MAKALAH PENGEMBANGAN DAN IMPLEMENTASI
“Perancangan Sistem Pemantau Suhu Ruangan Berbasis Wireless Sensor Network”
DOSEN PENGAMPU :
Endang Kurniawan, S.Kom.,M.M.,M.Kom
DISUSUN OLEH :
Firman Ardiansyah (4117086)
FAKULTAS SAINTEK
UNIVERSITAS PESANTREN TINGGI DARUL ULUM
JOMBANG
2019
KATA PENGANTAR
Segala puji bagi Allah SWT. yang telah memberikan nikmat serta hidayah-Nya terutama nikmat kesehatan dan kesempatan sehingga saya dapat menyelesaikan tugas makalah mata kuliah “PENGEMBANGAN DAN IMPLEMENTASI”. Kemudian shalawat beserta salam saya sampaikan kepada nabi besar Muhammad SAW. yang telah memberikan pedoman hidup yakni Al-Qur’an dan sunnah untuk keselamatan umat di dunia.
Makalah ini merupakan salah satu tugas mata kuliah PENGEMBANGAN DAN IMPLEMENTASI di program studi system informasi. Selanjutnya saya mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada dosen pembimbing mata kuliah Pengembangan dan Implementasi yang telah memberikan bimbingan serta arahan selama proses perkuliahan mata kuliah ini. Akhirnya saya menyadari bahwa banyak terdapat kekurangan-kekurangan dalam penulisan makalah ini, maka dari itu saya mengharapkan kritik dan saran demi perbaikan-perbaikan selanjutnya. Akhir kata semoga makalah ini dapat memberikan manfaat bagi kita sekalian.
Jombang, 5 Juli 2019
( Penyusun)
Pendahuluan
A. Latar Belakang
Suhu atau temperatur merupakan salah satu faktor yang perlu diperhatikan dalam berbagai aktivitas manusia. Pada dunia industri, suhu merupakan informasi yang sangat penting dalam menentukan kelayakan kondisi sebuah ruangan. Banyaknya ruangan dengan kebutuhan suhu yang berbeda – beda mengakibatkan banyak pula alat pengukur suhu yang harus tersedia pada setiap ruang sedangkan untuk pemantauan suhu harus dilakukan bersama – sama secara real time . Pemantauan suhu ruangan membutuhkan sistem yang dapat terintegrasi pada suatu titik pusat dimana setiap sensor mengirimkan data tiap ruangan pada satu node yang telah ditentukan untuk dipantau. Maka dari itu dibutuhkan teknologi yang dapat mengakomodasi kerja sistem agar bisa bekerja sesuai dengan yang diharapkan.
Wireless sensor network (WSN) merupkan salah satu teknologi yang berkembang pada awal abad ini untuk memantau suatu sistem sensor yang tersebar cukup luas dan tidak memungkinkan dilakukan komunikasi data melalui jaringan kabel sehingga diperlukan jaringan nirkabel untuk komunikasi datanya. Teknologi yang ada saat ini telah banyak mendukung untuk pembuatan sebuah jaringan sensor nirkabel seperti modul XBee yang menggunakan protokol ZigBee 802.15.4 untuk mendukung komunikasi nirkabel berupa frekuensi radio sehingga kekurangan yang ada pada jaringan sensor dengan menggunakan kabel pada sistem yang luas dapat diatasi dengan WSN.
Wireless sensor network atau jaringan sensor nirkabel merupakan jaringan yang terdiri dari node – node yang tersebar di berbagai tempat dalam jangkauan area jaringan tersebut dan memiliki perannya masing – masing. Setiap node dapat melakukan tugasnya untuk mengirim data, menerima data, dan merasakan data / sensing data seperti data suhu, kelembaban, tekanan udara, kadar oksigen, dan sebagainya. Meskipun pada dasarnya setiap besaran – besaran tersebut sudah memilik alat ukurnya masing – masing, namun alat ukur tersebut tidak dapat ditanam sebuah program yang mampu mengatur alat ukur tersebut bekerja seperti apa yang kita inginkan. Sebagai contoh kita sering menggunakan termometer untuk mengukur suhu suatu ruangan. Tetapi kita pun harus berada pada ruangan itu untuk mengetahui suhu ruangan tersebut. Hal ini tentu dapat menimbulkan masalah jika pada suatu ruangan harus memiliki range suhu tertentu dan jika nilai dari suhu ternyata diluar dari range yang telah ditentukan, maka akan menggangu kegiatan atau aktivitas yang berlangsung pada ruang tersebut.
Berdasarkan latar belakang masalah, maka dilakukan penelitian dengan tujuan merancang sistem pemantau suhu ruangan yang mampu bekerja secara terintegrasi dan dapat memberikan informasi suhu tiap ruangan secara real time serta menganalisis perubahan suhu agar sesuai dengan range yang ditentukan berdasarkan pemakaian AC.
B. Tinjauan Pustaka
Perkembangan teknologi khususnya di bidang jaringan nirkabel atau wireless network memacu para peneliti untuk mengupas lebih dalam tentang wireless sensor network. Telah banyak penelitian terdahulu mengenai kinerja tiap sensor maupun wireless sensor network itu sendiri. Penelitian terhadap suhu ruangan pun menyatakan standar range yang berbeda – beda tergantung apa fungsi ruangan tersebut dan kegiatan atau aktivitas yang terjadi pada ruangan itu.
