Wireless Sensor Network Berbasis Protokol UDP untuk Monitoring ph dan Suhu Kolam Ikan Air Tawar

Transkripsi

1 Politeknik Perkapalan Negeri Surabaya, 21 November 2016 ISSN: Wireless Sensor Network Berbasis Protokol UDP untuk Monitoring ph dan Suhu Kolam Ikan Air Tawar Binti Mualifatul R 1*, Yuning Widiarti 2 1,2 Politeknik Perkapalan Negeri Surabaya, Jalan Teknik Kimia Sukolilo, Surabaya * binti.mualifatul@gmail.com Abstrak Sistem monitoring kualitas air kolam yang efektif dan efisien sangat diperlukan dalam pengelolaan ikan air tawar untuk meningkatkan kualitas panen. Pengukuran nilai parameter kualitas air dengan cara manual yang dilakukan selama ini tidak efektif dan rawan terhadap kesalahan. Penelitian tentang sistem monitoring kualitas air telah banyak dilakukan diantaranya dengan wireless sensor network. Pada paper ini peneliti mengusulkan sebuah sistem wireless sensor network berbasis protokol UDP yang mampu untuk menyajikan data secara realtime dan akurat. Sistem ini terdiri dari: mikrokontroler Arduino, satu set sensor parameter suhu dan ph, smartphone android, dan perangkat jaringan. Parameter kualitas air yang terukur oleh unit sensor dan diatur oleh mikrokontroler Arduino akan terkirim datanya ke Datacenter melalui modul jaringan. Data yang dihasilkan dapat diakses oleh user dengan mudah melalui jaringan internet. Dengan sistem monitoring ini data yang dihasilkan lebih akurat, cepat dan lebih murah. Kata kunci: WSN, protokol UDP, sistem monitoring, ph dan suhu PENDAHULUAN Kualitas air menjadi bagian yang sangat penting dan berpengaruh bagi kelangsungan hidup ikan air tawar. Lingkungan kolam tempat budidaya ikan yang tidak standar dapat menjadi salah satu faktor penyebab menurunya kualitas hasil panen. Maka dari itu kualitas air menjadi sangat penting agar ikan tetap dalam kondisi yang standar. Parameter penting yang harus diperhatikan pada kandungan air pada kolam ikan air tawar diantaranya adalah suhu dan ph. Pada penelitian ini observasi dilakukan pada kolam ikan nila dimana kedua parameter tersebut sangat berpengaruh pada kualitas hasil panen ( 2016). Sementara itu, penentuan nilai ph dan suhu biasanya dilakukan dengan cara pengukuran secara manual dan berkala oleh operator menggunakan ph meter, yang tentunya sangat rawan terhadap terjadinya kesalahan informasi. Untuk mengatasi permasalahan tersebut, penggunaan sistem sensor dan telemetri merupakan sebuah pilihan yang menarik. Sebagaimana telah banyak diterapkan dalam berbagai aplikasi sistem sensor (wireless sensor network) dan telemetri memungkinkan informasi yang diperoleh sensor dari lokasi yang jauh (remote), diketahui secara langsung (real time), dan kontinu dari lokasi yang lain, ditambah dengan kemampuan data logger dalam menyimpan data untuk kurun waktu yang lama maka informasi kualitas air yang dikumpulkan dapat digunakan sebagai bahan studi pengembangan teknik budi daya ikan air tawar di masa yang akan datang. Selama beberapa tahun terakhir, Wireless Sensor Network (WSN) telah banyak menerima perhatian baik di bidang lingkungan, industri monitoring maupun aplikasi pengendalian. WSN juga memberikan keuntungan yang banyak dari segi pembiayaan maupun kecerdasan terdistribusi. Di lain pihak biaya instalasi dan pemeliharaan berkurang karena penggunaan perangkat murah yang tidak memerlukan kabel, hal inilah yang merupakan alasan mengapa teknologi WSN telah menarik perhatian dan berkembang pesat di kalangan akademisi dan industri. Teknologi ini dapat benar-benar diterapkan dalam monitoring dan evaluasi kualitas air kolam ikan air tawar. Telah banyak sistem monitoring yang diaplikasikan dengan banyak parameter, seperti pada format GIS (geographic information system) yang sering digunakan untuk laporan pengarsipan, pemetaan, dan visualisasi data. Dibandingkan dengan GIS, sistem monitoring realtime lebih sederhana dalam hal ukuran, biaya, kehandalan dan kerumitan (Auster, 1997; Curtin, Crimmins, Curcio, Benjamin, & Roper, 2005). Biasanya GIS diaplikasikan pada danau yang luas, reservoir, laut, dan area yang terbuka (Atkinson & Mabe, 2006; Biddanda et al., 2006; Ruberg et al., 2005; Yu, Dickey, Bellingham, Manov, & Streitlien, 2002). Sedangkan sistem monitoring realtime dengan efektivitas, kesederhanaan, dan reliabilitas yang dimiliki dapat mengatasi keterbatasan tersebut (Casper et al. 2007, 2009; Hains & Kennedy, 2002; Hall et al. 2007; Moline et al., 2005). Pada penelitian ini diusulkan sebuah sistem monitoring realtime dengan WSN berbasis protokol UDP untuk pemantauan kualitas air kolam. Sistem ini terdiri dari mikrokontroler Arduino, satu set sensor parameter suhu dan ph, smartphone android, dan perangkat jaringan. Sistem yang diusulkan menyajikan visualisasi data dari sensor yang secara mudah dapat digunakan oleh pengguna tanpa menginstal perangkat lunak tertentu. Arduino akan mengirim data suhu dan ph secara periodik ke datacenter (server) melalui modul jaringannya 81

