Rancang Bangun Wireless Sensor Network Berbasis Topologi Tree-Like Mesh untuk Sistem Pemantauan Polusi Udara

(1)

RANCANG BANGUN

WIRELESS SENSOR NETWORK

BERBASIS TOPOLOGI

TREE-LIKE MESH

UNTUK

SISTEM PEMANTAUAN POLUSI UDARA

MUHAMMAD IQBAL

SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR

BOGOR 2015

(2)

(3)

PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN

SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA

Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis berjudul Rancang Bangun Wireless Sensor Network Berbasis Topologi Tree-Like Mesh untuk Sistem Pemantauan Polusi Udara 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 tesis ini.

Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut Pertanian Bogor.

Bogor, April 2015 Muhammad Iqbal NIM G651120241

(4)

RINGKASAN

MUHAMMAD IQBAL. Rancang Bangun Wireless Sensor Network Berbasis Topologi Tree-Like Mesh untuk Sistem Pemantauan Polusi Udara. Dibimbing oleh HERU SUKOCO dan HUSIN ALATAS.

Kualitas udara yang rendah dan tidak proporsional akibat dari polutan yang dihasilkan industri dan transportasi sangat berbahaya bagi kesehatan jika terakumulasi di udara dalam konsentrasi yang cukup tinggi.Sehingga informasi kualitas udara begitu penting bagi masyarakat untuk menerangkan tingkat kebersihan udara terhadap kesehatan dan dampak yang ditimbulkan dalam jangka waktu tertentu.

Penelitian ini bertujuan membangun WSN sistem pemantauan polusi udara dengan menerapkan topologi tree-like mesh serta memanfaatkan teknologi ZigBee dan General Packet Radio Service (GPRS) serta menunjukkan kinerja WSN sistem pemantauan polusi udara di lingkungan nyata.

Analisis sistem dari metode yang diusulkan dilakukan dengan menganalisis lingkungan dan kinerja sistem. Percobaan dilakukan dengan menggunakan data dari empat sensor, yaitu satu sensor CO (MQ-7) dan tiga sensor dummy (LDR) mewakili sensor SO2, NO2, dan O3. Sensor dummy adalah sensor yang dijadikan simulasi sebelum menggunakan sensor sebenarnya serta data yang dihasilkan digunakan untuk menunjukkan fungsi kerja sistem. Hasil penelitian menunjukkan sistem yang dibangun mampu memberikan informasi nilai ISPU secara real-time pada sensor CO. Level pencemar udara CO pada lokasi penelitian masih dalam kategori baik.

Pengujian kinerja dari WSN dengan topologi tree-like mesh menunjukkan bahwa pengurangan 1 hop meningkatkan throughput sebesar 32.06% atau 0.52 kbps, dan telah menurunkan nilai delay sebesar 23.28% atau 0.06 detik, sehingga lebih sedikit hop menghasilkan nilai throughput yang lebih tinggi namun delay rendah. Sementarapacket loss ratio meningkat hanya pada saat menggunakan 3 hop, yaitu sebesar 0.01%, ini karena untuk 3 hop terjadi pembentukan jalur baru yang lebih panjang.

Kata kunci : wireless sensor network, general packet radio service, topologi tree-like mesh

(5)

SUMMARY

MUHAMMAD IQBAL. Design Wireless Sensor Network based on Tree-Like Mesh Topology for Air Pollution Monitoring System. Supervised by HERU SUKOCO and HUSIN ALATAS.

Poor air quality and the disproportionate consequences of pollutants generated and transportation industry is very dangerous to health if accumulated in the air in a high enough concentration. So that, the information of air quality is so important for the community to explain the health effects of air cleanliness level and impact within a particular period.

Monitoring of pollutant gasses is one way to improve air quality. Application of sensor-based networks using cable will cost very expensive when the area is monitored very wide. Utilization of information and communication technologies are becoming increasingly important and necessary in today's era of digitization. Wireless sensor network (WSN) is one of the solutions that can be used to monitor air pollution. The solution aims to help improving the air quality process.

First of all, this study proposes to build an air pollution monitoring system based on WSN with a mesh-like tree topology. Second, It utilizes ZigBee technology and General Packet Radio Service (GPRS), and to implement the performance of WSN air pollution monitoring system in a real environment. The proposed system has analyzed some parameters regarding environmental and system performances. The experiments were using a CO sensor (MQ-7) and three dummy sensors (LDR) that represent SO2, NO2, and O3. Dummy sensors were used as a part of simulation to work together with a CO sensor, and the results were used to test the work function of the system. The results showed that the system could provide a real-time ISPU value information on not only three dummy sensors but also the CO sensor. The level of air pollutants, CO among the sites was still in both categories.

The performance of WSN with tree-like mesh topology showed that the reduction of 1 hop increase 32.06% of throughput or 0.52 kbps, and decrease 23.28% of delay or 0.06 seconds. Fewer hops produce a higher throughput rate but lower in delay. The packet loss ratio increases only for using three hops, that is 0.01%, this is due to the formation of new path longer.

Keywords: wireless sensor network, general packet radio service, tree-like mesh topology

(6)

© Hak Cipta Milik IPB, Tahun 2015

Hak Cipta Dilindungi Undang-Undang

Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan atau menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan, penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik, atau tinjauan suatu masalah; dan pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan IPB

Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis ini dalam bentuk apa pun tanpa izin IPB

(7)

Tesis

sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Ilmu Komputer

pada

Program Studi Ilmu Komputer

RANCANG BANGUN

WIRELESS SENSOR NETWORK

BERBASIS TOPOLOGI

TREE-LIKE MESH

UNTUK

SISTEM PEMANTAUAN POLUSI UDARA

SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR

BOGOR 2015

(8)

(9)

Judul Tesis : Rancang Bangun Wireless Sensor Network Berbasis Topologi Tree-Like Mesh untuk Sistem Pemantauan Polusi Udara

Nama : Muhammad Iqbal NIM : G651120241

Disetujui oleh Komisi Pembimbing

DrEng Heru Sukoco, SSi MT Ketua

Dr Husin Alatas, SSi MSi Anggota

Diketahui oleh

Ketua Program Studi Ilmu Komputer

DrEng Wisnu Ananta Kusuma, ST MT

Dekan Sekolah Pascasarjana

Dr Ir Dahrul Syah, MScAgr

(10)

(11)

PRAKATA

Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu wa ta’ala atas segala karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Tema yang dipilih dalam penelitian yang dilaksanakan sejak bulan Desember 2013 ini ialah Wireless Sensor Network (WSN), dengan judul Rancang Bangun Wireless Sensor Network Berbasis Topologi Tree-Like Mesh untuk Sistem Pemantauan Polusi Udara.

Terima kasih penulis ucapkan kepada Bapak DrEng Heru Sukoco dan Bapak Dr Husin Alatas selaku pembimbing. Di samping itu, penghargaan penulis sampaikan kepada Bapak Mamat Rahmat yang telah membantu dalam penelitian ini. Di samping itu, penghargaan penulis sampaikan kepada teman-teman Lab NCC angkatan 2012 yang telah membantu dalam penelitian ini serta teman-teman MKOM 14 atas kebersamaannya selama kuliah dan penelitian ini.

Di samping itu, penghargaan penulis sampaikan kepada Direktorat Jenderal Pendidikan Tinggi (DIKTI) melalui Beasiswa Unggulan Tahun 2012 atas pemberian fasilitas baik pembiayaan maupun sarana dan prasarana selama studi dan penyusunan karya ilmiah ini. Ungkapan terima kasih juga disampaikan kepada pengelola pascasarjana, seluruh dosen, dan staf akademik Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam khususnya departemen Ilmu Komputer Institut Pertanian Bogor.

Ungkapan terima kasih juga disampaikan kepada Ayahanda dan Ibunda tercinta, istri dan anakku tercinta Dwi Yunitasari, Msi dan Hawra Adzkia serta seluruh keluarga, atas segala doa dan kasih sayangnya.

Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.

Bogor, April 2015 Muhammad Iqbal

(12)

DAFTAR ISI

DAFTAR TABEL vi

DAFTAR GAMBAR vi

DAFTAR LAMPIRAN vi

1 PENDAHULUAN 1

Latar Belakang 1

Tujuan Penelitian 2

Manfaat Penelitian 2

Ruang Lingkup Penelitian 3

2 TINJAUAN PUSTAKA 4

Indeks Standar Pencemar Udara (ISPU) 4

Wireless Sensor Network (WSN) 5

ZigBee dan IEEE 802.15.4 6

XBee 7

Arduino 8

GSM/ GPRS 9

Sensor 9

Quality of Service WSN 10

3 METODE 12

Tempat dan Waktu Penelitian 12

Komponen Penelitian 12

Tahapan Pelaksanaan Penelitian 13

4 HASIL DAN PEMBAHASAN 12

Perancangan Prototype Sistem 16

Implementasi Sistem 20

Akuisisi Data 20

Analisis Sistem 21

Pengujian Sistem 25

5 SIMPULAN DAN SARAN 27

Simpulan 27

Saran 27

DAFTAR PUSTAKA 27

LAMPIRAN 29

(13)