Pada penelitian yang dibahas oleh Nelis Imanningsih mengenai pengaruh suhu ruangan terhadap kualitas susu bubuk bahwa penyimpanan susu bubuk kemasan dalam suhu ruang 40 ºC dapat meningkatkan kadar oksigen sebanyak 200 kali bagi susu yang kemasannya tidak utuh dan hanya 18 kali bagi susu yang kemasannya utuh. Untuk susu bubuk yang disimpan dalam suhu ruang 25 ºC, hanya mencapai 34 kali untuk susu yang kemasannya tidak utuh, dan hanya 5 kali bagi susu yang kemasannya utuh. Berbeda pula dengan suhu ruangan kamar tidur yang rata – rata berkisar 20 – 25 ºC.
Penelitian juga dilakukan oleh Eky Pratama Halim tentang Rancang Bangun Aplikasi Pemantauan Suhu Ruang Server Menggunakan Pengendali Mikro Sensor Suhu [4] membahas bagaimana mewujudkan solusi dari permasalahan eksistensi server dengan menjaga suhu ruang server secara berkelanjutan melalui sensor suhu LM35 yang terhubung dengan salah satu server pada ruang tersebut. Dikatakan bahwa sensor suhu LM35 memiliki dimensi yang kecil tetapi memiliki kinerja yang baik dan menjalankan semua fungsi secara keseluruhan. Kalibrasi sensor suhu LM35 yang telah dilakukan berulang - ulang memastikan suhu yang didapat adalah suhu yang valid. Keabsahan suhu pada ruang server tergantung dari tata letak sensor suhu. Range suhu ruangan server menurut The American Society of Heating, Refrigerator, and Air Conditioning Engineers (ASHRAE) TC 9.9 merekomendasikan kisaran suhu untuk pengoperasian peralatan IT adalah 20 - 25 ºC dengan rentang suhu toleransi 15 - 32 ºC.
Wireless Sensor Network sendiri telah diteliti oleh Nabila Mahastika Priadana pada penelitian yang berjudul Desain dan Implementasi Wireless Sensor Network Untuk Smart Home Berbasis SMS Gateway. Pada penelitian tersebut sistem akan mendeteksi aman atau tidaknya keadaan rumah menggunakan sensor gerak. Sistem akan mengirimkan trigger kepada user melalui sms gateway jika keadaan rumah terdeteksi dalam keadaan bahaya atau tidak aman.
Penelitian tentang wireless sensor network juga telah diteliti oleh Azfar’ Aizat bin Mohd Isa pada penelitian yang berjudul Smart Home Using Wireless Sensor Network and Android Powered Devices. Pada penelitian ini sistem smart home system berbasis wireless sensor network dibangun menggunakan Raspberry Pi processor, Cloud Storage dan Android Powered Device. Raspberry Pi digunakan sebagai server dan telah diatur agar dapat menjadi access point dan router. Manfaat lain dari Raspberry Pi yaitu memiliki harga yang lebih terjangkau dan ukuran yang lebih minimalis. Alat yang digunakan sebagai sensor node adalah XBee yang merupakan keluaran dari ZigBee dengan menggunakan protokol WIFI 802.11. Pengguna pun dapat mengakses sistem dari mana saja dengan cara yang mudah memakai android. Jika pengguna berada dalam jangkauan area access point, maka pengguna bisa langsung mengakses server Raspberry Pi. Namun jika pengguna berada diluar jangkauan access point, pengguna masih bisa mengakses sistem melalui internet menggunakan teknologi cloud. Di sisi lain, user interface pada android menggunakan web framework dan dropbox. Jadi sistem pun compatible dengan berbagai jenis smartphone. Untuk pengembangan lebih lanjut, smart home sistem dapat diterapkan untuk berbagai macam kegunaan. Smart home system mampu untuk memonitoring dan mengontrol keadaan rumah. Tentu saja hal ini dapat meningkatkan keamanan dari penghuni rumah tersebut.
Perbedaan dari penelitian yang dilakukan terletak pada protokol yang digunakan untuk wireless sensor network. Protokol yang digunakan pada penelitian – penelitan tentang wireless sensor network sebelumnya adalah protokol WIFI 802.11. Pada penelitian ini, penulis menggunakan protokol ZigBee 802.15.4 yang telah ditetapkan oleh IEEE sebagai standar dari protokol komunikasi untuk wireless sensor network. Berdasarkan pada jenis sensor suhu yang digunakan yaitu sensor LM35 sesuai dengan penelitian yang telah dilakukan sebelumnya, penelitian lebih dikhususkan pada ruangan dimana manusia melakukan aktivitas pada umumnya seperti ruang kerja, ruang belajar, ruang kamar tidur, dan sebagainya.
Wireless Sensor Network (WSN) merupakan suatu sistem yang melakukan proses sensing, komputasi dan komunikasi yang memberikan kemampuan bagi administrator untuk mengukur, mengobservasi, dan memberikan reaksi terhadap kejadian-kejadian dan fenomena pada lingkungan tertentu.
