Rancang Bangun Electronic Fish Tag Berbasis Mikrokontroler Dengan Sensor Radio Frequency Identification (RFID)
RANCANG BANGUN ELECTRONIC FISH TAG BERBASIS
MIKROKONTROLER DENGAN SENSOR RADIO
FREQUENCY IDENTIFICATION (RFID)
DIWA PERKASA
DEPARTEMEN ILMU DAN TEKNOLOGI KELAUTAN
FAKULTAS PERIKANAN DAN ILMU KELAUTAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2014
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA*
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Rancang Bangun
Electronic Fish Tag Berbasis Mikrokontroler Dengan Sensor Radio Frequency
Identification (RFID) adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi
pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi
mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan
maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan
dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, September 2014
Diwa Perkasa
NIM C54100071
*
Pelimpahan hak cipta atas karya tulis dari penelitian kerja sama dengan pihak luar IPB harus
didasarkan pada kerja sama yang terkait
ABSTRAK
DIWA PERKASA. Rancang Bangun Electronic Fish Tag Berbasis Mikrokontroler
Dengan Sensor Radio Frequency Identification (RFID).
Dibimbing oleh TOTOK HESTIRIANOTO dan HAWIS. H. MADDUPPA
Electronic Fish Tag merupakan instrumen pelabelan hewan secara digital
dengan RFID tag agar penandaan hewan menjadi lebih mudah dan efisien.
Penelitian ini bertujuan menghasilkan desain Electronic Fish Tag serta
menghasilkan informasi data berdasarkan uji kinerja instrumen ini. Tahapan
pengerjaannya meliputi perancangan alat, perancangan elektronik perancangan
perangkat lunak, media penyimpanan, uji coba lab, dan uji coba lapang. Casing
dirancang dengan bentuk silinder dengan bahan Poly Ethylen (PE) dan alumunium.
Sistem elektroniknya terdiri atas Arduino Nano sebagai pusat pengendali utama,
CR003 sebagai pembaca RFID, DS1302 sebagai kontrol waktu, Buzzer sebagai
indikator pemakaian, Catalex Mikro SD untuk media penyimpanan data. Uji kinerja
menunjukan casing kedap dan dapat membaca RFID Tag walaupun terdapat media
penghalang kecuali berupa logam. Jarak pembacaan RFID Tag 54.23 ± 1.17 mm
dengan asumsi antena RFID dan koil RFID Tag sejajar. Terdapat beberapa faktor
pembacaan RFID seperti media penghalang dan orientasi koil terhadap antena. Uji
lapang pada 4-6 Agustus 2014 di Teluk Cendrawasih, Nabire, Provinsi Papua Barat
menunjukan Electronic Fish Tag dapat membaca RFID Tag dan data tersimpan
dengan baik. RFID Tag yang digunakan berjenis RFID Glass Tag Ø 5mm.
Kata kunci: antena, instrument, koil, rancang bangun, RFID
ABSTRACT
DIWA PERKASA. Design of Electronic Fish Tag-Based Microcontroller with
Sensor Radio Frequency Identification (RFID).
Supervised by TOTOK HESTIRIANOTO and HAWIS. H. MADDUPPA
Electronic Fish Tag is an electronic instrument to tag, therefore the tagged
fish can be detected and identified quickly rather then non-electronic tag. This
research aims to produce electronic design and information based on lab testing and
field testing of this instrument. The stage of process consist of design tool,
electronic design software design, media storage, lab testing, and field trials. Casing
made of Poly Ethylene (PE) and alumunium. Electronics system consist of an
Arduino Nano as the main control, CR003 as RFID readers, DS1302 as control
timer, Catalex Micro SD for data storage device, and Buzzer as an indicator.
Performance test showed that casing is waterproof and RFID tag can be read.
Reading distance range about 54.23 ± 1:17mm, RFID tags and RFID coil is
posisitional in parallel. There is a few factor of RFID reading such as barrier media
and coil orientation to the antenna. Field test at 4-6 August 2014 in Cendrawasih
bay, Nabire, Papua Barat Province showed that Electronic Fish Tag RFID could
read a RFID tag and the data was stored properly. That tags used are RFID Glass
Tags Ø 5mm.
Keywords: antenna, coil, design, instrument, RFID
RANCANG BANGUN ELECTRONIC FISH TAG BERBASIS
MIKROKONTROLER DENGAN SENSOR RADIO
FREQUENCY IDENTIFICATION (RFID)
DIWA PERKASA
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Ilmu Kelautan
pada
Departemen Ilmu dan Teknologi Kelautan
DEPARTEMEN ILMU DAN TEKNOLOGI KELAUTAN
FAKULTAS PERIKANAN DAN ILMU KELAUTAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2014
Judul Skripsi : Rancang Bangun Electronic Fish Tag Berbasis Mikrokontroler
Dengan Sensor Radio Frequency Identification (RFID)
Nama
: Diwa Perkasa
NIM
: C54100071
Disetujui oleh
Dr. Ir. Totok Hestirianoto, M.Sc
Pembimbing I
Dr. Hawis H. Madduppa, S.Pi, M.Si
Pembimbing II
Diketahui oleh
Dr. Ir. I Wayan Nurjaya, M.Sc
Ketua Departemen
Tanggal Lulus:
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu wa ta’ala atas
segala karunia-Nya sehingga karya ilmiah Rancang Bangun Electronic Fish Tag
Berbasis Mikrokontroler Dengan Sensor Radio Frequency Identification (RFID)
telah diselesaikan. Karya tulis ini diajukan sebagai salah satu syarat untuk
memperoleh gelar Sarjana Ilmu dan Teknologi Kelutan pada Fakultas Perikanan
dan Imu Kelautan.
Terima kasih penulis ucapkan kepada:
1. Dr. Ir. Totok Hestirianoto, M.Sc selaku dosen pembimbing yang selalu
memberi saran serta masukan.
2. Dr. Hawis H. Madduppa, S.Pi, M.Si selaku dosen pembimbing atas
waktu dan arahan pada saat uji coba lapang.
3. Cassandra Tania dan seluruh tim WWF untuk bantuannya pada saat uji
coba lapang.
4. Keluarga atas dukungan dan doanya.
5. Staf Laboratorium dan Intrumentasi Kelautan.
6. Acta Withamana, S.Pi, M.Si atas gagasan idenya dalam pembuatan
penelitian ini
7. Prof. Dr. Ir. Indra Jaya, M.Sc selaku Pembina utama klub Marine
Instrument and Telemetry (MIT).
8. Teman-teman seperjuangan Diklat MIT-02 dan seluruh keluarga besar
MIT berkat ilmu yang disampaikan.
9. Teman-teman ITK 47 untuk semua dukungan dan semangat.
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, Oktober 2014
Diwa Perkasa
C54100071
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
vi
DAFTAR GAMBAR
vi
DAFTAR LAMPIRAN
vi
PENDAHULUAN
1
Latar Belakang
1
Perumusan Masalah
1
Tujuan Penelitian
2
Manfaat Penelitian
2
METODE
2
Waktu dan Tempat Penelitian
2
Alat dan Bahan Penelitian
2
Prosedur Penelitian
3
HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil Rancang Bangun
Uji Laboratorim
SIMPULAN DAN SARAN
6
6
14
20
Simpulan
20
Saran
21
DAFTAR PUSTAKA
22
LAMPIRAN
23
RIWAYAT HIDUP
28
DAFTAR TABEL
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
Alat penelitian
2
Bahan penelitian
3
Frekuensi Penggunaan RFID
7
Spesifikasi teknis Electronic Fish Tag
8
Konfigurasi Pin Arduino dengan perangkat lain
9
Keterangan suara indicator buzzer
11
Kebutuhan tegangan listrik perangkat elektronik
12
Keberhasilan pemindaian RFID tag dengan media penghalang Styrofoam 16
Keberhasilan pemindaian RFID tag dengan media papan alumunium
17
Jarak pemindaian RFID Tag Gantungan kunci (mm) terhadap Electronic Fish
Tag
17
DAFTAR GAMBAR
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
22.
23.
24.
Desain dan dimensi casing Electronic Fish Tag
4
Skematik rangkaian elektronik Electronic Fish Tag
5
Hasil rancang bangun Electronic Fish Tag
6
Skematik desain antena RFID
7
Modul Arduino Nano
8
Rangkaian Elektronik Arduino Nano
8
Modul CR003
9
Rangkaian modul CR003
9
RFID tag (a) glass tag (b) gantungan kunci
10
Rangkaian Real Time Clock DS1302
10
Modul SDCard Catalex
11
Rangkaian elektronik Modul mikro SDCard Catalex
11
Rangkaian Buzzer
11
Rangkaian elektronika Baterai
12
Diagram alir perangkat lunak Electronic Fish Tag
13
File SETTING.ini (a) RTC belum diatur (b) RTC setelah diatur
14
Jarak pembacaan RFID Glass tag Ø 5mm (a) orientasi koil mendekati antena
(b) orientasi koil menjauhi antena
15
Jarak pembacaan RFID tag gantungan kunci Ø 20mm (a) orientasi koil sejajar
dengan antena (b) orientasi koil tegak lurus dengan antena
15
RFID tag yang ditempatkan pada Styrofoam (a) RFID Glass Tag
16
Grafik Pembacaan RFID
18
Data hasil pemidaiain Electronic Fish Tag
18
Lokasi penempatan eksternal tag berdasarkan tipe (Vilhjalmur 2002)
19
Uji coba pemasangan RFID tag pada Hiu Paus (a) RFID tag pada dorsal ikan
(b) Uji coba pemindaian RFID tag
20
Data uji coba pemasangan RFID tag pada ikan Hiu Paus
20
DAFTAR LAMPIRAN
1.
Lampiran 1. Kode Program Electronic Fish Tag.
23
1
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Penandaan hewan laut atau pelabelan (tagging) dengan sensor elektronik
semakin banyak dilakukan olah para ilmuwan di seluruh dunia untuk melacak
pergerakan hewan tersebut. Label elektronik yang sudah umum digunakan adalah
archival tags, pop-up satelite tags, satelite positioning tags, GSM tags, acoustic
tags, dan Radio Frequency Identification (RFID) tags (Cencus of Marine Life
2013). Data yang dihasilkan oleh label elektronik ini berupa kapan, di mana, dan
bagaimana ruaya hewan laut serta bagaimana hubungannya antara ruaya hewan laut
dengan lingkungannya. Kemampuan untuk dapat memprediksikan pergerakan
hewan laut berdasarkan insting hewan tersebut memiliki peran penting dalam upaya
konservasi laut dan pengelolaan perikanan tangkap.
Kemajuan teknologi dibidang elektronik seperti mikrokontroler dan Radio
Frequency Identification (RFID) banyak digunakan oleh para peneliti zaman
sekarang untuk membantu tugasnya dalam identifikasi. Teknologi label RFID
merupakan salah satu teknologi murah yang dapat diaplikasikan untuk pelabelan
hewan laut. Umumnya teknologi pelabelan RFID ini sudah dilakukan untuk
beberapa ikan hias. Hal ini dilakukan karena ikan sulit sekali dikenali karena bentuk
secara fisiknya mirip dengan ikan lainnya walaupun dipelihara dalam suatu
wahana/akuarium. Teknologi RFID ini mampu digunakan untuk membantu dalam
hal identifikasi ikan secara teliti dan efisien.
