Fakultas Ilmu Komputer
Universitas Brawijaya
2007
Implementasi Low Power Multi Sensor Node pada Wireless Sensor Network
Muhammad Fatikh Hidayat1, Barlian Henryranu Prasetio 2, Rizal Maulana3 Program Studi Teknik Informatika, Fakultas Ilmu Komputer, Universitas Brawijaya
Email: 1m.fatikh24@gmail.com, 2barlian@ub.ac.id, 3rizal_lana@ub.ac.id Abstrak
Sumber daya listrik merupakan salah satu masalah penting yang tidak luput untuk diperhatikan dalam pengaplikasian WSN pada lingkup wilayah luas, dengan keterbatasan jarak pengiriman data serta batasan jarak monitoring yang dapat dilakukan oleh modul sensor pada sensor node maka diperlukan jumlah kebutuhan sensor node yang tidak sedikit. Terlebih apabila sensor node yang digunakan hanya dapat melakukan monitoring satu jenis kondisi lingkungan saja, sedangkan pada kebutuhan monitoring diperlukan untuk dapat melakukan monitoring lebih dari satu jenis kondisi, dalam studi kasus tersebut diperlukan jumlah sensor node dan sumber daya listrik lebih banyak sesuai dengan jumlah sensor node dan berapa jenis kondisi yang akan di monitoring. Untuk dapat menyelesaikan masalah tersebut penulis mengimplementasikan sensor node yang dilengkapi dengan multi sensor serta dilengkapi dengan mekanisme low power yang berguna untuk menentukan kapankan sensor node akan memasuki mode sleep ataupun mode normal. Sensor node tersebut dirancang dengan menggunakan mikrokontroler ATmega328P dengan modul komunikasi wireless NRF24L01, dibekali dengan modul RTC sebagai sumber data waktu yang berfungsi sebagai time stamp berjalannya sistem. Dengan mekanisme low power pada sensor node dapat melakukan penghematan konsumsi arus hingga 65,3%, sehingga dapat memperpanjang masa aktif dari sensor node dibandingkan dengan tanpa adanya mekanisme low power.
Kata kunci: WSN, Atmega328P, Multi Sensor, RTC, Low Power
Abstract
The power source is one of the important things that have to be noticed at the application of WSN on wide area scope, data transmission and monitoring scope of sensor module that used by sensor node cause high amounts of sensor node required. Especially if the node only use to monitor a type of environmental condition, while the monitoring needs are required to be able to monitor many type of condition, on those case more amounts and also power sources needed according to the area and the type of environmental condition to be monitored by sensor nodes. To be able to solve the problem, the authors implement a sensor node equipped with multi sensors and including a low power mechanism that is useful to determine when the sensor node will activating sleep mode or not. The sensor node is designed using ATmega328P as microcontroller with NRF24L01 as wireless communication module, equipped RTC module as time data source which use as time stamp of running system. With the low power mechanism inside the sensor nodes reduces current consumption up to 65,3%, so as to extend the active life of the sensor node compared with the absences of the low power mechanism.
Keywords: WSN, ATmega328P, Multi Sensor, RTC, Low Power 1. PENDAHULUAN
Wireless Sensor Network
merupakan
sebuah teknologi nirkabel yang diperlukan
untuk
keperluan
pemantauan
kondisi
lingkungan sekitar, yang terdiri dari
beberapa
sensor node
yang dapat saling
berkomunikasi dan memproses informasi
satu sama lain (Nikolic, 2014). Berdasarkan
pada kondisi tersebut tentu kebutuhan akan
sumber
daya
akan
semakin
besar
berbanding lurus dengan jumlah
sensor
node
, disisi lain Birra (2016) menuliskan
bahwa 75 persen sumber listrik berasal dari
batu bara, minyak bumi, dan gas sedangkan
bahan cadangan energi tersebut khususnya
di Indonesia akan habis pada tahun 2040.
Pada
beberapa
tahun
terakhir
telah
dilakukan
berbagai
penelitian
untuk
menemukan teknologi penghematan energi
dalam bidang WSN (
Wireless Sensor
Network
), seperti yang dilakukan oleh
Nikolic
(2014)
yang
menganalisa
penggunaan teknik
power saving
dengan
melakukan simulasi pada MATLAB, dan
oleh Sonavane (2009) yang merancang
sensor node
dengan
low power home
network
menggunakan algoritma
Adaptive
Power Control
.