Teknologi WSN pada dasarnya adalah menggabungkan proses sensing, pengendalian, dan komunikasi menjadi satu alat yang disebut dengan sensor node. Perbedaan WSN dengan sistem komunikasi yang lainnya adalah tidak diperlukannya komunikasi secara langsung dengan Sink Node / Base Station Controller (BSC), tetapi hanya berhubungan melalui lokal peer dalam jaringan node-nodenya sendiri dalam berinteraksi dengan fisik lingkungan. Ketika sebuah node akan mengirimkan data ke BSC, tetapi jarak jangkau transmisi tidak memungkinkan maka node tersebut mengirimkan data ke node tetangga terdekat untuk dikirimkan lagi ke node lain yang terdekat dan seterusnya sehingga data akhirnya sampai di BSC. Kemudian data tersebut barulah dikirimkan ke sebuah BSC. Pada BSC, data-data dari setiap aplikasi WSN mengalami proses akusisi data sehingga menghasilkan informasi yang dapat dikirimkan kepada user melalui berbagai macam jaringan distribusi informasi baik melalui jaringan nirkabel (wireless) maupun wireland (Ethernet, WLAN ataupun optik). Gambar 1 menjelaskan tentang arsitektur dasar dari WSN.
Gambar 1 Arsitektur Dasar WSN
Sebuah sensor node terdiri dari komponen pengendali (controller), sensor/actuator, memori, perangkat komunikasi dan catu daya (power supply). Karena komponen - komponenya tersebut maka sensor node pada WSN ini disebut juga dengan smart/intelligent sensor. Gambar 2 menggambarkan sebuah sensor node beserta komponen pendukungnya.
Gambar 2 Komponen Sensor Node.
Sebuah pengendali akan memproses semua data yang relevan dan berkemampuan untuk mengeksekusi semua kode - kode, sedangkan beberapa memori digunakan untuk menyimpan program dan data yang nantinya akan dikirimkan ke controller board (gateway). Sensor atau actuator merupakan interface terhadap parameter – parameter fisik dari lingkungan. Perangkat komunikasi digunakan sebagai peralatan jaringan dalam mengirimkan dan menerima informasi melalui kanal nirkabel. Power supply digunakan sebagai sumber energi untuk mengaktifkan komponen - komponen utama yang lainnya.
Agar setiap node pada sistem WSN dapat terhubung satu sama lain, maka dibutuhkan satu sistem komunikasi nirkabel (wireless communication). Aplikasi nirkabel untuk node - node ini memerlukan data rate yang kecil, konfigurasi sistem yang sederhana, daya baterai yang kecil dan bertahun - tahun lamanya, serta beroperasional pada frekuensi bebas lisensi secara internasional.
Untuk memenuhi kebutuhan aplikasi nirkabel tersebut, IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers) telah mengembangkan sebuah standar baru yaitu IEEE 802.15.4 dan protokol yang termasuk dalam standar tersebut adalah protokol ZigBee. Nama ZigBee sebenarnya merupakan kependekan dari dua kata yaitu zigzag dan bee, yang berarti lebah yang terbang dengan perubahan arah. Namun secara teknik sendiri, ZigBee merupakan sebuah spesifikasi untuk protokol komunikasi tingkat tinggi yang mengacu pada standar IEEE 802.15.4 yang berhubungan dengan Wireless Personal Area Networks (WPANs). ZigBee mempunyai kecepatan transmisi sekitar 250 Kbps, di mana masih lebih rendah dibandingkan dengan teknologi jaringan personal lainnya seperti Bluetooth yang mempunyai kecepatan transmisi hingga 1 Mbps. Sedangkan jarak jangkau ZigBee sekitar 200 meter, lebih jauh dibandingkan dengan Bluetooth. ZigBee bekerja pada frekuensi 2,4 GHz, 868 MHz dan 915 MHz, dimana ketiga rentang frekuensi ini merupakan rentang frekuensi yang gratis yaitu 2.4 – 2.4835 GHz, 868 – 870 MHz, dan 902 - 928 MHz. Setiap lebar frekuensi tersebut dibagi menjadi 16 channel.
Secara fungsinya, setiap node pada komponen ZigBee dapat dijadikan tiga tipe node yaitu Coordinator, Router, dan End device. Jaringan ZigBee harus mempunyai satu Coordinator sesuai dengan jenis topologi jaringannya. Tugas dari sebuah Coordinator adalah menyeleksi kanal frekuensi yang akan digunakan oleh jaringan setidaknya satu yang dapat dideteksi secara aktif, memulai inisialisasi awal pada sistem kerja jaringan, menginjinkan node - node yang lain untuk melakukan koneksi terhadapnya bergabung dengan jaringan bertugas untuk menyediakan pesan routing, manajemen keamanan dan pelayanan lainnya. Tugas dari Router adalah merelay pesan-pesan dari satu node ke node yang lainnya dan mengijinkan node – node lain untuk melakukan koneksi terhadapnya. Adapun tugas utama dari sebuah End device adalah mengirimkan dan menerima pesan serta merasakan data / sensing. Pada End device biasanya catu dayanya berupa baterai dan ketika tidak mengirimkan atau menerima pesan dapat diset ke sleep mode untuk menghemat daya. Kelebihan pada jaringan ZigBee ini adalah pada pengoperasiannya yang sangat mudah, bentuknya kecil, dan membutuhkan daya yang sangat rendah. Saat ini banyak berbagai macam otomatisasi dan pengendalian yang lengkap dan terintegrasi menggunakan jaringan ZigBee sebagai standar protokol komunikasi sistem tersebut.