Radio Frequency Identification (RFID) adalah sistem identifikasi tanpa kabel
(wireless) menggunakan gelombang radio. Prinsip kerja RFID didasarkan pada
prinsip kerja gelombang elektromagnetik. Perangkat RFID dapat berkomunikasi
jika bekerja pada frekuensi yang sama. Karaktersistik frekuensi didasarkan pada
kondisi lapangan yang sangat bervariasi dalam penerapannya. Hingga saat ini
terdapat 4 macam frekuensi RFID yang dipakai yakni low frequency (120-150kHz),
high frequency (13.56MHz), ultra high frequency (868-956MHz), dan microwave
(>2.45GHz).
Ukuran pemindai RFID yang dirancang portable umumnya berukuran cukup
kecil serta dilengkapi oleh mikroprosesor, RFID reader, dan memori untuk media
penyimpanan data. Hal yang perlu diperhatikan dalam perancangan Electronics
Fish Tag adalah ukuran antena, baterai, dan kekedapan terhadap air (Biomark Inc,
2014). Pengembangan tentang RFID ini sebenarnya sudah banyak dilakukan,
namun masih tergolong sedikit yang diimplementasikan terhadap perikanan.
Perancangan instrumen yang mudah dioperasikan perlu diterapkan dalam
penelitian ini. Produk yang dihasilkan pun harus cukup handal dan mampu
mengurangi ketergantungan dan menciptakan kemandirian teknologi.
Perumusan Masalah
Monitoring hewan dibutuhkan agar dapat menduga dengan tepat jumlah
individu spesies di suatu lokasi. Metode identifikasi menggunakan cara manual
seperti menggunakan ciri-ciri fisik tubuh dinilai cukup sulit karena mengandalkan
visualisasi. Maka dapat dilakukan secara optimal pada perairan kekeruhannya
2
rendah. Instrumen Electronic Fish Tag diharapkan dapat membantu teknik
identifikasi secara efisien dan menciptakan kemandirian teknologi.
Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah menghasilkan desain dan sistem kerja dari
instrumen Electronic Fish Tag yang mudah digunakan.
Manfaat Penelitian
Manfaat penelitian ini adalah penulis dapat merancang desain, konstruksi,
dan sistem Electronics Fish Tag serta memberikan gambaran tahapan uji coba dan
analisis dari instrumen yang dihasilkan.
METODE
Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian ini dilakukan beberapa tahap dan tempat. Prancangan instrumen
dan uji coba lab dilakukan pada Maret-Agustus 2014 di Laboratorium Instrumenasi
dan Telemetri Kelautan, bagian Akustik dan Instrumenasi Kelautan, Departemen
Ilmu dan Teknologi Kelautan, Fakultas Perikanan dan Ilmu Kelautan, Institut
Pertanian Bogor. Uji coba Instrumen dilakukan pada Bulan 4-6 Juli 2014 di Taman
Nasional Teluk Cendrawasih.
Alat dan Bahan Penelitian
Alat yang digunakan pada penelitian ini dapat dilihat pada Tabel 1.
Tabel 1 Alat penelitian
Alat
Laptop
Tipe
Fujitsu Lifebook OS
Windows 7 Professional
Solder
Deko
PCB
PCB bolong
Arduino IDE
Versi 1.5.5
EAGLE
Versi 6.3.0
Fungsi
Membuat firmware
mikrokontroler dan mengunduh
firmware menuju mikrokontroler
Menyolder komponen elekronik
dengan PCB
Tempat dudukan kompenen
elektronik
Membuat alur program dan
meng-compile menjadi *.hex
Mensimulasi rangkaian
elektronik
3
Bahan yang digunakan pada penelitian ini dapat dilihat pada Tabel 2.
Tabel 2 Bahan penelitian
Alat
Arduino
RFID Reader
RFID Tag
Modul SD Card
Micro SD Card
Baterai
Real Time Clock
Crystal
Resistor
Timah
Alumunium
Plastik PE
Nilai/Tipe
Arduino Nano
CR003 SERIES 125 kHz
Glass Tag RFID
Key Chain RFID
Versi 1.5.5
V-Gen 2 Gb
Ultra Fire Li Ion 3.7 V 2400 mAh
CR 2032 3.7 V
DS1302
33.768 kHz
10 KΩ
Jumlah
1 unit
1 unit
2 unit
2 unit
1 unit
1 unit
2 unit
1 unit
1 unit
1 unit
3 unit
1 unit
1 unit
1 unit
Prosedur Penelitian
Perancangan Alat
Perancangan Casing
Casing berfungsi sebagai wadah dan pelindung rangkaian komponenkomponen elektronik. Pengukuran dan simulasi model desain menggunakan
perangkat lunak Google Sketch Up dan Google Layout. Perancangan casing dibuat
dengan bentuk silinder dan dipisah menjadi beberapa bagian. Bagian (A) pada
Gambar 1 merupakan wadah untuk menyimpan rangkaian utama dan antena RFID.
Bahan yang digunakan adalah Poly Ethelene (PE). Bahan jenis plastic PE
digunakan agar sinyal dapat menembus casing menuju antena RFID. Bagian (B)
digunakan untuk menyimpan modul micro SD Card saja. Sedangkan pada bagian
(C) merupakan wadah penyimpanan baterai 2 buah Ultra Fire Li-Ion 3.7 V yang
disusun secara seri. Keuntungan alumunium adalah cukup tahan terhadap korosi,
daya hantar listrik yang baik, murah, dan mudah dibentuk. Proses pembuatan casing
dilakukan dengan menggunakan mesin bubut.
4
Gambar 1 Desain dan dimensi casing Electronic Fish Tag
Perancangan Perangkat Lunak
Perangkat lunak yang berisi program dan tersimpan pada ROM (Read Access
Memory) disebut juga Firmware. Firmware diunduh menjuju mikrokontroler
sehingga akan tersimpan walaupun tidak dialiri arus listrik. Firmware Electronic
Fish Tag dibuat menggunakan Arduino IDE versi 1.5.5.
5
Perancangan Perangkat Elektronik
Perancangan desain elektronik (Gambar 2) dirancang dengan menggunakan
perangkat lunak Eagle versi 6.3.0. Layout komponen dibuat agar memudahkan
ketika melakukan penyolderan antar komponen di atas papan PCB. Pembuatan
sistem sirkuit Electronic Fish Tag tidak menggunakan PCB hasil etching,
melainkan hanya PCB matrix.
Gambar 2 Skematik rangkaian elektronik Electronic Fish Tag
Uji Laboratorium
Uji laboratorium dilakukan untuk memastikan semua sistem berfungsi
dengan baik. Uji laboratorium dilakukan ketika proses rancang bangun telah
dilakukan. Uji yang dilakukan adalah uji kekedapan casing, pembacaan RFID tag,
dan penyimpanan data. Uji kekedapan casing dilakukan pada kolam watertank
dengan kedalaman 3 meter di Laboratotium Akustik dan Instrumenasi Kelautan,
ITK-IPB. Uji pembacaan RFID tag dilakukan agar mengetahui medium yang dapat
digunakan dan mengetahui jarak optimum pembacaan. Uji penyimpanan data
dilakukan agar mengatahui format data dan tingkat keberhasilan pemindaian.
6
HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil Rancang Bangun
Hasil rancang bangun Electronic Fish Tag pada penelitian ini dapat dilihat
pada Gambar 3. Desain instrumen ini menggunakan beberapa bagian terpisah
seperti bagian komponen elektronik utama (PE) dan sumber daya (Alumunium).
Penggunaan instrumen ini dilakukan dengan memutar drat sumber daya sehingga
baterai tersambung dengan rangkaian elektronik. Bagian pembaca RFID Tag
berada pada ujung muka PE sehingga cukup mudah digunakan. Ukuran diameter
genggaman 35mm yang realatif kecil dan terdapat tali pengikat akan membuat
pengguna leluasa dalam pengoprasiannya.
Antena RFID
Poly Ethelene (PE)
Alumunium
Tali Pengikat
Gambar 3 Hasil rancang bangun Electronic Fish Tag
Prinsip Kerja RFID
Prinsip pembacaan RFID menggunakan gelombang elektromagnetik dan
penggunaannya memiliki frekuensi yang sudah distandarkan. Berikut ini
merupakan penggunaan frekuensi RFID:
7
Tabel 3 Frekuensi Penggunaan RFID
Frekuensi
120–150 kHz (LF)
13.56 MHz (HF)
Jarak Pembacaan
10cm
10cm-1m
433 MHz (UHF)
1-100m
865-868 MHz (Eropa)
902-928 MHz (Amerika
Utara) UHF
2450-5800 MHz
(microwave)
3.1–10 GHz (microwave)
Penggunaan
Identifikasi hewan
Smart cards (MIFARE,
ISO/IEC 14443)
Untuk pertahanan dengan
aktif tag
1-12m
Standar kode barang
1-2 m
802.11 WLAN, Bluetooth
1-200m
-
Pengaturan frekuensi pada RFID dilakukan dengan mengubah nilai satuan
pada komponen seperti nilai kapasitansi dan induktansi. Nilainya dapat dihitung
dengan persamaan berikut:
�=(
�√��
)
F=frekuensi (Hz)
L=induktansi (Henry)
C=kapasitansi (Farad)
Nilai induktasi pada antena/koil dihasilkan dari desain antena RFID yang
digunakan. Umumnya desain antena yang digunakan adalah lilitan silinder karena
cukup sederhana dan mudah dibuat. Bahan yang digunakan merupakan kawat
tembaga yang dililit hingga membentuk silinder. Nilai induktasi dari antena ini
dihitung dengan persamaan henry:
�� 2 �
�=
�
L=Induktansi (Henry)
N=jumlah lilitan
A=luas penampang antena (m2)
l=panjang lilitan (m)
�=permiabilitas relatif
Gambar 4 Skematik desain antena RFID
8
Frekuensi yang dihasilkan pun menjadi lebih spesifik tergantung
penggunaanya. Agar reader RFID dapat membaca tag-nya, maka frekuensi antara
keduanya pun harus sama.
Spesifikasi Electronic Fish Tag
Berikut ini merupakan spesifikasi rancang bangun Electronic Fish Tag yang
telah dibuat.
Tabel 4 Spesifikasi teknis Electronic Fish Tag
Spesifikasi Eelctronic Fish Tag
Dimensi
270mm (P) 55mm (Ø)
Chasing
Alumunium dan Poly Ethelene
Voltase kerja
5 VDC
Mikroprosesor
AT Mega 328p
RFID Chip
CR003
Frekuensi RFID
125 kHz
Buzzer
4 kali : Kesalahan pemasangan mikro SD Card
2 kali : Pembacaan ID tag
Kapasitas Mikro SD Card
Hingga 16 GB
Baterai
2 Sel Li-Po 7.4 V 3000 mAh
Rangkaian Elektronik
Rangkaian utama Arduino Nano
Arduino Nano (Gambar 5) merupakan modul yang berisi rangkaian minimum
mikrokontroler ATmega328 yang dapat diprogram ulang melalui Arduino IDE.
