29 BAB III
PERANCANGAN SISTEM
3.1 Desain Penelitian
Pada penelitian ini terdapat beberapa tahapan yang akan dilakukan untuk pengembangan sistem monitoring kebakaran hutan menggunakan metodologi Wireless Sensor Network. Terdapat beberapa tahapan pada penelitian ini yaitu studi literatur, pengumpulan dan pengolahan data, perangcangan sistem, implementasi sistem dan pengujian sistem. Tahapan studi literatur bertujuan untuk mengetahui referensi teori yang relevan dengan permasalahan penelitian. Tahapan pengumpulan dan pengolahan data yaitu mencari dan memperoleh data yang akan dibutuhkan untuk diolah untuk keperluan sistem. Tahapan perancangan sistem yaitu skema dari sistem yang akan diterapakan sesuai dengan kebutuhan dan tujuan sistem dan alur kerja dari keseluruhan sistem. Tahapan implementasi sistem yaitu keseluruhan perancangan sistem akan diimplementasikan dalam satu integrasi sistem. Tahapan pengujian sistem yaitu memeriksa apakah sistem yang diimplementasikan atau dikembangkan sudah sesuai dengan harapan dan mendeteksi adanya ketidakonsistenan antar setiap perangkat atau sistem yang terintegrasi. Berikut ini merupakan tahapan dari penelitian dapat dilihat pada Gambar 3.1.
30
Berdasarkan Gambar 3.1. dapat diketahui bahwa pada tahapan studi literatur berfungsi untuk mengumpulkan informasi dan menyusun setiap langkah yang akan dilakukan pada penelitian. Studi literatur dijadikan sebagai referensi atau acuan untuk menentukan komponen atauapun metode yang akan digunakan dalam pengembangan sistem pemantuan kebakaran hutan menggunakan metodologi wireless sensor network. Literatur bersumber dari jurnal, buku, dan situs web. Tahap perancangan sistem pada penelitian ini dilakukan berdasarkan acuan literatur penelitian sebelumnya yang akan dikembangkan pada penelitian ini dengan membuat beberapa langkah yaitu diagram blok, skematik diagram, diagram sistem keseluruhan, desain perangkat dan diagram alur routing protocol. Pada tahap implementasi sistem akan dilakukan beberapa langkah yaitu membuat rangkaian alat deteksi kebakaran hutan, membuat fitur notifikasi SMS, dan membuat skema routing protocol. Pada tahapan akhir yang akan dilakukan pada penelitian ini yaitu pengujian sistem yang akan dilakukan dengan beberapa proses pengujian menggunakan metode pengujian blackbox yaitu pengujian fungsionalitas dari setiap perangkat modul yang digunakan.
3.2 Rancangan Sistem
Rancangan sistem pada penelitian ini digambarkan menggunakan diagram blok, skematik diagram, desain implementasi keseluruhan sistem dan parameter kebakaran hutan.
1. Diagram Blok
Secara keseluruhan sistem pemantuan kebakaran hutan menggunakan metodologi wireless sensor network terdiri dari beberapa bagian yaitu alat deteksi kebakaran hutan dan server. Alat deteksi kebakaran hutan berfungsi sebagai alat untuk melakukan sensing di kawasan hutan untuk mendapatkan data kondisi suhu serta mengelola data tersebut dan dikirimkan kepada client atau polisi hutan. Server merupakan node coordinator yang berfungsi untuk menampilkan data kondisi suhu di kawasan hutan dari setiap node dan mengirimkan pesan notifikasi SMS apabila terjadi kebakaran hutan.
31
Gambar 3.2. Diagram Blok.
Kawasan hutan merupakan area atau lingkup dari target penelitian yang akan diteliti dan dilakukan monitoring kondisi hutan dan adanya kemungkinan terjadi kebakaran hutan. Polisi hutan merupakan end user atau pengguna dari sistem yang akan dikembangkan pada penelitian ini. Polisi hutan akan mendapatkan informasi keadaan didalam hutan yang dapat dilihat pada layar monitor kondisi temperatur suhu dan mendapatkan notifikasi SMS kebakaran hutan pada ponsel polisi hutan secara otomatis. Adapun hubungan antara sistem dan pengguna direpresentasikan kedalam blok diagram yang dapat dilihat pada Gambar 3.2. 2. Skematik Diagram
Skematik diagram adalah konsep desain yang merepresentasikan cara kerja dari sistem. Pada sistem yang akan dikembangkan terdiri dari node sensor, node coordinator dan end user. Setiap node sensor dan node coordinator dihubungkan oleh modul telemetri sebagai media komunikasi antar node dan diakhir node coordinator menggunakan modul GSM sebagai media komunikasi antara user dan sistem. Skematik diagram penelitian ini dapat dilihat pada Gambar 3.3.
