TUGAS AKHIR
RANCANG BANGUN SISTEM MONITORING DAN AUTOMASI PADA KANDANG AYAM
BERBASIS LORA 915 MHZ
DESIGN AND IMPLEMENTATION OF MONITORING AND AUTOMATION OF CHIKEN CAGE USING LORA 915 MHZ
Disusun Oleh
ARKAN RAHMA DHANI 17201004
PROGRAM STUDI D-III TEKNIK TELEKOMUNIKASI FAKULTAS TEKNIK TELEKOMUNIKASI DAN ELEKTRO
INSTITUT TEKNOLOGI TELKOM PURWOKERTO 2020
i
TUGAS AKHIR
RANCANG BANGUN SISTEM MONITORING DAN AUTOMASI PADA KANDANG AYAM
BERBASIS LORA 915 MHZ
DESIGN AND IMPLEMENTATION OF MONITORING AND AUTOMATION OF CHIKEN CAGE USING LORA 915 MHZ
Disusun Oleh
ARKAN RAHMA DHANI 17201004
PROGRAM STUDI D-III TEKNIK TELEKOMUNIKASI FAKULTAS TEKNIK TELEKOMUNIKASI DAN ELEKTRO
INSTITUT TEKNOLOGI TELKOM PURWOKERTO 2020
ii
RANCANG BANGUN SISTEM MONITORING DAN AUTOMASI PADA KANDANG AYAM
BERBASIS LORA 915 MHZ
DESIGN AND IMPLEMENTATION OF MONITORING AND AUTOMATION OF CHIKEN CAGE USING LORA 915 MHZ
Tugas Akhir ini digunakan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh Gelar Ahli Madya (A.Md)
Di Institut Teknologi Telkom Purwokerto 2020
Disusun Oleh
ARKAN RAHMA DHANI 17201004
DOSEN PEMBIMBING
Muntaqo Alfin Amanaf 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 2020
iii
HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS
Dengan ini saya, ARKAN RAHMA DHANI, menyatakan bahwa judul
“RANCANG BANGUN SISTEM MONITORING DAN AUTOMASI PADA KANDANG AYAM BERBASIS LORA 915 MHZ” adalah benar-benar karya saya sendiri. Saya tidak melakukan penjiplakan kecuali melalui pengutipan sesuai dengan etika keilmuan yang berlaku. Saya bersedia menanggung resiko apapun sanksi yang dijatuhkan kepada saya apabila ditemukan pelanggaran terhadap keilmuan dalan tugas akhir saya ini.
Klaten, 6 Agustus 2020 Yang mengatakan,
6000
(Arkan Rahma Dhani)
iv PRAKATA
Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan kasih dan saying-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul “Rancang Bangun Sistem Monitoring Dan Automasi Pada Kandang Ayam Berbasis Lora 915 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. Ali Rohman.,M.Si selaku Rektor Institut Teknologi Telkom Purwokerto.
4. Bapak Muntaqo Alfin Amanaf 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.
7. Seluruh Dosen Program Studi D3 Teknik Telekomunikasi, staff dan karyawan Institut Teknologi Telkom Purwokerto.
8. Semua rekan–rekan penulis yang selalu mendukung penulis dan semua pihak yang sudah membantu dalam pembuatan tugas akhir ini.
v
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.
Klaten, 6 Agustus 2020
(Arkan Rahma Dhani)
vi ABSTRAK
Seiring bertambahnya jumlah populasi manusia di bumi khususnya di Indonesia akan menyebabkan bertambahnya kebutuhan pangan pada setiap individu manusia, salah satunya adalah kebutuhan akan protein hewani. Unggas merupakan salah satu sumber protein hewani baik berupa telur ataupun daging.
Terdapat beberapa hal yang harus diperhatikan dalam ternak ayam broiler, diantaranya adalah kondisi kandang ayam tersebut dan lokasi kandang yang harus jauh dari pemungkiman. Kondisi kandang yang kurang nyaman seperti sirkulasi udara yang buruk, terlalu panas, feses ayam tidak dibersihkan secara rutin dan kondisi kandang yang terlalu lembab akan membuat ayam tersebut stress sehingga mudah terserang berbagai macam penyakit. Salah satu inovasi informasi dan komunikasi dengan menggunakan Internet of Things. Tugas akhir ini bertujuan untuk memonitoring kandang ayam dengan parameter kadar ammonia dan suhu pada kandang serta menggunakan platform Firebase dan dapat dipantau melalui aplikasi android dengan menggunakan komunikasi LoRa. Dengan menggunakan satu end device yang terdiri dari 2 sensor yakni DHT22 untuk mendapatkan nilai suhu dan kelembaban udara kandang serta MQ-135 untuk mendapatkan nilai gas ammonia pada kandang. Hasil pengujian terhadap keakuratan sensor DHT22 sebesar 99,013% dan sensor gas MQ-135 sebesar 98,71%. Pada penelitian ini pengujian QoS LoRa memiliki nilai troughput 232-4296 bps, nilai packet loss antara 0%-26% dan nilai RSSI antara -100,1 dBm hingga -119,24 dBm. Dalam penelitian ini dapat disimpulkan hasil keseluruhan bahwa untuk QoS LoRa memiliki kualitas yang sedang.
Kata Kunci: Internet of Things, LoRa, End Device, Gateway, Kandang Ayam, Ammonia
vii ABSTRACT
Along with the increasing number of human population on earth, especially in Indonesia, it will increase the need for food for each individual human being, one of which is the need for animal protein. Poultry is a source of animal protein in the form of eggs or meat. There are several things that must be considered in broiler chickens, including the condition of the chicken coop and the location of the coop that must be far from possible. Conditions that are less comfortable cages such as poor air circulation, too hot, chicken feces are not cleaned regularly and the condition of the cage that is too humid will make the chicken stress so easily susceptible to various diseases. One of the information and communication innovations using the Internet of Things. This final project aims to monitor the chicken coop with parameters of ammonia levels and temperature in the cage and use the Firebase platform and can be monitored via an android application using LoRa communication. By using an end device consisting of 2 sensors, namely DHT22 to get the temperature and humidity of the cage air and MQ-135 to get the value of ammonia gas in the cage. The test results for the accuracy of the DHT22 sensor were 99.013% and the MQ-135 gas sensor was 98.71%. In this study the LoRa QoS test has a throughput value of 232-4296 bps, a packet loss value between 0% -26% and an RSSI value between -100.1 dBm to -119.24 dBm. In this study it can be concluded that the overall results for QoS LoRa have medium quality.
