SKRIPSI
RANCANG BANGUN ALAT MONITORING SUHU DAN KELEMBABAN
BERBASIS INTERNET OF THINGS (IOT) PADA GUDANG OBAT DINAS
KESEHATAN JENEPONTO
RESKY WISMASARY 105821117517
NUR ARIFAH SYAH 105821118417
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MAKASSAR 2019/2020
i HALAMAN JUDUL
RANCANG BANGUN ALAT MONITORING SUHU DAN KELEMBABAN
BERBASIS INTERNET OF THINGS (IOT) PADA GUDANG OBAT DINAS
KESEHATAN JENEPONTO
Skripsi
Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Memperoleh gelar Sarjana Teknik
Program Studi Teknik Elektro Fakultas Teknik
RESKY WISMASARY 105821117517
NUR ARIFAH SYAH 105821118417
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MAKASSAR
iv KATA PENGANTAR
Assalamu’alaikum Warahmatullahi Wabarakatuh
Dengan menyebut nama Allah SWT yang Maha Pengasih lagi Maha Panyayang, Kami panjatkan puja dan puji syukur atas kehadirat-Nya, yang telah melimpahkan rahmat, hidayah, dan inayah-Nya kepada saya, sehingga kami dapat menyelesaikan skripsi dengan judul “Rancang Bangun Alat Monitoring Suhu Dan Kelembaban Berbasis Internet of Things (IoT) Pada Gudang Obat
Dinas Kesehatan Jeneponto”.
Skripsi ini disusun guna melengkapi salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Makassar.
Skripsi ini dibuat berdasarkan pada pencarian terhadap berbagai sumber tertulis, baik berupa buku-buku, arsip, majalah, artikel, dan jurnal, atau dokumen-dokumen yang relevan dengan permasalahan yang dikaji.
Penulis dapat menyelesaikan skripsi ini tidak lepas dari bantuan berbagai pihak. Oleh karena itu, pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada :
1. Bapak Ir. Hamzah Al Imran, S.T., M.T. Selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Muhammadiayah Makassar.
2. Ibu Adriani, S.T., M.T. Selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Makassar.
3. Bapak Dr. Ir. H. Zulfajri Basri Hasanuddin, M.Eng Selaku Pembimbing I dan Ibu Dr. Hj. Rossy Timur Wahyuningsih, ST.,MTSelaku Pembimbing II yang telah memberikan waktu, arahan serta ilmu selama bimbingan penulis.
v 4. Para Staff dan Dosen yang membantu penulis selama melakukan studi di Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Makassar.
5. Kedua orang tua, suami, adik & kakak beserta keluarga yang telah memberikan bantuan baik berupa moril maupun materi.
6. Saudara-saudara serta rekan-rekan Mahasiswa Konversi 2017, Mahasiswa Non Reguler angkatan 2017 dan seluruh keluarga besar Fakultas Teknik atas segala dukungan dan bantuan yang diberikan kepada penulis selama ini, sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi
Akhir kata kami sampaikan pula harapan semoga skripsi ini dapat memberikan manfaat yang cukup berarti khususnya bagi penulis dan bagi pembaca pada umumnya. Semoga Allah SWT, senantiasa selalu memberikan rahmat dan hidayah-Nya kepada kita semua. Amin.
Billahi Fi Sabilil Haq Fastabiqul Khairat
Wassalamu’alaikum Warahmatullahi Wabarakatu
Makassar, Januari 2020
vi
Resky Wismasary1, Nur Arifah Syah2
1) Program Studi Teknik Elektro Fakultas Teknik Unismuh Makassar E_mail : [email protected]
2)
Program Studi Teknik Elektro Fakultas Teknik Unismuh Makassar E_mail : [email protected]
ABSTRAK
Hal paling mudah untuk menentukan suatu ruangan sehat atau tidak adalah dengan mengetahui suhu dan tingkat kelembaban ruangan tersebut. Menurut CPOB, produk farmasi (obat) harus disimpan pada suhu dan kelembaban tertentu untuk mengurangi dan mencegah risiko degradasi obat yang akan merusak kualitas dan keamanan obat. Oleh sebab itu perlu dilakukan monitoring suhu dan kelembaban ruangan yang dapat dilakukan setiap saat. Dari hal tersebut dibuatlah rancang bangun suatu alat yang dapat memonitoring suhu dan kelembaban ruangan gudang obat farmasi berbasis Internet of Things agar dapat dimonitoring suhu dan kelembaban dari mana saja dan kapan saja. Alat monitoring suhu dan kelembaban ruangan gudang obat berbasis Internet of Things (IoT) dibuat menggunakan NodeMCU ESP8266 dan Sensor Suhu DHT-22. Proses monitoring suhu dan kelembaban ruangan gudang obat berbasis Internet of Things (IoT) menggunakan MQTT sebagai media komunikasi antara sensor suhu dan NodeMCU dengan device client (Android/PC). Data dari sensor suhu yang dihubungkan dengan NodeMCU kemudian diteruskan ke Broker MQTT menggunakan topic publish. Client (android/PC) yang ingin memonitoring suhu harus mensubscribe topic yang telah di publish agar bisa mendapatkan data suhu dan kelembaban beserta peringatan jika suhu dan kelembaban melebihi batas ketentuannya.