2 ISSN: Politeknik Perkapalan Negeri Surabaya, 21 November 2016 yaitu Ethernet Sheild. Prototipe ini sesuai digunakan untuk lingkungan outdoor dan dapat digunakan dalam jangka panjang. METODOLOGI Pendekatan secara sistematis diperlukan dalam perancangan sistem monitoring dengan WSN ini. Terdapat dua parameter yang digunakan untuk memonitor kualitas air kolam yaitu ph dan suhu. Sensor ph, sensor suhu, mikrokontroler Arduino dan modul WiFi yang merupakan komponen sensor node dapat digambarkan seperti pada Gambar 1. Sensor ph Mikrokontroler Arduino Modul WiFi Sensor suhu suhu Gambar 1. Sensor Node Desain WSN untuk sistem monitoring suhu dan ph di lokasi penginderaan dan pelaporan data yang diusulkan pada penelitian ini dikembangkan sebagai salah satu sarana untuk peningkatan pengelolaan perikanan air tawar. Sistem pada penelitian ini terdiri dari empat komponen utama, yaitu: 1) satu set perangkat sensor parameter suhu dan ph yang terdiri dari mikrokontroler Arduino dan sensor unit, 2) modul komunikasi yang menghubungkan perangkat sensor dan smartphone 3) aplikasi mobile yang dikembangkan menggunakan platform android, dan 4) Data Center. Server INTERNET Modem Sensor ph Router Switch Arduino + wifi modul PC/ LAPTOP Android Smartphone Gambar 2. Arsitektur Sistem Sensor Suhu Blok sistem WSN berbasis UDP Protokol untuk monitoring suhu dan ph pada kolam ikan air tawar seperti ditunjukkan pada Gambar 2. Cara kerjanya dimulai dari sensor suhu dan sensor ph yang digunakan untuk mengukur suhu dan ph secara kontinyu. Pengaturannya telah diatur pada mikrokontroler Arduino yang dilengkapi dengan modul wifi ESP8266 sebagai sarana komunikasi data dengan perangkat jaringan. Arduino 82