Proses pemogramannya menggunakan komunikasi Universal Asyncronous
Receiver/Transmiter (UART) karena sudah ditanamkan bootloader didalamnya.
Arduino Nano memiliki kristal eksternal sebesar 16 MHz sehingga proses instruksi
perintah lebih cepat.
Gambar 5 Modul Arduino Nano
Gambar 6 Rangkaian Elektronik
Arduino Nano
9
Konfigurasi pin Arduino dengan beberapa perangkat ditunjukan Tabel 5.
Tabel 5 Konfigurasi Pin Arduino dengan perangkat lain
Perangkat
CR003 SERIES Proximity Reader Module
Real Time Clock DS1302
Micro SD Card Module
BUZZER
Pin
D2
D5
D6
D7
D10
D11
D12
D13
D3
Keterangan
RX Data
CE
I/O
SCLK
CS
MOSI
MISO
SCK
INDIKATOR
Rangkaian RFID
CR003 SERIES Proximity Reader Module (Gambar 7) merupakan sensor
pembaca RFID tag pada frekuensi 125 kHz yang memiliki keluaran digitial.
Menurut lembar data, CR003 membutuhkan suplai catu data antara 4.6-5.4 V dan
memiki jangkauan pembacaan antara 8-12 cm. Komunikasi antara CR003 dan
Arduino menggunakan jenis Universal Asyncronous Receiver/Transmiter (UART)
dengan protocol 9600 bps, Non Parity, 8 bit Data,1 Stop bit.
Gambar 7 Modul CR003
Gambar 8 Rangkaian modul CR003
Antena pada pembaca RFID befungsi sebagai penghantar energi menuju
RFID tag dan penerima sinyal dari RFID tag. Pin Transmitter (TX) pada CR003
akan aktif mengirimkan data pada saat RFID tag didekatkan pada antenna yang
terhubung dengan modul. Data yang dikirimkan merupakan ASCII data dengan
format STX (02H) + DATA (10 ASCII) + LRC (2 ASCII) + CR (0DH) + LF (0AH)
+ ETX (03H). Pin yang digunakan untuk komunikasi ini adalah pin D2.
RFID tag
RFID tag (Gambar 9) yang dipakai merupakan tipe pasif sehingga tidak
memiliki sumber energy didalamnya. Terdapat 2 jenis tag RFID tag Gantungan
kunci dan RFID Glass tag dengan frekuensi 125 kHz. Setiap RFID tag memiliki 10
digit nomor ID masing-masing sehingga tidak ada nomor ID yang sama pada tag
yang berbeda.
10
(a)
(b)
Gambar 9 RFID tag (a) glass tag (b) gantungan kunci
Rangkaian Real Time Clock (RTC)
RTC DS1302 menggunakan komunikasi Serial Peripheral Interface (SPI)
dengan 3 jalur data yaitu CE (Pin 5), I/O (Pin 6), dan SCLK (Pin 7) yang
dihubungkan menuju Arduino. Terdapat rangkaian 3 buah resistor pull up untuk
penyesuaian level tegangan digital sensor antara RTC dan Arduino. RTC DS1302
menggunakan osilator eksternal sebesar 32.768 kHz sebagai sumber detaknya dan
bekerja pada tagangan antara 2-5.5 V serta memiliki konsumsi daya yang rendah.
RTC DS1302 memerlukan sumber energi cadangan yang berfungsi
mengaktifkan waktu dan tanggal perangkat ini pada saat sumber energi utama
dimatikan. Sumber energy cadangan ini berupa baterai CR2032 3.7 V.
Gambar 10 Rangkaian Real Time Clock DS1302
Rangkaian Penyimpanan
Modul mikro SDCard Catalex (Gambar 11) merupakan modul pembaca kartu
mikro SD dengan antarmuka Serial Peripheral Interface (SPI) agar dapat membaca
dan menulis data pada kartu mikro SD. Pin antarmuka SPI yang digunakan adalah
MISO (D12), MOSI (D11), SCK (D13), CS (D10). Modul ini mendukung kartu
Mikro SD dan Mikro SDHC dan bekerja pada tegangan 4.5-5 V.
11
Gambar 11 Modul SDCard Catalex
Gambar 12 Rangkaian elektronik Modul mikro SDCard Catalex
Buzzer
Buzzer berfungsi sebagai indikator dari Electronick Fish Tag. Saat buzzer
aktif maka membuat Electronick Fish Tag mengeluarkan suara. Indikator suara ini
yang memberikan beberapa keadaan seperti pada Tabel 6.
Tabel 6 Keterangan suara indicator buzzer
Indikator
Suara 4 kali
Suara 2 kali
Keadaan
Mikro SDCard tidak terbaca/rusak
Alat siap digunakan/ID tag sudah tersimpan
Komunikasi antara buzzer dan Arduino menggunakan Input/Output (I/O)
pada pin D3. Buzzzer akan mengeluarkan suara pada saat pin diset keadaan High
Level. Rangkaian Buzzer ditunjukan pada Gambar 11.
Gambar 13 Rangkaian Buzzer
12
Sumber Energi
Sumber energi utama Electronics Fish Tag adalah 2 buah baterai UltraFire
3.7 V Li-ion 4200 mAh (disi ulang/recharge) yang disusun secara seri. Baterai yang
disusun secara seri akan mengeluarkan tegangan sebesar 7.4 V, sehingga perlu
diatur tegangan keluarannya agar sesuai dengan kebutuhan berbagai perangkat.
Maka tegangan baterai diatur oleh IC LM7805 (Gambar 14) yang dapat
mengeluarkan tegangan sebesar 5 V dengan arus 1 A.
Gambar 14 Rangkaian elektronika Baterai
Tegangan yang dikeluarkan oleh IC LM7805 terbagi oleh berbagai perangkat
yang ditunjukan oleh Tabel 7.
Tabel 7 Kebutuhan tegangan listrik perangkat elektronik
Perangkat elektronik
Arduino Nano
Modul Mikro SDCard
CR003 RFID
DS1302
Buzzer
Tegangan (Voltase)
Minimum
Maksimum
4.5
5.5
4.5
5.5
4.6
5.4
2
5.5
3
6
Berdasarkan kisaran kebutuhan tegangan listrik berbagai perangkat
elektronik pada Electronics Fish Tag, maka hasil regulator IC LM7805 sebesar 5 V
dengan arus 1 A dapat digunakan sebagai sumber energi utama.
Perangkat Lunak
Perangkat lunak merupakan suatu instruksi perintah yang dibuat untuk
menjalankan perangkat keras, dalam hal ini adalah Arduino Nano. Jenis perangkat
lunak yang digunakan adalah Arduino IDE versi 1.5.5 dengan Bahasa C/C++.
Perangkat lunak ini bersifat terbuka (Open Source) sehingga perkembangannya
cukup pesat dan mudah digunakan.
Perangkat lunak Electronic Fish Tag dirancang agar dapat menjalankan
beberapa fungsi seperti mengaktifkan buzzer, menulis data, menerima data ID dari
RFID tag, dan mengatur tanggal dan waktu. Alur perangkat lunak Electronic Fish
Tag ditunjukan pada Gambar 15
13
Gambar 15 Diagram alir perangkat lunak Electronic Fish Tag
Saat perangkat Electronik Fish Tag dinyalakan, maka mikrokontroler pada
Arduino Nano akan menginisialisasi RFID Reader (CR003) dan RTC (DS1302).
Setelah selang waktu 500 milidetik Arduino akan menginisialisasi mikro SD Card.
Jika tidak terdapat micro SD Card atau micro SD Card rusak maka Buzzer akan
berbunyi sebanyak 4 kali terus menerus. Apabila micro SD Card berfungsi dengan
baik maka Arduino akan membaca file SETTING.INI untuk mengatur tanggal dan
waktu RTC lalu Buzzer akan berbunyi sebanyak 2 kali.
Arduino akan mengambil data ID RFID yang terdapat pada RFID tag pada
saat RFID tag didekatkan dengan antenna Electronik Fish Tag. Secara bersamaan
Arduino akan mengambil data tanggal dan waktu dan menulisnya pada file *.txt.
Nama file *.txt akan dibuat berdasarkan tanggal pengambilan data ID RFID dan
membuat file *.txt baru jika terjadi perubahan tanggal.
File Pengatur Tanggal dan Waktu (SETTING.INI)
Pengaturan tanggal dan waktu Real Time Clock (RTC) menjadi hal yang
cukup penting bagi Electronic Fish Tag. Oleh karena itu, pengaturannya dibuat
dengan cara yang cukup mudah. Pengaturannya diatur dalam file SETTING.INI
pada micro SD Card yang digunakan. Secara otomatis file SETTING.INI akan
ditulis oleh Arduino jika file ini hilang atau pergantian micro SD Card baru.
14
(a)
(b)
Gambar 16 File SETTING.ini (a) RTC belum diatur (b) RTC setelah diatur
Pengaturan waktu dan tanggal cukup mengubah header file “NO” menjadi
“YES” setelah itu sesuaikan dengan waktu lokal setempat. Kemudian hidupkan
Electronic Fish Tag hingga terdengar bunyi 2 kali maka pengaturan waktu berhasil
dilakukan. Pengaturan ini cukup dilakukan sekali karena akan tersimpan secara
permanen di dalam ROM memori RTC.
Uji Laboratorim
Kekedapan Casing
Casing Electronic Fish Tag dirancang agar kedap dan tahan terhadap tekanan
air. Rangkaian elektronik sangat rentan apabila terjadi hubungan arus singkat yang
menyebabkan Electronic Fish Tag menjadi rusak. Percobaan dilakukan pada kolam
watertank Laboratorium Akustik dan Instrumenasi Kelautan-ITK IPB selama 1 hari
pada 1 Juli 2014 pada kedalaman 3 meter. Percobaan menunjukan tidak terdapat
butir air yang masuk ke dalam casing. Berdasarkan percobaan ini maka casing
terbukti kedap.
15
Pembacaan ID pada RFID Tag
Pembacaan RFID tag dilakukan agar mengetahui jarak optimal pada saat
melakukan pemindaian. Berdasarkan lembar data kemapuan RFID CR003 pada
saat melakukan pemindaian sekitar 8-12cm namun dalam keadaan optimal seperti
tidak adanya penghalang dan ukuran dari RFID tag. Percobaan menunjukan bahwa
jarak pemindaian RFID tag bervariasi tergantung posisi koil RFID tag terhadap
antena.
(a)
(b)
Gambar 17 Jarak pembacaan RFID Glass tag Ø 5mm (a) orientasi koil mendekati
antena (b) orientasi koil menjauhi antena
(a)
(b)
Gambar 18 Jarak pembacaan RFID tag gantungan kunci Ø 20mm (a) orientasi
koil sejajar dengan antena (b) orientasi koil tegak lurus dengan antena
Jarak pembacaan dipengaruhi oleh beberapa fakor desain dari koil antena dan
tag, arah hadap tag (orientasi) dan kondisi lingkungan (logam, gangguan
kelistrikan) (Lee 2003). Ukuran koil tag yang besar membuat jarak pembacaan
semakin jauh dan ukuran koil yang kecil membuat jarak pembacaan semakin dekat.
