PEMANTAUAN DAN PENGATURAN SUHU RUANG DENGAN JARINGAN SENSOR NIRKABEL MENGGUNAKAN PROTOKOL IEEE 802.15.4ZIGBEE

  

PEMANTAUAN DAN PENGATURAN SUHU RUANG

DENGAN JARINGAN SENSOR NIRKABEL MENGGUNAKAN

PROTOKOL IEEE 802.15.4/ZIGBEE

  

Koko Joni

  Program Studi Manajemen Informatika, Fakultas Teknik, Universitas Trunojoyo Jl. Raya Telang, PO BOX 2, Telang, Kamal, Bangkalan

  Email ABSTRAK

  

Usaha penghematan energi menjadi isu yang hangat dibicarakan saat ini. Berbagai usaha dilakukan untuk

melakukan penghematan energi. Pemantauan dan pengaturan suhu dilakukan sebagai salah satu upaya dalam

penghematan energi. Jaringan sensor nirkabel digunakan untuk pemantauan dan pengaturan jarak jauh

terhadap peralatan seperti AC maupun lampu. Tujuanya adalah untuk memantau kondisi ruangan dari jarak

jauh sehingga jika ruangan terkunci atau kosong, maka dengan mudah dapat dilakukan pemadaman terhadap

AC atau lampu sehingga energi listrik bisa dihemat. Sensor dan relay di hubungkan dengan Xbee dan di

tempatkan di dua ruang Lab BIS 1 dan Lab BIS 2, sedang Xbee yang lain sebagai koordinator di tempatkan di

ruang dosen. Komunikasi jaringan sensor menggunakan protokol IEEE 802.15.4/ZigBee, yang merupakan

standar untuk jaringan sensor nirkabel. Sistem berjalan dengan baik ketika jaringan sudah terbentuk, kondisi

suhu tiap ruang sekitar 28

C. AC dan lampu dapat diatur dengan baik secara remote melalui aplikasi yang dibuat, sehingga penghematan energi dapat dilakukan.

  Kata kunci : jaringan, IEEE802.15.4/ZigBee, energi

ABSTRACT

  

Energy conservation efforts become a contentious issue discussed at this time. Various attempts were made to

make energy savings. Monitoring and controlling temperature wass done in an effort to save energy. Wireless

sensor network is used for monitoring and controlling remotely to equipment such as air conditioning or lights.

The aim is to monitor the condition of the room from a distance so if the room is locked or empty, it can easily

turn off the air conditioning or lights so that electrical energy can be saved. Sensors and relay connected with

Xbee and placed in two space, Lab BIS 1 and Lab BIS BIS 2, another Xbee as coordinator placed in the lecture

room. Sensor networks communications using IEEE 802.15.4/ZigBee protocol, which is a standard for wireless

sensor networks. The system runs fine when the network is established, the condition of each room temperature

around 28

C. Air condtioner and lights can be set to either remotely through an application made, so the energy savings can be made.

  Keywords: network, IEEE802.15.4/ZigBee, energy

  PENDAHULUAN

  Tinjauan Pustaka

  Berdasar hasil penelitian penulis sebelumnya dalam makalah “Pengujian Jarak dan Waktu Gabung Protokol IEEE 802.15.4/ZigBee di Lingkungan Indoor

  IEEE 802.15.4/ZigBee. Sensor membaca suhu ruangan kemudian di kirim ke koordinator, hasil dari pembacaan sensor dapat diamati melalui web browser. Hasil dari penelitian ini menunjukkan bahwa jarak tidak mempengaruhi waktu gabung ke jaringan.

  Menurut Boonsavat, V. dalam makalah “ Xbee Wireless Sensor Networks for Temperature Monitoring”[10], menjelaskan tentang penerapan jaringan sensor nirkabel Xbee untuk pengamatan suhu. Pengamatan suhu ini dilakukan di ruangan untuk mengatur sistem pendingin ruangan di kampus SIIT. Penelitian ini digunakan untuk penghematan energi. Sensor dipasang pada tiap kelas, dimana terdiri dari mikrokontroler dan Xbee yang menggunakan protokol

  16F873, sensor suhu LM35 dan menampilkan hasil melalui LCD. Komunikasi nirkabel menggunakan Xbee dengan protokol ZigBee. Sistem yang dibuat menunjukkan sistem dapat berjalan dengan baik, dan suhu dapat di ukur secara akurat dan cepat.

