (LPWAN) ... 13
2.6 LoRaWAN ... 13
2.7 POWER SUPPLY ... 15
2.8 PRESSURE TRANSMITTER ... 15
2.9 PLATFORM ANTARES ... 16
2.10 PENGERTIAN RECEIVE SIGNAL STRENGTH INDICATOR (RSSI) DAN SIGNAL NOISE RATIO (SNR) ... 17
viii
2.11 PENGERTIAN PACKET LOSS ... 17
2.12 PENGERTIAN ANALAOG TO DIGITAL CONVERTER (ADC) ... 18
BAB III METODE PENELITIAN... 19
3.1 ALUR PENELITIAN ... 19
3.2 PERANCANGAN SISTEM ... 20
3.3 PERANCANGAN HARDWARE ... 21
3.4 PENGUJIAN SISTEM ... 21
3.4.1 Pengujian Sensor Pressure Transmitter ... 22
3.4.2 Pengujian Nilai Received Signal Strength Indicator (RSSI) , Signal Noise Radio (SNR) dan Packet Loss pada jaringan LoRaWAN ... 22
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 23
4.1 HASIL PERANCANGAN SISTEM ... 23
4.2 HASIL PENGUJIAN SENSOR PRESSURE TRANSMITTER TRANDUCER 25 4.3 HASIL PENGUJIAN NILAI RECEIVED SIGNAL STRENGTH INDICATOR (RSSI) , SIGNAL NOISE RADIO (SNR) DAN PACKET LOSS. ... 29
4.3.1 Hasil Pengujian Received Signal Strength Indicator (RSSI) ... 32
4.3.2 Hasil Pengujian Signal Noise Radio (SNR) ... 33
4.3.3 Hasil Packet Loss ... 34
BAB V PENUTUP ... 36
5.1 KESIMPULAN ... 36
5.2 SARAN ... 36
DAFTAR PUSTAKA ... 37
LAMPIRAN ... 40
ix
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2. 1 Arduino uno... 10
Gambar 2.2 Grafik kuadran LoRa, Wifi, Seluler, BLE ... 11
Gambar 2.3 Sensor Pressure transmitter Tranducer 0-30bar ... 16
Gambar 3. 1 Flowchart alur penelitian ... 19
Gambar 3. 2 End device ... 20
Gambar 3. 3 Diagram blok perancangan sistem ... 20
Gambar 3. 4 Flowchart hardware ... 20
Gambar 3. 5 Perancangan hardware ... 21
Gambar 3. 6 Skematik perancangan hardware ... 21
Gambar 4. 1 Komponen utama perangkat keras...24
Gambar 4. 3 Tampilan Platform Antares ... 24
Gambar 4. 4 Grafik perubahan ... 24
Gambar 4. 2 Tabung pengujian ... 25
Gambar 4. 6 Grafik hubungan nilai ADC dan Bar... 26
Gambar 4. 7 Algoritma perhitungan tekanan pada Arduino Uno ... 27
Gambar 4. 8 Tampilan data pada log Antares ... 27
Gambar 4. 9 Grafik rata-rata pengujian sensor ... 29
Gambar 4. 10 Map dan elevasi jalur pengujian... 30
Gambar 4. 11 Posisi antena gateway... 31
Gambar 4. 12 Posisi end device ... 31
Gambar 4. 13 Tampilan data RSSI dan SNR pada log LoRa.id ... 32
Gambar 4. 14 Grafik RSSI terhadap jarak ... 33
Gambar 4. 15 Grafik SNR terhadap jarak ... 34
Gambar 4. 16 Grafik packet loss terhadap jarak ... 35
x
DAFTAR TABEL
Tabel 2. 1 Perbedaan referensi jurnal ... 6
Tabel 4. 1 Perhitungan nilai regresi ... 25
Tabel 4. 2 Pengujian Sensor Tekanan Air ... 28
Tabel 4. 3 Konfigurasi LoRa ... 29
Tabel 4. 4 Data lokasi pengujian ... 30
Tabel 4. 5 Nilai rata-rata RSSI ... 32
Tabel 4. 6 Nilai rata-rata SNR... 33
Tabel 4. 7 Nilai rata-rata packet loss ... 34
1
BAB I PENDAHULUAN
1.1 LATAR BELAKANG
Dalam kehidupan sehari-hari, air adalah salah satu komponen yang paling dekat dengan manusia yang menjadi kebutuhan dasar bagi kualitas dan keberlanjutan hidup manusia dan makhluk hidup lainnya. Oleh sebab itu, air harus tersedia dalam kuantitas dan kualitas yang memadai. Selain merupakan sumber daya alam, air juga merupakan komponen ekosistem yang sangat penting bagi kehidupan manusia dan makhluk hidup lainnya. Perusahaan Daerah Air Minum yang merupakan kepanjangan PDAM adalah salah satu unit usaha milik daerah, yang bergerak dalam distribusi air bersih bagi masyarakat umum. PDAM. PDAM merupakan perusahaan daerah sebagai sarana penyedia air bersih yang diawasi dan dimonitor oleh apparat-aparat eksekutif mupun legislatif daerah [1].
Efek dari kebocoran pipa menyebabkan terjadinya perubahan tekanan pada setiap junction atau titik persimpangan dalam jaringan pipa air. Sehingga dimungkinkan untuk melakukan analisis secara komputerisasi terhadap pola perubahan tekanan tersebut untuk mendeteksi kebocoran. Tekanan juga menjadi salah satu penyabab pipa bocor. Semakin tinggi tekanan air maka semakin besar juga tekanan pada dinding pipa. Jika pipa memiliki dinding yang tipis dan rapuh, maka hal ini sangat berbahaya [2]. Untuk menanggulangi kebocoran pada pipa yang disebabkan oleh tekanan air maka dibuat rancangan sistem yang dapat memonitoring dan mengontrol tekanan air pada aliran air PDAM dengan menggunakan jaringan internet atau sering disebut dengan perangkat IoT. Menurut Ferran Adelantado dan Zhijin Qin, masalah pada penerapan teknologi wireless sensor network yang merupakan bagian dari IoT atau Internet of Things adalah kebutuhan akan jangkaun jarak jauh komunikasi dua arah dari mesin-mesin yang menjadi objek dari IoT. Saat ini, terdapat satu teknologi IoT terbaru yang memberikan solusi untuk masalah di atas yaitu protokol LoRaWAN yang dirilis pada tahun 2015.
Sesuai dengan namanya, yang merupakan singkatan dari Long Range Wide Area Network, LoRaWAN merupakan suatu jenis jaringan untuk area telekomunikasi
2
nirkabel yang dirancang untuk memungkinkan komunikasi jarak jauh dengan bit rate rendah [3].
Berdasarkan uraian di atas, maka penulis memilih penilitian tentang
“RANCANG BANGUN SISTEM MONITORING TEKANAN PIPA AIR PDAM MENGGUNAKAN LORA 915MHz” sebagai judul tugas akhir dengan harapan dapat menjadi solusi dari permasalahan yang telah terjadi dan dapat digunakan sebagai referensi pengembangan teknologi bagi para perancang elektronika di Indonesia.
1.2 RUMUSAN MASALAH
Berdasarkan latar belakang yang penulis sajikan, adapun rumusan masalah yang perlu dikaji lebih lanjut yaitu:
a. Bagaimana perancangan sistem monitoring tekanan air di PDAM menggunakan LoRa 920-923 MHz ?
b. Bagaimana akurasi dari sensor pressure transmitter transducer dengan pressure gauge.
c. Bagaimana nilai Received Signal Strength Indicator (RSSI), Signal Noise Radio (SNR) dan Packet Loss pada jaringan LoRaWAN ?