Selain itu faktor orientasi koil pada tag dilihat pada sudut yang dibentuk oleh antena
dan RFID tag. Posisi sejajar (Gambar 18a) antara antena dan RFID tag merupakan
posisi pembacaan jarak optimum. Sedangkan posisi tegak lurus (Gambar 18b)
antara antena dan RFID tag merupakan posisi pembacaan jarak minimum.
Antena yang terdapat pada RFID reader CR003 mampu menangkap sinyal
elektromagnetik pada frekuensi 125 kHz dengan dihalangi media seperti plastik,
kertas, dan busa. Gelombang elektromagnetik memiliki karakteristik yakni dapat
merambat walupun tidak ada medium. Percobaan dilakukan dengan menempatkan
Styrofoam diantara RFID tag dan antena Electronic Fish Tag.
16
(a)
(b)
Gambar 19 RFID tag yang ditempatkan pada Styrofoam (a) RFID Glass Tag
(b) Gantungan kunci RFID tag
Hasil percobaan menunjukan bahwa Electronic Fish Tag dapat melakukan
pemidaian RFID tag dengan baik walaupun terdapat penghalang Styrofoam.
Perulangan pemindaian dilakukan 10 kali untuk melihat pesentase keberhasilan
pemindaian. Tingkat keberhasilannya cukup baik, yakni 100% kesuksesan dalam
melakukan pemindaian dapat dilihat pada Tabel 8.
Tabel 8 Keberhasilan pemindaian RFID tag dengan media penghalang Styrofoam
Percobaan keGlass tag
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Keterangan: Sukses
X
Gagal
Gantungan kunci
Percobaan selanjutnya dengan melakukan pemindaian RFID tag dengan
media penghalang sebuah papan alumunium. Papan alumunium ini ditempatkan
antara antena RFID dan RFID tag. Tingkat keberhasilan pemindaian dapat dilihat
pada Tabel 9.
17
Tabel 9 Keberhasilan pemindaian RFID tag dengan media papan alumunium
Percobaan keGlass tag
1
X
X
2
X
3
X
4
X
5
X
6
X
7
X
8
X
9
X
10
Keterangan: Sukses
X
Gagal
Gantungan kunci
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
Gelombang elektromagnetik RFID dengan frekuensi 125 kHz merupakan
salah satu jenis gelombang radio frekuensi rendah yakni antara 30-300 kHz.
Gelombang radio ini akan mengalami pantulan jika mengenai permukaan logam
seperti besi dan alumunium. Maka sinyal tidak dapat merambat menuju antena
RFID sehingga RFID tag sangat sulit untuk dilakukan pemindaian.
Percobaan selanjutnya dilakukan dengan membaca jarak RFID tag terhadap
Electronic Fish Tag tanpa penghalang dengan perulangan sebanyak 30 kali dilihat
pada Tabel 10.
Tabel 10 Jarak pemindaian RFID Tag Gantungan kunci (mm) terhadap Electronic
Fish Tag
1-10
54
52
54
53
54
54
54
54
54
57
Jarak (mm) ulangan ke11-20
21-30
54
55
54
54
54
55
53
55
51
56
54
54
54
56
54
55
53
56
55
55
18
58
57
Jarak Pembacaan (mm)
56
55
54
53
52
51
Standar Deviasi
Ulangan 1-10
Ulangan 11-20
Ulangan 21-30
50
49
48
Gambar 20 Grafik Pembacaan RFID
Berdasarkan hasil percobaan, maka jarak pembacaan RFID Tag berkisar
54.23 ± 1.17 mm dengan jarak pembacaan terjauh 57 mm. Asumsi pembacaanya
adalah dengan mensejajarkan antena dengan koil RFID Tag.
Media Penyimpanan
Media penyimpanan yang digunakan adalan micro SD Card V-Gen dengan
kapasitas 2GB dan format sistem Fat 32. Electronik Fish Tag akan secara otomatis
membuat file “SETTING.INI” dan menyimpan nomer ID dari RFID tag pada file
dengan ekstensi *.txt ketika RFID tag didekatkan. Data pembacaan akan dibuat
secara bersamaan berdasarkan tanggal pembacaan RFID tag yang berisi data ID
RFID tag, tanggal, dan jam. Format pemindaian Electronik Fish Tag dapat dilihat
pada Gambar 21.
Gambar 21 Data hasil pemidaiain Electronic Fish Tag
19
Uji Lapang
Uji lapang dilakukan pada 4-6 Agustus 2014 di Teluk Cendrawasih, Nabire,
Provinsi Papua Barat. RFID tag yang digunakan yakni RFID Glass Tag dengan
ukuran panjang 12mm dan Ø 5 mm. Objek sebagai percobaan yakni individu ikan
Hiu Paus. RFID tag ditempatkan pada sirip bagian atas (dorsal) ikan dengan cara
disuntik dengan injector khusus RFID tag.
Gambar 22 Lokasi penempatan eksternal tag berdasarkan tipe (Vilhjalmur 2002)
Penempatan eksternal tag (RFID Glass Tag) akan memudahkan pemasangan
serta pendeteksian dan tidak memerlukan alat tambahan lagi. Metode ini sudah
berlangsung cukup lama dan digunakan secara luas oleh peneliti dunia (Vilhjalmur
2002).
Pemasangan Tag dilakukan pada saat pemberian pakan agar ikan hiu paus
bersikap tenang. Uji coba pemindaian RFID tag yang telah ditanam pada tubuh ikan
telah berhasil dilakukan (Gambar 23).
20
(a)
(b)
Gambar 23 Uji coba pemasangan RFID tag pada Hiu Paus (a) RFID tag pada
dorsal ikan (b) Uji coba pemindaian RFID tag
Setelah pemasangan dilakukan pengecekan kekedapat pada Electronic Fish
Tag dan hanya terdapat titik air pada drat saja. Casing cukup tahan dengan tekanan
dan air laut. Bagian elektronik tidak terdapat air dan data yang terdapat pada micro
SD card dapat terbaca (Gambar 24). Dapat disimpulkan bahwa Electronic Fish Tag
berfungsi dengan baik.
Gambar 24 Data uji coba pemasangan RFID tag pada ikan Hiu Paus
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Penelitian Rancang Bangun Electronic Fish Tag Berbasis Mikrokontroler
Dengan Sensor Radio Frequency Identification (RFID) telah berhasil dilakukan
dengan tingkat kesuksesan pemindaian dengan baik, desain yang kokoh, dan mudah
digunakan. Casing yang terbuat dari alumunium cukup baik karena telah tebukti
kedap pada kedalaman kolam. Jarak pemindaian yang optimal adalah dengan posisi
koil sejajar terhadap antena Electronic Fish Tag yakni sekitar 4.5-5.5cm. Electronic
21
Fish Tag dapat membaca RFID tag dengan media penghalang seperti plastik, kertas,
dan busa karena gelombang elektromagnetik dengan frekuensi 125 kHz akan
dipantulkan oleh material logam seperti besi dan alumunium. Uji coba lapang
menunjukan kinerja Electronic Fish Tag bekerja dengan baik. Pembacaan tag pada
objek ikan hiu paus dapat terdeteksi. Casing terbukti kedap terhadap tekanan dan
tahan dengan air laut pada saat uji lapang.
Saran
Keberlanjutan penelitian rancang bangun Electronic Fish Tag diharapkan
dapat dilakukan agar mengatasi kekurangan penelitian ini dan menciptakan inovasi
teknologi RFID. Material alumunium sebagai bahan utama casing dinilai kurang
tahan dalam waktu yang lama dikarenakan mudah terkikis oleh gesekan.
Disarankan menggunakan stainless sebagai bahan utama agar lebih tahan gesekan
dan lebih tahan karat. Kemudian penambahan bantalan baterai berupa per agar
baterai lebih tahan goncangan. Perlu penambahan uji coba tekanan tag RFID
sehingga dapat diketahui kedalaman maksimum serta ketahanannya.
22
DAFTAR PUSTAKA
[Biomark]. 2015. Fish Tagging Methods [internet]. [diunduh 2015 Jan 2015]
Tersedia pada: http://www.biomark.com/Documents%20and%20Settings/
67/Site%20Documents/PDFs/Fish%20Tagging%20Methods.pdf
[Cencus Of Marine Life]. 2013. Electronic Tagging Of Marine Animals [internet].
[diunduh 2014 Nov 10] Tersedia pada: www.coml.org/comlfiles/scor/SCORtagging.pdf
[Microchip] Microchip Technology Inc. 1998. RFID Coil Design. DS00678B. USA.
[NOAA]. 2011. RFID Fishing Line Tagging: Version 1.7. University of Arkansas
Fayetteville [US].
Arduino. 2014. Arduino Nano User Manual [internet]. [diunduh 2014 Nov 10]
Tersedia pada: http://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5/
Idris. 2014. Rancang Bangun Dan Uji Kinerja Water Temperature Data Logger
[skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.
Lee, Youbok. 2003. Antenna Circuit Design for RFID Applications. DS00710C.
USA
Maxim Integrated. 2008. DS1302 Trickle-Charge Timekeeping Chip. 160 Rio
Robles, San Jose, CA 95134 [US].
McFarlane et al. 1990. Factors That Affect the Recaptured of Tagged Sablefish off
the West Coast Canada. Departement of Fisheries and Oceans, Pacific,
Biological Station Nanaimo, British Columbia V9R 5K6, Canada.
Suryadipta. 2013. Propagasi Gelombang Radio. Surabaya [ID]: Universitas
Narotama Surabaya.
Thorsteinsson, Vilhjalmur. 2002. Tagging Methods For Stock Assessment And
Research In Fisheries. Marine Research Institute, Skulagata 4, IS-121
Reykjavik, Iceland.
23
LAMPIRAN
Lampiran 1. Kode Program Electronic Fish Tag.
#include
#include
#include
#include
#include
#define led 3
File myFile;
char filename[30];
SoftwareSerial RFID (2,255); //rx,tx
RTC_DS1307 rtc;
namespace {
String msg[5];
void split(String objectm, char delimiter) {
byte i=0;
String temp="";
int commaPosition;
do
{
commaPosition = objectm.indexOf(delimiter);
if(commaPosition != -1)
{
temp=objectm.substring(0,commaPosition);
objectm = objectm.substring(commaPosition + 1,
objectm.length());
}
else
{
if(objectm.length() > 0) {
temp=objectm;
}
}
msg[i]=temp;
i++;
}
while (commaPosition >=0);
}
24
void SetTime(String seting) {
DateTime now = rtc.now();
split(seting,':');
rtc.adjust(DateTime(now.year(),
now.day(),msg[0].toInt(),
msg[2].toInt()));
}
now.month(),
msg[1].toInt(),
void SetDate(String seting) {
DateTime now = rtc.now();
split(seting,'-');
rtc.adjust(DateTime(msg[2].toInt(),
msg[1].toInt(),
msg[0].toInt(),now.hour(),now.minute(),now.second()));
}
String GetDate() {
DateTime now = rtc.now();
char a[12];
sprintf(a,"%02d-%02d-%04d",now.day(),now.month(),now.ye
ar());
sprintf(filename,"%02d-%02d-%02d.txt",now.day(),now.mon
th(),now.year()-2000);
return String(a);
}
String GetTime() {
DateTime now = rtc.now();
char a[12];
sprintf(a,"%02d:%02d:%02d",now.hour(),now.minute(),now.
second());
return String(a);
}
void readclock() {
myFile = SD.open("SETTING.INI");
for (byte c=0;c
MIKROKONTROLER DENGAN SENSOR RADIO
FREQUENCY IDENTIFICATION (RFID)
DIWA PERKASA
DEPARTEMEN ILMU DAN TEKNOLOGI KELAUTAN
FAKULTAS PERIKANAN DAN ILMU KELAUTAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2014
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA*
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Rancang Bangun
Electronic Fish Tag Berbasis Mikrokontroler Dengan Sensor Radio Frequency
Identification (RFID) adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi
pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi
mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan
maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan
dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, September 2014
Diwa Perkasa
NIM C54100071
*
Pelimpahan hak cipta atas karya tulis dari penelitian kerja sama dengan pihak luar IPB harus
didasarkan pada kerja sama yang terkait
ABSTRAK
DIWA PERKASA. Rancang Bangun Electronic Fish Tag Berbasis Mikrokontroler
Dengan Sensor Radio Frequency Identification (RFID).
