RANCANG BANGUN APLIKASI DAN GATEWAY WIRELESS SENSOR NETWORK UNTUK PEMANTAUAN LAHAN TANAMAN JARAK
Rendi Haris Nofianto1) Jusak2) Pauladie Susanto 3) Program Studi/Jurusan Sistem Komputer
STMIK STIKOM Surabaya
Jl. Raya Kedung Baruk 98 Surabaya, 60298
Email: 1)Rendy.haris@gmail.com, 2)Jusak@stikom.edu, 3)Pauladie@stikom.edu
Abstract: One of highly prospective vegetable oil that can be used as raw material for biodiesel is Jatropha (Jathropa Curcas L.). But, in order to get the maximum oil quality, continuously controlled temperature and soil humidity are needed. consequently, plantation monitoring device is needed. Wireless Sensor network (WSN) Technology is used in this final project. WSN is a wireless network consisting of multiple sensors that work together to monitor physical and environmental conditions. Thus, this supporting device can facilitate monitoring temperature and soil humidity surrounding Jatropha plantation. WSN communication protocol testing , indicating that the reception of data according to the address of the destination node and a range of up to 100 meters . Viewer program outcomes and indicator readings each node can work properly in accordance with the instructions on the program visual basic 6.0
Key words: WSN, Xbee, visual basic 6.0, Jatropha Curcas L.
Salah satu sumber minyak nabati yang sangat prospektif untuk dimanfaatkan sebagai bahan baku biodiesel adalah tanaman jarak. untuk jenis tanaman jarak yang paling menghasilkan kandungan minyak terbanyak adalah jenis jarak pagar (Jatropha Curcas L.). Hal ini dikarenakan minyak jarak pagar tidak termasuk dalam kategori minyak makan (edible oil), sehingga pemanfaatannya sebagai biodiesel tidak akan menganggu penyediaan kebutuhan minyak makan nasional. Biji (dengan cangkang) jarak pagar mengandung 20-40% minyak nabati, namun bagian inti biji (biji tanpa cangkang) dapat mengandung 45-60% minyak kasar. Supaya mendapatkan hasil minyak yang maksimal, dibutuhkan suhu antara 20° - 35° dan kelembaban tanah antara 55 % RH - 75 % RH.
Selama ini proses monitoring suhu dan kelembaban tanah dilakukan secara manual. Untuk memudahkan para petani monitoring suhu dan kelembaban tanah disekitar perkebunan tanaman jarak yang begitu
luasnya maka diperlukannya suatu alat yang dapat menginformasikan keadaan tersebut secara terus menerus (real time) yaitu dengan Wireless sensor network. Dengan begitu para petani tidak perlu berkeliling mengecek satu persatu lokasi lahan tanaman jarak.
Wireless sensor network (WSN) merupakan jaringan nirkabel yang terdiri dari beberapa alat sensor yang saling bekerja sama untuk memonitor fisik dan kondisi lingkungan seperti temperature, air, suara,getaran atau gempa, polusi udara dan lain-lain ditempat yang berbeda. Perkembangan wireless sensor pada awalnya digunakan oleh pihak militer sebagai aplikasi untuk keperluan pengawasan. Namun saat ini banyak digunakan oleh masyarakat umum antara lain untuk aplikasi lingkungan, memonitor tempat tinggal dan digunakan untuk aplikasi kesehatan (Arduino, 2011).
Untuk pembuatan pada aplikasi menggunakan visual basic 6.0. Perancangan pada aplikasi ini menampilkan nilai dan
JCONES Vol. 3, No. 2 (2014) 01-08
Journal of Control and Network Systems
grafik dari pembacaan masing-masing sensor yang dikirimkan melalui WSN, aplikasi ini dapat memberitahu user berupa alarm dan indikator pada sensor berkedip-kedip apabila masing-masing sensor membaca dengan melebihi batas maksimum dan minimum yang telah ditentukan dan jika terjadi error pada salah satu node maka alarm akan berbunyi dan indikator pada node akan berkedip-kedip. METODE
Perancangan sistem
Secara garis besar perancangan sistem wireless sensor network untuk pemantauan suhu dan kelembaban tanah pada lahan tanaman jarak, digunakan blok diagram seperti pada gambar 1.
Gambar 1. Blok diagram keseluruhan sisitem system
Proses pertama adalah saat coodinator belum mempunyai data awal, yang dimaksud data awal adalah data yang pertama kali diterima oleh coordinator dari setiap end point. Sehingga apabila coodinator baru pertama kali menerima data, maka coordinator langsung mengirimkan data tersebut ke router user.
