TAPPDF.COM PDF DOWNLOAD 66 SISTEM MONITORING SUHU DAN KELEMBABAN ... SENTRINOV 14 1 10 20170503
SISTEM MONITORING SUHU DAN KELEMBABAN
SECARA REALTIME PADA PENGERING GABAH
BERBASIS WIRELESS SENSOR NETWORK
Iqbal Istiqobudi, Yama Fresdian Dwi Saputro, Amin Suharjono,
Sidiq Syamsul Hidayat, Abu Hasan
Jurusan Teknik Elektro, Politeknik Negeri Semarang
Email : sidi sh@poli es.a .id
ABSTRAK
Jaringan sensor nirkabel adalah teknologi nirkabel yang terdiri dari kumpulan node sensor
yang tersebar di suatu area tertentu. Potensi jaringan sensor nirkabel dalam bidang
teknologi misal dalam monitoring suhu pada alat pengering gabah. Maka dari itu perlu
dilakukan monitoring suhu dan kelembaban pada alat tersebut guna menghasilkan gabah
yang berkualitas baik yang tentunya akan berpengaruh pada angka produksi gabah para
petani. Tugas akhir ini bertujuan untuk memonitoring suhu dan kelembaban pada alat
pengering gabah berbasis JSN. Dengan memonitoring parameter suhu dan kelembaban di
dalam alat dengan komunikasi WiFi Shield dan server yang akan disajikan secara realtime
dan akurat pada interface website guna mengoptimalkan kinerja pengering gabah tersebut,
agar dapat menghasilkan kualitas gabah yang baik. Selain itu juga bertujuan menganalisa
QoS jaringan yang digunakan antara WiFi Shield dan access point yang terhubung dengan
server dengan 6 skenario lokasi pengujian agar sistem bekerja dengan optimal. Tugas akhir
ini tidak membahas rancang bangun node sensor, namun ditekankan pada komunikasi node
koordinator dengan server. Pengujian yang dilakukan pada penelitian ini dengan
meletakkan node koordinator pada lokasi pengering gabah berada kemudian access point
dan server pada skenario 6 lokasi yang berbeda. Hasil pengujian didapatkan rata-rata QoS
terbaik pada skenario lokasi ke 3 dengan delay 103,904 ms , jitter 153,917 ms, packet loss
0% dan throughput 1239,920 bps. Variasi penghalang pada lokasi pengujian mempengaruhi
nilai rata-rata QoS yang diperoleh.
Kata kunci : JSN, monitoring, realtime, NLOS, suhu, kelembaban, QoS.
ABSTRACT
Wireless sensor network is wireless technology consisting of a collection of node sensors
spread in an area certain.Potential wireless sensors network in technology the internet
monitoring temperature on a dryer grain.Therefore needs to be done monitoring
temperatures and humidity on a the to produce grain good quality which is certainly would
affect at approximately production grain farmers.Duty the end of aims to on the monitoring
of the temperatures and humidity on a dryer grain based JSN. With parameter monitor
temperatures and humidity in a tool with communication wifi shield and server that will be
presented in disallow module loading and accurate on interface website in order to optimize
dryer the performance of grain, in order to producing quality of grain good.It also aims to
analyze qos tissue used between wifi shield and access point connected with the server with
6 scenario the testing so that the system works with optimal. Duty end of this do not provide
designed wake up node sensors, but was focused on communication node coordinator with
the server.Tests carried out in this study by putting node coordinator on the site of dryer
grain be then access point and server on scenario 6 different locations.The results of testing
obtained the average QoS best in scenario location to 3 delay 103,904 ms, jitter 153,917 ms,
packet loss 0 % and throughput 1239,920 bps.Variation a barrier on the site of testing affect
the average score QoS obtained.
Keywords : JSN, monitor, realtime, NLOS, temperature, humidity, Qos
PROSIDING SENTRINOV Vol. 001, Tahun 2015 | ISSN: 2477 – 2097
66
PENDAHULUAN
Pada masa sekarang ini perkembangan teknologi memungkinkan layanan komunikasi jarak
jauh tanpa menggunakan kabel yang disebut dengan teknologi nirkabel. Teknologi nirkabel
dewasa ini telah merambah ke segala aspek kehidupan manusia dari bidang industri hingga ke
rumah tangga. Salah satu teknologi nirkabel yang sedang popular adalah jaringan sensor nirkabel
(JSN). Jaringan sensor nirkabel adalah teknologi nirkabel yang terdiri dari kumpulan node sensor
yang tersebar di suatu area tertentu.
Permasalahan utama yang dihadapi petani padi pasca panen adalah pengeringan gabah. Hal
ini merupakan akibat dari pemanasan global yang menyebabkan tidak menentunya kondisi cuaca.
Akibatnya sering terjadi hujan pada musim panen raya yang menyebabkan tertundanya proses
pengeringan gabah yang berdampak pula pada angka produksi dari gabah tersebut.
Pengeringan gabah saat ini masih menggunakan cara tradisional (dijemur). Meskipun dari
segi ekonomis memiliki biaya produksi yang murah, namun hasil yang dihasilkan rendah karena
proses pengeringannya tidak sempurna. Sementara pengeringan gabah dengan alat berbahan
bakar fosil yang tidak bergantung pada cuaca dinilai kurang optimal dikarenakan biaya
operasional (pengadaan bahan bakar) yang tinggi. Selain itu pengontrolan temperatur, tingkat
kadar air, dan kelembaban yang sesuai sulit dilakukan. Akibatnya beras yang dihasilkan
berkualitas rendah, mudah pecah dan hancur saat digiling.
Teknologi Jaringan Sensor Network (JSN) mampu mengatur temperatur, tingkat kadar air,
dan kelembaban udara dengan tepat. Oleh karena itu penerapan teknologi Jaringan Sensor
Network (JSN) pada alat pengering gabah mampu memberikan solusi untuk meningkatkan
kualitas beras dan efisiensi proses pengerjaan. Dengan alat pengering yang menggunakan bahan
bakar briket arang sekam dan berbasis Jaringan Sensor Network (JSN) diharapkan mampu
memberikan hasil pengeringan gabah yang optimal dan juga biaya operasional yang murah serta
penggunaan alat yang lebih mudah. Hal ini membuat penulis tergugah untuk mengembangkan
alat pengering gabah untuk membuat sistem monitoring suhu dan kelembaban pada mesin
tersebut melalui tugas akhir dengan judul “Sistem Monitoring Suhu dan Kelembaban Secara
Realtime pada Mesin Pengering Gabah Berbasis Wireless Sensor Network”. Teknologi yang akan
digunakan pada alat ini adalah sensor suhu dan kelembaban, serta wireless sensor network (Xbee)
yang bekerja sebagai sensor pada alat pengering tersebut. Sensor tersebut akan diletakkan pada
titik-titik yang telah ditentukan pada alat pengering gabah guna memonitoring suhu di dalamnya
yang kemudian data suhu tersebut akan dikirimkan menuju server melalui WiFi Shield pada node
koordinator dan hasilnya akan tampil pada interface website secara realtime. Dalam penulisan
tugas akhir ini penulis tidak membahas pada bagian sensor yang akan diletakkan pada mesin
pengering gabah tersebut, melainkan penulis lebih menekankan pada komunikasi WiFi Shield
PROSIDING SENTRINOV Vol. 001, Tahun 2015 | ISSN: 2477 – 2097
67
dengan server yang berhubungan dengan sistem monitoring yang akan dibangun. Yang kemudian
hasil dari monitoring suhu tersebut digunakan untuk acuan dalam hal menstabilkan suhu
pengeringan dan laju gabah pada mesin untuk menghindari over drying. Sehingga dapat
menghasilkan kualitas gabah yang bagus.
Perlunya monitoring suhu dan kelembaban pada alat pengering gabah tersebut adalah untuk
mengoptimalkan fungsi alat pengering gabah agar mencapai kelembaban yang ideal untuk gabah,
yaitu pada range 12%-14% kelembaban. Ukuran tersebut adalah standar untuk kelembaban gabah
yang baik untuk disimpan selama 3 bulan. Apabila kelembaban gabah berada di bawah range
tersebut maka akan menyebabkan gabah mudah hancur. Dan apabila kelembaban gabah berada
diatas standar akan mengakibatkan gabah menjadi terlalu lembek. Maka dari itu perlu dilakukan
monitoring suhu dan kelembaban pada alat tersebut guna mengoptimalkan kinerja alat pengering
gabah agar dapat menghasilkan gabah yang berkualitas baik yang tentunya akan berpengaruh
pada angka produksi gabah para petani.
LANDASAN TEORI
Teknologi JSN
Jaringan sensor nirkabel yang disingkat dengan
JSN merupakan suatu infrastruktur yang
terdiri dari pengukuran (measuring), penghitungan (computing), dan komunikasi antar elemen
yang
dapat
memberikan informasi kepada administrator mengenai kemampuan dalam
pengukuran suatu instrumentasi, observasi, dan reaksi terhadap lingkungan sekitar. Administrator
yang dimaksud adalah civil, governmental, commercial, atau suatu industri. Sementara itu, ruang
lingkup
JSN
adalah lingkungan alam sekitar,
biological system atau kesehatan, dan
information technology (IT). Pengembangan aplikasi JSN dapat digunakan sebagai pengumpulan
data, sistem monitoring, serta sistem kontrol dan aktivasi. (Kazem et al., 2007).