Dibimbing oleh TOTOK HESTIRIANOTO dan HAWIS. H. MADDUPPA
Electronic Fish Tag merupakan instrumen pelabelan hewan secara digital
dengan RFID tag agar penandaan hewan menjadi lebih mudah dan efisien.
Penelitian ini bertujuan menghasilkan desain Electronic Fish Tag serta
menghasilkan informasi data berdasarkan uji kinerja instrumen ini. Tahapan
pengerjaannya meliputi perancangan alat, perancangan elektronik perancangan
perangkat lunak, media penyimpanan, uji coba lab, dan uji coba lapang. Casing
dirancang dengan bentuk silinder dengan bahan Poly Ethylen (PE) dan alumunium.
Sistem elektroniknya terdiri atas Arduino Nano sebagai pusat pengendali utama,
CR003 sebagai pembaca RFID, DS1302 sebagai kontrol waktu, Buzzer sebagai
indikator pemakaian, Catalex Mikro SD untuk media penyimpanan data. Uji kinerja
menunjukan casing kedap dan dapat membaca RFID Tag walaupun terdapat media
penghalang kecuali berupa logam. Jarak pembacaan RFID Tag 54.23 ± 1.17 mm
dengan asumsi antena RFID dan koil RFID Tag sejajar. Terdapat beberapa faktor
pembacaan RFID seperti media penghalang dan orientasi koil terhadap antena. Uji
lapang pada 4-6 Agustus 2014 di Teluk Cendrawasih, Nabire, Provinsi Papua Barat
menunjukan Electronic Fish Tag dapat membaca RFID Tag dan data tersimpan
dengan baik. RFID Tag yang digunakan berjenis RFID Glass Tag Ø 5mm.
Kata kunci: antena, instrument, koil, rancang bangun, RFID
ABSTRACT
DIWA PERKASA. Design of Electronic Fish Tag-Based Microcontroller with
Sensor Radio Frequency Identification (RFID).
Supervised by TOTOK HESTIRIANOTO and HAWIS. H. MADDUPPA
Electronic Fish Tag is an electronic instrument to tag, therefore the tagged
fish can be detected and identified quickly rather then non-electronic tag. This
research aims to produce electronic design and information based on lab testing and
field testing of this instrument. The stage of process consist of design tool,
electronic design software design, media storage, lab testing, and field trials. Casing
made of Poly Ethylene (PE) and alumunium. Electronics system consist of an
Arduino Nano as the main control, CR003 as RFID readers, DS1302 as control
timer, Catalex Micro SD for data storage device, and Buzzer as an indicator.
Performance test showed that casing is waterproof and RFID tag can be read.
Reading distance range about 54.23 ± 1:17mm, RFID tags and RFID coil is
posisitional in parallel. There is a few factor of RFID reading such as barrier media
and coil orientation to the antenna. Field test at 4-6 August 2014 in Cendrawasih
bay, Nabire, Papua Barat Province showed that Electronic Fish Tag RFID could
read a RFID tag and the data was stored properly. That tags used are RFID Glass
Tags Ø 5mm.
Keywords: antenna, coil, design, instrument, RFID
RANCANG BANGUN ELECTRONIC FISH TAG BERBASIS
MIKROKONTROLER DENGAN SENSOR RADIO
FREQUENCY IDENTIFICATION (RFID)
DIWA PERKASA
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Ilmu Kelautan
pada
Departemen Ilmu dan Teknologi Kelautan
DEPARTEMEN ILMU DAN TEKNOLOGI KELAUTAN
FAKULTAS PERIKANAN DAN ILMU KELAUTAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2014
Judul Skripsi : Rancang Bangun Electronic Fish Tag Berbasis Mikrokontroler
Dengan Sensor Radio Frequency Identification (RFID)
Nama
: Diwa Perkasa
NIM
: C54100071
Disetujui oleh
Dr. Ir. Totok Hestirianoto, M.Sc
Pembimbing I
Dr. Hawis H. Madduppa, S.Pi, M.Si
Pembimbing II
Diketahui oleh
Dr. Ir. I Wayan Nurjaya, M.Sc
Ketua Departemen
Tanggal Lulus:
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu wa ta’ala atas
segala karunia-Nya sehingga karya ilmiah Rancang Bangun Electronic Fish Tag
Berbasis Mikrokontroler Dengan Sensor Radio Frequency Identification (RFID)
telah diselesaikan. Karya tulis ini diajukan sebagai salah satu syarat untuk
memperoleh gelar Sarjana Ilmu dan Teknologi Kelutan pada Fakultas Perikanan
dan Imu Kelautan.
Terima kasih penulis ucapkan kepada:
1. Dr. Ir. Totok Hestirianoto, M.Sc selaku dosen pembimbing yang selalu
memberi saran serta masukan.
2. Dr. Hawis H. Madduppa, S.Pi, M.Si selaku dosen pembimbing atas
waktu dan arahan pada saat uji coba lapang.
3. Cassandra Tania dan seluruh tim WWF untuk bantuannya pada saat uji
coba lapang.
4. Keluarga atas dukungan dan doanya.
5. Staf Laboratorium dan Intrumentasi Kelautan.
6. Acta Withamana, S.Pi, M.Si atas gagasan idenya dalam pembuatan
penelitian ini
7. Prof. Dr. Ir. Indra Jaya, M.Sc selaku Pembina utama klub Marine
Instrument and Telemetry (MIT).
8. Teman-teman seperjuangan Diklat MIT-02 dan seluruh keluarga besar
MIT berkat ilmu yang disampaikan.
9. Teman-teman ITK 47 untuk semua dukungan dan semangat.
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, Oktober 2014
Diwa Perkasa
C54100071
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
vi
DAFTAR GAMBAR
vi
DAFTAR LAMPIRAN
vi
PENDAHULUAN
1
Latar Belakang
1
Perumusan Masalah
1
Tujuan Penelitian
2
Manfaat Penelitian
2
METODE
2
Waktu dan Tempat Penelitian
2
Alat dan Bahan Penelitian
2
Prosedur Penelitian
3
HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil Rancang Bangun
Uji Laboratorim
SIMPULAN DAN SARAN
6
6
14
20
Simpulan
20
Saran
21
DAFTAR PUSTAKA
22
LAMPIRAN
23
RIWAYAT HIDUP
28
DAFTAR TABEL
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
Alat penelitian
2
Bahan penelitian
3
Frekuensi Penggunaan RFID
7
Spesifikasi teknis Electronic Fish Tag
8
Konfigurasi Pin Arduino dengan perangkat lain
9
Keterangan suara indicator buzzer
11
Kebutuhan tegangan listrik perangkat elektronik
12
Keberhasilan pemindaian RFID tag dengan media penghalang Styrofoam 16
Keberhasilan pemindaian RFID tag dengan media papan alumunium
17
Jarak pemindaian RFID Tag Gantungan kunci (mm) terhadap Electronic Fish
Tag
17
DAFTAR GAMBAR
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
22.
23.
24.
Desain dan dimensi casing Electronic Fish Tag
4
Skematik rangkaian elektronik Electronic Fish Tag
5
Hasil rancang bangun Electronic Fish Tag
6
Skematik desain antena RFID
7
Modul Arduino Nano
8
Rangkaian Elektronik Arduino Nano
8
Modul CR003
9
Rangkaian modul CR003
9
RFID tag (a) glass tag (b) gantungan kunci
10
Rangkaian Real Time Clock DS1302
10
Modul SDCard Catalex
11
Rangkaian elektronik Modul mikro SDCard Catalex
11
Rangkaian Buzzer
11
Rangkaian elektronika Baterai
12
Diagram alir perangkat lunak Electronic Fish Tag
13
File SETTING.ini (a) RTC belum diatur (b) RTC setelah diatur
14
Jarak pembacaan RFID Glass tag Ø 5mm (a) orientasi koil mendekati antena
(b) orientasi koil menjauhi antena
15
Jarak pembacaan RFID tag gantungan kunci Ø 20mm (a) orientasi koil sejajar
dengan antena (b) orientasi koil tegak lurus dengan antena
15
RFID tag yang ditempatkan pada Styrofoam (a) RFID Glass Tag
16
Grafik Pembacaan RFID
18
Data hasil pemidaiain Electronic Fish Tag
18
Lokasi penempatan eksternal tag berdasarkan tipe (Vilhjalmur 2002)
19
Uji coba pemasangan RFID tag pada Hiu Paus (a) RFID tag pada dorsal ikan
(b) Uji coba pemindaian RFID tag
20
Data uji coba pemasangan RFID tag pada ikan Hiu Paus
20
DAFTAR LAMPIRAN
1.
Lampiran 1. Kode Program Electronic Fish Tag.
23
1
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Penandaan hewan laut atau pelabelan (tagging) dengan sensor elektronik
semakin banyak dilakukan olah para ilmuwan di seluruh dunia untuk melacak
pergerakan hewan tersebut. Label elektronik yang sudah umum digunakan adalah
archival tags, pop-up satelite tags, satelite positioning tags, GSM tags, acoustic
tags, dan Radio Frequency Identification (RFID) tags (Cencus of Marine Life
2013). Data yang dihasilkan oleh label elektronik ini berupa kapan, di mana, dan
bagaimana ruaya hewan laut serta bagaimana hubungannya antara ruaya hewan laut
dengan lingkungannya. Kemampuan untuk dapat memprediksikan pergerakan
hewan laut berdasarkan insting hewan tersebut memiliki peran penting dalam upaya
konservasi laut dan pengelolaan perikanan tangkap.
Kemajuan teknologi dibidang elektronik seperti mikrokontroler dan Radio
Frequency Identification (RFID) banyak digunakan oleh para peneliti zaman
sekarang untuk membantu tugasnya dalam identifikasi. Teknologi label RFID
merupakan salah satu teknologi murah yang dapat diaplikasikan untuk pelabelan
hewan laut. Umumnya teknologi pelabelan RFID ini sudah dilakukan untuk
beberapa ikan hias. Hal ini dilakukan karena ikan sulit sekali dikenali karena bentuk
secara fisiknya mirip dengan ikan lainnya walaupun dipelihara dalam suatu
wahana/akuarium. Teknologi RFID ini mampu digunakan untuk membantu dalam
hal identifikasi ikan secara teliti dan efisien.