Pada tugas akhir ini hanya membahas bagian router user dan komputer, Peran router disini yaitu menerima data dari coordinator melalui xbee kemudian diproses oleh arduino setelah data diproses data dikirim ke komputer. Sedangkan peranan dari komputer adalah menggolah data yang diterima dari router kemudian ditampilkan pada layar monitor komputer menggunakan Visual basic 6.0, komunikai yang digunakan antara router dengan komputer menggunakan komunikasi USB serial
Perancangan Perangkat Keras Arduino uno
arduino adalah memproses data yang dikirimkan dan yang diterima oleh arduino/ node yang lain, yaitu:
Setelah proses pembacaan sensor suhu atau kelembaban tanah, arduino akan mengirimkan data tersebut pada node coordinator.
Gambar 2. Arduino Uno R3 Sisi Depan (bawah) Dan Belakang(atas)
Arduino ini berisi semua yang diperlukan untuk mendukung mikrokontroler,
untuk mengaktifkan cukup
menghubungkannya ke komputer dengan kabel USB dengan adaptor AC-DC atau baterai.
Xbee dan Xbee Shield
Xbee merupakan perangkat yang menunjang komunikasi data tanpa kabel (wireless). Ada 2 jenis xbee yaitu :
- Xbee 802.15.4 (Xbee Series 1)
Xbee series 1 hanya dapat digunakan untuk komunikasi point to point dan topologi star dengan jangkauan 30 meter indoor dan 100 meter outdoor.
- Xbee ZB Series 2
Xbee series 2 dapat digunakan untuk komunikasi point to point, point to multipoint dan topologi star, dan topologi mesh dengan jangkauan 40 meter indoor dan 100 meter outdoor.
Xbee series 1 maupun series 2 tersedia dalam 2 bentuk berdasarkan kekuatan transmisinya yaitu xbee reguler dan xbee-pro. Xbee reguler biasa disebut dengan xbee saja(Robosoccer, 2012).
PRO mempunyai jangkauan indoor mencapai 60 meter dan outdoor mencapai 1500 meter(Arduino, 2011).
Untuk mensetting xbee sebagai router pilih XB24-zb pada model modem Xbee kemdian pada Function Set pilih ZIGBEE ROUTER AT isi PAN ID=11, DH=0, DL=FFFF
Gambar 3. Xbee dan Xbee Shield. Perancangan Perangkat Lunak
Selain perancangan hardware yang diperlukan pada perancangan sistem wireless sensor network untuk monitoring suhu dan kelembaban tanah pada lahan tanaman jarak meliputi algoritma dan program pada IDE arduino beserta flowchart yang menjelaskan alur proses program tersebut.
Program arduino sebagai router
Router disini betugas sebagai gateway sebagai penerima data dari coordinator melalui xbee kemdian data di kirim ke komputer dengan menggunakan serial USB. Alur Program pada router dapat dilihat pada flowchart dalam Gambar 4.
Gambar 4. Flowchart pengolahan data pada router
Dari penjelasan Gambar 4. petama yaitu program menginisialisasi data, setelah proses inisialisasi selesai data diterima kemudian data diproses apakah data >10000000 jika benar data akan dikirim langsung ke komputer, jika data yang diterima router < 10000000 data di abaikan dan menunggu data masuk yang sesuai dengan program. Pada tugas akhir end point hanya menggunakan 2 node maka router hanya menerima dan menggirim data yang nilainya lebih dari 10000000 dan 20000000.
Gambar 5. Data yang dikirim ke komputer Pada Gambar 5. merupakan hasil capture data yang akan dikirim ke komupter. Data yang dikirim ke komputer sebesar 8 karakter misal pada hasil capture Gambar 5. yaitu 1113106722230070111310672. . . artinya data yang dikirim adalah 11131067, 22230070 kemudian 11131067 dan seterusnya.
Program Antarmuka visual basic 6.0 pada komputer
Perancangan antarmuka pada komputer untuk monitoring ini menggunakan Visual Basic 6.0. visual basic mempunyai program dengan aplikasi grafichal user interface (GUI) yang dapat berkomunikasi langsung dengan komputer. Perancangan program visual basic ini terdiri dari tampilan aplikasi, diagram alir, properti yang digunakan yang terakhir adalah program diagram alir pada pemprogrman visual basic.