DAFTAR TABEL

1 Parameter dasar ISPU dan periode waktu pengukuran (Bapedal) 4

2 Batas ISPU dalam satuan SI (Bapedal) 4

3 Angka dan kategori ISPU (Bapedal) 4

4 Susunan pin Node stasiun 16

5 Struktur tabel 18

6 Menu pada aplikasi web monitoring center 18

7 Data hasil pengukuran CO dari 10 Node stasiun 20

8 Throughput untuk 1 Hop, 2 Hop dan 3 Hop 21

9 Delay untuk 1 Hop, 2 Hop dan 3 Hop 22

10 Packet loss ratio untuk 1 Hop, 2 Hop dan 3 Hop 23

DAFTAR GAMBAR

1 Arsitektur jaringan ZigBee 7

2 XBee 2mW Wire Antenna - Series 2 7

3 Sistem Data Flow Diagram dalam lingkungan UART 8

4 Arduino Leonardo Front with headers 9

5 Lokasi Node stasiun dan koordinator di lingkungan kampus IPB 12

6 Tahapan penelitian 13

7 Topologi tree-like mesh 14

8 Arsitektur Sistem Pemantauan Polusi Udara 16

9 (a) Arsitektur Node stasiun; (b) Node stasiun 17

10 Konfigurasi perangkat XBee 18

11 (a) Arsitekture Node koordinator; (b) Node koordinator 19

12 Lokasi Node di lingkungan kampus IPB 20

13 format data .TXT 21

14 IEEE 802.15.4 Struktur Paket (Howitt dan Jose 2003) 22 15 Perbandingan Throughput untuk (a) 1 Hop, (b) 2 Hop dan (c) 3 Hop 23 16 Perbandingan Delay untuk (a) 1 Hop, (b) 2 Hop dan (c) 3 Hop 24

17 Tampilan halaman Real-time Monitoring 25

DAFTAR LAMPIRAN

1 Komponen Perangkat Keras 30

2 Komponen Perangkat Lunak 32

3 Listing Program 33

(14)

(15)

1 PENDAHULUAN

Latar Belakang

Indonesia merupakan salah satu negara yang berpotensi mengalami polusi udara yang tinggi sebagai konsekuensi dari pertumbuhan ekonomi yang meningkat secara signifikan, khususnya di sektor manufaktur (Resosudarmo et al 2000). Menurut Clean Air Initiative for Asian Cities (CAI-Asia) Center (2010), sektor industri dan transportasi merupakan sumber utama polusi yang terjadi di kota-kota besar di Indonesia. Kualitas udara yang rendah dan tidak proporsional akibat dari polutan yang dihasilkan industri dan transportasi sangat berbahaya bagi kesehatan jika terakumulasi di udara dalam konsentrasi yang cukup tinggi. Sehingga informasi kualitas udara begitu penting bagi masyarakat untuk menerangkan tingkat kebersihan udara terhadap kesehatan dan dampak yang ditimbulkan dalam jangka waktu tertentu. Informasi kualitas udara tersebut dikenal dengan istilah ISPU (Indeks Standar Pencemar Udara).

Berdasarkan Keputusan Menteri Negara Lingkungan Hidup Nomor: KEP-45/MENLH/10/1997 definisi Indeks Standar Pencemar Udara (ISPU) adalah sebagai angka yang tidak memiliki satuan yang menggambarkan kondisi kualitas udara ambien di lokasi dan waktu tertentu yang didasarkan kepada dampak terhadap kesehatan manusia, nilai estetika dan makhluk hidup lainnya. Indeks Standar Pencemar Udara (ISPU) ditetapkan berdasarkan lima parameter utama yaitu: CO, SO2, NO2, O3 dan partikel debu (PM-10) (Bapedal 1998).

Pemantauan gas polutan merupakan salah satu cara untuk memperbaiki kualitas udara. Pemantauan dengan jaringan berbasis sensor menggunakan kabel akan memakan biaya yang sangat mahal ketika daerah yang akan dipantau sangat luas wilayahnya. Pemanfaatan teknologi komunikasi dan informasi menjadi semakin penting dan dibutuhkan di era dijitalisasi saat ini. Untuk memperbaiki keadaan tersebut, salah satu hal yang dapat dilakukan dalam proses perbaikan kualitas udara ialah dilakukannya dengan pemantauan polusi udara dengan memanfaatkan teknologi Wireless Sensor Network (WSN). Teknologi WSN yaitu teknologi yang digunakan untuk mengakuisi dan mendistribusikan data yang dipantau dan dikendalikan secara terpusat (F. L. Lewis 2004). WSN sangat efektif diaplikasikan di wilayah geografis yang luas atau wilayah dengan kondisi yang berbahaya karena orang tidak dapat memantau kondisi wilayah tersebut setiap saat (Martinez, K et al. 2004).

Perkembangan dari WSN sebenarnya sudah dimulai dari kebutuhan dalam bidang militer seperti pemantauan pada saat perang di medan perang. Tapi sekarang WSN sudah digunakan dalam bidang industri dan penggunaan untuk kemudahan masyarakat sipil, melingkupi pengawasan dan pengontrolan proses dalam industri, mesin pengawasan kesehatan, pemantau kondisi lingkungan, aplikasi untuk kesehatan, otomatisasi pada rumah, dan pengaturan pada lalu lintas (Gutierrez, J. A et al. 2001; Mainwaring A et al. 2002).

Penelitian tentang pemantauan polusi udara dengan menggunakan teknologi jaringan sensor nirkabel telah banyak dilakukan, diantaranya Aziz et al (2012) yaitu sistem akuisisi data berbasis jaringan sensor nirkabel dengan protokol ZigBee/IEEE 802.15.4 dan internet access pada sensor kristal fotonik

(16)

untuk pengukuran indeks standar pencemar udara (ISPU) yang terintegrasi sehingga mampu memberikan informasi mengenai ISPU secara real time dan non-real time. Indeks Standar Pencemar Udara (ISPU) ditetapkan berdasarkan lima parameter utama yaitu: CO, SO2, NO2, O3 dan partikel debu (PM-10). Penelitian selanjutnya membangun sistem pemantauan polusi berbasiskan jaringan mesh nirkabel dengan protokol ZigBee secara real time dan pengelolaan data dilakukan melalui aplikasi antar muka berbasis web oleh Roy, S., dan Bandyopadhyay, S. (2009). Kemudian penelitian tentang sistem rumah pintar berbasis jaringan sensor nirkabel dengan teknologi ZigBee dan GPRS. Sistem ini menggunakan topologi hybrid star-mesh dan algoritma Dijkstra digunakan untuk routing yang mendukung komunikasi multi-hop oleh Xu, M et al. (2010).

Berdasarkan penelitian sebelumnya maka dalam penelitian ini akan membangun sistem pemantauan polusi udara dengan memanfaatkan teknologi ZigBee/ IEEE 802.15.4 dan General Packet Radio Service (GPRS) untuk transmisi data secara nirkabel ke aplikasi server center. Teknologi ZigBee melalui IEEE 802.15.4 merupakan teknologi protokol komunikasi wireless yang memiliki keunggulan diantaranya konsumsi daya rendah, murah, memiliki fault tolerance yang tinggi, dan fleksibel serta data rate yang rendah dan memberikan keandalan yang tinggi untuk kegiatan seperti pengendalian dan pemantauan (Akyildiz, I. F et al. 2002; Latré, B et al. 2006; Yanfei et al. 2009; Uikey, R et al. 2013). Sedangkan teknologi jaringan GPRS digunakan sebagai perangkat transmisi data di daerah yang lebih luas dan cara mudah untuk mengakses internet (Lin, S., dan Ming, L 2008).

Penelitian ini juga mengajukan suatu topologi alternatif yaitu topologi tree-like mesh. Topologi tree-like mesh ini ialah gabungan beberapa cluster yang masing-masing cluster terdiri dari sekumpulan Node stasiun. Node stasiun terdiri dari beberapa perangkat sensor polusi udara. Pada masing-masing cluster memiliki satu PAN koordinator yang berfungsi membangun dan mengendalikan komunikasi data dengan sejumlah Node stasiun dan meneruskan data ke server. Diantara Node stasiun pada tiap cluster ada yang bertindak sebagai perangkat FFD (Full Function Device) yang memiliki karakteristik self-forming, self-healing dan mendukung multi-hop routing. Evaluasi kinerja WSN sistem pemantauan polusi udara di penelitian ini diharapkan memberikan gambaran kemampuan sistem di lingkungan nyata.

Tujuan Penelitian

Membangun WSN untuk sistem pemantauan polusi udara dengan menerapkan topologi tree-like mesh serta memanfaatkan teknologi ZigBee dan General Packet Radio Service (GPRS) serta menunjukkan kinerja WSN sistem pemantauan polusi udara di lingkungan nyata.

Manfaat Penelitian

Dengan adanya sistem ini diharapkan dapat digunakan dalam penyampaian informasi kualitas udara secara real-time pada masyarakat. Selain

(17)

3 itu, mengkaji penggunaan teknologi ZigBee dan GPRS serta penerapan topologi tree-like mesh dalam membangun WSN sistem pemantauan polusi udara.

Ruang Lingkup Penelitian

Penelitian ini mencakup pembuatan WSN sistem pemantauan polusi udara dengan mengajukan suatu topologi alternatif yaitu topologi tree-like serta memanfaatkan teknologi ZigBee dan General Packet Radio Service (GPRS) untuk transmisi data secara wireless pada WSN. Selain itu, Informasi kualitas udara ditampilkan aplikasi antarmuka berbasis web.

(18)

2 TINJAUAN PUSTAKA

Indeks Standar Pencemar Udara (ISPU)

Indeks Standar Pencemar Udara (ISPU) adalah angka yang tidak mempunyai satuan yang menggambarkan kondisi kualitas udara ambien di lokasi dan waktu tertentu yang didasarkan kepada dampak terhadap kesehatan manusia, nilai estetika dan mahluk hidup lainnya (Kep-45/MENLH/10/1997). Udara ambien adalah udara bebas dipermukaan bumi pada lapisan troposfir yang berada di dalam wilayah yurisdiksi Republik Indonesia yang dibutuhkan dan mempengaruhi kesehatan manusia, makhluk hidup dan unsur Lingkungan hidup lainnya (PP No.41 Tahun 1999). Terdapat lima parameter pencemar utama ISPU dan periode waktu pengukuran yang disampaikan kepada masyarakat seperti terlihat pada Tabel 1. Sedangkan Tabel 2 menunjukkan nilai batas ISPU untuk konsentrasi masing-masing gas berdasarkan pada satuan standar internasional (SI).