Radio Frequency Identification (RFID) adalah sistem identifikasi tanpa kabel
(wireless) menggunakan gelombang radio. Prinsip kerja RFID didasarkan pada
prinsip kerja gelombang elektromagnetik. Perangkat RFID dapat berkomunikasi
jika bekerja pada frekuensi yang sama. Karaktersistik frekuensi didasarkan pada
kondisi lapangan yang sangat bervariasi dalam penerapannya. Hingga saat ini
terdapat 4 macam frekuensi RFID yang dipakai yakni low frequency (120-150kHz),
high frequency (13.56MHz), ultra high frequency (868-956MHz), dan microwave
(>2.45GHz).
Ukuran pemindai RFID yang dirancang portable umumnya berukuran cukup
kecil serta dilengkapi oleh mikroprosesor, RFID reader, dan memori untuk media
penyimpanan data. Hal yang perlu diperhatikan dalam perancangan Electronics
Fish Tag adalah ukuran antena, baterai, dan kekedapan terhadap air (Biomark Inc,
2014). Pengembangan tentang RFID ini sebenarnya sudah banyak dilakukan,
namun masih tergolong sedikit yang diimplementasikan terhadap perikanan.
Perancangan instrumen yang mudah dioperasikan perlu diterapkan dalam
penelitian ini. Produk yang dihasilkan pun harus cukup handal dan mampu
mengurangi ketergantungan dan menciptakan kemandirian teknologi.
Perumusan Masalah
Monitoring hewan dibutuhkan agar dapat menduga dengan tepat jumlah
individu spesies di suatu lokasi. Metode identifikasi menggunakan cara manual
seperti menggunakan ciri-ciri fisik tubuh dinilai cukup sulit karena mengandalkan
visualisasi. Maka dapat dilakukan secara optimal pada perairan kekeruhannya
2
rendah. Instrumen Electronic Fish Tag diharapkan dapat membantu teknik
identifikasi secara efisien dan menciptakan kemandirian teknologi.
Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah menghasilkan desain dan sistem kerja dari
instrumen Electronic Fish Tag yang mudah digunakan.
Manfaat Penelitian
Manfaat penelitian ini adalah penulis dapat merancang desain, konstruksi,
dan sistem Electronics Fish Tag serta memberikan gambaran tahapan uji coba dan
analisis dari instrumen yang dihasilkan.
METODE
Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian ini dilakukan beberapa tahap dan tempat. Prancangan instrumen
dan uji coba lab dilakukan pada Maret-Agustus 2014 di Laboratorium Instrumenasi
dan Telemetri Kelautan, bagian Akustik dan Instrumenasi Kelautan, Departemen
Ilmu dan Teknologi Kelautan, Fakultas Perikanan dan Ilmu Kelautan, Institut
Pertanian Bogor. Uji coba Instrumen dilakukan pada Bulan 4-6 Juli 2014 di Taman
Nasional Teluk Cendrawasih.
Alat dan Bahan Penelitian
Alat yang digunakan pada penelitian ini dapat dilihat pada Tabel 1.
Tabel 1 Alat penelitian
Alat
Laptop
Tipe
Fujitsu Lifebook OS
Windows 7 Professional
Solder
Deko
PCB
PCB bolong
Arduino IDE
Versi 1.5.5
EAGLE
Versi 6.3.0
Fungsi
Membuat firmware
mikrokontroler dan mengunduh
firmware menuju mikrokontroler
Menyolder komponen elekronik
dengan PCB
Tempat dudukan kompenen
elektronik
Membuat alur program dan
meng-compile menjadi *.hex
Mensimulasi rangkaian
elektronik
3
Bahan yang digunakan pada penelitian ini dapat dilihat pada Tabel 2.
Tabel 2 Bahan penelitian
Alat
Arduino
RFID Reader
RFID Tag
Modul SD Card
Micro SD Card
Baterai
Real Time Clock
Crystal
Resistor
Timah
Alumunium
Plastik PE
Nilai/Tipe
Arduino Nano
CR003 SERIES 125 kHz
Glass Tag RFID
Key Chain RFID
Versi 1.5.5
V-Gen 2 Gb
Ultra Fire Li Ion 3.7 V 2400 mAh
CR 2032 3.7 V
DS1302
33.768 kHz
10 KΩ
Jumlah
1 unit
1 unit
2 unit
2 unit
1 unit
1 unit
2 unit
1 unit
1 unit
1 unit
3 unit
1 unit
1 unit
1 unit
Prosedur Penelitian
Perancangan Alat
Perancangan Casing
Casing berfungsi sebagai wadah dan pelindung rangkaian komponenkomponen elektronik. Pengukuran dan simulasi model desain menggunakan
perangkat lunak Google Sketch Up dan Google Layout. Perancangan casing dibuat
dengan bentuk silinder dan dipisah menjadi beberapa bagian. Bagian (A) pada
Gambar 1 merupakan wadah untuk menyimpan rangkaian utama dan antena RFID.
Bahan yang digunakan adalah Poly Ethelene (PE). Bahan jenis plastic PE
digunakan agar sinyal dapat menembus casing menuju antena RFID. Bagian (B)
digunakan untuk menyimpan modul micro SD Card saja. Sedangkan pada bagian
(C) merupakan wadah penyimpanan baterai 2 buah Ultra Fire Li-Ion 3.7 V yang
disusun secara seri. Keuntungan alumunium adalah cukup tahan terhadap korosi,
daya hantar listrik yang baik, murah, dan mudah dibentuk. Proses pembuatan casing
dilakukan dengan menggunakan mesin bubut.
4
Gambar 1 Desain dan dimensi casing Electronic Fish Tag
Perancangan Perangkat Lunak
Perangkat lunak yang berisi program dan tersimpan pada ROM (Read Access
Memory) disebut juga Firmware. Firmware diunduh menjuju mikrokontroler
sehingga akan tersimpan walaupun tidak dialiri arus listrik. Firmware Electronic
Fish Tag dibuat menggunakan Arduino IDE versi 1.5.5.
5
Perancangan Perangkat Elektronik
Perancangan desain elektronik (Gambar 2) dirancang dengan menggunakan
perangkat lunak Eagle versi 6.3.0. Layout komponen dibuat agar memudahkan
ketika melakukan penyolderan antar komponen di atas papan PCB. Pembuatan
sistem sirkuit Electronic Fish Tag tidak menggunakan PCB hasil etching,
melainkan hanya PCB matrix.
Gambar 2 Skematik rangkaian elektronik Electronic Fish Tag
Uji Laboratorium
Uji laboratorium dilakukan untuk memastikan semua sistem berfungsi
dengan baik. Uji laboratorium dilakukan ketika proses rancang bangun telah
dilakukan. Uji yang dilakukan adalah uji kekedapan casing, pembacaan RFID tag,
dan penyimpanan data. Uji kekedapan casing dilakukan pada kolam watertank
dengan kedalaman 3 meter di Laboratotium Akustik dan Instrumenasi Kelautan,
ITK-IPB. Uji pembacaan RFID tag dilakukan agar mengetahui medium yang dapat
digunakan dan mengetahui jarak optimum pembacaan. Uji penyimpanan data
dilakukan agar mengatahui format data dan tingkat keberhasilan pemindaian.
6
HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil Rancang Bangun
Hasil rancang bangun Electronic Fish Tag pada penelitian ini dapat dilihat
pada Gambar 3. Desain instrumen ini menggunakan beberapa bagian terpisah
seperti bagian komponen elektronik utama (PE) dan sumber daya (Alumunium).
Penggunaan instrumen ini dilakukan dengan memutar drat sumber daya sehingga
baterai tersambung dengan rangkaian elektronik. Bagian pembaca RFID Tag
berada pada ujung muka PE sehingga cukup mudah digunakan. Ukuran diameter
genggaman 35mm yang realatif kecil dan terdapat tali pengikat akan membuat
pengguna leluasa dalam pengoprasiannya.
Antena RFID
Poly Ethelene (PE)
Alumunium
Tali Pengikat
Gambar 3 Hasil rancang bangun Electronic Fish Tag
Prinsip Kerja RFID
Prinsip pembacaan RFID menggunakan gelombang elektromagnetik dan
penggunaannya memiliki frekuensi yang sudah distandarkan. Berikut ini
merupakan penggunaan frekuensi RFID:
7
Tabel 3 Frekuensi Penggunaan RFID
Frekuensi
120–150 kHz (LF)
13.56 MHz (HF)
Jarak Pembacaan
10cm
10cm-1m
433 MHz (UHF)
1-100m
865-868 MHz (Eropa)
902-928 MHz (Amerika
Utara) UHF
2450-5800 MHz
(microwave)
3.1–10 GHz (microwave)
Penggunaan
Identifikasi hewan
Smart cards (MIFARE,
ISO/IEC 14443)
Untuk pertahanan dengan
aktif tag
1-12m
Standar kode barang
1-2 m
802.11 WLAN, Bluetooth
1-200m
-
Pengaturan frekuensi pada RFID dilakukan dengan mengubah nilai satuan
pada komponen seperti nilai kapasitansi dan induktansi. Nilainya dapat dihitung
dengan persamaan berikut:
�=(
�√��
)
F=frekuensi (Hz)
L=induktansi (Henry)
C=kapasitansi (Farad)
Nilai induktasi pada antena/koil dihasilkan dari desain antena RFID yang
digunakan. Umumnya desain antena yang digunakan adalah lilitan silinder karena
cukup sederhana dan mudah dibuat. Bahan yang digunakan merupakan kawat
tembaga yang dililit hingga membentuk silinder. Nilai induktasi dari antena ini
dihitung dengan persamaan henry:
�� 2 �
�=
�
L=Induktansi (Henry)
N=jumlah lilitan
A=luas penampang antena (m2)
l=panjang lilitan (m)
�=permiabilitas relatif
Gambar 4 Skematik desain antena RFID
8
Frekuensi yang dihasilkan pun menjadi lebih spesifik tergantung
penggunaanya. Agar reader RFID dapat membaca tag-nya, maka frekuensi antara
keduanya pun harus sama.
Spesifikasi Electronic Fish Tag
Berikut ini merupakan spesifikasi rancang bangun Electronic Fish Tag yang
telah dibuat.
Tabel 4 Spesifikasi teknis Electronic Fish Tag
Spesifikasi Eelctronic Fish Tag
Dimensi
270mm (P) 55mm (Ø)
Chasing
Alumunium dan Poly Ethelene
Voltase kerja
5 VDC
Mikroprosesor
AT Mega 328p
RFID Chip
CR003
Frekuensi RFID
125 kHz
Buzzer
4 kali : Kesalahan pemasangan mikro SD Card
2 kali : Pembacaan ID tag
Kapasitas Mikro SD Card
Hingga 16 GB
Baterai
2 Sel Li-Po 7.4 V 3000 mAh
Rangkaian Elektronik
Rangkaian utama Arduino Nano
Arduino Nano (Gambar 5) merupakan modul yang berisi rangkaian minimum
mikrokontroler ATmega328 yang dapat diprogram ulang melalui Arduino IDE.
Proses pemogramannya menggunakan komunikasi Universal Asyncronous
Receiver/Transmiter (UART) karena sudah ditanamkan bootloader didalamnya.