1.3 BATASAN MASALAH
Batasan masalah dari penelitian ini adalah:
a. Mikrokontroler yang digunakan yaitu Arduino uno.
b. Frekuensi LoRa yang digunakan yaitu 920-923 MHz dengan nilai Spreading Factor 7.
c. Power output 20 dBm yang dipancarkan menggunakan antena Monopole 3,15 dBi.
d. Sensor yang digunakan adalah sensor Pressure transmitter Transducer 0- 30 bar dengan diameter sensor ¾ inch.
e. Sistem monitoring menggunakan platform Antares.
f. Power supply menggunakan baterai.
g. Tidak membahas sistem charging baterai.
h. Tidak membahas konfigurasi gateway
3 1.4 TUJUAN
Tujuan yang ingin dicapai dari penelitian ini adalah sebagai berikut :
1. Merancang sistem monitoring tekanan pada pipa PDAM dengan mikrokontroler Arduino Uno dan LoRa Shield Dragino 920-923 Mhz.
2. Mengetahui akurasi antara sensor pressure transmitter tranducer dengan sensor pressure gauge.
3. Untuk mengetahui nilai dari Received Signal Strength Indicator (RSSI) dan Signal Noise Radio (SNR).
1.5 MANFAAT
Manfaat yang diharapkan dari penelitian ini memudahkan petugas dalam memonitoring kebocoran pipa akibat tekanan air yang terlalu tinggi melalui jarak jauh, sehingga dapat mengurangi terbuangnya air yang terlalu banyak karena kebocoran pada pipa.
1.6 SISTEMATIKA PENULISAN
Sistematika penulisan penelitian ini terbagi menjadi beberapa bab berdasarkan pengelompokkan pokok-pokok pikiran yang tercantum dalam bab-bab sebagai berikut :
BAB I PENDAHULUAN
Bab ini berisi tentang latar belakang, rumusan masalah, Batasan masalah, tujuan, manfaat dan sistematika penulisan.
BAB II DASAR TEORI
Bab ini berisi tentang kajian pustaka yang dijadikan rujukkan dalam tugas akhir ini dan berisi tentang landasan-landasan teori pendukung yang digunakan pada tugas akhir ini.
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
Bab ini berisi tentang metode penelitian yang menjelaskan bagaimana perancangan sistem, pengujian sistem, alat yang digunakan, dan alur penelitian.
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
Bab ini berisi tentang pembahasan dan analisa berdasarkan hasil penelitian yang telah didapatkan melalui sistem yang telah dibuat.
4 BAB V PENUTUP
Bab ini berisi tentang kesimpulan berdasarkan analisis yang telah dijelaskan pada bab sebelumnya dan saran yang ditujukan untuk penelitian selanjutnya.
5 BAB II DASAR TEORI 2.1 KAJIAN PUSTAKA
Pada penelitian Niwayan Sumartini Saraswati dan I Wayan Agustya Saputra yang berjudul “Sistem Monitoring Tekanan Air Pada Pdam Gianyar Berbasis Web”. Monitoring tekanan air pada manometer PDAM Gianyar berhasil dilakukan dengan implementasi sistem informasi monitoring yang dikembangkan dalam penelitian tersebut. Proses pencatatan dan pelaporan tekanan air pada manometer yang semula menggunakan catatan manual pada kertas digantikan oleh pencatatan data digital pada komputer. Sistem informasi monitoring di penelitian tersebut dikembangkan dengan memanfaatkan teknologi internet dalam bentuk website, hasil pelaporan dan monitoring tekanan air dapat dilakukan secara real time. Hal ini mengakibatkan kecepatan diperolehnya informasi terkait pengambilan tindakan untuk memelihara distribusi air bersih yang lancar dan merata pada PDAM Gianyar. Dalam proses pengolahan data sistem informasi ini terdapat beberapa kegiatan yang dilakukan oleh admin yaitu dapat melakukan login, input dan edit dalam waktu yang sudah ditentukan oleh admin [4].
Pada laporan skirpsi Aryanti Agustina BR Sitepu yang berjudul “Pendeteksi Kebocoran Pipa Air Menggunakan Sensor Pressure Transmitter dengan Jarak Jauh Tampilan Smartphone”. Alat ini dirancang untuk mengatasi masalah pemborosan biaya rekening air akibat meteran air tetap berputar meskipun hanya terjadi kebocoran kecil. Cara kerja pada skripsi ini dimulai dengan inisialisasi dan nilai awal yaitu menentukan parameter input-output dan nilai awal. Kemudian program akan mulai membaca masukan dari sensor tekanan melalui port analog.
Sinyal analog kedua sensor diubah menjadi data digital oleh ADC internal dan dikalibrasi menjadi nilai tekanan sebenarnya. Kedua nilai tekanan dibandingkan dengan satuan waktu, jika terdeteksi penurunan tekanan yang cepat maka program akan mengidentifikasinya sebagai kebocoran pada pipa. Program akan menampilkannya pada display, data juga akan dikirim ke server thinkspeak melalui jaringan yang ada yaitu hotspot internet. Air Mengalir pada pipa dan akan menghasilkan sebuah tekanan, kemudian tekanan akan dibaca oleh sensor pressure
6
transmiter. Ketika terjadi kebocoran maka tekanan yang diterima diawal akan lebih tertinggal daripada sensor kedua yang posisinya berada dijarak tertentu [5].
Pada penilitian Monalisa A. Malelak dan Alexius L. Johanis yang berjudul
“Program Arduino Dengan Menggunakan Pressure Tranducer Dan Sensor Flow Meter Untuk Pengujian Pompa Hidram”. Hasil dari pengujian pada instalasi pompa hidram menunjukkan nilai efisiensi yang relative rendah yaitu dibawah 30% baik pada pengujian secara manual maupun dengan menggunakan sensor-sensor, hal ini dikarenakan oleh dimensi pompa hidram yang kecil, panjang serta material pipa input yang digunakan mempengaruhi kemampuan instalasi pompa hidram dalam membangkitkan efek palu air yang merupakan sumber dari kerja pompa hidram. Pompa hidram dioperasikan setelah waktu delay untuk pembacaan head input, kemudian mikrokontrol masuk dalam mode looping dimana dalam interval selama 20 detik dan berulang mikrokontrol melakukan pembacaan nilai sensor flow meter Q1 dan Q2, juga sensor tekanan P1 dan P2 kemudian menampilkan hasil konversi nilai pada serial monitor dan pada saat yang sama juga menghitung dan menampilkan nilai efisiensi pompa. Penggunaan pressure tranducer sensor cukup efektif dalam merekam nilai tekanan dalam pipa dan mampu menghasilkan pembacaan data dalam waktu yang jauh lebih cepat jika dibandingkan dengan pembacaan nilai tekanan menggunakan pressure gauge. Dari kedua tipe sensor flow meter yang digunakan menunjukkan akurasi serta konsistensi pembacaaan nilai debit yang sangat baik [6].
Tabel 2. 1 Perbedaan referensi jurnal
Penelitian [A] Penelitian [B] Penelitian [C] Penelitian [D]
Koneksi Sistem monitoring di penelitian tersebut dikembangkan dengan
memanfaatkan teknologi internet
Data akan dikirimkan ke server
thinkspeak melalu jaringan hostpot internet
Menggunakan Arduino
Menggunakan LoRa
7 dalam bentuk
website
Sensor Menggunakan manometer PDAM. hasil pelaporan dan monitoring tekanan air dapat dilakukan secara real time
Menggunakan sensor
pressure transmitter 1 dan 2
Pressure Tranducer Dan Sensor Flow Meter
Menggunakan sensor pressure transmitter tranducer
Hasil Penguji an
Hasil dari pengujian ini mengakibatkan kecepatan diperolehnya informasi terkait pengambilan tindakan untuk memelihara distribusi air bersih yang lancar dan merata pada PDAM Gianyar
Ketika terjadi kebocoran maka tekanan yang diterima diawal akan lebih tertinggal daripada sensor kedua yang
posisinya berada dijarak tertentu.
Hasil dari pengujian pada instalasi pompa hidram
menunjukkan nilai efisiensi yang relative rendah yaitu dibawah 30%
baik pada
pengujian secara manual maupun dengan
menggunakan sensor-sensor, hal ini
dikarenakan oleh dimensi pompa
-
8
hidram yang kecil
Keterangan :
1. Penelitian A : Penelitian dari Niwayan Sumartini Saraswati dan I Wayan Agustya Saputra yang berjudul “Sistem Monitoring Tekanan Air Pada Pdam Gianyar Berbasis Web”.
