Rancang Bangun Komunikasi Data Wireless Mikrokontroler Menggunakan Modul XBee ZigBee (IEEE 802.15.4)

i

RANCANG BANGUN KOMUNIKASI DATA WIRELESS
MIKROKONTROLER MENGGUNAKAN MODUL XBEE
ZIGBEE (IEEE 802.15.4)

KHAMDAN AMIN BISYRI

DEPARTEMEN ILMU KOMPUTER

DEPARTEMEN ILMU KOMPUTER
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2012

i

RANCANG BANGUN KOMUNIKASI DATA WIRELESS
MIKROKONTROLER MENGGUNAKAN MODUL XBEE
ZIGBEE (IEEE 802.15.4)

KHAMDAN AMIN BISYRI

Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Komputer pada
Departemen Ilmu Komputer

DEPARTEMEN ILMU KOMPUTER
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2012

i

ABSTRACT
KHAMDAN AMIN BISYRI. Microcontroller Wireless Data Communication Using XBee ZigBee
(IEEE 802.15.4) Module. Supervised by SRI WAHJUNI and SATYANTO K. SAPTOMO
This research implement microcontroller wireless data communication on automatic irrigation.

Microcontroller unit (MCU) is used to read soil moisture level by using Soil Moisture sensor. Sensor
values need to be sent to main controller (server computer) for monitoring. Past research (Nugroho
2011) has implemented serial cable for communication between field controller and main controller,
but it will be inefficient for field application because serial cable implementation would be difficult if
the field is far from the computer. Therefore, wireless data communication needed. XBee was choosen
because compared to other wireless devices (Bluetooth, GSM, and WiFi), XBee has the lowest power
consumption, lowest cost and the most suitable for monitoring and controlling. XBee performance is
tested using the number of data packet loss. From the test result, the best distance to place the field
controller is obtained, which is less than 20 meters from the main controller. For a better performance
in decreasing the data packet loss incurred by the longer distance, it is advised to use the newer XBee
series.
Keyword: XBee API, Wireless Microcontroller, Automatic Irrigation

i

: Rancang Bangun Komunikasi Data Wireless Mikrokontroler Menggunakan Modul
XBee ZigBee (IEEE 802.15.4)
: Khamdan Amin Bisyri
: G64070080

Judul Skripsi
Nama
NRP

Menyetujui:
Pembimbing I

Pembimbing II

Ir. Sri Wahjuni, M.T
NIP. 19680501 200501 2 001

Dr. Satyanto K. Saptomo, S.TP, M.Si
NIP. 19730411 200501 1 002

Mengetahui:
Ketua Departemen

Dr. Ir. Agus Buono, M.Si, M.Kom
NIP. 19660702 199302 1 001

Tanggal lulus:

i

KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu wa-ta'ala karena hanya dengan berkat,
rahmat, dan karunia-Nya penelitian ini dapat diselesaikan dengan baik. Selawat serta salam penulis
sampaikan kepada junjungan Nabi Muhammad shallallahu’alayhi wasallam, juga kepada
keluarganya, sahabatnya, dan para pengikutnya. Penyelesaian penelitian ini juga tidak lepas dari
bantuan berbagai pihak, untuk itu penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:
1 Kedua orang tua penulis, Bapak Abu Tamami dan Ibu Mei Ningsih, terima kasih atas doa, kasih
sayang, dukungan, motivasi, pengertian, pengorbanan, dan nasihat yang selalu mengiringi
perjalanan penulis.
2 Ibu Ir. Sri Wahjuni, M.T selaku dosen pembimbing I, terima kasih akan kesabaran, ilmu, waktu,
motivasi, dan nasihat yang diberikan selama penyelesaian penelitian ini.
3 Bapak Satyanto K. Saptomo, S.TP, M.Si selaku dosen pembimbing II, terima kasih atas segala
ilmu, saran, dan bantuan yang diberikan selama penyelesaian penelitian ini.
4 Bapak Hendra Rahmawan, S.Kom, M.T selaku dosen penguji, terima kasih atas segala ilmu, kritik,
dan saran yang diberikan.

5 Kakak penulis, Zulia Ahmad Burhani, terima kasih atas dukungan yang telah diberikan, juga
kepada adik penulis, Isti Qomah dan Nur Hayati dengan mengingatnya turut memberikan motivasi
dan semangat kepada penulis.
6 Segenap dosen dan staf pendukung Departemen Ilmu Komputer yang telah membantu penulis
dalam berbagai kesempatan.
7 Teman-teman satu bimbingan, Rochiyat, Zola, Catur, Rendy dan Sulma, terima kasih atas bantuan,
dukungan, ilmu, serta motivasi yang selalu diberikan.
8 Ayi Imaduddin, Inne Larasati, dan seluruh Ilkom 44 yang tak bisa disebutkan satu per satu, terima
kasih atas semangat dan kebersamaannya.
9 Semua pihak yang telah memberikan doa, semangat, dan bantuan selama penyelesaian penelitian.
Penulis menyadari bahwa penelitian ini masih terdapat kekurangan. Penulis berharap semoga hasil
penelitian ini dapat memberikan manfaat.

Bogor, September 2012

Khamdan Amin Bisyri

i

RIWAYAT HIDUP

Penulis dilahirkan di Kelurahan Kebasen, Kabupaten Banyumas pada tanggal 8 Juli 1989. Penulis
merupakan anak kedua Bapak Abu Tamami dan Ibu Mei Ningsih dari empat bersaudara. Penulis
menempuh pendidikan formal di SMA Negeri 1 Lubuk Dalam (2007). Penulis lulus seleksi masuk
Institut Pertanian Bogor (IPB) pada tahun 2007 melalui jalur Beasiswa Utusan Daerah
(BUD) Kabupaten Siak dengan Program Studi Ilmu Komputer Fakultas Matematika dan Ilmu
Pengetahuan Alam (FMIPA). Selama aktif sebagai mahasiswa, penulis menjadi salah satu pengurus
Himpunan Mahasiswa Ilmu Komputer (Himalkom) pada tahun 2009 di Komunitas VB.net.

v

DAFTAR ISI
Halaman

DAFTAR TABEL............................................................................................................... vi
DAFTAR GAMBAR .......................................................................................................... vi
DAFTAR LAMPIRAN ...................................................................................................... vii
PENDAHULUAN ............................................................................................................... 1
Latar Belakang ............................................................................................................. 1
Tujuan .......................................................................................................................... 1
Ruang Lingkup ............................................................................................................. 1