Mikrokontroller DFRobot Leonardo
Mikrontroller adalah komputer kecil dengan prosessor dan memori yang terbatas dimana
dapat difungsikan sebagai pengontrol. Salah satu
mikrokontroller yang
didesain untuk
memberikan kemudahan dalam mengisikan program adalah Arduino. (Kimko et al, 2011).
Mikrokontroller Dfrobot Leonardo adalah jenis dari mikrokontroller Arduino Leonardo yang
berbasis Atmega32u4. Dfrobot Leonardo ini dilengkapi dengan xbee socket, memiliki 20 digital
pin input dan output.
Mikrokontroller Arduino Mega2560
Selain DFRobot Leonardo, mikrokontroller yang digunakan pada node koordinator adalah
arduino mega2560 yang merupakan board berbasis mikrokontroller ATMega328. Board ini
memiliki 54 digital input / output pin (dimana 15 pin dapat digunakan sebagai output PWM),
dan 16 input analog. Pemahaman pin I//O pada Arduino Mega harus diperhatikan supaya
mikrokontroller pada sistem monitoring suhu dan kelembaban berjalan dengan baik. Pin analog
PROSIDING SENTRINOV Vol. 001, Tahun 2015 | ISSN: 2477 – 2097
68
difungsikan untuk input komponen analog, sedangkan pin I/O digital dapat difungsikan sebagai
pin input atau pin output komponen digital.
Arduino WiFi Shield CC3000
Arduino WiFi Shield adalah perangkat keras yang berfungsi untuk komunikasi. Dengan
menggunakan WiFi Shield ini memungkinkan arduino terkoneksi ke internet dengan
menggunakan spesifikasi wireless (WiFi) yang sudah terdapat pada arduino WiFi Shield tersebut
yaitu HDG104 system in-package. WiFi Shield ini dapat terhubung ke jaringan nirkabel yang
beroperasi sesuai spesifikasi 802.11b dan 802.11g. Arduino WiFi Shield ini dilengkapi dengan
header panjang di bawahnya, sehingga untuk penggunaannya hanya tinggal ditumpuk pada
bagian atas arduino. Selain itu pada WiFi Shield ini terdapat slot kartu microSD yang dapat
digunakan untuk menyimpan file untuk melayani melalui jaringan. Pembacaan slot microSD
onboard ini diakses melalui SD Library.
Konsep Dasar Propagasi Gelombang Radio
Mekanisme peristiwa di balik propagasi gelombang elektromagnetik bermacam-macam,
tetapi secara umum dapat dikelompokkan menjadi 3, diantaranya adalah sebagai berikut.
(Rappaport, 2002)
a. Refleksi atau pantulan
Pantulan terjadi ketika gelombang elektromagnetik yang merambat kemudian menyentuh
obyek yang sangat besar dibandingkan dengan panjang gelombangnya. Pantulan ini terjadi
pada permukaan bumi dan pada bangunan atau dinding suatu bangunan.
b. Difraksi
Peristiwa difraksi secara umum adalah pergerakan gelombang yang dekat dengan
permukaan bumi, yang cenderung mengikuti pola permukaan bumi. Difraksi terjadi ketika
jalur hubungan radio antara pemancar dan penerima terhalang oleh permukaan benda yang
memiliki ketidakteraturan yang tajam (dalam hal tepi-tepi permukaan).
c. Pemencaran (scattering)
Peristiwa pemancaran gelombang terjadi ketika media tempat gelombang selama
menempuh perjalan propagasi, terdiri dari objek-objek yang ukurannya kecil
dibandingkan dengan panjang gelombang yang berjalan. Gelombang-gelombang yang
terpencar dihasilkan oleh permukaan yang kasar, objek-objek yang ukurannya kecil atau
penyebab lain yang menimbulkan ketidakteraturan dalam hal jalur lintasan gelombang.
Teknologi Jaringan WLAN
Jaringan WLAN memiliki beberapa stadarisasi antara lain 802.11b, 802.11a, 802.11g, dan
802.11n. Namun dalam perancangan ini penulis hanya menggunakan standarisasi 802.11b dan
802.11g karena WiFi Shield yang digunakan hanya mendukung standarisasi dari 802.11b dan
802.11g saja. Perbedaan dari standarisasi tersebut adalah :
PROSIDING SENTRINOV Vol. 001, Tahun 2015 | ISSN: 2477 – 2097
69
Tabel 1
Spesifikasi standar 802.11b
F e ue
. Ghz
odulatio
DSSS
St ea data ate M ps
, , . ,
Co
o Th oughput
, M ps
I te fe e e – i o a es,
Yes
po ta el pho es, Bluetooth
App o i ate Ra ge I doo
App o i ate Ra ge Outdoo
Tabel 2
Spesifikasi standar 802.11g
F e ue
. Ghz
odulatio
DSSS, OFDM
St ea data ate M ps
, , , , , ,
Co
o Th oughput
M ps
I te fe e e – i o a es,
Yes
po ta el pho es, Bluetooth
App o i ate Ra ge I doo
App o i ate Ra ge Outdoo
,
Quality of Service
QoS adalah kemampuan suatu jaringan untuk menyediakan layanan yang baik dengan
menyediakan bandwith, mengatasi jitter dan delay. Parameter QoS adalah latency, jitter, packet
loss, throughput. QoS sangat ditentukan oleh kualitas jaringan yang digunakan. Terdapat
beberapa faktor yang dapat menurunkan nilai QoS, seperti : redaman, distorsi, dan noise (Fatoni,
2011).
PERANCANGAN DAN PEMBUATAN SISTEM
Arsitektur Sistem
Arsitektur pada tugas akhir ini ditekankan pada sistem monitoring suhu dan kelembaban
seperti dapat dilihat pada Gambar 1 Tidak membahas rancang bangun sensor pada pengering
gabah dan komunikasi antar node. Arsitektur yang ditekankan oleh penulis adalah monitoring
suhu dan kelembaban secara realtime dengan komunikasi WiFi shield yang outputnya
menggunakan website. Arsitektur ini menggunakan topologi star, dimana node koordinator
berkomunikasi dengan server melalui access point.
Data suhu dan kelembaban yang berasal dari node sensor akan diterima oleh node
koordinator. Pada node koordinator ini data sensor – sensor tersebut akan di kelompokkan sesuai
urutan dan asalnya, yaitu dari node 1 – 6. Kemudian data yang sudah diproses oleh
mikrokontroller tersebut akan dikirimkan ke jaringan WLAN melalui WiFi Shield, sedangkan
PROSIDING SENTRINOV Vol. 001, Tahun 2015 | ISSN: 2477 – 2097
70
pada sisi server terdapat access point untuk penyedia jaringan komunikasi data pada sistem yang
dibangun.
Data yang diterima klien dari node koordinator akan masuk ke dalam database yang telah
disediakan. Di dalam database terdapat tabel-tabel untuk setiap node dan dilamanya berisi data
suhu dan kelembaban yang berasal dari node koordinator. Kemudian dari data tersebut
selanjutnya akan di tampilkan dalam web yang telah di desain sebelumnya. Pada web tersebut
akan tampil tabel data suhu dan kelembaban tersebut disertai grafik secara realtime.
Gambar 1. Arsitektur Sistem
Perencanaan Hardware
Secara umum, perangkat keras dalam sistem jaringan yang dibangun terdiri dari
Mikrokontroller (Arduino Mega 2560 dan DFRobot Leonardo), Xbee series 2, WiFi Shield
CC3000, Access Point, dan server. Server merupakan perangkat fisik yang berhubungan langsung
dengan pengguna/user berupa personal computer (PC).
Rangkaian mikrokontroller
Terdapat 2 buah mikrokontroller pada arsitektur yang dibangun oleh penulis, yaitu arduino
mega 2560 dan Arduino DFRobot Leonardo. Mikrokontroller ini terletak pada node koordinator
dimana kedua modul mikrokontroller arduino ini saling berhubungan dengan menggunakan
komunikasi serial.
Mikrokontroller DFRobot Leonardo
Salah satu mikrokontroller yang digunakan pada node koordinator adalah Dfrobot
Leonardo yang merupakan single-board microcontroller berbasis open-source,
dilengkapi
dengan Xbee shield sehingga sangat mendukung teknologi JSN. Pemahaman pin I//O pada
Dfrobot Leonardo harus diperhatikan supaya mikrokontroller pada sistem monitoring suhu dan
kelembaban berjalan dengan baik. Pin analog difungsikan untuk input komponen analog,
termasuk sensor, sedangkan digital pin I/O dapat difungsikan sebagai pin input atau pin output
komponen digital. Gambar merupakan konfigurasi pin pada DFRobot Leonardo.
PROSIDING SENTRINOV Vol. 001, Tahun 2015 | ISSN: 2477 – 2097
71
Gambar 2. Konfigurasi pin Dfrobot Leonardo
(sumber : www.dfrobot.com)
Mikrokontroller Arduino Mega 2560
Mikrokontroller yang digunakan pada node koordinator adalah arduino mega 2560 yang
merupakan board berbasis mikrokontroller ATMega328. Board ini memiliki 54 digital input /
output pin (dimana 15 pin dapat digunakan sebagai output PWM), dan 16 input analog. Board ini
dapat dilengkapi dengan Xbee shield sehingga mendukung untuk teknologi wireless sensor
network. Pemahaman pin I//O pada Arduino Mega harus diperhatikan supaya mikrokontroller
pada sistem monitoring suhu dan kelembaban berjalan dengan baik. Pin analog difungsikan untuk
input komponen analog, sedangkan digital pin I/O dapat difungsikan sebagai pin input atau pin
output komponen digital.