Arduino Uno merupakan papan mikrokontroler yang dibuat oleh perusahaan Atmel Corporation. Berbagai papan Arduino menggunakan tipe ATmega yang berbeda - beda tergantung dari spesifikasinya. Mikrokontroler yang digunakan pada Arduino Uno sendiri jenis ATmega328, sebagai otak dari pengendalian sistem alat. Arduino Uno sendiri merupakan kesatuan perangkat yang terdiri dari berbagai komponen elektronika dimana penggunaan alat sudah dikemas dalam kesatuan perangkat yang dibuat oleh pemroduksi untuk di perdagangkan. Arduino dapat digunakan untuk membuat sebuah sistem atau perangkat fisik menggunakan software dan hardware yang sifatnya interaktif, yaitu dapat menerima rangsangan dari lingkungan dan merespon balik. Konsep untuk memahami hubungan yang manusiawi antara lingkungan yang sifat alaminya adalah analog dengan dunia digital disebut dengan physical computing.
Pada prakteknya konsep ini diaplikasikan dalam desain alat atau proyek - proyek yang menggunakan sensor dan mikrokontroler untuk menerjemahkan input analog ke dalam sistem software untuk mengontrol gerakan alat - alat elektro - mekanik. Arduino dikatakan open source karena sebuah platform dari physical computing. Platform di sini adalah sebuah alat kombinasi dari hardware dengan bahasa pemrograman dan IDE (Integrated Development Environment ) yang canggih. IDE adalah sebuah software yang sangat berperan untuk menulis program, mengkompilasi menjadi kode biner dan mengupload ke dalam memori mikrokontroler. Selain itu juga ada banyak modul - modul pendukung (sensor, tampilan, penggerak dan sebagainya) untuk bisa disambungkan dengan Arduino.
LM35 adalah sensor suhu yang paling banyak digunakan untuk praktek karena selain harganya cukup murah, LM35 juga bekerja sangat efektif. Sensor suhu LM35 adalah komponen elektronika yang memiliki fungsi untuk mengubah besaran suhu menjadi besaran listrik dalam bentuk tegangan. LM35 adalah komponen sensor suhu berukuran kecil seperti transistor. Komponen yang sangat mudah digunakan ini mampu mengukur suhu hingga 100 ºC. Dengan tegangan keluaran yang terskala linear dengan suhu terukur, yakni 10 milivolt per 1 ºC, maka komponen ini sangat cocok untuk digunakan sebagai bahan eksperimen, atau bahkan untuk aplikasi - aplikasi seperti termometer ruang digital, mesin pasteurisasi, atau termometer badan digital.
C. Metode Penelitian
Dalam penelitian ini metodologi yang digunakan yakni metodologi
penelitian PPDIOO (Prepare, Plan, Design, Implement, Operate, Optimize).
Gambar 3 Skema Metodologi PPDIOO
Tahap pertama dalam penelitian ini adakah fase prepare yang terdiri dari analisis masalah yaitu dengan melakukan studi literatur mengenai wireless sensor network untuk mengidentifikasi masalah yang ada serta sistem seperti apa yang dibutuhkan untuk mengatasi masalah tersebut. Pada fase plan dilakukan analisis kebutuhan sehingga sistem yang akan dibuat nanti sesuai dengan kriteria dan kebutuhan yang telah ditetapkan. Pada fase plan juga rencana kerja disusun agar penelitian dapat terorganisir dengan baik.
Tahap selanjutnya merupakan fase design dimana tahap ini adalah tahap pembuatan alat yang dipakai dalam penelitian. Dalam tahap ini juga kerangka awal yang berupa diagram elektronik serta alur kerja sistem disusun sebagai dasar agar sistem dapat bekerja secara terstruktur. Tahap berikutnya adalah tahap implement. Tahap implement merupakan tahap pengaturan setiap hardware dan software yang akan digunakan, penulisan kode program sesuai dengan alur kerja sistem yang telah dibuat, serta merangkai alat yang telah dirancang sebelumnya sesuai dengan kerangka awal yang dibuat pada tahap design.
Pada tahap operate alat yang telah dirancang diuji coba langsung pada objek penelitian mulai dari pengukuran perbandingan nilai alat yang telah dibuat dengan alat yang telah terstandarisasi, serta pengujian sistem yang meliputi perubahan suhu ruangan dan respon alat yang dibuat terhadap perubahan tersebut. Data yang didapatkan pada tahap ini merupakan data yang menentukan apakah sistem yang dibuat telah menjawab permasalahan yang dihadapi atau tidak.