Keywords: Internet of Things, LoRa, End Device, Gateway, Chicken Coop, Ammonia
viii DAFTAR ISI
PRAKATA ... iv
ABSTRAK ... vi
ABSTRACT ... vii
DAFTAR ISI ... viii
DAFTAR GAMBAR ... x
DAFTAR TABEL ... xii
BAB I ... 1
1.1 LATAR BELAKANG ... 1
1.2 RUMUSAN MASALAH ... 3
1.3 BATASAN MASALAH ... 3
1.4 TUJUAN ... 4
1.5 MANFAAT ... 4
1.6 SISTEMATIKA PENULISAN ... 4
BAB II ... 6
2.1 KAJIAN PUSTAKA ... 6
2.2 DASAR TEORI ... 7
2.2.1 AMONIAK ... 7
2.2.2 JARINGAN NIRKABEL (WIRELESS) ... 8
2.2.3 LOW POWER WIDE AREA NETWORK (LPWAN) ... 9
2.2.4 LONG RANGE (LORA) ... 9
2.2.5 ARDUINO UNO ... 10
2.2.6 LORA DRAGINO SHIELD 915 MHz ... 11
2.2.7 WEMOS D1 MINI ... 12
2.2.8 SENSOR DHT22 ... 13
2.2.9 SENSOR MQ-135 ... 14
2.2.10 PARAMETER QOS ... 14
2.2.11 SMARTPHONE ANDROID ... 16
2.2.12 APP INVENTOR ... 16
BAB III ... 18
3.1 ALUR PENELITIAN ... 18
3.2 PERANCANGAN SISTEM ... 19
3.3 PERANCANGAN HARDWARE ... 23
ix
3.4 ANALISIS HASIL PENGUKURAN PERANGKAT... 30
3.4.1 Analisis Pembacaan Sensor ... 30
3.4.2 Kalibrasi Sensor MQ-135 ... 31
3.4.3 Analisis Perhitungan RS dan RO pada Sensor ... 32
3.4.4 Analisis Pembacaan Gas Amonia pada Kandang ... 32
3.5 PERANCANGAN SOFTWARE ... 32
Tabel 3.7 Keterangan dari User Interface Aplikasi ... 35
3.6 PENGUJIAN ALAT DAN SISTEM ... 35
3.7 PENGUKURAN KUALITAS LAYANAN LORA ... 35
3.7.1 Troughput ... 36
3.7.2 Packet Loss ... 37
3.7.3 RSSI ... 37
BAB IV ... 39
4.1 HASIL PERANCANGAN SISTEM ... 39
4.2 HASIL PENGUJIAN SENSOR ... 42
4.2.1 Hasil Pengujian Sensor Gas MQ-135 (Amonia) ... 43
4.2.2 Hasil Pengujian Sensor DHT22 (Suhu dan Kelembaban Udara) .... 46
4.3 HASIL PENGUJIAN KADAR AMONIA PADA KANDANG ... 47
4.4 HASIL PENGUJIAN AUTOMASI FAN ... 50
4.5 HASIL PERANCANGAN PERANGKAT LUNAK ... 50
4.6 HASIL PENGUJIAN KUALITAS LAYANAN LORA ... 51
4.5.1 Pengujian Pada Packet Loss ... 52
4.5.2 Pengujian Pada Troughput ... 54
4.5.3 Pengujian Pada RSSI ... 55
BAB V ... 58
A. KESIMPULAN ... 58
B. SARAN ... 59
DAFTAR PUSTAKA ... 60
x
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Grafik kuadran LoRa, Wifi, Seluler, BLE ... 9
Gambar 2.2 Arsitektur sederhana LoRa ... 10
Gambar 2.3 Pin Layout Arduino ... 11
Gambar 2.4 LoRa Shield Dragino 915 MHz ... 12
Gambar 2. 5 Wemos D1 Mini ... 13
Gambar 2.6 Sensor DHT22 ... 13
Gambar 2.7 Sensor MQ 135... 14
Gambar 2.8 Smartphone Android ... 16
Gambar 2.9 Design View App Inventor ... 17
Gambar 2.10 Block Editor App Inventor ... 17
Gambar 3.1 Flowchart Alur Penelitian ... 18
Gambar 3.2 Flowchart Keseluruhan Sistem ... 20
Gambar 3.3 Flowchart Sistem End Device ... 20
Gambar 3.4 Flowchart sistem Gateway ... 21
Gambar 3.5 Flowchart Sistem Automasi Berdasarkan Suhu Pada End Device ... 22
Gambar 3.6 Flowchart Sistem Automasi Berdasarkan Kadar Amonia Pada End Device ... 23
Gambar 3.7 Diagram Blok Sistem Keseluruhan ... 24
Gambar 3.8 Pin Layout Arduino ... 24
Gambar 3.9 LoRa Shield Dragino 915 MHz ... 25
Gambar 3.10 Wemos D1 Mini ... 25
Gambar 3.11 Sensor DHT22 ... 26
Gambar 3.12 Sensor MQ 135... 26
Gambar 3.13 Relay... 26
Gambar 3.14 Mini Fan ... 27
Gambar 3.15 Buzzer... 27
Gambar 3.16 Perancangan Pada End Device ... 28
Gambar 3.17 Ilustrasi Rangkaian pada End Device ... 28
Gambar 3.18 Ilustrasi Rangkaian Perangkat pada Gateway ... 30
Gambar 3.19 Grafik Sensitifitas Gas dari MQ-135 ... 31
xi
Gambar 3.20 Flowchart Aplikasi Android ... 34
Gambar 3.21 User Interface aplikasi monitoring kandang ... 34
Gambar 3.22 Flowchart Pengukuran Parameter Troughput ... 36
Gambar 3.23 Flowchart Pengukuran Parameter Paket Loss ... 37
Gambar 3.24 Flowchart Pengukuran pada RSSI ... 38
Gambar 4.1 Hasil Perancangan ... 39
Gambar 4.2 Hasil Perancangan Gateway ... 40
Gambar 4.3 Hasil Rangkaian Alat Gateway ... 40
Gambar 4.4 Hasil Perancangan End Device ... 42
Gambar 4.5 Hasil Rangkaian Alat End Device ... 42
Gambar 4.6 Hasil Data Nilai RS dan RO Pada Sensor MQ-135 ... 43
Gambar 4.7 Hasil Pembacaan Amonia pada MQ-135 dalam PPM ... 45
Gambar 4.8 Hasil Pembacaan Suhu pada DHT22 ... 46
Gambar 4.9 Pengujian Kadar Ammonia Pada Kandang ... 48
Gambar 4.10 Pengujian Kadar Ammonia Pada Miniatur Kandang ... 48
Gambar 4.11 Hasil Pengujian Kadar Amonia Pada Miniatur Kandang ... 49
Gambar 4.12 Tampilan Data Pada Firebase ... 51
Gambar 4.13 Tampilan Pada Aplikasi Android ... 51
Gambar 4.14 Lokasi Pengujian QoS LoRa ... 52
Gambar 4.12 Grafik Nilai Packet Loss Pada Pengujian LoRa... 53
Gambar 4.13 Grafik Nilai Troughput Pada Pengujian LoRa ... 55
Gambar 4.14 Grafik Nilai RSSI Pada Pengujian LoRa ... 57
xii
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Kategori kadar ammonia ... Error! Bookmark not defined.
Tabel 2.2 Index Board Arduino ... Error! Bookmark not defined.
Tabel 2.3 Index LoRa Dragino Shield 915 MHz ... Error! Bookmark not defined.
Tabel 2.4 Index Wemos D1 Mini ... Error! Bookmark not defined.
Tabel 2.5 Spesifikasi sensor DHT22 ... Error! Bookmark not defined.
Tabel 2.6 Spesifikasi MQ-135 ... Error! Bookmark not defined.
Tabel 2.7 Kategori Throughput ... Error! Bookmark not defined.
Tabel 2.8 Kategori Packet Loss ... Error! Bookmark not defined.
Tabel 3.1 Koneksi Port Sensor Gas MQ-135 ke Arduino UnoError! Bookmark not defined.
Tabel 3.2 Koneksi Port Sensor DHT22 ke Arduino UnoError! Bookmark not defined.
Tabel 3.3 Koneksi Port Relay ke Arduino Uno ... Error! Bookmark not defined.