Pada penelitian sebelumnya dengan
melakukan
penghematan
daya
menggunakan mekanisme
sleep mode
dengan hasil penghematan hingga 6.83
mAh dan 1.16 watt (Nureselandis, 2017).
Namun pada penelitian tersebut masih
terdapat
kekurangan
yakni
kurang
efektifnya penggunaan hanya satu modul
sensor pada sebuah
sensor node
. Di sisi lain
kebutuhan dalam pengaplikasian WSN
(
Wireless Sensor Network
) pada suatu
wilayah
tidak
cukup
hanya
dengan
menggunakan satu buah modul sensor pada
sebuah
sensor node
karena pengaplikasian
sistem
low power sensor node
tersebut
dapat menyebabkan tingginya kebutuhan
sumber daya.
Apabila dilakukan penerapan sistem
pada
coverage area
yang luas, maka
dibutuhkan lebih dari satu
sensor node
untuk dapat memenuhi
coverage area
tersebut. Dan apabila data
sensing
yang
akan diambil lebih dari satu jenis data maka
dibutuhkan jumlah
sensor node
dikalikan
dengan jumlah jenis data
sensing
yang
diperlukan, tentunya sumber daya yang
diperlukan untuk memenuhi kebutuhan
tersebut juga semakin tinggi.
Berdasarkan latar belakang tersebut
pada
penelitian
kali
ini
dilakukan
implementasi sistem
low power sensor node
dengan
menggunakan
mikrokontroler
ATmega328P dengan modul
wireless
nRF24L01 sebagai komunikasi datanya.
Pada penerapan perancangan
transmitter
sensor node
yang mana
sensor node
tersebut dilengkapi dengan
multi sensor
yang terdiri dari sensor suhu DHT11,
sensor intensitas cahaya LDR (
Light
Dependent
Resistor
),
dan
sensor
kelembaban tanah
Soil Moisture
. Kemudian
satu
sensor
node
yang lain menggunakan
mikrokontroler
ATmega328P
dan
dilengkapi modul
wireless
nRF24L01
sebagai
receiver sensor node
yang di
hubungkan
dengan
PC
(
Personal
Computer
).
Multi sensor
merupakan salah satu poin
utama yang menjadi alasan mendasar
dilakukannya penelitian, yakni merupakan
bagian dimana pada
transmitter sensor
node
akan dilengkapi dengan lebih dari satu
modul sensor. Kebutuhan
multi sensor
tersebut tidak lain adalah bertujuan untuk
memenuhi kebutuhan akuisisi multi data
hanya dengan menggunakan satu
node
saja.
Selain itu dengan diaplikasikannya lebih
dari satu modul sensor akan dapat
mengatasi masalah pembengkakan biaya
ketika sistem ini di terapkan pada
lingkungan dengan
coverage area
yang
cukup luas.
Metode penghematan daya yang akan
diterapkan adalah dengan menggunakan
mekanisme
low
power
yang
mana
mekanisme
tersebut
berisikan
pengkondisian
sleep
mode
pada
mikrokontroler ATMega328p. Mekanisme
tersebut merupakan pengkondisian
sensor
node
agar dapat berada pada kondisi aktif
dan
sleep
secara bergantian sesuai dengan
hasil
sensing
dari setiap sensor. Ketika
sedang berada pada kondisi
sleep mode
,
mikrokontroler akan berada pada mode
power down
serta memutuskan tegangan
pada ADC (
Analog Digital Converter
) dan
juga
mematikan
BoD
(
Brown-out
Detection
) sehingga dapat meringankan
beban konsumsi arus pada
sensor node.
Dalam penerapannya,
sensor node
dilengkapi dengan modul RTC (
Real Time
Clock
) yang berfungsi sebagai
time stamp
dari hasil
sensing
dan ketika
sensor node
mulai memasuki kondisi
sleep mode
maupun ketika mengirimkan data
.
Berdasarkan latar belakang tersebut
diharapkan terwujudnya sebuah
node
multi
sensor
dengan mengaplikasikan mekanisme
low power
yang mampu menentukan
mikrokontroler untuk memasuki mode
kondisi hasil
sensing
-nya. Diharapkan
node
multi sensor
ini dapat lebih hemat apabila
dibandingkan dengan node single sensor
sehingga dapat berkontribusi dalam upaya
penghematan energi khususnya dalam
bidang
wireless sensor network
.