3 Politeknik Perkapalan Negeri Surabaya, 21 November 2016 ISSN: selanjutnya mengirim data suhu dan ph ke Data Center (server) melalui modul wifi ESP8266. Dalam komunikasi data diperlukan perangkat jaringan berupa switch dan router. Switch digunakan untuk menerima data dan mengirimkannya kembali ke tujuan sesuai IP yang telah diatur pada Mikrokontroller. Data yang masuk ke router disiapkan untuk dikirim ke Data Center melalui jaringan internet. Selanjutnya, data akan ditampilkan secara real time dengan tampilan web serta disimpan dalam database. Data suhu dan ph tersebut dapat diakses melalui aplikasi pada smartphone android dan dapat diakses menggunakan personal computer (PC) dengan menggunakan browser. HASIL DAN PEMBAHASAN Dari penelitian ini peneliti telah menyelesaikan pembangunan sistem monitoring ph dan suhu pada kolam air tawar. Bagian dari sistem yang akan dibangun yaitu : a. Pembuatan datacenter yang digunakan untuk log record dari Sistem Monitoring Kualitas Kolam Ikan Air Tawar yang pekerjaannya meliputi: Instalasi Server dengan menggunakan Linux Ubuntu Server Pengaturan net / jaringan pada network interface Instalasi dan pengaturan web server dengan menggunakan perangkat lunak Nginx Instalasi dan pengaturan database server dengan menggunakan peragkat lunak MySQL Instalasi dan pengaturan phpmyadmin yang digunakan sebagai panel pengaturan database MySQL Instalasi dan pembuatan perangkat lunak yang dipakai sebagai aplikasi server dengan menggunakan Node Js Instalasi dan pembuatan perangkat lunak yang dipakai sebagai interface secara online dan dapat diakses dari berbagai tempat dengan menggunakan jaringan internet dengan menggunakan perangkat lunak pengembang berupa PHP, HTML, Jquery AJAX Alamat datacenter yang dapat diakses ada di Gambar 3. Sistem Monitoring Kualitas Kolam Ikan Air Tawar b. Pembuatan perangkat keras / hardware sebagai pengambil data informasi ph dan suhu kolam dan melakukan pengiriman data informasi ke datacenter. 83

4 ISSN: Politeknik Perkapalan Negeri Surabaya, 21 November 2016 Gambar 4. Perangkat Keras atau Hardware Sistem Monitoring Kualitas Kolam Ikan Air Tawar Perangkat keras ini terdiri dari : 1. Mikrokontroller Arduino 2. Modul Wifi ESP Modul Sensor Suhu Ds18b20 Waterproof Probe Sensor Ds 18b20 4. Analog ph sensor - ph Meter Kit DFrobot 5. Modul RTC DS Batteray/ Power Supply Pengujian pengujian yang dilakukan adalah pengujian sensor dimana sensor suhu memiliki keakuratan hasil pengukuran yang bagus. Kalibrasi sensor suhu ini tidak dilakukan karena saat pengujian menghasilkan nilai suhu relative sama dengan thermometer. Pengujian selanjutnya adalah pengujian yang dilakukan pada sensor ph. Pada sensor ph nilai yang didapatkan cenderung cepat berubah, namun perubahan nilainya tidak besar, sehingga diperlukan pengambilan beberapa data yang hasilnya kemudian dibuat rata-rata nilainya. Dari hasil pengambilan tersebut setelah dibandingkan dengan peralatan pengukur ph didapatkan hasil yang relative sama dengan perangkat pengukuran ph. Pengujian berikutnya yaitu pengujian komunikasi data melalui internet dengan menggunakan protokol TCP (Transmission Control Protocol), dimana protokol ini memiliki sifat connection oriented yang artinya komunikasi data akan berlangsung jika kondisi atau status jaringan memang terkoneksi dengan benar dan data yang diterima oleh masing-masing client server juga benar. Pada saat menggunakan protokol TCP ini peneliti telah mencoba menggunakan berbagai jenis layanan internet dari beberapa operator, namun pada system ini tidak berhasil mengirimkan data jika menggunakan layanan internet selain provider yang sama dengan provider datacenter yang dipergunakan. Selain itu protokol ini hanya dapat mengirimkan data ke datacenter jika menggunakan layanan internet 4G atau melalui jaringan LTE. Hal ini disebabkan kemungkinan karena adanya regulasi dari operator yang digunakan, yang mengatur komuniikasi data dari penggunanya, Pengujian selanjutnya peneliti menggunakan protokol UDP (User Datagram Protocol) dan dikombinasikan dengan susunan algoritma pengiriman data. Hal ini dilakukan karena protokol UDP adalah protokol yang bersifat connectionless yang artinya protokol ini tidak memperhatikan status komunikasi data dari jaringan maupun dari data yang dikirim dan diterima. Pada pengujian ditambahkan algoritma penerimaan data oleh datacenter, dimana jika data telah berhasil diterima datacenter makan datacenter juga akan memberikan pemberitahuan ke pengirim jika data yang dikirimkan telah berhasil diterima. Pada penggunaan protokol UDP ini pengiriman data berhasil dilakukan, baik menggunakan berbagai layanan internet dari beberapa provider juga berbagai jenis layanan jaringan internet. Sistem monitoring kolam air tawar ini ditampilkan secara real time tanpa adanya proses refresh dengan tampilan web serta disimpan dalam database. Data suhu dan ph tersebut dapat diakses melalui aplikasi pada smartphone android dan dapat diakses menggunakan personal computer (PC) dengan menggunakan browser KESIMPULAN 84