Tahap optimize dilakukan untuk meningkatkan performa dari kerja sistem serta penambahan – penambahan komponen yang diperlukan. Pada penelitian ini topologi yang dipakai adalah topologi star dengan satu Coordinator dan dua End device. Diagram elektronik Coordinator dan End Device ditunjukkan oleh Gambar 4 dan Gambar 5.
Gambar 4 Kerangka Dasar Coordinator Node Gambar 5 Kerangka Dasar End device Node
Pada Coordinator node, Arduino digunakan sebagai pusat atau otak dari setiap proses yang terjadi pada sistem. Pada Arduino dipasang sebuah ethernet shield dimana terdapat slot SD card yang akan digunakan untuk menyimpan datalog sedangkan waktu dalam datalog yang dibuat oleh Arduino ditentukan oleh RTC. LCD digunakan untuk menampilkan data yang telah diproses oleh Arduino dan LED berfungsi untuk memberikan trigger apabila suhu berada diluar batas range yang telah ditentukan. XBee sendiri digunakan sebagai media komunikasi antar node.
Pada End device, baterai digunakan sebagai catu daya untuk menyediakan sumber energi melalui breadboard power supply agar node dapat bekerja karena End device dan Coordinator terhubung secara nirkabel sehigga End device membutuhkan sumber energi sendiri. Sensor suhu LM35 digunakan sebagai sensor untuk mengambil data yang akan dikirim dan diteliti pada Coordinator. XBee pada End device berfungsi sebagai kontroler, memori, dan media komunikasi antar node. Selanjutnya Gambar 6 menjelaskan rancangan topologi dari sistem yang dibuat.
Gambar 6 Topologi Jaringan
Terdapat dua jenis alamat yang digunakan pada topologi ini yaitu PAN (Personal area network) ID yang mengidentifikasikan alamat dari satu jaringan. Setiap node yang dikonfigurasi pada jaringan harus memiliki PAN ID yang sama agar dapat terkoneksi dengan node yang lain dalam jaringan. Jaringan pada penelitian kali ini menggunakan PAN ID 2906. Selain PAN ID alamat yang digunakan adalah alamat fisik atau alamat MAC (Media Access Control) dari masing – masing node yang sudah tertanam pada tiap perangkat keras XBee dari pabrik pembuatan XBee. Panjang alamat MAC adalah 64 bit. Alamat MAC inilah yang menentukan identitas tiap node dengan alamat pada masing – masing node dijelaskan pada Tabel 1.
Tabel 1 Alamat MAC Tiap Node
NODE ALAMAT
Coordinator
|
0013A20040CAAAD3
|
End device (Ruangan 1)
|
0013A20040D6AB9A
|
End device (Ruangan 2)
|
0013A20040D6AC09
|
Pada coordinator node data – data dalam jaringan akan dikomputasi oleh Arduino Uno. Suhu pada tiap ruangan akan ditampilkan oleh modul LCD yang telah diprogram oleh Arduino. Data suhu ruangan satu akan ditampilkan dengan variabel R1 dan data ruangan dua akan ditampilkan oleh variabel R2 pada LCD. Besaran suhu yang dipakai adalah celcius (ºC).
Berdasarkan skema desain jaringan yang sudah dijelaskan sebelumnya, maka selanjutnya dijelaskan tentang alur kerja dari sistem pemantau suhu ruangan yang dibuat. Alur kerja sistem dijelaskan pada flowchart yang digambarkan oleh Gambar 7.
Gambar 7 Flowchart Alur Kerja Sistem
Pemrograman C berbasis Arduino terbagi menjadi dua bagian yaitu setup dan loop. Pada bagian setup setiap variabel diinisialisasikan nilainya. Kemudian program memeriksa status RTC dan SD card. Jika RTC dan SD card tidak ditemukan, program tetap bisa berjalan hanya saja data yang diperoleh tidak akan tersimpan dalam datalog.
Pada bagian loop adalah bagian dimana setiap proses menangkap data / capturing berlangsung.Coordinator node akan menunggu inputan dari End device dan kemudian memproses data tersebut. Pengiriman data dari End Device ke Coordinator dilakukan tiap detik agar dapat dipastikan bahwa sistem berjalan secara real time. Data tetap dikirim tiap detik meskipun suhu berada pada range normal dikarenakan sama halnya seperti keterangan waktu, suhu merupakan faktor yang perlu untuk diketahui saat nilai berada pada range normal ataupun nilai berada diluar range yang ditentukan. Hanya saja sistem akan memberikan trigger ketika suhu berada diluar range normal. Coordinator akan membandingkan alamat dari pengirim dengan alamat yang telah ditentukan saat inisialisasi awal sebagai alamat node End device pada ruangan satu atau alamat node End device pada ruangan dua. Setelah melakukan sensing, program akan memeriksa apakah suhu berada dalam range normal atau tidak yaitu diantara 20 – 25 º C. Jika suhu berada pada range normal, maka program akan langsung menampilkan nilai suhu di LCD dan menyimpan data suhu pada SD card. Jika suhu kurang dari sama dengan 20 ºC, maka lampu LED akan mati yang menandakan suhu ruangan terlalu dingin dan AC harus dalam keadaan OFF. Jika suhu lebih dari sama dengan 25 ºC, maka sebaliknya LED akan menyala yang menandakan suhu ruangan terlalu panas dan AC harus dalam keadaan ON agar suhu kembali pada range normal. Pada inisialisasi awal lampu LED dalam keadaan nyala sampai suhu ruangan kurang dari sama dengan 20 ºC.