Arduino Nano memiliki kristal eksternal sebesar 16 MHz sehingga proses instruksi
perintah lebih cepat.
Gambar 5 Modul Arduino Nano
Gambar 6 Rangkaian Elektronik
Arduino Nano
9
Konfigurasi pin Arduino dengan beberapa perangkat ditunjukan Tabel 5.
Tabel 5 Konfigurasi Pin Arduino dengan perangkat lain
Perangkat
CR003 SERIES Proximity Reader Module
Real Time Clock DS1302
Micro SD Card Module
BUZZER
Pin
D2
D5
D6
D7
D10
D11
D12
D13
D3
Keterangan
RX Data
CE
I/O
SCLK
CS
MOSI
MISO
SCK
INDIKATOR
Rangkaian RFID
CR003 SERIES Proximity Reader Module (Gambar 7) merupakan sensor
pembaca RFID tag pada frekuensi 125 kHz yang memiliki keluaran digitial.
Menurut lembar data, CR003 membutuhkan suplai catu data antara 4.6-5.4 V dan
memiki jangkauan pembacaan antara 8-12 cm. Komunikasi antara CR003 dan
Arduino menggunakan jenis Universal Asyncronous Receiver/Transmiter (UART)
dengan protocol 9600 bps, Non Parity, 8 bit Data,1 Stop bit.
Gambar 7 Modul CR003
Gambar 8 Rangkaian modul CR003
Antena pada pembaca RFID befungsi sebagai penghantar energi menuju
RFID tag dan penerima sinyal dari RFID tag. Pin Transmitter (TX) pada CR003
akan aktif mengirimkan data pada saat RFID tag didekatkan pada antenna yang
terhubung dengan modul. Data yang dikirimkan merupakan ASCII data dengan
format STX (02H) + DATA (10 ASCII) + LRC (2 ASCII) + CR (0DH) + LF (0AH)
+ ETX (03H). Pin yang digunakan untuk komunikasi ini adalah pin D2.
RFID tag
RFID tag (Gambar 9) yang dipakai merupakan tipe pasif sehingga tidak
memiliki sumber energy didalamnya. Terdapat 2 jenis tag RFID tag Gantungan
kunci dan RFID Glass tag dengan frekuensi 125 kHz. Setiap RFID tag memiliki 10
digit nomor ID masing-masing sehingga tidak ada nomor ID yang sama pada tag
yang berbeda.
10
(a)
(b)
Gambar 9 RFID tag (a) glass tag (b) gantungan kunci
Rangkaian Real Time Clock (RTC)
RTC DS1302 menggunakan komunikasi Serial Peripheral Interface (SPI)
dengan 3 jalur data yaitu CE (Pin 5), I/O (Pin 6), dan SCLK (Pin 7) yang
dihubungkan menuju Arduino. Terdapat rangkaian 3 buah resistor pull up untuk
penyesuaian level tegangan digital sensor antara RTC dan Arduino. RTC DS1302
menggunakan osilator eksternal sebesar 32.768 kHz sebagai sumber detaknya dan
bekerja pada tagangan antara 2-5.5 V serta memiliki konsumsi daya yang rendah.
RTC DS1302 memerlukan sumber energi cadangan yang berfungsi
mengaktifkan waktu dan tanggal perangkat ini pada saat sumber energi utama
dimatikan. Sumber energy cadangan ini berupa baterai CR2032 3.7 V.
Gambar 10 Rangkaian Real Time Clock DS1302
Rangkaian Penyimpanan
Modul mikro SDCard Catalex (Gambar 11) merupakan modul pembaca kartu
mikro SD dengan antarmuka Serial Peripheral Interface (SPI) agar dapat membaca
dan menulis data pada kartu mikro SD. Pin antarmuka SPI yang digunakan adalah
MISO (D12), MOSI (D11), SCK (D13), CS (D10). Modul ini mendukung kartu
Mikro SD dan Mikro SDHC dan bekerja pada tegangan 4.5-5 V.
11
Gambar 11 Modul SDCard Catalex
Gambar 12 Rangkaian elektronik Modul mikro SDCard Catalex
Buzzer
Buzzer berfungsi sebagai indikator dari Electronick Fish Tag. Saat buzzer
aktif maka membuat Electronick Fish Tag mengeluarkan suara. Indikator suara ini
yang memberikan beberapa keadaan seperti pada Tabel 6.
Tabel 6 Keterangan suara indicator buzzer
Indikator
Suara 4 kali
Suara 2 kali
Keadaan
Mikro SDCard tidak terbaca/rusak
Alat siap digunakan/ID tag sudah tersimpan
Komunikasi antara buzzer dan Arduino menggunakan Input/Output (I/O)
pada pin D3. Buzzzer akan mengeluarkan suara pada saat pin diset keadaan High
Level. Rangkaian Buzzer ditunjukan pada Gambar 11.
Gambar 13 Rangkaian Buzzer
12
Sumber Energi
Sumber energi utama Electronics Fish Tag adalah 2 buah baterai UltraFire
3.7 V Li-ion 4200 mAh (disi ulang/recharge) yang disusun secara seri. Baterai yang
disusun secara seri akan mengeluarkan tegangan sebesar 7.4 V, sehingga perlu
diatur tegangan keluarannya agar sesuai dengan kebutuhan berbagai perangkat.
Maka tegangan baterai diatur oleh IC LM7805 (Gambar 14) yang dapat
mengeluarkan tegangan sebesar 5 V dengan arus 1 A.
Gambar 14 Rangkaian elektronika Baterai
Tegangan yang dikeluarkan oleh IC LM7805 terbagi oleh berbagai perangkat
yang ditunjukan oleh Tabel 7.
Tabel 7 Kebutuhan tegangan listrik perangkat elektronik
Perangkat elektronik
Arduino Nano
Modul Mikro SDCard
CR003 RFID
DS1302
Buzzer
Tegangan (Voltase)
Minimum
Maksimum
4.5
5.5
4.5
5.5
4.6
5.4
2
5.5
3
6
Berdasarkan kisaran kebutuhan tegangan listrik berbagai perangkat
elektronik pada Electronics Fish Tag, maka hasil regulator IC LM7805 sebesar 5 V
dengan arus 1 A dapat digunakan sebagai sumber energi utama.
Perangkat Lunak
Perangkat lunak merupakan suatu instruksi perintah yang dibuat untuk
menjalankan perangkat keras, dalam hal ini adalah Arduino Nano. Jenis perangkat
lunak yang digunakan adalah Arduino IDE versi 1.5.5 dengan Bahasa C/C++.
Perangkat lunak ini bersifat terbuka (Open Source) sehingga perkembangannya
cukup pesat dan mudah digunakan.
Perangkat lunak Electronic Fish Tag dirancang agar dapat menjalankan
beberapa fungsi seperti mengaktifkan buzzer, menulis data, menerima data ID dari
RFID tag, dan mengatur tanggal dan waktu. Alur perangkat lunak Electronic Fish
Tag ditunjukan pada Gambar 15
13
Gambar 15 Diagram alir perangkat lunak Electronic Fish Tag
Saat perangkat Electronik Fish Tag dinyalakan, maka mikrokontroler pada
Arduino Nano akan menginisialisasi RFID Reader (CR003) dan RTC (DS1302).
Setelah selang waktu 500 milidetik Arduino akan menginisialisasi mikro SD Card.
Jika tidak terdapat micro SD Card atau micro SD Card rusak maka Buzzer akan
berbunyi sebanyak 4 kali terus menerus. Apabila micro SD Card berfungsi dengan
baik maka Arduino akan membaca file SETTING.INI untuk mengatur tanggal dan
waktu RTC lalu Buzzer akan berbunyi sebanyak 2 kali.
Arduino akan mengambil data ID RFID yang terdapat pada RFID tag pada
saat RFID tag didekatkan dengan antenna Electronik Fish Tag. Secara bersamaan
Arduino akan mengambil data tanggal dan waktu dan menulisnya pada file *.txt.
Nama file *.txt akan dibuat berdasarkan tanggal pengambilan data ID RFID dan
membuat file *.txt baru jika terjadi perubahan tanggal.
File Pengatur Tanggal dan Waktu (SETTING.INI)
Pengaturan tanggal dan waktu Real Time Clock (RTC) menjadi hal yang
cukup penting bagi Electronic Fish Tag. Oleh karena itu, pengaturannya dibuat
dengan cara yang cukup mudah. Pengaturannya diatur dalam file SETTING.INI
pada micro SD Card yang digunakan. Secara otomatis file SETTING.INI akan
ditulis oleh Arduino jika file ini hilang atau pergantian micro SD Card baru.
14
(a)
(b)
Gambar 16 File SETTING.ini (a) RTC belum diatur (b) RTC setelah diatur
Pengaturan waktu dan tanggal cukup mengubah header file “NO” menjadi
“YES” setelah itu sesuaikan dengan waktu lokal setempat. Kemudian hidupkan
Electronic Fish Tag hingga terdengar bunyi 2 kali maka pengaturan waktu berhasil
dilakukan. Pengaturan ini cukup dilakukan sekali karena akan tersimpan secara
permanen di dalam ROM memori RTC.
Uji Laboratorim
Kekedapan Casing
Casing Electronic Fish Tag dirancang agar kedap dan tahan terhadap tekanan
air. Rangkaian elektronik sangat rentan apabila terjadi hubungan arus singkat yang
menyebabkan Electronic Fish Tag menjadi rusak. Percobaan dilakukan pada kolam
watertank Laboratorium Akustik dan Instrumenasi Kelautan-ITK IPB selama 1 hari
pada 1 Juli 2014 pada kedalaman 3 meter. Percobaan menunjukan tidak terdapat
butir air yang masuk ke dalam casing. Berdasarkan percobaan ini maka casing
terbukti kedap.
15
Pembacaan ID pada RFID Tag
Pembacaan RFID tag dilakukan agar mengetahui jarak optimal pada saat
melakukan pemindaian. Berdasarkan lembar data kemapuan RFID CR003 pada
saat melakukan pemindaian sekitar 8-12cm namun dalam keadaan optimal seperti
tidak adanya penghalang dan ukuran dari RFID tag. Percobaan menunjukan bahwa
jarak pemindaian RFID tag bervariasi tergantung posisi koil RFID tag terhadap
antena.
(a)
(b)
Gambar 17 Jarak pembacaan RFID Glass tag Ø 5mm (a) orientasi koil mendekati
antena (b) orientasi koil menjauhi antena
(a)
(b)
Gambar 18 Jarak pembacaan RFID tag gantungan kunci Ø 20mm (a) orientasi
koil sejajar dengan antena (b) orientasi koil tegak lurus dengan antena
Jarak pembacaan dipengaruhi oleh beberapa fakor desain dari koil antena dan
tag, arah hadap tag (orientasi) dan kondisi lingkungan (logam, gangguan
kelistrikan) (Lee 2003). Ukuran koil tag yang besar membuat jarak pembacaan
semakin jauh dan ukuran koil yang kecil membuat jarak pembacaan semakin dekat.
Selain itu faktor orientasi koil pada tag dilihat pada sudut yang dibentuk oleh antena
dan RFID tag. Posisi sejajar (Gambar 18a) antara antena dan RFID tag merupakan
posisi pembacaan jarak optimum. Sedangkan posisi tegak lurus (Gambar 18b)
antara antena dan RFID tag merupakan posisi pembacaan jarak minimum.
