Pengukur Kelembaban Tanah dan Suhu Udara sebagai Pendeteksi
Dini Kebakaran Hutan Melalui Wireless Sensor Network (WSN)
SOFTWARE
Ferly Octavianes1, Arif Gunawan2, Wiwin Styorini3
1
Jurusan Teknik Elektro Politeknik Caltex Riau, Pekanbaru 28265, email: ferlyoctavianes@yahoo.co.id
2
Jurusan Teknik Elektro Politeknik Caltex Riau, Pekanbaru 28265, email: agun@pcr.ac.id
3
Jurusan Teknik Elektro Politeknik Caltex Riau, Pekanbaru 28265, email: wiwin@pcr.ac.id
Abstrak
Bencana kebakaran dan kekeringan dimusim kemarau merupakan dampak tak terjaganya kelembaban tanah. Dampak negatif yang ditimbulkan oleh kebakaran hutan cukup besar diantaranya nilai produktivitas hutan dan tanah jadi menurun, perubahan iklim nasional maupun global, dan mencemari lingkungan yang berimbas pada gangguan pernafasan pada masyarakat serta terganggunya jarak pandang bagi kendaraan transportasi baik di darat maupun di udara. Maka dari itu, penulis membuat sebuah sistem pendeteksi kebakaran hutan lahan gambut melalui wireless sensor network (WSN). Alat pendeteksi kebakaran hutan lahan gambut ini terdiri dari 3 buah pengukur dan tiap-tiap pengukur dilengkapi oleh 3 buah sensor yaitu sensor kelembaban tanah, suhu udara dan kelembaban udara yang berfungsi untuk memberikan informasi yang mengindikasikan adanya kebakaran. Sebagai otaknya digunakan microkontroller sebagai pusat pengendali sistem secara keseluruhan dengan bahasa pemrograman BASCOM AVR. Pada server data yang ditransmisikan tadi diolah untuk ditampilkan pada sebuah software Visual Basic 6 pada sebuah PC yang digunakan untuk memonitoring perubahan yang terjadi di masing-masing pengukur. Data yang sudah didapat dipisahkan berdasarkan pengukur 1,2 dan 3 serta jenis data sensor yang diterima. Pada tampilan user interface ini ditambahkan fitur untuk menampilkan 3 kondisi yaitu AMAN,SIAGA dan BAHAYA, yang mana khusus untuk kondisi bahaya dilengkapi dengan sirine untuk memberi isyarat kepada user bahwa sudah terjadi kebakaran. Secara keseluruhan alat ini dapat berkomunikasi dengan baik secara LOS sejauh 220,5 meter, sedangkan untuk NLOS atau dengan adanya obstcle
komunikasi dapat berjalan baik pada jarak 185,6 meter.
Kata Kunci : Wireless Sensor Network (WSN, microcontroller, BASCOM AVR dan Visual Basic 6, KYL-500S.
Abstract
Catastrophic fires and drought in the dry season is not sustained impact of soil moisture. Droughts cause a fire, especially in peatlands. Therefore, the authors designed a detection system peatland fires via wireless sensor network (WSN). Detectors peatland fires consists of 3 pieces of gauges and measuring each sensor is equipped by 3 pieces include soil moisture sensors, temperature and humidity which serves to provide information that indicates a fire and then be processed by a microcontroller and transmitted to server using KYL-500S. Microkontroller used as the central control system as a whole with BASCOM AVR programming language. On the server, the values obtained from each node is processed for display on a Visual Basic 6 software on a PC used to
monitor the changes that occur. Values that have been obtained are separatedby measuring 1,2 and 3
as well as the types of sensor data received. At the user interface used 3 conditions are SAFE, ALERT and DANGER, which is specific to hazardous conditions equipped with a siren to signal to the user that it is a fire. Overall this tool can communicate with either LOS as far as 220.5 meters, while for NLOS or in the presence obstcle communication can run well at a distance of 185.6 meters.