Gambar 6. Diagram alir program aplikasi utama untuk monitoring pada VB 6.0
Pada aplikasi utama ini berfungsi untuk menampilkan data yang diterima oleh router. Proses ini dimulai ketika user mengaktifkan aplikasi, proses pertama yang dilakukan oleh program aplikasi terseebut adalah membuka port serial/USB dan menginisialisasi. data yang akan diproses oleh program visual basic harus sebesar 8 digit jika data masih kurang 8 digit maka akan menunggu hingga data sebesar 8 digit jika memenuhi syarat data diproses ke langkah selanjutnya. Penjelasan gambar 3.18 pada data2 = (CLng(data) -
tipe data long agar dapat menampung nilai bulat dengan nilai bit yang lebih panjang. Berikut adalah contoh penghitungan jika data yang diterima adalah 11130067 :
((11130067) – 11100000)) Mod 1000 ((11130067) – 11100000)) \ 1000 Maka :
(30067) Mod 1000 = 30 sisa 67 (30067) \ 1000 = 30,067
Maksud mod pada operator aritmatika dan logika adalah merupakan hasil dari sisa pembagian sedangkan operator \ adalah hasil bulat dari pembagian. Setelah melakukan perhitungan dan mengetahui fungsi operator dapat diketahui hasil penghitungan dari mod(modulus) adalah 67 sedangkan perhitungan dari operator / adalah 30. 3 angka didepan menunjukkan data yang diterima hasil penggiriman dari node1/End point1 misal data yang diterima 11130067 maka data tersebut adalah hasil penggiriman dari node1 yang dikirim melalui Coordinator. Berikut adalah keterangan hasil proses data jika data yang diterimah adalah 11130067 :
- Angka 111 pada 3 digit pertama menunjukkan bahwa data tersebut adalah penggiriman dari node1.
- Angka 30 hasil penghitungan operator \ menunjukkan nilai pembacaan dari sensor suhu.
- Angka 67 hasil penghitungan operator \ menunjukkan nilai pembacaan dari sensor kelembaban tanah.
Setelah data di pisah-pisahkan data di tampilkan pada aplikasi.
Pengujian Sistem
Pengujian sistem ini bertujuan untuk mengetahui apakah sistem yang dirancang dapat berfungsi dengan baik sesuai dengan yang diharapkan. Berikut adalah hasil pengujian dari keseluruhan sistem :
Pengujian data yang diterima router dari
Gambar 7. Com8 monitor coordinator , Com6 monitor Router
Pada Gambar 7 ditunjukkan bahwa data yang diterima oleh router dari coordinator, data yang dikirim oleh coordinator merupakan data dari node end point 1 dan 2. semua data yang dikirim dan diterima berjalan dengan baik dan data yang diterima sesuai dengan data yang dikirim oleh coordinator. Tabel 1. merupakan data dari hasil capture gambar 7.
Tabel 1. hasil pengujian pengiriman data dari coordinator ke router melalui xbee data ke- data yang dikirim data yang diterima Coordinator Router 1 11131067 11131067 2 22230070 22230070 3 11131067 11131067 4 22232069 22232069 5 11134064 11134064 6 22235065 22235065 7 11136000 11136000 8 22235065 22235065 9 11134085 11134085 10 22200075 22200075 11 11133067 11133067 12 22233070 22233070 13 11133067 11133067 14 22233070 22233070 15 11131067 11131067 16 22230070 22230070 17 11131067 11131067 18 22232069 22232069 19 11134064 11134064 20 22235065 22235065 21 11136000 11136000 22 22235065 22235065 23 11134085 11134085 24 22200075 22200075 25 11133067 11133067 26 22233070 22233070 27 11133067 11133067 28 22233070 22233070 29 11131067 11131067 30 22230070 22230070
Pengujian data yang diterima oleh aplikasi visual basic dari coordinaror melalui router
Gambar 8. Data yang ditampilkan aplikasi pada VB 6.0 dan monitoring pada
coordinator
Pada pengujian pengiriman data antara coordinator dengan aplikasi pada VB 6.0 melalui router dan data yang ditampilkan aplikasi menunjukkan hasil yang sama. Maka dapat disimpulkan bahwa data yang diterima oleh aplikasi menunjukkan sistem berjalan dengan baik dan data yang diterima sesuai dengan data yang dikirim oleh coordinator melalui router.
Pengujian Indikator Dan Alarm Pada Node Nilai Sensor
Indikator akan berubah warna menjadi warna merah yang semula berwana hijaudan alarm (beep) berbunyi jika suhu yang diterima < 20° dan > 35°, sedangkan untuk sensor kelembaban < 60 % RH dan maksimum 80 % RH. Tetapi jika salah satu sensor menampilkan nilai 0 menunjukan bahwa terdapat error pada pada sensor.