2. LANDASAN KEPUSTAKAAN
Pada penelitian digunakan beberapa pustaka sebagai landasan dilakukannya penelitian, diantara pustaka tersebut adalah sebagai berikut.
2.1 Rancang Bangun Low Power Sensor
Node dengan ATmega328P berbasis
NRF24L01
Skripsi yang berisi tentang rancang bangun sensor node dengan mikrokontroler ATmega328P berbasis modul wireless nRF24L01 yang dapat bekerja secara low power. Sensor node tersebut berguna untuk monitoring suhu dan dapat berjalan dengan daya rendah. Sensor node di desain agar dapat mengaktifkan sleep mode pada ATmega328P. Node juga dibekali dengan modul RTC (Real Time Clock) yang berfungsi untuk memberikan data waktu untuk diproses oleh mikrokontroler guna menentukan waktu untuk mengaktifkan sleep mode sehingga sensor node tersebut dapat bertahan lama meskipun dengan sumber daya yang terbatas. Menghasilkan nilai rata-rata konsumsi arus serta daya masing-masing sebesar 60,45182mA dan 5,44 watt. (Nuresalandis, E., 2017)
2.2. Wireless Sensor Node with Low Power Sensing
Sebuah jurnal internasional dengan judul ”Wireless Sensor Node with Low Power Sensing” oleh Goran Nikolic pada tahun 2014, berisi tentang analisa penggunaan teknik power saving dengan dua cara yaitu duty-cycle dan power-gating. Pada jurnal tersebut peneliti melakukan percobaan dengan mengaplikasikan dua teknik power saving dengan melakukan simulasi pada MATLAB. (Nicolic, 2014)
2.3. MSP430 and nRF24L01 based Wireless Sensor Network with Adaptive Power Control
Sebuah jurnal internasional berisi tentang rancangan sensor node dengan low Powerhome
network. Pada jurnal tersebut peneliti mendesain sensor node menggunakan kontroller Texas Instrument MSP430 dan komunikasi wireless-nya menggunakan RF. Sebagai metode low power-nya menggunakan algoritma Adaptive Power Control menghasilkan hasil perhitungan life time dari sensor node hingga 4,42165486 tahun. (Sonavane,2009)
3. PERANCANGAN DAN IMPLEMENTASI
Gambar 1. Diagram Blok Sitem
Pada tahap perancangan ini menjelaskan terkait tahapan perancangan sensor node meliputi perancangan perangkat keras dan perancangan perangkat lunak agar sistem tersebut dapat bekerja dengan tepat. Perancangan sistem terdiri dari dua bagian, yaitu transmitter sensor node dan receiver sensor node.
Sedangkan untuk alur kerja sistem secara garis besar disajikan dalam bentuk diagram blok sistem yang terdiri dari tiga bagian, yakni blok input, proses, dan output seperti pada Gambar 1.
3.1.Perancangan dan Implementasi
Transmitter Sensor Node
Pada perancangan transmitter sensor node terdiri dari beberapa modul yang dirangkai menjadi satu agar sistem dapat berjalan sesuai dengan tujuan.. Perancangan, implementasi rangkaian dan flowchart diagram perangkat lunak pada tahap ini dapat dilihat pada Gambar
2., Gambar 3., dan Gambar 4.
Gambar 2. Skematik Diagram Transmitter Sensor Node
Pada rangkaian transmitter sensor node terdapat beberapa komponen diantaranya adalah mikrokontroler ATmega328P, modul USB to TTL FTDI Break-out, modul NRF24L01, modul sensor DHT11, modul sensor LDR, modul sensor Soil Moisture, modul RTC 16MHz crystal, 1 buah capasitor 0,1µf ,1 buah capasitor 10µf , 2 buah capasitor 22pf , dan 2 buah resistor 10k Ω.
Gambar 3. Implementasi Rangkaian Transmitter Sensor Node
Implememtasi sistem pada transmitter sensor node dilakukan sesuai dengan perancangan pada skematik diagram sistem, yang mana rangkaian tersebut terdiri dari mikrokontroler Atmega328P, modul USB-to-TTL FTDI Break-out, modul komunikasi nirkabel NRF24L01, modul RTC sebagai penyedia data waktu dan penanggalan, modul sensor DHT11, modul sensor LDR, dan modul sensor soil moisture.