Setiap pemrosesan data yang berlangsung akan disimpan pada memori SD card yang telah diinisialisasi di awal program jika sistem mengindikasi ketersediaan SD card. Data disimpan sesuai dengan timestamp yang diatur oleh Real Time Clock (RTC). Tahap pemrosesan data berlangsung selama setiap node masih mendapatkan sumber energi. Pada end device, sumber energi yang dipakai yaitu baterai 9V sehingga menghemat energi yang dikeluarkan. Jika sumber energi pada end device habis, sistem tidak akan terganggu. Hanya ruangan dimana node tersebut berada tidak bisa mengirim data suhu ruangan tersebut tetapi ruangan yang lain masih bisa beroperasi dengan baik.
Pada node coordinator tidak bisa mengandalkan baterai sebagai sumber energi dikarenakan node coordinator adalah pusat dari sistem yang berlangsung. Seluruh sistem akan mati dan tidak berfungsi apabila coordinator node kehabisan energi. Oleh karena itu coordinator node dengan mikrokontroler Arduino Uno membutuhkan sumber energi dengan aliran listrik yang konstan sehingga sistem dapat terus berjalan dengan baik.
D. Hasil dan Pembahasan
Berdasarkan perancangan yang telah dibuat pada fase design, penelitian dilanjutkan dengan fase implement. Hal pertama yang harus dilakukan pada tahap ini adalah mengatur peran dari setiap node baik Coordinator maupun End device menggunakan software X-CTU. Pada coordinator kita memilih function set dengan ZigBee coordinator API dan memasukan nilai PAN ID yaitu 2906. Hal yang sama dilakukan pada tiap end device yaitu memasukan nilai PAN ID dengan 2906. Namun untuk function set yang dipilih adalah ZigBee end device API. Pada end device juga diatur pin mana yang akan menerima data sensing serta interval waktu tiap berapa lama data sensing akan dikirim ke coordinator. Pin yang akan memproses data sensing adalah pin 0 menggunakan mode ADC dengan interval waktu setiap 1 detik.
Setelah melakukan pengaturan peran pada masing – masing node. XBee dipasang pada tempatnya serta Coordinator dan End device dirangkai sesuai dengan kerangka dasar yang telah dibuat pada Gambar 4 dan Gambar 5. Rangkaian Coordinator dan End device ditunjukan oleh Gambar 8 dan Gambar 9.
Gambar 8 Rangkaian Coordinator Node Gambar 9 Rangkaian End device Node
Setelah semua hardware dipersiapkan, selanjutnya adalah proses pembuatan kode program yang akan ditanam pada Arduino Uno sebagai Coordinator node. Program dibuat dengan menggunakan Arduino IDE. Program dibuat sesuai dengan alur kerja sistem yang digambarkan oleh flowchart pada Gambar 7. Untuk setiap pemrosesan data sensor, data yang dikirim oleh End device menggunakan format API frame dengan tipe I/O data sample RX indicator.
Kode Program 1 Cek RTC dan SD Card
void setup() {
delay(5000);
pinMode(LED1,OUTPUT);
pinMode(LED2,OUTPUT);
digitalWrite(LED1, HIGH);
digitalWrite(LED2, HIGH);
Serial.begin(9600);
Wire.begin();
RTC.begin();
lcd.begin(16,2);
if (!RTC.isrunning()) {
Serial.println("RTC is NOT running!");
}
pinMode(10,OUTPUT);
digitalWrite(10,HIGH);
Serial.println("Initializing SD card...");
if (!SD.begin(4)) {
Serial.println("initialization failed!");
return;
}
Serial.println("initialization done.");
Bagian setup adalah bagian yang hanya akan diproses satu kali yaitu saat Arduino pertama kali dinyalakan. Pada bagian ini proses – proses dimulai serta pengecekan RTC dan SD Card. Jika RTC dan SD Card tidak ditemukan program hanya akan memberikan pemberitahuan pada serial monitor namun tidak akan menghentikan jalannya program karena sistem tetap data bekerja hanya saja tidak dapat membuat datalog.