32
Gambar 3.3. Skematik Diagram.
Pada kawasan hutan yang luas sulitnya untuk melakukan pemantauan secara berkala dan jika terjadinya kebakaran, polisi hutan selama ini mengetahui adanya kebakaran hutan dari tanda-tanda alam ataupun dari gerak-gerik hewan yang ada didalam hutan tersebut. Sistem pemantauan kawasan hutan dan kebakaran hutan ini nantinya akan melakukan sensing dengan peralatan (Node Sensor) yang diletakkan dibeberapa titik berdasarkan data titik panas yang akan memantau kawasan hutan dari kebakaran hutan. Apabila node sensor mendeteksi adanya kebakaran hutan maka akan mengirimkan data kepada alat yang lainya berdasarkan arah routing yang sudah ditentukan dan berakhir pada node coordinator yang bertugas sebagai penerima data dan peringatan kondisi dan adanya kebakaran. Perangkat tersebut
33
akan mengirimkan pesan berupa notifikasi SMS peringatan adanya kebakaran hutan dan menampilkan data temperature di setiap node.
3. Diagram Sistem Node Sensor dan Node Coordinator
Diagram sistem digunakan untuk menjelaskan rancangan sistem monitoring kebakaran hutan yang akan diwujudkan dalam penelitian ini. Adapun tampilan diagram sistem dapat dilihat pada Gambar 3.4. dan 3.5. sebagai berikut :
Gambar 3.4. Diagram Sistem Node Sensor.
34
Pada Gambar 3.4 merupakan diagram sistem node sensor yang menggunakan beberapa kompenen yaitu catu daya sebagai penyuplai sumber energi bagi node sensor, modul LoRa sebagai media komunikasi (transmitter-receiver) antar node sensor dan node coordinator, sensor DS18b20 sebagai sensor suhu yang akan membaca dan menerima inputan dari kondisi atau keadaan di hutan dan mikrokontroler arduino uno. Pada Gambar 3.5 merupakan diagram sistem node coordinator yang menggunakan beberapa komponen yaitu catu daya, modul LoRa yang akan akan menerima data dari node sensor, mikrokontroler arduino uno untuk memproses data dan modul GSM sebagai media komunikasi antara sistem dan user yang akan menerima notifikasi berupa SMS.
4. Desain Implementasi keseluruhan sistem
Gambar 3.6. Desain Implementasi Keseluruhan Sistem.
Pada Gambar 3.6 merupakan gambaran dari implementasi sistem yang akan dikembakan pada penelitian ini. Node sensor disebar dibeberapa titik di kawasan hutan berdasarkan data titik panas yang akan membentuk clustering dan berfungsi sebagai covered kawasan hutan yang lebih luas dan dapat membantu proses monitoring. Node coordinator atau server berada di pos penjagaan polisi hutan yang
35
berfungsi untuk meminimalisir delay atau latency yang akan ditimbulkan karena modul GSM tidak mendapat sinyal dan mengganggu proses monitoring dan komunikasi antara sistem dan user.
5. Parameter Kebakaran Hutan
Tabel 3.1. Temperatur suhu Jati Agung, Lampung Selatan.
NO Tanggal Waktu Suhu
1 Kamis, 28 Januari 2021 Pukul 7.00 WIB 27O C
Kamis, 28 Januari 2021 Pukul 13.00 WIB 32O C
Kamis, 28 Januari 2021 Pukul 16.00 WIB 31O C
Kamis, 28 Januari 2021 Pukul 22.00 WIB 26O C
2 Jumat, 29 Januari 2021 Pukul 7.00 WIB 23O C
Jumat, 29 Januari 2021 Pukul 13.00 WIB 32O C
Jumat, 29 Januari 2021 Pukul 16.00 WIB 27O C
Jumat, 29 Januari 2021 Pukul 22.00 WIB 24O C
3 Sabtu, 30 Januari 2021 Pukul 7.00 WIB 23O C
Sabtu, 30 Januari 2021 Pukul 13.00 WIB 31O C
Sabtu, 30 Januari 2021 Pukul 16.00 WIB 27O C
Sabtu, 30 Januari 2021 Pukul 22.00 WIB 25O C
Pada Tabel 3.1. merupakan data temperatur suhu di Jati Agung, Lampung Selatan, Lampung yang diambil dari situs BMKG pada tanggal 28 Januari 2021 sampai dengan 30 Januari 2021. Berdasarkan data tersebut diketahui bahwa suhu terendah terjadi rata-rata pada pukul 7.00 WIB yaitu 23O C dan suhu tertinggi rata-rata yaitu 32O C pada pukul 13.00 WIB. Parameter suhu yang digunakan pada penelitian ini yaitu 35O C yang dimana merupakan suhu yang relatif lebih tinggi dibandingkan suhu rata-rata yang di Jati Agung, Lampung Selatan, Lampung.