Gambar 4. Flowchart Diagram Transmitter Sensor Node
Sedangkan dalam implementasi sistem pada bagian perangkat lunak, diperlukan Arduino IDE yang mendukung bahasa pemrograman C, selain itu juga dibutuhkan beberapa library yang menunjang berjalannya setiap fungsi modul pada sensor node. Library tersebut adalah Arduino Mirf Library+SPI.h untuk menunjang penggunaan modul NRF24L01, Arduino RTClib+Wire.h untuk menunjang penggunaan modul RTC, Arduino DHTlib untuk menunjang penggunaan sensor modul DHT11, dan Arduino Lightweight Low Power untuk menunjang pengaplikasian mekanisme low power pada sistem.
3.2.Perancangan dan Implementasi Receiver
Sensor Node
terdiri dari beberapa modul yang dirangkai menjadi satu agar sistem dapat berjalan sesuai dengan tujuan.. Perancangan, implementasi rangkaian dan flowchart diagram perangkat lunak pada tahap ini dapat dilihat pada Gambar 5., Gambar 6., dan Gambar 7.
Gambar 5. Skematik Diagram Receiver Sensor Node Secara garis besar dalam perancangan receiver sensor node tidak jauh beda dengan transmitter sensor node, perbedaannya terletak pada modul RTC dan modul sensor yang mana pada transmitter sensor node dilengkapi dengan modul RTC dan juga tiga buah modul sensor, sedangkan pada receiver sensor node ini tidak.
Gambar 6. Implementasi Rangkaian Receiver Sensor Node
Implementasi sistem pada receiver sensor node dilakukan sesuai dengan perancangan skematik diagram sistem, yang mana perangkat keras yang digunakan hanya mikrokontroler ATmega328P, modul komunikasi nirkabel NRF24L01, dan modul USB-to-TTL FTDI Break-out.
Pada transmitter sensor node modul FTDI hanya digunakan sebagai penyalur sumber daya bagi sensor node, sedangkan pada receiver sensor node selain digunakan sebagai penyalur sumber daya, modul FTDI juga digunakan
sebagai media komunikasi serial antara personal computer dengan sensor node, sehingga aktifitas penerimaan data dapat dipantau melalui serial monitor. Perangkat keras pada receiver sensor node lebih sedikit jika dibandingkan dengan transmitter sensor node, hal tersebut disebabkan fungsi utama sensor node hanya untuk menerima dan menampilkan data.
Gambar 7. Flowchart Diagram Receiver Sensor Node
3.3.Perancangan dan Implementasi Mekanisme Low Power
Perancangan mekanisme low power bertujuan untuk mengaplikasikan sleep mode serta meminimalisir beban kerja dan panjang durasi aktif sensor node. Cara kerja mekanisme low power yakni dengan membandingkan hasil sensing terbaru dengan hasil sensing sebelumnya, yang kemudian menghasilkan keputusan apakah sensor node akan memasuki sleep mode atau akan mengirimkan data. Mikrokontroler berada pada sleep mode dengan durasi satu menit sejak mekanisme low power menghasilkan keputusan agar sensor node memasuki sleep mode.
Untuk dapat menerapkan mekanisme low power, dibutuhkan Arduino Lightweight Low Power library yang diaplikasikan ke dalam program agar sensor node dapat menjalankan sleep mode. Program yang telah berisi mekanisme low power beserta library-nya di-upload pada transmitter sensor node. Agar dapat diaktifkan maka didalam program yang di-upload diperlukan fungsi untuk
membandingkan hasil sensing dari masing masing sensor node, menginisialisasi penggunaan library yang dibutuhkan, dan memanggil fungsi “LowPower” dengan pilihan mode “poweDown” yang dijalankan selama 4 detik dengan menonaktifkan ADC (Analog to Digital Converter) dan BOD (Brown-out Detection) sehingga ketika fungsi tersebut diulang selama 15 kali, maka akan menempatkan mikrokontroler pada mode power down dengan ADC dan BOD yang dinonaktifkan selama satu menit.
Tahapan implementasi mekanisme low power diterapkan kedalam implementasi perangkat lunak pada transmitter sensor node.
4. HASIL PENGUJIAN DAN ANALISIS
Pengujian pada penelitian ini dibagi menjadi beberapa bagian yaitu:
1. Pengujian hasil sensing. 2. Pengujian kesesuaian mode.
3. Pengujian konsumsi arus dengan mengaplikasikan mekanisme low power. 4. Pengujian performa sinkronisasi waktu
pengiriman data.