Konfigurasi WiFI Shield CC3000
WiFi shield CC3000 dapat terhubung ke jaringan nirkabel dengan ketentuan harus sesuai
dengan spesifikasi operasi pada protokol 802.11b dan 802.11g. Pada shield tersebut terdapat slot
kartu micro-SD yang dapat digunakan sebagai tempat penyimpanan (storage). Shield ini cocok
untuk board arduino UNO dan Mega, untuk mengoperasikan slot micro-SD digunakan library
SD Card.
WiFi Shield CC3000 ini digunakan untuk mentransmisikan data suhu dan kelembaban dari
node koordinator menuju server. WiFi Shield ini kompatibel dengan mikrokontroller arduino
mega 2560 sehingga dalam instalasi nya hanya tinggal menghubungkan pin – pin yang tersedia.
Xbee
Xbee adalah salah satu perangkat keras yang mampu mendukung teknologi JSN. Xbee
merupakan implementasi perangkat keras berdaya rendah untuk protokol Zigbee. Modul ini
beroperasi pada daya 2,1 – 3,6 volt. Perangkat keras Xbee yang digunakan adalah Xbee series 2
with wire antena, ditunjukkan pada Gambar 3. Xbee jenis ini mampu mendukung komunikasi
dengan berbagai topologi baik topologi pair, star, multipoint, dan mesh.
PROSIDING SENTRINOV Vol. 001, Tahun 2015 | ISSN: 2477 – 2097
72
Gambar 3. Xbee Series
Konfigurasi Software
Pada pembuatan program sistem mikrokontroler Arduino digunakan software Arduino
IDE. Adapun tahap-tahap pembuatan program sebagai berikut :
1. Membuat diagram alir dari program yang akan dibuat.
2. Membuka Arduino IDE yang digunakan untuk membuat program
3. Membuat program pada halaman kerja Arduino IDE seperti terlihat pada Gambar 4
berdasarkan diagram alir yang direncanakan.
Gambar 4. Tampilan Jendela Arduino IDE
4. Menjalankan program yang telah di buat ke memori sampai program yang dibuat dapat
bekerja dengan baik.
5. Memasang Arduino Dfrobot Leonardo atau mega2560 dan mengkoneksikan dengan PC.
6. Memberikan tegangan DC +5V ke rangkaian system minimum.
7. Melakukan kompilasi program Arduino.
8. Melakukan upload program ke Arduino.
9. Proses selesai
Konfigurasi Access Point
Untuk konfigurasi menggunakan web browser hanya tinggal mengetikkan alamat IP default
pada access point. Alamat IP default pada access point ini adalah 192.168.0.1 dan user name dan
password default nya adalah “admin”.
PROSIDING SENTRINOV Vol. 001, Tahun 2015 | ISSN: 2477 – 2097
73
Pada perancangan sistem yang akan dibangun ini, konfigurasi wireless menggunakan tipe
b atau g. Hal ini dikarenakan WiFi Shield yang digunakan hanya mendukung pada protokol
802.11b dan 802.11g saja.
Interface website
Interface yang digunakan untuk menampilkan data monitoring suhu dan kelembaban pada
mesin pengering gabah adalah interface web.
Interface web akan menampilkan waktu
penerimaan data, tabel data suhu dan kelembaban beserta grafik monitoring secara realtime.
Interface web akan dibuat menggunakan program php, database mysql serta web server apache.
Php merupakan teknologi pemrograman web dengan menerjemahan script (program) pada server.
Mysql merupakan database sebagai tempat penyimpan data dan informasi pada server. Apache
merupakan web server untuk menerima permintaan halaman web dari pengguna dengan browser
website dan mengirimkan kembali hasil dalam bentuk halaman-halaman website.
Hasil dan Analisa
Pada bab ini akan diuraikan mengenai hasil perancangan sistem, hasil pengujian berserta
analisis sistem jaringan yang telah dirancang dan dibangun pada tugas akhir ini. Pengujian yang
dilakukan meliputi pengujian komunikasi sistem, pengujian pengiriman data ke server yang telah
dibuat dengan tujuan membuktikan data yang diterima oleh server sesuai dengan data yang
diperoleh dari node sensor. Komunikasi sistem yang diuji, diteliti, dan dianalisis meliputi delay,
jitter, packet loss, dan throughput pada jaringan WiFi. Untuk proses pengambilan sample data
pengujian sistem jaringan telah dijelaskan pada bab sebelumnya.
HASIL PERANCANGAN SISTEM
Website Monitoring
Gambar 5. Halaman Index Website Monitoring
PROSIDING SENTRINOV Vol. 001, Tahun 2015 | ISSN: 2477 – 2097
74
Gambar 6. Halaman Tabel Monitoring Suhu dan Kelembaban
Pada halaman tabel monitoring seperti yang ditunjukkan pada Gambar 6 terdapat sebuah
tabel yang berisi informasi data monitoring seperti suhu dan kelembaban dari node 1 sampai node
6. Selain itu juga terdapat kolom tanggal monitoring yang sedang dilakukan untuk menunjukkan
data tersebut masuk pada waktu dan tanggal yang sebenarnya.
Pada bagian bawah halaman terdapat kolom filter yang berfungsi untuk melakukan filter
data pada hari dan tanggal yang dikehendaki apabila pengguna ingin melihat hasil monitoring
yang telah lalu. Dapat dilihat pula pada bagian bawah halaman web terdapat tombol untuk
membuka halaman grafik monitoring suhu dan kelembaban.
Gambar 7. Halaman Grafik Monitoring
Pada halaman garfik monitoing seperti dilihat pada Gambar 7 terdapat tampilan grafik
yang bergerak secara realtime. Grafik tersebut hanya berisi informasi data kelembaban dan setiap
halaman hanya menampilkan satu grafik saja untuk satu node. Untuk grafik node yang lain bisa
dilihat dengan menekan tombol yang bertuliskan node 1 sampai node 6 yang berada pada bagian
bawah halaman. Selain itu juga terdapat tombol untuk kembali ke halaman tabel monitoring yang
terletak pada bagian bawah halaman.
Realisasi Sistem
Sistem pada node koordinator terdiri dari integrasi antar perangkat serta beberapa perangkat
tambahan yang di pasang atau disertakan seperti LCD Shield, buzzer, RTC DS3231, serta Wifi
Shield dan juga 2 modul arduino yaitu arduino Dfrobot Leonardo dan arduino mega 2560. Adapun
tampilan sistem di node koordinator saat tutup box dibuka dapat ditunjukkan sesuai Gambar 8.
PROSIDING SENTRINOV Vol. 001, Tahun 2015 | ISSN: 2477 – 2097
75
Gambar 8. Integrasi perangkat pada node koordinator
Pengujian Komunikasi Sistem
Pengujian komunikasi sistem pada tugas akhir ini membahas mengenai pengaruh QoS
(delay, jitter, packet loss, throughput) terhadap kondisi 6 skenario lokasi pengujian pada
komunikasi antara WiFi Shield dan access point dengan mengirimkan data statis dari WiFi Shield
ke server.
Prosedur Pengujian
Pengujian yang pertama adalah pengujian komunikasi sistem. Yaitu komunikasi WiFi
Shield dengan Pc Server melalui jaringan wireless yang disediakan oleh access point. Dengan
memperhatikan gambar 3.27 pengujian dilakukan dengan meletakkan node koordinator sesuai
perencanaan, kemudian access point diletakkan pada 6 lokasi yang berbeda sesuai dengan gambar
3.27 secara bergantian. Pada pengujian ini dilakukan proses pengiriman data dummy dari WiFi
Shield menuju PC server yang terhubung dengan access point dengan interval waktu 5 menit.
Pada sisi server dilakukan capture paket jaringan menggunakan wireshark. Hasil dari capture
tersebut dianalisa dan dimasukkan ke dalam tabel pengujian delay, jitter, packet loss, dan
throughput. Proses pengujian ini dilakukan dengan membandingkan data dari pengujian pada 6
kondisi lokasi yang berbeda. Tujuan dari pengujian sistem ini adalah untuk menentukan letak
access point agar sistem berjalan dengan optimal.
Hasil dan Analisis Pengujian Delay
Tabel 3
Komparasi rata-rata hasil pengujian delay
Delay (ms)
Jarak
Indoor
Outdoor
33 meter
224.899
105,01
38 meter
188.668
103.904
47 meter
108.576
PROSIDING SENTRINOV Vol. 001, Tahun 2015 | ISSN: 2477 – 2097
76
Delay ms
i doo
outdoo
Ja ak access point de ga node koo di ato
Gambar 9. Grafik hasil pengujian delay
Delay dapat dipengaruhi oleh jarak, media fisik, kongesti atau juga waktu proses yang
lama. Salah satu jenis delay adalah propagation delay yang terjadi karena perambatan atau
perjalanan paket IP di media transmisi ke alamat tujuan. (Ganda et al, 2010). Salah satu
mekanisme propagasi gelombang elektromagnetik adalah pemantulan atau relfeksi yang artinya
adalah pemantulan gelombang elektromagnetik yang disebabkan oleh objek yang sangat besar
dibanding dengan panjang gelombangnya.
