Pengukur Kelembaban Tanah dan Suhu Udara
Pengukur Kelembaban Tanah dan Suhu Udara sebagai Pendeteksi
Dini Kebakaran Hutan Melalui Wireless Sensor Network (WSN)
SOFTWARE
Ferly Octavianes1, Arif Gunawan2, Wiwin Styorini3
1
Jurusan Teknik Elektro Politeknik Caltex Riau, Pekanbaru 28265, email: ferlyoctavianes@yahoo.co.id
2
Jurusan Teknik Elektro Politeknik Caltex Riau, Pekanbaru 28265, email: agun@pcr.ac.id
3
Jurusan Teknik Elektro Politeknik Caltex Riau, Pekanbaru 28265, email: wiwin@pcr.ac.id
Abstrak
Bencana kebakaran dan kekeringan dimusim kemarau merupakan dampak tak terjaganya
kelembaban tanah. Dampak negatif yang ditimbulkan oleh kebakaran hutan cukup besar diantaranya
nilai produktivitas hutan dan tanah jadi menurun, perubahan iklim nasional maupun global, dan
mencemari lingkungan yang berimbas pada gangguan pernafasan pada masyarakat serta
terganggunya jarak pandang bagi kendaraan transportasi baik di darat maupun di udara. Maka dari
itu, penulis membuat sebuah sistem pendeteksi kebakaran hutan lahan gambut melalui wireless
sensor network (WSN). Alat pendeteksi kebakaran hutan lahan gambut ini terdiri dari 3 buah
pengukur dan tiap-tiap pengukur dilengkapi oleh 3 buah sensor yaitu sensor kelembaban tanah, suhu
udara dan kelembaban udara yang berfungsi untuk memberikan informasi yang mengindikasikan
adanya kebakaran. Sebagai otaknya digunakan microkontroller sebagai pusat pengendali sistem
secara keseluruhan dengan bahasa pemrograman BASCOM AVR. Pada server data yang
ditransmisikan tadi diolah untuk ditampilkan pada sebuah software Visual Basic 6 pada sebuah PC
yang digunakan untuk memonitoring perubahan yang terjadi di masing-masing pengukur. Data yang
sudah didapat dipisahkan berdasarkan pengukur 1,2 dan 3 serta jenis data sensor yang diterima.
Pada tampilan user interface ini ditambahkan fitur untuk menampilkan 3 kondisi yaitu AMAN,SIAGA
dan BAHAYA, yang mana khusus untuk kondisi bahaya dilengkapi dengan sirine untuk memberi
isyarat kepada user bahwa sudah terjadi kebakaran. Secara keseluruhan alat ini dapat berkomunikasi
dengan baik secara LOS sejauh 220,5 meter, sedangkan untuk NLOS atau dengan adanya obstcle
komunikasi dapat berjalan baik pada jarak 185,6 meter.
Kata Kunci : Wireless Sensor Network (WSN, microcontroller, BASCOM AVR dan Visual Basic 6,
KYL-500S.
Abstract
Catastrophic fires and drought in the dry season is not sustained impact of soil moisture. Droughts
cause a fire, especially in peatlands. Therefore, the authors designed a detection system peatland fires
via wireless sensor network (WSN). Detectors peatland fires consists of 3 pieces of gauges and
measuring each sensor is equipped by 3 pieces include soil moisture sensors, temperature and
humidity which serves to provide information that indicates a fire and then be processed by a
microcontroller and transmitted to server using KYL-500S. Microkontroller used as the central
control system as a whole with BASCOM AVR programming language. On the server, the values
obtained from each node is processed for display on a Visual Basic 6 software on a PC used to
monitor the changes that occur. Values that have been obtained are separated by measuring 1,2 and 3
as well as the types of sensor data received. At the user interface used 3 conditions are SAFE, ALERT
and DANGER, which is specific to hazardous conditions equipped with a siren to signal to the user
that it is a fire. Overall this tool can communicate with either LOS as far as 220.5 meters, while for
NLOS or in the presence obstcle communication can run well at a distance of 185.6 meters.
Keywords : Wireless Sensor Network (WSN), microcontroller, BASCOM AVR and Visual Basic 6,
KYL-500S.
I
PENDAHULUAN
Kebakaran hutan dan lahan gambut
merupakan kebakaran permukaan dimana api
membakar bahan bakar yang ada di atas
permukaan (misalnya: pepohonan, semak,
dll), kemudian api menyebar tidak menentu
secara perlahan di bawah permukaan (ground
fire), membakar bahan organik melalui poripori gambut dan melalui akar semak
belukar/pohon yang bagian atasnya terbakar. [1]
Mikrokontroler merupakan single chip
processor yang mampu melakukan pekerjaan
manusia dalam dimensi yang kecil,
kemampuan mikrokontroler ini juga bisa
dimanfaatkan untuk melakukan monitoring
ataupun melakukan pengiriman data kesuatu
wilayah tanpa meperlukan seorangpun
manusia.
Oleh karena itu penulis memanfaatkan
teknologi
tersebut
untuk
melakukan
monitoring
kebakaran
hutan
dengan
memanfaatkan sensor kelembaban tanah,
sensor suhu, dan sensor kelembaban udara
yang diposisikan di daerah rawan kebakaran.
Sedangkan pengiriman data dilakukan melalui
modul radio wireless. Diharapkan dengan
perancangan
sistem
monitoring
ini
keterlambatan penanganan kebakaran hutan
dapat diminimalisir.
(Wireless) untuk memonitor kondisi fisis atau
kondisi lingkungan suatu tempat pada lokasi
yang berbeda dengan kondisi sensor dengan
pemrosesan datanya terpisah pada tempat
berbeda. Sistem monitoring ini terdiri dari
beberapa node, dimana tiap node nya terdiri
dari beberapa sensor. Hasil pembacaan sensor
seperti kelembaban tanah, suhu udara dan
kelembaban udara pada tiap node tersebut
yang akan dikirimkan menggunakan media
Wireless dan akan ditampilkan pada sebuah
grafik pada Server.[2][3]
2.2 KYL 500S
KYL-500S adalah sebuah modul wireless
transciever yang digunakan sebagai wireless
data transciever pada jarak jauh dengan ukuran
yang kecil, ringan, dan konsumsi daya yang
rendah dan dengan stabilitas dan reliabilitas
yang baik. KYL-500S dapat dioperasikan pada
frekuensi 433Mhz, 868Mhz dan 915Mhz.