Manfaat Penelitian ........................................................................................................ 1
TINJAUAN PUSTAKA....................................................................................................... 1
Arduino ........................................................................................................................ 1
Arduino UNO ATmega328........................................................................................... 1
Arduino-0023 ............................................................................................................... 2
ZigBee ......................................................................................................................... 2
XBee ............................................................................................................................ 3
X-CTU ......................................................................................................................... 5
Sensor Soil Moisture (SKU:SEN0114) ......................................................................... 5
Topologi Star................................................................................................................ 6
METODE PENELITIAN ..................................................................................................... 6
Analisis ........................................................................................................................ 6
Perancangan Arsitektur ................................................................................................. 7
Perancangan Komunikasi Data ..................................................................................... 8
Perancangan Antarmuka Main Controller ..................................................................... 9
Pembangunan Model Irigasi ....................................................................................... 10
Implementasi .............................................................................................................. 10
Pengujian dan Pengambilan Data ................................................................................ 10
HASIL DAN PEMBAHASAN .......................................................................................... 10
Antarmuka Main Controller ....................................................................................... 10

Pengambilan Data....................................................................................................... 11
Sistem Kontrol ........................................................................................................... 12
Komunikasi XBee ...................................................................................................... 12
KESIMPULAN DAN SARAN .......................................................................................... 14
Kesimpulan ................................................................................................................ 14
Saran .......................................................................................................................... 14
DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................................ 14
LAMPIRAN ...................................................................................................................... 16

v

DAFTAR TABEL
Halaman

1 Perbandingan standard wireless ........................................................................................ 2
2 Tabel pengujian packet loss............................................................................................ 10
3 Pengujian packet loss ..................................................................................................... 13

DAFTAR GAMBAR
Halaman

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19

20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36

Skema Arduino UNO ATmega328 ................................................................................. 2
Antarmuka Arduino-0023............................................................................................... 2

ZigBee protocol stack .................................................................................................... 3
Modul XBee................................................................................................................... 3
Diagram data flow internal. ............................................................................................ 4
Sistem data flow diagram pada lingkungan UART. ........................................................ 4
API frame XBee. ............................................................................................................ 4
Paket TX 16 bit address ................................................................................................. 4
Paket RX 16 bit address ................................................................................................. 5
Antarmuka X-CTU......................................................................................................... 5
Sensor Soil Moisture. ..................................................................................................... 6
Metode penelitian. .......................................................................................................... 6
Rancangan arsitektur. ..................................................................................................... 7
XBee Shield. .................................................................................................................. 7
XBee USB adapter. ....................................................................................................... 7
Blok diagram rancang bangun sistem menggunakan Soil Moisture................................. 7
Flow chart rancang bangun sistem field controller.......................................................... 7
Flow chart rancang bangun control dengan sensor soil moisture. .................................... 8
Flow chart pembacaan paket XBee. ............................................................................... 8
RF Data pada API frame TX field controller. ................................................................ 8
RF Data pada API frame TX main controller................................................................. 9
Parameter Setting RF Data API frame TX main controller untuk bit penanda 1. ............. 9
Parameter Setting RF Data API frame TX main controller untuk bit penanda 2. ............. 9
Parameter Setting RF Data API frame TX main controller untuk bit penanda 3. ............. 9
Layout antarmuka. .......................................................................................................... 9
Pembangunan model. ................................................................................................... 10
Antarmuka main controller. ......................................................................................... 11
Bagian monitoring pada antarmuka. ............................................................................. 11
Antarmuka manajemen XBee device. ........................................................................... 11
Grafik hasil pembacaan sensor. .................................................................................... 11
Konfigurasi sensor Soil Moisture pada Arduino. ........................................................... 12
Konfigurasi sistem kontrol. .......................................................................................... 12
Log field controller. ..................................................................................................... 12
Log main controller...................................................................................................... 13
Lokasi pengambilan data. ............................................................................................. 13
Prosentase packet loss pada beberapa jarak. .................................................................. 13

vi

DAFTAR LAMPIRAN
Halaman

1 Blok diagram arsitektur AVR. ........................................................................................ 17
2 Gambar dimensi XBee dan XBee Pro ............................................................................. 17
3 Kode program MCU Arduino field controller. ................................................................ 18

vii

1

PENDAHULUAN
Latar Belakang
Irigasi
merupakan
penambahan
kekurangan kadar air tanah secara buatan yakni
dengan memberikan air secara teratur pada
tanah yang diolah. Irigasi mempunyai ruang
lingkup dari pengembangan sumber air,
penyediaannya, penyaluran air dari sumber ke
daerah pertanian, pembagian dan penjatahan
pada areal. Pemberian air irigasi dapat
dilakukan
dalam
lima
cara:
dengan
penggenangan, menggunakan jalur, di bawah
permukaan tanah, penyiraman (sprinkle), dan
sistem tetesan (trickle) (Hansen et al. 1986).
Pada penelitian Nugroho (2011) dilakukan
akuisisi data pada sistem irigasi otomatis
menggunakan Arduino Duemilanove. Proses
akuisisi data menggunakan sensor Floatswitch
dan Thermocouple. Sensor ini membaca
lingkungan sekitar kemudian mengubahnya ke
dalam bentuk digital melalui Analog Digital
Converter (ADC). Setelah pengkonversian ini
selesai, data ditulis ke dalam media
penyimpanan SD card melalui modul SD card.
Dalam rancang bangun ini, komunikasi data
antara controller dan komputer masih
menggunakan kabel serial. Penggunaan kabel
serial
dalam
berkomunikasi
memiliki
kekurangan seperti instalasi yang sulit dan
kurang efisien apabila diterapkan pada sistem
irigasi.
Penelitian kali ini menggunakan Micro
Controller Unit (MCU) Arduino UNO dengan
basis ATmega328. MCU Arduino UNO
merupakan penyempurna MCU Arduino
Duemilanove dengan koneksi USB yang lebih
baru. Pada MCU Duemilanove, tipe interface
USB yang digunakan ialah Future Technology
Devices International (FTDI) chip FT232RL
yang menggunakan driver untuk mengubah RS232 atau TTL transmisi serial menjadi sinyal
USB (FTDI 2011). MCU Arduino UNO
menggunakan tipe interface USB chip
atmega8u2. Kelebihan tipe interface USB ini
adalah tidak memerlukan driver untuk sistem
operasi Mac dan Windows versi terbaru, seperti
layaknya interface USB mouse dan keyboard.
Data hasil pembacaan sensor di controller
lapangan dikirim ke komputer server melalui
komunikasi wireless XBee Arduino yang
mengimplementasikan protokol ZigBee.
Tujuan
Membangun komunikasi data secara
wireless menggunakan protokol ZigBee atau
IEEE 802.15.4 dari controller di lapangan (field

controller)
controller).

ke

komputer

server

(main

Ruang Lingkup
Penelitian
ini
difokuskan
pada
pemrograman untuk komunikasi data antara
MCU Arduino UNO di lapangan (field
controller) dan komputer server menggunakan
protokol ZigBee atau IEEE 802.15.4 yang
diimplementasikan pada modul XBee Series 1.
Manfaat Penelitian
Manfaat dari penelitian ini adalah
penggunaan protokol ZigBee atau IEEE
802.15.4 untuk komunikasi wireless dengan
biaya yang murah sebagai alternatif dari
Wireless Sensor Network (WSN). Protokol ini
diimplementasikan pada modul XBee.