Tabel 1 Parameter dasar ISPU dan periode waktu pengukuran (Bapedal) No Parameter Waktu Pengukuran

1 Partikulat (PM10) 24 Jam (Periode pengukuran rata-rata)

2 Sulfur Dioksida (SO2) 24 Jam (Periode pengukuran rata-rata)

3 Carbon Monoksida (CO) 8 Jam (Periode pengukuran rata-rata) 4 Ozon (O3) 1 Jam (Periode pengukuran rata-rata)

5 Nitrogen Dioksida (NO2) 1 Jam (Periode pengukuran rata-rata) Tabel 2 Batas ISPU dalam satuan SI (Bapedal)

Indeks Standar Pencemar

Udara

24 jam PM10

µg/ 3

24 jam SO2

µg/ 3

24 jam CO2

µg/ 3

24 jam O3

µg/ 3

24 jam NO2

µg/ 3

50 50 80 5 120 (2)

100 150 365 10 235 (2) 200 350 800 17 400 1130 300 420 1600 34 800 2260 400 500 2100 46 1000 3000 500 600 2620 57.5 1200 3750

Penyampaian informasi ISPU kepada masyarakat berupa waktu pelaporan, ketentuan waktu, lokasi, nilai ISPU dan sebagainya dapat dilakukan melalui media massa dan elektronik serta dengan papan peraga di tempat umum. Informasi ISPU disampaikan kepada masyarakat dilakukan setiap hari (Bapedal 1997). ISPU yang dilaporkan kepada masyarakat melalui media massa adalah ISPU yang paling tinggi. Tabel 3 menunjukkan angka dan kategori ISPU. Perhitungan indeks standar pencemar udara didefinisikan pada persamaan 1. Setelah diperoleh nilai ISPU terhitung maka nilai tersebut dapat menggambarkan kualitas udara berdasarkan kategori ISPU.

(19)

5 Tabel 3 Angka dan kategori ISPU (Bapedal 1997)

Kategori Rentang Warna Keterangan

Baik 0-50 Hijau

Tingkat kualitas udara yang tidak memberikan efek bagi kesehatan manusia atau hewan dan tidak berpengaruh pada tumbuhan, bangunan ataupun nilai estetika

Sedang 51-100 Biru

Tingkat kualitas udara yang tidak memberikan efek bagi kesehatan manusia atau hewan tetapi berpengaruh pada tumbuhan yang sensitive dan nilai estetika

Tidak Sehat

101-199 Kuning

Tingkat kualitas udara yang bersifat merugikan pada manusia maupun kelompok hewan yang sensitive atau bias menimbulkan kerusakan pada tumbuhan atau nilai estetika Sangat

Tidak Sehat

200-299 Merah

Tingkat kualitas udara yang dapat merugikan kesehatan pada sejumlah segmen populasi yang terpapar

Berbahaya 300-500 Hitam

Tingkat kualitas udara berbahaya yang secara umum dapat merugikan kesehatan yang serius pada populasi

Perhitungan ISPU

 Konsentrasi nyata ambien (Xx)  ppm, mg/m3, dll  Angka nyata ISPU (1)

(1) I = ISPU terhitung

Ia = ISPU batas atas Ib = ISPU batas bawah Xa = Ambien batas atas Xb = Ambien batas bawah

Xx = Kadar ambien nyata hasil pengukuran

Wireless Sensor Network (WSN)

Wireless sensor network (WSN) merupakan jaringan wireless yang menggunakan sensor untuk memonitor fisik atau kondisi lingkungan sekitar. Perkembangan dari WSN sebenarnya sudah dimulai dari kebutuhan dalam bidang militer seperti pemantauan pada saat perang di medan perang. Tapi sekarang WSN sudah digunakan dalam bidang industri dan penggunaan untuk kemudahan masyarakat sipil, melingkupi pengawasan dan pengontrolan proses dalam industri, mesin pengawasan kesehatan, pemantau kondisi lingkungan, aplikasi untuk

(20)

kesehatan, otomatisasi pada rumah, dan pengaturan pada lalu lintas (Mainwaring, A et al 2002).

Wireless sensor biasanya digunakan untuk fungsi monitoring yaitu mengukur suatu besaran fisis misal : suhu, tekanan, kelembaban, dan lain-lain dan mengirimkan datanya kepada sebuah data concentrator. Berdasarkan data yang terkumpul tersebut, kemudian data bisa ditampilkan dalam bentuk grafik, diambil keputusan tertentu berdasarkan event-trigger. Serta fungsi control yaitu pengontrolan pada WSN dan umumnya dilakukan pada penggunaan WSN dengan skala kecil serta fungsi kontrolnya terbatas.

ZigBee dan IEEE 802.15.4

ZigBee merupakan standar jaringan nirkabel yang ditujukan untuk remote control dan aplikasi sensor yang cocok untuk operasi di lingkungan indoor dan outdoor dan lokasi terpencil yang sulit dijangkau. Beberapa kelebihan protokol ZigBee ialah biaya rendah, handal, baterai tahan lama, high security, self-healing properties, large number of nodes supported, pengoperasian lebih mudah, pengiriman terjamin, optimasi rute (Culler D et al 2004; Ergen S.C 2004).

IEEE 802.15.4 dan Aliansi ZigBee bekerja sama untuk menentukan protocol stack. Untuk physical dan MAC layer nya sendiri menggunakan standar IEEE 802.15.4. Untuk layer-layer diatasnya (data link, network, dan aplikasi interface) ditentukan oleh ZigBee Alliance (Digi International 2009; Ergen S.C 2004). Karakteristik dasar dari sebuah jaringan ZigBee yaitu (Ergen S.C 2004):

 Memiliki hampir 65536 Node jaringan (Client).

 Optimatisasi untuk aplikasi yang kritis terhadap waktu.  Koneksi ke jaringan: 30 ms (tipikal)

 Waktu aktifasi dari sleep slave: 15ms (tipikal)  Akses kanal slave aktif: 15 ms (tipikal)

Sebuah sistem ZigBee terdiri dari beberapa komponen, yang paling mendasar ialah perangkat. Sebuah perangkat dapat berfungsi menjadi full-function device (FFD) atau reduced-function device (RFD). Sebuah jaringan setidaknya memiliki satu FFD yang beroperasi sebagai PAN koordinator. Sebuah FFD dapat berkomunikasi dengan RFD. ZigBee menggunakan tiga buah band yang digunakan secara berbeda 2.4GHz global, 915MHz Amerika atau 868 MHz Eropa. Data rate 250kbps di 2.4GHz , 40Kbps di 915MHz dan 868MHz di 20kbps.

Jaringan ZigBee mendukung topologi star, cluster-tree dan mesh seperti ditunjukkan pada Gambar 1. Pada topologi star, komunikasi dibangun antara perangkat dan controller pusat yang disebut PAN koordinator. Setiap perangkat full-function device (FFD) diaktifkan pertama kali, memungkinkan membangun jaringan sendiri dan menjadi PAN koordinator. Sehingga tiap perangkat dalam jaringan dapat berkomunikasi selama masih dalam jangkauan sinyal radio. Hal ini memungkinkan setiap jaringan star untuk beroperasi secara independen.

Pada topologi mesh terdapat satu PAN koordinator. Setiap perangkat pada topologi mesh dapat berkomunikasi dengan perangkat lain selama berada dalam jangkauan dengan perangkat lainnya. Sehingga memungkinkan rute pesan

(21)

7 melewati beberapa hop dari perangkat satu ke perangkat lainnya dalam jaringan. Hal ini dapat memberikan kehandalan dengan multipath routing.

Jaringan cluster-tree adalah jaringan peer-to-peer yang sebagian perangkat FFD serta RFD dapat terhubung ke jaringan cluster-tree sebagai akhir cabang. FFD dapat bertindak sebagai koordinator dan memberikan layanan sinkronisasi ke perangkat lain. Hanya ada satu PAN koordinator yang membentuk cluster pertama dengan menetapkan diri sebagai cluster head (CLH) dengan cluster identifier (CID) dari nol (Ergen S.C 2004).

Star topologi Cluster-tree topologi Mesh topologi Gambar 1 Arsitektur jaringan ZigBee

XBee

XBee adalah modul yang memungkinkan Arduino dapat berkomunikasi secara nirkabel menggunakan protokol ZigBee. XBee mendukung komunikasi point-to-point atau multipoint tanpa routing, sehingga XBee dapat berkomunikasi menggunakan radio tanpa konfigurasi sebelumnya. Xbee dengan ZB Firmwares dirancang untuk membentuk jaringan topologi star, cluster tree atau mesh, dimana disetiap hirarki terdapat end device dan router serta satu koordinator yang harus selalu ada. XBee memungkinkan berkomunikasi secara nirkabel dengan jangkauan 30 meter (indoor) dan 100 meter (outdoor). Gambar XBee Series 2 dapat dilihat pada Gambar 2.

Gambar 2 XBee 2mW Wire Antenna - Series 2

Modul RF XBee / XBee-Pro terhubung dengan perangkat host melalui logic-level asynchronous serial port. Melalui port serial, modul dapat berkomunikasi dengan logika dan tegangan yang kompatibel UART atau melalui level translator ke perangkat serial seperti RS-232 atau USB interface board. Device yang memiliki interface UART dapat terhubung langsung pada pin

(22)

modul RF. Sistem data flow diagram pada UART dapat dilihat pada Gambar 3 (Digi 2009)

Gambar 3 Sistem Data Flow Diagram dalam lingkungan UART Arduino

Arduino board microcontroller bersifat open source dan diturunkan dari platform wiring serta dirancang untuk memudahkan dalam membangun berbagai aplikasi elektronik. Proyek yang bersifat open hardware ini mulai dikembangkan pada tahun 2005 di daerah ivrea, sebuah kota di Italia. Pendirinya adalah Massimo Banzi dan David Cuartielles. Arduino selanjutnya dikembangkan oleh Tom Igoe, Gianluca Martino, dan David Mellis (Margolis 2011). Arduino dapat digunakan untuk mengembangkan objek interaktif, mengambil masukan dari berbagai sensor atau switch, dan mengendalikan berbagai lampu, motor dan output fisik lainnya. Arduino memiliki beberapa model antara lain Diecimilia, Due, Duemilanove, Fio, Leonardo, Lily Pad, Mega 1280, Mega 2560, Nano dan Uno.