Jarak maksimal KYL-500S adalah 600m.[4]
Gambar 2.1 Kyl 500S
2.3 Sensor
Pada akhir pendahuluan ini akan
disampaikan susunan bab penulisan paper
sebagai berikut:
Pada bab 1 pendahuluan dijelaskan
konsep WSN monitoring kebakaran
hutan.
Pada bab 2 dijelaskan tinjauan pustaka
mengenai Komunikasi WSN dengan
KYL 500S,
Pada bab 3 dijelaskan mengenai
perancangan sistem, perancangan
program dan mekanik.
Pada bab 4 dijelaskan data hasil
penelitian dan analisa program sensor
tegangan dan sensor ultrasonic.
Pada bab 5 dijelaskan kesimpulan dan
saran dari penelitian yang sudah
dilakukan
II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Wireless Sensor Network
WSN
merupakan
sebuah
monitoring berbasis teknologi
sistem
nirkabel
2.3.1 Sensor Suhu LM35
LM35 memiliki jangkauan pengukuran 55ºC hingga +150ºC dengan akurasi ±0.5ºC.
Tegangan output adalah 10mV/ºC. Tegangan
output dapat langsung dihubungkan dengan
salah satu port mikrokontroler yang memiliki
kemampuan ADC, misalnya ATmega8535.[5][6]
Gambar 2.2 Tampak bawah dan belakang LM 35
2.3.2 Sensor Kelembaban Udara DTSENSE
DT-SENSE HUMIDITY SENSOR
merupakan sebuah modul sensor cerdas
yang dapat digunakan untuk mendeteksi
kelembaban udara (Relatif Humidity disingkat
RH) di sekitar sensor. Keluaran DT-SENSE
HUMIDITY SENSOR berupa data digital
yang sudah terkalibrasi penuh sehingga dapat
dipakai
langsung tanpa perhitungan
[7]
tambahan.
Gambar2.5 Tampilan awal VB
Gambar 2.3 Sensor Kelembaban Udara DT-Sense
2.3.4 Pengukur Kelembaban Tanah
Sensor kelembaban tanah adalah
sensor yang digunakan untuk mendeteksi
intensitas air di dalam tanah ( moisture).
Sensor ini berupa 3 buah paku konduktor
berbahan logam yang sangat sensitif terhadap
muatan listrik, ketiganya memiliki fungsi
tersendiri 1 paku digunakan untuk input
tegangan, 1 paku untuk data, dan yang 1 lagi
untuk ground. Ketiga paku ini merupakan
media yang akan menghantarkan tegangan
analog yang nilainya relatif kecil. Tegangan
ini nantinya akan diubah menjadi tegangan
digital
yang
diproses di dalam
mikrokontroler.[8]
2.5 SQL Server 2005
Microsoft SQL Server 2005 merupakan
salah satu mesin database client/server yang
memakai sistem pemakaian file secara
bersama-sama dengan penyimpanan data yang
sangat handal. ANSI-SQL mendefinisikan
empat perintah dasar untuk manipulasi data
yaitu : SELECT, INSERT, UPDATE, DELETE
dan sejumlah perintah untuk mendefinisikan
struktur database.
Gambar 2.6 Tampilan Awal SQL Server 2005
Gambar 2.4 Pengukur Kelembaban Tanah
2.4 Visual Basic 2006
Visual Basic merupakan bahasa
pemrograman
Visual
sehingga
dapat
mempermudah dalam mendesain tampilan
program atau lebih dikenal dengan istilah user
interface. Hal ini sangat bermanfaat untuk
membuat program yang bekerja dalam
lingkungan windows yang tampilannya lebih
rumit. Dengan bahasa pemrograman biasa /
Non Visual, Waktu seorang programmer lebih
banyak dihabiskan untuk mendesain tampilan
program dibandingkan dengan penulisan
program utamanya.[9]
2.6 BASCOM AVR
BASCOM-AVR v1.11.8.3 merupakan
salah satu software yang berfungsi sebagai text
editor dalam menulis baris perintah sekaligus
sebagai compiler yang dapat mengubah file
sumber menjadi file hexa.
BASCOM-AVR menyediakan berbagai
fasilitas yang memudahkan pengguna.
Pengguna dapat membuat dan menjalankan
program yang ditulis, kemudian mengujinya
langkah demi langkah sehingga pengguna
dapat mengamati perubahan data pada setiap
register dan port I/O.
III PERANCANGAN SYSTEM
3.1 Blok Diagram
Blok diagram sistem ini menggambarkan
arah pengiriman data setiap node hingga data
tersebut sampai ke server. Data dikirimkan
secara WSN dari node 2 dan node 3 ke node 1
dan dilanjutkan pengiriman data ke server.
Untuk menghindari terjadinya interferensi
pengiriman
data
dibedakan
waktunya.
3.3 Komunikasi Modul Pengukur
Sub program ini digunakan agar supaya
mikrokontroler dapat mengirimkan data
kelmbaban tanah,
suhu udara, dan
kelembaban udara melalui jalur komunikasi
wireless, adapun hal yang disepakati dari
komunikasi ini adalah menggunakan baud rate
9600bps, non parity, 8 bit data dan 1 start stop
bit.
Gambar 3.1 Blok Diagram System
3.2
Flowchart Sistem
Output sensor kelembaban tanah dan
suhu ini dimasukkan melalui pin ADC internal
mikrokontroler, oleh karena itu harus
menggunakan sub rutin operasi ADC untuk
dapat mengambil data tersebut untuk
kemudian diolah dan disimpan sementara
dimemori. Sedangkan untuk output sensor
kelembaban tanah tidak perlu diolah lagi
karena data sudah dalam bentuk digital, oleh
karena itu output sensor kelembaban udara
dihubungkan melalui port SDA dan SCL port
C sehingga penggunaan port-nyapun berbeda
dengan sensor kelembaban tanah dan sensor
suhu dengan menggunakan port ADC,
Gambar 3.2 Flowchart Pengambilan data
Gambar 3.3 Flowchart Modul Pengukur
3.4 Perancangan Program Visual Basic
(VB)
Perancangan program Visual Basic untuk
dapat menampung data maupun melakukan
monitoring terhadap Kelembaban Tanah,
Suhu, dan Kelembaban Udara. Untuk
memasukkan data-data sensor tersebut pada
Visual Basic maka diperlukan penambahan
komponen pada Visual Basic, yaitu komponen
Mscomm. Setingan yang dimasukkan pada
mscomm yaitu 9600bps, 8, n, 1. Maksudnya
baudrate yang digunakan 9600, 8bit, non
parity dan 1 bit start and stop.