TINJAUAN PUSTAKA
Arduino
Arduino merupakan rangkaian elektronik
yang bersifat open source platform prototyping
yang berbasis fleksibilitas serta memiliki
perangkat keras dan perangkat lunak yang
mudah untuk digunakan. Arduino dapat
mengenali lingkungan dengan menerima input
dari sensor, dapat mengatur mengatur lampu,
motor, dan aktuator lainnya (Arduino 2011).
Arduino UNO ATmega328
Arduino
UNO
dengan
dasar
mikrokontroler ATmega328 adalah MCU yang
memiliki 14 input/output digital (6 di antaranya
dapat digunakan untuk output PWM), 6 input
analog, 16 MHz crystal oscilator, USB
connection, power jack, ICSP header, dan
tombol reset. Output PWM adalah output
analog pada pin digital Arduino yaitu pada pin
digital 3,5,6,9,10, dan 11. Skema dari Arduino
UNO tampak dari atas dapat dilihat pada
Gambar 1 dengan ciri sebagai berikut:
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11

Operating voltage 5V.
Rekomendasi input voltage 7-12V
Batas input voltage 6-20V.
Memiliki 14 buah input/output digital.
Memiliki 6 buah input analog.
DC Current setiap I/O Pin sebesar 40mA.
DC Current untuk 3.3V Pin sebesar
50mA.
Flash memory 32 KB.
SRAM sebesar 2 KB.
EEPROM sebesar 1 KB.
Clock Speed 16 MHz.

2

membutuhkan
AVR
Libc,
dilakukan
penambahan AVR Libc pada header kode
program.
ZigBee

Gambar 1 Skema Arduino UNO ATmega328
(Arduino 2011).
Arduino-0023
Arduino-0023 merupakan open-source
Arduino environment yang digunakan untuk
menuliskan kode program. Penulisan program
dilakukan pada Arduino-0023 di komputer
kemudian diunggah ke Arduino melalui kabel
USB. Antarmuka Arduino-0023 dapat dilihat
pada Gambar 2. Perangkat lunak Arduino-0023
memiliki dukungan untuk berberapa lingkungan
sistem operasi seperti Windows, Mac OS X,
dan Linux. Arduino environment ditulis dalam
bahasa pemrograman Java dengan didasarkan
pada processing, avr-gcc, dan program open
source lainnya. Bahasa pemrograman untuk
Arduino didasarkan pada bahasa pemrograman
C/C++ serta terhubung dengan AVR Libc
sehingga dapat menggunakan fungsi-fungsi
yang terdapat pada AVR Libc. AVR Libc berisi
fungsi yang digunakan untuk memanfaatkan
AVR, seperti pengaturan register.

Gambar 2 Antarmuka Arduino-0023 (Arduino
2011).
Pada Arduino-0023, penggunaan AVR
Libc dipermudah karena secara default library
pada Arduino-0023 sudah mencakup AVR Libc
tanpa harus tahu Libc mana yang yang
digunakan. Ketika dalam penulisan kode

ZigBee adalah protokol jaringan nirkabel
yang ditargetkan untuk otomasi dan aplikasi
remote control dengan teknologi data rate
rendah, konsumsi daya rendah, dan murah.
ZigBee diharapkan dapat memperkecil biaya
dan menjadi konektivitas berdaya rendah untuk
peralatan yang memerlukan baterai untuk hidup
selama beberapa bulan sampai beberapa tahun,
tetapi tidak memerlukan kecepatan transfer data
tinggi seperti Bluetooth. Selain itu, ZigBee
dapat diimplementasikan dalam jaringan mesh
yang lebih luas daripada yang mungkin
dijangkau dengan Bluetooth. Perangkat nirkabel
ZigBee diharapkan dapat digunakan untuk
mengirimkan data sejauh 10-75 meter,
tergantung pada lingkungan RF dan output
konsumsi daya yang diperlukan untuk diberikan
aplikasi. Perbandingan standar wireless dapat
dilihat pada Tabel 1 (Safaric & Malaric 2006).
Tabel 1 Perbandingan standard wireless
Standard

ZigBee
802.15.4

Bluetooth
802.15.1.4

Wi-Fi
802.11b

GSM/
GPRS

Aplikasi

monitoring
dan kontrol

pengganti
kabel

Resource
Daya tahan
baterai
(hari)
Node per
jaringan
Bandwidth
(kbps)
Jangkauan
(m)
Kelebihan

4kb-32kb
100-1000+

250kb+
1-7

web,
video,
e-mail
1Mb+
0,1-5

WAN,
voice/
data
16Mb+
1-7

256/65 k+

7

30

1000

20-250

720

11000+

64-128

1-75+

1-10+

1-100

1000+

handal,
hemat
daya,
murah

Murah

fleksibilitas,kecepatan

jangkauan,
kualitas

IEEE dan Aliansi ZigBee telah bekerja
sama untuk menentukan protocol stack
keseluruhan. IEEE 802.15.4 berfokus pada
spesifikasi dari dua lapisan bawah protokol
(lapisan fisik dan lapisan MAC). Di sisi lain,
ZigBee Alliance bertujuan memberikan lapisan
atas dari stack protokol (dari lapisan jaringan ke
lapisan aplikasi) untuk jaringan data yang
interoperable, menyediakan tes dukungan
interoperabilitas, pemasaran teknik, dan standar
terkini untuk evolusi standar. Hal ini akan
menjamin konsumen yang membeli produk dari
produsen berbeda yakin bahwa produk akan
dapat bekerja bersama (Ergen 2004). Ilustrasi
ZigBee protocol stack dapat dilihat pada
Gambar 3.

