RANCANG BANGUN SISTEM PEMANTAUAN DAN KENDALI TANAMAN CABAI RAWIT MENGGUNAKAN APLIKASI ANDROID BERBASIS WIRELESS MESH NETWORK

(1)

Prosiding Seminar Nasional Teknik Elektro Volume 6 Tahun 2021

294

RANCANG BANGUN SISTEM PEMANTAUAN DAN KENDALI TANAMAN

CABAI RAWIT MENGGUNAKAN APLIKASI ANDROID BERBASIS

WIRELESS MESH NETWORK

Randiansah

1

_{, Sri Danaryani}

2

_{Difa Hafiyyan}

3

_{, Benny Nixon}

4

Politeknik Negeri Jakarta, Jurusan Teknik Elektro, Prodi Telekomunikasi, Jl. Prof.Dr.GA Siwabessy, Kampus Baru UI Depok 16425 e-mail: [email protected], [email protected]

ABSTRACT

Design of monitoring and control systems for cayenne pepper plants using an android application based on wireless mesh network (WMN), is a system designed to display information in the form of temperature & humidity values, soil moisture values and also for controlling electronic devices in such as DC pumps with each function as a water pump and a fertilizer pump. This system uses wireless transmission media with a WMN network system that uses four Mikrotik Routerboards arranged with a mesh topology in which all nodes are interconnected with each other. Arduino uno and ethernet shield are used as the main processors and to transmit the readings of several sensors and relay values to the server using the Hypertext Transfer Protocol Secure (HTTP) communication protocol. To monitor the system, an android application is used on the client side which can display sensor readings and relay control. Android applications can run smoothly with a power signal> -54 dBm and start experiencing transmission problems at a power signal of -70 dBm. When the power signal is <-85 dBm, the android fails to display the sensor readings. The WMN network performance on data communication with the HTTP protocol resulted in a packet loss value of 0%, a delay of 32.4 ms, a throughput value for HTTP requests of 1700 bits / s, and a value for the HTTP response throughput of 1000 bits / s. The quality of this network is excellent because it has 0% packet loss and a delay of less than 150ms.

Keywords : arduino uno, ethernet shield, wireless mesh network, dht22, soil moisture, wireless mesh network. ABSTRACT

Rancang bangun sistem pemantauan dan kendali tanaman cabai rawit menggunakan aplikasi android berbasis wireless

mesh network (WMN), merupakan suatu sistem yang dibuat untuk menampilkan informasi berupa nilai suhu & kelembaban udara, nilai kelembaban tanah serta dapat mengendalikan perangkat elektronik berupa dua buah pompa dc yang masing-masing berfungsi sebagai pompa air dan pompa pupuk. Sistem ini menggunakan media transmisi nirkabel dengan sistem jaringan WMN yang menggunakan empat buah Mikrotik Routerboard disusun dengan topologi mesh yaitu semua node saling berhubungan satu sama lain. Arduino uno dan ethernet shield digunakan sebagai pemroses utama dan untuk mengirimkan hasil pembacaan beberapa sensor dan nilai relay ke server dengan menggunakan protokol komunikasi Hypertext Transfer Protocol Secure (HTTP). Untuk melakukan pemantauan sistem tersebut, pada sisi client digunakan aplikasi android yang dapat menampilkan hasil pembacaan sensor dan mengendalikan relay. Aplikasi android dapat berjalan dengan lancar dengan besar kuat sinyal > -54 dBm dan mulai mengalami gangguan transmisi pada kuat sinyal -70 dBm. Pada kuat sinyal < -85 dBm, android gagal menampilkan hasil pembacaan sensor. Uji performansi jaringan WMN terhadap komunikasi data dengan protokol HTTP yaitu menghasilkan nilai packet loss sebesar 0%, delay 32,4ms, nilai throughput untuk HTTP request sebesar 1700bits/s, dan nilai untuk throughput HTTP response sebesasr 1000bits/s. Kualitas jaringan ini masuk dalam kategori sangat bagus karena memiliki packet loss 0 % dan delay yang kurang dari 150ms.