Data yang sudah diterima dari setiap node
tadi yaitu berupa data kelembaban tanah, data
suhu, dan data kelembaban udara kemudian
disimpan kedalam database, dimana setiap
node memiliki masing-masing tabel.
Flowchart untuk proses penerimaan data
pada server sampai penyimpanan data sensor
pada database dapat dilihat pada gambar 3.4
pembacaan data tidak dapat dilakukan. Form
history digunakan untuk melihat table history
data pada tanggal yang ditentukan tinggal
mengklik tombol “History”. Setelah itu akan
muncul form graph, seperti pada gambar 4.3
Gambar 4.2 Form Graph
Gambar 3.4 Flowchart Program Visual Basic
IV
PENGUJIAN
dan
ANALISIS
PROGRAM
4.1 Pengujian Sistem
4.1.1 User Interface
Interface user merupakan aplikasi yang
berfungsi untuk menampilkan data-data yang
diterima dari sensor. Ketika pertama kali VB
dijalankan terdapat halaman sistem monitoring
seperti pada gambar 4.1
Gambar 4.3 Form History
4.1.2
Gambar 4.1 User Interface pada Visual Basic
Pada halaman utama ini data yang
didapat dari setiap sensor pada masing-masing
node sudah dipisah sesuai dengan kolomnya.
Pada Visual Basic ini ditampilkan juga data
dalam bentuk grafik seperti pada gambar 4.2
dan tabel berdasarkan waktu pengambilan data
seperti yang terlihat pada gambar 4.3. Sebelum
data dipisahkan pada VB, data tersebut di
hubungkan dulu ke test port serial yang sudah
dirancang, yang mana com-port harus sesuai
dengan com-port serial yang digunakan,
misalnya digunakan com-port 5, maka VB
akan terhubung dengan RS232 dan dapat
berkomunikasi untuk pengambilan data.
Apabila com port yang digunakan salah maka
Database
Pada proyek akhir ini database
berfungsi untuk menyimpan data yang
diinputkan dari masing-masing node. Sebelum
dimasukkan ke database, data diolah dulu di
VB dengan tujuan agar proses memasukkan
data ke database lebih gampang.
Nama-nama tabel tadi bisa dilihat
pada gambar 4.4
Gambar 4.4 Database
4.2
Analisa
4.2.1 Pengujian
Pengiriman
Data
Menggunakan KYL500S dan Ditampilkan
ke PC
Tujuan pengujian pengiriman data pada
node 1 adalah untuk menguji apakah KYL500S sanggup mengirimkan data setiap sensor
ke server, dan untuk melihat apakah data yang
dikirim sesuai dengan data yang diterima di
server. Hasil pengujian tersebut dapat dilihat
pada Hyper Terminal yang sudah tersedia di
PC, seperti pada gambar 4.5
Gambar 4.5 Hyperterminal
Dari tampilan Hyperterminal di atas,
KYL-500S bisa mengirimkan data sesuai
dengan keadaan sensor pada node tanpa ada
data error, angka 1 merupakan nomor node,
sedangkan 65 menunjukkan kelembaban tanah
yang terukur, 37 menunjukkan suhu yang
terbaca dan 73 merupakan pembacaan suhu
udara
Pengujian data pada pengiriman secara
WSN dapat dilakukan secara baik. Pada
pengujian ini semua node dihidupkan secara
bersamaan, dimana posisi node1 diletakkan di
tikungan jalan menuju kantin Depipe, node 2
ditikungan dekat parkiran mobil sebelah kiri
pintu masuk kampus, dan node 3 diletakkan di
lapangan bola. Sedangkan servernya (PC)
diletakkan di samping dormitory. Setelah
dihidupkan ternyata sistem wireless sensor
network dapat berjalan dengan baik, karena
seluruh data pada node1, node 2 dan node 3
dapat disampaikan ke server. Untuk
menghindari interferensi pada saat pengirimn
data, maka pengiriman data masing – masing
node dibedakan berdasarkan waktu. Ini dapat
dilihat pada gambar 4.6.
Gambar 4.6 Tampilan 3 Node
Jika
dilihat
dari tampilan di
hyperterminal angka awal pada setiap data
merupakan kode dari node, yaitu 1, 2, dan 3.
Jika angka awal datanya bukan angka tersebut
maka data tersebut tidak akan diolah di VB.
Dalam kondisi LOS (line of sight)
KYL-500S dapat berfungsi mengirimkan data
sejauh 220m, sedangkan dalam keadaan NLOS
KYL-500S dapat berfungsi mengirimkan data
secara baik pada jarak 185m.
Pada saat pengiriman data sensor pada
setiap node juga terdapat data yang error, data
error ini disebabkan karena banyaknya
penghalang (obstacle) saat pengiriman data
antar node ke server, seperti pohon dan
dinding kampus pcr yang tinggi.
Penyebab lainnya karena keterbatasan
kemampuan KYL-500S, KYL500-S ini
merupakan modul transceiver yang halfduplex dimana modul ini tidak bisa menerima
dan mengirim data secara bersamaan. Hal ini
akan menyebabkan terjadinya tumbukan dalam
pengiriman data. Data yang error seperti
gambar 4.7
Gambar 4.7 Data Error
4.2.2 Pengujian Tampilan User Interface
Visual Basic
Pada proyek akhir ini digunakan 3 buah
mikro yang dignakan untuk mengirimkan data
dari setiap sensor. Data yang dikirimkan yaitu
data kelembaban tanah, suhu udara dan data
kelembaban udara.
Pada program VB dibuat 3 buah kondisi,
yaitu AMAN, SIAGA, dan BERBAHAYA.
kondisi ini akan berubah sesuai dengan data
yang dikirimkan mikro. Kondisi AMAN akan
terjadi jika suhu dibawah 40, kelembaban
tanah dan kelembaban udara diatas 50%
seperti yang terlihat pada gambar 4.8, led akan
berwarna hijau. Kondisi BERBAHAYA
terjadi jika suhu diatas 50, kelembaban udara
dan kelembaban tanah kurang dari 50% dan
led akan berwarna merah. Kondisi ini dapat
dilihat pada gambar 4.9. Sedangkan kondisi
SIAGA terjadi jika data yang dikirim mikro
selain data yang dikirim saat kondisi AMAN
dan BERBAHAYA, led akan menjadi warna
kuning. Kondisi ini dapat dilihat pada gambar
4.10. Khusus saat kondisi BERBAHAYA akan
mengeluarkan suara alarm.