Pada penelitian ini digunakan Arduino Leonardo karena berbeda dari semua board microcontroller sebelumnya dimana telah built-in dengan komunikasi USB. Hal ini memungkinkan Arduino Leonardo terhubung dengan mouse dan keyboard. Arduino Leonardo adalah board microcontroller berdasarkan ATmega32u4 yang memiliki 20 digital pin input / output (7 dapat digunakan sebagai output PWM dan 12 input analog), 16 MHz crystal oscilator, USB connection, power jack, ICSP header, dan tombol reset (http://www.arduino.cc). Skema dari Arduino Leonardo tampak dari atas dapat dilihat pada Gambar 4 dengan karakteristik sebagai berikut:

1. Operating Voltage 5V 2. Input Voltage

(recommended) 7-12V 3. Input Voltage (limits) 6-20V 4. Digital I/O Pins 20

5. PWM Channels 7

6. Analog Input Channels 12 7. DC Current per I/O Pin 40 mA 8. DC Current for 3.3V

Pin 50 mA

9. Flash Memory

32 KB (ATmega32u4) of which 4 KB used by bootloader

(23)

11.EEPROM 1 KB (ATmega32u4)

12.Clock Speed 16 MHz

13.Length 68.6 mm

14.Width 53.3 mm

15.Weight 20g

Gambar 4 Arduino Leonardo Front with headers GSM/ GPRS

GSM (Global System for Mobile Communication) dibentuk di negara-negara eropa pada tahun 1982 dengan nama Group Special Mobile yang merupakan grup standar protokol komunikasi seluler saat ini. GSM sebagian besar beroperasi di frekuensi 900 MHz atau 1800 MHz bands, tetapi beberapa negara menggunakan frekuensi berbeda. GSM menggunakan Time Division Multiple Access (TDMA) dan Frequency Division Multiple Access (FDMA) untuk metode multiple access dan menggunakan Gaussian Minimum Shift Keying (GMSK) untuk metode modulasinya (Zagade S.U et al. 2012).

GSM saat ini menyediakan layanan GPRS dengan teknologi 2.5G untuk layanan internet. GPRS (general packet radio service) adalah layanan media data berbasis paket untuk layanan komunikasi nirkabel yang dikirimkan sebagai overlay jaringan untuk GSM, CDMA dan TDMA (ANSII36). GPRS menggunakan teknik paket yang memungkinkan untuk mengirimkan data dalam jumlah besar dalam sekali pengiriman. Transmission rate bisa mencapai 115.2 kpbs (Huang, L. C. et al 2011).

GPRS mendukung protokol Internet (IP) dan X.25 yang berbasis paket komunikasi internet. GPRS memungkinkan setiap IP atau aplikasi X.25 yang sudah ada untuk beroperasi melalui koneksi seluler GSM (Usha Communications Technology 2000).

(24)

Sensor

Pada penelitian ini menggunakan dua buah jenis sensor yaitu berupa sensor MQ-7 dan sensor LDR. Sensor MQ-7 merupakan sensor gas karbon monoksida (CO) yang berfungsi untuk mengetahui konsentrasi gas karbon monoksida (CO) dimana sensor ini salah satunya dipakai dalam memantau gas karbon monoksida (CO). Sensor ini memilki sensitvitas tingi dan waktu respon yang cepat. Keluaran yang dihasilkan oleh sensor ini adalah berupa sinyal analog. Sensor ini juga membutuhkan tegangan direct curent (DC) sebesar 5V. Pada sensor ini terdapat nilai resistansi sensor (Rs) yang dapat berubah bila terkena gas dan juga sebuah pemanas yang digunakan sebagai pembersihan ruangan sensor dari kontaminasi udara luar. Sensor ini memerlukan rangkaian sederhana serta memerlukan tegangan pemanas (power heater) sebesar 5V, resistansi beban (load resistance), dan output sensor dihubungkan ke analog digital converter (ADC), sehinga keluaran dapat ditampilkan dalam bentuk sinyal digital. Maka nilai digital yang berupa output sensor ini dapat ditampilkan pada sebuah liquid crystal display (LCD) atau alat penampilainya (Datasheet MQ-7).

LDR (Light Dependent Resistor), photoresistor, fotokonduktor atau photocell adalah resistor variabel yang nilainya menurun dengan meningkatnya intensitas cahaya. LDR terbuat dari bahan semikonduktor. LDR digunakan diberbagai perangkat elektronik yang membutuhkan kemampuan mendeteksi cahaya seperti alarm keamanan, lampu jalan dan radio. LDR digunakan karena bisa langsung digunakan untuk pengujian dan mudah diganti dengan sensor sebenarnya. Pada saat deteksi sinyal tegangan tinggi, mikrokontroler generate sinyal alarm kemudian mengirimkan pesan pada pengguna (Godfrey A. Mills et al. 2013).

Quality of Service WSN

Quality of service (QoS) dari WSN yang dihitung adalah throughput, delay, dan packet loss ratio (Birla J et al. 2012; Uikey R et al. 2013; Lubomir M

et al. 2013). Menganalisis jaringan WSN ini dilakukan untuk mengetahui kinerja sistem dilingkungan nyata. Untuk memperlihatkan performansi WSN, parameter yang dihitung antara lain:

 Throughput

Pengukuran throughput dilakukan dengan mengukur sejumlah data yang diterima dari sumber ke tujuan dibandingkan dengan waktu tempuh dalam satuan waktu tertentu. Pada umumnya pengukuran throughput dilakukan dalam satuan bits per second (bps). Hal ini dapat dirumuskan dengan persamaan 2.

�ℎ� �ℎ = � � � ��

(25)

 Delay

Pengukuran Delay dinyatakan sebagai selang antara waktu penerimaan paket (packet arrival) dan waktu pengiriman paket (packet start). Hal ini dapat dirumuskan dengan persamaan 3.

� =Ʃ(waktu penerimaan paket−waktu pengiriman paket )

waktu penerimaan paket (3)

 Packet Loss Ratio (PLR)

Packet loss merupakan suatu nilai yang menyatakan jumlah paket yang gagal disampaikan kepada tujuannya melalui media transmisi tertentu. Hal ini dapat dirumuskan dengan persamaan 4.

�� = Jumlah paket dikirim −Jumlah paket diterima

(26)

3 METODE

3.1Tempat dan Waktu Penelitian

Penelitian ini dilakukan di laboratorium NCC Departemen Ilmu Komputer FMIPA Institut Pertanian Bogor (IPB), laboratorium Material dan laboratorium Spektroskopi Departemen Fisika FMIPA Institut Pertanian Bogor (IPB) dari bulan Februari 2014 hingga bulan November 2014. Pengujian sistem dilakukan di lingkungan Kampus Institut Pertanian Bogor (IPB). Gambar 5 memperlihatkan lokasi Node stasiun dan Node koordinator di lapangan berdasarkan cluster.

Gambar 5 Lokasi Node stasiun dan koordinator di lingkungan kampus IPB 3.2Komponen Penelitian

Komponen yang digunakan pada penelitian ini antara lain data, perangkat keras dan perangkat lunak.

3.2.1 Data

Data yang digunakan pada penelitian ini adalah data dari setiap Node stasiun yang terdiri dari empat buah sensor yaitu sensor Karbon Monoksida (CO), sensor Partikel Material (PM-10), sensor Karbon Dioksida (CO2), dan sensor Ozon permukaan (O3). Masing-masing perangkat diwakili oleh satu buah perangkat sensor untuk CO dan tiga buah dummy sensor untuk PM-10, CO2, dan O3. Hal ini karena keterbatasan alat sehingga pada pengembangan prototype hanya mengutamakan fungsi kerja sistem.

3.2.2 Komponen Perangkat Keras

Alat yang digunakan pada penelitian ini adalah sensor CO (MQ-7) dan dummy sensor berupa Light Dependent Resistor (LDR). Modul DFRduino Leonardo with XBee Socket Board, XBee 2mW Wire Antenna - Series 2, Ethernet Shield, WiFi Router, Modem GSM dan Power Supply/ catu daya.

(27)

13 3.2.3 Komponen Perangkat Lunak

Perangkat lunak yang digunakan pada penelitian ini antara lain Arduino IDE, X-CTU/ Putty dan Docklight. Bahasa pemrograman yang digunakan pada penelitian ini C++, PHP,Javascript dan HTML.

3.3Tahapan Pelaksanaan Penelitian

Langkah-langkah pelaksanaan penelitian ini dibagi dalam beberapa tahapan, yaitu studi literatur, analisis permasalahan, perancangan model sistem, implementasi sistem analisis kinerja sistem. Langkah-langkah ini diilustrasikan pada Gambar 6.

Gambar 6 Tahapan penelitian

Perancangan Prototype Sistem

Tahapan perancangan sistem ini dilakukan dalam beberapa tahap yaitu sebagai berikut Perancangan Arsitektur Sistem Pemantauan Polusi Udara, Perancangan Node Stasiun, Perancangan Koordinator, dan Perancangan Aplikasi Antarmuka Berbasis Web. Perancangan arsitektur sistem dengan topologi tree-like mesh terdiri dari koordinator, Node stasiun (router), dan Node stasiun (end device). Perancangan arsitektur sistem dengan topologi tree-like mesh ditunjukkan pada Gambar 7.