4.1.Pengujian Hasil Sensing
Pengujian ini untuk mengetahui hasil sensing dari setiap modul sensor berdasarkan beberapa kondisi, apakah modul sensor yang digunakan dapat mendukung berjalannya sistem ataukah tidak. Hasil pengujian sensing suhu, intensitas cahaya, dan persentase kelembaban tanah dapat dilihat pada Tabel 1., Tabel 2., dan Tabel 3.
Tabel 1. Hasil pengujian sensing suhu
Percobaan ke - DHT11 (0C) Thermometer Ruangan (0C) Akurasi (%) 1 23 25,7 89,5 2 24 25,7 93,4 3 25 25,8 96,9 4 24 25,8 93,0 5 25 25,8 96,9 6 23 25,8 89,1 7 25 25,7 97,3 8 25 25,8 96,9 9 23 25,7 89,5 10 24 25,7 93,4 Rata-rata Akurasi (%) 93,59
Persentase akurasi hasil sensing dapat dihitung dengan menggunakan rumus pada Persamaan (1).
% = 100 − (|𝑇ℎ𝑒𝑟𝑚𝑜𝑚𝑒𝑡𝑒𝑟−𝐷𝐻𝑇11|
𝑇ℎ𝑒𝑟𝑚𝑜𝑚𝑒𝑡𝑒𝑟 𝑋 100) (1)
Setelah dilakukan perhitungan akurasi hasil sensing suhu, didapatkan hasil rata-rata persentase akurasi sebesar 93,59%.
Tabel 2. Hasil sensing intensitas cahaya
Percobaan ke - Terang (lx) Sedang (lx) Gelap (lx) 1 955 289 23 2 971 303 24 3 934 310 28 4 880 308 23 5 817 315 22 Rata-rata 912 305 24
Berdasarkan pengujian hasil sensing intensitas cahaya dengan menggunakan modul sensor LDR (Light Dependent Resistor) didapatkan hasil rata-rata pada kondisi terang (luar ruangan siang hari) sebesar 912lx, pada kondisi sedang (dalam ruangan siang hari) sebesar 305lx, dan kondisi gelap (dalam ruangan dengan lampu kamar 15 watt) sebesar 24lx.
Tabel 3. Hasil sensing kelembaban tanah
Percobaan ke - Kering (%) Lembab (%) Basah (%) 1 20 30 95 2 18 32 93 3 18 36 96 4 20 32 96 5 19 35 95 Rata-rata 19 33 95
Berdasarkan hasil pengujian hasil sensing persentase kelembaban tanah dengan menggunakan modul sensor soil moisture didapatkan hasil rata-rata pada media tanah kering (tidak disiram air + 3 hari) sebesar 19%, pada media tanah lembab (tidak disiram air + 1 hari) sebesar 33%, pada media tanah basah (baru saja disiram air + 1 jam) sebesar 95%.
4.2.Pengujian Kesesuaian Mode
Pengujian ini berfungsi untuk mengetahui apakah mekanisme low power dapat berjalan dengan baik yang ditandai dengan perbedaan nilai arus yang dikonsumsi transmitter sensor node ketika sedang berada pada mode normal dan mode sleep yang disesuaikan dengan kondisi hasil sensing. Hasil pengujian kesesuaian mode dapat dilihat pada Tabel 4.