I PENDAHULUAN
Kebakaran hutan dan lahan gambut merupakan kebakaran permukaan dimana api membakar bahan bakar yang ada di atas permukaan (misalnya: pepohonan, semak, dll), kemudian api menyebar tidak menentu secara perlahan di bawah permukaan (ground fire), membakar bahan organik melalui pori-pori gambut dan melalui akar semak
belukar/pohon yang bagian atasnya terbakar. [1]
Mikrokontroler merupakan single chip processor yang mampu melakukan pekerjaan
manusia dalam dimensi yang kecil,
kemampuan mikrokontroler ini juga bisa dimanfaatkan untuk melakukan monitoring ataupun melakukan pengiriman data kesuatu
wilayah tanpa meperlukan seorangpun
manusia.
Oleh karena itu penulis memanfaatkan
teknologi tersebut untuk melakukan
monitoring kebakaran hutan dengan
memanfaatkan sensor kelembaban tanah, sensor suhu, dan sensor kelembaban udara yang diposisikan di daerah rawan kebakaran. Sedangkan pengiriman data dilakukan melalui modul radio wireless. Diharapkan dengan
perancangan sistem monitoring ini
keterlambatan penanganan kebakaran hutan dapat diminimalisir.
Pada akhir pendahuluan ini akan
disampaikan susunan bab penulisan paper sebagai berikut:
Pada bab 1 pendahuluan dijelaskan
konsep WSN monitoring kebakaran hutan.
Pada bab 2 dijelaskan tinjauan pustaka
mengenai Komunikasi WSN dengan KYL 500S,
Pada bab 3 dijelaskan mengenai
perancangan sistem, perancangan
program dan mekanik.
Pada bab 4 dijelaskan data hasil
penelitian dan analisa program sensor tegangan dan sensor ultrasonic.
Pada bab 5 dijelaskan kesimpulan dan
saran dari penelitian yang sudah dilakukan
II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Wireless Sensor Network
WSN merupakan sebuah sistem
monitoring berbasis teknologi nirkabel
(Wireless) untuk memonitor kondisi fisis atau
kondisi lingkungan suatu tempat pada lokasi yang berbeda dengan kondisi sensor dengan pemrosesan datanya terpisah pada tempat
berbeda. Sistem monitoring ini terdiri dari
beberapa node, dimana tiap node nya terdiri
dari beberapa sensor. Hasil pembacaan sensor seperti kelembaban tanah, suhu udara dan
kelembaban udara pada tiap node tersebut
yang akan dikirimkan menggunakan media
Wireless dan akan ditampilkan pada sebuah
grafik pada Server.[2][3]
2.2 KYL 500S
KYL-500S adalah sebuah modul wireless transciever yang digunakan sebagai wireless data transciever pada jarak jauh dengan ukuran yang kecil, ringan, dan konsumsi daya yang rendah dan dengan stabilitas dan reliabilitas yang baik. KYL-500S dapat dioperasikan pada frekuensi 433Mhz, 868Mhz dan 915Mhz.