2. Penelitian B : Penelitian dari Aryanti Agustina BR Sitepu yang berjudul
“Pendeteksi Kebocoran Pipa Air Menggunakan Sensor Pressure Transmitter dengan Jarak Jauh Tampilan Smartphone”.
3. Penelitian C : Penelitian dari Monalisa A. Malelak dan Alexius L. Johanis yang berjudul “Program Arduino Dengan Menggunakan Pressure Tranducer Dan Sensor Flow Meter Untuk Pengujian Pompa Hidram”.
4. Penelitian D : Penelitian dari penulis 2.2 DEFINISI AIR MINUM
Pengertian air minum menurut Permenkes RI No.
492/Menkes/Per/IV/2010 tentang Persyaratan Kualitas Air Minum, air minum adalah air yang melalui proses pengolahan atau tanpa proses pengolahan yang melali syarat dan dapat langsung diminum. Air minum harus terjamin dan aman bagi kesehatan, air minum aman bagi kesehatan harus memenuhi persyaratan fisika, mikrobiologis, kimiawi dan radioaktif yang dimuat dalam parameter wajib dan parameter tambahan. Parameter wajib merupakan persyaratan kualitas air minum yang wajib diikuti dan ditaati oleh seluruh penyelenggara air minum, sedangkan parameter tambahan dapat ditetapkan oleh pemerintah daerah sesuai dengan kondisi kualitas lingkungan daerah masing masing dengan mangacu pada parameter tambahan yang ditentukan
9
oleh Permenkes RI No. 492/Menkes/Per/IV/2010 tentang Persyaratan Kualitas Air Minum.
Selanjutnya menurut Permendagri No. 23 tahun 2006 tentang Pedoman Teknis dan Tata Cara Pengaturan Tarif Air Minum pada Perusahaan Daerah Air Minum, Departemen Dalam Negeri Republik Indonesia, air minum adalah air yang melalui proses pengolahan atau tanpa pengolahan yang memenuhi syarat kesehatan dan dapat langsung diminum. Selanjutnya menurut Sutrisno (1991:1) air minum dalam kehidupan manusia merupakan salah satu kebutuhan paling esensial, sehingga kita perlu memenuhinya dalam jumlah dan kualitas yang memadai. Selain untuk dikonsumsi air bersih juga dapat dijadikan sebagai salah satu sarana dalam meningkatkan kesejahteraan hidup melalui upaya peningkatan derajat kesehatan. Berdasarkan penjelasan diatas dapat diketahui bahwa air minum merupakan suatu kebutuhan pokok untuk kelangsungan hidup makhluk hidup, terutama manusia. Tanpa air minum manusia tidak bisa melangsungkan kehidupannya dengan baik karena tubuh manusia membutuhkan air minum terutama untuk menjaga kesehatan. Jika hal ini sudah terpenuhi maka kualitas hidup manusia akan meningkat dan bisa melaksanakan kegiatan sehari-hari dengan baik [7].
2.3 ARDUINO
Arduino Uno adalah board mikrokontroler berbasis ATmega328 (datasheet). Memiliki 14 pin input dari output 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.
Untuk mendukung mikrokontroler agar dapat digunakan, cukup hanya menghubungkan Board Arduino Uno ke komputer dengan menggunakan kabel USB atau listrik dengan AC yang ke adaptor DC atau baterai untuk menjalankannya. 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 [8].
10
Gambar 2. 1 Arduino uno [8]
Adapun kelebihan dari Arduino uno sebagai berikut :
1. Papan mikrokontroler masih butuh minimum sistem, sedangkan Arduino tidak
2. Arduino bersifat open source wiring dimana rangkaian elektronika dapat dilihat setiap orang tanpa disembunyikan, sehingga bisa produksi sendiri.
3. Dalam pemrograman lebih mudah karena menggunakan Bahasa C serta memiliki banyak library yang bisa digunakan.
4. Memiliki boardloader yang sudah ada pada chip mikrokontroler Arduino yang berfungsi untuk menangan upload dan download program dari pc/computer sekaligus sebagai catu daya sementara sehingga tanpa harus menyediakan perangkat tambahan seperti modul usb-to-serial.
5. Memiliki port USB untuk mentransfer program dari komputer (Arduino IDE) serta sebagai sarana komunikasi data serial antara Arduino dan pc/komputer sekaligus sebagai catu daya sementara sehingga tanpa harus menyediakan perangkat tambahan seperti modul usb-to-serial [9].
Setiap sesuatu ada kelebihan dan kekurangan, berikut adalah kekurangan dari Arduino :
1. Memiliki memori penyimpanan yang kecil dibandingkan dengan Raspberry Pi.
2. Clock speed yang rendah yaitu sebesar 16 MHz.
11
3. Arduino tidak dilengkapi dengan modul wired secara built in seperti Bluetooth, konektivitas wifi dan Ethernet sehingga diperlukan lagi modul tambahan.
4. Sering terjadi kesalahan fuse bit saat memproses bootloader.
5. Jika ingin mengubah atau menambahkan instruksi harus memodifikasi ulang script yang telah di upload ke papan sirkuit Arduino [10].
2.4 LONG RANGE (LORA)
LoRa merupakan singkatan dari Long Range adalah teknologi yang sifatnya proprietary (dengan kode sumber tertutup dan di miliki oleh individu atau perusahaan tertentu). LoRa mengkonsumsi daya listrik yang relatif rendah dan memiliki jangkauan luas secara nirkabel. Nilai frekuensi pada LoRa bermacam-macam sesuai dengan daerahnya, di Asia frekuensi yang digunakan yaitu 433 MHz, di Eropa nilai frekuensi yang digunakan yaitu 868 MHz, sedangkan di Amerika Utara frekuensi yang digunakan yaitu 915 MHz. LoRa menawarkan komunikasi jarak jauh sekitar 5 Km (urban) dan 20 Km (rural) serta berdaya rendah (5–10 tahun baterai) sehingga masuk ke kategori LPWAN [11].
Gambar 2.2Grafik kuadran LoRa, Wifi, Seluler, BLE [11]
Untuk membangun sistem transmisi data yang reliable menggunakan LoRa dapat diukur dan ditentukan oleh banyak faktor seperti, faktor parameter delay pengiriman, throughput, RSSI dan SNR.
12 2.4.1 LoRa Chirp Spread Spectrum (CSS)
LoRa menggunakan modulasi Chirp Spread Spectrum (CSS).
Secara tradisional digunakan pada banyak komunikasi militer dan aplikasi keamanan komunikasi. Hingga pada 20 tahun yang lalu teknik modulasi ini di adaptasi untuk jalur komunikasi dengan persyaratan berdaya rendah dan memiliki ketahanan yang baik dari mekanisme degradasi channel seperti multipath, fading, doppler dan interferensi in- band jamming . CSS PHY telah di adopsi oleh IEEE untuk standar Low- Rate Wireless Personal Area Networks (LR-WPANs) 802.15.4.
Beberapa istilah dasar pada CSS :
1. Bit : satuan dasar informasi digital dan bersifat biner (1/0, high/low).
Bit rate (Rb) adalah laju perubahan bit tiap satuan waktu.
2. Symbol : 1 Symbol dapat memuat beberapa bit data dapat berbentuk waveform ataupun code. Symbol rate (Rs) adalah laju perubahan symbol tiap satuan waktu.
3. Chip : satuan elemen dalam konteks Chirp Spread Spectrum yang berbentuk pulsa (pulse). Ini diperlukan agar tidak tertukar dengan istilah bit. Chip rate (Rc) merupakan laju perubahan chip persatuan waktu.
4. Chirp : “Compressed High Intensity Radar Pulse” merupakan meningkatnya sinyal frekuensi (up-chirp) atau turun (down-chirp) terhadap waktu. Istilah chirp rate sama dengan symbol rate secara umum [12].