5 Politeknik Perkapalan Negeri Surabaya, 21 November 2016 ISSN: Pembuatan WSN untuk sistem monitoring ph dan suhu kolam ikan air tawar dengan menggunakan teknologi open source Arduino telah terbukti berhasil mendapatkan pengukuran yang akurat dan realtime. Proses penyimpanan data dari smartphone android ke datacenter efektif dilakukan dengan menggunakan program database server MySQL. Pemilihan jenis komunikasi data harus memperhatikan kecepatan dan keakurasian data yang diperoleh, dimana pada penelitian ini peneliti memilih menggunakan socket dengan protokol UDP sebagai media pengiriman data dan menggunakan protokol http yang implementasinya dengan menggunakan PHP, JQuery dan AJAX dengan tujuan dapat memonitor dengan cepat data yang telah diperoleh dalam database MySQL tanpa loading data yang lama. UCAPAN TERIMA KASIH Penulis mengucapkan terima kasih kepada Politeknik Perkapalan Negeri Surabaya (PPNS) yang telah memberikan pendanaan dalam pelaksanaan program penelitian DIPA Tahun 2016, Masyarakat Desa Kaliwungu, Kec. Ngunut, Kab. Tulungagung yang telah banyak memberikan dukungan sarana dan prasarana. DAFTAR PUSTAKA Auster, P. J. (1997). ROV technologies and utilization by the science community. Marine Technology Society Journal, 31(3), 72e76. Atkinson, S. F., & Mabe, J. A. (2006). Near real-time monitoring and mapping of specific conductivity levels across Lake Texoma, USA. Environmental Monitoring and Assessment, 120(1e3), 449e460. Biddanda, B. A., Coleman, D. F., Johengen, T. H., Ruberg, S. A., Meadows, G. A., Van Sumeren, H.W., et al. (2006). Exploration of a submerged sinkhole ecosystem in Lake Huron. Ecosystems, 9(5), 828e842. Casper, A. F., Steimle, E. T., Hall, M. L., & Dixon, B. (2009). Combined GIS and ROV technologies improve characterization of water quality in Coastal Rivers of the Gulf of Mexico. In Proceedings of the marine technology Society/IEEE-ocean engineering society conference, Vol. 1e3 (pp. 2555e2563). Biloxi, MS:OCEANS-IEEE, Biloxi, MS.OCT 26e29, Uji Kadar Air, 2016.,Parameter Kualitas Air Kolam Ikan Available at: [Diakses pada tanggal 6 Nopember 2016] 85

6 ISSN: Politeknik Perkapalan Negeri Surabaya, 21 November 2016 Halaman ini sengaja dikosongkan 86