(2)

295

1. PENDAHULUAN

Seiring berkembangnya teknologi telekomunikasi, dalam hal membantu pekerjaan manusia untuk akses informasi sudah berkembang sangat pesat, itu menandakan bahwa teknologi semakin dibutuhkan untuk meningkatkan kualitas hidup dan produktifitas. Pertanian merupakan salah satu sektor yang dapat dipermudah dalam mengolahnya dengan bantuan teknologi. Dan tanaman cabai termasuk tanaman hortikultura yang banyak dibudidayakan oleh masyarakat petani di Indonesia. Dengan kelebihan yang dimiliki mengakibatkan konsumsi cabai tinggi tetapi tidak diiringi dengan budidaya yang baik sehingga harga cabai yang sering mengalami kenaikan. Hal ini menjadikan alasan untuk melakukan budidaya tanaman cabai secara baik. Untuk mempemudah melakukan budidaya tanaman cabai dibantu dengan pemanfaatan perkembangan teknologi. Sebagai contoh, dibutuhkan kendali terhadap peralatan elektronik dan pemantaun sebuah objek secara jarak jauh. Dengan demikian, dibuatlah sebuah jaringan komputer dengan memanfaatkan teknologi nirkabel yang memungkinkan akses kendali dan pemantauan suatu ruangan secara jarak jauh. Teknologi Wireless Mesh Network (WMN) dapat digunakan sebagai sitstem jaringan untuk kendali dan pemantauan pada suatu area yang luas sehingga mobilitasnya tinggi.

Wireless Mesh Network (WMN) merupakan sebuah jaringan komunikasi yang terdiri dari perangkat-perangkat radio yang tersusun secara mesh dengan tujuan agar konektivitas jaringan tersebut menjadi reliabel. Mikrokontroler arduino yang berperan sebagai perangkat utama dalam sistem ini dihubungkan ke jaringan WMN sebagai alat pemantauan dan kendali tanaman cabai rawit yang kemudian dapat diakses melalui aplikasi android.

Pada sistem pemantauan dan kendali tanaman cabai ini digunakan mikrokontroler yang terhubung ke beberapa sensor yaitu sensor suhu dan kelembaban udara serta sensor kelembaban tanah. Data hasil pembacaan beberapa sensor tersebut kemudian disimpan di database yang terdapat pada server dan dapat diakses oleh client yang akan ditampilkan dalam aplikasi android yang terhubung ke jaringan WMN. Berdasarkan pemaparan tersebut maka akan dibuat sistem pemantauan dan kendali tanaman cabai rawit menggunakan aplikasi android berbasis wireless mesh network.

2. METODE PENELITIAN

Adapun ilustrasi sistem ditunjukkan pada gambar 1

Gambar 1. Ilustrasi Kerja Sistem

Gambar 1 menunjukkan ilustrasi kerja sistem pemantauan dan kendali tanaman cabai rawit. Terdapat empat buah router yang saling terhubung dan membentuk topologi mesh. Arduino akan mengirim hasil pembacaan sensor ke database melalui ethernet

shield ethernet shield yang terhubung ke router 1

melalui kabel UTP RJ-45. Setelah itu data tersebut akan tersimpan di database pada server yang akan ditampilkan pula pada aplikasi android. Adapun diagram blok dari sistem pemantauan dan kendali ditunjukkan pada gambar 2.

. Gambar 2. Diagram Blok Cara Kerja Alat

Langkah-langkah penelitian yang dilakukan adalah : 1. Membuat database di webserver menggunakan fitur

phpMyAdmin pada aplikasi XAMPP.

2. Membuat kode program untuk arduino menggunakan aplikasi Arduino IDE.

3. Membuat aplikasi android menggunakan android

studio.

4. Menyalakan sistem arduino yang sudah terhubung ke router melalui port ethernet menggunakan kabel RJ-45.

5. Mengaktifkan fitur Apache dan MySQL pada aplikasi XAMPP di Server.

6. Membuat jaringan wireless mesh network. 7. Membuka aplikasi android pada Smartphone. 8. Melakukan pengujian komunikasi android dengan

webserver pada jaringan WMN.

9.Melakukan pengujian sistem pemantauan dan kendali tanaman cabai rawit pada bagian mikrokontroler. 10.Melakukan pengujian untuk jaringan wireless mesh

network.

11.Melakukan pengujian performansi WMN menggunakan protokol HTTP.

(3)

296 Berikut adalah flowchart dari sistem pemantauan dan kendali tanaman cabai rawit yang ditunjukkan pada gambar 3. Serta flowchart jaringan WMN ditunjukkan pada gambar 4.