2.4.2 Parameter Physical Layer LoRa
Beberapa parameter dalam modulasi LoRa antara lain :
1. Bandwidth (BW) : Bandwidth merupakan parameter yang sangat penting pada penentuan chip rate. Pada modulasi LoRa besarnya bandwidth diatur sebesar 125-, 250-, 500-kHz.
2. Spreading Factor (SF) : Definisi Spreading Factor tidak terlepas dari dua hal yaitu banyaknya chip yang ada pada tiap simbol adalah 2^SF dan banyaknya bit yang dapat di encode pada simbol adalah SF.
13
3. Code Rate (CR) : Diformulasikan sebagai CR = 4/(4+n) untuk menangani Packet Error Rate (PER) akibat adanya interferensi dimana n merupakan {1,2,3,4} [13].
2.5 LOW POWER WIDE AREA NETWORK (LPWAN)
Low Power Wide Area Network merupakan teknologi wireless wide area network yang didesain agar memungkinkan terjadinya komunikasi jarak jauh dengan bit rate data yang kecil. Teknologi ini dirancang untuk memberikan cakupan area yang luas. Hal ini didapat dengan menggunakan pita frekuensi dibawah 1GHz (Sub-GHz band) dan teknik modulasi khusus.
Penggunaan Sub-Ghz band mempunyai kelebihan memiliki redaman propagasi yang lebih kecil dan beroperasi di wilayah frekuensi yang bukan wilayah system komunikasi radio pita lebar pada umumnya seperti Wi-Fi, Bluetooth, Wi-Max dan Broadband Wireless Access lainnya. Hal ini memberikan keuntungan dalam meminimalisir interferensi [14].
2.6 LoRaWAN
LoRaWAN dibangun menggunakan topologi star to star yang memungkinkan device dapat bekerja menggunakan baterai dalam jangka waktu yang lama dibandingkan topologi mesh network. Pada arsitektur LoRaWAN, device tidak ter-asosiasi dengan gateway tertentu. Data dari device akan di terima oleh beberapa gateway dalam jangkauan network LoRa. Tiap gateway akan meneruskan paket yang diterima dari device ke network server yang ada di cloud melalui backhaul seperti ethernet, wifi, satelit ataupun seluler. Pemrosesan dilakukan di level network server yang mengatur jaringan, memfilter paket yang di terima, security check, penjadwalan ACK (acknowledments), dan mengatur adaptive data rate (ADR). Ketika device bergerak tidak di perlukan handover antar gateway, ini merupakan feature utama untuk menjamin aplikasi LoRaWAN seperti asset tracking yang memang menjadi salah satu target utama vertikal IoT LoRaWANLoRaWAN merupakan protokol jaringan untuk device LoRa. LoRaWAN memiliki kemampuan enkripsi data untuk membangun jaringan wireless yang aman.
Spesifikasi LoRaWAN bersifat opensource dan di dukung oleh LoRa Alliance.
14
Selain kemampuan enkripsi data, LoRaWAN memiliki kemampuan seperti adaptive data rate optimisation (ADR), Quality of service (QoS), dll.
Gambar 2. 3 Arsitektur LoRaWAN
LoRaWAN memiliki device classes yang dibagi menjadi tiga yaitu ada class A, class B dan class C. berikut penjelasannya :
1. Class A (device komunikasi dua arah) tipe device ini memungkinkan komunikasi dua arah dimana tiap device mengirimkan data (Uplink message) akan di ikuti dua Downlink receive window yang pendek. Slot transmisi di jadwalkan oleh device sendiri bisa bersifat periodik atau event. Device class A memiliki konsumsi daya paling rendah dan cocok untuk di terapkan pada device sensor dengan sumber daya baterai.
2. Class B device komunikasi dua arah dengan penjadwalan receive slot Class B membuka lebih banyak receive window di bandingkan dengan class A. Hal ini memungkinkan device dapat melakukan time-synchronization beacon dari gateway dan juga membuat server tau kapan device dalam posisi listening. Class B masih tergolong battery powered device dengan kemampuan kontrol (aktuator).
3. Class C (device komunikasi dua arah dengan receive slot maksimal) device class C hampir memiliki slot receive window yang terbuka terus menerus dan hanya tertutup saat mengirimkan data. Sehingga device tipe ini memakan daya yang lebih besar dan
15
memang di desain untuk device aktuator tanpa latensi untuk komunikasi downlink-nya [15].
2.7 POWER SUPPLY
Power supply atau dalam Bahasa Indonesia disebut dengan Catu Daya adalah suatu alat listrik yang dapat menyediakan energi listrik untuk perangkat listrik ataupun elektronika. Pada dasarnya power supply ini memerlukan energI listrik yang kemudian mengubahnya menjadi energi listrik yang dibutuhkan oleh perangkat elektronika. Power supply juga dapat dibedakan menjadi beberapa jenis, diantaranya adalah DC Power supply, AC Power supply, Switch Mode Power supply, Programmable Power supply, Uninterruptible Power supply, High Voltage Power supply. Power supply yang digunakan yaitu seri BTX. Power supply jenis ini memiliki dua macam kabel power yakni kabel power dengan 24 pin yang mengarah ke motherboard, dan kabel sata yang memiliki 15 pin. Kelebihannya dibandingkan dengan Power supply seri sebelumnya adalah efisiensi dayanya relatif lebih baik [16].
2.8 PRESSURE TRANSMITTER
Ada beberapa jenis atau model dari Pressure transmitter yaitu ada Pressure transmitter gauge (GP), Pressure transmitter absolut (AP), pressure differential transmitter. Pressure transmitter gauge (GP) bekerja dengan metode membandingkan tekanan proses terhadap tekanan udara disekitar (ambient pressure), transmitter ini memiliki port untuk mengambil sampel tekanan udara secara real-time, karena sifatnya membandingkan maka efek naik turunnya tekanan di sekitar bisa berpengaruh terhadap hasil pengukuran.
Ketika hasil pengukuran menunjukkan tekanan lebih tinggi dibandingkan dengan tekanan ambient maka hasil pengukuran akan menunjukkan nilai positif, sedangkan bila hasil pengukurannya lebih rendah dari tekanan ambient maka hasilnya berupa angka negatif. Pressure transmitter absolut (AP) berfungsi sebagai instrumentasi pengukur tekanan valkum relative, oleh karena itu transmitter ini tidak terpengaruh oleh fluktuasi tekanan atmosfer disekitarnya. Semua pengukuran tekanan absolut nilainya adalah positif.
Pressure differential transmitter (DP) bekerja dengan cara mengukur perbedaan antara dua tekanan, transmitter ini menggunakan titik referensi yang
16
disebut tekanan sisi rendah dan membandingkannya dengan tekanan sisi tinggi.
Port pada instrument ditandai dengan huruf H pada sisi tinggi dan huruf L untuk sisi rendah. Hasil pengukurannya dapat bernilai positif atau negatif tergantung pada besarnya tekanan kedua sisi. Transmitter DP ini merupakan transmitter yang paling banyak digunakan karena bisa digunakan sebagai perangkat untuk mengukur laju alir (flow) dan untuk mengukur ketinggian isi tangki [17].
Gambar 2.4 Sensor Pressure transmitter Tranducer 0-30bar
Pressure transmitter mengirimkan data berupa signal elektronika, signal ini merupakan signal standard, dalam instrumentasi dikenal beberapa macam signal standard seperti signal elektrik, signal pneumatic, signal digital, field bus, profibus, dan lain-lain. Signal elektrik 4-20mA lebih dikenal karena signal ini lebih banyak dipakai, dimana perubahan arus 4mA sampai 20mA secara proportional menunjukkan perubahan besaran proses yang diukur [18].
2.9 PLATFORM ANTARES
Antares merupakan brand di bawah PT Telekomunikasi Indonesia yang spesifik bergerak di IoT platform.selain karena platform inni berasal dari Indonesia, Antares memberikan beberapa fitur yaitu :
1. Aman, seluruh komunikasi ditransmisikan di jalur yang telah dienkripsi.
Segalanya diatur agar sangat handal, aman dan tangguh di atas secure transport layer.