Kode Program 2 Menangkap Data Sensor dan Mengidentifikasi Alamat Pengirim
void loop() {
alamatNode="";
if (Serial.available() >= 21) {
/ look for the start byte if (Serial.read() == 0x7E) {
for (int i = 1; i<4; i++) {
\\\\\
byte discard = Serial.read();
}
for (int i = 4; i<12; i++) {
address = Serial.read();
if (address==0) {
addressByte = "00";
} else if(address<10) {
addressByte = "0"+String(address, HEX); } else {
addressByte = String(address, HEX); addressByte.toUpperCase();
}
alamatNode = alamatNode + addressByte;
}
Setelah selesai pada bagian setup selanjutnya adalah bagian loop. Loop adalah bagian yang akan dieksekusi terus menerus selama Arduino masih mendeteksi ketersediaan energi listrik. Pada tahap inilah data sensor akan diproses. Dimulai dengan pengecekan panjang data yang ditransmisikan oleh End device. Data yang ditransmisikan merupakan API frame dengan jenis ZigBee I/O data sample RX indicator. Panjang API frame ini adalah 21 byte dengan delimiter atau kode yang menunjukan identitas API frame adalah 7E. Jika terdapat data dengan panjang 21 byte dengan start delimiter 0x7E, maka data itu merupakan data sensor. Ketika diidentifikasi sebuah data sensor, maka yang harus diketahui pertama kali adalah alamat pengirim. Pada API frame ZigBee IO data sample RX indicator, alamat pengirim terdapat pada byte ke 4 sampai 11. Oleh karena itu byte yang tidak terpakai yaitu byte 1 sampai 3 harus dibuang dulu agar bisa dilakukan pemrosesan lanjut pada byte 4 sampai 11 untuk menemukan alamat pengirim.
Kode Program 3 Membaca nilai suhu pada data yang diterima dari end device
for (int i = 12; i<19; i++) {
byte discard = Serial.read();
}
int analogHigh = Serial.read();
Serial.println(analogHigh);
int analogLow = Serial.read();
Serial.println(analogLow);
int analogValue = analogLow + (analogHigh * 256);
Pada tahap selanjutnya program mengambil nilai data sensing yang ada pada byte ke 19 dan 20. Data tersebut yang kemudian dikalkulasi dengan untuk mendapatkan data suhu ruangan. Suhu ruangan kemudian ditampilkan oleh LCD dan ditulis pada datalog. Jika nilai suhu ruangan kurang dari sama dengan 20, maka program mengirim trigger untuk mematikan lampu LED sesuai dengan ruangan yang mempunyai nilai tersebut. Tetapi jika nilai suhu lebih dari sama dengan 25, maka program akan menyalakan LED tersebut.
Setelah pembuatan hardware dan software selesai, kemudian sistem dapat dirangkai dan dioperasikan. Baterai 9V dihubungkan pada End device dan Coordinator dihubungkan dengan komputer atau laptop menggunakan kabel USB AM to BM untuk memulai kerja sistem.
Setelah kode program disusun dan masing – masing node dirangkai, penelitian dilanjutkan dengan tahap operate yaitu pengujian sistem. Pengujian yang dilakukan pada penelitian kali ini adalah pengujian ketepatan suhu. Pengujian dilakukan selama satu hari kerja yaitu dari pukul 08.00 pagi sampai pukul 20.00 malam. Pengujian dilakukan pada ruangan kelas dimana biasanya mahasiswa melakukam kegiatan belajar mengajar. Terdapat dua node End device yang akan diuji yaitu node pertama diletakkan pada ruangan yang dipakai khusus untuk penelitian sehingga ruangan diatur dengan nilai suhu 16 ºC serta ruangan dikosongkan selama waktu penelitian. Ruangan kedua merupakan ruangan kelas aktif atau ruangan kelas yang dipakai untuk kegiatan belajar mahasiswa dan nilai suhu dari AC pada ruangan kedua random sesuai kebutuhan pemakai ruangan kelas tersebut.
Metode pengambilan data yang dipakai pada penelitian ini adalah penelitian kuantitatif dengan menggunakan range waktu pengecekan suhu adalah setiap dua jam mulai dari pukul 08.00 sampai 20.00. Setelah dilakukan pengujian dan pengambilan data, nilai dari data tersebut terekam pada Tabel 2.
Tabel 2 Hasil Pengujian Suhu
Data Waktu R1 R2 LED LED
(ºC) (ºC) 1 2
1 08.00 - 10.00 23.91 24.49 ONON
2 10.00 - 12.00 20.16 24.38 ONON
3 12.00 - 14.00 19.69 24.49 OFFON
4 14.00 - 16.00 21.33 23.67 OFFON
5 16.00 - 18.00 22.55 24.49 OFFON
6 18.00 - 20.00 23.79 24.96 OFFON
Berdasarkan hasil pengujian yang ditunjukan oleh Tabel 2, maka dapat disimpulkan bahwa sistem dapat bekerja dengan baik sesuai dengan perubahan suhu yang terjadi. Ruangan satu yaitu ruangan yang kosong selama pengujian dengan kondisi AC menyala menunjukkan perbedaan yang cukup signifikan sedangkan pada ruangan dua, suhu terlihat lebih stabil dikarenakan pada ruangan dua dilakukan kegiatan belajar mengajar seperti biasanya. Pada pengujian ini juga simulasi dilakukan untuk uji coba fungsi controlling dari sistem yang telah dibuat. Simulasi controlling pada pengujian ini diwakilkan oleh LED dan AC dimatikan atau dinyalakan secara manual berdasarkan nyala dari lampu LED tersebut. Terlihat pada pukul 12.00 – 14.00 suhu pada ruangan satu mencapai < 20 ºC sehingga lampu LED ruangan satu mati secara otomatis dan AC pada ruangan satu pun dimatikan secara manual. Setelah itu suhu kembali normal pada range yang telah ditentukan. Hasil penelitian suhu pun disimpan dalam datalog agar dapat diteliti lebih lanjut. Datalog ditunjukan oleh Gambar 13.