Prototype sistem pada penelitian ini didefinisikan sebagai perangkat yang terintegrasi sehingga dapat melakukan proses akuisisi data hasil dari Node stasiun berupa nilai dari parameter ISPU. Node stasiun-Node staiun ditempatkan di lapangan yang sudah ditentukan, kemudian dari Node stasiun data di transmisikan ke Node koordinator yang berfungsi sebagai pengumpul yang selanjutnya

Studi Literatur Analisis Permasalahan PerancanganPrototype

Sistem

Implementasi Sistem Akuisisi Data Analisis Sistem Pengujian Sistem

(28)

diteruskan transmisinya ke server melalui jaringan GSM/GPRS. Data-data yang ada diserver kemudian ditampilkan melalui aplikasi web.

Perancangan Node stasiun pada penelitian ini dibuat sebanyak 6 Node stasiun yang terdiri dari 3 Node stasiun router dan 3 Node stasiun end device. Node staiun merupakan perangkat yang dapat melakukan akuisisi data pengukuran. Node stasiun terdiri dari unit sensor, modul DFRduino Leonardo with XBee socket board, XBee 2mW Wire Antenna - Series 2 dan catu daya (power supply).

Node stasiun router dikonfigurasi untuk dapat berkomunikasi antar Node stasiun router dan Node stasiun end device lainnya. Keuntungan dari sistem ini adalah kemampuan Node stasiun router untuk membentuk mekanisme self-forming, self-healing dan mendukung untuk multi-hop routing. Dengan kemampuan tersebut, jika Node koordinator dalam satu cluster gagal atau down, salah satu Node stasiun router dalam cluster akan membentuk jalur baru dengan Node stasiun router di cluster tetangga. Sehingga komunikasi antara Node dapat dipertahankan.

Gambar 7 Topologi tree-like mesh Implementasi Sistem

Setelah tahapan sebelumnya telah dilakukan, maka tahapan selanjutnya adalah implementasi sistem pemantauan polusi udara dalam skala lab dan di lingkungan kampus IPB. Implementasi yang dilakukan berdasarkan pada perancangan sistem yang telah dibuat sebelumnya.

(29)

15 Proses akuisisi data dilakukan Node stasiun oleh mikrokontroler arduino leonardo yang terdiri dari unit sensor CO (MQ-7) dan dummy sensor berupa Light Dependent Resistor (LDR) untuk menggantikan sensor PM-10, CO2, dan O3. Penggunaan dummy sensor ini dikarenakan keterbatasan alat sehingga pada pengembangan prototype hanya mengutamakan fungsi kerja sistem. Data sensor kemudian dikirim dari Node stasiun secara wireless ke Node koordinator menggunakan XBee 2mW Wire Antenna - Series 2.

Analisis Sistem 1 Analisis Lingkungan

Tahapan ini adalah melakukan analisis akurasi sistem berdasarkan nilai sensor yang diperoleh dilapangan dengan nilai perhitungan ISPU yang ditetapkan oleh Keputusan Menteri Negara Lingkungan Hidup Nomor: KEP-45/MENLH/10/1997. Perhitungan indeks standar pencemar udara didefinisikan pada persamaan 1. Setelah diperoleh nilai ISPU terhitung maka nilai tersebut dapat menggambarkan kualitas udara berdasarkan kategori ISPU. Tabel 2.5 memperlihatkan angka dan kategori ISPU.

2 Analisis Kinerja Sistem

Tahapan ini adalah melakukan pengujian kinerja sistem berdasarkan parameter Quality of Service (QoS), yaitu throughput, delay dan packet loss. Kinerja jaringan yang dihitung adalah throughput yang didefinisikan pada Persamaan (2), delay yang didefinisikan pada Persamaan (3), dan packet loss ratio yang didefinisikan pada Persamaan (4) (Birla, J et al. 2012; Uikey, R et al. 2013; Lubomir Mraz et al. 2013). Menganalisis jaringan WSN ini dilakukan untuk mengetahui kinerja sistem dilingkungan nyata. Analisis didasarkan pada kondisi objek dilapangan dengan menggunakan alat yang digunakan pada penelitian. Skenario pengujian berdasarkan banyaknya hop.

Pengujian Sistem

Setelah semua tahapan selesai dilakukan maka tahap terakhir yang harus dilakukan ialah pengujian sistem. Pengujian dengan mengakses website sistem pemantauan udara secara real-time dimana sebelumnya menjalankan terlebih dahulu semua perangkat sistem.

(30)

4 HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1.Perancangan Prototype Sistem

4.1.1. Implementasi Perancangan Arsitektur Sistem

Arsitektur sistem dengan topologi tree-like mesh yang digunakan dalam sistem pemantauan polusi udara. Seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 8. Sistem terdiri dari beberapa komponen antara lain:

 Node koordinator

Koordinator membangun dan mengendalikan komunikasi data dengan sejumlah Node stasiun di jaringan ZigBee.

 Node stasiun

Node stasiun mengakuisisi data yang terdiri dari mikrokontroler, modul ZigBee dan beberapa unit sensor. Node stasiun memiliki 2 jenis, yaitu Node stasiun router dan Node stasiun end device. Node stasiun end device dibuat agar dapat berkomunikasi dengan beberapa router secara hirarkis. Keuntungan jenis jaringan ini adalah kemampuan perangkat router berjalan dengan mekanisme self-forming, self-healing serta mendukung multi-hop routing.

Dengan kemampuan tersebut, Jika Node koordinator pada salah satu cluster mengalami kegagalan atau down. Maka salah satu router pada cluster tersebut akan membentuk jalur baru dengan router pada cluster tetangganya.  Jaringan GPRS

Jaringan GPRS digunakan sebagai perangkat transmisi data di daerah yang lebih luas yang dihasilkan Node stasiun pada jaringan ZigBee dan menghubungkan ke monitoring center pematauan polusi udara dengan cara mengakses internet.

 Jaringan ZigBee

Jaringan ZigBee digunakan untuk perangkat transmisi data di jaringan ZigBee antar Node stasiun dan Node koordinator.

 Monitoring Center

Sebuah monitoring center di pusat pemantauan polusi udara untuk mengelola dan menampilkan informasi yang dihasilkan oleh Node stasiun di WSN dengan aplikasi antarmuka berbasis web.

(31)

Gambar 8 Arsitektur Sistem Pemantauan Polusi Udara. 4.1.2. Implementasi Perancangan Node Stasiun

Node stasiun adalah seperangkat perangkat keras yang terintegrasi sehingga dapat mengakuisisi data ISPU dan mengirimkan data secara nirkabel ke Node koordinator. Node stasiun terdiri dari unit sensor, modul DFRduino Leonardo with Xbee socket board, XBee 2mW Wire Antenna - Series 2 dan catu daya (power supply). Gambar 9(a) memperlihatkan arsitektur Node stasiun dan Gambar 9(b) Node stasiun yang telah di packaging. Untuk komponen penyusun pada Node stasiun dapat dilihat pada Lampiran 1. Node stasiun terdiri dari beberapa sensor yang digunakan untuk mendeteksi polusi udara. Pada prototype Node stasiun terdiri dari empat sensor, yaitu satu sensor CO (MQ-7) dan tiga dummy sensor (LDR) mewakili sensor PM-10, CO2, dan O3. Masing-masing sensor digantikan dengan sensor dummy yaitu LDR dan trimpot dengan nilai resistansi 3 kΩ, 5 kΩ dan 10 kΩ kecuali sensor CO. Sensor dummy adalah sensor yang dijadikan simulasi sebelum menggunakan sensor sebenarnya.

Modul DFRduino Leonardo digunakan untuk mengakuisisi dan mengolah data sensor. Modul DFRduino Leonardo diprogram dengan software Arduino integrated development environment (IDE). IDE digunakan untuk menulis, mengedit kode dan mengubah kode ke dalam hardware Arduino. IDE tersebut mentransfer instruksi tersebut ke board Arduino atau yang disebut proses upload (Margolis M. 2011). Gambar halaman utama Arduino IDE dapat dilihat di Lampiran 2. Pemrograman modul DFRduino Leonardo untuk melakukan inisialisasi seperti mode komunikasi serial, pengaturan baud rate, pinMode serta digunakan untuk perintah pembacaan analogRead, memasukkan fungsi atau rumus, memberikan waktu tunda (delay) program, mencetak ke serial dan sebagainya (Brian 2007 dalam Aziz 2012). Bagian dari program untuk modul DFRduino Leonardo with xbee socket board untuk pengambilan data di Node stasiun dapat dilihat pada Lampiran 3.

XBee 2mW Wire Antenna - Series 2 dari Digi digunakan untuk komunikasi secara wireless antara Node stasiun dan Node koordinator. XBee pada Node stasiun dikonfigurasi menjadi perangkat end device atau router menggunakan software X-CTU. XBee transceiver mempunyai dua macam mode operasi yaitu mode Transparent (AT) dan mode packet (API). Untuk Node sensor dengan fungsi end device maka mode operasinya dibuat end device dan AT, sedangkan Node sensor yang berfungsi sebagai router mode operasinya dibuat router dan AT.

(32)

Perangkat lunak X-CTU digunakan untuk mengkonfigurasi modul Xbee agar dapat digunakan. Gambar halaman utama X-CTU dapat dilihat di Lampiran 2. Gambar 10 memperlihatkan XBee yang terhubung dengan komputer untuk dilakukan konfigurasi. Catu daya yang digunakan Node stasiun agar praktis dan mudah penggunaannya di daerah terpencil adalah menggunakan baterai.

(a) (b)

Gambar 9 (a) Arsitektur Node stasiun; (b) Node stasiun Susunan pin yang digunakan pada Node stasiun dapat dilihat pada Tabel 7.