2. Handal, Antares menjamin akan memenej infrastruktur selama 24 jam penuh.
3. Beragam perangkat, Antares mendukung berbagai macam perangkat seperti Arduino, ESP8266, Android, Raspberry Pi daan berbagai macam Bahasa pemrograman.
17
4. Open API, kita tidak hanya bisa mengontrol aplikasi melalui dashboard, namun juga menggunakan API yang disediakan oleh Antares.
Antares menyediakan 3 protokol yang dapat digunakan untuk pengembangan IoT diantaranya adalah HTTP, MQTT dan COAP. Dengan adanya protokol ini bisa digunakan sesuai dengan kebutuhan pada saat melakukan pengembangan perangkat [19].
2.10 PENGERTIAN RECEIVE SIGNAL STRENGTH INDICATOR (RSSI) DAN SIGNAL NOISE RATIO (SNR)
Untuk membangun sistem transmisi data yang reliable menggunakan LoRa dapat diukur dan ditentukan oleh banyak faktor seperti, faktor parameter delay pengiriman, throughput, RSSI dan SNR. Karena pada penelitian ini hanya akan membahas tentang bagaimana RSSI dan SNR pada jaringan LoRaWAN maka di sini hanya akan membahas tentang RSSI dan SNR.
1. Receive Signal Strength Indicator (RSSI) adalah parameter untuk mengukur indicator kekuatan sinyal yang diterima. Nilai RSSI sangat bergantung pada kondisi lingkungan yaitu jarak penghalang. Semakin jauh dan semakin banyak penghalangnya maka nilai RSSI akan menurun. Hal ini dapat mempengaruhi kinerja dari LoRa. Rumus untuk menghitung rata-rata RSSI adalah :
RSSI (dBm) = 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑁𝑖𝑙𝑎𝑖 𝑅𝑆𝑆𝐼 𝑦𝑎𝑛𝑔 𝑑𝑖𝑝𝑒𝑛𝑒𝑟𝑖𝑚𝑎 𝐽𝑢𝑚𝑙𝑎ℎ 𝑠𝑎𝑚𝑝𝑒𝑙 𝑅𝑆𝑆𝐼 𝑦𝑎𝑛𝑔 𝑑𝑖𝑘𝑖𝑟𝑖𝑚
2. Signal Noise Ratio (SNR) adalah paket data yang diterima dari pengirim yang sinyal terganggu oleh gangguan noise. Nilai SNR mempresentasikan gangguan noise selama proses transmisi data terhadap kualitas data.
Semakin besar nilai SNR menunjukkan kualitas data yang diterima bagus.
Rumus rata-rata untuk menghitung SNR adalah : SNR (dB) = 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑛𝑖𝑙𝑎𝑖 𝑆𝑁𝑅 𝑦𝑎𝑛𝑔 𝑑𝑖𝑡𝑒𝑟𝑖𝑚𝑎
𝐽𝑢𝑚𝑙𝑎ℎ 𝑆𝑎𝑚𝑝𝑒𝑙 𝑆𝑁𝑅 𝑦𝑎𝑛𝑔 𝑡𝑒𝑟𝑘𝑖𝑟𝑖𝑚 [20].
2.11 PENGERTIAN PACKET LOSS
Packet loss adalah parameter yang menggambarkan suatu kondisi yang menunjukkan jumlah total paket yang hilang. Paket yang hilang ini dapat terjadi karena collision dan congestion pada jaringan. Packet Loss merupakan kegagalan
18
transmisi paket data mencapai tujuannya yang disebabkan oleh beberapa kemungkinkan, antara lain yaitu:
1. Terjadinya overload trafik didalam jaringan.
2. Tabrakan (congestion) dalam jaringan.
3. Error yang terjadi pada media fisik.
4. Kegagalan yang terjadi pada sisi penerima antara lain bisa disebabkan karena Overflow yang terjadi pada buffer.
Packet loss dapat terjadi karena kesalahan yang diperkenalkan oleh medium transmisi fisik. Hal hal yang mempengaruhi terjadinya packet loss juga bisa karena kondisi geografis seperti kabut, hujan, gangguan radio frekuensi, sel handoff selama roaming, dan interferensi seperti pohon-pohon, bangunan, dan pegunungan [21].
2.12 PENGERTIAN ANALAOG TO DIGITAL CONVERTER (ADC)
Analog to Digital Converter atau sering disingkat dengan ADC adalah rangkaian yang mengubah nilai tegangan kontinu (analog) menjadi nilai biner (digital) yang dapat dimengerti oleh perangkat digital sehingga dapat digunakan untuk komputasi digital. Dengan kata lain, Analog to Digital Converter atau Konverter Analog ke Digital ini memungkinkan rangkaian Digital berinteraksi dengan dunia nyata dengan menyandikan sinyal Analog ke sinyal Digital yang berbentuk Biner. Rangkaian ADC ini pada umumnya dikemas dalam bentuk IC dan diintegrasikan dengan Mikrokontroler.
Cara kerja dari ADC adalah dengan mengubah sinyal analog ke dalam bentuk besaran yang mana ia merupakan sebuah rasio perbandingan antara sinyal input dan juga tegangan referensi. Contohnya adalah pada saat tegangan referensi sebesar 5 volt, sementara untuk tegangan input sebesar 3 volt, dan rasion input pada referensi sebesar 60%. Jadi, ketika menggunakan ADC yang 8 bit yang memiliki skala maksimum sebesar 255. Maka Anda akan mendapatkan sinyal digital sebesar 60% x 225 = 153 yang dinyatakan ke dalam bentuk desimal. Bisa juga berupa 10011001 yang merupakan bilangan biner [22].
19
BAB III
METODE PENELITIAN
Pada penelitian ini penulis merencanakan perancangan alat monitoring pada tekanan air PDAM menggunakan LoRa. Pada perancangan ini hasil bacaan sensor dapat dipantau secara realtime.
3.1 ALUR PENELITIAN
Dalam perancangan suatu penelitian ada beberapa tahap yaitu diawali dengan pencarian studi literatur, kemudian melakukan perancangan hardware dan melakukan pengujian sesuai parameter dan yang terakhir yaitu tahap pembuatan hasil data dari hasil pengujian
Supaya perancangan bisa berjalan sesuai dengan rencana yang sudah disusun maka diperlukan flowchart. Flowchart ini dapat menjelaskan secara singkat proses dari perancangan pada penilitian.
Gambar 3. 1 Flowchart alur penelitian
Pada gambar 3.1 ini menjelaskan tentang alir penilitian yang akan dilakukan.
Dimulai dari studi literatur yang dilakukan dengan membandingkan kajian teori perancangan sebelumnya, selain itu studi literatur dilakukan dengan membaca jurnal ilmiah dan beberapa artikel dari internet yang dapat menunjang dari cara kerja dan sistem setiap perangkat yang digunakan.
20 3.2 PERANCANGAN SISTEM
Pada perancangan sistem monitoring tekanan pipa air PDAM menggunakan LoRa memiliki beberapa tahapan. Berikut adalah diagram blok pada perancangan sistem keseluruhan.
Gambar 3. 2 End device
Pada end device ini terdapat alat yang akan digunakan yaitu ada sensor pressure transmitter tranducer yang akan dihubungkan ke Arduino uno untuk dilanjutkan ke LoRa.
Gambar 3. 3 Blok diagram perancangan sistem
Berdasarkan gambar 3.3 menjelaskan tentang perancangan sistem secara keseluruhan. Pada perancangan sistem ini terdepat end device yang merupakan sensor pressure. End device ini digunakan untuk membaca dan mengirimkan data sensor kepada Antares melalui LoRa gateway dan LoRa.id. platform Antares ini digunakan untuk melihat data dari sensor pressure tersebut sedangkan LoRa.id digunakan untuk melihat nilai RSSI dan SNR yang kemudian bisa untuk mencari nilai dari packet loss.
Gambar 3. 4 Flowchart hardware
Pada gambar 3.4 menjelaskan tentang perancangan hardware. End device yang sudah dibuat akan membaca sensor tekanan pada pipa air PDAM yang
21
kemudian akan dikirimkan pada platform Antares melalui arduino kemudian ke LoRa untuk dihubungkan ke LoRa gateway.
