Datalogger Portabel Online Untuk Remote Monitoring Menggunakan Arduino Mikrokontroler

Transkripsi

1 Datalogger Portabel Online Untuk Remote Monitoring Menggunakan Arduino Mikrokontroler Agus Putu Abiyasa #1, I Wayan Sukadana #2, I Wayan Sutama #3, I Wayan Sugarayasa #4 # Program Studi Teknik Elektro, Universitas Pendidikan Nasional Jalan Bedugul No. 39 Denpasar-Bali, Indonesia, Telp. (0361) , Fax. (0361) #1 abiyasa@undiknas.ac.id Abstrak Sistem datalogger portabel yang bekerja secara autonomous dirancang untuk penggunaan remote monitoring. Datalogger dibuat menggunakan Arduino mikrokontroler dan memakai baterai serta panel surya untuk catu daya. Datalogger portabel bekerja secara offline maupun online dimana secara offline data tersimpan ke dalam SD Card sedangkan secara online data tersimpan ke server. Transfer data ke server dilakukan menggunakan Ethernet Shield, Router MR3020 dan Modem USB yang terhubung jaringan seluler 3G. Uji kinerja datalogger portabel offline maupun online menunjukkan datalogger bekerja dengan baik serta data di server dapat diakses secara online melalui web browser. Kata kunci Arduino mikrokontroler, Datalogger portabel, Internet of Things I. PENDAHULUAN Dalam perkembangannya ke depan, teknologi informasi terintegrasi akan membawa perubahan drastis tentang bagaimana manusia akan menggunakan internet untuk aktifitas sehari-hari. Untuk sekarang, internet telah mampu membantu pekerjaan manusia sehingga menjadi lebih efisien. Namun dengan semakin berkembangnya teknologi, peran internet akan menjadi semakin penting dimana benda-benda akan terintegrasi langsung ke internet secara autonomous yang dikenal dengan istilah Internet of Things [1,2]. Internet of Things membutuhkan sensorsensor dan teknologi informasi yang bekerja secara autonomous. Dalam hal ini, sistem datalogger online merupakan salah satu bentuk implementasi dalam mewujudkan Internet of Things. Sebagai contoh, desain wireless sensor networks yang terhubung ke internet telah ditunjukkan untuk aplikasi weather station [3]. Dalam penelitian ini, kami merancang datalogger portabel yang dapat menyimpan data secara online. Datalogger ini dirancang menggunakan low cost open source Arduino mikrokontroler. Datalogger portabel menunjukkan kinerja baik untuk penggunaan di remote area dimana tidak ada jaringan listrik. Dengan menggunakan baterai dan panel surya, sistem datalogger bekerja secara autonomous dengan mengirim data ke server secara online melalui jaringan seluler 3G. II. TINJAUAN PUSTAKA Untuk pembuatan datalogger portabel, diperlukan komponen-komponen elektronik. Komponenkomponen ini dapat dijelaskan sebagai berikut. A. Arduino Mikrokontroler Komponen utama dari datalogger adalah sebuah mikrokontroler yang berfungsi untuk memproses masukan. Salah satu model mikrokontroler yang mudah didapatkan adalah Arduino seperti di Gambar 1. Arduino mikrokontroler merupakan low cost open source platform yang sangat mudah untuk digunakan. Detail Arduino mikrokontroler dapat dilihat melalui web resmi Arduino [4]. Hal yang paling penting dengan mikrokontroler ini adalah sifatnya yang open source sehingga memudahkan bagi kita untuk mengembangkannya. B. Ethernet Shield Gambar 1 Arduino Mikrokontroler Ethernet Shield adalah modul ekstensi yang kompatibel dengan Arduino dan berfungsi untuk memberikan koneksi internet melalui jaringan Ethernet/LAN. Ethernet library digunakan untuk mengontrol Ethernet Shield menggunakan mikrokontroler Arduino. Ethernet Shield dilengkapi dengan slot mikro-sd untuk media penyimpanan data. Fungsi mikro-sd dikontrol menggunakan SD library 5