Perbedaan nilai rata-rata delay yang terdapat pada Tabel 4.3 ini disebabkan oleh adanya
penghalang pada lokasi pengujian baik indoor maupun outdoor, terdapat tembok dan kaca, dan
penghalang dari bahan metal yang menghalangi sinyal WiFi sehingga kuat sinyal yang didapatkan
menjadi lemah yang juga berpengaruh terhadap delay komunikasi data. Selain itu perbedaan ratarata delay pada lokasi outdoor dikarenakan kondisi lokasi yang berbeda-beda dengan penghalang
dan benda-benda disekitar yang berbeda pula sehingga menyebabkan terjadinya propagation
delay.
Hasil dan Analisis Pengujian Jitter
Tabel 4
Komparasi rata-rata hasil pengujian jitter
Jarak
33 meter
38 meter
47 meter
Indoor
287.477
230.038
-
Jitter (ms)
Outdoor
158.978
153.917
162.620
PROSIDING SENTRINOV Vol. 001, Tahun 2015 | ISSN: 2477 – 2097
77
Jitter ms
I doo
Outdoo
Ja ak access point de ga node koo di ato
Gambar 10. Grafik hasil pengujian jitter
Jitter lazimnya disebut variasi delay ,berhubungan erat dengan delay, yang menunjukkan
banyaknya variasi delay pada taransmisi data di jaringan. (Fatoni., 2011). Sehingga rata-rata jitter
yang didapatkan pada hasil pengujian berhubungan dengan rata-rata delay pada setiap lokasi
pengujian baik indoor maupun outdoor yang dipengaruhi oleh kondisi lokasi access point yang
berbeda beda karena setiap lokasi memiliki penghalang yang berbeda bentuk dan ukurannya.
4.2.2
Hasil dan Analisis Pengujian Packet Loss
Tabel 5.
Komparasi rat-rata hasil pengujian packet loss
Ja ak
ete
ete
ete
I doo
.
.
‐
Pa ket Loss %
Outdoo
.
.
Pa ket Loss %
.
i doo
.
outdoo
Ja ak access point de ga node koo di ato
Gambar 11. Grafik hasil pengujian packet loss
Packet loss Merupakan suatu parameter yang menggambarkan suatu kondisi yang
menunjukkan jumlah total paket yang hilang, dapat terjadi karena collision dan congestion pada
jaringan dan hal ini berpengaruh pada semua aplikasi karena retransmisi akan mengurangi
efisiensi jaringan secara keseluruhan meskipun jumlah bandwidth cukup tersedia untuk aplikasi
PROSIDING SENTRINOV Vol. 001, Tahun 2015 | ISSN: 2477 – 2097
78
aplikasi tersebut. (Fatoni., 2011). Dalam hal ini packet loss masih berhubungan dengan delay dan
jitter karena delay menyebabkan proses antrian pada jaringan sehingga dapat menyebabkan
proses retransmisi.
Perbedaan nilai rata-rata packet loss antara lokasi indoor dan outdoor ini disebabkan oleh
adanya penghalang pada lokasi pengujian baik indoor maupun outdoor. Terdapat tembok, kaca,
dan penghalang dari bahan metal yang menghalangi sinyal WiFi sehingga kuat sinyal yang
didapatkan menjadi lemah yang juga berpengaruh terhadap packet loss komunikasi data. Hal
tersebut yang menyebabkan nilai packet loss terkecil berada pada jarak 38 meter baik lokasi
access point di indoor maupun outdoor.
4.2.3
Hasil dan Analisis Pengujian Throughput
Tabel 6.
Komparasi rata-rata hasil pengujian throughput
Ja ak
ete
Th oughput ps
I doo
Outdoo
.
.
.
.
ete
‐
.
Throughput ps
ete
I doo
Outdoo
Ja ak access point de ga node koo di ato
Gambar 12. Grafik hasil pengujian throughput
Throughput merupakan jumlah total kedatangan paket yang sukses yang diamati pada
tujuan selama interval waktu tertentu dibagi oleh durasi interval waktu tersebut. (Fatoni., 2011).
Dengan demikian throughput masih berhubungan dengan delay. Sehingga nilai rata-rata
throughput yang diperoleh juga mempengaruhi delay pada kondisi lokasi pengujian. Perbedaan
throughput yang didapatkan dari hasil pengujian yang terdapat pada Tabel 5 disebabkan oleh
PROSIDING SENTRINOV Vol. 001, Tahun 2015 | ISSN: 2477 – 2097
79
penghalang yang dilalui oleh media transimisi wireless berbeda-beda. Seperti pada sisi
koordinator terdapat penghalang berupa pagar dari bahan metal dan tembok bangunan di
sekelilingnya, sedangkan pada sisi access point terdapat penghalang yang berbeda beda sesuai
posisi lokasi yaitu dari lokasi 1 sampai lokasi 6.
4.2.4
Komparasi Hasil Pengujian Komunikasi Sistem
,
,
,
.
.
.
.
Lokasi
Dela
Lokasi
Jitte
.
Lokasi
Pa ket Loss
.
Lokasi
.
.
Lokasi
Th oughput
Gambar 13. Grafik komparasi pengujian sistem
Dapat dilihat pada Gambar 13 bahwa nilai rata-rata QoS (Delay, jitter, packet loss, dan
throughput) terhadap 6 skenario lokasi pengujian terbaik berada pada lokasi 3 yaitu dengan jarak
38 meter dari node koordinator dengan nilai rata-rata delay 103,904 ms, niai rata-rata jitter
153,917 ms, nilai rata-rata packet loss 0 %, dan nilai rata-rata throughput 1239,920 bps.
Dari hasil pengujian yang telah didapatkan diperoleh data QoS yang berbeda-beda pada
setiap kondisi lokasi pengujian. Perbedaan data QoS ini disebabkan oleh kualitas sinyal yang
dihasilkan dari masing-masing kondisi lokasi pengujian. Pelemahan sinyal ini disebabkan oleh
penghalang yang ada pada lokasi pengujian yang bermacam-macam. Sehingga didapatkan lokasi
yang optimal pada skenario pengujian yaitu lokasi 3 sesuai data pada Gambar 13.
4.3 Pengujian Integrasi Sistem
Pengujian ini dimaksudkan untuk membuktikan data yang diterima server website sesuai
dengan pengukuran sensor yang ditampilkan pada serial monitor. Data hasil pengukuran sensor
yang ditampilkan pada serial monitor ini akan dicocokan dengan data yang dikirim melalui WiFi
Shield yang nanti hasil pengujian dapat dilihat melalui interface website. Pengujian ini meliputi
pengujian transmisi data dari alat yang dikirim ke server melalui WiFi Shield yang terdapat pada
node koordinator. Proses pengambilan data dilakukan dengan menempatkan masing-masing alat
pada lokasi pengujian dengan rekomendasi dari Gambar 13 agar dapat berjalan dengan optimal
dan peletakan alat sesuai dengan skenario lokasi pengujian pada Gambar 14.
PROSIDING SENTRINOV Vol. 001, Tahun 2015 | ISSN: 2477 – 2097
80
Gambar 14. Lokasi Pengujian Integrasi Sistem
Cara pengujian dilakukan dengan menempatkan node koordinator dan node sensor sesuai
dengan lokasi pengujian Gambar 4.20 dan diaktifkan secara bersama-sama lalu melihat dari serial
monitor pada node koordinator kurang lebih 10 menit dan hasil dari pengujian tersebut juga untuk
melakukan pengamatan antara data yang tampil pada serial monitor node koordinator dengan data
yang ditampilkan pada website.
Tabel 7.
Data (suhu) pengujian integrasi sistem
Tabel 8.
Data (kelembaban) pengujian integrasi sistem
PROSIDING SENTRINOV Vol. 001, Tahun 2015 | ISSN: 2477 – 2097
81
Dari tabel data hasil pengiriman suhu dan kelembaban ke server diatas dapat diketahui
bahwa dalam pengiriman sebanyak 10 data dan 10 data tersebut masuk ke database dan tampil
pada website. Selain itu dapat dilihat pada Tabel 7 dan Tabel 8 bahwa selisih waktu pengiriman
nya adalah 10 detik. Selisih waktu ini disebabkan oleh delay pengirimian dan pembacaan pada
sisi node koordinator, sedangkan untuk selisih waktu yang ditunjukkan ini konstan yaitu dengan
selisih waktu pengiriman selama 10 detik.
Dari hasil yang didapatkan ini menunjukkan bahwa sistem yang dibangun dapat melakukan
monitoring suhu dan kelembaban secara realtime. Dengan komunikasi menggunakan WiFi Shield
dan access point memungkinkan data masuk ke database server yang kemudian tampil pada
halaman website yang sudah dirancang.
KESIMPULAN
Berdasarkan hasil perancangan dan pembuatan sistem, pengujian komunikasi sistem dan
pengujian integrasi sistem, serta analisis dari hasil pengujian dapat diambil kesimpulan sebagai
berikut.