Kata Kunci: Internet of Things, NodeMCU ESP8266 , Sensor Suhu DHT-22 dan MQTT
vii
Resky Wismasary1, Nur Arifah Syah2
1) Program Studi Teknik Elektro Fakultas Teknik Unismuh Makassar E_mail : [email protected]
2)
Program Studi Teknik Elektro Fakultas Teknik Unismuh Makassar E_mail : [email protected]
ABSTRACT
The easiest thing to determine whether a room is healthy or not is to know the temperature and humidity level of the room. According to CPOB, pharmaceutical products (drugs) must be stored at a certain temperature and humidity to reduce and prevent the risk of drug degradation that will damage the quality and safety of the drug. Therefore it is necessary to monitor the temperature and humidity of the room that can be done at any time. From this it was made a design that can monitor the temperature and humidity of the pharmaceutical drug warehouse room based on the Internet of Things so that it can be monitored temperature and humidity from anywhere and at any time Temperature and humidity monitoring tool for the Internet of Things (IoT) based drug warehouse is made using the NodeMCU ESP8266 and DHT-22 Temperature Sensor. The temperature and humidity monitoring process for the Internet of Things (IoT) based drug storage room uses MQTT as a communication medium between the temperature sensor and NodeMCU with a client device (Android / PC). Data from the temperature sensor connected to NodeMCU is then forwarded to the MQTT Broker using the publish topic. Client (android / PC) who wants to monitor temperature must subscribe to published topics in order to get temperature and humidity data along with a warning if the temperature and humidity exceeds the limits.
Keywords: Internet of Things, NodeMCU ESP8266, Temperature Sensors DHT-22 and MQTT
viii DAFTAR ISI
HALAMAN SAMPUL
HALAMAN JUDUL ………...i
HALAMAN PERSETUJUAN………ii
HALAMAN PENGESAHAN………iii
KATA PENGANTAR...iv
ABSTRAK………..vi
DAFTAR ISI ... viii
DAFTAR GAMBAR ... x
DAFTAR TABEL ... xi
DAFTAR NOTASI DAN SINGKATAN ... xii
DAFTAR LAMPIRAN ... xiv
BAB I ... 1 PENDAHULUAN ... 1 A. LATAR BELAKANG ... 1 B. RUMUSAN MASALAH ... 3 C. TUJUAN PENELITIAN... 3 D. BATASAN MASALAH ... 3 E. MANFAAT ... 3 F. SISTEMATIKA PENULISAN ... 4 BAB II ... 5 TINJAUAN PUSTAKA ... 5 A. SUHU GUDANG ... 5
B. SENSOR SUHU DAN KELEMBABAN DHT-22 ... 5
C. NodeMCU ESP8266 ... 7
D. PROTOKOL ... 9
E. MQTT Protokol ... 10
BAB III ... 13
METODE PENELITIAN ... 13
A. Waktu dan Tempat ... 13
ix
C. Tahapan Perancangan ... 14
D. Perancangan Rangkaian dan Aplikasi ... 15
1. Arsitektur Sistem ... 15
2. Perancangan Perangkat Keras (Hardware) ... 15
3. Perancangan Perangkat Lunak (Software) ... 18
3.1. Adruino IDE ... 20
3.2. MQTT Server/Broker ... 21
4. Metode Pengujian Alat ... 22
BAB IV ... 23
HASIL DAN PEMBAHASAN ... 23
A. Pengujian Alat Monitoring Suhu... 23
B. Titik Peletakan Sensor ... 24
C. Perbandingan MQTT Broker Lokal dan Broker Global ... 25
BAB V ... 31 PENUTUPAN ... 31 A. Kesimpulan ... 31 B. Saran ... 31 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
x DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Bentuk Fisik Sensor DHT-22 ... 6
Gambar 2.2 Layout NodeMCU ESP8266 ... 9
Gambar 2.3 Prinsip Kerja MQTT ... 11
Gambar 3.1. Flowchart Perancangan ... 14
Gambar 3.2 Arsitektur Sistem Monitoring Suhu ... 15
Gambar 3.3 Koneksi sensor DHT-22 ... 16
Gambar 3.4 GPIO NodeMCU ESP8266 ... 16
Gambar 3.5Rangkaian Sensor dengan Board NodeMCU ESP8266 ... 18
Gambar 3.6 Flowchart program untuk NodeMCU ESP8266 ... 19
Gambar 3.7 Tampilan Arduino IDE... 20
Gambar 3.8. Tampilan Aplikasi MQTT Broker App ... 21
Gambar 3.9 Tampilan Aplikasi MQTT Dashboard ... 22
Gambar 4.1 Rangkaian NodeMCU dan DHT-22 ... 23
Gambar 4.2 hasil pengujian suhu dibawah 28oC dan suhu diatas 28oC ... 23
Gambar 4.3 Ilustrasi Ruangan ... 25
xi DAFTAR TABEL
Tabel 2.1.Spesifikasi Sensor Suhu DHT22 ... 6
Tabel 2.2. Spesifikasi NodeMCU ... 9
Tabel 2.3. Sinyal Kontrol di Protkol MQTT ... 12
Tabel 3.1 Spesifikasi Board NodeMCU ESP8266 V1.0 ... 16
Tabel 3.2 Fungsi Pin pada Board NodeMCU ESP8266 ... 17
Tabel 3.3 Fungsi tombol utama Arduino IDE ... 20
Tabel 4.1 Hasil Pengujian beberapa sampel suhu ... 24
Tabel 4.2 Hasil Pengujian beberapa titik lokasi menggunakan Broker Lokal ... 27