Gambar 4.11 merupakan grafik
perubahan suhu yang terjadi pada saat
kenaikan suhu terjadi pada node 1. Dimana
kondisi ini ditandai dengan berubahnya grafik
menjadi tinggi, sedangkan node 2 dan node 3
berada pada posisi normal.
Gambar 4.11 Grafik Perubahan Suhu
Gambar 4.12 merupakan tampilan
database yang menampilkan data kelembaban
tanah, suhu udara dan kelembaban udara yang
tersimpan di database SQL Server 2005.
Gambar 4.8 Kondisi Aman
Gambar 4.12 Tampilan Database
Gambar 4.9 Kondisi Bahaya
Gambar 4.10 Kondisi Siaga
3. Pengujian Pengiriman Data Kondisi Line
of Sigh (LOS) dan Non-Line of Sigh
(NLOS)
Pengujian pengiriman data kondisi line of
sigh (LOS) dan Non-Line of Sigh (NLOS)
merupakan pengujian pengiriman data dengan
parameter jarak yang bertujuan untuk
mengetahui seberapa jauh data dapat dikirim
dari Tx ke Rx tanpa adanya
halangan
(obstacle) dan dengan adanya penghalang
(obstacle).
Setelah
pengukuran
jarak
dilakukan, maka diperoleh data seperti tabel
4.1 dan tablel 4.2.
Tabel 4.1 Jarak koneksi KYL 500S kondisi LOS
Gambar 4.13 Wilayah pengujian WSN
Tabel 4.2 Jarak koneksi KYL 500S kondisi NLOS
Setelah ketiga node dinyalakan, maka
terlihat jelas masing-masing data terbaca pada
server, baik data dari sensor suhu (LM35),
kelembaban udara (DT-Sense Humidity
Sensor), maupun sensor kelembaban tanah
yang menggunakan 3 batang tembaga silinder,
seperti yang ditunjukkan pada gambar di
bawah ini. Hal ini menunjukkan bahwa ketiga
node mampu bekerja secara Wireless Sensor
Network (WSN).
Dapat dianalisa bahwa saat kondisi LOS,
jarak terjauh antara Tx ke Rx dalam transmisi
data sejauh 220m. Lebih dari 220m, maka data
tidak akan diterima oleh Rx. Pada saat kondisi
NLOS, jarak terjauh antara Tx ke Rx dalam
transmisi data sejauh 180m. Lebih dari 180m,
maka data tidak akan diterima oleh Rx.
4.4.3 Pengujian pengiriman data dengan
sistem WSN
Pengujian WSN ini dilakukan di area
kampus dan taman olahraga di samping area
kampus. Node 1 berada di sudut kiri depan
kampus PCR, Node 2 berada samping
lapangan bola taman olahraga, Node 3 berada
di sudut kanan depan kampus PCR, dan server
berada di depan dormitory kampus PCR.
Untuk jalur komunikasi antar node, node 2 dan
3 mengirimkan informasi (data) menuju node
1, kemudian node 1 meneruskan informasi
(data) yang diperoleh menuju server sehingga
seluruh data dari ketiga node dapat
ditampilkan pada server. Pencitraan wilayah
pengujian WSN dapat dilihat pada gambar di
bawah ini.
Gambar 4.14 Tampilan pada server
V.
5.1
Kesimpulan dan Saran
Kesimpulan
Setelah melakukan pengujian pada
system maka dapat disimpulkan :
1. Tampilan pada user interface pada VB 6
dapat melakukan monitoring kebakaran
lahan
gambut
dengan
fitur
AMAN,SIAGA, dan BAHAYA serta
dilengkapi
grafik untuk
melihat
perubahan yang terjadi pada sensor.
2. Saat pengukur dinyalakan, data dapat
disampaikan ke server walaupun masih
terdapat data yang Error.
3. Adanya obstacle (penghalang) sangat
berpengaruh terhadap KYL-500S dalam
pengiriman data dan juga berpengaruh
terhadap jarak maksimal KYL tersebut.
4. Pengiriman data dapat berfungsi dengan
baik dengan penggunaan Baudrate
9600bps.
Daftar Pustaka
[1]
Annas. (12 November 2007). Sebab
Kebakaran
Hutan.
Diambil
25
November
2011
dari
http://insidewinme.blogspot.com/2007/
11/sebab-kebakaran-hutan.html
[2]
Nasution, Yongghi Saefebri. (2011).
Prototipe Wireless Sensor Network
(WSN) sebagai Sistem Pendeteksi
Kebakaran Hutan Menggunakan Media
Wireless (Hardware). Pekanbaru :
Politeknik Caltex Riau.
[3]
Senjaya, Gandhy. (2011). Prototipe
Wireless Sensor Network (WSN)
sebagai Sistem Pendeteksi Kebakaran
Hutan Menggunakan Media Wireless
(Software). Pekanbaru : Politeknik
Caltex Riau.
[4]
Shenzen
KYL
communication
equipment CO,Ltd. (t.t). KYL 500s
smart wireless transceiver data modul.
Diambil 15 November 2011 dari
http://pdf1.alldatasheet.com/datasheetpdf/view/391448/KYL/KYL-500S.html
[5]
National Semiconductor Japan Ltd.
(November 2010). LM35 Precision
Centigrade Temperature Sensors.