  Menurut T.C. Manjunath dalam makalah “Design, Development & Implementation of Temperature Sensor using ZigBee Concepts” [9], menjelaskan tentang pembuatan sistem sensor suhu dengan menggunakan ZigBee. Sistem di buat dengan menggunakan mikrokontroller PIC

  Teknologi jaringan sensor nirkabel telah banyak dilakukan dalam berbagai bidang seperti pertanian [5], pengamatan lingkungan [6], kesehatan [7], otomatisasi gedung [8] maupun bidang lainnya. Pemantauan dan pengaturan suhu ruangan menggunakan jaringan sensor nirkabel disini menggunakan jaringan ZigBee dengan Xbee sebagai alatnya.

  IEEE 802.15.4/ZigBee, kemudian mengenai rancangan sistem yang digunakan dalam penelitian ini, dilanjutkan pembahasan tentang hasil dari sistem pemantauan dan pengaturan suhu ruang ini dan Bab 5 berisi kesimpulan.

  Energi merupakan isu yang hangat dibicarakan saat ini, dan banyak usaha di lakukan untuk penghematan energi tersebut. Salah satu adalah usaha penghematan energi di dalam gedung perkantoran, rumah maupun bangunan yang lain. Usaha penghematan energi di dalam ruangan telah dilakukan dengan berbagai cara, seperti dengan menggunakan energi alternatif[1], penggunaan peralatan listrik yang hemat energi hingga pengaturan berbagai peralatan listrik melalui telemetri [2].

  Makalah ini melakukan pemantauan terhadap suhu ruangan kemudian mematikan atau menyalakan AC atau lampu secara remote dari jauh. Pemantauan ini bisa digunakan di dalam ruangan yang tidak selalu di awasi oleh manusia, misal rumah kaca, ruang server maupun laboratorium. Tujuan penelitian digunakan untuk memantau dan mengatur suhu ruangan secara jarak jauh (remote) menggunakan teknologi jaringan sensor nirkabel IEEE 802.15.4/ZigBee sehingga penggunaan energi listrik dapat terpantau dan kita bisa melakukan penghematan energi jika penggunaan sesuai dengan kebutuhan. Pembahasan selanjutnya dari makalah ini yaitu tentang protokol

  Teknologi IEEE 802.15.4 ini tepat digunakan untuk konsep rumah pintar karena data yang di proses tidak banyak dan area tidak terlalu luas, seperti memantau kondisi suhu ruangan, menyalakan maupun mematikan peralatan listrik yang ada, hingga untuk tanda bahaya jika ada gangguan atau pencurian.

  wireless personal network LR-WPAN ) [4].

  IEEE 802.15.4 diperuntukan untuk jaringan dengan data kecil dan area yang terbatas (low rate

  Perkembangan teknologi runah pintar sekarang mengarah kepada jaringan sensor nirkabel yang mengacu pada standar IEEE 802.15.4/ZigBee [Guteres]. Protokol

  Konsep rumah pintar (smart house) [3] telah di kembangkan di berbagai bangunan yang salah satu tujuannya adalah untuk penghematan energi. Teknologi rumah pintar dikembangkan untuk melakukan pengaturan dan pengawasan terhadap kondisi bangunan di dalamnya, baik tentang suhu, kondisi peralatan listrik hingga masalah ventilasi dimana hal tersebut dapat di awasai dan diatur melalui suatu sistem yang terpusat dan dapat di remote dari jauh melalui internet.

  ” [11] , dengan menggunakan metode On/Off dan Pairing. Metode On/off merupakan simulasi dari keadaan mati kemudian hidup lalau mengirim data sensor ke koordinator. Metode Pairinf merupakan kondisi dimana antara koordinator dengan router/end device selalu terhubung. Menggunakan jaringan Mesh dan protokol IEEE 802.15.4/ZigBee didapatkan bahwa jarak yang bisa dicapai dengan metode On/Off tidak terlalu jauh hanya beberapa ruang di dalam gedung sedang dengan metode pairing bisa mencapai pesannya melalui serangkain radio lain jarak 65 meter sedang waktu gabung paling lama menuju ke tujuan lkhirnya. dibutuhkan 1 menit 15 detik. Pengujian jarak dan

  2) Jaringan ad hoc

  waktu gabung ini penting karena digunakan Ini merupakan proses yang terjadi dalam untuk membuat sistem jaringan sensor nirkabel seluruh jaringan radio, tanpa campur tangan dalam hal penempatan sensornya. manusia.