Gambar 3. Flowchart Sistem Pemantauan dan Kendali Tanaman Cabai Rawit

Gambar 4. Flowchart Jaringan WMN 3. HASIL DAN PEMBAHASAN

a. Hasil Pengujian android dengan webserver

Gambar 5. Tampilan halaman pemantauan aplikasi

android

Gambar 6. Isi tabel di database

Gambar 7. Isi tabel pemupukan

Gambar 8. Isi tabel pengairan

Data yang ditampilkan pada aplikasi android seperti pada gambar 5 sesuai dengan yang terdapat di database yang ditunjukkan pada gambar 6. Hal ini menunjukkan bahwa komunikasi antar android dan web server sudah berhasil. Adapun hasil pengujian kekuatan sinyal yang diterima oleh client ditunjukkan pada tabel 1.

Tabel 1. Hasil pengujian aplikasi android di area belakang laboratorium telekomunikasi

No. Jarak Kekuatan sinyal Kondisi

(4)

297 2 30m -70 dBm Transmisi data

lambat 3 >40m <-80 dBm Error/Terputus

Pada saat client mendapatkan kekuatan sinyal kurang dari -80 dBm, client mengalami masalah pada saat penerimaan data. Kekuatan sinyal yang cukup rendah ini mengakibatkan aplikasi android gagal menampilkan data yang ada di database pada tampilan pemantauan dan kendali tanaman cabai rawit.

b. Hasil Perancangan Jaringan WMN

Perancangan jaringan WMN dengan menggunakan

router mikrotik dengan mode WMN. Pada Gambar 9

menunjukkan topologi WMN yang akan dibuat.

Gambar 9. Topologi Jaringan WMN

Pada gambar 3 menunjukkan topologi jaringan WMN yang akan direalisasikan menggunakan router Mikrotik dan setiap router diberi nama dari R1 hingga R4 yang saling terhubung. Router R4 terhubung dengan sistem mikrokontroller arduino dengan interface kabel UTP. Keempat router dikonfigurasi dengan mode AP Bridge dengan nama SSID yang sama, frekuensi kerja dan

interface yang sama agar router-router tersebut dapat

menjalankan perannya sebagai jaringan WMN. Sebelum dilakukan konfigurasi pada setiap router dilakukan pembagian IP Address yang ditunjukkan pada Tabel 2.

Tabel 2. Pembagian IP Address

Perangkat IP Address Interface

R1 192.168.100.30 Mesh-interface R2 192.168.100.31 Mesh-interface R3 192.168.100.32 Mesh-interface R4 192.168.100.33 Mesh-interface

3.1 Hasil Pengujian Jaringan WMN

Pengujian jaringan WMN dengan skema mematikan router merupakan pengujian untuk mengetahui keandalan dari router untuk melayani user. Hasil Pengujian skema adalah sebagai berikut:

1. Hasil Pengujian skema pada jaringan kondisi normal didapat user android terkoneksi dengan router 3 sejauh 7 meter dengan kuat sinyal -50 dBm dan laptop server terkoneksi dengan router 2 sejauh 3 meter dengan kuat sinyal -20 dBm. Hasil pengujian

skema pada jaringan dengan kondisi normal ditunjukkan pada Tabel 3.

Tabel 3. Hasil Pengujian Skema 1

Perangkat Koneksi _Router _SinyalKuat Jarak

Android R3 -50 dBm 7 m

Laptop Server R2 -20 dBm 3 m 2. Hasil Pengujian skema pada jaringan kondisi

mematikan router 2 didapat user android terkoneksi dengan router 3 sejauh 7 meter dengan kuat sinyal -50 dBm dan laptop server terkoneksi dengan router 1 sejauh 8 meter dengan kuat sinyal -65 dBm. Hasil pengujian skema pada jaringan dengan mematikan

router 2 ditunjukkan pada Tabel 4.

Android R3 _dBm-50 7 m

Laptop Server R1 _dBm-65 8 m 3. Hasil Pengujian skema pada jaringan kondisi

mematikan router 3 didapat user android terkoneksi dengan router 2 sejauh 9,5 meter dengan kuat sinyal -70 dBm dan laptop server terkoneksi dengan router 1 sejauh 8 meter dengan kuat sinyal -65 dBm. Hasil pengujian skema pada jaringan dengan mematikan