Tabel 4.3 Hasil Pengujian beberapa titik lokasi menggunakan Broker Global ... 28
xii DAFTAR NOTASI DAN SINGKATAN
Notasi Definisi dan Keterangan IoT Internet of Things
°C Derajat Celcius
CPOB Cara Pembuatan Obat yang Baik VCC Power Suply Positif
GND Ground
USB Universal serial Bus
HTTP Hyper Text Transfer Protocol
MQTT Messege Queuing Telemetry Transpot
M2M Mechine to Mechine
IP Internet Protocol
PC Personal Computer
FLOWCHART Suatu bagan dengan simbol-simbol tertentu yang menggambarkan urutan proses secara mendetail dan hubungan antara suatu proses (instruksi) dengan proses lainnya dalam suatu program
Acces Point Perangkat keras yang memungkinkan perangkat wireless lain untuk terhubung ke jaringan kabel menggunakan Wi-fi, Bluetooth atau perangkat standar lainnya
xiii Publish Menerbitkan
Wi-fi Wireless Fidelity
xiv DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran Judul
1 Pengujian menggunakan Broker Local dengan IP Adress broker : 192.168.137.429
2 Tampilan Arduno IDE
3 Pengujian menggunakan Broker Global pada alamat broker.mqtt-dashboard.com
4 Foto Pengujian pada Gudang Obat Dinas Kesehatan Jeneponto
5 Foto Ruangan Gudang Obat Dinas Kesehatan Jeneponto 6 Permintaan Data Dalam Penyelesaian Tugas Akhir 7 Surat Balasan Pengambilan Data
1 BAB I
PENDAHULUAN
A. LATAR BELAKANG
Udara merupakan unsur yang penting bagi kehidupan sehari-hari. Karena itu udara harus memiliki kualitas agar tidak membawa dampak negatif terhadap tubuh. Udara dibedakan menjadi dua yaitu udara luar ruangan dan udara dalam ruangan. Selain oksigen, kandungan di udara yang sangat banyak seperti karbon dioksida, mikroba, dan zat-zat lain. Itulah pentingnya untuk mengetahui keadaan udara dimana kita berada, terutama di dalam ruangan karena polusi yang ada di dalam ruangan berbeda dengan polusi udara di luar ruangan.
Hal paling mudah untuk menentukan suatu ruangan sehat atau tidak adalah dengan mengetahui tingkat kelembaban ruangan tersebut. kelembaban udara itu sendiri berbeda dengan suhu udara akan tetapi masyarakat umumnya selalu menganggapnya sama. Semakin tinggi suhu suatu benda maka semakin panas pula benda tersebut. Untuk mengukur suhu udara dengan cepat dapat menggunakan thermometer, baik itu thermometer dinding, atau dengan menggunakan thermometer laser.
Tingkat uap air pada udara merupakan kelembaban udara. Kelembaban udara dapat dipengaruhi berbagai faktor.
2 Faktor yang dapat mempengaruhinya seperti:
1. Suhu udara 2. Pergerakan angin 3. Pencahayaan 4. Ventilasi
5. Ketersediaan air
Kelembaban udara yang rendah dapat mengakibatkan kekeringan selaput membran udara, dan apabila kelembaban udara di suatu ruangan terlalu tinggi dapat mengakibatkan tingginya pertumbuhan mikroorganisme. Tingkat kelembaban yang tidak nomal dapat menjadi masalah pernafasan dan mengganggu kesehatan manusia yang berada di ruangan tersebut.
Menurut CPOB, produk farmasi (obat) harus disimpan pada suhu dan kelembaban tertentu untuk mengurangi dan mencegah risiko degradasi obat yang akan merusak kualitas dan keamanan obat. Proses produksi dalam ruangan bersih, dan suhu pada penyimpanan produk juga harus terjaga (M. Fithrul Mubarok, Gudang Produk Jadi Farmasi, 31 Januari 2017).
Oleh sebab itu perlu dilakukan monitoring suhu dan kelembaban ruangan yang dapat dilakukan setiap saat. Inilah yang membuat kami ingin merancang suatu alat yang dapat memonitoring suhu dan kelembaban ruangan gudang obat farmasi berbasis Internet of Thingsagar dapat dimonitoring suhu dan kelembaban dari mana saja dan kapan saja.
3
B. RUMUSAN MASALAH
Adapun rumusan masalah yaitu :
a. Bagaimana membuat dan merancang alat monitoring suhu dan kelembaban ruangan gudang obat berbasis Internet of Things(IoT)?
b. Bagaimana proses monitoring suhu dan kelembaban ruangan gudang obat berbasis Internet of Things(IoT)?
C. TUJUAN PENELITIAN
Tujuan dari penelitian ini untuk :
a. Mampu membuat dan merancang sistem monitoring suhu dan kelembaban ruangan berbasis Internet of Things(IoT)
b. Memonitoring suhu dan kelembaban ruangan gudang obat dengan standar suhu 23-28°C dan kelembaban 60-90%
D. BATASAN MASALAH
Dalam perancangan ini, yakni membatasi masalah pada sistem monitoring suhu dan kelembaban yaitu suhu 8-28°C dan kelembaban 60%.