  3) Self healing mesh

  Proses self healing yaitu proses

  Tabel 1. Karakteristik Umum IEEE 802.15.4

  menyembuhkan dirinya sendiri, dimana dalam jaringan mesh ini jika ada penambahan

  PHY Band Parameter Paramater data

  atau ada node yang hilang, maka secara

  (MHz) Frekuensi Penyebaran (MHz) Chip Mo Bit Symbol Sym

  otomatis jaringan akan terbentuk kembali dan

  rate Dula rate rate bols memperbaiki rute yang rusak. (kchip/s) tion (kb/s) (ksy mbol/s)

  868 868- 300 BPSK

  20

  20 Binary & 868.6 915 902-928 600 BPSk

  40

40 Binary

  62.5

  16 2483 QPSK array orthog onal

• –

  2400 2400- 2000 O- 250

  Protokol IEEE 802.15.4/ZigBee

  Protokol ZigBee mendefinisikan hanya pada lapisan networking, application dan

  security . Sedangkan lapisan bawahnya physical dan MAC mengadopsi pada IEEE 802.15.4.

  ZigBee memiliki kecepatan maksimal 250 kbps, ZigBee juga memiliki kelebihan pada pengoperasiannya yang sangat mudah, bentuknya kecil, murah dan membutuhkan daya yang sangat rendah (low power consumption) dibandingkan

  Gambar 1. Hubungan antara ZigBee dan IEEE

  dengan keluarganya yang lain seperti Bluetooth

  802.15.4

  dan UWB. ZigBee menggunakan tiga buah band Setiap jaringan ZigBee sedikitnya frekuensi yang digunakan secara berbeda-beda. mempunyai satu alat sebagai koordinator dan

  Untuk saat ini frekuensi 915MHz digunakan di Amerika, 868MHz di Eropa, dan 2.4GHz di satu perangkat lain sebagai router atau perangkat Jepang dan lainnya. Karakteristik secara umum akhir (end device ). Koordinator bertugas dari ZigBee dapat dilihat dari Tabel I. Untuk membangun suatu jaringan, mengirimkan sinyal physical dan MAC layer nya sendiri penanda, mengatur titik-titik jaringan, menggunakan standar IEEE 802.15.4, yang menyimpan informasi titik jaringan, digunakan untuk mendefinisikan pengaturan menyampaikan pesan diantara titik yang daya, pengalamatan, kesalahan, format pesan, terhubung. Koordinator memerlukan memori dan point to point komunikasi radio. Sedang untuk lapisan diatasnya (data link, network, dan yang cukup untuk menangani konfigurasi

  aplication interface ) ditentukan oleh ZigBee

  jaringan, data dan proses pengaturan mandiri Alliance. Hubungan antara IEEE 802.15.4 dan jaringannya. Koordinator membutuhkan daya ZigBee dapat dilihat pada Gambar 1 [12]. lebih besar dari lainnya dan biasanya

  ZigBee merupakan kumpulan layer yang membutuhkan daya yang terus menerus. Router dibangun diatas IEEE 802.15.4 layer ini dapat bergabung dalam jaringan yang ada, mempunyai 3 komponen penting [13], yaitu:

  1) meneruskan data dari router lain atau end device.

   Routing

  Tabel routing mendefinisikan bagaimana Perangkat akhir (end device) mengirim data dan sebuah sebuah radio dapat menyampaikan bergabung pada jaringan tetapi tidak bisa meneruskan data dari perangkat lainnya, di perangkat akhir terdapat fungsi tidur (sleep) dapat menghemat energinya.