Tabel 7 Susunan pin Node stasiun

Pin Keterangan

3.3 V Sebagai pin Vcc GND Sebagai pin ground

AD0 Sebagai pin data sensor CO

AD1 Sebagai pin data sensor dummy PM-10 AD2 Sebagai pin data sensor dummy CO2 AD3 Sebagai pin data sensor dummy O3

Gambar 10 Konfigurasi perangkat XBee 4.1.3. Implementasi Perancangan Node Koordinator

Node koordinator didefinisikan sebagai seperangkat perangkat keras yang terintegrasi yang berfungsi membangun dan mengendalikan komunikasi data dengan sejumlah Node stasiun ke monitoring center polusi udara. Node koordinator tediri dari modul DFRduino Leonardo with Xbee socket board, XBee 2mW Wire Antenna - Series 2, modul GPRS, Arduino Ethernet Shield, modem

Sensor Unit

Microcontroller Unit

Power Supply

(33)

19 GSM dan catu daya (power supply). Gambar 11(a) memperlihatkan arsitektur Node koordinator dan Gambar 11(b) Node koordinator yang telah di packaging. Untuk melihat komponen penyusun pada koordinator dapat dilihat pada Lampiran 1.

Modul DFRduino Leonardo diprogram dengan software Arduino integrated development environment (IDE). Pemrograman modul DFRduino Leonardo pada Node koordinator terdiri dari tiga bagian yaitu deklarasi, inisialisasi dan program utama. Bagian deklarasi digunakan untuk mendeklarasikan fungsi untuk pengoperasian Ethernet Shield, pengaturan alamat server, pengaturan IP address Node koordinator dan sebagainya. Bagian inisialisasi digunakan seperti mode komunikasi serial, fungsinya untuk menghubungkan Node koordinator dan sebagainya. Sedangkan program utama digunakan untuk perintah mencetak respon server, perintah pengiriman data ke server dan sebagainya. Bagian dari program untuk modul DFRduino Leonardo with xbee socket board untuk pengambilan data di Node stasiun dapat dilihat pada Lampiran 3.

XBee 2mW Wire Antenna - Series 2 dari Digi digunakan untuk komunikasi secara wireless antara Node koordinator dan Node stasiun. XBee pada Node koordinator dikonfigurasi menjadi perangkat coordinator menggunakan software X-CTU. Perangkat lunak X-CTU digunakan untuk mengkonfigurasi modul Xbee agar dapat digunakan. Gambar halaman utama X-CTU dapat dilihat di Lampiran 2.

(a) (b)

Gambar 11 (a) Arsitekture Node koordinator; (b) Node koordinator 4.1.4. Implementasi Aplikasi antarmuka berbasis web

Aplikasi antarmuka berbasis web memudahkan user untuk melihat dan memantau informasi data ISPU dilapangan melalui internet dimana dan kapan saja. Untuk memudahkan dalam membangun aplikasi berbasis web, pada penelitian ini dalam merancang aplikasi web menggunakan bahasa pemrograman PHP, javascript, HTML. Database menggunakan MySQL yaitu merupakan aplikasi yang mengelola database berupa database management system (DBMS).

Pada penelitian ini dalam merancang aplikasi web. Tahap pertama merancang database dengan nama ispu dengan 6 tabel untuk menyimpan data pengukuran sensor pada masing-masing Node stasiun. Struktur tabel dapat dilihat pada Tabel 8.

Tabel 8 Struktur tabel Ethernet Shield Microcontroller Unit Power Supply RF Transceiver Module GPRS

(34)

Field Tipe Data

Id int(4)

Node archar(20)

Waktu timestamp

Sensor CO int(255)

Sensor PM-10 int(255) Sensor CO2 int(255)

Sensor O3 int(255)

Aplikasi web monitoring center dengan informasi ISPU berdasarkan lokasi dan jenis sensor beserta visualisasi dalam bentuk grafik. Aplikasi ini terdiri dari menu Beranda, Real-time Monitoring, Datalog Monitoring, Kontak dan Login. Fungsi dari masing-masing menu dapat dilihat pada Tabel 9. Gambar aplikasi web pemantauan polusi udara dapat dilihat pada Lampiran 4.

Tabel 9 Menu pada aplikasi web monitoring center

Menu Keterangan

Beranda Fungsi ini adalah untuk halaman selamat datang dan penjelasan singkat mengenai sistem monitoring polusi udara.

Real-time Monitoring Fungsi ini adalah untuk menampilkan data pengukuran polusi udara secara real-time dalam bentuk tabel dan grafik berdasarkan empat parameter ISPU.

Datalog Monitoring Fungsi ini adalah untuk menampilkan semua data pengukuran berdasarkan empat parameter ISPU.

Kontak Fungsi ini adalah untuk memudahkan pengunjung saat ingin menyampaikan pendapat,kritik,pesan singkat, ide dan lainnya kepada admin mengenai website.

4.2.Implementasi Sistem

Lokasi implementasi sistem pemantauan polusi udara di lingkungan kampus IPB yang sebelumnya dilakukan dalam skala Lab di Lab NCC Laboratory Ilmu Komputer. Penempatan Node stasiun di lokasi berdasarkan tingkat polusi yang disebabkan asap dan debu kendaraan. Gambar 12 memperlihatkan lokasi Node di lingkungan kampus IPB. Informasi data ISPU hasil akuisisi Node stasiun dikirim secara nirkabel ke Node koordinator dan ditampilkan secara real-time pada monitoring center berupa aplikasi antarmuka berbasis web.

(35)

Gambar 12 Lokasi Node di lingkungan kampus IPB 4.3.Akuisisi Data

Proses akuisisi data dilakukan selama 4 hari dari pukul 08.00 WIB hingga 17.00 WIB. Lokasi pengujian dilakukan di lingkungan kampus IPB Dramaga. Setiap Node stasiun akan mengirimkan data ke Node koordinator setiap detik. Kemudian dilakukan recording pada masing-masing Node stasiun dengan empat parameter ISPU, yaitu CO, PM-10, CO2, dan O3 sebanyak 400 data. Proses recording menggunakan aplikasi Docklight dengan resolusi waktu miliseconds.

Skenario yang dilakukan pada proses akuisisi data ini adalah dengan memasang setiap Node stasiun pada tempat yang telah ditentukan kemudian mencatat waktu kirim data pada Node yang akan di ukur menggunakan komputer dan mencatat waktu tiba data pada koordinator menggunakan komputer lainnya.

Data sensor hasil akuisisi Node stasiun dalam bentuk file teks terdiri dari tanggal, waktu, jenis Node stasiun dan nilai sensor. Data sensor berupa file text dengan format seperti diperlihatkan pada Gambar 13.

(36)

4.4.Analisis Sistem

4.4.1. Analisis Lingkungan

Data hasil akuisisi Node stasiun yang dikirimkan ke Node koordinator berupa nilai sensor (ppm) kemudian dilakukan perhitungan indeks standar pencemar udara dan mengkategorikannya berdasarkan Keputusan Menteri Negara Lingkungan Hidup Nomor: KEP-45/MENLH/10/1997. Tabel 10 memperlihatkan data hasil pengukuran yang diambil dari 6 Node stasiun.

Tabel 10 Data hasil pengukuran CO dari 10 Node stasiun Node stasiun

Ke-

CO ISPU

ppm Terhitung Kategori

1 25 0 Baik

2 25 0 Baik

3 26 0 Baik

4 26 0 Baik

5 26 0 Baik

6 27 0 Baik

Berdasarkan beberapa nilai sensor CO (ppm) hasil pengukuran dilapangan yang diubah kedalam ISPU terhitung diperoleh nilai 0 yang dikategorikan baik. Hal ini mengindikasikan bahwa lingkungan disekitar kampus dalam keadaan baik untuk parameter polusi CO.

4.4.2. Analisis Kinerja Sistem

Tahapan ini adalah melakukan pengujian kinerja sistem berdasarkan parameter Quality of Service (QoS), yaitu throughput, delay dan packet loss ratio. Data yang dianalisis sebanyak 400 data dengan payload paket sebesar 52 byte. Setiap paket data yang dikirim besarnya mengacu pada struktur paket IEEE 802.15.4. Struktur paket IEEE 802.15.4 dapat dilihat pada Gambar 14.

PHY protocol data unit (PPDU) Preamble Start of packet

delimiter

Length Field PHY layer payload

PHY service data unit (PSDU)

4 bytes 1 byte 1 byte 2 – 127 bytes

Gambar 14 IEEE 802.15.4 Struktur Paket (Howitt dan Jose 2003). Skenario pengujian kinerja sistem adalah:

Skenario 1 hop dan 2 hop terjadi pada saat kondisi sistem normal, tidak ada perangkat yang mengalami kegagalan atau down.

Skenario 3 hop terjadi pada saat koordinator salah satu cluster down. Untuk mencapai koordinator, Node stasiun 2 membentuk jalur baru dalam jaringan. 4.4.2.1Analisis Throughput

Pengukuran throughput dilakukan dengan mengukur sejumlah paket data yang dikirimkan dari sumber ke tujuan pada suatu satuan waktu tertentu. Dalam penelitian ini digunakan untuk nilai throughput adalah kbps (kilo bit per second). Throughput 1 Hop, 2 Hop dan 3 Hop untuk masing-masing Node stasiun terdapat

(37)

23 Tabel 11. Dari Tabel 11 terlihat bahwa skenario 1 Hop memiliki nilai throughput yang lebih besar dibandingkan 2 Hop dan 3 Hop, sedangkan skenariao 2 hop memiliki nilai throughput yang lebih besar dari 3 hop. Pengurangan sebanyak 1 hop meningkatkan nilai throughput rata-rata sebesar 32.06% atau 0.52 kbps. Hal ini karena jumlah perangkat Node stasiun yang terhubung lebih sedikit sehingga data yang mampu dilewatkan lebih banyak. Grafik perbandingan throughput untuk 1 Hop, 2 Hop dan 3 Hop dapat dilihat pada Gambar 15.