3

Smart Home dan Building Automation. Pada
penelitian ini, application berupa XBee Control.
1

2
3
4
5
Gambar 3 ZigBee protocol stack (Taehong et
al. 2007).
Dari Gambar 3, dapat dilihat setiap lapisan
pada protocol stack ZigBee memiliki fungsi
yang berbeda. Fungsi setiap lapisan antara lain:
a

Lapisan fisik (PHY)

Pada lapisan ini didefinisikan karakteristik
radio channel dan dukungan band 2.45GHz
dan 868/915MHz. Pada band 2.45GHz radio
band memiliki data rate 250Kbps dan
mendukung 16 channel. Band 868/915MHz
mendukung satu channel untuk 868MHz
dengan data rate 20Kbps dan 10 channel untuk
915MHz dengan data rate 40Kbps.
b

Lapisan MAC

Lapisan MAC bertanggung jawab untuk
single hop komunikasi data antar perangkat
yang bertetangga. Hal ini mensinkronisasi
jaringan, mendukung association/disassociation
dan MAC-level security, serta memberikan link
yang dapat diandalkan antara dua perangkat.
Lapisan MAC menggunakan mekanisme
Carrier Sense Multiple Access with Collision
Avoidance (CSMA/CA) untuk mengakses
channel, seperti wireless networks lainnya
seperti IEEE 802.11dan IEEE 802.15.3
c

Lapisan Application Framework

Lapisan
Application
framework
memberikan fungsi perintah sesuai vendor dan
penggunaan API.
e

7

XBee
XBee
merupakan
modul
yang
memungkinkan Arduino untuk berkomunikasi
secara wireless menggunakan protokol ZigBee.
ZigBee beroperasi pada spesifikasi IEEE
802.15.4 radio fisik dan beroperasi pada band
berlisensi termasuk 2.4 GHz, 900 MHz dan 868
MHz. Basis XBee berasal dari modul
MaxStream.
Modul
ini memungkinkan
komunikasi wireless dalam jangkauan hingga
30 meter (dalam ruangan) atau 100 meter (luar
ruangan). XBee dapat digunakan sebagai
pengganti kabel serial, dapat juga digunakan
sebagai mode perintah untuk suatu broadcast,
dan pilihan menghubungkan suatu jaringan.
Gambar modul XBee dapat dilihat pada Gambar
4 (Arduino 2011).

Lapisan Security

Pada lapisan MAC, network dan
application dapat diamankan dan berbagi kunci
keamanan untuk mengurangi storage yang
dibutuhkan.
Pada
lapisan
ini,
diimplementasikan
Advanced Encryption
Standard (AES).
d

6

Fitur protokol ZigBee antara lain:
Dukungan untuk beberapa topologi
jaringan seperti point-to-point, point-tomultipoint dan jaringan mesh.
Siklus rendah - menyediakan baterai yang
tahan lama.
Latency rendah.
Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS).
Dapat menangani 65000 node per
jaringan.
Enkripsi 128-bit AES untuk koneksi data
yang aman.
Menghindari collision, retries dan
acknowledgement (Digi 2011).

Lapisan Application/Profiles

Lapisan Application merupakan lapisan
yang berhubungan dengan end user, seperti

Gambar 4 Modul XBee.
Pada
dasarnya,
XBee
merupakan
komunikasi serial. Akan tetapi, apabila mode
API digunakan, dibutuhkan pemaketan data RF.
Untuk itu, data akan di-buffer terlebih dahulu
sebelum dikirim atau diterima. Flow data serial
menjadi paket RF. Pada XBee apabila ada data
input (DI), data akan masuk ke DI buffer.
Setelah itu, input data akan diteruskan ke RF
TX buffer, kemudian untuk mentransmisikan
input data, posisi RF switch menjadi
transmitter. Begitu juga sebaliknya, apabila ada
data yang diterima, posisi RF switch menjadi

4

receiver lalu data akan masuk RF RX buffer,
kemudian data diteruskan ke DO buffer lalu
menjadi data output (DO), kemudian DO
diteruskan dari XBee ke host. Diagram data
flow internal XBee dapat dilihat pada Gambar 5
(Digi 2008).

Gambar 5 Diagram data flow internal.
Modul RF interface XBee/XBee-PRO
OEM berhubungan dengan melalui logic-level
asynchronous serial port. Melalui serial port ini,
modul dapat berkomunikasi dengan logic dan
voltage kompatibel Universal Asynchronous
Receiver-Transmitter (UART) atau melalui
level translator ke semua serial device
contohnya pada RS-232 atau USB interface
board. UART atau Universal Asynchronous
Receiver-Transmitter adalah bagian perangkat
keras komputer yang menerjemahkan bit-bit
paralel data dan bit-bit serial. UART biasanya
berupa sirkuit terintegrasi yang digunakan
untuk komunikasi serial pada komputer atau
port serial perangkat peripheral. Device yang
memiliki interface UART dapat terhubung
langsung pada pin modul RF. Sistem data flow
diagram padaUART dapat dilihat pada Gambar
6 (Digi 2008).

Gambar 6 Sistem data flow diagram pada
lingkungan UART.
Pada mode operasi XBee Application
Programming Interface (API), data yang masuk
diurutkan pada frame sesuai dengan urutan yang
telah ditentukan. Data frame yang berurutan ini
akan membantu dalam proses membedakan
command, command response, dan status
pengiriman. API frame dapat dilihat pada
Gambar 7 (Digi 2008).

Gambar 7 API frame XBee.

1

2

3

Frame Delimiter: merupakan suatu bit
(0x7E) yang menjadi pemisah antara satu
frame dan frame yang lain.
Length: menyatakan bit informasi panjang
frame API. Frame length terdiri atas Most
Significant Bit (MSB) yang menyatakan
bit signifikan pada representasi biner
panjang frame, sedangkan
Least
Significant Bit (LSB) menyatakan bit
kurang signifikan pada representasi biner
panjang frame.
Frame data: frame yang berisikan data
utama dari API. Frame data pada
penelitian ini terdapat dua jenis yaitu
transmit (TX) dan receive (RX). Paket
transmit (TX) 16 bit address berisi:
API id
0x01

Byte 4

Frame
id
Byte 5

cmdData
Destination
Option
Address
MSB
LSB
Byte
Byte
Byte 8
6
7

RF Data

Byte 9-n

Gambar 8 Paket TX 16 bit address.
Keterangan Gambar 8:
a

b

API identifier
Berisi informasi jenis paket, 0x01
menandakan paket merupakan paket
TX.
cmdData
Pengidentifikasi struktur data spesifik
yang berisi:
 Frame ID
Mengidentifikasi UART data frame
kepada host untuk mengorelasikan
dengan subsekuen ACK. Setting
frame ID ke 0 akan meniadakan
respon frame.
 Destination address
Destination address berisi alamat
tujuan paket. Destination address
terdiri atas Most Significant Bit
(MSB) menyatakan bit signifikan
pada representasi biner alamat 16 bit
perangkat
tujuan
dan
Least
Significant Bit (LSB) menyatakan bit
kurang signifikan pada representasi
biner alamat 16 bit perangkat tujuan .
 Options (Byte 8)
Berisi pilihan untuk menyesuaikan
paket dengan kebutuhan. Pilihan
tersebut antara lain:
0x01: disable ack
0x04: mengirim paket dengan
broadcast PAN ID semua bit lain
harus set ke 0.
 RF data
Merupakan
data
utama
yang
dikirimkan (pada kali ini nilai sensor)