Jarak maksimal KYL-500S adalah 600m.[4]
Gambar 2.1 Kyl 500S
2.3 Sensor
2.3.1 Sensor Suhu LM35
LM35 memiliki jangkauan pengukuran -55ºC hingga +150ºC dengan akurasi ±0.5ºC. Tegangan output adalah 10mV/ºC. Tegangan output dapat langsung dihubungkan dengan salah satu port mikrokontroler yang memiliki
kemampuan ADC, misalnya ATmega8535.[5][6]
Gambar 2.2 Tampak bawah dan belakang LM 35
2.3.2 Sensor Kelembaban Udara DT-SENSE
RH) di sekitar sensor. Keluaran DT-SENSE HUMIDITY SENSOR berupa data digital yang sudah terkalibrasi penuh sehingga dapat
dipakai langsung tanpa perhitungan
tambahan.[7]
Gambar 2.3 Sensor Kelembaban Udara DT-Sense
2.3.4 Pengukur Kelembaban Tanah
Sensor kelembaban tanah adalah sensor yang digunakan untuk mendeteksi intensitas air di dalam tanah ( moisture). Sensor ini berupa 3 buah paku konduktor berbahan logam yang sangat sensitif terhadap muatan listrik, ketiganya memiliki fungsi
tersendiri 1 paku digunakan untuk input
tegangan, 1 paku untuk data, dan yang 1 lagi
untuk ground. Ketiga paku ini merupakan
media yang akan menghantarkan tegangan analog yang nilainya relatif kecil. Tegangan ini nantinya akan diubah menjadi tegangan
digital yang diproses di dalam
mikrokontroler.[8]
Gambar 2.4 Pengukur Kelembaban Tanah
2.4 Visual Basic 2006
Visual Basic merupakan bahasa
pemrograman Visual sehingga dapat
mempermudah dalam mendesain tampilan program atau lebih dikenal dengan istilah user interface. Hal ini sangat bermanfaat untuk membuat program yang bekerja dalam lingkungan windows yang tampilannya lebih rumit. Dengan bahasa pemrograman biasa / Non Visual, Waktu seorang programmer lebih banyak dihabiskan untuk mendesain tampilan program dibandingkan dengan penulisan
program utamanya.[9]
Gambar2.5 Tampilan awal VB
2.5 SQL Server 2005
Microsoft SQL Server 2005 merupakan
salah satu mesin database client/server yang
memakai sistem pemakaian file secara
bersama-sama dengan penyimpanan data yang
sangat handal. ANSI-SQL mendefinisikan
empat perintah dasar untuk manipulasi data
yaitu : SELECT, INSERT, UPDATE, DELETE
dan sejumlah perintah untuk mendefinisikan
struktur database.
Gambar 2.6 Tampilan Awal SQL Server 2005
2.6 BASCOM AVR
BASCOM-AVR v1.11.8.3 merupakan
salah satu software yang berfungsi sebagai text
editor dalam menulis baris perintah sekaligus
sebagai compiler yang dapat mengubah file
sumber menjadi file hexa.
BASCOM-AVR menyediakan berbagai
fasilitas yang memudahkan pengguna.
Pengguna dapat membuat dan menjalankan program yang ditulis, kemudian mengujinya langkah demi langkah sehingga pengguna dapat mengamati perubahan data pada setiap
register dan port I/O.
III PERANCANGAN SYSTEM 3.1 Blok Diagram
Untuk menghindari terjadinya interferensi
pengiriman data dibedakan
waktunya.
Gambar 3.1 Blok Diagram System
3.2 Flowchart Sistem
Output sensor kelembaban tanah dan suhu ini dimasukkan melalui pin ADC internal
mikrokontroler, oleh karena itu harus
menggunakan sub rutin operasi ADC untuk
dapat mengambil data tersebut untuk
kemudian diolah dan disimpan sementara dimemori. Sedangkan untuk output sensor kelembaban tanah tidak perlu diolah lagi karena data sudah dalam bentuk digital, oleh karena itu output sensor kelembaban udara
dihubungkan melalui port SDA dan SCL port
C sehingga penggunaan port-nyapun berbeda
dengan sensor kelembaban tanah dan sensor
suhu dengan menggunakan port ADC,
Gambar 3.2 Flowchart Pengambilan data
3.3 Komunikasi Modul Pengukur
Sub program ini digunakan agar supaya
mikrokontroler dapat mengirimkan data
kelmbaban tanah, suhu udara, dan
kelembaban udara melalui jalur komunikasi wireless, adapun hal yang disepakati dari komunikasi ini adalah menggunakan baud rate 9600bps, non parity, 8 bit data dan 1 start stop bit.
Gambar 3.3 Flowchart Modul Pengukur
3.4 Perancangan Program Visual Basic (VB)
Perancangan program Visual Basic untuk dapat menampung data maupun melakukan monitoring terhadap Kelembaban Tanah,
Suhu, dan Kelembaban Udara. Untuk
memasukkan data-data sensor tersebut pada Visual Basic maka diperlukan penambahan komponen pada Visual Basic, yaitu komponen Mscomm. Setingan yang dimasukkan pada mscomm yaitu 9600bps, 8, n, 1. Maksudnya baudrate yang digunakan 9600, 8bit, non parity dan 1 bit start and stop.