Diambil 8 November 2011 dari
http://www.national.com/ds/LM/LM35.
pdf
[6]
Shatomedia. (2010). Sensor Suhu
LM35. Diambil 10 November 2011
dari
http://shatomedia.com/2008/12/sensor
-suhu-lm35/
[7]
http://ebookbrowse.com/manual-dtsense-temperature-humidity-sensorpdf-d145677646
[8]
Catatansaad (2009). Diambil 20
Oktober
2011
dari
http://catatansaad.wordpress.com/2009/
11/01/alat-pengukur-kelembabantanah-dengan-avr-atmega-8535/
[9]
Thabrani, Suryanto. 2007. Mudah dan
Cepat
Menguasai
Visual
basic.jakarta:Mediakita
Dini Kebakaran Hutan Melalui Wireless Sensor Network (WSN)
SOFTWARE
Ferly Octavianes1, Arif Gunawan2, Wiwin Styorini3
1
Jurusan Teknik Elektro Politeknik Caltex Riau, Pekanbaru 28265, email: ferlyoctavianes@yahoo.co.id
2
Jurusan Teknik Elektro Politeknik Caltex Riau, Pekanbaru 28265, email: agun@pcr.ac.id
3
Jurusan Teknik Elektro Politeknik Caltex Riau, Pekanbaru 28265, email: wiwin@pcr.ac.id
Abstrak
Bencana kebakaran dan kekeringan dimusim kemarau merupakan dampak tak terjaganya
kelembaban tanah. Dampak negatif yang ditimbulkan oleh kebakaran hutan cukup besar diantaranya
nilai produktivitas hutan dan tanah jadi menurun, perubahan iklim nasional maupun global, dan
mencemari lingkungan yang berimbas pada gangguan pernafasan pada masyarakat serta
terganggunya jarak pandang bagi kendaraan transportasi baik di darat maupun di udara. Maka dari
itu, penulis membuat sebuah sistem pendeteksi kebakaran hutan lahan gambut melalui wireless
sensor network (WSN). Alat pendeteksi kebakaran hutan lahan gambut ini terdiri dari 3 buah
pengukur dan tiap-tiap pengukur dilengkapi oleh 3 buah sensor yaitu sensor kelembaban tanah, suhu
udara dan kelembaban udara yang berfungsi untuk memberikan informasi yang mengindikasikan
adanya kebakaran. Sebagai otaknya digunakan microkontroller sebagai pusat pengendali sistem
secara keseluruhan dengan bahasa pemrograman BASCOM AVR. Pada server data yang
ditransmisikan tadi diolah untuk ditampilkan pada sebuah software Visual Basic 6 pada sebuah PC
yang digunakan untuk memonitoring perubahan yang terjadi di masing-masing pengukur. Data yang
sudah didapat dipisahkan berdasarkan pengukur 1,2 dan 3 serta jenis data sensor yang diterima.
Pada tampilan user interface ini ditambahkan fitur untuk menampilkan 3 kondisi yaitu AMAN,SIAGA
dan BAHAYA, yang mana khusus untuk kondisi bahaya dilengkapi dengan sirine untuk memberi
isyarat kepada user bahwa sudah terjadi kebakaran. Secara keseluruhan alat ini dapat berkomunikasi
dengan baik secara LOS sejauh 220,5 meter, sedangkan untuk NLOS atau dengan adanya obstcle
komunikasi dapat berjalan baik pada jarak 185,6 meter.
Kata Kunci : Wireless Sensor Network (WSN, microcontroller, BASCOM AVR dan Visual Basic 6,
KYL-500S.
Abstract
Catastrophic fires and drought in the dry season is not sustained impact of soil moisture. Droughts
cause a fire, especially in peatlands. Therefore, the authors designed a detection system peatland fires
via wireless sensor network (WSN). Detectors peatland fires consists of 3 pieces of gauges and
measuring each sensor is equipped by 3 pieces include soil moisture sensors, temperature and
humidity which serves to provide information that indicates a fire and then be processed by a
microcontroller and transmitted to server using KYL-500S. Microkontroller used as the central
control system as a whole with BASCOM AVR programming language. On the server, the values
obtained from each node is processed for display on a Visual Basic 6 software on a PC used to
monitor the changes that occur. Values that have been obtained are separated by measuring 1,2 and 3
as well as the types of sensor data received. At the user interface used 3 conditions are SAFE, ALERT
and DANGER, which is specific to hazardous conditions equipped with a siren to signal to the user
that it is a fire. Overall this tool can communicate with either LOS as far as 220.5 meters, while for
NLOS or in the presence obstcle communication can run well at a distance of 185.6 meters.
Keywords : Wireless Sensor Network (WSN), microcontroller, BASCOM AVR and Visual Basic 6,
KYL-500S.
I
PENDAHULUAN
Kebakaran hutan dan lahan gambut
merupakan kebakaran permukaan dimana api
membakar bahan bakar yang ada di atas
permukaan (misalnya: pepohonan, semak,
dll), kemudian api menyebar tidak menentu
secara perlahan di bawah permukaan (ground
fire), membakar bahan organik melalui poripori gambut dan melalui akar semak
belukar/pohon yang bagian atasnya terbakar. [1]
Mikrokontroler merupakan single chip
processor yang mampu melakukan pekerjaan
manusia dalam dimensi yang kecil,
kemampuan mikrokontroler ini juga bisa
dimanfaatkan untuk melakukan monitoring
ataupun melakukan pengiriman data kesuatu
wilayah tanpa meperlukan seorangpun
manusia.
Oleh karena itu penulis memanfaatkan
teknologi
tersebut
untuk
melakukan
monitoring
kebakaran
hutan
dengan
memanfaatkan sensor kelembaban tanah,
sensor suhu, dan sensor kelembaban udara
yang diposisikan di daerah rawan kebakaran.
Sedangkan pengiriman data dilakukan melalui
modul radio wireless. Diharapkan dengan
perancangan
sistem
monitoring
ini
keterlambatan penanganan kebakaran hutan
dapat diminimalisir.
(Wireless) untuk memonitor kondisi fisis atau
kondisi lingkungan suatu tempat pada lokasi
yang berbeda dengan kondisi sensor dengan
pemrosesan datanya terpisah pada tempat
berbeda. Sistem monitoring ini terdiri dari
beberapa node, dimana tiap node nya terdiri
dari beberapa sensor. Hasil pembacaan sensor
seperti kelembaban tanah, suhu udara dan
kelembaban udara pada tiap node tersebut
yang akan dikirimkan menggunakan media
Wireless dan akan ditampilkan pada sebuah
grafik pada Server.[2][3]
2.2 KYL 500S
KYL-500S adalah sebuah modul wireless
transciever yang digunakan sebagai wireless
data transciever pada jarak jauh dengan ukuran
yang kecil, ringan, dan konsumsi daya yang
rendah dan dengan stabilitas dan reliabilitas
yang baik. KYL-500S dapat dioperasikan pada
frekuensi 433Mhz, 868Mhz dan 915Mhz.