E. MANFAAT
a. Penerapan teknologi pada monitoring suhu dan kelembaban ruangan. b. Mempermudah pengecekan suhu ruangan gudang obat
4 c. Sebagai media pembelajaran dalam mata kuliah instrumentasi.
F. SISTEMATIKA PENULISAN
Agar memudahkan pembahasan dan pemahaman isi dari tugas akhir ini maka penulisannya diuraikan sebagai berikut :
BAB I : PENDAHULUAN, berisi latar belakang, rumusan masalah,
tujuan penulisan, batasan masalah, manfaat serta sistematika Penulisan dari hasil penelitian yang dilakukan.
BAB II : TINJAUAN PUSTAKA, menjelaskan tentang teori-teori
pendukung yang berkaitan dengan perancangan alat, sensor suhudan kelembaban DHT-22, ESP8266 NodeMCU dan MQTT.
BAB III : METODE PENELITIAN, berisi tentang rancangan sistem yang
meliputi diagram blok perancangan sistem, alat dan bahan, prinsip kerja rangkaian dan langkah-langkah perancangan
BAB IV : HASIL DAN PEMBAHASAN, berisi tentang pengujian alat
untuk mengetahui karakteristik sistem monitoring suhu dan kelembaban ruangan sehingga diperoleh data yang mendukung penggunaan alat secara optimal.
BAB V : PENUTUP (SIMPULAN DAN SARAN), berisi tentang
kesimpulan dan saran.
5 BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
A. SUHU GUDANG
Gudang obat farmasi berfungsi untuk melindungi bahan (baku dan pengemas) dan obat jadi dari pengaruh luar serta melindungi obat dari kerusakan. Gudang obat farmasi atau ruangan penyimpanan bahan baku, bahan kemas dan obat jadi yang belum didistribusikan memerlukan kondisi suhu dan kelembaban yang harus selalu terjaga. Untuk memastikan kondisi penyimpanan yang baik diperlukan perancangan area penyimpanan.
Area penyimpanan harus dirancang untuk memastikan kondisi penyimpanan yang baik sebagai berikut (Aditya P Wicaksana, 25 November 2014, Gudang Farmasi):
a. Kebersihan dan hygiene.
b. Kelembaban (kelembaban relatif tidak lebih dari 60%). c. Suhu harus berada dalam batasan yang diterima (8-25°C).
d. Bahan dan material yang disimpan tidak boleh bersentuhan langsung dengan lantai.
e. Jarak antar bahan mempermudah pembersihan dan inspeksi.
B. SENSOR SUHU DAN KELEMBABAN DHT-22
AM2302 atau biasa juga dikenal sebagaiDHT-22 merupakan sensor pendeteksi suhu dan kelembaban, sensor DHT-22 mempunyaioutput berupa
6 sinyal-sinyal digital dengan sistem konversi dan perhitungan yang dilakukan oleh MCU 8-bit. Sensor DHT-22 ini mempunyai kalibrasi yang akurat. Rentang pengukuran suhu dan kelembaban yang dimiliki sensor DHT-22 ini sangat luas, DHT-22 mampu mentransmisiikan signal keluaran melalui kabel sampai 20 meter sehingga dapat untuk ditempatkan dimana saja, tetapi jika kabel yang panjangnya di atas 2 meter harus ditambah buffer capacitor 0,33µF antara pin-1 (VCC) dengan pin-4 (GND).
Catu daya : 3,3 - 6 Volt DC (tipikal 5 VDC)
Sinyal keluaran : digital lewat bus tunggal dengan kecepatan 5 ms/operasi
Elemen pendeteksi : kapasitor polimer (polymer capacitor) Jenis sensor : kapasitif (capacitive sensing)
Rentang deteksi kelembapan Rentang deteksi suhu
: 0-100% RH (akurasi ±2% RH) : -40° - +80° Celcius (akurasi ±0,5°C) Resolusi sensitivitas : 0,1%RH; 0,1°C
Histeresis kelembaban : ±0,3% RH
Stabilitas jangka panjang : ±0,5% RH / tahun Periode pemindaian rata-rata : 2 detik
7 Ukuran : 25,1 x 15,1 x 7,7 mm
Tabel 2.1.Spesifikasi Sensor Suhu DHT22( AM2302)
C. NodeMCU ESP8266
NodeMCU merupakan sebuah “platform IoT” yang bersifat “opensource”
dan board ini terdiri dari hardware berupa “System On Chip” ESP8266 dari ESP8266 buatan Esperessif System. Modul ini secara fungsi hampir mirip dengan modul arduino, tetapi yang membdakan adalah board ini dikhususkan untuk “Connected to Internet“.
NodeMCU ini sudah meng-package ESP-8266 kedalam sebuah board yang sudah terintergrasi dengan berbagai macam fitur selayaknya microcontroler dan kapasitas akses terhadap wifi dan juga chip communication yang berbentukUSB to serial. Sehingga pada saat pemrograman hanya dibutuhkan sebuah kabel USB. Fitur – fitur yang dimiliki NodeMCU akan serupa dengan ESP-12 dikarenakansumber utama dari NodeMCU ialah ESP8266.