Tabel 3.4 Koneksi Port Relay ke Mini Fan dan Sumber Tegangan ... Error!
Bookmark not defined.
Tabel 3.5 Koneksi Port Buzzer ke Arduino Uno ... Error! Bookmark not defined.
Tabel 3.6 Koneksi Wemos D1 Mini ke Arduino UnoError! Bookmark not defined.
Tabel 3.7 Keterangan dari User Interface AplikasiError! Bookmark not defined.
Tabel 4.1 Deskripsi Rangkaian Pada Gateway ... Error! Bookmark not defined.
Tabel 4.2 Deskripsi Rangkaian Pada End Device .. Error! Bookmark not defined.
Tabel 4.1 Hasil Data Nilai RS dan RO Pada Sensor MQ-135Error! Bookmark not defined.
Tabel 4.2 Data Hasil Perhitungan Akurasi NH3 Pada Sensor MQ-135 ... Error!
Bookmark not defined.
Tabel 4.3 Data Hasil Perhitungan Akurasi Suhu Udara Pada Sensor DHT22 ... Error! Bookmark not defined.
Tabel 4.4 Pengujian Kadar Amonia Pada KandangError! Bookmark not defined.
Tabel 4.5 Nilai Packet Loss Pada Pengujian LoRa Error! Bookmark not defined.
Tabel 4.6 Nilai Troughput Pada Pengujian LoRa .. Error! Bookmark not defined.
xiii
Tabel 4.7 Nilai Rata-Rata RSSI Pada Pengujian LoRaError! Bookmark not defined.
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 LATAR BELAKANG
Seiring bertambahnya jumlah populasi manusia di bumi khususnya di Indonesia akan menyebabkan bertambahnya kebutuhan pangan pada setiap individu manusia, salah satunya adalah kebutuhan akan protein hewani. Unggas merupakan salah satu sumber protein hewani baik berupa telur ataupun daging.
Konsumsi daging ayam pada tahun 2013 hingga 2017 mengalami peningkatan.
Konsumsi daging ayam pada 2017 di Indonesia sebesar 5,68 kg per kapita/tahun meningkat 573 gram (11,2%) dibanding tahun 2016[1]. Untuk memenuhi kebutuhan tersebut maka salah satu usaha dalam menghasilkan zat makanan berprotein adalah ayam broiler. Ayam Broiler atau yang disebut juga ras pedaging merupakan jenis ayam pedaging yang mengalami pertumbuhan sangat pesat. Pada jenis ayam broiler mengalami pertumbuhan yang sangat pesat sebagai penghasil daging dalam memenuhi kebutuhan masyarakat[2].
Terdapat beberapa hal yang harus diperhatikan dalam ternak ayam broiler, salah satunya adalah kondisi kandang ayam tersebut dan lokasi kandang yang harus jauh dari pemungkiman. Secara umum kandang memberikan kenyamanan pada ayam yang dipelihara agar dapat tumbuh dengan baik. Kondisi kandang yang kurang nyaman seperti sirkulasi udara yang buruk, terlalu panas, feses ayam tidak dibersihkan secara rutin dan kondisi kandang yang terlalu lembab akan membuat ayam tersebut stress sehingga mudah terserang berbagai macam penyakit [3].
Menurut artikel yang ditulis oleh Hasti pada 20 Juni 2017 di hobiternak.com dengan judul Mengatur Suhu Ruangan yang Ideal di dalam Kandang Ayam tertulis bahwa suhu kandang tergantung pada usia dari ayam. Umur 1 – 7 hari suhu ideal kandang 35 oC, umur 8 – 15 hari suhu ideal kandang 32,23 oC, umur 16 – 23 hari suhu ideal kandang 29,44 oC, umur 24 – 30 hari suhu ideal kandang 26,6 oC [4].
Pada peternakan ayam broiler, gas amonia adalah gas hasil buang dari ayam broiler. Amonia merupakan salah satu senyawa penyebab timbulnya bau dari kotoran ayam karena terjadi proses penguraian oleh bakteri pada kotoran ayam [5].
Kadar amonia yang berlebihan didalam kandang dapat mempengaruhi kesehatan
2
ayam, manusia maupun lingkungan sekitar. Kadar amonia didalam kandang sebaiknya tidak lebih dari 6 ppm, karena jika lebih dari 6 ppm akan menyebabkan iritasi pada mukosa mata dan saluran nafas pada ayam [6].
Salah satu cara untuk mengatur suhu kandang agar tetap ideal adalah penggunaan kipas angin atau fan. Penyalaan kipas angin pada kandang ayam semi modern umumnya dilakukan dengan cara manual, yakni harus datang ke kandang untuk memeriksa suhunya dan jika suhunya terlalu tinggi maka kipas angin baru dinyalakan. Tindakan yang diambil terhadap feses ayam yang berada di kandang semi modern hanya dibiarkan saja dari awal ayam masuk kandang hingga masa panen, hal tersebut akan menyebabkan kadar gas ammonia yang tinggi dan dapat menyebabkan ayam dapat strees bahkan terserang penyakit.
Lokasi kandang yang jauh dari pemungkiman warga bertujuan agar tidak mengganggu pemungkiman. Lokasi yang jauh dari pemungkiman menyebabkan kesulitan untuk mencari pekerja yang mau untuk tinggal di area kandang, padahal kondisi kandang harus selalu di pantau secara rutin. Untuk melakukan kontrol atau memonitoring kandang dari jarak jauh, lokasi kandang yang jauh dari pemungkiman biasanya sulit mendapatkan layanan komunikasi seluler apalagi jika menggunakan teknologi WiFi yang jarak cangkupan maksimalnya hanya 50 meter [7] sehingga membutuhkan komunikasi tanpa kabel yang jarak cangkupannya cukup luas salah satunya adalah LoRa.
Berdasarkan permasalahan yang sudah dipaparkan oleh penulis bahwasanya suhu kandang yang terlalu panas, perubahan suhu berdasarkan usia ayam, mencegah penumpukan kotoran ayam selama berhari hari dan pengontrolan keadaan kandang dari jarak jauh maka penulis merancang sebuah alat untuk memonitoring suhu kandang, kadar gas ammonia kandang dan automasi fan ketika suhu kandang melebihi suhu yang sudah ditentukan melalui aplikasi.
Pada sistem ini menggunakan sensor DHT22, sensor MQ 135, buzzer, dengan satu buah relay untuk menyalakan fan secara otomatis ketika suhu kandang melebihi suhu yang sudah ditentukan. Pada sistem ini menggunakan protokol komunikasi LoRa. Pemilihan prokotol komunikasi LoRa pada alat yang penulis buat ini karena jarak cakupan hingga 5 Km (Urban) antara gateway dengan end node, penggunaan dayanya sangat kecil dibandingkan menggunakan tekonologi
3
Wi-Fi atau Seluler dan biaya instalasi pada sisi end device pun relatif terjangkau.
Pada sistem ini hasil bacaan dari sensor suhu dan sensor gas ammonia dapat dilihat melalui sebuah aplikasi dan pengaturan suhu ruangan agar fan dapat menyala juga dapat diatur melalui aplikasi tersebut serta pada saat kadar gas ammonia lebih dari 6 ppm maka buzzer akan berbunyi. Berdasarkan latar belakang penulis mengambil judul “RANCANG BANGUN SISTEM MONITORING DAN AUTOMASI PADA KANDANG AYAM BERBASIS LORA 915 MHZ”.