3.3 PERANCANGAN HARDWARE
Gambar 3. 5 Perancangan hardware
Pada gambar 3.5 menunjukan perancangan dari hardware yang akan digunakan. Disini menggunakan sensor tekanan 0-30bar yang akan dibaca atau di olah datanya oleh Arduino untuk dikirimkan ke LoRa yang nantinya akan terhubung ke LoRa gateway.
Gambar 3. 6 Skematik perancangan hardware
Pada gambar 3.6 ini menggambarkan skematik dari perancangan hardware.
Diantaranya ada arduino uno, LoRa dan sensor tekanan. Pada sensor tekanan teradapat 3 kabel yang berbeda warna. Ada warna kuning, merah dan hitam, untuk warna kuning dipasangkan dengan pin A0, warna merah dihubungkan dengan pin VCC atau 5V dan warna hitam dihubungkan dengan pin GND atau ground pada arduino.
3.4 PENGUJIAN SISTEM
22
Pada pengujian sistem ini bertujuan untuk mengetahui apakah sistem yang dibuat dapat berfungsi dengan baik atau tidak. Pengujian ini dilakukan dengan cara mengukur tekanan udara pada pipa air PDAM.
3.4.1 Pengujian Sensor Pressure Transmitter
Pengujian sensor tekanan ini bertujuan untuk mengetahui keakurasian dari sensor tekanan dan untuk mengetahui apakah sensor ini dapat terbaca dengan baik menggunakan Arduino uno. Untuk membandingkan sensor pressure ini menggunakan alat ukut digital pressure gauge. Pada pengujian ini akan diberi tekanan udara menggunakan kompressor .
3.4.2 Pengujian Nilai Received Signal Strength Indicator (RSSI) , Signal Noise Radio (SNR) dan Packet Loss pada jaringan LoRaWAN
Pada pengujian nilai RSSI dan SNR ini dapat dilihat pada LoRa.id. Pengujian ini juga memerlukan pengujian pengiriman paket pada jarak yang berbeda beda antara end device dengan gateway. Jarak yang nantinya akan diuji yaitu pada jarak 500 km sampai 3,5 km dengan kondisi tanpa penghalang. Untuk nilai packet loss dapat dicari ketika sudah melakukan pengiriman data. Packet loss ini merupakan data yang hilang dari jumlah data yang dikirim pada Antares.
23
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil pengujian dan pembahasan pada bab ini merupakan tahapan lanjut setelah proses perancangan dan pembuatan “Rancang Bangun Sistem Monitoring Tekanan Pada Pipa Air PDAM Menggunakan LoRa 920-923 Mhz”. Nilai sensor tekanan yang digunakan pada penelitian ini adalah 0-30 bar. Pada penulisan dan penelitian ini bentuk keluaran yang diharapkan adalah berupa hasil data yang nantinya dapat digunakan sebagai bahan analisis. Pengujian yang dilakukan antara lain adalah pengujian terhadap sensor pressure transmitter tranducer untuk mendeteksi tekanan air pada pipa. Kemudian ada pengujian Nilai Received Signal Strength Indicator (RSSI), Signal Noise Radio (SNR) dan Packet Loss pada jaringan LoRaWAN.
4.1 HASIL PERANCANGAN SISTEM
Hasil dari perancangan sistem pada tugas akhir kali ini yaitu ada perancangan hardware yang terdiri dari arduino uno, modul LoRa dan sensor pressure. Alur dari perancangan hardware ini yaitu pada arduino diberi program untuk sensor membaca tekanan air yang ada pada tabung kemudian dari sensor akan mengirim data ke arduino yang kemudian akan diteruskan ke LoRa yang kemudian akan dikirimkan ke Antares melalu LoRa gateway. Setelah itu data akan tersimpan pada platform Antares. Data yang tersimpan pada Antares ditampilkan pada bentuk grafik dan data log.
Gambar 4. 1 Komponen utama perangkat keras
Pada gambar 4.1 merupakan gambar rancangan dari hardware. Pada bagian nomor 1 merupakan sensor pressure yang dihubungkan ke arduino dan ada 3 warna
24
kabel yang berbeda, untuk warna hitam dihubungkan ke GND atau ground, warna merah dihubungkan pada 5V dan warna kuning dihubungkan pada analog 0 (A0).
Kabel yang terhubung ke arduino pada bagian yang ditandai dengan nomer 2 dihubungkan ke sumber daya 5v, sedangkan pada modul LoRa diberi antena 3.15 dBi Omni Directional dapat terhubung dengan Gateway LoRa.
Gambar 4. 2 Tampilan Platform Antares
Gambar 4.2 merupakan tampilan dari platform Antares. Pada Antares ini dapat melihat data yang masuk. Yang bisa dilihat yaitu ada type, port, data dan juga counter. Data yang keluar yaitu tekanan yang ada pada tabung. Satuan yang digunakan pada data tekanan ini yaitu dalam bentuk bar.
Gambar 4. 3 Grafik perubahan
Pada gambar 4.3 menjelaskan tentang kinerja sistem yang bisa berjalan dengan baik dan menampilkan data pada Antares dalam bentuk grafik. Grafik ini menunjukkan perubahan secara real time. Karena pada tabung tekanan udaranya tidak berubah maka grafiknya masih sejajar tidak ada kenaikan atau penurunan.
25
4.2 HASIL PENGUJIAN SENSOR PRESSURE TRANSMITTER TRANDUCER
Pengujian sensor pressure ini dilakukan untuk mengetahui nilai tekanan air dengan menggunakan pembanding alat ukur digital pressure gauge. Pengujian ini menggunakan tabung yang berisikan air kemudian diberikan tekanan menggunakan pompa atau kompresor supaya di dalam tabung tersebut ada tekanan.
Gambar 4. 4 Tabung pengujian
Pada Gambar 4.4 ini merupakan tabung untuk pengujian yang diberi sensor pressure dan alat ukur pressure digital. Peletakkan Sensor dengan alat ukur di pasang sejajar dan bagian atas diberi pentil untuk memasukkan tekanan udara yang nantinya akan menekan air kedalam sensor dan alat ukur.
Pembacaan dari sensor berupa nilai ADC. Nilai ADC tersebut dibandingkan dengan nilai Bar dari pembacaan alat ukur digital pressure gauge. Pengujian dilakukan sebanyak 139 data dengan range 0.15-7.5 Bar. Data yang didapatkan dapat dilihat pada tabel 4.1.
Tabel 4. 1 Perhitungan nilai regresi Tabel Perhitungan Regresi Linear
No ADC (x) BAR (y) x^ y^ xy 1 103 0,15 10609 0,0225 15,45
2 104 0,2 10816 0,04 20,8
3 105 0,25 11025 0,0625 26,25
… … … … … …
139 304 7,5 92416 56,25 2280
28182 529,3 6199804 2656,28 124959
26
Pada tabel 4.1 didapatkan nilai perbandingan dari nilai ADC dengan nilai dari pembacaan alat ukur digital pressure gauge. Data tersebut nantinya akan dilakukan perhitungan untuk mendapatkan persamaan regresi linear.
Gambar 4. 5 Grafik hubungan nilai ADC dan Bar
Data yang didapatkan pada tabel 4.1 kemudian akan dilakukan perhitungan regresi. Untuk mengetahui persamaan regresi maka langkah pertama yaitu mengitung konstanta a:
𝑎 =(Σy)(Σ𝑥2) − (Σx)(Σxy) n(Σ𝑥2) − (Σx)2
𝑎 =(529,3)(6199804) − (28182)(124959) 139(6199804) − (28182)2 𝑎 =−240050962,7
67547632 𝑎 = −3,5538
Kemudian menghitung koefisien regresi b :
𝑏 =𝑛(𝛴𝑥𝑦) − (𝛴𝑥)(𝛴𝑦) n(Σ𝑥2) − (Σ𝑥)2
𝑏 =139(124959) − (28182)(529,3) 139(6199804) − (28182)2 𝑏 =2452630,95
67547632
27 𝑏 = 0,036309651
Setelah itu maka di dapatkan model persamaan regresi
𝑌 = 𝑎 + 𝑏𝑥
𝑌 = −3,5538 + 0,036309651𝑥
Persamaan ini dimasukkan kedalam algoritma pemrograman mikrokontroler.