Gambar 9. Indikator sensor suhu pada node1 melebihi batas yang ditetapkan, sensor
kelembaban pada node1 terjadi error Pada Gambar 9. Aplikasi berfungsi dengan baik indikator berubah berwarna merah karena nilai suhu melebihi batas yang ditentukan yaitu 36° C. Pada indikator kelembaban juga berubah warna merah nilai dari kelembaban 0 merupakan terjadi error pada sensor tersebut
Pengujian Indikator dan Alarm pada Node Pada pengujian ini apabila data yang diterima melebihi batas yang telah ditentukan maka indikator node pada aplikasi yang semula berwarna hijau akan berubah menjadi berwarna merah dan alarm berbunyi
Gambar 10 indikator pada node 2 terjadi error Pada Gambar 10. suhu dan kelembaban menunjukkan nilai yang diterima dan indikator pada suhu dan kelembaban berwarna hijau tetapi indikator pada node2 berubah menjadi warna merah hal tersebut menunjukkan bahwa node 2 koneksi terputus atau daya baterai habis dan tidak dapat mengirimkan data dalam waktu tertentu.
Pengujian Pada Form History
Pengujian history disini ada 2 macam yang pertama yaitu history untuk menampilkan rata-rata perhari, yang kedua yaitu untuk menampilkan rata-rata perjam. Kedua history ini dapat ditentukan oleh user sesuai tanggal bulan tahun dari data yang disimpan. Berikut adalah gambar hasil history dari rata-rata perjam dan perhari.
Gambar 11. history dari rata-rata perjam
Gambar 12. history dari rata-rata pertanggal/perhari
Pengujian jarak jangkau maksimal kemampuan penerimaan data Xbee Pro S2 dari Xbee S2
pengujian komunikasi data pada Xbee yang telah dilakukan di luar ruangan (Outdoor Area) didapatkan hasil pengamatan jangkauan sebagai berikut :
Tabel 2. Hasil pengamatan jangkauan Xbee dalam kondisi di luar ruangan (Outdoor Area)
No. Jarak (meter) Keterangan
1. 10 Ok 2. 20 Ok 3. 30 Ok 4. 40 Ok 5. 50 Ok 6. 60 Ok 7. 70 Ok 8. 80 Ok 9. 90 Ok 10. 100 Ok 11. 101 Gagal 12. 102 Gagal 13. 103 Gagal 14. 104 Gagal 15. 105 Gagal Penutup Kesimpulan
Setelah melakukan penelitian ini, penulis mengambil kesimpulan sebagai berikut: 1. Komunikasi nirkabel yang diterapkan
sebagai media pengiriman data antara coordinator dengan router berdasarkan 30 kali pengujian yang dilakukan didapat bahwa. Data yang diterima router sesuai dengan data yang dikirim oleh coordinator, hal ini dapat disimpulkan komunikasi dapat bekerja dengan baik. 2. Menurut data sheet Xbee Pro S2 jarak
jangkauan maksimal 1500 m, sedangkan Xbee S2 jarak jangkau maksimal adalah 100 m. Pada pengujian ini Xbee Pro S2 berkomunikasi dengan Xbee S2 jarak jangkauan maksimal hanya 100 m.
3. Berdasarkan data dari 20 pengujian data yang ditampilkan pada aplikasi monitoring sesuai dengan data yang dikirim oleh router. Hal ini menunjukkan sistem bekerja dengan baik 4. Dari hasil percobaan perubahan indikator
dan alarm (beep) berbunyi ada beberapa yaitu apabila sensor suhu atau kelembaban tanah melebihi batas yang ditentukan, terjadi error pada sensor dan
error pada node indikator dan alarm(beep) dapat berfungsi dengan baik Saran
Sebagai pengembangan dari penelitian yang telah dilakukan, penulis memberikan saran sebagai berikut:
1. Untuk mendapatkan jarak jangkau yang maksimal, maka diperlukan Xbee yang tipenya sama
2. Untuk pengembangan lebih lanjut dalam penyimpanan log file, penulis untuk menyarankan menggunakan data base
DAFTAR PUSTAKA
Faludi, R. (2010). Building Bireless Sensor Networking.Sebastopol: O'Reilly.
Hambali, E., & Suryani, A. (2006). Jarak Pagar Tanaman Penghasil Biodiesel. Bogor: Penebar Swadaya.
MeLgar, E. R., & Diez, C. C. (2012). Arduino and Kinect Projects: Design, Build, Blow Their Minds. Apress.
Rusmayadi, G. (2009). Pemodelan
Pertumbuhan dan Perkembangan Tanaman Jarak Pagar (Jatropha curcas L.).