1.2 RUMUSAN MASALAH
Berdasarkan latar belakang yang penulis sajikan, adapun rumusan masalah yang perlu dikaji lebih lanjut yaitu:
a. Bagaimana perancangan sistem monitoring dan automasi pada kandang ayam dengan LoRa Shield Dragino 915 MHz
b. Bagaimana merancang sistem monitoring dan automasi pada kandang ayam yang dapat menampilkan hasil bacaan sensor pada aplikasi android?
c. Bagaimana membangun suatu sistem automasi yang dapat diatur secara jarak jauh melalui aplikasi pada smart phone android?
d. Bagaimana nilai packet loss, troughput dan RSSI pada sistem monitoring dan automasi pada kandang ayam?
1.3 BATASAN MASALAH
Batasan masalah dari penelitian ini adalah:
a. Menggunakan satu end device dalam perancangan.
b. Pengendali mikro yang digunakan adalah Arduino Uno R3
c. Sensor yang digunakan adalah sensor suhu dengan tipe DHT22, dan sensor gas ammonia dengan tipe MQ 135.
d. Menampilkan kondisi kandang berdasarkan kadar gas ammonia aman atau tidak aman pada aplikasi android.
e. Otomatisasi dengan suhu masukkan tertentu agar fan menyala dengan mengabaikan kecepatan fan.
f. Semua data yang direkam disimpan pada Firebase sebagai server dan dapat di akses menggunakan aplikasi di android.
4
g. Tidak membahas secara mendetail tentang gateway yang digunakan.
h. End Device yang digunakan bersifat statis atau tidak bergerak dan bersifat prototipe.
i. Smartphone yang digunakan menggunakan sistem operasi Android.
1.4 TUJUAN
Sesuai dengan rumusan masalah yang penulis akan kaji, tujuan dari pembuatan sistem adalah:
a. Merancangan sistem monitoring dan automasi pada kandang ayam dengan mikrokontroler Arduino Uno dan LoRa Shield Dragino 915 MHz.
b. Merancang sistem monitoring dan automasi pada kandang ayam yang dapat menampilkan hasil bacaan sensor pada aplikasi android.
c. Membangun suatu sistem automasi yang dapat diatur secara jarak jauh melalui aplikasi pada smart phone android.
d. Mengetahui nilai packet loss, troughput dan RSSI pada sistem monitoring dan automasi pada kandang ayam.
1.5 MANFAAT
Penulis berharap dengan penulisan ini memiliki manfaat yaitu mampu merancangan sistem monitoring dan automasi pada kandang ayam broiler berbasis teknologi LPWA dengan komunikasi LoRa, mampu merancang sistem monitoring dan automasi fan pada suhu tertentu melalui aplikasi Android, mampu merancang end device agar fan dapat menyala secara otomatis serta pengelola kandang mampu mengetahui kondisi kandang berdasarkan kadar gas ammonia.
1.6 SISTEMATIKA PENULISAN
Penelitian ini terbagi menjadi beberapa BAB. BAB I berisi tentang latar belakang, rumusan masalah, manfaat dan tujuan, batasan masalah dan sistematika penulisan, BAB II membahas tentang kajian pustaka terkait penelitian yang sama.
Cara penelitian seperti alur penelitian yang terdapat flowchart alur sistem, perangkat yang digunakan yang meliputi perangkat keras dan juga perangkat lunak yang digunakan untuk penelitian dan juga skema pengujian yang dibahas pada BAB
5
III. Pembahasan dan analisa dari hasil pengukuran akan di bahas pada BAB IV, sedangkan kesimpulan dan saran pengembangan Tugas Akhir untuk kedepannya di bahas pada BAB V.
6
BAB II DASAR TEORI
2.1 KAJIAN PUSTAKA
Pada penelitian Rio Krismas Sebayang, Osea Zebua dan Noer Soedjarwanto yang berjudul “PERANCANGAN SISTEM PENGATURAN SUHU KANDANG AYAM BERBASIS MIKROKONTROLER”. Pada penelitian tersebut penulis melakukan perancangan sistem pengaturan suhu otomatis ini menggunakan mikrokontroler Atmega 8535 sebagai pengendali utama, LM35 sebagai sensor suhu pada kandang dan IC L293D sebagai driver motor DC.
Mikrokontroler akan memerintahkan motor DC untuk bekerja, apabila suhu yang terukur diatas dari Batasan suhu yang ditetapkan dan akan memerintahkan relay untuk menyalakan atau mematikan lampu pijar apabila suhu yang terukur dibawah dari batasan suhu yang telah ditentukan. Dari sistem yang dibuat oleh penulis ini terdapat 5 saklar yang berfungsi untuk menentukan batasan suhu yang digunakan untuk memberi perintah kepada mikrokontroller agar dapat bekerja menjaga kestabilan suhu kandang. Pada sistem yang dibuat oleh penulis pada saat waktu tertentu besarnya nilai suhu lingkungan sangat mempengaruhi suhu kandang sehingga kipas tidak dapat menjaga suhu kandang pada nilai suhu yang sudah ditentukan[8].
Penelitian Muhamad Nur Arifin, Mochammad Hannats Hanafi Ichsan dan Sabriansyah Rizqika Akbar pada tahun 2018 dengan judul “MONITORING KADAR GAS BERBAHAYA PADA KANDANG AYAM DENGAN MENGGUNAKAN PROTOKOL HTTP DAN ESP8266”. Sistem yang dibuat oleh penulis menggunakan dua buah sensor gas udara yakni MQ-135 dan MQ-4 untuk mendeteksi gas ammonia dan metana pada kandang ayam dan pada sistem ini terhubung ke jaringan internet melalui modul ESP8266 dengan mikrokontroler Arduino Uno yang bertujuan untuk mengupload data sensor ke web Thingspeak dan ditampilkan dalam bentuk grafik. Sistem ini menggunakan protokol HTTP untuk pengiriman data pada sensor menuju IoT Thingspeak. Pengujian sensor dilakukan dengan cara menggunakan gas pada korek api dan uap pada cairan
7
ammonia. Pada sistem tersebut waktu yang dibutuhkan untuk satu kali pengiriman data membutuhkan waktu sebanyak 5-19 detik. [9].
Penelitian yang dilakukan oleh Fathia N. Aroeboesman, Mochammad Hannats H. Ichsan, Rakhmadhany Primananda pada tahun 2019 dengan judul
“ANALISIS KINERJA LORA SX1278 MENGGUNAKAN TOPOLOGI STAR BERDASARKAN JARAK DAN BESAR DATA PADA WSN”.
Penelitian yang dilakukan penulis menggunakan empat modul LoRa yang mana 3 modul berfungsi sebagai slave dan 1 sebagai master dan menggunakan topologi star. Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui kinerja dari LoRa berdasarkan jarak dan besar data dengan melihat hasil dari Delay, RSSI, Throughput dan nilai SNR.
Penulis mengambil jarak terpendek sejauh 10 meter dan terjauh sepanjang 300 meter dengan ukuran data terkecil 1 byte dan terbesar 251 byte. Hasil dari penelitian ini besaran data pada saat transmisi tidak begitu signifikan namun berpengaruh terhadap jarak pada delay, pada nilai troughput berbanding lurus dengan besaran paket data yang ditransmisikan, pada nilai RSSI tidak ada kenaikan nilai yang berarti baik saat semakin besarnya data yang dikirimkan maupun jauhnya jarak saat melakukan transmisi data, pada nilai SNR tidak terlalu berpengaruh terhadap besaran data dan jauhnya jarak. Pengaruh jumlah end device pada topologi star mempengaruhi kinerja dari perangkat LORA SX1278 karena saat transmisi data node harus melewat sebuah node master ataupun node a bridge terlebih dahulu yang mana lebih efektif untuk sistem transmisi data[10].