Tabel 4. Pengujian Kesesuaian Mode
Waktu (WIB) Besar arus (mA) Keterangan (mode) 15:01:00 59.7 Normal mode
15:02:00 21.1 Sleep mode 15:03:00 20.9 Sleep mode 15:04:00 58.6 Normal mode 15:05:00 20.9 Sleep mode 15:06:00 21.0 Sleep mode 15:07:00 20.6 Sleep mode 15:08:00 20.5 Sleep mode 15:09:00 20.7 Sleep mode 15:10:00 20.8 Sleep mode 15:11:00 20.8 Sleep mode 15:12:00 60.2 Normal mode 15:13:00 60.7 Normal mode 15:14:00 21.1 Sleep mode 15:15:00 61.2 Normal mode 15:16:00 21.1 Sleep mode 15:17:00 60.4 Normal mode 15:18:00 20.9 Sleep mode 15:19:00 21.1 Sleep mode 15:20:00 20.7 Sleep mode 15:21:00 61.2 Normal mode 15:22:00 20.8 Sleep mode 15:23:00 60.8 Normal mode 15:24:00 21.6 Sleep mode 15:25:00 20.9 Sleep mode 15:26:00 61.5 Normal mode 15:27:00 20.9 Sleep mode 15:28:00 21.1 Sleep mode 15:29:00 61.9 Normal mode 15:30:00 20.8 Sleep mode 15:31:00 60.7 Normal mode 15:32:00 20.9 Sleep mode 15:33:00 21.6 Sleep mode 15:34:00 61.1 Normal mode 15:35:00 20.7 Sleep mode 15:36:00 61.6 Normal mode 15:37:00 21.5 Sleep mode 15:38:00 18.8 Sleep mode 15:39:00 20.8 Sleep mode 15:40:00 20.9 Sleep mode 15:41:00 60.9 Normal mode 15:42:00 20.7 Sleep mode 15:43:00 61.1 Normal mode 15:44:00 21.2 Sleep mode 15:45:00 61.4 Normal mode 15:46:00 21.2 Sleep mode 15:47:00 61.8 Normal mode 15:48:00 21.4 Sleep mode 15:49:00 61.3 Normal mode 15:50:00 20.8 Sleep mode 15:51:00 61.0 Normal mode 15:52:00 20.9 Sleep mode 15:53:00 60.8 Normal mode 15:54:00 21.1 Sleep mode 15:56:00 61.6 Normal mode 15:57:00 21.0 Sleep mode 15:58:00 20.8 Sleep mode 15:59:00 60.9 Normal mode 16:00:00 61.3 Normal mode
Berdasarkan hasil pengujian kesesuaian mode dapat dilihat bahwa selama satu jam didapatkan hasil bahwa transmitter sensor node 24 kali memasuki mode normal dan 36 kali memasuki mode sleep, setiap perubahan mode sesuai dengan hasil pengolahan pada mekanisme low power.
4.3.Pengujian Konsumsi Arus
Pengujian ini untuk dapat mengetahui besaran nilai konsumsi arus pada transmitter node multi sensor, transmitter node single sensor, dan efektifitas mekanisme low power dalam upaya penghematan daya. Hasil pengukuran konsumsi arus pada transmitter node multi sensor dapat dilihat pada Tabel 5.
Tabel 5. Hasil Pengukuran Konsumsi Arus pada Transmitter Node Multi Sensor
Percobaan ke- Low Power
(mA) Non-Low Power (mA) 1 21,2 59,7 2 21,1 60,4 3 21,1 58,9 4 21,0 59,6 5 21,1 61,5 6 21,0 59,9 7 21,2 61,2 8 20,9 58,7 9 21,1 59,4 10 20,9 63,2 11 20,9 59,3 12 21,0 62,3 13 21,1 61,2 14 20,9 61,5 15 21,1 62,3 16 21,1 61,7 17 21,0 59,5 18 20,9 59,9 19 20,9 59,5 20 21,0 61,1 Rata Rata 21,025 60,54
Pada hasil pengukuran konsumsi arus pada transmitter node multi sensor didapatkan nilai rata-rata arus dengan mekanisme low power sebesar 21,025 mA, dan tanpa mekanisme low power sebesar 60,54 mA.
Sedangkan hasil pengukuran konsumsi arus pada transmitter node single sensor dapat dilihat pada Tabel 6.
Tabel 6. Hasil Pengukuran Konsumsi Arus pada Transmitter Node Single Sensor Percobaan ke- Low Power (mA) Non-Low Power (mA)
DHT 11 LDR Soil Moisture Total DHT 11 LDR Soil Moisture Total
1 13,0 14,6 18,9 46,5 43,2 42,1 53,9 139,2 2 12,9 14,5 19,0 46,4 43,3 42,6 54,2 140,1 3 13,4 14,6 19,2 47,2 43,8 43,2 54,6 141,6 4 13,2 14,7 19,4 47,3 44,0 44,0 54,1 142,1 5 13,5 14,5 19,1 47,1 43,2 43,7 54,8 141,7 6 13,2 14,7 19,4 47,3 43,5 42,1 53,9 139,5 7 13,8 14,9 19,1 47,8 43,2 42,7 53,8 139,7 8 14,1 14,2 19,7 48 43,7 42,6 54,2 140,5 9 14,0 14,5 19,6 48,1 44,1 43,3 53,8 141,2 10 13,5 14,6 19,9 48 43,8 43,7 54,6 142,1 11 14,0 14,5 20,1 48,6 43,4 43,5 54,1 141 12 13,7 14,4 18,7 46,8 43,6 44,0 54,8 142,4 13 13,9 14,6 19,0 47,5 43,5 42,9 55,2 141,6 14 13,2 14,7 19,1 47 43,7 43,2 54,1 141 15 12,9 14,5 19,0 46,4 43,3 42,7 54,7 140,7 16 13,4 14,8 18,8 47 43,5 43,6 54,6 141,7 17 13,6 14,6 19,4 47,6 43,3 44,1 54,1 141,5 18 13,1 14,4 19,1 46,6 43,1 43,2 54,0 140,3 19 13,4 14,6 19,4 47,4 43,3 42,9 54,9 141,1 20 13,8 14,6 19,6 48 43,0 42,6 53,8 139,4 Rata-Rata 13,48 14,57 19,27 47,33 43,47 43,13 54,31 140,92
Untuk mengetahui persentase perbedaan nilai konsumsi arus antara transmitter node multi sensor dan transmitter node single sensor, dilakukan perhitungan dengan menggunakan rumus pada Persamaan (2) baik dalam mode low power ataupun tidak.