Hingga saat ini, modul NodeMCU mempunyai 3 jenis versi antara lain :
a) NodeMCU 0.9 Version
Versi ini meggunakan yaitu ESP-12 sebagai ESP8266 dan mempunyai memori flash 4 MB sebagai “System on Chip” SoC-nya.Versi ini mempunyai beberapa kelemahan yaitu ukuran modul board terlalu lebar, sehingga jika ingin membuat prototypedengan modul versi ini pada breadboard, pin-pinnya akan habis digunakan hanya untuk modul ini saja.
8 b) NodeMCU 1.0 Version
Pada versi ini ESP8266 yang digunakan adalah tipe ESP-12E yang diasumsikan lebih stabil dari tipe ESP-12 dan ukuran boardnya lebih kecil dari versi sebelumnya sehingga lebih cocok digunakan untuk membuat prototipe proyek di breadboard. Pada versi ini juga terdapat pin yang dikhusukan untuk komunikasi SPI (Serial Peripheral Interface) dan PWM (Pulse Width Modulation) yang pada versi 0.9tidak tersedia.
c) NodeMCU1.0 Version (unofficial board)
Board ini dikatakan unofficial board karena produk ini diproduksi dengan tidak resmi dari Developer Official NodeMCU. Board ini tidak bergitu beda dengan versi 1.0 (official board), hanya saja ditambahkanusb power output.
Spesifikasi 3 Jenis Versi NodeMCU
Spesifikasi Versi NodeMCU Versi 0.9 Versi 1.0 (Official board) Versi 1.0 (Unofficial board) Vendor Pembuat Amica Amica LoLin
Tipe ESP8266 ESP12 ESP-12E ESP-12E USB port Micro Usb Micro Usb Micro Usb
9 ADC 1 pin (10 bit) 1 pin (10 bit) 1 pin (10 bit) Usb to Serial
Converter
CH340G CP2102 CH340G
Power Input 5 Vdc 5 Vdc 5 Vdc
Ukuran Module 47 x 31 mm 47 x 24 mm 57 x 30 mm Tabel 2.2. Spesifikasi NodeMCU
Gambar 2.2 Layout NodeMCU ESP8266
D. PROTOKOL
Protokol adalah prosedur atau peraturan untuk mengirimkan data pada perangkat elektronik. Pada sistem komputer, setiap komputer dapat saling berkomunikasi dengan komputer-komputer lainnya menggunakan sebuah protokol. Terdapat banyak sekali jenis-jenis protokol, seperti UDP, FTP, TCP, ICMP dan yang sering di pakai untuk komunikasi IoT yaitu HTTP (Hyper Text Transfer Protocol) dan MQTT (Message Queuing Telemetry Transpot).
10
E. MQTT Protokol
MQTT (Message Queuing Telemetry Transpot) merupakan protokol yang konektivitasnya M2M (mechine-to-machine)/IOT(Internet of Things) yang berbasis open source dengan standar terbuka yang dirancang untukbandwidth rendah,legency yang tinggi dan dengan perangkat terbatas. Sistem kerja MQTT menggunakan metodePublish dan Subscribe data dan pada penerapannya, device akan terhubung pada sebuah Broker dan mempunyaisebuah Topic.
Broker MQTT berfungsi untuk meng-handle data publish dan subscribe dari berbagai device, bisa diibaratkan sebagai server yang mempunyai alamat IP khusus. Terdapat beberapa contoh Broker yang sudah ada yaitu HiveMQ, Mosquittodan Mosca.
Publish diibaratkansuatu cara satu device mengirimkan berbagai jenis data /
message kepadasubscribers. Biasanya di publisher ini merupakan device yang terhubung dengan sebuah atau beberapa sensor tertentu.Subscribe ialah cara suatu device menerima berbagai jenis data / message dari publisher. Pada subscriber,subscriber dapat berupa aplikasi monitoring sensor ataupun yang lainnya, subscriber nantinya akanrequest data / message dari publisher.Topic diibaratkan seperti pengelompokan data disuatu kategori tertentu, pada sistem kerja MQTT protokol initopic wajib ada karena pada setiap transaksi data antara Publisher dan Subscriber wajib memiliki suatu topic.
11 Gambar 2.3 Prinsip Kerja MQTT
Perbandingan Protokol MQTT dan Protokol HTTP
Menurut penulis dalam situs https://www.initialboard.com/apa-itu-prokol-mqtt menyatakan bahwa Protokol MQTT bersifat datasentris, sedangkan Protokol HTTP bersifat dokumensentris.HTTP yang mana merupakan protokol request-response untuk kebutuhan komputerisasi klien server yang tidak optimal untuk perangkat mobile(device IoT).MQTT mengirim data sebagai byte array, yang mana ini menjadi kelebihan Kelebihan Protokol MQTT karna kecilnya data yang dikirimkan. Pada saat Protokol MQTT di uji dengan jaringan 3G, Protokol MQTT 93 kali lebih cepat daripada HTTP.Disamping itu dibandingkan dengan HTTP, MQTT memastikan kemampuan pengiriman lebih tinggi. Ada 3 level Quality of Service (QoS). Protokol MQTT juga menyediakan pilihan penggunaan dengan opsi Last will & Testament dan Retained Messages.dengan menggunaan MQTT, Maker dapat mengoptimasi pertukaran data pada sistem IoT agar transfer datanya bisa dilakukan seefisien mungkin, yaitu dengan :
Menekan sekecil mungkin ukuran paket data.
Meminimalisir proses komputasi untukdecodingdan encoding dari paket data.