Data yang sudah diterima dari setiap node tadi yaitu berupa data kelembaban tanah, data suhu, dan data kelembaban udara kemudian
disimpan kedalam database, dimana setiap
node memiliki masing-masing tabel.
Flowchart untuk proses penerimaan data
pada server sampai penyimpanan data sensor
Gambar 3.4 Flowchart Program Visual Basic
IV PENGUJIAN dan ANALISIS
PROGRAM
4.1 Pengujian Sistem 4.1.1 User Interface
Interface user merupakan aplikasi yang berfungsi untuk menampilkan data-data yang diterima dari sensor. Ketika pertama kali VB dijalankan terdapat halaman sistem monitoring seperti pada gambar 4.1
Gambar 4.1 User Interface pada Visual Basic
Pada halaman utama ini data yang didapat dari setiap sensor pada masing-masing node sudah dipisah sesuai dengan kolomnya.
Pada Visual Basic ini ditampilkan juga data
dalam bentuk grafik seperti pada gambar 4.2 dan tabel berdasarkan waktu pengambilan data seperti yang terlihat pada gambar 4.3. Sebelum data dipisahkan pada VB, data tersebut di hubungkan dulu ke test port serial yang sudah dirancang, yang mana com-port harus sesuai dengan com-port serial yang digunakan, misalnya digunakan com-port 5, maka VB akan terhubung dengan RS232 dan dapat
berkomunikasi untuk pengambilan data.
Apabila com port yang digunakan salah maka
pembacaan data tidak dapat dilakukan. Form
history digunakan untuk melihat table history
data pada tanggal yang ditentukan tinggal
mengklik tombol “History”. Setelah itu akan
muncul form graph, seperti pada gambar 4.3
Gambar 4.2 Form Graph
Gambar 4.3 Form History
4.1.2 Database
Pada proyek akhir ini database
berfungsi untuk menyimpan data yang diinputkan dari masing-masing node. Sebelum
dimasukkan ke database, data diolah dulu di
VB dengan tujuan agar proses memasukkan
data ke database lebih gampang.
Nama-nama tabel tadi bisa dilihat pada gambar 4.4
4.2 Analisa
4.2.1 Pengujian Pengiriman Data Menggunakan KYL500S dan Ditampilkan ke PC
Tujuan pengujian pengiriman data pada node 1 adalah untuk menguji apakah KYL-500S sanggup mengirimkan data setiap sensor
ke server, dan untuk melihat apakah data yang
dikirim sesuai dengan data yang diterima di
server. Hasil pengujian tersebut dapat dilihat
pada Hyper Terminal yang sudah tersedia di PC, seperti pada gambar 4.5
Gambar 4.5 Hyperterminal
Dari tampilan Hyperterminal di atas, KYL-500S bisa mengirimkan data sesuai dengan keadaan sensor pada node tanpa ada
data error, angka 1 merupakan nomor node,
sedangkan 65 menunjukkan kelembaban tanah yang terukur, 37 menunjukkan suhu yang terbaca dan 73 merupakan pembacaan suhu udara
Pengujian data pada pengiriman secara WSN dapat dilakukan secara baik. Pada pengujian ini semua node dihidupkan secara bersamaan, dimana posisi node1 diletakkan di tikungan jalan menuju kantin Depipe, node 2 ditikungan dekat parkiran mobil sebelah kiri pintu masuk kampus, dan node 3 diletakkan di
lapangan bola. Sedangkan servernya (PC)
diletakkan di samping dormitory. Setelah
dihidupkan ternyata sistem wireless sensor
network dapat berjalan dengan baik, karena
seluruh data pada node1, node 2 dan node 3
dapat disampaikan ke server. Untuk
menghindari interferensi pada saat pengirimn
data, maka pengiriman data masing – masing
node dibedakan berdasarkan waktu. Ini dapat
dilihat pada gambar 4.6.