1. Jarak komunikasi maksimal yang dicapai antara WiFi Shield (node koordinator) dan
access point pada kondisi lokasi antar gedung adalah
SECARA REALTIME PADA PENGERING GABAH
BERBASIS WIRELESS SENSOR NETWORK
Iqbal Istiqobudi, Yama Fresdian Dwi Saputro, Amin Suharjono,
Sidiq Syamsul Hidayat, Abu Hasan
Jurusan Teknik Elektro, Politeknik Negeri Semarang
Email : sidi sh@poli es.a .id
ABSTRAK
Jaringan sensor nirkabel adalah teknologi nirkabel yang terdiri dari kumpulan node sensor
yang tersebar di suatu area tertentu. Potensi jaringan sensor nirkabel dalam bidang
teknologi misal dalam monitoring suhu pada alat pengering gabah. Maka dari itu perlu
dilakukan monitoring suhu dan kelembaban pada alat tersebut guna menghasilkan gabah
yang berkualitas baik yang tentunya akan berpengaruh pada angka produksi gabah para
petani. Tugas akhir ini bertujuan untuk memonitoring suhu dan kelembaban pada alat
pengering gabah berbasis JSN. Dengan memonitoring parameter suhu dan kelembaban di
dalam alat dengan komunikasi WiFi Shield dan server yang akan disajikan secara realtime
dan akurat pada interface website guna mengoptimalkan kinerja pengering gabah tersebut,
agar dapat menghasilkan kualitas gabah yang baik. Selain itu juga bertujuan menganalisa
QoS jaringan yang digunakan antara WiFi Shield dan access point yang terhubung dengan
server dengan 6 skenario lokasi pengujian agar sistem bekerja dengan optimal. Tugas akhir
ini tidak membahas rancang bangun node sensor, namun ditekankan pada komunikasi node
koordinator dengan server. Pengujian yang dilakukan pada penelitian ini dengan
meletakkan node koordinator pada lokasi pengering gabah berada kemudian access point
dan server pada skenario 6 lokasi yang berbeda. Hasil pengujian didapatkan rata-rata QoS
terbaik pada skenario lokasi ke 3 dengan delay 103,904 ms , jitter 153,917 ms, packet loss
0% dan throughput 1239,920 bps. Variasi penghalang pada lokasi pengujian mempengaruhi
nilai rata-rata QoS yang diperoleh.
Kata kunci : JSN, monitoring, realtime, NLOS, suhu, kelembaban, QoS.
ABSTRACT
Wireless sensor network is wireless technology consisting of a collection of node sensors
spread in an area certain.Potential wireless sensors network in technology the internet
monitoring temperature on a dryer grain.Therefore needs to be done monitoring
temperatures and humidity on a the to produce grain good quality which is certainly would
affect at approximately production grain farmers.Duty the end of aims to on the monitoring
of the temperatures and humidity on a dryer grain based JSN. With parameter monitor
temperatures and humidity in a tool with communication wifi shield and server that will be
presented in disallow module loading and accurate on interface website in order to optimize
dryer the performance of grain, in order to producing quality of grain good.It also aims to
analyze qos tissue used between wifi shield and access point connected with the server with
6 scenario the testing so that the system works with optimal. Duty end of this do not provide
designed wake up node sensors, but was focused on communication node coordinator with
the server.Tests carried out in this study by putting node coordinator on the site of dryer
grain be then access point and server on scenario 6 different locations.The results of testing
obtained the average QoS best in scenario location to 3 delay 103,904 ms, jitter 153,917 ms,
packet loss 0 % and throughput 1239,920 bps.Variation a barrier on the site of testing affect
the average score QoS obtained.
Keywords : JSN, monitor, realtime, NLOS, temperature, humidity, Qos
PROSIDING SENTRINOV Vol. 001, Tahun 2015 | ISSN: 2477 – 2097
66
PENDAHULUAN
Pada masa sekarang ini perkembangan teknologi memungkinkan layanan komunikasi jarak
jauh tanpa menggunakan kabel yang disebut dengan teknologi nirkabel. Teknologi nirkabel
dewasa ini telah merambah ke segala aspek kehidupan manusia dari bidang industri hingga ke
rumah tangga. Salah satu teknologi nirkabel yang sedang popular adalah jaringan sensor nirkabel
(JSN). Jaringan sensor nirkabel adalah teknologi nirkabel yang terdiri dari kumpulan node sensor
yang tersebar di suatu area tertentu.
Permasalahan utama yang dihadapi petani padi pasca panen adalah pengeringan gabah. Hal
ini merupakan akibat dari pemanasan global yang menyebabkan tidak menentunya kondisi cuaca.
Akibatnya sering terjadi hujan pada musim panen raya yang menyebabkan tertundanya proses
pengeringan gabah yang berdampak pula pada angka produksi dari gabah tersebut.
Pengeringan gabah saat ini masih menggunakan cara tradisional (dijemur). Meskipun dari
segi ekonomis memiliki biaya produksi yang murah, namun hasil yang dihasilkan rendah karena
proses pengeringannya tidak sempurna. Sementara pengeringan gabah dengan alat berbahan
bakar fosil yang tidak bergantung pada cuaca dinilai kurang optimal dikarenakan biaya
operasional (pengadaan bahan bakar) yang tinggi. Selain itu pengontrolan temperatur, tingkat
kadar air, dan kelembaban yang sesuai sulit dilakukan. Akibatnya beras yang dihasilkan
berkualitas rendah, mudah pecah dan hancur saat digiling.
Teknologi Jaringan Sensor Network (JSN) mampu mengatur temperatur, tingkat kadar air,
dan kelembaban udara dengan tepat. Oleh karena itu penerapan teknologi Jaringan Sensor
Network (JSN) pada alat pengering gabah mampu memberikan solusi untuk meningkatkan
kualitas beras dan efisiensi proses pengerjaan. Dengan alat pengering yang menggunakan bahan
bakar briket arang sekam dan berbasis Jaringan Sensor Network (JSN) diharapkan mampu
memberikan hasil pengeringan gabah yang optimal dan juga biaya operasional yang murah serta
penggunaan alat yang lebih mudah. Hal ini membuat penulis tergugah untuk mengembangkan
alat pengering gabah untuk membuat sistem monitoring suhu dan kelembaban pada mesin
tersebut melalui tugas akhir dengan judul “Sistem Monitoring Suhu dan Kelembaban Secara
Realtime pada Mesin Pengering Gabah Berbasis Wireless Sensor Network”. Teknologi yang akan
digunakan pada alat ini adalah sensor suhu dan kelembaban, serta wireless sensor network (Xbee)
yang bekerja sebagai sensor pada alat pengering tersebut. Sensor tersebut akan diletakkan pada
titik-titik yang telah ditentukan pada alat pengering gabah guna memonitoring suhu di dalamnya
yang kemudian data suhu tersebut akan dikirimkan menuju server melalui WiFi Shield pada node
koordinator dan hasilnya akan tampil pada interface website secara realtime. Dalam penulisan
tugas akhir ini penulis tidak membahas pada bagian sensor yang akan diletakkan pada mesin
pengering gabah tersebut, melainkan penulis lebih menekankan pada komunikasi WiFi Shield
PROSIDING SENTRINOV Vol. 001, Tahun 2015 | ISSN: 2477 – 2097
67
dengan server yang berhubungan dengan sistem monitoring yang akan dibangun. Yang kemudian
hasil dari monitoring suhu tersebut digunakan untuk acuan dalam hal menstabilkan suhu
pengeringan dan laju gabah pada mesin untuk menghindari over drying. Sehingga dapat
menghasilkan kualitas gabah yang bagus.
Perlunya monitoring suhu dan kelembaban pada alat pengering gabah tersebut adalah untuk
mengoptimalkan fungsi alat pengering gabah agar mencapai kelembaban yang ideal untuk gabah,
yaitu pada range 12%-14% kelembaban. Ukuran tersebut adalah standar untuk kelembaban gabah
yang baik untuk disimpan selama 3 bulan. Apabila kelembaban gabah berada di bawah range
tersebut maka akan menyebabkan gabah mudah hancur. Dan apabila kelembaban gabah berada
diatas standar akan mengakibatkan gabah menjadi terlalu lembek. Maka dari itu perlu dilakukan
monitoring suhu dan kelembaban pada alat tersebut guna mengoptimalkan kinerja alat pengering
gabah agar dapat menghasilkan gabah yang berkualitas baik yang tentunya akan berpengaruh
pada angka produksi gabah para petani.
LANDASAN TEORI
Teknologi JSN
Jaringan sensor nirkabel yang disingkat dengan
JSN merupakan suatu infrastruktur yang
terdiri dari pengukuran (measuring), penghitungan (computing), dan komunikasi antar elemen
yang
dapat
memberikan informasi kepada administrator mengenai kemampuan dalam
pengukuran suatu instrumentasi, observasi, dan reaksi terhadap lingkungan sekitar. Administrator
yang dimaksud adalah civil, governmental, commercial, atau suatu industri. Sementara itu, ruang
lingkup
JSN
adalah lingkungan alam sekitar,
biological system atau kesehatan, dan
information technology (IT). Pengembangan aplikasi JSN dapat digunakan sebagai pengumpulan
data, sistem monitoring, serta sistem kontrol dan aktivasi. (Kazem et al., 2007).