Jarak maksimal KYL-500S adalah 600m.[4]
Gambar 2.1 Kyl 500S
2.3 Sensor
Pada akhir pendahuluan ini akan
disampaikan susunan bab penulisan paper
sebagai berikut:
Pada bab 1 pendahuluan dijelaskan
konsep WSN monitoring kebakaran
hutan.
Pada bab 2 dijelaskan tinjauan pustaka
mengenai Komunikasi WSN dengan
KYL 500S,
Pada bab 3 dijelaskan mengenai
perancangan sistem, perancangan
program dan mekanik.
Pada bab 4 dijelaskan data hasil
penelitian dan analisa program sensor
tegangan dan sensor ultrasonic.
Pada bab 5 dijelaskan kesimpulan dan
saran dari penelitian yang sudah
dilakukan
II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Wireless Sensor Network
WSN
merupakan
sebuah
monitoring berbasis teknologi
sistem
nirkabel
2.3.1 Sensor Suhu LM35
LM35 memiliki jangkauan pengukuran 55ºC hingga +150ºC dengan akurasi ±0.5ºC.
Tegangan output adalah 10mV/ºC. Tegangan
output dapat langsung dihubungkan dengan
salah satu port mikrokontroler yang memiliki
kemampuan ADC, misalnya ATmega8535.[5][6]
Gambar 2.2 Tampak bawah dan belakang LM 35
2.3.2 Sensor Kelembaban Udara DTSENSE
DT-SENSE HUMIDITY SENSOR
merupakan sebuah modul sensor cerdas
yang dapat digunakan untuk mendeteksi
kelembaban udara (Relatif Humidity disingkat
RH) di sekitar sensor. Keluaran DT-SENSE
HUMIDITY SENSOR berupa data digital
yang sudah terkalibrasi penuh sehingga dapat
dipakai
langsung tanpa perhitungan
[7]
tambahan.
Gambar2.5 Tampilan awal VB
Gambar 2.3 Sensor Kelembaban Udara DT-Sense
2.3.4 Pengukur Kelembaban Tanah
Sensor kelembaban tanah adalah
sensor yang digunakan untuk mendeteksi
intensitas air di dalam tanah ( moisture).
Sensor ini berupa 3 buah paku konduktor
berbahan logam yang sangat sensitif terhadap
muatan listrik, ketiganya memiliki fungsi
tersendiri 1 paku digunakan untuk input
tegangan, 1 paku untuk data, dan yang 1 lagi
untuk ground. Ketiga paku ini merupakan
media yang akan menghantarkan tegangan
analog yang nilainya relatif kecil. Tegangan
ini nantinya akan diubah menjadi tegangan
digital
yang
diproses di dalam
mikrokontroler.[8]
2.5 SQL Server 2005
Microsoft SQL Server 2005 merupakan
salah satu mesin database client/server yang
memakai sistem pemakaian file secara
bersama-sama dengan penyimpanan data yang
sangat handal. ANSI-SQL mendefinisikan
empat perintah dasar untuk manipulasi data
yaitu : SELECT, INSERT, UPDATE, DELETE
dan sejumlah perintah untuk mendefinisikan
struktur database.
Gambar 2.6 Tampilan Awal SQL Server 2005
Gambar 2.4 Pengukur Kelembaban Tanah
2.4 Visual Basic 2006
Visual Basic merupakan bahasa
pemrograman
Visual
sehingga
dapat
mempermudah dalam mendesain tampilan
program atau lebih dikenal dengan istilah user
interface. Hal ini sangat bermanfaat untuk
membuat program yang bekerja dalam
lingkungan windows yang tampilannya lebih
rumit. Dengan bahasa pemrograman biasa /
Non Visual, Waktu seorang programmer lebih
banyak dihabiskan untuk mendesain tampilan
program dibandingkan dengan penulisan
program utamanya.[9]
2.6 BASCOM AVR
BASCOM-AVR v1.11.8.3 merupakan
salah satu software yang berfungsi sebagai text
editor dalam menulis baris perintah sekaligus
sebagai compiler yang dapat mengubah file
sumber menjadi file hexa.
BASCOM-AVR menyediakan berbagai
fasilitas yang memudahkan pengguna.
Pengguna dapat membuat dan menjalankan
program yang ditulis, kemudian mengujinya
langkah demi langkah sehingga pengguna
dapat mengamati perubahan data pada setiap
register dan port I/O.
III PERANCANGAN SYSTEM
3.1 Blok Diagram
Blok diagram sistem ini menggambarkan
arah pengiriman data setiap node hingga data
tersebut sampai ke server. Data dikirimkan
secara WSN dari node 2 dan node 3 ke node 1
dan dilanjutkan pengiriman data ke server.
Untuk menghindari terjadinya interferensi
pengiriman
data
dibedakan
waktunya.
3.3 Komunikasi Modul Pengukur
Sub program ini digunakan agar supaya
mikrokontroler dapat mengirimkan data
kelmbaban tanah,
suhu udara, dan
kelembaban udara melalui jalur komunikasi
wireless, adapun hal yang disepakati dari
komunikasi ini adalah menggunakan baud rate
9600bps, non parity, 8 bit data dan 1 start stop
bit.
Gambar 3.1 Blok Diagram System
3.2
Flowchart Sistem
Output sensor kelembaban tanah dan
suhu ini dimasukkan melalui pin ADC internal
mikrokontroler, oleh karena itu harus
menggunakan sub rutin operasi ADC untuk
dapat mengambil data tersebut untuk
kemudian diolah dan disimpan sementara
dimemori. Sedangkan untuk output sensor
kelembaban tanah tidak perlu diolah lagi
karena data sudah dalam bentuk digital, oleh
karena itu output sensor kelembaban udara
dihubungkan melalui port SDA dan SCL port
C sehingga penggunaan port-nyapun berbeda
dengan sensor kelembaban tanah dan sensor
suhu dengan menggunakan port ADC,
Gambar 3.2 Flowchart Pengambilan data
Gambar 3.3 Flowchart Modul Pengukur
3.4 Perancangan Program Visual Basic
(VB)
Perancangan program Visual Basic untuk
dapat menampung data maupun melakukan
monitoring terhadap Kelembaban Tanah,
Suhu, dan Kelembaban Udara. Untuk
memasukkan data-data sensor tersebut pada
Visual Basic maka diperlukan penambahan
komponen pada Visual Basic, yaitu komponen
Mscomm. Setingan yang dimasukkan pada
mscomm yaitu 9600bps, 8, n, 1. Maksudnya
baudrate yang digunakan 9600, 8bit, non
parity dan 1 bit start and stop.