5

dengan ukuran data kurang dari 100
Bytes.
Paket receive (RX) 16 bit address berisi:
API id
0x81
Byte 4

Source
Address
Byte 5,6

RSSI
Byte 7

cmdData
Option
Byte 8

RF Data
Byte 9-n

Gambar 9 Paket RX 16 bit address.
Keterangan Gambar 9:
a

b

4

API identifier
Berisi informasi jenis paket, 0x81
menandakan paket merupakan paket
RX.
cmdData’
Pengidentifikasi struktur data spesifik
yang berisi:
 Source address
Source address berisi alamat sumber
paket. Source address terdiri atas
Most
Significant
Bit
(MSB)
menyatakan bit signifikan pada
representasi biner alamat 16 bit
perangkat
sumber
dan
Least
Significant Bit (LSB) menyatakan bit
kurang signifikan pada representasi
biner alamat 16 bit perangkat
sumber .
 RSSI
Received Signal Strength Indicator
(-dBm) menyatakan kekuatan sinyal.
 Options (Byte 8)
Berisi pilihan untuk menyesuaikan
paket dengan kebutuhan, pilihan
tersebut antara lain:
Bit 0 reserved
Bit 1: address broadcast
Bit 2: PAN Broadcast
Bit 3-7: reserved
 RF Data
Merupakan data utama yang diterima
(pada kali ini nilai sensor) dengan
ukuran data kurang dari 100 Bytes.

Checksum: Untuk menguji integritas API
frame.

X-CTU
X-CTU merupakan perangkat lunak yang
digunakan untuk mengonfigurasi dan menguji
radio modem MaxStream. Pemberian alamat
pada XBee dilakukan melalui X-CTU. X-CTU
juga dapat mengkonfigurasi XBee menjadi
coordinator ataupun menjadi end device. Selain
itu, pengaturan retries pada XBee juga dapat
dilakukan. X-CTU mendukung XBee Series 1
maupun XBee Pro. Antarmuka X-CTU dapat
dilihat pada Gambar 10.

Gambar 10 Antarmuka X-CTU.
Fitur dari X-CTU (Digi 2012) antara lain:
1
2
3
4
5

6
7
8
9
10
11
12

13

Dukungan
untuk
semua
produk
MaxStream.
Terintegrasi dengan jendela terminal.
Mudah
menggunakan
tes
kisaran
loopback.
Menampilkan Received Signal Strength
Indictator (RSSI).
Upgrade firmware modul RF di lapangan
pada semua modul XCite dan XStream
modul versi 4.29 dan yang lebih tinggi.
Menampilkan kedua karakter ASCII dan
heksadesimal pada jendela terminal.
Tulis paket tes baik dalam ASCII atau
heksadesimal untuk transmisi pada
antarmuka terminal.
Menyimpan dan mengambil konfigurasi
modul yang umum digunakan (profil).
Secara otomatis mendeteksi jenis modul.
Pengaturan parameter ke default pabrik.
Tampilan membantu tentang parameter
radio.
Program radio profil dalam lingkungan
produksi dengan menggunakan antarmuka
baris perintah.
Mengintegrasikan dengan Labview dan
produksi perangkat lunak uji lain melalui
antarmuka baris perintah.

Sensor Soil Moisture (SKU:SEN0114)
Sensor Soil Moisture merupakan sensor
yang dapat mengukur kelembaban tanah di
sekitar sensor dengan mengambil nilai resistansi.

6

Sensor ini memiliki dua probes untuk
mengalirkan arus listrik melalui tanah,
kemudian membaca nilai arus listrik sebagai
nilai kelembaban tanah. Semakin banyak
kandungan air, arus listrik akan lebih mudah
dihantarkan (resistansi kecil) sehingga nilai
kelembaban tanah semakin besar. Sebaliknya
jika tanah mengandung sedikit air (kering)
maka arus listrik akan susah dihantarkan
sehingga resistansi
besar
maka nilai
kelembaban tanah menjadi kecil. Sensor Soil
Moisture dapat dilihat pada Gambar 11
(DFRobot 2012).

Analisis

Perancangan Arsitektur

Perancangan Komunikasi
Data

Pembangunan Model Irigasi

Implementasi Sistem

Pengujian dan Pengambilan
Data
Gambar 12 Metode penelitian.

Gambar 11 Sensor Soil Moisture.
Topologi Star
Topologi star merupakan topologi jaringan
yang sederhana dengan konfigurasi jaringan
berbentuk seperti bintang. Dalam topologi star,
komunikasi terjadi antara end device dan satu
pusat kontrol yang disebut Personal Area
Network (PAN) coordinator. PAN coordinator
pada penelitian ini berupa XBee coordinator.
Contoh penerapan topologi ini pada beberapa
aplikasi di antaranya Home Automation dan
Personal Computer (PC) Peripherals. Setelah
XBee coordinator diaktifkan, XBee ini dapat
membangun jaringannya sendiri dan menjadi
PAN coordinator. Setiap jaringan memiliki
PAN identifier yang berbeda-beda agar setiap
jaringan beroperasi secara independen (Ergen
2004).

METODE PENELITIAN
Penelitian ini dibagi ke dalam beberapa
tahapan, yaitu analisis, perancangan arsitektur,
perancangan komunikasi data, pembangunan
model, implementasi sistem, dan pengujian.
Alur metode penelitian dapat dilihat pada
Gambar 12.

Analisis
Pada tahap ini, dilakukan analisis terhadap
sistem irigasi yang sudah ada. Pada penelitian
sebelumnya dilakukan rancang bangun modul
akuisisi data untuk sistem irigasi otomatis
berbasis
mikrokontroler
unit
Arduino
Duemilanove. Sistem ini hanya mencakup
lingkup controller di lapangan dan data yang
disimpan dalam modul SD card. Komunikasi
data ke controller utama (komputer server)
masih menggunakan kabel serial. Penggunaan
kabel serial dalam sistem irigasi instalasinya
sulit dan tidak efisien karena antara main
controller dan field controller memiliki jarak
dengan penghalang seperti dinding. Oleh sebab
itu,
komunikasi
wireless
dibangun
memanfaatkan
protokol
ZigBee
yang
diimplementasikan pada modul XBee dengan
MCU Arduino UNO.
Sistem komunikasi Wireless Sensor
Network (WSN) dari National Instrument,
telah tersedia di pasaran dengan setup yang
cukup mudah, akan tetapi membutuhkan biaya
yang besar apabila dibanding dengan
membangun sendiri menggunakan XBee. Oleh
karena itu, XBee dipilih karena dapat digunakan
sebagai alternatif dari WSN National
Instrument.