Mikrokontroller DFRobot Leonardo
Mikrontroller adalah komputer kecil dengan prosessor dan memori yang terbatas dimana
dapat difungsikan sebagai pengontrol. Salah satu
mikrokontroller yang
didesain untuk
memberikan kemudahan dalam mengisikan program adalah Arduino. (Kimko et al, 2011).
Mikrokontroller Dfrobot Leonardo adalah jenis dari mikrokontroller Arduino Leonardo yang
berbasis Atmega32u4. Dfrobot Leonardo ini dilengkapi dengan xbee socket, memiliki 20 digital
pin input dan output.
Mikrokontroller Arduino Mega2560
Selain DFRobot Leonardo, mikrokontroller yang digunakan pada node koordinator adalah
arduino mega2560 yang merupakan board berbasis mikrokontroller ATMega328. Board ini
memiliki 54 digital input / output pin (dimana 15 pin dapat digunakan sebagai output PWM),
dan 16 input analog. Pemahaman pin I//O pada Arduino Mega harus diperhatikan supaya
mikrokontroller pada sistem monitoring suhu dan kelembaban berjalan dengan baik. Pin analog
PROSIDING SENTRINOV Vol. 001, Tahun 2015 | ISSN: 2477 – 2097
68
difungsikan untuk input komponen analog, sedangkan pin I/O digital dapat difungsikan sebagai
pin input atau pin output komponen digital.
Arduino WiFi Shield CC3000
Arduino WiFi Shield adalah perangkat keras yang berfungsi untuk komunikasi. Dengan
menggunakan WiFi Shield ini memungkinkan arduino terkoneksi ke internet dengan
menggunakan spesifikasi wireless (WiFi) yang sudah terdapat pada arduino WiFi Shield tersebut
yaitu HDG104 system in-package. WiFi Shield ini dapat terhubung ke jaringan nirkabel yang
beroperasi sesuai spesifikasi 802.11b dan 802.11g. Arduino WiFi Shield ini dilengkapi dengan
header panjang di bawahnya, sehingga untuk penggunaannya hanya tinggal ditumpuk pada
bagian atas arduino. Selain itu pada WiFi Shield ini terdapat slot kartu microSD yang dapat
digunakan untuk menyimpan file untuk melayani melalui jaringan. Pembacaan slot microSD
onboard ini diakses melalui SD Library.
Konsep Dasar Propagasi Gelombang Radio
Mekanisme peristiwa di balik propagasi gelombang elektromagnetik bermacam-macam,
tetapi secara umum dapat dikelompokkan menjadi 3, diantaranya adalah sebagai berikut.
(Rappaport, 2002)
a. Refleksi atau pantulan
Pantulan terjadi ketika gelombang elektromagnetik yang merambat kemudian menyentuh
obyek yang sangat besar dibandingkan dengan panjang gelombangnya. Pantulan ini terjadi
pada permukaan bumi dan pada bangunan atau dinding suatu bangunan.
b. Difraksi
Peristiwa difraksi secara umum adalah pergerakan gelombang yang dekat dengan
permukaan bumi, yang cenderung mengikuti pola permukaan bumi. Difraksi terjadi ketika
jalur hubungan radio antara pemancar dan penerima terhalang oleh permukaan benda yang
memiliki ketidakteraturan yang tajam (dalam hal tepi-tepi permukaan).
c. Pemencaran (scattering)
Peristiwa pemancaran gelombang terjadi ketika media tempat gelombang selama
menempuh perjalan propagasi, terdiri dari objek-objek yang ukurannya kecil
dibandingkan dengan panjang gelombang yang berjalan. Gelombang-gelombang yang
terpencar dihasilkan oleh permukaan yang kasar, objek-objek yang ukurannya kecil atau
penyebab lain yang menimbulkan ketidakteraturan dalam hal jalur lintasan gelombang.
Teknologi Jaringan WLAN
Jaringan WLAN memiliki beberapa stadarisasi antara lain 802.11b, 802.11a, 802.11g, dan
802.11n. Namun dalam perancangan ini penulis hanya menggunakan standarisasi 802.11b dan
802.11g karena WiFi Shield yang digunakan hanya mendukung standarisasi dari 802.11b dan
802.11g saja. Perbedaan dari standarisasi tersebut adalah :
PROSIDING SENTRINOV Vol. 001, Tahun 2015 | ISSN: 2477 – 2097
69
Tabel 1
Spesifikasi standar 802.11b
F e ue
. Ghz
odulatio
DSSS
St ea data ate M ps
, , . ,
Co
o Th oughput
, M ps
I te fe e e – i o a es,
Yes
po ta el pho es, Bluetooth
App o i ate Ra ge I doo
App o i ate Ra ge Outdoo
Tabel 2
Spesifikasi standar 802.11g
F e ue
. Ghz
odulatio
DSSS, OFDM
St ea data ate M ps
, , , , , ,
Co
o Th oughput
M ps
I te fe e e – i o a es,
Yes
po ta el pho es, Bluetooth
App o i ate Ra ge I doo
App o i ate Ra ge Outdoo
,
Quality of Service
QoS adalah kemampuan suatu jaringan untuk menyediakan layanan yang baik dengan
menyediakan bandwith, mengatasi jitter dan delay. Parameter QoS adalah latency, jitter, packet
loss, throughput. QoS sangat ditentukan oleh kualitas jaringan yang digunakan. Terdapat
beberapa faktor yang dapat menurunkan nilai QoS, seperti : redaman, distorsi, dan noise (Fatoni,
2011).
PERANCANGAN DAN PEMBUATAN SISTEM
Arsitektur Sistem
Arsitektur pada tugas akhir ini ditekankan pada sistem monitoring suhu dan kelembaban
seperti dapat dilihat pada Gambar 1 Tidak membahas rancang bangun sensor pada pengering
gabah dan komunikasi antar node. Arsitektur yang ditekankan oleh penulis adalah monitoring
suhu dan kelembaban secara realtime dengan komunikasi WiFi shield yang outputnya
menggunakan website. Arsitektur ini menggunakan topologi star, dimana node koordinator
berkomunikasi dengan server melalui access point.
Data suhu dan kelembaban yang berasal dari node sensor akan diterima oleh node
koordinator. Pada node koordinator ini data sensor – sensor tersebut akan di kelompokkan sesuai
urutan dan asalnya, yaitu dari node 1 – 6. Kemudian data yang sudah diproses oleh
mikrokontroller tersebut akan dikirimkan ke jaringan WLAN melalui WiFi Shield, sedangkan
PROSIDING SENTRINOV Vol. 001, Tahun 2015 | ISSN: 2477 – 2097
70
pada sisi server terdapat access point untuk penyedia jaringan komunikasi data pada sistem yang
dibangun.
Data yang diterima klien dari node koordinator akan masuk ke dalam database yang telah
disediakan. Di dalam database terdapat tabel-tabel untuk setiap node dan dilamanya berisi data
suhu dan kelembaban yang berasal dari node koordinator. Kemudian dari data tersebut
selanjutnya akan di tampilkan dalam web yang telah di desain sebelumnya. Pada web tersebut
akan tampil tabel data suhu dan kelembaban tersebut disertai grafik secara realtime.
Gambar 1. Arsitektur Sistem
Perencanaan Hardware
Secara umum, perangkat keras dalam sistem jaringan yang dibangun terdiri dari
Mikrokontroller (Arduino Mega 2560 dan DFRobot Leonardo), Xbee series 2, WiFi Shield
CC3000, Access Point, dan server. Server merupakan perangkat fisik yang berhubungan langsung
dengan pengguna/user berupa personal computer (PC).
Rangkaian mikrokontroller
Terdapat 2 buah mikrokontroller pada arsitektur yang dibangun oleh penulis, yaitu arduino
mega 2560 dan Arduino DFRobot Leonardo. Mikrokontroller ini terletak pada node koordinator
dimana kedua modul mikrokontroller arduino ini saling berhubungan dengan menggunakan
komunikasi serial.
Mikrokontroller DFRobot Leonardo
Salah satu mikrokontroller yang digunakan pada node koordinator adalah Dfrobot
Leonardo yang merupakan single-board microcontroller berbasis open-source,
dilengkapi
dengan Xbee shield sehingga sangat mendukung teknologi JSN. Pemahaman pin I//O pada
Dfrobot Leonardo harus diperhatikan supaya mikrokontroller pada sistem monitoring suhu dan
kelembaban berjalan dengan baik. Pin analog difungsikan untuk input komponen analog,
termasuk sensor, sedangkan digital pin I/O dapat difungsikan sebagai pin input atau pin output
komponen digital. Gambar merupakan konfigurasi pin pada DFRobot Leonardo.
PROSIDING SENTRINOV Vol. 001, Tahun 2015 | ISSN: 2477 – 2097
71
Gambar 2. Konfigurasi pin Dfrobot Leonardo
(sumber : www.dfrobot.com)
Mikrokontroller Arduino Mega 2560
Mikrokontroller yang digunakan pada node koordinator adalah arduino mega 2560 yang
merupakan board berbasis mikrokontroller ATMega328. Board ini memiliki 54 digital input /
output pin (dimana 15 pin dapat digunakan sebagai output PWM), dan 16 input analog. Board ini
dapat dilengkapi dengan Xbee shield sehingga mendukung untuk teknologi wireless sensor
network. Pemahaman pin I//O pada Arduino Mega harus diperhatikan supaya mikrokontroller
pada sistem monitoring suhu dan kelembaban berjalan dengan baik. Pin analog difungsikan untuk
input komponen analog, sedangkan digital pin I/O dapat difungsikan sebagai pin input atau pin
output komponen digital.