2.2 DASAR TEORI 2.2.1 AMONIAK
Amonia merupakan salah satu jenis senyawa kimia yang secara alami berada di dalam dan juga didalam tubuh manusia atau hewan. Senyawa amonia sendiri terdiri atas 1 atom nitrogen dan 3 atom hidrogen yang semuanya berkaitan dengan atom N. Rumus kimia amonia ialah NH3, Amonia bisa kita jumpai dalam bentuk gas ataupun cair. Dalam dunia peternakan unggas kadar ammonia yang berada di dalam kandang tidak terlalu diperhatikan namun faktanya dapat menimbulkan masalah yang cukup kompleks karena dapat menggangu kondisi kesehatan unggas, pengelola, maupun lingkungan sekitar. Bau kotoran ayam yang mengandung
8
amoniak dan gas lainnya, tentunya berdampak negatif bagi kesehatan manusia disekitar peternakan selain berdampak negatif juga pada ternak yang menyebabkan turunnya produktifitas. Pengelolaan lingkungan yang kurang baik ini akan menyebabkan kerugian ekonomi bagi peternak itu sendiri.
Pengaruh amoniak terhadap ayam dilaporkan pertama kali pada tahun 1950 di amerika yang menyatakan bahwa amoniak menyebabkan peningkatan iritasi mata atau keratokunjungtivitis pada industri peternakan broiler. [6]
Tabel 2.1 Kategori kadar ammonia [6]
Kadar Amonia
(PPM) Gejala / Pengaruh yang Timbul
5 Kadar paling rendah dan tercium baunya
6 Mulai timbul iritasi pada mukosa mata dan saluran nafas 11 Penurunan produktivitas ayam
25 Kadar maksimum yang dapat ditolelir selama 8 jam 35 Kadar maksimum yang dapat ditolelir selama 10 jam
40 Mulai menyebabkan sakit kepala, mual, hilang nafsu makan pada manusia
50 Penuruna drastis produktivitas ayam dan terjadi pembengkakan bursa fabrisius
2.2.2 JARINGAN NIRKABEL (WIRELESS)
Jaringan nirkabel atau yang sering didengar dengan sebutan wireless merupakan sebuah kumpulan device yang saling terhubung membentuk sebuah jaringan, bisa saling bertukar informasi melalui media transmisi nirkabel (wireless) dengan memanfaatkan gelombang elektromagnetik. Wireless network dibagi menjadi beberapa klasifikasi berdasarkan luas cangkupannya, yang pertama adalah Wireless Personal Area Network (WPAN), Wireless Local Area Network (WLAN, Wireless Metropolitan Area Network (WMAN), Wireless Wide Area Network (WWAN) [11].
9
2.2.3 LOW POWER WIDE AREA NETWORK (LPWAN)
Low Power Wide Area Network (LPWAN) merupakan teknologi yang dirancang untuk komunikasi jarak jauh dengan konsumsi daya yang rendah dan memiliki bit rate yang kecil. Teknologi LPWAN ini memiliki kelebihan diantaranya memiliki jarak cangkupan yang jauh, jarak antara gateway dan end- nodes bisa mecapai 40 Kilometer, tergantung pada teknologi apa yang digunakan.
Selanjutnya besarnya data yang dikirimkan kurang dari 5,000 bit per detik, bahkan perhari hanya 20-256 byte per pesan. Kelebihan yang ketiga adalah konsumsi daya yang rendah sehingga bisa bertahan hingga bertahun-tahun. Teknologi LPWAN ini sangat cocok untuk diimplementasikan pada area sub urban dan area perkebunan/
sektor agriculture[12]. Teknologi LPWAN ini ada beberapa jenisnya, yakni SigFox, LoRa, NB-IoT, dan IEEE 802.15.4[13].
2.2.4 LONG RANGE (LORA) A. LoRa
LoRa merupakan sistem komunikasi wireless untuk Internet of Things, menawarkan komunikasi jarak jauh sekitar 5 Km (urban) dan 20 Km (rural) serta berdaya rendah (5–10 tahun baterai) sehingga masuk ke kategori LPWAN. LoRa menggunakan spektrum radio dengan pita frekuensi 433 MHz, 868 Mhz atau 915 MHz tergantung pada regulasi masing masing negara[13].
Gambar 2.1 Grafik kuadran LoRa, Wifi, Seluler, BLE[12]
10 B. Arsitektur LoRa
Pada dasarnya LoRa merupakan sebuah protokol antarmuka pada sebuah jaringan LoRaWAN yang menghubungkan sebuah LoRa End Device dan LoRa gateway. Sehingga berdasarkan Gambar 2.4 arsitektur sederhana LoRa terdiri dari LoRa (End Device), LoRa Base Station (LoRa Gateway),dan Network Server[14].
Gambar 2.2 Arsitektur sederhana LoRa[15]
2.2.5 ARDUINO UNO
Arduino Uno adalah mikro pengendali single-board yang bersifat open source, dan dirancang untuk memudahkan pengguna elektronik dalam berbagai bidang. Arduino dilengkapi dengan prosesor Atmel AVR berbasis ATMEGA 328P.
pada Arduino sendiri memiliki 14 pin digilat input / output (6 diantaranya dapat digunakan sebagai output PWM), 6 input analog, sebuah osilator crystal 16 Mhz, sebuah koneksi USB, sebuah power jack, sebuah ISCP header, dan sebuah tombol reset[16].
11
Gambar 2.3 Pin Layout Arduino [16]
Tabel 2.2 Index Board Arduino [16]
Mikrokontroler ATmega328
Tegangan pengoperasian 5V Tegangan input yang
disarankan 7 – 12 V
Batas tegangan input 6 – 20 V
Jumlah pin I/O digital 14 (6 diantaranya menyediakan keluaran PWM)
Jumlah pin input analog 6 Arus DC tiap pin I/O 40 mA Arus DC untuk pin 3.3 V 50 mA
Memori Flash 32 KB (ATmega328), sekitar 0.5 KB digunakan oleh bootloader
Clock Speed 16 MHz
2.2.6 LORA DRAGINO SHIELD 915 MHz
LoRa Dragino Shield adalah perangkat komunikasi LoRa yang kompatibel untuk mikrokontroler dengan board development Arduino UNO, Loenardo, Mega, dan Due. LoRa Dragino Shield 915 MHz didasarkan pada chip Semtech SX1276/SX1278 yang menargetkan aplikasi jaringan sensor nirkabel professional seperti sistem irigasi, smart city, otomisasi pembangunan dan lain sebagainya[17].
Konsumsi daya yang digunakan pada LoRa yakni sangat rendah, kemudian jangkauan yang sangat luas sehingga walaupun pada jarak yang jauh pun paket yang dikirim akan masih ada dengan konfigurasi tertentu.