Gambar 4. 6 Algoritma perhitungan tekanan pada Arduino Uno Pada gambar 4.6 merupakan fungsi pada pemrograman yang digunakan untuk mendapatkan nilai tekanan pada sensor pressure transmitter. Perhitungan ini didapat dari perhitungan persamaan regresi yang telah dihitung sebelumnya.
Kemudian setelah dilakukan pemograman pada arduino data tekanan air dapat dilihat pada platform Antares seperti pada gambar 4.8.
Gambar 4. 7 Tampilan data pada log Antares
Kemudian dilakukan pengujian keakurasian terhadap alat ukur digital pressure gauge. Pengujian dilakukan sebanyak 5 kali dengan range 0.5-8 Bar dengan selisih 0.5 Bar. Pengujian pada sensor pressure gauge ini dilakukan untuk mengetahui keakuratan dari sensor tersebut. Pengujian ini dilakukan dengan membandingkan hasil sensor pressure transmitter dengan sensor pressure gauge.
Pada pengujian sistem monitoring tekanan air pada pipa ini dilakukan 5 kali
28
pengujian dengan setiap pengujian menggunakan maksimal diberikan tekanan 8 bar. Pada tabung air tersebut diberi tekanan sebesar 8 bar, nilai tekanan bisa dilihat dari sensor digital pressure gauge yang kemudian akan dikurangi lagi tekanannya dengan membuang angin melalu pentil sesuai dengan nilai yang akan di uji.
Tabel 4. 2 Pengujian Sensor Tekanan Air RATA RATA PENGUJIAN SENSOR No Pembacaan Alat Ukur (Bar) Rata-rata Pembacaan
Sensor (Bar)
Rata-rata Presentase Error(%)
1 0,5 0,50 0,83%
2 1 1,00 0,62%
3 1,5 1,49 1,32%
4 2 2,00 1,16%
5 2,5 2,50 1,14%
6 3 3,02 1,48%
7 3,5 3,47 1,26%
8 4 3,97 1,17%
9 4,5 4,49 0,78%
10 5 5,04 1,14%
11 5,5 5,48 0,82%
12 6 5,93 1,29%
13 6,5 6,47 1,28%
14 7 6,99 1,32%
15 7,5 7,56 0,92%
16 8 8,08 1,00%
𝑅𝑎𝑡𝑎 − 𝑟𝑎𝑡𝑎 𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 = 𝑝1 + 𝑝2 + ⋯ + 𝑝16
16 1,10%
Tabel 4.2 merupakan rata-rata perbandingan antara pengukuran tekanan air menggunakan sensor pressure transmitter dengan pengukuran tekanan air menggunakan alat ukur digital pressure gauge. Hasil pengukuran sensor pressure transmitter muncul pada log Antares. Dari hasil pengukuran yang sudah dilakukan dapat disimpulkan bahwa pengukuran tekanan air dengan menggunakan sensor pressure transmiter memiliki presentasi error sebesar 1,10%.
29
Gambar 4. 8 Grafik rata-rata pengujian sensor
Pada gambar 4.8 merupakan grafik perbandingan antara pembacaan tekanan air pada alat ukur dengan sensor presseur yang telah di buat.
4.3 HASIL PENGUJIAN NILAI RECEIVED SIGNAL STRENGTH INDICATOR (RSSI) , SIGNAL NOISE RADIO (SNR) DAN PACKET LOSS.
Pengujian nilai Received Signal Strength Indicator (RSSI) , Signal Noise Radio (SNR) dan Packet Loss dilakukan dengan varian jarak 0.5,1,1.5,2,2.5,3 dan 3.5 Km. Konfigurasi LoRa yang digunakan dapat dilihat pada tabel 4.3.
Tabel 4. 3 Konfigurasi LoRa
Parameter Gateway End Device
Frequency (mHz) 921.6 921.6
Spreading Factor SF7 SF7
Preamble Length 8 8
RF Bandwidth (kHz) 125 125
Coding Rate 4/5 4/5
LoRa Sync Word 52 52
RF Power (dBm) 20 20
Total Channel 2 (RX TX) 1 (RX TX)
Hight (MDPL) 54 34-45
Antenna Gain(dB) 3.15 3.15
Antenna Radiation
Pattern Omnidirectional Omnidirectional
Network Server Lora.id -
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
Alat Ukur
Sensor Tekanan
RATA RATA PENGUJIAN SENSOR
Series1 Series2 Linear (Series2)
30
Pengujian dilakukan tanpa halangan (Line of Sight (LOS)) antara Gateway LoRa dengan End device. Data lokasi pengujian dapat dilihat pada tabel 4.4 dan gambar 4.9.
Tabel 4. 4 Data lokasi pengujian
Lokasi Latitude (°) Longitude (°) Ketinggian (MDPL) Gateway 7°25'34.86"S 109°26'44.73"E 49
0.5 km 7°25'29.76"S 109°26'29.24"E 44 1 km 7°25'24.73"S 109°26'13.67"E 43 1.5 km 7°25'19.57"S 109°25'58.18"E 40 2 km 7°25'14.54"S 109°25'42.66"E 37 2.5 km 7°25'9.50"S 109°25'27.36"E 35 3 km 7°25'4.26"S 109°25'11.78"E 34 3.5 km 7°24'59.36"S 109°24'56.27"E 33
Gambar 4. 9 Denah lokasi dan elevasi jalur pengujian
Gambar 4.9 merupakan denah lokasi dan data elevasi dari jalur yang dilakukan pengujian pada LoRa. Untuk antena ditempatkan pada elevasi yang tinggi dan diberikan tiang kayu setinggi 5 meter. Kemudian titik pengujiannya diukur setiap 500 meter sampai 3.5 km.
31
Gambar 4. 10 Posisi antena gateway
Gambar 4.10 merupakan letak dari antena gateway yang dipasang setinggi 5 meter dengan gateway menghadap ke arah jalur yang akan diukur kekuatan sinyalnya.
Gambar 4. 11 Posisi end device
Pada gambar 4.11 merupakan gambar ketika melakukan pengujian pada alat.
Antena LoRa dipasangkan pada ketinggian 1 meter dan pada tabung pengujian juga diberi tekanan udara sebesar 5 Bar.
32
Gambar 4. 12 Tampilan data RSSI dan SNR pada log LoRa.id
Pada gambar 4.12 merupakan tampilan pada Platform Network Server LoRa.id. Pada platform ini diperoleh nilai RSSI dan SNR yang didapatkan dari pengiriman data oleh End device dan Gateway. Data RSSI dan SNR dapat dilihat pada bagian uplink seperti pada gambar 4.13 yang ditandai dengan nomer 1.
Kemudian akan terlihat nilai RSSI dan SNR.
4.3.1 Hasil Pengujian Received Signal Strength Indicator (RSSI)
Pengujian RSSI bertujuan untuk mengetahui hubungan kekuatan sinyal terhadap variasi jarak yang diberikan. Pengujian dilakukan sebanyak 200 data pada setiap jarak.
Tabel 4. 5 Nilai rata-rata RSSI Jarak (km) RSSI (dBm)
0,5 -108,8
1,0 -113,4
1,5 -114,5
2,0 -116,8
2,5 -117,9
3,0 -118,5
3,5 -120,3
33
Gambar 4. 13 Grafik RSSI terhadap jarak
Pada Tabel 4.5 jarak 0.5 km mendapatkan nilai rata-rata RSSI sebesar -108.8 dBm, kemudian pada jarak 1 km mendapatkan nilai rata-rata RSSI sebesar -113,4 dBm, pada jarak 1,5 km mendapatkan nilai rata-rata RSSI sebesar -114,5 dBm, jarak 2 km mendapatkan nilai rata-rata RSSI sebesar -116,8 dBm, jarak 2,5 km mendapatkan nilai rata-rata RSSI sebesar -117,9 dBm, pada jarak 3 km mendapatkan nilai rata-rata RSSI sebesar -118,5 dBm dan pada jarak 3,5 km mendapatkan nilai rata-rata RSSI sebesar -120,3 dBm. Lalu pada gambar 4.13 dapat dilihat trend penurunan kekuatan sinyal terhadap jarak yang semakin jauh. Semakin jauh jarak antara End device dengan gateway maka sinyal yang diterima akan semakin kecil.