Gambar 4.6 Tampilan 3 Node
Jika dilihat dari tampilan di
hyperterminal angka awal pada setiap data merupakan kode dari node, yaitu 1, 2, dan 3. Jika angka awal datanya bukan angka tersebut maka data tersebut tidak akan diolah di VB.
Dalam kondisi LOS (line of sight) KYL-500S dapat berfungsi mengirimkan data sejauh 220m, sedangkan dalam keadaan NLOS KYL-500S dapat berfungsi mengirimkan data secara baik pada jarak 185m.
Pada saat pengiriman data sensor pada
setiap node juga terdapat data yang error, data
error ini disebabkan karena banyaknya
penghalang (obstacle) saat pengiriman data
antar node ke server, seperti pohon dan
dinding kampus pcr yang tinggi.
Penyebab lainnya karena keterbatasan
kemampuan KYL-500S, KYL500-S ini
merupakan modul transceiver yang
half-duplex dimana modul ini tidak bisa menerima
dan mengirim data secara bersamaan. Hal ini akan menyebabkan terjadinya tumbukan dalam
pengiriman data. Data yang error seperti
gambar 4.7
Gambar 4.7 Data Error
4.2.2 Pengujian Tampilan User Interface Visual Basic
data kelembaban tanah, suhu udara dan data kelembaban udara.
Pada program VB dibuat 3 buah kondisi, yaitu AMAN, SIAGA, dan BERBAHAYA. kondisi ini akan berubah sesuai dengan data yang dikirimkan mikro. Kondisi AMAN akan terjadi jika suhu dibawah 40, kelembaban tanah dan kelembaban udara diatas 50% seperti yang terlihat pada gambar 4.8, led akan
berwarna hijau. Kondisi BERBAHAYA
terjadi jika suhu diatas 50, kelembaban udara dan kelembaban tanah kurang dari 50% dan led akan berwarna merah. Kondisi ini dapat dilihat pada gambar 4.9. Sedangkan kondisi SIAGA terjadi jika data yang dikirim mikro selain data yang dikirim saat kondisi AMAN dan BERBAHAYA, led akan menjadi warna kuning. Kondisi ini dapat dilihat pada gambar 4.10. Khusus saat kondisi BERBAHAYA akan mengeluarkan suara alarm.
Gambar 4.8 Kondisi Aman
Gambar 4.9 Kondisi Bahaya
Gambar 4.10 Kondisi Siaga
Gambar 4.11 merupakan grafik
perubahan suhu yang terjadi pada saat kenaikan suhu terjadi pada node 1. Dimana kondisi ini ditandai dengan berubahnya grafik menjadi tinggi, sedangkan node 2 dan node 3 berada pada posisi normal.
Gambar 4.11 Grafik Perubahan Suhu
Gambar 4.12 merupakan tampilan database yang menampilkan data kelembaban tanah, suhu udara dan kelembaban udara yang tersimpan di database SQL Server 2005.
Gambar 4.12 Tampilan Database
3. Pengujian Pengiriman Data Kondisi Line of Sigh (LOS) dan Non-Line of Sigh (NLOS)
Pengujian pengiriman data kondisi line of
sigh (LOS) dan Non-Line of Sigh (NLOS)
merupakan pengujian pengiriman data dengan
parameter jarak yang bertujuan untuk
mengetahui seberapa jauh data dapat dikirim dari Tx ke Rx tanpa adanya halangan
(obstacle) dan dengan adanya penghalang
(obstacle). Setelah pengukuran jarak
Tabel 4.1 Jarak koneksi KYL 500S kondisi LOS
Tabel 4.2 Jarak koneksi KYL 500S kondisi NLOS
Dapat dianalisa bahwa saat kondisi LOS, jarak terjauh antara Tx ke Rx dalam transmisi data sejauh 220m. Lebih dari 220m, maka data tidak akan diterima oleh Rx. Pada saat kondisi NLOS, jarak terjauh antara Tx ke Rx dalam transmisi data sejauh 180m. Lebih dari 180m, maka data tidak akan diterima oleh Rx.