Antena yang terdapat pada RFID reader CR003 mampu menangkap sinyal
elektromagnetik pada frekuensi 125 kHz dengan dihalangi media seperti plastik,
kertas, dan busa. Gelombang elektromagnetik memiliki karakteristik yakni dapat
merambat walupun tidak ada medium. Percobaan dilakukan dengan menempatkan
Styrofoam diantara RFID tag dan antena Electronic Fish Tag.
16
(a)
(b)
Gambar 19 RFID tag yang ditempatkan pada Styrofoam (a) RFID Glass Tag
(b) Gantungan kunci RFID tag
Hasil percobaan menunjukan bahwa Electronic Fish Tag dapat melakukan
pemidaian RFID tag dengan baik walaupun terdapat penghalang Styrofoam.
Perulangan pemindaian dilakukan 10 kali untuk melihat pesentase keberhasilan
pemindaian. Tingkat keberhasilannya cukup baik, yakni 100% kesuksesan dalam
melakukan pemindaian dapat dilihat pada Tabel 8.
Tabel 8 Keberhasilan pemindaian RFID tag dengan media penghalang Styrofoam
Percobaan keGlass tag
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Keterangan: Sukses
X
Gagal
Gantungan kunci
Percobaan selanjutnya dengan melakukan pemindaian RFID tag dengan
media penghalang sebuah papan alumunium. Papan alumunium ini ditempatkan
antara antena RFID dan RFID tag. Tingkat keberhasilan pemindaian dapat dilihat
pada Tabel 9.
17
Tabel 9 Keberhasilan pemindaian RFID tag dengan media papan alumunium
Percobaan keGlass tag
1
X
X
2
X
3
X
4
X
5
X
6
X
7
X
8
X
9
X
10
Keterangan: Sukses
X
Gagal
Gantungan kunci
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
Gelombang elektromagnetik RFID dengan frekuensi 125 kHz merupakan
salah satu jenis gelombang radio frekuensi rendah yakni antara 30-300 kHz.
Gelombang radio ini akan mengalami pantulan jika mengenai permukaan logam
seperti besi dan alumunium. Maka sinyal tidak dapat merambat menuju antena
RFID sehingga RFID tag sangat sulit untuk dilakukan pemindaian.
Percobaan selanjutnya dilakukan dengan membaca jarak RFID tag terhadap
Electronic Fish Tag tanpa penghalang dengan perulangan sebanyak 30 kali dilihat
pada Tabel 10.
Tabel 10 Jarak pemindaian RFID Tag Gantungan kunci (mm) terhadap Electronic
Fish Tag
1-10
54
52
54
53
54
54
54
54
54
57
Jarak (mm) ulangan ke11-20
21-30
54
55
54
54
54
55
53
55
51
56
54
54
54
56
54
55
53
56
55
55
18
58
57
Jarak Pembacaan (mm)
56
55
54
53
52
51
Standar Deviasi
Ulangan 1-10
Ulangan 11-20
Ulangan 21-30
50
49
48
Gambar 20 Grafik Pembacaan RFID
Berdasarkan hasil percobaan, maka jarak pembacaan RFID Tag berkisar
54.23 ± 1.17 mm dengan jarak pembacaan terjauh 57 mm. Asumsi pembacaanya
adalah dengan mensejajarkan antena dengan koil RFID Tag.
Media Penyimpanan
Media penyimpanan yang digunakan adalan micro SD Card V-Gen dengan
kapasitas 2GB dan format sistem Fat 32. Electronik Fish Tag akan secara otomatis
membuat file “SETTING.INI” dan menyimpan nomer ID dari RFID tag pada file
dengan ekstensi *.txt ketika RFID tag didekatkan. Data pembacaan akan dibuat
secara bersamaan berdasarkan tanggal pembacaan RFID tag yang berisi data ID
RFID tag, tanggal, dan jam. Format pemindaian Electronik Fish Tag dapat dilihat
pada Gambar 21.
Gambar 21 Data hasil pemidaiain Electronic Fish Tag
19
Uji Lapang
Uji lapang dilakukan pada 4-6 Agustus 2014 di Teluk Cendrawasih, Nabire,
Provinsi Papua Barat. RFID tag yang digunakan yakni RFID Glass Tag dengan
ukuran panjang 12mm dan Ø 5 mm. Objek sebagai percobaan yakni individu ikan
Hiu Paus. RFID tag ditempatkan pada sirip bagian atas (dorsal) ikan dengan cara
disuntik dengan injector khusus RFID tag.
Gambar 22 Lokasi penempatan eksternal tag berdasarkan tipe (Vilhjalmur 2002)
Penempatan eksternal tag (RFID Glass Tag) akan memudahkan pemasangan
serta pendeteksian dan tidak memerlukan alat tambahan lagi. Metode ini sudah
berlangsung cukup lama dan digunakan secara luas oleh peneliti dunia (Vilhjalmur
2002).
Pemasangan Tag dilakukan pada saat pemberian pakan agar ikan hiu paus
bersikap tenang. Uji coba pemindaian RFID tag yang telah ditanam pada tubuh ikan
telah berhasil dilakukan (Gambar 23).
20
(a)
(b)
Gambar 23 Uji coba pemasangan RFID tag pada Hiu Paus (a) RFID tag pada
dorsal ikan (b) Uji coba pemindaian RFID tag
Setelah pemasangan dilakukan pengecekan kekedapat pada Electronic Fish
Tag dan hanya terdapat titik air pada drat saja. Casing cukup tahan dengan tekanan
dan air laut. Bagian elektronik tidak terdapat air dan data yang terdapat pada micro
SD card dapat terbaca (Gambar 24). Dapat disimpulkan bahwa Electronic Fish Tag
berfungsi dengan baik.
Gambar 24 Data uji coba pemasangan RFID tag pada ikan Hiu Paus
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Penelitian Rancang Bangun Electronic Fish Tag Berbasis Mikrokontroler
Dengan Sensor Radio Frequency Identification (RFID) telah berhasil dilakukan
dengan tingkat kesuksesan pemindaian dengan baik, desain yang kokoh, dan mudah
digunakan. Casing yang terbuat dari alumunium cukup baik karena telah tebukti
kedap pada kedalaman kolam. Jarak pemindaian yang optimal adalah dengan posisi
koil sejajar terhadap antena Electronic Fish Tag yakni sekitar 4.5-5.5cm. Electronic
21
Fish Tag dapat membaca RFID tag dengan media penghalang seperti plastik, kertas,
dan busa karena gelombang elektromagnetik dengan frekuensi 125 kHz akan
dipantulkan oleh material logam seperti besi dan alumunium. Uji coba lapang
menunjukan kinerja Electronic Fish Tag bekerja dengan baik. Pembacaan tag pada
objek ikan hiu paus dapat terdeteksi. Casing terbukti kedap terhadap tekanan dan
tahan dengan air laut pada saat uji lapang.
Saran
Keberlanjutan penelitian rancang bangun Electronic Fish Tag diharapkan
dapat dilakukan agar mengatasi kekurangan penelitian ini dan menciptakan inovasi
teknologi RFID. Material alumunium sebagai bahan utama casing dinilai kurang
tahan dalam waktu yang lama dikarenakan mudah terkikis oleh gesekan.
Disarankan menggunakan stainless sebagai bahan utama agar lebih tahan gesekan
dan lebih tahan karat. Kemudian penambahan bantalan baterai berupa per agar
baterai lebih tahan goncangan. Perlu penambahan uji coba tekanan tag RFID
sehingga dapat diketahui kedalaman maksimum serta ketahanannya.
22
DAFTAR PUSTAKA
[Biomark]. 2015. Fish Tagging Methods [internet]. [diunduh 2015 Jan 2015]
Tersedia pada: http://www.biomark.com/Documents%20and%20Settings/
67/Site%20Documents/PDFs/Fish%20Tagging%20Methods.pdf
[Cencus Of Marine Life]. 2013. Electronic Tagging Of Marine Animals [internet].
[diunduh 2014 Nov 10] Tersedia pada: www.coml.org/comlfiles/scor/SCORtagging.pdf
[Microchip] Microchip Technology Inc. 1998. RFID Coil Design. DS00678B. USA.
[NOAA]. 2011. RFID Fishing Line Tagging: Version 1.7. University of Arkansas
Fayetteville [US].
Arduino. 2014. Arduino Nano User Manual [internet]. [diunduh 2014 Nov 10]
Tersedia pada: http://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5/
Idris. 2014. Rancang Bangun Dan Uji Kinerja Water Temperature Data Logger
[skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.
Lee, Youbok. 2003. Antenna Circuit Design for RFID Applications. DS00710C.
USA
Maxim Integrated. 2008. DS1302 Trickle-Charge Timekeeping Chip. 160 Rio
Robles, San Jose, CA 95134 [US].
McFarlane et al. 1990. Factors That Affect the Recaptured of Tagged Sablefish off
the West Coast Canada. Departement of Fisheries and Oceans, Pacific,
Biological Station Nanaimo, British Columbia V9R 5K6, Canada.
Suryadipta. 2013. Propagasi Gelombang Radio. Surabaya [ID]: Universitas
Narotama Surabaya.
Thorsteinsson, Vilhjalmur. 2002. Tagging Methods For Stock Assessment And
Research In Fisheries. Marine Research Institute, Skulagata 4, IS-121
Reykjavik, Iceland.
23
LAMPIRAN
Lampiran 1. Kode Program Electronic Fish Tag.
#include
#include
#include
#include
#include
#define led 3
File myFile;
char filename[30];
SoftwareSerial RFID (2,255); //rx,tx
RTC_DS1307 rtc;
namespace {
String msg[5];
void split(String objectm, char delimiter) {
byte i=0;
String temp="";
int commaPosition;
do
{
commaPosition = objectm.indexOf(delimiter);
if(commaPosition != -1)
{
temp=objectm.substring(0,commaPosition);
objectm = objectm.substring(commaPosition + 1,
objectm.length());
}
else
{
if(objectm.length() > 0) {
temp=objectm;
}
}
msg[i]=temp;
i++;
}
while (commaPosition >=0);
}
24
void SetTime(String seting) {
DateTime now = rtc.now();
split(seting,':');
rtc.adjust(DateTime(now.year(),
now.day(),msg[0].toInt(),
msg[2].toInt()));
}
now.month(),
msg[1].toInt(),
void SetDate(String seting) {
DateTime now = rtc.now();
split(seting,'-');
rtc.adjust(DateTime(msg[2].toInt(),
msg[1].toInt(),
msg[0].toInt(),now.hour(),now.minute(),now.second()));
}
String GetDate() {
DateTime now = rtc.now();
char a[12];
sprintf(a,"%02d-%02d-%04d",now.day(),now.month(),now.ye
ar());
sprintf(filename,"%02d-%02d-%02d.txt",now.day(),now.mon
th(),now.year()-2000);
return String(a);
}
String GetTime() {
DateTime now = rtc.now();
char a[12];
sprintf(a,"%02d:%02d:%02d",now.hour(),now.minute(),now.
second());
return String(a);
}
void readclock() {
myFile = SD.open("SETTING.INI");
for (byte c=0;c