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

16 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. 17 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 9a memperlihatkan arsitektur Node stasiun dan Gambar 9b 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, CO 2 , dan O 3 . 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. 18 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 CO 2 AD3 Sebagai pin data sensor dummy O 3 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 RF Transceiver 19 GSM dan catu daya power supply. Gambar 11a memperlihatkan arsitektur Node koordinator dan Gambar 11b 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