Konfigurasi WiFI Shield CC3000
WiFi shield CC3000 dapat terhubung ke jaringan nirkabel dengan ketentuan harus sesuai
dengan spesifikasi operasi pada protokol 802.11b dan 802.11g. Pada shield tersebut terdapat slot
kartu micro-SD yang dapat digunakan sebagai tempat penyimpanan (storage). Shield ini cocok
untuk board arduino UNO dan Mega, untuk mengoperasikan slot micro-SD digunakan library
SD Card.
WiFi Shield CC3000 ini digunakan untuk mentransmisikan data suhu dan kelembaban dari
node koordinator menuju server. WiFi Shield ini kompatibel dengan mikrokontroller arduino
mega 2560 sehingga dalam instalasi nya hanya tinggal menghubungkan pin – pin yang tersedia.
Xbee
Xbee adalah salah satu perangkat keras yang mampu mendukung teknologi JSN. Xbee
merupakan implementasi perangkat keras berdaya rendah untuk protokol Zigbee. Modul ini
beroperasi pada daya 2,1 – 3,6 volt. Perangkat keras Xbee yang digunakan adalah Xbee series 2
with wire antena, ditunjukkan pada Gambar 3. Xbee jenis ini mampu mendukung komunikasi
dengan berbagai topologi baik topologi pair, star, multipoint, dan mesh.
PROSIDING SENTRINOV Vol. 001, Tahun 2015 | ISSN: 2477 – 2097
72
Gambar 3. Xbee Series
Konfigurasi Software
Pada pembuatan program sistem mikrokontroler Arduino digunakan software Arduino
IDE. Adapun tahap-tahap pembuatan program sebagai berikut :
1. Membuat diagram alir dari program yang akan dibuat.
2. Membuka Arduino IDE yang digunakan untuk membuat program
3. Membuat program pada halaman kerja Arduino IDE seperti terlihat pada Gambar 4
berdasarkan diagram alir yang direncanakan.
Gambar 4. Tampilan Jendela Arduino IDE
4. Menjalankan program yang telah di buat ke memori sampai program yang dibuat dapat
bekerja dengan baik.
5. Memasang Arduino Dfrobot Leonardo atau mega2560 dan mengkoneksikan dengan PC.
6. Memberikan tegangan DC +5V ke rangkaian system minimum.
7. Melakukan kompilasi program Arduino.
8. Melakukan upload program ke Arduino.
9. Proses selesai
Konfigurasi Access Point
Untuk konfigurasi menggunakan web browser hanya tinggal mengetikkan alamat IP default
pada access point. Alamat IP default pada access point ini adalah 192.168.0.1 dan user name dan
password default nya adalah “admin”.
PROSIDING SENTRINOV Vol. 001, Tahun 2015 | ISSN: 2477 – 2097
73
Pada perancangan sistem yang akan dibangun ini, konfigurasi wireless menggunakan tipe
b atau g. Hal ini dikarenakan WiFi Shield yang digunakan hanya mendukung pada protokol
802.11b dan 802.11g saja.
Interface website
Interface yang digunakan untuk menampilkan data monitoring suhu dan kelembaban pada
mesin pengering gabah adalah interface web.
Interface web akan menampilkan waktu
penerimaan data, tabel data suhu dan kelembaban beserta grafik monitoring secara realtime.
Interface web akan dibuat menggunakan program php, database mysql serta web server apache.
Php merupakan teknologi pemrograman web dengan menerjemahan script (program) pada server.
Mysql merupakan database sebagai tempat penyimpan data dan informasi pada server. Apache
merupakan web server untuk menerima permintaan halaman web dari pengguna dengan browser
website dan mengirimkan kembali hasil dalam bentuk halaman-halaman website.
Hasil dan Analisa
Pada bab ini akan diuraikan mengenai hasil perancangan sistem, hasil pengujian berserta
analisis sistem jaringan yang telah dirancang dan dibangun pada tugas akhir ini. Pengujian yang
dilakukan meliputi pengujian komunikasi sistem, pengujian pengiriman data ke server yang telah
dibuat dengan tujuan membuktikan data yang diterima oleh server sesuai dengan data yang
diperoleh dari node sensor. Komunikasi sistem yang diuji, diteliti, dan dianalisis meliputi delay,
jitter, packet loss, dan throughput pada jaringan WiFi. Untuk proses pengambilan sample data
pengujian sistem jaringan telah dijelaskan pada bab sebelumnya.
HASIL PERANCANGAN SISTEM
Website Monitoring
Gambar 5. Halaman Index Website Monitoring
PROSIDING SENTRINOV Vol. 001, Tahun 2015 | ISSN: 2477 – 2097
74
Gambar 6. Halaman Tabel Monitoring Suhu dan Kelembaban
Pada halaman tabel monitoring seperti yang ditunjukkan pada Gambar 6 terdapat sebuah
tabel yang berisi informasi data monitoring seperti suhu dan kelembaban dari node 1 sampai node
6. Selain itu juga terdapat kolom tanggal monitoring yang sedang dilakukan untuk menunjukkan
data tersebut masuk pada waktu dan tanggal yang sebenarnya.
Pada bagian bawah halaman terdapat kolom filter yang berfungsi untuk melakukan filter
data pada hari dan tanggal yang dikehendaki apabila pengguna ingin melihat hasil monitoring
yang telah lalu. Dapat dilihat pula pada bagian bawah halaman web terdapat tombol untuk
membuka halaman grafik monitoring suhu dan kelembaban.
Gambar 7. Halaman Grafik Monitoring
Pada halaman garfik monitoing seperti dilihat pada Gambar 7 terdapat tampilan grafik
yang bergerak secara realtime. Grafik tersebut hanya berisi informasi data kelembaban dan setiap
halaman hanya menampilkan satu grafik saja untuk satu node. Untuk grafik node yang lain bisa
dilihat dengan menekan tombol yang bertuliskan node 1 sampai node 6 yang berada pada bagian
bawah halaman. Selain itu juga terdapat tombol untuk kembali ke halaman tabel monitoring yang
terletak pada bagian bawah halaman.
Realisasi Sistem
Sistem pada node koordinator terdiri dari integrasi antar perangkat serta beberapa perangkat
tambahan yang di pasang atau disertakan seperti LCD Shield, buzzer, RTC DS3231, serta Wifi
Shield dan juga 2 modul arduino yaitu arduino Dfrobot Leonardo dan arduino mega 2560. Adapun
tampilan sistem di node koordinator saat tutup box dibuka dapat ditunjukkan sesuai Gambar 8.
PROSIDING SENTRINOV Vol. 001, Tahun 2015 | ISSN: 2477 – 2097
75
Gambar 8. Integrasi perangkat pada node koordinator
Pengujian Komunikasi Sistem
Pengujian komunikasi sistem pada tugas akhir ini membahas mengenai pengaruh QoS
(delay, jitter, packet loss, throughput) terhadap kondisi 6 skenario lokasi pengujian pada
komunikasi antara WiFi Shield dan access point dengan mengirimkan data statis dari WiFi Shield
ke server.
Prosedur Pengujian
Pengujian yang pertama adalah pengujian komunikasi sistem. Yaitu komunikasi WiFi
Shield dengan Pc Server melalui jaringan wireless yang disediakan oleh access point. Dengan
memperhatikan gambar 3.27 pengujian dilakukan dengan meletakkan node koordinator sesuai
perencanaan, kemudian access point diletakkan pada 6 lokasi yang berbeda sesuai dengan gambar
3.27 secara bergantian. Pada pengujian ini dilakukan proses pengiriman data dummy dari WiFi
Shield menuju PC server yang terhubung dengan access point dengan interval waktu 5 menit.
Pada sisi server dilakukan capture paket jaringan menggunakan wireshark. Hasil dari capture
tersebut dianalisa dan dimasukkan ke dalam tabel pengujian delay, jitter, packet loss, dan
throughput. Proses pengujian ini dilakukan dengan membandingkan data dari pengujian pada 6
kondisi lokasi yang berbeda. Tujuan dari pengujian sistem ini adalah untuk menentukan letak
access point agar sistem berjalan dengan optimal.
Hasil dan Analisis Pengujian Delay
Tabel 3
Komparasi rata-rata hasil pengujian delay
Delay (ms)
Jarak
Indoor
Outdoor
33 meter
224.899
105,01
38 meter
188.668
103.904
47 meter
108.576
PROSIDING SENTRINOV Vol. 001, Tahun 2015 | ISSN: 2477 – 2097
76
Delay ms
i doo
outdoo
Ja ak access point de ga node koo di ato
Gambar 9. Grafik hasil pengujian delay
Delay dapat dipengaruhi oleh jarak, media fisik, kongesti atau juga waktu proses yang
lama. Salah satu jenis delay adalah propagation delay yang terjadi karena perambatan atau
perjalanan paket IP di media transmisi ke alamat tujuan. (Ganda et al, 2010). Salah satu
mekanisme propagasi gelombang elektromagnetik adalah pemantulan atau relfeksi yang artinya
adalah pemantulan gelombang elektromagnetik yang disebabkan oleh objek yang sangat besar
dibanding dengan panjang gelombangnya.