% =𝑥̅−𝑦̅
𝑦̅ × 100 (2)
% adalah persentase perbedaan konsumsi arus
𝑥̅ adalah rata-rata konsumsi arus transmitter node single sensor, diukur dalam milliampere
𝑦̅ adalah rata-rata konsumsi arus transmitter node multi sensor, diukur dalam milliampere
Untuk mengetahui persentase penghematan konsumsi arus pada transmitter node multi sensor antara penggunaan mekanisme low power dan tanpa mekanisme low power, dilakukan perhitungan dengan menggunakan rumus pada Persamaan (3).
% =𝑥̅−𝑦̅
𝑥̅ × 100 (3)
% adalah persentase penghematan konsumsi arus
𝑥̅ adalah rata-rata konsumsi arus Low Power, diukur dalam milliampere
𝑦 ̅ adalah rata-rata konsumsi arus Non-Low Power, diukur dalam milliampere Berdasarkan data hasil pengujian dan dengan menggunakan rumus pada Persamaan (2), didapakan hasil bahwa transmitter node single sensor mengalami pemborosan konsumsi arus sebesar 125,1% dengan mekanisme low power, dan 132,7% tanpa menggunakan mekanisme low power apabila dibandingkan dengan nilai konsumsi arus transmitter node multi sensor. Sedangkan persentase penghematan arus dihitung dengan Persamaan(3), transmitter node multi sensor dengan menggunakan mekanisme low power mendapatkan hasil persentase penghematan arus hingga 65,3%.
4.4.Pengujian Performa Sinkronisasi Waktu Pengiriman Data
Pengujian ini untuk mengetahui performa sinkronisasi waktu pengiriman data berdasarkan pada jarak tertentu pada pengiriman data. Pengujian ini dilakukan dengan memanfaatkan millis pada receiver sensor node, terkait hasil pengujian dapat dilihat pada Tabel 7.
Tabel 7. Hasil Pengujian Performa Aplikasi
Percobaan ke -
Jarak Pengiriman Data Ruang Bebas (m) Ada Penghalang (m) 1 5 10 15 20 25 1 5 10 15 20 25 T (ms) T (ms) T (ms) T (ms) T (ms) T (ms) T (ms) T (ms) T (ms) T (ms) T (ms) T (ms) 1 1 2 3 9 21 54 1 4 7 18 80 - 2 1 1 2 10 19 60 1 4 6 19 - - 3 1 1 2 9 22 - 1 3 6 23 - - 4 1 1 2 9 20 65 1 3 7 18 87 98 5 1 1 2 9 21 58 1 3 7 18 86 - Rata-Rata Waktu (ms) 1 1,2 2,2 9,2 20,6 59,25 1 3,4 6,6 19,2 84,3 98 Prosentase Keberhasilan (%) 100 100 100 100 100 80 100 100 100 100 60 20
Dari hasil pengujian pengiriman data yang dilakukan dengan melakukan 5 kali pengiriman dengan jarak tertentu pada ruang bebas didapatkan hasil jarak optimal pengiriman datanya adalah + 20m dengan rata-rata waktu pengiriman 20,6ms, dan pada jarak + 25m pengiriman data masih dapat dilakukan namun persentase keberhasilan pengiriman datanya hanya 80%.
Sedangkan pada ruang dengan adanya halangan berupa dinding didapatkan hasil jarak optimal pengiriman data yakni + 15m dengan rata-rata waktu pengiriman 19,2ms, dan pada jarak mulai + 20m persentase keberhasilan pengiriman datanya mulai turun hingga 60%.