Tabel 11 Throughput untuk 1 Hop, 2 Hop dan 3 Hop Hop

Ke-

Node Stasiun

Ke-

Throughput (kbps)

Minimum Maksimum Rata-rata

1 1.486 3.036 2.615

3 1.288 3.617 2.399

4 1.430 2.419 2.253

2 1.106 2.633 1.972

5 1.112 2.080 1.809

6 1.631 1.825 1.756

3 2 0.844 1.588 1.389

(a) (b)

(c)

Gambar 14 Perbandingan Throughput untuk (a) 1 Hop, (b) 2 Hop dan (c) 3 Hop

(38)

4.4.2.2Analisis Delay

Pengukuran Delay dinyatakan sebagai rata-rata perbedaan antara waktu penerimaan paket (packet arrival) dan waktu pengiriman paket (packet start). Dalam penelitian ini digunakan untuk nilai delay adalah detik. Delay 1 Hop, 2 Hop dan 3 Hop untuk masing-masing Node stasiun terdapat pada Tabel 12. Dari Tabel 12 terlihat bahwa skenario 1 Hop memiliki nilai delay yang lebih kecil dibandingkan 2 Hop dan 3 Hop, dan nilai delay 2 hop lebih kecil dari 3 hop. Penambahan 1 Hop mampu meningkatkan nilai delay rata-rata sebesar 23.28%, atau sebesar 0.06 detik. Hal ini karena semakin banyak perangkat Node stasiun yang terhubung, maka semakin besar delay dalam proses pengiriman data. Grafik perbandingan delay untuk 1 Hop, 2 Hop dan 3 Hop dapat dilihat pada Gambar 16.

Tabel 12 Delay untuk 1 Hop, 2 Hop dan 3 Hop Hop

Ke-

Node Stasiun

Ke-

Delay (s)

Minimum Maksimum Rata-rata

1 0.137 0.280 0.160

1 3 0.115 0.323 0.173

4 0.172 0.291 0.179

2 0.158 0.376 0.211

2 5 0.200 0.374 0.227

6 0.228 0.255 0.237

3 2 0.262 0.493 0.290

(39)

(c)

Gambar 16 Perbandingan Delay untuk (a) 1 Hop, (b) 2 Hop dan (c) 3 Hop 4.4.2.3Analisis Packet Loss Ratio

Packet loss ratio (PLR) atau rasio kehilangan paket merupakan perbandingan antara paket data yang hilang terhadap total jumlah paket yang dikirimkan kepada tujuannya melalui media transmisi tertentu. Pada Tabel 13 terlihat presentase paket data yang hilang selama proses pengiriman untuk 1 hop, 2 hop dan 3 hop. Antara skenario 1 Hop dan 2 Hop, paket yang hilang tidak jauh berbeda hal ini karena kemampuan perangkat dan bandwidth masih mampu melewatkan jumlah data. Pada skenario 3 Hop, paket yang hilang mengalami peningkatan serbesar 0.01% dibandingkan dengan 1 Hop dan 2 Hop. Hal ini terjadi karena jumlah hop mengalami penambahan akibat dari Node koordinator salah satu cluster down sehingga terbentuk jalur baru yang lebih panjang.

Tabel 13 Packet loss ratio untuk 1 Hop, 2 Hop dan 3 Hop Hop Ke- Node Stasiun Ke- Jumlah paket dikirim Jumlah paket diterima

Packet loss ratio (%)

1 400 397 0.01

1 3 400 396 0.01

4 400 393 0.02

2 400 394 0.02

2 5 400 397 0.01

6 400 396 0.01

3 2 400 388 0.03

4.5.Pengujian Sistem

Pengujian dilakukan dengan mengkases website WSN sistem pemantauan udara dimana sebelumnya menjalankan terlebih dahulu semua perangkat sistem. Pada saat pengujian, hal pertama yang harus dilakukan ialah dengan membuka aplikasi browser kemudian ketikkan url : http://ncc.ipb.ac.id/~ispu maka akan tampil halaman utama dengan beberapa menu pilihan. Kemudian untuk melihat apakah informasi ISPU secara real-time berjalan, maka pilih menu Real-time Monitoring. Gambar 17memperlihatkan tampilan halaman Real-time Monitoring.

(40)

Gambar 17 Tampilan halaman Real-time Monitoring

Setelah dilakukan pengujian dengan mengakses website sistem pemantauan udara secara real-time berjalan dengan baik. Sistem mampu memberikan informasi nilai ISPU secara real-time untuk empat parameter ISPU, yaitu CO, SO2, NO2, dan O3 berdasarkan lokasi Node stasiun dan jenis sensor beserta visualisasi dalam bentuk grafik.

(41)

5 SIMPULAN DAN SARAN

Simpulan

Sistem yang dibangun mampu memberikan informasi nilai ISPU secara real-time pada sensor CO. Hal ini dikarenakan pencemar udara yang lain (PM-10, CO2, O3) menggunakan dummy sensor. Level pencemar udara CO pada lokasi penelitian masih dalam kategori baik. Pengujian kinerja dari WSN dengan topologi mesh-like tree menunjukkan bahwa pengurangan 1 hop meningkatkan throughput sebesar 32.06% atau 0.52 kbps, dan telah menurunkan nilai delay sebesar 23.28% atau 0.06 detik, sehingga lebih sedikit hop menghasilkan nilai throughput yang lebih tinggi namun delay rendah. Sementara packet loss ratio meningkat hanya pada saat menggunakan 3 hop, yaitu sebesar 0.01%, ini karena untuk 3 hop terjadi pembentukan jalur baru yang lebih panjang.

Saran

Sistem ini agar dapat dikembangkan dengan menambah jumlah Node stasiun dan area yang lebih luas lagi serta mengganti sensor dummy menggunakan real sensor. Kemudian protokol yang diterapkan pada sistem dapat diganti menggunakan protokol alternatif lainnya seperti wifi, wimax dan lain-lain.

DAFTAR PUSTAKA

Akyildiz IF, Su W, Sankarasubramaniam Y, Cayirci E. 2002. A survey on sensor networks. Communications Magazine, IEEE. 40(8):102-114.

Aziz M, et al. 2011. Measuring air pollutants standard index (ISPU) with photonics crystal sensor based on wireless sensor network (WSN). Di dalam: International Conference on Instrumentation, Communication, Information Technology and Biomedical Engineering. 2011 Nov 8-9, Bandung, Indonesia.

Arduino. Arduino. 2014. http://www.arduino.cc/ [18 Nov 2014].

[BAPEDAL] Badan Pengendalian Dampak Lingkungan. 1997. Pedoman Teknis Perhitungan dan Pelaporan Serta Informasi Indeks Standar Pencemar Udara (ISPU). Jakarta (ID): BAPEDAL.

[CAI-Asia] Clean Air Initiative for Asian Cities Center. 2010. Indonesia: air quality profile - 2010 edition. Tersedia pada: www.cleanairninitiative.org. Culler D. 2004. Overview of sensor networks. IEEE Computer Society

Datasheet Sensor Gas MQ-7. Tersedia pada https://www.sparkfun.com/ datasheets/Sensors/Biometric/MQ-7.pdf

Digi. 2009. XBee®/ XBee-PRO® RF Modules. Tersedia pada http://www.digi.com/products/wireless-wired-embedded-solutions/zigbee-rf-modules/zigbee-mesh-module/xbee-zb-module

Digi. 2011. ZigBee® Wireless Standard. Tersedia pada http://www.digi.com/technology/ rfarticles/ wireless-ZigBee

(42)

Ergen SC. 2004. ZigBee/IEEE 802.15.4 Summary. Berkeley: UC Berkeley

Lewis FL. 2004. Wireless sensor network. Smart Environments: Technologies, Protocols, and Applications ed. D.J. Cook and S.K. Das, John Wiley, New York

Gutierrez, J. A., Naeve, M., Callaway, E., Bourgeois, M., Mitter, V., & Heile, B. (2001). IEEE 802.15. 4: a developing standard for low-power low-cost wireless personal area networks. network, IEEE, 15(5), 12-19.

Howitt I, Gutierrez J, 2003. IEEE.802.15.4 Low rate – wireless personal area network coexistence issues. IEEE 1(03):1481-1486.

Huang, L. C., Chang, H. C., Chen, C. C., & Kuo, C. C. (2011). A ZigBee-based monitoring and protection system for building electrical safety. Energy and Buildings, 43(6), 1418-1426.

Latré, B., Mil, P. D., Moerman, I., Dhoedt, B., Demeester, P., & Dierdonck, N. V. (2006). Throughput and delay analysis of unslotted IEEE 802.15. 4. Journal of Networks, 1(1), 20-28.

Lin, S., & Ming, L. (2008). A wireless network based on the combination of ZigBee and GPRS. In Networking, Sensing and Control, 2008. ICNSC 2008. IEEE International Conference on (pp. 267-270). IEEE.

Lubomir Mraz, Vladimir Cervenka, Dan Komosny & Milan Simek. 2013. Comprehensive performance analysis of ZigBee technology based on real measurements. Wireless Pers Commun 71:2783–2803. DOI 10.1007/s11277-012-0971-1

Mainwaring, A et al. 2002. Jaringan sensor nirkabels for habitat monitoring. In Proceedings of ACM International Workshop on Jaringan sensor nirkabels and Applications, Atlanta, GA, USA, 28 September 2002; pp.88–97A. Margolis, M. (2011). Arduino cookbook. " O'Reilly Media, Inc.".

Martinez, K., Hart, J. K., & Ong, R. (2004). Environmental sensor networks.

Computer, 37(8), 50-56.

Indonesia, P. R. 1999. Peraturan Pemerintah No. 41 Tahun 1999 Tentang: Pengendalian Pencemaran Udara. Jakarta[ID].

Resosudarmo, B.P., B.R. Mahi, A. Kuncoro, and S.B. Handayani. 2000. Emisi Polusi Udara dan Air Sungai dalam Struktur Industri Indonesia (Air and River Water Pollution in the Structure of Indonesian Industrial Sectors). Jurnal Ekonomi Lingkungan, 11: 47-73

Roy, S., & Bandyopadhyay, S. (2009). Testbed implementation of a pollution monitoring system using wireless sensor network for the protection of public spaces. International Journal of Business Data Communications and Networking (IJBDCN), 5(4), 16-32.