12 Meminimalisir penggunaan storage.
Sinyal Kontrol di Protkol MQTT :
CONNECT Client request to connect to Server CONNACK Connection Acknowledgement
PUBLISH A message which represents a new/separate publish PUBACK QoS 1 Response to a PUBLISH message
PUBREC First part of QoS 2 message flow PUBREL Second part of QoS 2 message flow PUBCOMP Last part of the QoS 2 message flow
SUBSCRIBE A message used by clients to subscribe to specific topics
SUBACK Acknowledgement of a SUBSCRIBE message
UNSUBSCRIBE A message used by clients to unsubscribe from specific topics
UNSUBACK Acknowledgement of an UNSUBSCRIBE message PINGREQ Heartbeat message
PINGRESP Heartbeat message acknowledgement
DISCONNECT Graceful disconnect message sent by clients before disconnecting
13 BAB III
METODE PENELITIAN
A. Waktu dan Tempat
1. Waktu
Perancangan ini akan dilaksanakan selama 2 bulan, mulai dari bulan Desember 2019 hinggan Januari 2020.
2. Tempat
Perancangan ini akan dilaksanakan di Program Studi Teknik Elektro Fakultas Teknik dan di uji di Gudang Obat Dinas Kesehatan Jeneponto
B. Alat dan Bahan
1. Personal Computer (PC) /Laptop 2. NodeMCU ESP8266 3. Sensor Suhu DHT-22 4. Catu Daya 5V 5. Kabel Jumper 6. PCB Bread Board 7. Access Point
14
C. Tahapan Perancangan
Untuk memperoleh suatu alat yang baik dari segi mutu sertamempertimbangkan segi ekonomis, maka tahapan perancangan alat monitoring yang diperlihatkan dalam flowchart seperti pada gambar 3.1.
15
D. Perancangan Rangkaian dan Aplikasi
1. Arsitektur Sistem
Gambar 3.2 Arsitektur Sistem Monitoring Suhu
Koneksi jaringan komputer pada Node Sensor menggunakan wifi. Komponen yang digunakan pada Node Sensor adalah NodeMCU ESP8266 V.1 dan modul wifi esp8266 ver 01 dengan bahasa pemrograman C/C++ sedangkan Node Monitor menggunakan PC Windows atau Linux dengan bahasa pemrograman Java. Server MQTT yang digunakan adalah Mosquitto, untuk tujuan ujicoba server Mosquitto diinstal pada jaringan lokal sedangkan untuk uji coba pada jaringan global menggunakan broker broker.mqtt-dashboard.com.
2. Perancangan Perangkat Keras (Hardware)
Perangkat kerasdirancang menggunakan sensor suhu DHT-22 dan Board NodeMCU ESP8266 V.1. Gambar rangkaian sensor suhu DHT-22, dan BoardNodeMCU ESP8266 V.1 dapat dilihat pada gambar dibawah ini. Sedangkan fungsi pin untuk Sensor suhu DHT-22 dan Board NodeMCU ESP8266 V.1 secara berurutan seperti pada penjelasan dibawah ini.
16 Gambar 3.3 Koneksi sensor DHT-22
Gambar 3.4 GPIO NodeMCU ESP8266
Spesifikasi
Versi NodeMCU Versi 1.0(Official board)
Vendor Pembuat Amica
Tipe ESP8266 ESP-12E
USB port Micro Usb
GPIO Pin 13
ADC 1 pin (10 bit)
Usb to Serial Converter CP2102
Power Input 5 Vdc
Ukuran Module 47 x 24 mm
Tabel 3.1 Spesifikasi Board NodeMCU ESP8266 V1.0 (Official Board)
17 RST : berfungsi mereset modul
ADC : Analog Digital Converter. Rentang tegangan masukan 0-1V,dengan skup nilai digital 0-1024
EN : Chip Enable, Active High
IO16 :GPIO16, dapat digunakan untuk membangunkan chipset dari modedeep sleep
IO14 : GPIO14; HSPI_CLK IO12 : GPIO12: HSPI_MISO
IO13 : GPIO13; HSPI_MOSI; UART0_CTS VCC : Catu daya 3.3V (VDD)
CS0 :Chip selection
MISO : Slave output, Main input IO9 : GPIO9
IO10 : GBIO10
MOSI : Main output slave input SCLK : Clock
GND : Ground
IO15 : GPIO15; MTDO; HSPICS; UART0_RTS IO2 : GPIO2;UART1_TXD
IO0 : GPIO0 IO4 : GPIO4 IO5 : GPIO5
18 RXD : UART0_RXD; GPIO3
TXD : UART0_TXD; GPIO1
Tabel 3.2 Fungsi Pin pada Board NodeMCU ESP8266 V.1
Gambar 3.5 Rangkaian Sensor dengan Board NodeMCU ESP8266
3. Perancangan Perangkat Lunak (Software)
Perangkat Lunak (Software) dibuat menggunakan Personal Computer (PC) / Android dengan koneksi jaringan menggunakan wifi. Program/software diimplemetasikan menggukan aplikasi Arduino IDE dan MQTT Broker App/MQTT Lens.
Program untuk Board NodeMCU ESP8266 V.1membutuhkan library ESP8266wifi.h untuk dapat terkoneksi dengam wifi dan membutukan library PubSubClient.h untuk implementasi client MQTT yang merupakan hasil dari projek Eclipse Paho. Komunikasi data NodeMCU ESP8266 V.1 menggunakan UASRT dengan kecepatan 115200 bps. Flowchart program untuk NodeMCU ESP8266 V.1 seperti pada Gambar 3.6.