4.3.2 Hasil Pengujian Signal Noise Radio (SNR)
Pada pengujian nilai SNR ini mempresentasikan gangguan noise selama proses transmisi data terhadap kualitas data. Semakin besar nilai SNR menunjukkan kualitas data yang diterima bagus.
Tabel 4. 6 Nilai rata-rata SNR Jarak (km) SNR
0,5 4,1
1,0 -2,3
1,5 -4,6
2,0 -7,3
-108,8
-113,4
-114,54
-116,7894737
-117,9326316
-118,4757895
-120,3189474
-122 -120 -118 -116 -114 -112 -110 -108
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4
RSSI (dBm)
Jarak (Km)
Received Signal Strength Indicator
34
2,5 -8,5
3,0 -9,0
3,5 -10,2
Gambar 4. 14 Grafik SNR terhadap jarak
Dapat dilihat pada tabel 4.6 jarak 0,5 km dapat dilihat rata-rata nilai SNR sebesar 4,1 dB, kemudian pada jarak 1 km didapatkan nilai rata-rata nilai SNR sebesar -2,3 dB, pada jarak 1,5 km mendapatkan nilai rata-rata SNR sebesar -4,6 dB, pada jarak 2 km mendapatkan nilai rata-rata SNR sebesar -7,3 dB, jarak 2,5 km mendapatkan nilai rata-rata SNR sebesar -8,5 dB, jarak 3 km mendapatkan nilai rata-rata SNR sebesar -9,0 dB dan pada jarak 3,5 km mendapatkan nilai rata-rata SNR sebesar -10,2 db. Dapat dilihat dari hasil tabel dan grafik SNR semakin jauh jaraknya semakin turun kualitas sinyal data yang diterima.
4.3.3 Hasil Packet Loss
Packet loss merupakan parameter yang menggambarkan suatu kondisi yang menunjukkan jumlah total paket yang hilang.
Tabel 4. 7 Nilai rata-rata packet loss Jarak
(km)
Packet Dikirim
Packet Diterima
Packet Loss (%)
0,5 200 195 2,50%
1 200 185 7,50%
1,5 200 157 21,50%
4,08
-2,26 -4,6
-7,263157895
-8,5 -8,989473685 -10,2
-12 -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4
SNR
Jarak (Km)
Signal to Noise Ratio
35
2 200 117 41,50%
2,5 200 84 58,00%
3 200 59 70,50%
3,5 200 27 86,50%
Gambar 4. 15 Grafik packet loss terhadap jarak
Dari tabel 4.7 mengirimkan 200 packet pada setiap jarak pada jarak 0,5 km hanya 195 packet yang diterima sehingga mendapatkan nilai packet loss sebesar 2,50%, pada jarak 1 km hanya 185 packet yang diterima sehingga nilai packet loss sebesar 7,50%, pada jarak 1,5 km hanya 157 packet yang diterima sehingga nilai packet loss sebesar 21,50%, pada jarak 2 km hanya 117 packet yang diterima sehingga nilai packet loss sebesar 41,50%, pada jarak 2,5 hanya menerima 84 packet sehingga nilai packet loss sebesar 58%, pada jarak 3 km hanya 59 packet yang diterima sehingga nilai packet loss sebesar 70,50% dan pada jarak 3,5 km hanya menerima 27 packet sehingga nilai packet loss sebesar 86,50%. Semakin jauh jarak maka sebakin tinggi nilai packet loss sehingga banyak packet yang hilang hal ini dapat disebabkan oleh salah satunya semakin kecil pula nilai RSSI dan SNR ketika jaraknya semakin jauh.
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4
Packet Loss
Jarak (km)
Packet Loss (%)
36
BAB V PENUTUP
5.1 KESIMPULAN
Berdasarkan pengujian dan pembahasan mengenai Rancang Bangun Sistem Monitoring Tekanan Pada Pipa Air PDAM Menggunakan LoRa 920-923 Mhz, maka dapat diperoleh beberapa kesimpulan sebagai berikut :
1. Pada perancangan sistem monitoring tekanan pada pipa air PDAM menggunakan LoRa dengan sensor pressure transmitter berhasil mengirimkan data dan dapat dimonitor pada platform Antares.
2. Pada sensor pressure transmitter metode regresi linear memiliki persamaan Y= -3.5538 + 0.036309651X dengan rata-rata error sebesar 1,10%.
3. Hasil pengujian nilai Received Signal Strength Indicator (RSSI) , Signal Noise Radio (SNR) dan Packet Loss saling berhubungan, pada nilai RSSI dan SNR semakin kecil maka pada packet loss semakin banyak pula data yang hilang.
5.2 SARAN
Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan untuk kedepannya terdapat beberapa saran apabila pembaca ingin melanjutkan penelitian ini sebagai berikut :
1. Ganti antena db nya 2. Varian sf berbeda
3. Mengukur kekuatan sinyal LoRa dijauhkan lagi dengan tempat yang tidak ada halangan sama sekali.
4. Membandingkan Broker Antares dengan platform broker lainnya.
5. Menambahkan tentang bagaimana quality of service (QoS)
37
DAFTAR PUSTAKA
[1] E. Lararenjana, "Berikut Kepanjangan PDAM dan Penjelasan Lengkapnya, Patut Diketahui," Merdeka.com, 3 Maret 2021. [Online]. Available:
https://www.merdeka.com/jatim/berikut-kepanjangan-pdam-dan-
penjelasan-lengkapnya-patut-diketahui-kln.html. [Accessed 3 Mei 2021].
[2] A. Widianthara, "Inilah Penyebab Pipa Air Bocor Yang Harus Anda Waspadai," Pusat HDPE.com, 6 Oktober 2019. [Online]. Available:
https://www.pusathdpe.co.id/2019/10/06/inilah-penyebab-pipa-air-bocor- yang-harus-anda-
waspadai/#:~:text=Tekanan%20air%20juga%20menjadi%20salah,maka%2 0hal%20ini%20sangat%20berbahaya.. [Accessed 3 Mei 2021].
[3] admin, "Discover all Orange IoT solutions for developers & device-makers,"
in LoRa Device Developer Guide, France, Orange, 2016, pp. 5-6.
[4] N. W. S. S. d. I. W. A. Saputra, "SISTEM MONITORING TEKANAN AIR PADA PDAM GIANYAR BERBASIS WEB," Jurnal Matrik, vol. XVIII, no. 2, pp. 302-312, 2019.
[5] A. G. B. Sitepu, "PENDETEKSI KEBOCORAN PIPA AIR MENGGUNAKAN SENSOR PRESSURE TRANSMITER DENGAN JARAK JAUH TAMPILAN SMARTPHONE," Repository Universitas Sumatera Utara, Sumatera Utara, 2020.
[6] A. L. J. Monalisa A. Malelak, "PEMOGRAMAN ARDUINO DENGAN MENGGUNAAN PRESSURE TRANSDUCER DAN SENSOR FLOW METER UNTUK PENGUJIAN POMPA HIDRAM," Ilmiah Flash, vol. VI, no. 2, pp. 28-34, 2020.
[7] A. Septiyanti, "BAB II Tinjauan Pustaka," 18 Mei 2016. [Online]. Available:
http://eprints.polsri.ac.id/3388/3/3.%20Bab%20II.pdf. [Accessed 3 Mei 2021].
[8] Admin, "Pengertian Arduino UNO," iLearning Media.com, 23 Mei 2020.
[Online]. Available: https://ilearning.me/sample-page- 162/arduino/pengertian-arduino-uno/. [Accessed 3 Mei 2021].