7

Perancangan Arsitektur
Sistem irigasi otomatis akan memiliki dua
bagian yaitu: main controller dan field
controller. Pada field controller terdapat sensor
yang berfungsi mengambil nilai analog dari
lingkungan. Jika input analog, controller akan
mengubahnya dahulu ke dalam bentuk digital.
Kemudian
input
ditransmisikan
ke
mikrokontroler. Penyimpan data berupa modul
SD card yang dipasang pada MCU. Data dari
sensor akan ditulis ke dalam memori
penyimpanan SD card sebagai logger.
Aktuator merupakan alat yang merupakan
wujud aksi dari mikrokontroler, seperti motor,
katup buka tutup, atau switch on off relay.
Modul XBee digunakan untuk menghubungkan
field controller dengan main controller.
Perancangan arsitektur dapat dilihat pada
Gambar 13.

Pada penelitian ini, sensor yang digunakan
adalah Soil Moisture. Sensor ini mengambil
nilai dari kelembaban tanah. Blok diagram field
controller dapat dilihat pada Gambar 16. Blok
diagram pada field controller ini memiliki flow
chart yang menjelaskan alur kerja dari field
controller dari pembacaan nilai sensor, kontrol,
penulisan log dan pengiriman paket. Alur kerja
dapat dilihat pada Gambar 17.
Penyimpanan Data

XBee

Mikrokontroler

Sensor

Aktuator

Gambar 16 Blok diagram rancang bangun sistem
menggunakan Soil Moisture.

Gambar 13 Rancangan arsitektur.
Pada field controller, modul XBee dapat
dipasang pada MCU akan tetapi tidak dapat
langsung dipasang, melainkan dengan bantuan
XBee shield agar dapat terhubung dengan pin
pada board MCU. XBee shield dapat dilihat
pada Gambar 14.

Gambar 14 XBee Shield.
Pada main controller, modul XBee dapat
terhubung dengan komputer dengan bantuan
XBee adapter yang berfungsi sebagai adapter
USB-TTL. XBee USB adapter dapat dilihat
pada Gambar 15.

Gambar 15 XBee USB adapter.

Gambar 17 Flow chart rancang bangun sistem
field controller.
Field controller memiliki sistem kontrol
otomatis untuk menghidupkan atau mematikan
aktuator. Pada saat dihidupkan (diberi daya),
mikrokontroler akan membaca nilai sensor pada
pin analog 0 (A0). Setelah pembacaan nilai

8

sensor dilakukan, nilai hasil pembacaan sensor
akan dibandingkan dengan nilai threshold
bawah dan threshold atas. Apabila nilai hasil
pembacaan sensor lebih besar dari threshold
bawah dan lebih kecil dari threshold atas, pin
digital aktuator akan menyala (high). Apabila
nilai hasil pembacaan sensor lebih kecil dari
threshold bawah atau lebih besar dari threshold
atas, pin digital aktuator akan mati (low). Flow
chart kontrol dapat dilihat pada Gambar 18.

Gambar 19 Flow chart pembacaan paket XBee.
Perancangan Komunikasi Data
XBee memiliki berbagai spesifikasi.
Untuk XBee Series 1 salah satunya yaitu
komunikasi point to multipoint (topologi star).
Komunikasi ini merupakan komunikasi yang
hanya menghubungkan XBee field controller
dengan XBee main controller. Hasil pembacaan
sensor pada pin analog Arduino field controller
akan dikirimkan ke main controller dalam
bentuk paket data. Paket data yang digunakan
menggunakan tipe API frame TX (transmit) dan
RX (receive) address 16 bit. Pada frame API
(Gambar 7) terdapat frame data. Frame data
dapat dibedakan melalui API identifier. Pada
saat field controller melakukan pengiriman
paket, API frame RF Data berisi data lapangan.
Ilustrasi dapat dilihat pada Gambar 20.
Nilai
Sensor

Gambar 18 Flow chart rancang bangun control
dengan sensor soil moisture.
Pada field controller setelah proses kontrol
selesai proses selanjutnya adalah proses
pembacaan paket XBee. Proses pembacaan
paket XBee berfungsi untuk mengetahui jika
ada paket dari main controller yang berisi
pengaturan-pengaturan field controller. Apabila
paket XBee diterima, field controller akan
mengklasifikasi jenis perintah sesuai dengan bit
penanda yang telah ditentukan, yaitu:
1 bit penanda 1 untuk pengaturan threshold.

Byte 9,10

RF Data
Status
Aktuator

Byte 11-16

Byte 17

Status
SD
Card
Byte 18

Nilai
Threshold
Byte 19-22

Gambar 20 RF Data pada API frame TX field
controller.
1

Nilai Sensor
Nilai sensor merupakan nilai hasil
pembacaan sensor pada pin analog 0.

2

Jam dan Tanggal
Pada Byte ini terdapat informasi jam dan
tanggal pada saat pengambilan nilai sensor.
Jam dengan format HH:MM:SS dan
tanggal dengan format YY-MM-DD.

3

Status Aktuator
Status Aktuator merupakan Byte berisi
informasi nyala tidaknya aktuator pada
field controller.

4

Status SD card

2 bit penanda 2 untuk pengaturan interval.
3 bit penanda 3 untuk sinkronisasi jam.
Proses pembacaan paket XBee dapat
dilihat pada Gambar 19.

Jam dan
Tanggal

9

Status SD card merupakan Byte yang
berisi informasi ketersediaan SD card
logger pada field controller.
Nilai Threshold
Nilai threshold merupakan nilai batas yang
menjadi acuan apakah kontrol sistem akan
menyalakan atau mematikan aktuator.

5

Saat menerima paket ini main controller
membaca paket data yang masuk (RX),
kemudian main controller akan membaca RF
data. Setelah itu, RF data di-parsing untuk
ditampilkan pada antarmuka main controller
Pada saat main controller melakukan
pengiriman paket, API frame RF Data berisi
data pengaturan. Ilustrasi dapat dilihat pada
Gambar 21.
Bit
penanda
Byte 9

RF Data
Parameter setting

c

Apabila bit penanda “3” (sinkronisasi
waktu), parameter berisi detil waktu dan
tanggal. Ilustrasi dapat dilihat pada
Gambar 24.