19 Gambar 3.6 Flowchart program untuk NodeMCU ESP8266
20
3.1. Adruino IDE
Arduino IDE digunakan untuk membuat source codeatauperintah, melakukan pengecekan error, kompilasi,upload program, dan menguji hasil kerja adruino melalui serial monitor.
Gambar 3.7Tampilan Arduino IDE
Pada Gambar Adruino IDE diatas, terdapat toolbars IDE yang dapat memberikanakses instan ke fungsi-fungsi penting yaitu :
Tombol Fungsi
Verify mengkompilasi program yang saat ini dikerjakan. Upload mengkompilasi program dan mengupload ke board NodeMCU.
News menciptakan lembar kerja baru. Open membuka program yang ada di file sistem.
21 Save menyimpan program yang dikerjakan
Stop menghentikan serial monitor yang sedang dijalankan Tabel 3.3 Fungsi tombol utama Arduino IDE
3.2. MQTT Server/Broker
MQTT Server/Broker yang digunakan ialah Mosquitto yang dapat berjalan pada sistem operasi Windowsmaupun Linux. Secara default Server MQTT mendengar protokol TCP port 1883. Untuk mengujicoba secara lokal, wajib menginstal MQTT Broker App untuk mendapatkan ip local yang berfungsi sebagai broker/server, sedangkan untukmelalukan ujicoba koneksi global dengan mengkoneksikan NodeMCUdi alamat broker.mqtt-dashboard.com dengan topic unik yang telah ditentukan agar tidak mengambil data topic yang telah digunakan orang lain.
22 Gambar 3.9 Tampilan Aplikasi MQTT Dashboard
4. Metode Pengujian Alat
Metode pengujian dilaksanakan dengan cara menjalankan Rangkaian Sensor dan NodeMCU ESP8266 V.1 untuk disambungkan ke lokal server MQTT. Penyambunganserver lokal dilakukan menggunakan Access Point. Untuk pengujian koneksi dengan server global dapat dilakukan menggunakanAccess Point yang telah terkoneksi dengan internet kemudian Rangkaian Sensor dan NodeMCU ESP8266 V.1 disambungkan dengan server
Mosquitto pada alamat “broker.mqtt-dashboard.com”.
Untuk pengujian dilakukan pengujian pembacaan sensor untuk beberapa sampel suhu yang berbeda, pengujian di beberapa titikpada Gudang Obat Jeneponto, serta pengujian delay waktu update pada saat menggunakan broker local dan broker global/remote.
23 BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
A. Pengujian Alat Monitoring Suhu
Hasil perancangan Alat Monitoring Suhu menggunakan NodeMCU dan DHT-22 ialah seperti gambar dibawah.
Gambar 4.1 Rangkaian NodeMCU dan DHT-22
24 Setelah melakukan perancangan rangkaian, kami melakukan pengujian pada rangkaian tersebut menggunakan beberapa sampel dengan mengatur suhu AC pada suatu ruangan. Berikut hasil Pengujian alat pada beberapa jenis suhu AC yang ditentukan:
No. Suhu Kelembaban Peringatan
1 28oC 58% -
2 29 oC 57% Suhu Tidak Aman
3 28 oC 63% Kelembaban Tidak Aman
4 29 oC 63%
Suhu Tidak Aman Kelembaban Tidak Aman
Tabel 4.1 Hasil Pengujian beberapa sampel suhu
Pada Pengujian tersebut, terlihat ketika suhu dibawah 28 oC tidak terdapat peringatan, namun jika suhu diatas 28 oC terdapat peringatan bahwa suhu melampaui batas aman. Begitu pula dengan kelembaban, ketika kelembaban kurang dari 60%, tidak akan muncul peringatan apapun. Namun ketika kelembaban melebihi 60% akan muncul peringatan Kelembaban melebihi batas aman.
B. Titik Peletakan Sensor
Menurut data dari Dinas Kesehatan Jeneponto, luas ruangan Gudang obat ialah 20m x 15m. Untuk mendapatkan data suhu ruangan rata-rata, kami
25 melakukan percobaan di beberapa titik pada ruangan obat sesuai dengan Gambar Ilustrasi Ruangan. Untuk warna biru menandakan posisi rak obat, warna hijau merupakan AC ruangan, warna merah jambu merupakan titik lokasi pengujian alat.
Gambar4.3 Ilustrasi Ruangan
C. Perbandingan MQTT Broker Lokal dan Broker Global
- Pengujian Alat Menggunakan Broker Lokal
Pengujian dilakukan dengan cara membuat IP server/broker local dengan menggunakan aplikasi MQTT Broker App. MQTT Broker App dan NodeMCU harus terhubung dengan Access Point yang sama (local) agar memiliki IP yang sama. Setelah MQTT Broker App terhubung dengan Access Point yang sama, klik Start Broker untuk mendapatkan IP Broker yang berfungsi sebagai Server. Selanjutnya, Program NodeMCU
26 pada Arduino IDE disetting untuk terhubung dengan Access Point tersebut serta IP yang telah muncul pada Aplikasi MQTT Broker App dan membuat Topic Publish dan Subscribe. Setelah NodeMCU terhubung pada ip broker tersebut, Client (HP Android maupun MQTT Lens) harus membuat Topic Subscribe Sesuai dengan topic publish yang telah dibuat pada NodeMCU.