12
Gambar 2.4 LoRa Shield Dragino 915 MHz[17]
Tabel 2.3 Index LoRa Dragino Shield 915 MHz [17]
Spesifikasi Nirkabel RFM95W Max Link Budget 168 dB
Constant RF output +20 dBm – 100 mW Programmable Bit Rte Up to 300 Kbps High Sensitivity down to -148 dBm Bullet-proof front end IIP3 -12.5 dBm
Modulation FSK, GFSK, MSK, GMSK, modulasi LoRaTM dan OOK
Dynamic Range RSSI 127 dB
Packet engine Up to 256 byte with CRC
2.2.7 WEMOS D1 MINI
Wemos D1 mini merupakan sebuah modul wifi berbasis ESP-8266. Pada Wemos D1 mini telah chip on board yang dimana tidak memerlukan lagi mikrokontroler untuk pemrosesan data. Wemos D1 mini juga memiliki pin digital dan pin analog yang dimana dapat terhubung dengan sensor ataupun actuator.
Wemos D1 Mini pada penelitian ini digunakan sebagai penghubung ke IOT Platform Firebase dengan menggunakan modul Wifi yang ada disekitar area yang digunakan untuk penelitian [18].
13
Gambar 2. 5 Wemos D1 Mini[18]
Tabel 2.4 Index Wemos D1 Mini[18]
Mikrokontroler Tensilica 32-bit RISC CPU Xtensa LX106
Tegangan pengoperasian 3.3V
Batas tegangan input 7 – 12 V
Digital I/O Pins (DIO) 11
Pin input analog (ADC) 1
UART 1
SPI 1
12Cs 1
Memori Flash 4 MB
SRAM 64 KB
Kecepatan Jam 80 MHz
Wi-Fi IEEE 802.11
2.2.8 SENSOR DHT22
Sensor DHT22 adalah sensor gabungan dari sensor suhu (temperature) dan kelembaban (humidity) yang keluarannya berupa sinyal digital yang sudah di kalibrasi. Mengadopsi modul teknologi akuisisi digital suhu dan kelembaban, teknolgi sensor untuk memastikan produk dengan keandalan yang tinggi dan stabilitas jangka panjang yang sangat baik[19].
Gambar 2.6 Sensor DHT22[19]
14
Tabel 2.5 Spesifikasi sensor DHT22[20]
Power Supply 3,3 – 6 Volt
Operating range humidity 0-100%RH ; temperature -40~80Celsius
Accuracy humidity ±2%RH(Max +-5%RH) ; temperature < ± 0.5Celsius
Sensing period 2s
2.2.9 SENSOR MQ-135
Sensor gas MQ-135 ini digunakan untuk mengukur kualitas udara atau polusi udara menggunakan rangkaian mikrokontroler. Sensor MQ-135 ini sangat sensitif terhadap gas-gas polutan dan gas buang kendaraan bermotor. Material gas yang dideteksi oleh sensor gas MQ-135 adalah gas seperti SnO2, Amonia, Uap Bensin, Sulfide, dan gas-gas berbahaya lainnya[9].
Gambar 2.7 Sensor MQ 135[9]
Tabel 2.6 Spesifikasi MQ-135[9]
Tegangan Kerja 5 VDC
Target Gas Ammonia, Nitrogen Oksida, Alkohol,
Bensol, Karbon Dioksida
Range Deteksi 10 ppm - 300 ppm amonia, 10 ppm - 1000 ppm bensol, 10 ppm - 300 ppm alkohol
2.2.10 PARAMETER QOS A. Troughput
Throughput merupakan kecepatan (rate) transfer data efektif yang diukur dalam bps (bit per second). Throughput adalah jumlah total kedatangan paket yang
15
sukses yang diamati pada tujuan selama interval waktu tertentu dibagi oleh durasi interval waktu tersebut[21].
Berikut perhitungan Throughput : 𝑇ℎ𝑟𝑜𝑢𝑔ℎ𝑝𝑢𝑡 =𝑃𝑎𝑘𝑒𝑡 𝑑𝑎𝑡𝑎 𝑑𝑖𝑡𝑒𝑟𝑖𝑚𝑎
𝐿𝑎𝑚𝑎 𝑝𝑒𝑛𝑔𝑎𝑛𝑡𝑎𝑟𝑎𝑛 Tabel 2.7 Kategori Throughput [21]
Kategori Throughput Throughput (bps) Indeks
Sangat Bagus 100 4
Bagus 75 3
Sedang 50 2
Jelek < 25 1
B. Packet Loss
Packet Loss yaitu suatu parameter yang menggambarkan suatu kondisi yang menunjukan jumlah total paket yang hilang dapat terjadi karena collision dan congestion pada jaringan[21].
Berikut adalah perhitungan Packet Loss :
𝑃𝑎𝑐𝑘𝑒𝑡 𝐿𝑜𝑠𝑠 = (𝑃𝑎𝑘𝑒𝑡 𝑑𝑎𝑡𝑎 𝑑𝑖𝑘𝑖𝑟𝑖𝑚 − 𝑃𝑎𝑘𝑒𝑡 𝑑𝑎𝑡𝑎 𝑑𝑖𝑡𝑒𝑟𝑖𝑚𝑎)𝑥 100%
𝑃𝑎𝑘𝑒𝑡 𝑑𝑎𝑡𝑎 𝑦𝑎𝑛𝑔 𝑑𝑖𝑘𝑖𝑟𝑖𝑚 Tabel 2.8 Kategori Packet Loss [21]
Kategori Degredasi Packet Loss (%) Indeks
Sangat Bagus 0 4
Bagus 3 3
Sedang 15 2
Jelek 25 1
C. Recive Signal Strength Indicator (RSSI)
Recive Signal Strength Indicator (RSSI) merupakan teknologi yang digunakan untuk mengukur indikator kekuatan sinyal yang diterima oleh sebuah perangkat wireless pada frekuensi tertentu [22]. RSSI diukur dalam satuan dBm dan nilai RSSI pada umumnya bernilai negatif, nilai RSSI dikatakan baik apabila nilai tersebut mendekati 0 dBm.
16 2.2.11 SMARTPHONE ANDROID
Smartphone adalah telepon genggam yang mempunyai kemampuan dengan pengunaan dan fungsi yang menyerupai komputer. Bagi beberapa orang, smartphone merupakan telepon yang bekerja menggunakan seluruh perangkat lunak sistem operasi yang menyediakan hubungan standar dan mendasar bagi pengembang aplikasi. Bagi yang lainnya, smartphone hanyalah merupakan sebuah telepon yang menyajikan fitur canggih seperti surel (surat elektronik), internet dan kemampuan membaca buku elektronik (e-book) atau terdapat papan ketik (baik sebagaimana jadi maupun dihubung keluar). Dengan kata lain, smartphone merupakan komputer kecil yang mempunyai kemampuan sebuah telepon. Sistem operasi yang dapat ditemukan di smartphone adalah Symbian OS, iOS, RIM BlackBerry, Windows Mobile, Linux, Palm, WebOS dan Android[23].
Gambar 2.8 Smartphone Android [23]
2.2.12 APP INVENTOR
App Inventor merupakan sebuah alat pengembangan yang digunakan untuk membangun aplikasi di android. App Inventor dibuat dengan tujuan untuk memudahkan pembuatan aplikasi di android. Bahasa pemograman yang secara bawaan digunakan di android adalah Java. Bahasa pemograman Java ini memiliki tingkat kessulitan yang cukup dan kode yang digunakan cukup Panjang sehingga menyulitkan pemula yang ingin membuat aplikasi sederhana di android. MIT menciptakan alat pengembangan yang mudah dipakai oleh siapa saja dengan menggunakan pendekatan blok. Adapun desain layer dilakukan dengan pendekatan
“clik & drag”[24].