Detik
Byte
10

Menit
Byte
11

Parameter Setting
Jam
Tanggal
Byte
Byte 13
12

Bulan
Byte 14

Tahun
Byte 15

Gambar 24 Parameter Setting RF Data pada
API frame TX main controller
untuk bit penanda 3.
Perancangan Antarmuka Main Controller
Pada perancangan antarmuka main
controller, dibuat suatu layout yang akan
diimplementasikan pada pemrograman Java
pada main controller agar monitoring dan
kontrol terhadap field controller lebih mudah
dan intuitif. Layout mencakup kebutuhan
antarmuka untuk fungsi-fungsi Perancangan
layout dapat dilihat pada Gambar 25.

Byte 10-n

Gambar 21 RF Data pada API frame TX main
controller.
1

Bit Penanda
Bit penanda berfungsi membedakan jenis
perintah yang dikirimkan ke field
controller. Terdapat tiga jenis pengaturan
yaitu bit penanda “1” untuk nilai threshold,
“2” untuk pengatur interval, dan “3”
untuk sinkronisasi waktu.

2

Parameter Setting
Parameter setting berisi parameterparameter setting yang digunakan untuk
mengatur interval, nilai threshold atau
sinkronisasi waktu.

a

Apabila bit penanda “1” (pengaturan
threshold), parameter berisi nilai threshold.
Ilustrasi dapat diihat pada Gambar 22.
Threshold Minimum
Byte 10,11

Parameter Setting
Threshold Maksimum
Byte 12,13

Gambar 22 Parameter Setting RF Data pada
API frame TX main controller
untuk bit penanda 1.
b

Apabila bit penanda “2” (pengaturan
interval), parameter berisi nilai interval.
Ilustrasi dapat dilihat pada Gambar 23.
Parameter Setting
Satuan interval
Byte 10

Nilai interval
Byte 11

Gambar 23 Parameter Setting RF Data pada
API frame TX main controller
untuk bit penanda 2.

Gambar 25 Layout antarmuka.
Perancangan antarmuka main controller
secara umum dibagi menjadi dua bagian, yaitu
bagian kiri dan bagian kanan. Bagian kiri
antarmuka merupakan bagian untuk monitoring,
terdapat combo box berisi daftar COM port dan
tombol connect dan disconnect. Di bawah
combo box terdapat tabel view dari data yang
diterima dari field controller. Bagian kanan
merupakan bagian untuk kontrol, terdapat
tombol connect dan disconnect untuk kontrol
terhadap field controller. Terdapat pula combo
box nama XBee end device yang akan dikontrol.
Selain itu pada bagian kanan juga terdapat
tombol untuk menyesuaikan (sinkronisasi)
tanggal dan jam pada field controller agar sama
dengan jam pada komputer main controller. Di
bawah tombol sinkronisasi jam terdapat input
untuk mengatur nilai treshlod minimum dan
threshold maksimum pada sistem kontrol field
controller. Pada bagian kanan bawah terdapat
combo box untuk mengatur besaran interval dan
untuk satuan interval terdapat radio button detik
dan menit sebagai pilihan interval waktu

10

pengiriman data dari field controler ke main
controller.

jangkauan XBee coordinator
berkomunikasi dengan baik.

Pembangunan Model Irigasi

Implementasi

Pada tahap ini dilakukan pemodelan dari
sistem irigasi otomatis yang akan dibuat.
Pemodelan mencakup lingkungan dan alat-alat
yang akan digunakan dan menggambarkan
ilustrasi komunikasi dari main controller dan
field controller. Untuk field controller, alat
yang digunakan:
1 MCU Arduino UNO;
2 Sensor Soil Moisture;
3 Aktuator LED;
4 Modul SD card stackable;
5 XBee Shield; dan
6 XBee Series 1 end device.
Untuk main controller alat yang digunakan:
1 Komputer;
2 USB Adapter; dan
3 XBee Series 1 coordinator.
Ilustrasi pembangunan model dari sistem
dapat dilihat pada Gambar 26.

agar

dapat

Pada tahap ini hasil perancangan arsitektur
akan diterapkan pada perancangan model.
Langkah awal yaitu XBee dipasangkan dengan
XBee USB adapter kemudian dihubungkan
dengan komputer yang telah terpasang
perangkat lunak X-CTU. Melalui X-CTU,
XBee dikonfigurasi alamat, PAN ID, dan
fungsinya sebagai end device/Reduced Function
Device (RFD) atau sebagai coordinator/Full
Function Device (FFD). Setelah dikonfigurasi,
XBee end device akan dipasangkan pada field
controller, sedang XBee coordinator akan
dipasangkan pada komputer main controller.
Untuk MCU Arduino, program ditulis dengan
environment
Arduino-0023
menggunakan
bahasa pemrograman C/C++, kemudian
diunggah ke mikrokontroler melalui USB Serial.
Pengujian dan Pengambilan Data
Pada tahapan pengujian akan dilakukan
beberapa pengujian packet loss dengan
beberapa faktor jarak dan faktor penghalang.
Dalam pengujian dengan faktor jarak akan
dilakukan percobaan pengiriman paket data dari
beberapa jarak tertentu dan interval waktu
tertentu. Dalam pengujian dengan faktor
penghalang akan dilakukan pengiriman paket
data dengan kondisi terhalang suatu benda
seperti dinding atau pohon. Paket yang dikirim
oleh field controller dicatat, kemudian
dibandingkan dengan paket yang sampai pada
main controller. Hasil pengujian akan dicatat
pada tabel seperti pada Tabel 2.
Tabel 2 Tabel pengujian packet loss
Lokasi

Jarak
(m)

Main
Controller
(banyak
data)

Field
Controller
(banyak
data)

Packet
Loss
(%)

Titik 1

Gambar 26 Pembangunan model.

Titik 2
Titik 3
Titik 4

Pada main controller terdapat XBee Series
1 yang difungsikan sebagai coordinator, XBee
ini terhubung dengan komputer melalui XBee
USB adapter. Main controller terletak dalam
ruangan
sehingga
memudahkan
dalam
pengontrolan maupun monitoring. Pada field
controller, XBee difungsikan sebagai end
device. XBee terhubung dengan Arduino
melalui XBee shield. Field controller terletak di
luar ruangan, namun harus masih dalam

HASIL DAN PEMBAHASAN
Antarmuka Main Controller
Antarmuka main controller dikembangkan
menggunakan Java dengan IDE Netbeans.
Tampilan utama antarmuka dapat dilihat pada
Gambar 27.

11

Fungsi plot juga terdapat pada bagian
monitoring. Grafik ini merupakan visualisasi
plot (Gambar 30) dari nilai hasil pembacaan
sensor terhadap satuan waktu.

Gambar 27 Antarmuka main controller.
Pada bagian kiri terdapat bagian
monitoring seperti pada Gambar 28. Bagian ini
berfungsi menampilkan data yang diterima oleh
main controller. Data ditampilkan dalam bentuk
tabel agar lebih memudahkan dalam pembacaan.
Data yang baru masuk maka akan menjadi baris
(record) baru pada tabel.