Pengujian menggunakan Broker Local dengan ip addres broker: 192.168.137.249
Gambar 4.4 IP Adress Broker Local
27 1 Pengujian pada titik 1, suhu terdeteksi sekitar 27oC dan kelembaban sekitar 57% 2 Pengujian pada titik 2, suhu terdeteksi sekitar 27oC dan kelembaban sekitar 57% 3 Pengujian pada titik 3, suhu terdeteksi sekitar 26oC dan kelembaban sekitar 62%
28 Pengujian Alat menggunakan Broker Global
Pengujian dilakukan dengan cara yang sama dengan broker local hanya saja broker yang digunakan ialah server/broker online melalui broker.mqtt-dashboard.com dan NodeMCU terhubung dengan Access Point yang terhubung dengan jaringan internet. Topic yang digunakan ialah “PubSuhuGDG” untuk publish data suhu dan topic subscribe “SubSuhuGDG” yang telah ditentukan.
Titik Tampilan Serial Monitor Tampilan Android Keterangan
1 Pengujian pada titik 1, suhu terdeteksi sekitar 27oC dan kelembaban sekitar 60%
29 2 Pengujian pada titik 2, suhu terdeteksi sekitar 27oC dan kelembaban sekitar 61% 3 Pengujian pada titik 3, suhu terdeteksi sekitar 26oC dan kelembaban sekitar 62%
Tabel 4.3 Hasil Pengujian beberapa titik lokasi menggunakan Broker Global
Setelah melihat hasil pengujian diatas, untuk pengujian pada 3 titik lokasi pengujian, didapatkan hasil suhu dan kelembaban yang relatif sama atau tidak begitu jauh. Kemudian perbandingan antara pengujian menggunakan broker lokal dengan broker global, untuk secara delay pengiriman data tidak ada perbedaan waktu update data sehingga dapat dikatakan real-time. Ini dikarenakan
30 komunikasi MQTT menekan ukuran paket data agar menjadi sekecil mungkin dan meminimalisir penggunaan ruang penyimpanan.
31 BAB V
PENUTUP
A. Kesimpulan
Setelah dilakukan proses perancangan, pembuatan dan pengujian alat monitoring suhu dapat disimpulkan hal-hal sebagai berikut:
1. Alat monitoring suhu dan kelembaban ruangan gudang obat berbasis Internet of Things (IoT) dibuat menggunakan NodeMCU ESP8266 dan Sensor Suhu DHT-22.
2. Proses monitoring suhu dan kelembaban ruangan gudang obat berbasis Internet of Things (IoT) menggunakan MQTT sebagai media komunikasi antara sensor suhu dan NodeMCU dengan device client (Android/PC). Data dari sensor suhu yang dihubungkan dengan NodeMCU kemudian diteruskan ke Broker MQTT menggunakan topic publish. Client (android/PC) yang ingin memonitoring suhu harus mensubscribe topic yang telah di publish agar bisa mendapatkan data suhu dan kelembaban beserta peringatan jika suhu dan kelembaban melebihi batas ketentuannya.
B. Saran
1. Perlu adanya aktuator dari system monitoring agar tidak memerlukan bantuan manusia untuk pengontrolan suhu Gudang obat.
32 3. Perlu pengembangan pengujian pada ruangan yang bersuhu dan kelembaban tinggi dan rendah agar dapat mengetahui perubahan dan ketahanan obat
DAFTAR PUSTAKA
[1] Aditya P. Wicaksana (2015, 25 November). Gudang Farmasi. Diakses pada
30 November 2019, dari
http://adityapwicaksana.blogspot.com/2014/11/gudang-farmasi.html
[2] Iis Karlida, Ida Musfiroh (2017) Review: Suhu PenyimpananBahan Baku Dan Produk Farmasi DiGudang Industri Farmasi. Jatinangor: Universitas Padjajaran
[3] Atmoko, Rachmad Andri.2019. Dasar Implementasi Protokol MQTT Menggunakan Python dan NodeMCU. Surabaya :Mokosoft Media.
[4] Totok B."Sistem Monitoring Suhu Jarak Jauh Berbasis Internet OfThings Menggunakan Protokol MQTT", Seminar Riset TeknologiInformasi (SRITI) [5] Wicaksana Irsandi Satria (2018) “Perancangan Sistem Monitoring Suhu
Gudang Berbasis Internet Of Things (IOT)” Malang: Universitas Widyagama
[6] Periyaldi, Arief Bramanto W.P., Agusma Wajiansyah “Implementasi Sistem Monitoring Suhu Ruang Server Satnetcom Berbasis Internet OfThings (IOT) Menggunakan Protokol Komunikasi Message Queue Telemetry Transport (MQTT)”ISSN 2338 - 6649, Vol.6 No. 1, Samarinda (2018)
LAMPIRAN
Pengujian menggunakan Broker Local dengan ip addres broker: 192.168.137.249
Tampilan Arduno IDE saat memasukkan ip address broker kedalam program:
Pengujian menggunakan Broker Global pada alamat broker.mqtt-dashboard.com
Foto Pengujian pada Gudang Obat Dinas Kesehatan Jeneponto