17
Sebagai aplikasi pengembang, App Inventor adalah bahasa pemograman berbasis visual. Bahkan dapat dibilang hampir keseluruhan pembuatan aplikasi dilakukan hanya dengan men-drag dan men-drop saja. Pada App Inventor agar dapat mengakses dan membuat aplikasi melalui, cukup melakukan registrasi untuk memperoleh akun Google. Hal yang harus diperhatikan, untuk memperoleh kompabilitas yang baik ketika menggunakan App Inventor, disarankan menggunakan browser Google Chrome[25].
Secara umum App Inventor memiliki dua bagian utama, yakni Design View dan Block Editor.
a. Design View, bagian yang berperan sebagai pengatur User Interface yang nantinya akan digunakan[25].
Gambar 2.9 Design View App Inventor [25]
b. Block Editor, bagian yang berperan untuk mengombinasikan blok-blok seperti puzzle sehingga menjadi sebuah aplikasi android yang dapat digunakan[25].
Gambar 2.10 Block Editor App Inventor [25]
18
BAB III
METODE PENELITIAN
Pada penelitian ini penulis merencakan perancangan alat monitoring dan automasi pada kandang ayam broiler berbasis teknologi LPWA dengan komunikasi LoRa. Pada perancangan ini hasil bacaan sensor dapat dipantau secara realtime dan penyalaan fan secara otomatis akan menyala ketika suhu yang diinputkan melebihi suhu kandang melalui aplikasi android. Diperlukan metodologi penelitian yang digunakan pada tugas akhir ini adalah sebagai berikut.
3.1 ALUR PENELITIAN
Perancangan suatu penelitian dilakukan dalam berbagai tahap yaitu dimulai dari pencarian studi literatur, melakukan perancangan hardware, melakukan perancangan software, melakukan pengujian sesuai parameter, dan yang terakhir adalah tahap pembuatan hasil data dari hasil pengujian sistem. Dalam sebuah perancangan suatu penelitian diperlukan adanya alur penelitian agar dalam melakukan perancangan dapat berjalan sesuai dengan rencana yang telah disusun seperti diatas. Salah satu bentuk dari alur penelitian adalah flowchart, jika dilihat secara singkat flowchart dapat menjelaskan proses perancangan pada penelitian yang akan dibuat seperti pada gambar 3.1.
Gambar 3.1 Flowchart Alur Penelitian
Mulai Studi Literatur Perancangan
Hardware
Perancangan Software
Pengujian Alat
Pembuatan Hasil Selesai Data
Berhasil Tidak Berhasil
19
Sesuai dengan flow chart alur penelitian pada gambar 3.1 dimulai dari pencarian studi literatur yang dilakukan dengan membandingkan kajian teori dari perancangan sebelumnya, selain itu studi literatur dilakukan dengan membaca buku-buku, jurnal ilmiah dan beberapa artikel dari internet yang dapat menunjang dari cara kerja dan sistem setiap perangkat yang digunakan. Pada diagram blok perancangan hardware merupakan proses pengunpulan alat dan bahan yang terdiri dari sensor DHT22 untuk membaca suhu dan kelembaban ruangan, sensor MQ 135 untuk membaca kadar gas ammonia pada kandang ayam dan modul LoRa yang digunakan sebagai media komunikasi pengiriman data dan masukan suhu maksimal ruangan melalui aplikasi android. Pada diagram blok perancangan software merupakan proses pembuatan aplikasi yang digunakan pada perancangan tugas akhir ini dengan menggunakan MIT APP Inventor secara online yang akan menampilkan hasil bacaan sensor serta dapat mengatur suhu maksimal yang ada di ruangan dengan menggunakan platform dan penyimpadan data Firebase. Setelah perancangan hardware dan software maka selanjutnya adalah melakukan pengujian sesuai dengan parameter, jika pada pengujian tersebut tidak sesuai dengan parameter atau terdapat kesalahan maka akan dilakukan perancangan hardware dan software kembali hingga pengujian tersebut berhasil dan apabila pada pengujian tersebut sesuai dengan parameter maka akan langsung membuat hasil data berdasarkan pada pengujian tersebut.
3.2 PERANCANGAN SISTEM
Pada perancangan sistem monitoring dan automasi pada kandang ayam berbasis komunikasi LoRa ini meliputi pembuatan sistem flowchart pada end device dan gateway. Pada perancangan sistem ini menggunakan software Arduino IDE dimana bahasa pemogramannya yang digunakan yaitu bahasa C, kemudian format file keluarannya “.ino” atau “.pde” yang hanya dapat dijalankan dengan software Arduino IDE.
Pada sistem ini, Arduino Uno digunakan untuk membaca hasil data sensor pada kandang ayam. Pada gambar 3.2 menjelaskan perancangan sistem keseluruhan yaitu dimulai dari pembacaan sensor pada end-device. Selanjutnya, pada end-device data yang didapat dikirim melalui via LoRa Dragino Shield 915 MHz untuk
20
mengimkannya ke gateway. Kemudian, gateway menerima data bacaan sensor yang dikirim dari end device via LoRa Dragino Shield 915 MHz dan dikirim menuju Firebase melalui Wifi dengan menggunakan Wemos D1 mini. Apabila data sudah tampil di Firebase maka dapat dilihat juga melalui Aplikasi yang penulis buat pada smartphone.
Gambar 3.2 Flowchart Keseluruhan Sistem
Pada gambar 3.3 merupakan flowchart sistem end-device yang terdiri dari Arduino Uno, 2 sensor yaitu Sensor Gas MQ-135, Sensor suhu dan kelembaban DHT22 serta LoRa Dragino Shield 915 MHz. Dimulai dengan membaca sensor NH3, Suhu kandang dan kelembaban kandang. Kemudian, mempaketkan data yang diperoleh dari nilai sensor-sensor dan data yang diperoleh dipaketkan untuk selanjutnya dikirim melalui via LoRa Dragino Shield 915 MHz.
Gambar 3.3 Flowchart Sistem End Device
Mulai
End Device membaca Sensor NH3, Suhu
ruangan dan Kelembaban ruangan
End Device mengirim data bacaan sensor melalui LoRa
ke gateway
Gateway menerima paket dari End Device melalui
LoRa
Mengirim data bacaan sensor ke Firebase menggunakan WiFi Data bacaan sensor terlihat pada Firebase berupa grafik dan Berupa angka pada
Aplikasi Selesai
Mulai
End device membaca sensor NH3, suhu
dan kelembaban kandang
Mempaketkan hasil bacaan sensor
Paket data
Mengirim paket melalui Dragino Lora
Shield 915 MHz Selesai
21
Pada gambar 3.4 flowchart sistem gateway yang tediri dari Arduino Uno + LoRa Dragino Shield 915 MHz dan Wemos D1 mini. Dimulai dari gateway menerima paket dari end device selanjutnya diteruskan paket dengan menggunakan modul Wemos D1 mini via UART. Kemudian, Wemos D1 mini menerima paket dari gateway dan memisahkan paket berdasarkan nilai data yaitu NH3, Suhu dan Kelembaban kandang. Apabila sudah dipisahkan maka Wemos D1 mini akan mengirimkan data menuju ke Firebase.