Android R2 _dBm-70 9,5 m

Laptop Server R1 _dBm-65 8 m 4. Hasil Pengujian skema pada jaringan kondisi

mematikan router 4 didapat user android terkoneksi dengan router 3 sejauh 7 meter dengan kuat sinyal -49 dBm dan laptop server terkoneksi dengan router 1 sejauh 8 meter dengan kuat sinyal -66 dBm. Hasil pengujian skema pada jaringan dengan mematikan

Perangkat Koneksi _Router _{Sinyal Jarak}Kuat

(5)

298 Laptop Server R1 _dBm-66 8 m

Dari Hasil Pengujian dengan menggunakan skema mematikan router dapat dianalisa bahwa android dan

server akan terkoneksi secara otomatis dengan router

lain disesuaikan dengan kuat sinyal yang didapat jika

router yang terkoneksi sebelumnya dimatikan atau

terjadi masalah dan topologi mesh telah berhasil diterapkan. Android memiliki kuat sinyal tertinggi sebesar -49 dBm ketika terhubung sejauh 7 meter dengan router 3 dan laptop server memiliki kuat sinyal tertinggi sebesar -20 dBm ketika terhubung sejauh 3 meter dengan router 2. Setelah itu melakukan pengujian performansi jaringan WMN yang ditunjukkan pada Tabel 7.

Tabel 7. Data Pengujian performansi jaringan WMN

No. Parameter Nilai Standar Kategori

1 Packet loss 0% _25% Sangat

baik

2 Delay 8,21

ms >450 ms Sangat baik 3 Throughput 6013

bits/s bits/s <25 Sangat baik Dari hasil pegujian performansi jaringan WMN yang ditunjukkan Tabel 6 didapatkan delay yang kecil yaitu 8,21 ms, throughput bernilai 751,69 byte/s serta packet

loss 0 %. Dengan demikian hasil pengujian kualitas

pada performansi jaringan dapat dinyatakan nilai delay pada pengujian ini <150 ms yang dikategorikan sangat baik dan nilai packet loss pada jaringan ini adalah 0% yang dikategorikan sangat baik. Untuk throughput yang dihasilkan sebesar 6013 bits/s dikarenakan hanya mengirimkan data pembacaan sensor dan relay dengan jaringan ocal.

b. Hasil pengujian mikrokontroler

Hasil pengujian mikrokontroler berupa suhu udara, kelembaban udara, dan kelembaban tanah. Nilai yang diperoleh tersebut dibandingkan dengan hygrometer digital sebagai acuan nilai. Adapun hasil pembacaan sensor ditunjukkan pada gambar 10.

Gambar 10. Hasil pembacaan sensor suhu & kelembaban udara serta kelembaban tanah

Gambar 10 menunjukkan hasil pembacaan sensor-sensor. Didapat suhu yang terukur yaitu 42,2o_C,

kelembaban udara sebesar 42,6%, dan kelembaban tanah sebesar 57%. Hasil pembacaan sensor tersebut dibandingkan dengan alat ukur hygrometer sebagai acuan hasil pengukuran. Tombol pupuk dan air berfungsi untuk menyalakan relay1 dan relay 2 yang akan menyalakan pompa air atau pompa pupuk cair. Adapun hasil pengendalian sistem dengan menyalakan

relay pompa seperti ditunjukkan pada gambar 11.

Gambar 11. Pengendalian pompa menggunakan aplikasi android

Nilai suhu yang didapat pada saat pengujian yaitu 42,2 o_{C sedangkan untuk nilai kelembaban udara}

yaitu 42,6%. Terjadi perbedaan yang signifikan pada nilai kelembaban udara hasil pengukuran sensor DHT22 dan alat ukur digital, hal ini dikarenakan hygrometer (alat ukur digital) diperuntukkan untuk penggunaan dalam ruangan.

c. Hasil pengujian performansi jaringan WMN menggunakan protokol HTTP

(6)

299 Adapun hasil pengujian tersebut ditunjukkan pada tabel 8.

Tabel 8. Parameter hasil pengujian performansi dengan aplikasi Wireshark

No. Parameter Standar

TIPHON Nilai yang diperoleh Kategori

1 Packet loss < 25 % 0% Sangat

Bagus 2 Delay < 150 ms 32,4 ms Sangat Bagus 3 Throughput HTTP Request > 25 % 1000bits/s Sangat Bagus 4 Throughput HTTP Response > 25 % 1750bits/s Sangat Bagus Berdasarkan data hasil pengujian kualitas jaringan didapatkan nilai packet loss sebesar 0%. Hal ini menunjukkan bahwa tidak ada paket yang hilang selama masa pengujian berlangsung. Nilai delay yaitu 32,4 ms, nilai ini masuk dalam kategori latensi sangat bagus karena masih <150ms. Throughput pada jaringan ini cukup kecil dikarenakan menggunakan jaringan lokal dan minimnya komunikasi data yang terjadi sehingga nilai throughput yang didapat cukup kecil.