Gambar 13 Datalog Pengujian Sistem
Kesimpulan
Berdasarkan hasil penelitian dan pengujian yang telah dilakukan, maka dapat diambil kesimpulan bahwa Wireless Sensor Network dapat bekerja secara efektif dalam membangun sistem pemantau suhu ruangan secara terpusat dimana suhu tiap ruangan dapat dilihat pada titik pusat yang ditentukan. Sistem dapat menjaga nilai suhu pada range yang ditentukan dengan memanfaatkan air conditioner sebagai pengontrol suhu ruangan. Sensor suhu yang digunakan yaitu sensor LM35 juga bekerja dengan baik menggunakan rumus yang telah ditentukan sehingga keluaran dari sistem sesuai dengan nilai suhu yang sebenarnya.
Data yang terekam pada sistem disimpan dalam sebuah memori SD card sehingga dapat dilihat kapanpun untuk diteliti. Pengembangan yang dapat dilakukan untuk penelitian lebih lanjut adalah dengan menambahkan fungsi routing dengan topologi yang berbeda sehingga dapat memperluas jangkauan area dari sistem. End device dibuat dengan menggunakan fitur sleep mode agar daya yang digunakan pada baterai lebih sedikit sehingga menambah masa hidup dari sebuah End device. Untuk sensor suhu dapat menggunakan sensor dengan kalibrasi yang lebih tinggi sehingga menghasilkan nilai yng lebih akurat. Keluaran dari sistem dapat dilihat melalui jaringan internet sehingga dapat menjadi dasar dari pengembangan Internet of Things (IOT).
Daftar Pustaka
Tri Utomo, Ambar, Syahputra, Ramadan, Iswanto, 2011, Implementasi Mikrokontroler Sebagai Pengukur Suhu Delapan Ruangan, Jurnal Teknologi, Universitas Muhammadiyah Yogyakarta 4 : 2 (153-159)
Firnandes, Toni., Risandriya, S. K., Kamarudin., 2013, Aplikasi Wireless Sensor Network (WSN) Berbasis Radio Frequency (RF) dan Sms Alert GSM, Jurnal Integrasi, Politeknik Negeri Batam 5 : 1, ISSN: 2085-3858
Imanningsih, Nelis, 2013, Pengaruh Suhu Ruang Penyimpanan Terhadap Kualitas Susu Bubuk, AGROINTEK 7 : 1, http://pertanian.trunojoyo .ac.id/wp-content/uploads/2013/11/JURNAL-1.pdf/. Diakses tanggal 18 Agustus 2015.
Halim, E. K., Yuhana, U. L., Shiddiqi, A. M., 2011, Rancang Bangun Aplikasi Pemantauan Suhu Ruang Server Menggunakan Pengendali Mikro Sensor Suhu, http://digilib.its.ac.id/public/ITS-Undergraduate-15328-paper-pdf.pdf/. Diakses tanggal 18 Agustus 2015.
Kurniawan, Eka, 2013 , Suhu Ideal untuk Ruangan Server TI, http://www.ekurniawan.net/it-articles/miscellaneous/150-suhu-ideal-untuk-ruangan-server-ti.html. Diakses tanggal 18 agustus 2015.
Priadana, N. M., Soebroto A. A., Setyawan, G. E., 2014, Desain dan Implementasi Wireless Sensor Network Untuk Smart Home Berbasis SMS Gateway. Jurnal Mahasiswa PTIIK UB, 3 : 1
Mohd Isa, A. A., 2013 Smart Home Using Wireless Sensor Network and Android Powered Devices, http://portal.fke.utm.my/fkelibrary/files/ azfaraizatbinmohdisa/2013/497_AZFARAIZATBINMOHDISA2013.pdf/.
Diakses tanggal 18 Agustus 2015.
Sugiarto, Bambang, 2010, Perancangan Sistem Pengendalian Suhu pada Gedung Bertingkat dengan Teknologi Wireless Sensor Network, Jurnal Ilmiah Teknik Mesin CakraM Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia (LIPI) 4 : 1 (62-68)
Vikri, A. I., Akbar, S. R., Pramukantoro, E. S., 2013, Komunikasi Pengiriman Data Dengan Protokol ZigBee Menggunakan Mekanisme Internet Checksum Untuk Mengubah Parameter Modul Arduino, http://filkom.ub.ac.id/doro/download/article/file/DR00037201406. Diakses tanggal 26 November 2015.
Kristianto, Eko, 2013, Monitoring Suhu Jarak Jauh Generator AC Berbasis Mikrokontroler, http://eprints.uny.ac.id/10162/1/ARTIKEL.pdf/. Diakses tanggal 18 Agustus 2015.
Candra, Robby, 2008, Alat Pemantau Suhu Ruangan Melalui Web Berbasiskan Mikrokontroler At89s51. Proceeding, Seminar Ilmiah Nasional Komputer dan Sistem Intelijen (KOMMIT 2008) ISSN : 1411-6286
Cisco, 2005, Creating Business Value and Operational Excellence with the Cisco Systems Lifecycle Service Approach.