Gambar 30 Grafik hasil pembacaan sensor.
Pengambilan Data
Sensor merupakan alat yang digunakan
untuk mengenali lingkungan. Sensor dapat
terhubung
secara
langsung
dengan
mikrokontroler melalui port analog. Data yang
diberikan sensor berupa data analog. Contoh
program untuk membaca sensor pada pin analog:
1
2
3
4
5

Gambar 28 Bagian monitoring pada antarmuka.
Pada bagian monitoring terdapat tombol
XBee Device untuk memanajemen daftar nama
XBee
beserta
alamatnya.
Antarmuka
manajemen XBee Device dapat dilihat pada
Gambar 29. Pada bagian ini selain dapat
menambahkan device baru, pengguna dapat
pula mengedit device ataupun menghapus dari
daftar device.

void setup () {
...
void loop () {
...
//kode program untuk membaca sensor
pada pin analog 0 dan kemudian
disimpan pada variabel sensorValue
6 ...
7 int sensorValue = analogRead(A0);
8 }

Pada penelitian ini digunaan sensor Soil
Moisture (SKU:SEN0114), sensor ini dapat
mengetahui kandungan air pada lingkungan.
Menurut produsen sensor ini (dfrobot) sensor
ini mengkategorikan kandungan air pada
lingkungan menjadi 3 antara lain:
1 Tanah kering (0~300)
2 Tanah lembab (300~700)
3 Tanah basah

(700~950)

Sensor ini beroperasi pada tegangan 3.3
volt atau 5 volt, dengan konfigurasi penggunaan
pin seperti pada Gambar 31:

Gambar 29 Antarmuka manajemen XBee
device.

1

Analog output (kabel biru);

2

Ground (kabel hitam); dan

3

Power (kabel merah).

12

Gambar 31 Konfigurasi sensor Soil Moisture
pada Arduino.
Sistem Kontrol
Sistem kontrol merupakan sistem yang
berfungsi mengatur penyalaan aktuator dengan
referensi nilai hasil pembacaan sensor dari
pengambilan data. Dalam sistem kontrol ini
terdapat aturan yang membandingkan nilai
hasil pembacaan sensor dengan nilai dua
threshold, threshold maksimum (atas) dan
threshold minimum (bawah).
Dengan adanya sistem kontrol ini,
otomatisasi
irigasi
akan
dapat
diimplementasikan dengan MCU Arduino.
Implementasi kontrol dengan MCU Arduino
dilakukan melalui pemrograman board MCU
Arduino dengan IDE Arduino-0023 melalui
kabel USB serial menggunakan bahasa
pemrograman C/C++. Contoh program untuk
kontrol:
1
2
3
4
5

void setup () {
...
void loop () {
...
//kode program untuk membaca sensor
pada pin analog 0 dan kemudian
disimpan pada variabel sensorValue
6 ...
7 int sensorValue = analogRead(A0);
8
9 if ((sensorValue> tresBawah) &&
10 (sensorValue < tresAtas)){
11
digitalWrite(pinAktuator, HIGH);
12
}
13 else if ((sensorValue < tresBawah)&&
14 (sensorValue > tresAtas)){
15
digitalWrite(pinAktuator, LOW);
16
}
17 }
18

Untuk konfigurasi kontrol mirip seperti
pembacaan sensor, tetapi dengan penambahan
aktuator pada pin 8 output digital. Pin output
digital apabila menyala atau HIGH akan
mengalirkan daya sehingga pada pin tersebut
dapat menyalakan aktuator. Apabila pin digital
dalam keadaan mati atau LOW, pin digital tidak
mengalirkan daya. Konfigurasi kontrol dapat
dilihat pada Gambar 32.

Gambar 32 Konfigurasi sistem kontrol.
Komunikasi XBee
Seperti halnya komunikasi wireless lain,
XBee juga memiliki keterbatasan dalam
pengiriman data, seperti faktor jarak dan faktor
penghalang. Untuk mengatasi kemungkinan
hilangnya data, dibuat file log pada field
controller (Gambar 33) memanfaatkan modul
SD card stackable Arduino. Dengan adanya file
log yang tersimpan pada field controller, data
akan tercatat. Data yang dicatat pada file log
field controller yaitu: nilai hasil pembacaan
sensor,
threshold
minimum,
threshold
maksimum, informasi tanggal dan jam, serta
status aktuator.

Gambar 33 Log field controller.
Pada main controller, data yang diterima
selain ditampilkan pada antarmuka seperti
Gambar 28 juga ditulis ke dalam file log harian
(Gambar
34)
sehingga
memudahkan
pengambilan data dari field controller tanpa
pergi ke lapangan. File log harian pada main
controller berisi nomor, nilai hasil pembacaan
sensor, kategori tanah, informasi tanggal dan

13

jam, threshold minimum, threshold maksimum
status aktuator, dan status SD card pada field
controller.

Berdasarkan hasil pengujian packet loss
(Tabel 3) grafik persentase packet loss pada
beberapa jarak dapat divisualisasikan. Grafik
persentase packet loss dapat dilihat pada
Gambar 36.
Packet loss

100

85.98

90

Persen (%)

80
70
60
50
40
30

18.64

20
10

0.00

0.00

10

20

0
30

40

Jarak (m)

Gambar 34 Log main controller.

Gambar

Jangkauan XBee pada spesifikasinya
mencapai 30 meter untuk indoor dan 100 meter
outdoor. Agar dapat mengetahui jangkauan
yang sebenarnya dilakukan pengukuran dengan
melakukan pengambilan sampel data pada titiktitik tertentu dengan jarak yang berbeda-beda
dan penghalang berupa dinding. Lokasi titik
pengambilan data dapat dilihat pada Gambar 35.

Gambar 35 Lokasi pengambilan data.
Apabila dari field controller paket data
tidak sampai ke main controller, paket akan
hilang (packet loss). Penghitungan packet loss
dilakukan dengan cara membandingkan data
yang diterima oleh main controller dengan data
yang dicatat pada field controller, kemudian
dihitung persentase data yang hilang. Hasil
pengujian packet loss dapat dilihat pada Tabel 3.
Tabel 3 Pengujian packet loss
Lokasi

Jarak
(m)

Main
Controller
(banyak
data)

Field
Controller
(banyak
data)

Packet
Loss
(%)

Titik 1

10

150

150

0

Titik 2

20

149

149

0

Titik 3

30

122

150

19

Titik 4

40

20

147

86

36 Persentase packet loss pada
beberapa jarak.

Berdasarkan Gambar 36, dapat dilihat
bahwa komunikasi wireless XBee masih
b