3.2.1 Rancangan Perangkat Keras
Berikut ini merupakan rancangan sistem monitoring kebakaran hutan secara keseluruhan menggunakan metodologi Wireless Sensor Network (WSN):
36
3.2.1.1 Kebutuhan Perangkat Keras
Dalam penelitian ini membutuhkan beberapa perangkat keras sebagai komponen yang akan akan mendukung sistem yaitu pada node sensor dan node coordinator agar dapat bekerja. Adapun kebutuhan perangkat keras tersebut sebagai berikut. 1. Mikrokontroler 2. Sensor Suhu 3. Modul Telemetri 4. Modul GSM 5. Modul LCD 6. Catu daya
3.2.1.2 Desain Perangkat Keras
Perangkat keras memiliki desain rancangan yang direpresentasikan dalam bentuk gambar. Adapun beberapa desain rancangan sebagai berikut:
1. Desain Perangkat Keras Node Sensor
Gambar 3.7. Desain Perangkat Keras Node Sensor.
Desain node sensor berbentuk balok dengan ukuran 12.5 cm x 8.5 cm x 5.5 cm. Pada sisi luar node sensor terdapat modul telemetri untuk membantu proses transmitter-receiver. Mikrokontroler diletakkan pada bagian dalam hard case.
37
Sensor suhu diletakkan pada bagian tepi balok dari node sensor dan akan melakukan membaca suhu dikawasan hutan. Node sensor akan diletakkan dibeberap titik dikawasan hutan menggunakan topologi tree untuk meng-cover kawasan hutan yang lebih luas. Adapun desain perangkat keras node sensor dapat dilihat pada Gambar 3.7.
2. Desain Perangkat Keras Node Coordinator
Gambar 3.8. Desain Perangkat Keras Node Coordinator.
Desain perangkat keras node coordinator pada bagian luar node coordinator terdapat modul telemetri yang berfungsi sebagai transmitter-receiver data yang dikirim oleh node sensor. Data yang diterima akan diproses oleh mikrokontroler lalu akan teruskan kepada user berupa notifikasi SMS sebagai monitoring kawasan hutan dari kebakaran hutan. Desain node coordinator berbentuk balok dengan ukuran 12.5 cm x 8.5 cm x 5.5 cm. Adapun desain perangkat keras node coordinator dapat dilihat pada Gambar 3.8.
3.2.2 Rancangan Perangkat Lunak
Rancangan perangkat lunak yang diperlukan untuk mengembangkan sistem pendeteksi kebakaran hutan antara lain:
38
Perangkat lunak yang dibutuhkan dalam penelitian dapat dilihat pada Tabel 3.6.
Tabel 3.2. Kebutuhan Perangkat Lunak.
No Nama Jenis Keterangan
1 Arduino IDE Aplikasi Pengembang
Untuk mengembangkan program pada papan kontrol
2. Flowchart Sistem
Berikut merupakan alur kerja dari sistem yang memuat informasi bagaimana kondisi yang membuat alat dapat dilihat pada Gambar 3.9.
Gambar 3.9. Flowchart Sistem.
Pada Gambar 3.9 diketahui bahwa hal yang pertama dilakukan yaitu inisiasi sensor, setelah itu node sensor akan melakukan pembacaan kondisi dikawasan hutan disekitar sensor. Node Sensor akan membaca kondisi apakah suhu disekitar sensor ≥ 35O C, jika suhu ≥ 35O C maka akan mengirim notifikasi kebakaran hutan dan jika tidak maka node sensor akan mengirim kondisi suhu disekitar node sensor. Proses selanjutnya yaitu node sensor akan melakukan proses pengiriman data kepada node coordinator dengan melakukan pengiriman berdasarkan arah routing table. Jika data diterima maka server
39
menampilkan data pada layar monitor. Jika data tidak diterima maka polisi hutan akan melakukan pengecekan pada node secara langsung untuk mengambil tindakan lebih lanjut.