4.4.3 Pengujian pengiriman data dengan sistem WSN
Pengujian WSN ini dilakukan di area kampus dan taman olahraga di samping area kampus. Node 1 berada di sudut kiri depan kampus PCR, Node 2 berada samping lapangan bola taman olahraga, Node 3 berada di sudut kanan depan kampus PCR, dan server
berada di depan dormitory kampus PCR.
Untuk jalur komunikasi antar node, node 2 dan 3 mengirimkan informasi (data) menuju node 1, kemudian node 1 meneruskan informasi (data) yang diperoleh menuju server sehingga
seluruh data dari ketiga node dapat
ditampilkan pada server. Pencitraan wilayah pengujian WSN dapat dilihat pada gambar di bawah ini.
Gambar 4.13 Wilayah pengujian WSN
Setelah ketiga node dinyalakan, maka terlihat jelas masing-masing data terbaca pada server, baik data dari sensor suhu (LM35),
kelembaban udara (DT-Sense Humidity
Sensor), maupun sensor kelembaban tanah
yang menggunakan 3 batang tembaga silinder, seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini. Hal ini menunjukkan bahwa ketiga
node mampu bekerja secara Wireless Sensor
Network (WSN).
Gambar 4.14 Tampilan pada server
V. Kesimpulan dan Saran 5.1 Kesimpulan
Setelah melakukan pengujian pada system maka dapat disimpulkan :
1. Tampilan pada user interface pada VB 6
dapat melakukan monitoring kebakaran
lahan gambut dengan fitur
AMAN,SIAGA, dan BAHAYA serta
dilengkapi grafik untuk melihat
perubahan yang terjadi pada sensor.
2. Saat pengukur dinyalakan, data dapat
disampaikan ke server walaupun masih
3. Adanya obstacle (penghalang) sangat berpengaruh terhadap KYL-500S dalam pengiriman data dan juga berpengaruh terhadap jarak maksimal KYL tersebut.
4. Pengiriman data dapat berfungsi dengan
baik dengan penggunaan Baudrate 9600bps.
Daftar Pustaka
[1] Annas. (12 November 2007). Sebab
Kebakaran Hutan. Diambil 25
November 2011 dari
http://insidewinme.blogspot.com/2007/ 11/sebab-kebakaran-hutan.html
[2] Nasution, Yongghi Saefebri. (2011).
Prototipe Wireless Sensor Network (WSN) sebagai Sistem Pendeteksi Kebakaran Hutan Menggunakan Media
Wireless (Hardware). Pekanbaru :
Politeknik Caltex Riau.
[3] Senjaya, Gandhy. (2011). Prototipe
Wireless Sensor Network (WSN)
sebagai Sistem Pendeteksi Kebakaran Hutan Menggunakan Media Wireless
(Software). Pekanbaru : Politeknik
Caltex Riau.
[4] Shenzen KYL communication
equipment CO,Ltd. (t.t). KYL 500s smart wireless transceiver data modul. Diambil 15 November 2011 dari http://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/391448/KYL/KYL-500S.html
[5] National Semiconductor Japan Ltd.
(November 2010). LM35 Precision
Centigrade Temperature Sensors.
Diambil 8 November 2011 dari http://www.national.com/ds/LM/LM35. pdf
[6] Shatomedia. (2010). Sensor Suhu
LM35. Diambil 10 November 2011 dari
http://shatomedia.com/2008/12/sensor -suhu-lm35/
[7]
http://ebookbrowse.com/manual-dt- sense-temperature-humidity-sensor-pdf-d145677646
[8] Catatansaad (2009). Diambil 20
Oktober 2011 dari
http://catatansaad.wordpress.com/2009/ 11/01/alat-pengukur-kelembaban-tanah-dengan-avr-atmega-8535/
[9] Thabrani, Suryanto. 2007. Mudah dan
Cepat Menguasai Visual