Perbedaan nilai rata-rata delay yang terdapat pada Tabel 4.3 ini disebabkan oleh adanya
penghalang pada lokasi pengujian baik indoor maupun outdoor, terdapat tembok dan kaca, dan
penghalang dari bahan metal yang menghalangi sinyal WiFi sehingga kuat sinyal yang didapatkan
menjadi lemah yang juga berpengaruh terhadap delay komunikasi data. Selain itu perbedaan ratarata delay pada lokasi outdoor dikarenakan kondisi lokasi yang berbeda-beda dengan penghalang
dan benda-benda disekitar yang berbeda pula sehingga menyebabkan terjadinya propagation
delay.
Hasil dan Analisis Pengujian Jitter
Tabel 4
Komparasi rata-rata hasil pengujian jitter
Jarak
33 meter
38 meter
47 meter
Indoor
287.477
230.038
-
Jitter (ms)
Outdoor
158.978
153.917
162.620
PROSIDING SENTRINOV Vol. 001, Tahun 2015 | ISSN: 2477 – 2097
77
Jitter ms
I doo
Outdoo
Ja ak access point de ga node koo di ato
Gambar 10. Grafik hasil pengujian jitter
Jitter lazimnya disebut variasi delay ,berhubungan erat dengan delay, yang menunjukkan
banyaknya variasi delay pada taransmisi data di jaringan. (Fatoni., 2011). Sehingga rata-rata jitter
yang didapatkan pada hasil pengujian berhubungan dengan rata-rata delay pada setiap lokasi
pengujian baik indoor maupun outdoor yang dipengaruhi oleh kondisi lokasi access point yang
berbeda beda karena setiap lokasi memiliki penghalang yang berbeda bentuk dan ukurannya.
4.2.2
Hasil dan Analisis Pengujian Packet Loss
Tabel 5.
Komparasi rat-rata hasil pengujian packet loss
Ja ak
ete
ete
ete
I doo
.
.
‐
Pa ket Loss %
Outdoo
.
.
Pa ket Loss %
.
i doo
.
outdoo
Ja ak access point de ga node koo di ato
Gambar 11. Grafik hasil pengujian packet loss
Packet loss Merupakan suatu parameter yang menggambarkan suatu kondisi yang
menunjukkan jumlah total paket yang hilang, dapat terjadi karena collision dan congestion pada
jaringan dan hal ini berpengaruh pada semua aplikasi karena retransmisi akan mengurangi
efisiensi jaringan secara keseluruhan meskipun jumlah bandwidth cukup tersedia untuk aplikasi
PROSIDING SENTRINOV Vol. 001, Tahun 2015 | ISSN: 2477 – 2097
78
aplikasi tersebut. (Fatoni., 2011). Dalam hal ini packet loss masih berhubungan dengan delay dan
jitter karena delay menyebabkan proses antrian pada jaringan sehingga dapat menyebabkan
proses retransmisi.
Perbedaan nilai rata-rata packet loss antara lokasi indoor dan outdoor ini disebabkan oleh
adanya penghalang pada lokasi pengujian baik indoor maupun outdoor. Terdapat tembok, kaca,
dan penghalang dari bahan metal yang menghalangi sinyal WiFi sehingga kuat sinyal yang
didapatkan menjadi lemah yang juga berpengaruh terhadap packet loss komunikasi data. Hal
tersebut yang menyebabkan nilai packet loss terkecil berada pada jarak 38 meter baik lokasi
access point di indoor maupun outdoor.
4.2.3
Hasil dan Analisis Pengujian Throughput
Tabel 6.
Komparasi rata-rata hasil pengujian throughput
Ja ak
ete
Th oughput ps
I doo
Outdoo
.
.
.
.
ete
‐
.
Throughput ps
ete
I doo
Outdoo
Ja ak access point de ga node koo di ato
Gambar 12. Grafik hasil pengujian throughput
Throughput merupakan jumlah total kedatangan paket yang sukses yang diamati pada
tujuan selama interval waktu tertentu dibagi oleh durasi interval waktu tersebut. (Fatoni., 2011).
Dengan demikian throughput masih berhubungan dengan delay. Sehingga nilai rata-rata
throughput yang diperoleh juga mempengaruhi delay pada kondisi lokasi pengujian. Perbedaan
throughput yang didapatkan dari hasil pengujian yang terdapat pada Tabel 5 disebabkan oleh
PROSIDING SENTRINOV Vol. 001, Tahun 2015 | ISSN: 2477 – 2097
79
penghalang yang dilalui oleh media transimisi wireless berbeda-beda. Seperti pada sisi
koordinator terdapat penghalang berupa pagar dari bahan metal dan tembok bangunan di
sekelilingnya, sedangkan pada sisi access point terdapat penghalang yang berbeda beda sesuai
posisi lokasi yaitu dari lokasi 1 sampai lokasi 6.
4.2.4
Komparasi Hasil Pengujian Komunikasi Sistem
,
,
,
.
.
.
.
Lokasi
Dela
Lokasi
Jitte
.
Lokasi
Pa ket Loss
.
Lokasi
.
.
Lokasi
Th oughput
Gambar 13. Grafik komparasi pengujian sistem
Dapat dilihat pada Gambar 13 bahwa nilai rata-rata QoS (Delay, jitter, packet loss, dan
throughput) terhadap 6 skenario lokasi pengujian terbaik berada pada lokasi 3 yaitu dengan jarak
38 meter dari node koordinator dengan nilai rata-rata delay 103,904 ms, niai rata-rata jitter
153,917 ms, nilai rata-rata packet loss 0 %, dan nilai rata-rata throughput 1239,920 bps.
Dari hasil pengujian yang telah didapatkan diperoleh data QoS yang berbeda-beda pada
setiap kondisi lokasi pengujian. Perbedaan data QoS ini disebabkan oleh kualitas sinyal yang
dihasilkan dari masing-masing kondisi lokasi pengujian. Pelemahan sinyal ini disebabkan oleh
penghalang yang ada pada lokasi pengujian yang bermacam-macam. Sehingga didapatkan lokasi
yang optimal pada skenario pengujian yaitu lokasi 3 sesuai data pada Gambar 13.
4.3 Pengujian Integrasi Sistem
Pengujian ini dimaksudkan untuk membuktikan data yang diterima server website sesuai
dengan pengukuran sensor yang ditampilkan pada serial monitor. Data hasil pengukuran sensor
yang ditampilkan pada serial monitor ini akan dicocokan dengan data yang dikirim melalui WiFi
Shield yang nanti hasil pengujian dapat dilihat melalui interface website. Pengujian ini meliputi
pengujian transmisi data dari alat yang dikirim ke server melalui WiFi Shield yang terdapat pada
node koordinator. Proses pengambilan data dilakukan dengan menempatkan masing-masing alat
pada lokasi pengujian dengan rekomendasi dari Gambar 13 agar dapat berjalan dengan optimal
dan peletakan alat sesuai dengan skenario lokasi pengujian pada Gambar 14.
PROSIDING SENTRINOV Vol. 001, Tahun 2015 | ISSN: 2477 – 2097
80
Gambar 14. Lokasi Pengujian Integrasi Sistem
Cara pengujian dilakukan dengan menempatkan node koordinator dan node sensor sesuai
dengan lokasi pengujian Gambar 4.20 dan diaktifkan secara bersama-sama lalu melihat dari serial
monitor pada node koordinator kurang lebih 10 menit dan hasil dari pengujian tersebut juga untuk
melakukan pengamatan antara data yang tampil pada serial monitor node koordinator dengan data
yang ditampilkan pada website.
Tabel 7.
Data (suhu) pengujian integrasi sistem
Tabel 8.
Data (kelembaban) pengujian integrasi sistem
PROSIDING SENTRINOV Vol. 001, Tahun 2015 | ISSN: 2477 – 2097
81
Dari tabel data hasil pengiriman suhu dan kelembaban ke server diatas dapat diketahui
bahwa dalam pengiriman sebanyak 10 data dan 10 data tersebut masuk ke database dan tampil
pada website. Selain itu dapat dilihat pada Tabel 7 dan Tabel 8 bahwa selisih waktu pengiriman
nya adalah 10 detik. Selisih waktu ini disebabkan oleh delay pengirimian dan pembacaan pada
sisi node koordinator, sedangkan untuk selisih waktu yang ditunjukkan ini konstan yaitu dengan
selisih waktu pengiriman selama 10 detik.
Dari hasil yang didapatkan ini menunjukkan bahwa sistem yang dibangun dapat melakukan
monitoring suhu dan kelembaban secara realtime. Dengan komunikasi menggunakan WiFi Shield
dan access point memungkinkan data masuk ke database server yang kemudian tampil pada
halaman website yang sudah dirancang.
KESIMPULAN
Berdasarkan hasil perancangan dan pembuatan sistem, pengujian komunikasi sistem dan
pengujian integrasi sistem, serta analisis dari hasil pengujian dapat diambil kesimpulan sebagai
berikut.
1. Jarak komunikasi maksimal yang dicapai antara WiFi Shield (node koordinator) dan
access point pada kondisi lokasi antar gedung adalah