Data yang sudah diterima dari setiap node
tadi yaitu berupa data kelembaban tanah, data
suhu, dan data kelembaban udara kemudian
disimpan kedalam database, dimana setiap
node memiliki masing-masing tabel.
Flowchart untuk proses penerimaan data
pada server sampai penyimpanan data sensor
pada database dapat dilihat pada gambar 3.4
pembacaan data tidak dapat dilakukan. Form
history digunakan untuk melihat table history
data pada tanggal yang ditentukan tinggal
mengklik tombol “History”. Setelah itu akan
muncul form graph, seperti pada gambar 4.3
Gambar 4.2 Form Graph
Gambar 3.4 Flowchart Program Visual Basic
IV
PENGUJIAN
dan
ANALISIS
PROGRAM
4.1 Pengujian Sistem
4.1.1 User Interface
Interface user merupakan aplikasi yang
berfungsi untuk menampilkan data-data yang
diterima dari sensor. Ketika pertama kali VB
dijalankan terdapat halaman sistem monitoring
seperti pada gambar 4.1
Gambar 4.3 Form History
4.1.2
Gambar 4.1 User Interface pada Visual Basic
Pada halaman utama ini data yang
didapat dari setiap sensor pada masing-masing
node sudah dipisah sesuai dengan kolomnya.
Pada Visual Basic ini ditampilkan juga data
dalam bentuk grafik seperti pada gambar 4.2
dan tabel berdasarkan waktu pengambilan data
seperti yang terlihat pada gambar 4.3. Sebelum
data dipisahkan pada VB, data tersebut di
hubungkan dulu ke test port serial yang sudah
dirancang, yang mana com-port harus sesuai
dengan com-port serial yang digunakan,
misalnya digunakan com-port 5, maka VB
akan terhubung dengan RS232 dan dapat
berkomunikasi untuk pengambilan data.
Apabila com port yang digunakan salah maka
Database
Pada proyek akhir ini database
berfungsi untuk menyimpan data yang
diinputkan dari masing-masing node. Sebelum
dimasukkan ke database, data diolah dulu di
VB dengan tujuan agar proses memasukkan
data ke database lebih gampang.
Nama-nama tabel tadi bisa dilihat
pada gambar 4.4
Gambar 4.4 Database
4.2
Analisa
4.2.1 Pengujian
Pengiriman
Data
Menggunakan KYL500S dan Ditampilkan
ke PC
Tujuan pengujian pengiriman data pada
node 1 adalah untuk menguji apakah KYL500S sanggup mengirimkan data setiap sensor
ke server, dan untuk melihat apakah data yang
dikirim sesuai dengan data yang diterima di
server. Hasil pengujian tersebut dapat dilihat
pada Hyper Terminal yang sudah tersedia di
PC, seperti pada gambar 4.5
Gambar 4.5 Hyperterminal
Dari tampilan Hyperterminal di atas,
KYL-500S bisa mengirimkan data sesuai
dengan keadaan sensor pada node tanpa ada
data error, angka 1 merupakan nomor node,
sedangkan 65 menunjukkan kelembaban tanah
yang terukur, 37 menunjukkan suhu yang
terbaca dan 73 merupakan pembacaan suhu
udara
Pengujian data pada pengiriman secara
WSN dapat dilakukan secara baik. Pada
pengujian ini semua node dihidupkan secara
bersamaan, dimana posisi node1 diletakkan di
tikungan jalan menuju kantin Depipe, node 2
ditikungan dekat parkiran mobil sebelah kiri
pintu masuk kampus, dan node 3 diletakkan di
lapangan bola. Sedangkan servernya (PC)
diletakkan di samping dormitory. Setelah
dihidupkan ternyata sistem wireless sensor
network dapat berjalan dengan baik, karena
seluruh data pada node1, node 2 dan node 3
dapat disampaikan ke server. Untuk
menghindari interferensi pada saat pengirimn
data, maka pengiriman data masing – masing
node dibedakan berdasarkan waktu. Ini dapat
dilihat pada gambar 4.6.
Gambar 4.6 Tampilan 3 Node
Jika
dilihat
dari tampilan di
hyperterminal angka awal pada setiap data
merupakan kode dari node, yaitu 1, 2, dan 3.
Jika angka awal datanya bukan angka tersebut
maka data tersebut tidak akan diolah di VB.
Dalam kondisi LOS (line of sight)
KYL-500S dapat berfungsi mengirimkan data
sejauh 220m, sedangkan dalam keadaan NLOS
KYL-500S dapat berfungsi mengirimkan data
secara baik pada jarak 185m.
Pada saat pengiriman data sensor pada
setiap node juga terdapat data yang error, data
error ini disebabkan karena banyaknya
penghalang (obstacle) saat pengiriman data
antar node ke server, seperti pohon dan
dinding kampus pcr yang tinggi.
Penyebab lainnya karena keterbatasan
kemampuan KYL-500S, KYL500-S ini
merupakan modul transceiver yang halfduplex dimana modul ini tidak bisa menerima
dan mengirim data secara bersamaan. Hal ini
akan menyebabkan terjadinya tumbukan dalam
pengiriman data. Data yang error seperti
gambar 4.7
Gambar 4.7 Data Error
4.2.2 Pengujian Tampilan User Interface
Visual Basic
Pada proyek akhir ini digunakan 3 buah
mikro yang dignakan untuk mengirimkan data
dari setiap sensor. Data yang dikirimkan yaitu
data kelembaban tanah, suhu udara dan data
kelembaban udara.
Pada program VB dibuat 3 buah kondisi,
yaitu AMAN, SIAGA, dan BERBAHAYA.
kondisi ini akan berubah sesuai dengan data
yang dikirimkan mikro. Kondisi AMAN akan
terjadi jika suhu dibawah 40, kelembaban
tanah dan kelembaban udara diatas 50%
seperti yang terlihat pada gambar 4.8, led akan
berwarna hijau. Kondisi BERBAHAYA
terjadi jika suhu diatas 50, kelembaban udara
dan kelembaban tanah kurang dari 50% dan
led akan berwarna merah. Kondisi ini dapat
dilihat pada gambar 4.9. Sedangkan kondisi
SIAGA terjadi jika data yang dikirim mikro
selain data yang dikirim saat kondisi AMAN
dan BERBAHAYA, led akan menjadi warna
kuning. Kondisi ini dapat dilihat pada gambar
4.10. Khusus saat kondisi BERBAHAYA akan
mengeluarkan suara alarm.