  Protokol ZigBee mendukung beberapa topologi jaringan. Di dalam ZigBee tedapat empat jenis topologi [13], yaitu pair , star, mesh dan cluter tree, seperti pada Gambar 2. Jenis pair merupakan yang paling sederhana karena hanya membutuhkan dua radio, dimana satu sebagai koordinator sedang yang lain sebagai router atau

  end device. Topologi star juga relatif mudah,

  karena satu koordinator di tengah sedang lainnya mengirim data ke koordinator, hampir sama dengan pair tetapi ini memiliki lebih dari satu router atau end device. Topologi Mesh memiliki beberapa router dan end device, dimana router selain mengirim data dari dirinya juga meneruskan data dari end device, serta mempunyai kemampuan menyembuhkan rutenya jika terjadi masalah. Cluster tree hampir sama dengan mesh, tetapi untuk peruteannya tidak sama, end device memilih router tertentu untuk meneruskan datanya ke koordinator.

  Gambar 2. Topologi jaringan ZigBee Xbee

  Xbee merupakan salah satu merek dagang yang mendukung beberapa protokol komunikasi seperti ZigBee dan 802.15.4. Xbee merupakan salah satu produk dari Digi International (Gambar 3). Xbee memiliki dua versi yaitu seri 1 dan seri 2. Seri 1 hanya mendukung protokol

  IEEE 802.15.4 dan komunikasi point to point dan point to

  multipoint . Seri 2 melengkapi seri 1 mendukung

  protokol yang ditentukan ZigBee Alliance dan komunikasi mesh. Xbee mempunyai 4 tipe antena yang digunakan pada yaitu Wire , U.Fl, RPSMA dan Chip.

  Gambar 3. Xbee Pro Series 2

  Xbee mempunyai 7 masukan maupun keluaran yang dapat diatur sebagai I/O digital maupun analog. Untuk masukan aanalog hanya 4 pin yang bisa digunakan. Untuk tegangan masukan tegangan masukan maksimal 1,2 Volt. Untuk itu diperlukan pembagi tegangan jika masukan dari alat memiliki lebih dari 1,2 V. Di dalam mengatur konfigurasi Xbee digunakan aplikasi X-CTU maupun melalui hyperterminal, dimana dapat dilakukan melalui perintah AT

  command maupun secara visual yang sudah ada pada menu X-CTU.

  Transmisi Radio

  Paket data ZigBee dapat dikirim secara

  unicast atau broadcast. Secara unicast transmisi

  merutekan data dari satu sumber titik ke satu titik tujuan yang lain. Transmisi secara broadcast mengirim data ke semua titik yang ada pada jaringan.

  Transmisi secara broadcast menyebarkan sinyal ke seluruh jaringan sehingga semua titik menerima sinyal ini, sehingga untuk menyelesaikan proses ini koordinator dan semua router yang menerima sinyal ini akan mengirim ulang paket sebanyak tiga kali. Titik yang mengirim sinyal broadcast akan membuat catatan transmisi di dirinya. Catatan ini digunakan untuk menyimpan setiap paket broadcast agar paket tidak berulang-ulang dikirim. Untuk setiap transmisi broadcast , perangkat ZigBee menyediakan tempat untuk salinan paket data yang dikirim. Salinan ini diperlukan jika akan ada pengulangan pengiriman. titik atau ke beberapa titik dengan cara multihop. Jika dikirim ke jalur dengan banyak hop maka memerlukan rute ke tujuannya. Beberapa routing yang digunakan adalah AODV (Adhoc On-

  Demand Distance Vector ) mesh routing, many to one routing dan source routing.

  40 C - 100

  Gambar 6. Komunikasi koordinator dan router

  Konfigurasi dari router 1, router 2 dan koordinator di tunjukkan pada Gambar 6. Router menerima data dari sensor suhu, kemudian data dikirimkan ke koordinator. Koordinator menerima data pembacaan sensor suhu, kemudian di tampilkan di komputer. Pengguna dapat memantau suhu secara real time karena data dikirim setiap 1 detik. Pengguna juga dapat melakukan aksi seperti mematikan atau menyalakan lampu, kipas angin atau AC secara remote melalui koordinator.