5. KESIMPULAN
Berdasarkan rumusan masalah yang ada, hasil perancangan, implementasi dan pengujian yang dilakukan, maka dapat diambil
kesimpulan sebagai berikut :
1. Berdasarkan pada pengujian akurasi hasil sensing, mendapatkan hasil akurasi sensing suhu hingga 93,59%, untuk hasil sensing nilai intensitas cahaya dengan nilai pada kondisi pencahayaan terang adalah 912lx, pada kondisi pencahayaan sedang adalah 305lx, dan pada kondisi pencahayaan gelap adalah 24lx, sedangkan hasil sensing nilai persentase kelembaban tanah pada tanah kering adalah 19%, pada tanah lembab adalah 33%, dan pada tanah basar adalah 95%.
2. Berdasarkan pengujian mode yang dilakukan selama satu jam dengan frekuensi pengamatan sebanyak 60 kali didapatkan hasil bahwa transmitter sensor node dapat berada pada mode normal sebanyak 24 kali, dan memasuki
mode sleep sebanyak 36 kali serta setiap mode yg dijalankan telah sesuai dengan kondisi hasil sensing.
3. Berdasarkan pada pengujian konsumsi arus didapatkan hasil yang dapat disimpulkan bahwa penggunaan transmitter node single sensor lebih boros konsumsi arus sebesar 125,1% ketika menggunakan mekanisme low power, dan 132,7% tanpa mekanisme low power. Serta dengan menggunakan rumus perhitungan persentase penghematan konsumsi arus pada transmitter node multi sensor didapatkan nilai penghematan hingga 65,3%.
4. Berdasarkan pada hasil pengujian sinkronisasi waktu pengiriman data dari transmitter sensor node menuju receiver sensor node didapatkan hasil jarak optimal pengiriman datanya adalah + 20m dengan rata-rata waktu pengiriman 20,6ms pada ruang bebas, dan pada ruang dengan hambatan berupa dinding jarak optimal pengiriman datanya + 15m dengan rata-rata waktu pengiriman 19,2ms.
DAFTAR PUSTAKA
ASA, Nordic Semiconductor, nRF24L01 Product Specification V2.0. 2007. Tersedia di: http://www.nordicsemi.com/eng/nordic/ download_resource/8041/1/ 62435711 [Diakses l 18 April 2017]
Atmel, Datasheet atmega328P. 2016. Tersedia di : http://www.atmel.com/Images/Atmel- 42735-8-bit-AVR-Microcontroller-ATmega328-328P_Datasheet.pdf [diakses 27 April 2017]
Energi Listrik. Tersedia di :
http://www.jawapos.com/read/2016/10/05/5 5397/2040-indonesia-krisis-energi-listrik [Diakses l 15 April 2017]
D-Robotics, DHT11 Humidity & Temperature Sensor datasheet. 2010. Tersedia di: http://www.micropik.com/PDF/dht11.pdf [diakses 1 Mei 2017]
Elec Freaks, 2.4G Wireless Nrf24l01p. Tersedia di : http://www.elecfreaks.com/wiki/ index.php?title=2.4G_Wireless_nRF24L01 [diakses 8 Mei 2017]
Maxim, Integrated DS1307 datasheet. 2015. Tersedia di :
https://datasheets.maximintegrated.com/en/ ds/DS1307.pdf [diakses 22 April 2017] Nikolic, G., Stojcev,M., Stamenkovic,z. 2014.
Wireless Sensor node With Low-Power Sensing. Electronics and Energetics Vol. 27, pp. 435 - 453
Nuresalandis, E., 2017. Rancang Bangun Low-Power Sensor Node dengan ATMEGA328P berbasis NRF24L01. Skripsi. FILKOM, Teknik Informatika, Universitas Brawijaya. Rocket Scream, Lightweight Low Power
Arduino Library. 2011. Tersedia di : http://www.rocketscream.com/blog/2011/0 7/04/lightweight-low-power-arduino-library/ [diakses 11 Mei 2017]
Sonavane, S. S., Kumar.V., Patil B. P. Patil., 2008. MSP430 and nRF24L01 based Wireless Sensor Network Design with Adaptive power control. Computer
Networks and Internet Research Journal, pp 11-15
Sunrom, Light Dependent Resistor Datasheet. 2008. Tersedia di :
http://www.sunrom.com/get/443700 [diakses 1 Mei 2017]