3. Algoritma Routing Protocol
Arsitektur topologi tree lebih kompleks dibandingkan dengan topologi star. Setiap node masih mempertahankan satu jalur komunikasi untuk gateway, perbedaannya menggunakan node-node lain dalam mengirimkan data, namun masih dalam satu jalur tersebut. Pada topologi tree, keputusan dibuat pada masing-masing node sensor berdasarkan hasil observasi dan keputusan sensor intermediate.
Gambar 3.10 Topologi Tree WSN.
Pada Gambar 3.10 merupakan rancangan dari topologi jaringan yang akan diimplementasi yang dimana, routing dilakukan secara statis. Rancangan topologi yang akan diimplementasikan ada penelitian ini yaitu direct atau searah yang merupakan bagian pengembangan topologi tree. Apabila sensor 2 dan 5 terputus maka polisi hutan akan melakukan pengecekan langsung dan perbaikan pada node tersebut. Pengecekan pada node dibutuhkan karena kondisi hutan yang tidak menentu karena cuaca, kondisi iklim ataupun makhluk hidup yang dapat mengakibatkan node sensor rusak atau mati. Adapun flowchart routing protocol dapat dilhat pada Gambar 3.11.
40
Gambar 3.11 FlowChart Routing Protocol. 3.3 Rancangan Pengujian
Pengujian adalah proses uji coba atau pengeksekusian alat secara keseluruhan untuk menentukan dan mengetahui apakah sistem sesuai dengan tujuan penelitian. Pengujian yang dilakukan pada penelitian ini menggunakan metode black box, yaitu mengetahui apakah perangkat masukan pada node sensor dan node coordinator yang terdapat pada sistem sudah bekerja sesuai keinginan penelitian.
3.3.1 Skenario Pengujian
Skenario pengujian yang akan dilakukan pada penelitian ini yaitu pengujian dilakukan di Kebun Raya ITERA sebagai representasi dari hutan. Pada pengujian akan menggunakan 3 node untuk menguji sistem deteksi kebakaran hutan. Terdapat beberapa pengujian yang akan dilakukan yaitu pengujian alat yaitu sensor dan modul yang digunakan pada penelitian ini yaitu pengujian catu daya, pengujian sensor suhu, modul GSM Shield dan pengujian sistem secara keseluruhan
3.3.2 Pengujian Fungsionalitas
Pengujian fungsionalitas menggunakan skenario pengujian yang telah diatur sesuai dengan tujuan dari sistem. Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui informasi
41
mengenai banyaknya fungsi yang berjalan dengan baik pada sistem. Rumus perhitungan fungsionalistas yang digunakan dapat dilihat pada Persamaan 3.1.
𝑋 = 1 −
𝑎𝑏
(3.1)
Dimana : X = fungsionalitas
a = jumlah total fungsi yang tidak valid b = jumlah seluruh fungsi
1. Pengujian catu daya
Pengujian dilakukan untuk mengetahui daya tahan dari catu daya selama terhubung dengan node sensor dan node coordinator.
2. Pengujian Sensor suhu
Pengujian dilakukan dengan cara mendekatkan api pada sensor suhu setelah dihubungkan ke node sensor. Pengukuran yang dilakukan dengan membandingkan hasil yang didapatkan senso suhu dengan thermometer. Hasil yang diharapkan yaitu Dapat mendeteksi suhu dikawasan hutan dan mengirimkan kedalam mikrokontroller secara akurat. Parameter keberhasilan pada pengujian sensor suhu yaitu apabila tingkat akurasi dari sensor mendekati termometer dan tidak melebihi ±5O C
3. Pengujian Modul GSM
Pengujian dilakukan setelah menghubungkan modul GSM ke mikrokontroler dengan melihat lama waktu pengiriman yang dibutuhkan untuk mengirimkan data. Parameter keberhasilan pengujian modul GSM yaitu dikatakan berhasil apabila minimal 80 persen dari 5 kali pengujian.
4. Pengujian Sistem Secara Keseluruhan
Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui apakah sistem bekerja sesuai dengan tujuan dengan cara node sensor membaca adanya kebakaran hutan dengan suhu ≥ 35o C lalu mengirimkan data ke node coordinator dan diteruskan
42
ke end user berupa notifikasi SMS. Parameter keberhasilan pada pengujian sistem keseluruhan yaitu apabila dapat menampilkan dan mengirimkan notifikasi adanya kebakaran hutan sebanyak 17 kali dari 20 kali pengujian.