  Koordinator sebagai penerima semua data dari jaringan sensor dan untuk mengatur jaringan sensor di hubungkan dengan komputer menggunakan Xbee adapter. Komunikasi secara serial diantara Xbee adapater dan komputer menggunakan kabel USB.

  Gambar 5. Jaringan sensor suhu

  Jaringan sensor juga dihubungkan dengan relay yang digunakan untuk menyalakan ataupun mematikan kipas angin, lampu maupun AC.

  C. Dengan keluaran linier +10 mV per derajat Kelvin. Xbee maksimal bisa membaca tegangan input sampe 1, 2 V maka diperlukan pembagi tegangan, karena tegangan keluaran dari sensor LM335 2,92-3,04 V. Sehingga diperlukan R1 100 kΩ dan R2 200 kΩ untuk membuat tegangan keluaran dari LM 335 menjadi 1/3 nya.

  Sensor suhu yang digunakan adalah LM335. Bentuk rangkaian router jaringan sensor suhu bisa dilihat pada Gambar 5. Sensor suhu LM 335 digunakan untuk mengukur suhu dari -

  METODOLOGI

  Gambar 4. Lokasi penempatan sensor

  FISIB _{PUSKOM LAMA} Ruang Dosen D3 MI Lab BIS 1 ^{FISIB Koordinator Router}

  Sensor suhu ditempatkan di dua ruang yaitu di Lab BIS 1 dan Lab BIS 2 sedang ruang dosen D3 Manajemen Informatika untuk menempatkan koordinator (Gambar 4). Topologi yang digunakan adalah star dengan mengadopsi jaringan mesh ZigBee. _{UPT Bahasa Lab BIS 2}

  gagal, karena ketika ada perintah untuk menyalakan AC, ketika end device sedang dalam kondisi tidur maka perintah tidak akan bisa dilakukan.

  device pengaturan akan sulit dilakukan dan bisa

  Pengujian dilakukan menggunakan 3 buah perangkat Xbee, satu sebagai koordinator dan dua sebagai router. Dengan metode pairing end device tidak digunakan karena untuk melakukan pengaturan perangkat jaringan sensor harus terus menyala. Jika menggunakan end

  Perangkat lunak yang digunakan adalah Processing . Aplikasi Processing ini digunakan untuk membuat antar muka pengguna dengan komputer sehingga memudahkan dalam pembacaan suhu dan pengaturan perangkat elektronik seperti AC ataupun kipas angin.

  HASIL DAN PEMBAHASAN

  Tabel 2 menunjukkan suhu yang terbaca di ruangan Lab BIS 1 dan Lab BIS 2, dimana suhu dikirim secara real time dari sensor melalui Xbee router kemudian di kirim ke Xbee koordinator. Koordinator terhubung dengan PC yang digunakan untuk aplikasi antar muka grafis sehingga memudahkan pengguna untuk mengetahui keadaan suhu di ruangan Lab BIS (Gambar 7).

  [1] Holm, Dieter, , 2005 “Renewable Energy Future for the Developing World”, International Solar Energy Society, White

  Penelitian lebih lanjut perlu disambungkan dengan internet sehingga pemantuan dan pengaturan tidak hanya secara lokal tetapi bisa darimana saja selama tersambung dengan internet. Serta penambahan sensor gerak untuk mengetahui aktifitas orang di ruangan sehingga kita mengetahui keadaan ruang sedang di pakai atau tidak .

  C. AC dan lampu di LAB BIS 1 dan 2 dapat dimatikan atau dinyalakan secara remote dari ruang dosen, sehingga penggunaan energi bisa di hemat.

  Pemantauan dan pengaturan suhu ruang dapat dilakukan dengan mudah dengan menggunakan jaringan sensor network IEEE 802.15.4/ZigBee. Sistem berjalan dengan baik ketika jaringan sudah terbentuk. Kondisi suhu rata-rata tiap hari tercatat 28

  SIMPULAN

  Dengan aplikasi yang sama digunakan untuk mematikan atau menyalakan AC atau Lampu yang sudah terhubung dengan relay secara remote. Sehingga dengan aplikasi ini (Gambar 8) kita dapat dengan mudah mematikan AC atau lampu dari jarak jauh jika ruangan tidak terpakai atau tidak sedang digunakan, sehingga penghematan energi dapat dilakukan karena listrik yang digunakan sesuai dengan kebutuhan.