KESIMPULAN

Hasil perancangan database berupa empat buah tabel, yaitu tabel users, data_tanaman, pemupukan, dan pengairan. Tabel users terdiri dari 4 kolom dengan tipe data varchar dan text yang memiliki panjang data 20 karakter dan tabel data_ruangan terdiri dari 5 kolom yaitu dengan tipe data float untuk sensor. Tabel pemupukan terdiri dari 3 kolom dengan tipe data integer yang memiliki panjang data 1 karakter, dan tabel pengairan juga terdiri dari 3 kolom dengan tipe data

integer yang memiliki panjang data 1 karakter.

Hasil pembacaan sensor pada aplikasi android sesuai dengan data yang terdapat pada database dengan tingkat akurasi 100%. Nilai pembacaan sensor suhu sebesar 30,90_{C sedangkan untuk nilai kelembaban udara}

yaitu 71,4% dan nilai kelembaban tanah 34% serta waktu terakhir pemupukan dan pemberian air terakhir kali sudah sesuai dengan data pada database yaitu pada pada 2020-08-06 pukul 14:16:47 dan 2020-08-06 pukul 14:16:48. Relay dapat diatur melalui tombol pada aplikasi android yang kemudian akan menyalakan atau mematikan pompa air atau pupuk cair.

Hasil pengujian jaringan WMN menggunakan skema mematikan router didapatkan hasil router lain langsung melakukan backup yang disesuaikan dengan kuat sinyal yang didapat sehingga dapat dinyatakan bahwa topologi mesh telah berhasil diterapkan. Android memiliki kuat sinyal tertinggi sebesar -49 dBm ketika terhubung sejauh 7 meter dengan router 3 dan laptop

server memiliki kuat sinyal tertinggi sebesar -20 dBm ketika terhubung sejauh 3 meter dengan router 2.

Aplikasi android dapat berfungsi dengan baik ketika besar kekuatan sinyal > -54 dbm. Sedangkan pada kondisi kuat sinyal sebesar <-80 dBm akan mengakibatkan android gagal untuk mendapatkan data hasil pembacaan dari database.

Hasil performansi pada jaringan WMN menghasilkan packet loss sebesar 0%, delay sebesar 32,4ms, dan nilai throughput request yaitu 1000bits/s serta nilai throughput response yaitu 1075bits/s. Data tersebut menunjukkan bahwa performansi jaringan dikategorikan sangat bagus dengan delay <150ms dan

packet loss 0%.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Amron, K., Pramukantoro, E. S. P., & Data, M. 2016 “Pemodelan dan Analisis Wireless Mesh Network Dengan Arsitektur Publish-Subscribe dan Protokol MQTT”. Malang: Universitas Brawijaya. http://jptiik.ub.ac.id/index.php/jptiik/article/downlo ad/441/181/. [10 Juli 2020]

[2] Manullang, F. M., Cahyani, N. D. W., & Suryani, V. (2012). Analisis Performansi Routing Hybrid Wireless Mesh Protocol (HWMP) pada Wireless Mesh Network (WMN) Berdasarkan Standar IEEE 802.11 S. Jurnal SIFO Mikroskil, 13(1), 43-52. [10 Juli 2020]

[3] Sholikhin, A. R., & Cahyanto, T. A. (2019). Penerapan Wireless Distribution System (WDS) Mesh Untuk Optimasi Coverage Area Wifi Universitas Muhammadiyah Jember. [17 Juli 2020] [4] Eka, Abid Sukatno Putro. 2016. “Implementasi dan

Analisis QOS Protokol HWMP+ Pada Jaringan Mikrotik Berbasis Wireless Mesh Network”. Surabaya: Institut Bisnis dan Informatika.http://sir.stikom.edu/id/eprint/1934/[19

Juli 2020]

[5] Hidayati, Nurul & Suwadi. 2016. “Analisis Kinerja TCP/IP untuk Jaringan Nirkabel Bergerak 3G di Surabaya”. Surabaya: Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

https://media.neliti.com/media/publications/191511 [21 Juli 2020]