Gambar 3.4 Flowchart sistem Gateway
Pada Gambar 3.5 merupakan flowchart sistem automasi pada end device berdasarkan suhu kandang. Dimulai dengan sensor DHT22 membaca suhu dan kelembaban kandang lalu data sensor dikirim ke Gateway melalui komunikasi LoRa. Setelah Gateway menerima data akan diteruskan ke platform Firebase lalu data sensor dapat dilihat melalui aplikasi, lalu pada aplikasi dapat mengatur suhu maksimal yang ingin diatur pada kandang. Ketika suhu kandang lebih dari suhu maksimal yang ditentukan melalui aplikasi maka itu akan memicu relay untuk aktif dan fan akan menyala, sedangkan Ketika suhu kandang lebih rendah dari suhu maksimal yang telah ditentukan maka tidak ada aksi apapun terhadap fan.
Mulai
Gateway menerima paket dari End
Device
Gateway meneruskan paket ke modul WiFi Wemos D1 Mini via
Serial
Modul WiFi menerima paker dari LoRa
Selesai
Modul WiFi mengirim data ke Firebase
22
Gambar 3.5 Flowchart Sistem Automasi Berdasarkan Suhu Pada End Device
Pada Gambar 3.6 merupakan flowchart sistem automasi pada end device berdasarkan kadar ammonia di kandang. Dimulai dengan sensor MQ-135 membaca kadar ammonia di kandang lalu data sensor dikirim ke Gateway melalui komunikasi LoRa. Setelah Gateway menerima data akan diteruskan ke platform Firebase lalu data sensor dapat dilihat melalui aplikasi. Ketika kadar ammonia kandang lebih dari kadar ammonia yang sudah ditentukan maka buzzer akan berbunyi sebagai tanda bahwa kandang harus dibersihkan, jika kadar ammonia lebih kecil dari kadar ammonia yang sudah diatur maka tidak akan terjadi aksi apapun.
Mulai
Suhu > yang ditentukan melalui
aplikasi Fan Diam Tidak
Fan Menyala
Selesai Relay Aktif
Ya Input suhu maksimal via
Aplikasi Sensor DHT22
membaca keadaan kandang
Data Sensor dikirim ke
Gateway
Data Sensor di upload ke Firebase
Data sensor terlihat di
aplikasi
23
Gambar 3.6 Flowchart Sistem Automasi Berdasarkan Kadar Amonia Pada End Device
3.3 PERANCANGAN HARDWARE
Dalam penelitian ini dibagi menjadi dua bagian, yakni bagian end device dan gateway seperti pada Gambar 3.7. Dimana bagian end device merupakan perangkat antarmuka antara user dengan jaringan komunikasi dasar. Pada end device dilakukan pengambilan data dengan menggunakan 2 sensor, yaitu sensor DHT22 dan MQ-135. Pada bagian gateway digunakan sebagai media penghubung satu jaringan ke jaringan komputer dengan satu atau beberapa jenis komputer lainnya, dengan menggunakan sistem protokol yang berbeda sehinggan jaringan komputer dapat mengakses satu sama lain.
Kadar amonia >
yang ditentukan Buzzer diam Tidak
Buzzer menyala
Selesai Ya Mulai
Sensor MQ-135 membaca keadaan kandang
Data Sensor dikirim ke
Gateway
Data Sensor di upload ke Firebase
Data sensor terlihat di
aplikasi
24
Gambar 3.7 Diagram Blok Sistem Keseluruhan
Dalam perancangan untuk merancang sistem monitoring dan automasi digunakan beberapa peralatan perangkat keras dan perangkat lunak (software) yang digunakan untuk menunjangnya kegiatan penelitian ini, yaitu:
1. Arduino Uno R3
Arduino Uno adalah mikro pengendali single-board yang bersifat open source, dan dirancang untuk memudahkan pengguna elektronik dalam berbagai bidang.
Arduino Uno R3 ini digunakan sebagai Mikrokontroler utama agar end device dapat bekerja sesuai dengan penulis inginkan.
Gambar 3.8 Pin Layout Arduino
2. LoRa Shield Dragino 915 MHz
LoRa Dragino Shield adalah perangkat komunikasi LoRa yang kompatibel untuk mikrokontroler dengan board development Arduino UNO, Loenardo, Mega,
25
dan Due. LoRa ini digunakan sebagai sistem komunikasi agar data bacaan dari sensor dapat dikirim ke gateway secara wireless.
Gambar 3.9 LoRa Shield Dragino 915 MHz
3. Wemos D1 Mini
WeMos D1 mini merupakan module development board yang berbasis WiFi yang dimana dapat diprogram menggunakan software IDE Arduino seperti halnya dengan NodeMCU. Modul WiFi ini digunakan sebagai backhaul untuk mengirim data bacaan sensor ke IOT Platfrom Firebase setelah menerima data bacaan sensor dari end device.
Gambar 3.10 Wemos D1 Mini
4. Sensor DHT22
Sensor DHT22 adalah sensor gabungan dari sensor suhu (temperature) dan kelembaban (humidity) yang keluarannya berupa sinyal digital yang sudah di kalibrasi. Sensor DHT22 dipilih karena tingkat keakurasiaanya lebih baik dari sensor DHT11. Sensor DHT22 dalam end device ini berberan sebagai pengukur suhu dan kelembaban yang ada di dalam kandang.
26
Gambar 3.11 Sensor DHT22
5. Sensor MQ 135
Material gas yang dideteksi oleh sensor gas MQ-135 adalah gas seperti SnO2, Amonia, Uap Bensin, Sulfide, dan gas-gas berbahaya lainnya. Sensor MQ-135 dalam end device ini hanya fokus pada pembacaan kadar gas ammonia pada kandang ayam.
Gambar 3.12 Sensor MQ 135
6. Relay
Relay merupakan sebuah saklar yang dikendalikan dengan aliran arus listrik.
Pada penelitian ini relay berperan untuk menyalakan fan secara otomatis ketika suhu yang terbaca oleh sensor melebihi suhu yang dimasukkan melalui aplikasi.
Gambar 3.13 Relay 7. Mini Fan
Peran dari mini fan ini untuk menurunkan suhu kandang ketika suhu pada kandang melebihi suhu yang sudah ditentukan melalui aplikasi.
27
Gambar 3.14 Mini Fan 8. Buzzer
Peran Buzzer pada penelitian ini hanya untuk memberi tanda kepada pengelola kandang ketika kadar gas ammonianya sudah melebihi batas maka buzzer akan berbunyi.
Gambar 3.15 Buzzer
A. Perancangan End Device
Pada gambar 3.16 Perancangan hardware pada End-device dimana Arduino sebagai mikrokontroler atau sebagai otak pengendali sensor – sensor dan komponen-komponen yang digunakan pada end device. Dalam arduino diprogram dengan bantuan software Arduino IDE agar sensor-sensor dapat membaca keadaan kandang dan komponen-komponen agar berjalan sesuai dengan keinginan penulis.
Pada end device penulis menggunakan dua sensor yakni sensor DHT22 dan Sensor MQ-135 serta komponen pendukung seperti Relay, Mini Fan dan Buzzer. Sensor DHT22 berfungsi untuk membaca suhu dan kelembaban kandang ayam, sensor MQ-135 ditujukan untuk membaca kadar gas ammonia (NH3) pada kandang, kemudian LoRa Shield Dragino 915 MHz digunakan sebagai protokol komunikasi penghubung antara end device dengan gateway.
Pada Gambar 3.17 merupakan ilustrasi rangkaian pada sisi end device yang akan digunakan. Pada port sensor MQ-135 Vcc dihubungkan dengan 5v, lalu pada