  Gambar 8. Saklar jarak jauh

  Pengujian dengan menempatkan jaringan sensor suhu Lab BIS 1 dan Lab BIS 2, koordinator berada di ruang dosen D3MI. Jaringan sensor dalam keadaan selalu nyala karena di gunakan untuk memantau dan mengirim data suhu yang dibaca ke koordinator setiap satu detik. Koordinator menerima data dari sensor suhu menggunakan jaringan mesh ZigBee. Protokol IEEE 802.15.4/ZigBee digunakan untuk komunikasi antar sensor.

  AC dan lampu mati.

  Dari hasil pencatatan suhu di data base, suhu rata-rata tiap hari sekitar 28 C. Kondisi siang hari AC dan lampu nyala pada malam hari

  Gambar 7. Hasil pembacaan sensor

  untuk menyambungkan antara router dengan koordinator. Tugas membentuk jaringan dikerjakan oleh koordinator kemudian koordinator mengirim sinyal broadcast, router yang menerima mengirim sinyal balik sehingga terbentuk jaringan sensor. Sistem berjalan dengan baik ketika jaringan sensor sudah terbangun dari awal sehingga dalam pengujian tidak ada kendala mengenai jaringan komunikasi antara router dengan koordinator.

  28 Awal pengujian membutuhkan waktu

  27 Lab Bis 2

  Tabel 2. Pembacaan suhu real time Node Suhu real time Lab Bis 1

DAFTAR PUSTAKA

  Paper, German.. [2] Metrilog, 2005, [8] Gutierrez, J.A, 2007

  “M2M: The New Age of “On The Use Of IEEE Telemetry ”, White Paper, Austria. 802.15.4 TO Enable Wireless Sensor

  [3] Sulc, V.,Kuchta, R.,Vrba, R , , 2010 ” IQRF Networks in Building Automation.”,

  Smart House - International Journal of Wireless A Case Study”, Third

  International Conference on Advances in Information Networks Volume 14, Number Mesh Networks, pp.103-108.

  4. [4] Gutierrez J. A., M. Naeve, E. Callaway,

  M.Bourgeois, V.Mitter and B. Heile, 2001 [9] Manjunath, T.C, 2008. “ Design, Development & Implementation Sensor

  ‘‘IEEE 802.15.4: A Developing Standard for Low-Power, Low-Cost Wireless Personal using ZigBee Concepts”, International Area Networks,’’ IEEE Network, Vol. 15, Journal of Electrical Engineering, Vol 3: pp No. 5, pp. 12 736-748.

• –19, Sept./Oct.

  [10] Boonsawat, V. , J. Ekchamanonta, K. [5] Panchard, Jacques, , 2008, “WIRELESS

  Bumrungkhet, and S. Kittipiyakul, 2008, SENSOR NETWORKS FOR MARGINAL FARMING

  IN

  INDIA “XBee wireless sensor networks for ”, thesis, ECOLE temperature monitoring Second

  POLYTECHNIQUE F ´ ED´ ERALE DE ”, Conference on Application Research and LAUSANNE. Development (ECTI-CARD), Thailand. [6] Kavi K. Khedo, Rajiv Perseedoss, Avinash [11] Joni, Koko. Hidayat, R. Sumaryono, S. ,

  Mungur, 2010, “A Wireless Sensor Network 2012, “Pengujian Jarak dan Waktu Gabung Protokol

  IEEE 802.15.4/ZigBee di Air Pollution Monitoring System”, International Journal of Wireless & Mobile Lingkungan Indoor ” JNTETI, Vol 1 :hal Networks (IJWMN), Vol 2 No2, May. 48-52.

  [12] Shahin, F. 2008,

  “ZigBee Wireless

  [7] S. Dagtas et al., 2007, ”Multi-stage Real Time

  Networks and Transceiver , ” Newnes,

  Health Monitoring via ZigBee in Smart New York. Homes,” Proceedings of IEEE International

  [13] Faludi, Robert, 2010 “ Building Wireless Conference on Anvanced Information .

  Sensor Networks” , O’reilly, California. Networking and Application Workshop (AINAW), pp. 782-786.