S.U. Zagade, Prof. Dr. R.S. Kawitkar. 2012. Advanced Greenhouse Using Hybrid Wireless Technologies. International Journal of Advanced Research in Computer Science and Electronics Engineering

Uikey, R., & Sharma, S. (2013). ZigBee Cluster Tree Performance Improvement Technique. International Journal of Aplications (0975-8887) volume, 62-n0. Xu, M., Ma, L., Xia, F., Yuan, T., Qian, J., & Shao, M. (2010, October). Design and implementation of a wireless sensor network for smart homes. InUbiquitous Intelligence & Computing and 7th International Conference on Autonomic & Trusted Computing (UIC/ATC), 2010 7th International Conference on (pp. 239-243). IEEE.

(43)

(44)

Lampiran 1

Komponen Perangkat Keras

Gambar 1 memperlihatkan sensor gas karbon monoksida CO (MQ-7) serta rangkaian dari sensor tersebut. Sensor karbon monoksida berfungsi untuk mengetahui konsentrasi gas karbon monoksida (CO). Sensor gas MQ-7 memiliki sensitity tinggi untuk karbon monoksida. Keluaran yang dihasilkan oleh sensor ini berupa sinyal analog. Sensor ini membutuhkan tegangan direct current (DC) sebesar 5V untuk siklus suhu tinggi dan 1.5V untuk siklus suhu rendah.

Gambar 1 Sensor gas karbon monoksida

Gambar 2 memperlihatkan sensor dummy (LDR) dan rangkaian. Output dari sensor dummy adalah berupa data analog kemudian diolah oleh mikrokontroler dan dirubah menjadi data digital (Aziz M 2012).

Gambar 2 LDR Sensor

Gambar 3 memperlihatkan DFRduino Leonardo with XBee socket board.

(45)

31 Gambar 4 memperlihatkan XBee 2mW Wire Antenna - Series 2 yang berfungsi menerima dan mengirimkan data.

Gambar 4 XBee 2mW Wire Antenna - Series 2

Gambar 5 memperlihatkan WiFi Router yang berfungsi sebagai Router 3G / 4G dengan menambahkan modem USB ke plug in yang tersedia.

Gambar 5 WiFi Router

Gambar 6 memperlihatkan Arduino Ethernet Shield yang berfungsi untuk memungkinkannya Arduino Board terhubung ke internet menggunakan Ethernet library serta untuk membaca dan menulis pada SD card menggunakan SD library.

(46)

Lampiran 2

Komponen Perangkat Lunak

Gambar 7 Halaman utama Arduino IDE

(47)

33 Lampiran 3

Listing Program

//Bagian deklarasi program

#include <Ethernet.h> // Library yang berfungsi untuk menjalankan ethernet shield

byte mac[] = { 0xDE, 0xAD, 0xBE, 0xEF, 0xFE, 0xED };// mac address ethernet shield

char server[] = "www.ncc.ipb.ac.id"; // alamat server yang akan dituju

IPAddress ip(192,168,0,177); //IP address Node sink

EthernetClient client; //Node sink berfungsi sebagai client

//bagian inisialisasi void setup() {

// Membuka komunikasi serial dan menunggu port untuk dibuka:

Serial.begin(9600); //membuka komunikasi port serial mikrokontroler

Serial1.begin(9600); //membuka komunikasi port serial xbee

Ethernet.begin(mac, ip); //ethernet shield mulai bekerja

delay(10000); //waktu yang diberikan untuk melakukan komunikasi bagi semua perangkat

connectToServer(); //fungsi yang menghubungkan Node sink ke server

//bagian main program

void loop() { //program akan terus melakukan looping ………

Serial.print(c); //respon server akan di cetak di layar monitor

………

client.stop(); // Memutus hubungan dengan server jika data berhasil dikirimkan.

………

connectToServer(); //fungsi untuk melakukan komunikasi dan pengiriman data ke server

void connectToServer() {

………

String kirim = "GET /insert.php?"; //Melakukan record data pada saat data dikirimkan ke server ………

if (address == 402) { //Merupakan alamat dari perangkat xbee

cetak += "Node=1"; //yang mengirim data

}

(48)

#define BAUD_RATE 9600

const int analogInPin0 = A0; // Analog input pin that the sensor is attached to

const int analogInPin1 = A1; const int analogInPin2 = A2; const int analogInPin3 = A3; int sensorPM1-10 = 0;

int sensorCO2 = 0; int sensorO3 = 0; int sensorCO = 0; void setup() {

// initialize serial communications at 9600 bps: Serial.begin(BAUD_RATE);

Serial1.begin(BAUD_RATE); //while(!Serial);

}

void loop() {

// read the analog in value:

sensorPM-10 = analogRead(analogInPin0); sensorCO2 = analogRead(analogInPin1);

sensorO3 = analogRead(analogInPin2); sensorCO = analogRead(analogInPin3);

// Convert the analog reading (which goes from 0 - 1023) to a measurement ISPU (0 - 500):

sensorPM-10 = sensorPM-10 * (500.0 / 1023.0); sensorCO2 = sensorcO2 * (500.0 / 1023.0); sensorO3 = sensorO3 * (500.0 / 1023.0); sensorCO = sensorCO * (2000-20 / 1023.0)+20;

// print the results to the serial monitor:

Serial.print("Node Stasiun 1 : ");

Serial1.print("Node Stasiun 1 : ");

Serial.print("PM-10 = "); Serial1.print("PM-10 = " ); Serial.print(sensorPM-10); Serial1.print(sensorPM-10); Serial.print(", " );

Serial1.print(", " ); Serial.print("CO2 = " ); Serial1.print("CO2 = " ); Serial.print(sensorCO2); Serial1.print(sensorCO2); Serial.print(", " );

Serial1.print(", " ); Serial.print("O3 = " );

(49)

35 Serial1.print("O3 = " );

Serial.print(sensorO3); Serial1.print(sensorO3); Serial.print(", " ); Serial1.print(", " ); Serial.print("CO = " ); Serial1.print("CO = " ); Serial.println(sensorCO); Serial1.println(sensorCO);

// wait 1 seconds before the next loop

// for the analog-to-digital converter to settle // after the last reading:

delay(1000); }

Gambar 10 Program modul Arduino untuk pengambilan data di Node stasiun

Lampiran 4

Aplikasi Antarmuka Berbasis Web

Pertama user akan melihat halaman utama web seperti Gambar 11. Gambar 12 memperlihatkan antarmuka login user. Antarmuka selanjutnya halaman kontak seperti diperlihatkan pada Gambar 13. Kemudian user dapat melihat datalog monitoring seperti diperlihatkan pada Gambar 14. Untuk melihat data ISPU dan grafiknya user harus masuk ke halaman realtime monitoring seperti dilihatkan pada Gambar 15. Bagi user yang ingin mengunduh data ISPU maka user harus melakukan login terlebih dahulu.

(50)

Gambar 12 Halaman Login User

(51)

(52)

(53)

RIWAYAT HIDUP

Penulis dilahirkan di Penengahan, Pesawaran, pada tanggal 26 Februari 1987. Penulis merupakan anak kesembilan dari Bapak Fauzan M dan Ibu Raenah. Penulis melanjutkan pendidikan ke jenjang Sekolah Lanjutan Tingkat Atas (SLTA) Negeri 4 Bandar Lampung, lulus tahun 2005. Penulis melanjutkan pendidikan ke jenjang perguruan tinggi di Universitas Lampung terdaftar sebagai mahasiswa program studi Ilmu Komputer Jurusan Matematika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, lulus pada tahun 2011. Kemudian penulis melanjutkan ke jenjang pascasarjana di perguruan tinggi di Institut Pertanian Bogor terdaftar sebagai mahasiswa program studi Ilmu Komputer Jurusan Ilmu Komputer, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, lulus tahun 2015. Pekerjaan sebagai Dosen tetap pada Perguruan Tinggi Teknokrat Bandar Lampung.

(1)

34

#define BAUD_RATE 9600

const int analogInPin0 = A0; // Analog input pin that the sensor is attached to

const int analogInPin1 = A1; const int analogInPin2 = A2; const int analogInPin3 = A3; int sensorPM1-10 = 0;

int sensorCO2 = 0; int sensorO3 = 0; int sensorCO = 0; void setup() {

// initialize serial communications at 9600 bps: Serial.begin(BAUD_RATE);

Serial1.begin(BAUD_RATE); //while(!Serial);

}

void loop() {

// read the analog in value:

sensorPM-10 = analogRead(analogInPin0); sensorCO2 = analogRead(analogInPin1);

sensorO3 = analogRead(analogInPin2); sensorCO = analogRead(analogInPin3);

// Convert the analog reading (which goes from 0 - 1023) to a measurement ISPU (0 - 500):

sensorPM-10 = sensorPM-10 * (500.0 / 1023.0); sensorCO2 = sensorcO2 * (500.0 / 1023.0); sensorO3 = sensorO3 * (500.0 / 1023.0); sensorCO = sensorCO * (2000-20 / 1023.0)+20;

// print the results to the serial monitor: Serial.print("Node Stasiun 1 : ");

Serial1.print("Node Stasiun 1 : "); Serial.print("PM-10 = ");

Serial1.print("PM-10 = " ); Serial.print(sensorPM-10); Serial1.print(sensorPM-10); Serial.print(", " );

Serial1.print(", " ); Serial.print("CO2 = " ); Serial1.print("CO2 = " ); Serial.print(sensorCO2); Serial1.print(sensorCO2); Serial.print(", " );

Serial1.print(", " ); Serial.print("O3 = " );

(2)

35

Serial1.print("O3 = " );

Serial.print(sensorO3); Serial1.print(sensorO3); Serial.print(", " ); Serial1.print(", " ); Serial.print("CO = " ); Serial1.print("CO = " ); Serial.println(sensorCO); Serial1.println(sensorCO);