Gambar 4.11 merupakan grafik
perubahan suhu yang terjadi pada saat
kenaikan suhu terjadi pada node 1. Dimana
kondisi ini ditandai dengan berubahnya grafik
menjadi tinggi, sedangkan node 2 dan node 3
berada pada posisi normal.
Gambar 4.11 Grafik Perubahan Suhu
Gambar 4.12 merupakan tampilan
database yang menampilkan data kelembaban
tanah, suhu udara dan kelembaban udara yang
tersimpan di database SQL Server 2005.
Gambar 4.8 Kondisi Aman
Gambar 4.12 Tampilan Database
Gambar 4.9 Kondisi Bahaya
Gambar 4.10 Kondisi Siaga
3. Pengujian Pengiriman Data Kondisi Line
of Sigh (LOS) dan Non-Line of Sigh
(NLOS)
Pengujian pengiriman data kondisi line of
sigh (LOS) dan Non-Line of Sigh (NLOS)
merupakan pengujian pengiriman data dengan
parameter jarak yang bertujuan untuk
mengetahui seberapa jauh data dapat dikirim
dari Tx ke Rx tanpa adanya
halangan
(obstacle) dan dengan adanya penghalang
(obstacle).
Setelah
pengukuran
jarak
dilakukan, maka diperoleh data seperti tabel
4.1 dan tablel 4.2.
Tabel 4.1 Jarak koneksi KYL 500S kondisi LOS
Gambar 4.13 Wilayah pengujian WSN
Tabel 4.2 Jarak koneksi KYL 500S kondisi NLOS
Setelah ketiga node dinyalakan, maka
terlihat jelas masing-masing data terbaca pada
server, baik data dari sensor suhu (LM35),
kelembaban udara (DT-Sense Humidity
Sensor), maupun sensor kelembaban tanah
yang menggunakan 3 batang tembaga silinder,
seperti yang ditunjukkan pada gambar di
bawah ini. Hal ini menunjukkan bahwa ketiga
node mampu bekerja secara Wireless Sensor
Network (WSN).
Dapat dianalisa bahwa saat kondisi LOS,
jarak terjauh antara Tx ke Rx dalam transmisi
data sejauh 220m. Lebih dari 220m, maka data
tidak akan diterima oleh Rx. Pada saat kondisi
NLOS, jarak terjauh antara Tx ke Rx dalam
transmisi data sejauh 180m. Lebih dari 180m,
maka data tidak akan diterima oleh Rx.
4.4.3 Pengujian pengiriman data dengan
sistem WSN
Pengujian WSN ini dilakukan di area
kampus dan taman olahraga di samping area
kampus. Node 1 berada di sudut kiri depan
kampus PCR, Node 2 berada samping
lapangan bola taman olahraga, Node 3 berada
di sudut kanan depan kampus PCR, dan server
berada di depan dormitory kampus PCR.
Untuk jalur komunikasi antar node, node 2 dan
3 mengirimkan informasi (data) menuju node
1, kemudian node 1 meneruskan informasi
(data) yang diperoleh menuju server sehingga
seluruh data dari ketiga node dapat
ditampilkan pada server. Pencitraan wilayah
pengujian WSN dapat dilihat pada gambar di
bawah ini.
Gambar 4.14 Tampilan pada server
V.
5.1
Kesimpulan dan Saran
Kesimpulan
Setelah melakukan pengujian pada
system maka dapat disimpulkan :
1. Tampilan pada user interface pada VB 6
dapat melakukan monitoring kebakaran
lahan
gambut
dengan
fitur
AMAN,SIAGA, dan BAHAYA serta
dilengkapi
grafik untuk
melihat
perubahan yang terjadi pada sensor.
2. Saat pengukur dinyalakan, data dapat
disampaikan ke server walaupun masih
terdapat data yang Error.
3. Adanya obstacle (penghalang) sangat
berpengaruh terhadap KYL-500S dalam
pengiriman data dan juga berpengaruh
terhadap jarak maksimal KYL tersebut.
4. Pengiriman data dapat berfungsi dengan
baik dengan penggunaan Baudrate
9600bps.
Daftar Pustaka
[1]
Annas. (12 November 2007). Sebab
Kebakaran
Hutan.
Diambil
25
November
2011
dari
http://insidewinme.blogspot.com/2007/
11/sebab-kebakaran-hutan.html
[2]
Nasution, Yongghi Saefebri. (2011).
Prototipe Wireless Sensor Network
(WSN) sebagai Sistem Pendeteksi
Kebakaran Hutan Menggunakan Media
Wireless (Hardware). Pekanbaru :
Politeknik Caltex Riau.
[3]
Senjaya, Gandhy. (2011). Prototipe
Wireless Sensor Network (WSN)
sebagai Sistem Pendeteksi Kebakaran
Hutan Menggunakan Media Wireless
(Software). Pekanbaru : Politeknik
Caltex Riau.
[4]
Shenzen
KYL
communication
equipment CO,Ltd. (t.t). KYL 500s
smart wireless transceiver data modul.
Diambil 15 November 2011 dari
http://pdf1.alldatasheet.com/datasheetpdf/view/391448/KYL/KYL-500S.html
[5]
National Semiconductor Japan Ltd.
(November 2010). LM35 Precision
Centigrade Temperature Sensors.
Diambil 8 November 2011 dari
http://www.national.com/ds/LM/LM35.
[6]
Shatomedia. (2010). Sensor Suhu
LM35. Diambil 10 November 2011
dari
http://shatomedia.com/2008/12/sensor
-suhu-lm35/
[7]
http://ebookbrowse.com/manual-dtsense-temperature-humidity-sensorpdf-d145677646
[8]
Catatansaad (2009). Diambil 20
Oktober
2011
dari
http://catatansaad.wordpress.com/2009/
11/01/alat-pengukur-kelembabantanah-dengan-avr-atmega-8535/
[9]
Thabrani, Suryanto. 2007. Mudah dan
Cepat
Menguasai
Visual
basic.jakarta:Mediakita