2 yang dapat dilihat melalui situs resmi Arduino [4]. Gambar 2 menunjukkan model Ethernet Shield. dilengkapi dengan variabel potentiometer untuk mengatur tegangan keluaran. C. DS3231 Gambar 2. Ethernet Shield Untuk memberikan informasi waktu, chip real time clock RTC DS3231 dapat digunakan. Tampilan dari DS3121 dapat dilihat dalam Gambar 3. Untuk mengintegrasikan DS3231 dengan Arduino mikrokontroler, kita dapat men-download library yang akan membaca data dari chip ini. Pin utama dari chip ini terdiri dari Vcc, GND, SCL dan SDA. Penggunaan dari chip ini dapat dilihat dalam referensi [5]. Gambar 5 Buck Converter F. Boost (Step Up) Converter Boost Converter dapat digunakan untuk menaikkan tegangan listrik searah atau DC. Gambar 6 menunjukkan Boost Converter dengan modul MT3608 [7]. Modul MT3608 bekerja dengan tegangan masukan dari 2-24 Volt dan arus maksimum 2 A serta dilengkapi dengan variabel potentiometer untuk mengubah tegangan keluaran. D. Sensor Analog Gambar 3 Real Time Clock DS3231 Sensor analog ada bermacam-macam seperti, sensor suhu, tegangan, arus, kelembaban, gas, dan lain-lain. Dalam Gambar 4 diberikan contoh sensor tegangan. Untuk sensor analog, yang penting dapat memberikan keluaran berupa tegangan dari 0-5 Volt sehingga dapat dibaca oleh pin analog Arduino. G. Charger TP4056 Gambar 6 Boost Converter TP4056 merupakan modul yang dibuat khusus untuk men-charge baterai Li-ion. Gambar 7 menunjukkan modul TP4056 [8]. Tegangan keluaran charger ini berkisar di 4,2 Volt. Modul ini dilengkapi dengan fitur proteksi tegangan untuk menjaga masa kerja baterai tetap optimum dan juga mampu melakukan recharge secara otomatis. Gambar 4 Sensor analog untuk mengukur tegangan E. Buck (Step Down) Converter Buck Converter berguna untuk menurunkan tegangan listrik searah atau DC. Gambar 5 menunjukkan Buck Converter dengan modul LM2596 [6]. Modul LM2596 bekerja dengan tegangan masukan mencapai 40 volt dan arus maksimum 3 A serta H. Li-ion Gambar 7 Charger TP4056 Baterai Li-ion banyak digunakan untuk menghidupkan peralatan elektronik portabel. Model baterai Li-ion sering dipakai sebagai baterai laptop. Tiap sel dari baterai Li-ion memiliki 6

3 tegangan sekitar 3,7 Volt dengan kapasitas bisa mencapai 4000 mah per sel. Gambar 8 menunjukkan kemasan dari baterai Li-ion K. WAMP Server WAMP diambil dari Windows, Apache, MySQL, PHP adalah media pengembangan web berbasis Windows. WAMP dengan Apache2, PHP dan MySQL database memudahkan kita untuk membuat aplikasi web. WAMP adalah platform yang dapat diunduh secara gratis melalui web III. METODE PENELITIAN I. Router MR3020 Gambar 8 Baterai Li-ion Router digunakan untuk menghubungkan komputer dengan internet. Untuk Arduino mikrokontroler, router memberikan IP address kepada Arduino mikrokontroler melalui Ethernet Shield. Model router TPLink MR3020 seperti di Gambar 9 dapat memenuhi spesifikasi untuk koneksi jaringan seluler 3G dimana ukurannya juga mendukung untuk penggunaan portabel. J. Modem USB Gambar 9 Router MR3020 Modem USB digunakan untuk koneksi internet secara wireless melalui jaringan seluler 3G dari Internet Service Provider (ISP) menggunakan SIM card. Dengan kombinasi Modem USB dan router, Arduino mikrokontroler dapat memperoleh akses internet secara wireless melalui jaringan dari ISP. Jaringan seluler 3G akan memberikan kecepatan koneksi hingga mencapai 300 kbps. Gambar 10 menunjukkan model modem USB. Di dalam penelitian ini, kegiatan dapat dibagi menjadi: 1. Perancangan Hardware 2. Perancangan Firmware 3. Perancangan Software Pertama, kegiatan perancangan hardware meliputi pembuatan diagram blok sistem, pemilihan komponen dan perakitan sistem. Kedua, pembuatan firmware untuk mengontrol mikrokontroler. Untuk Arduino, kita dapat melakukan pemrograman melalui Arduino IDE menggunakan Bahasa C. Ketiga, pembuatan software untuk menampilkan data secara online di browser. IV. HASIL DAN PEMBAHASAN A. Catu Daya Menggunakan Li-ion dan Panel Surya Perancangan catu daya menggunakan panel surya dan baterai sebagai media penyimpanan daya listrik untuk membuat datalogger portabel. Gambar 11 memperlihatkan blok diagram dari sistem catu daya. Panel surya yang digunakan mempunyai kapasitas daya puncak 20 watt dengan tegangan keluaran berkisar di 20 Volt. Keluaran panel surya kemudian diturunkan dengan Buck converter sebesar 5 Volt. Keluaran Buck Converter diteruskan ke charger TP4056. Tegangan keluaran charger yang berkisar 4,2 Volt digunakan untuk men-charge baterai Li-ion secara paralel. Boost Converter yang dihubungkan dengan keluaran charger menghasilkan tegangan 5 Volt untuk menghidupkan Arduino Uno. Gambar 11 Sistem catu daya menggunakan panel surya dan baterai Li-ion untuk penyimpanan Gambar 10 Modem USB 7

4 B. Datalogger Offline Menggunakan SD Card Dengan menggunakan catu daya baterai dan panel surya, sistem datalogger dapat bekerja secara autonomous. Gambar 12 menunjukkan blok diagram untuk sistem datalogger yang bekerja secara offline. Tanda panah warna merah menunjukkan arah aliran daya listrik dan tanda panah warna biru menunjukkan arah aliran data. dengan Boost Converter untuk menghidupkan Arduino Uno. Gambar 13 Implementasi rancangan hardware C. Datalogger Online Menggunakan Ethernet Shield, Router MR3020 dan Modem USB Untuk datalogger portabel online, sistem mampu mengirimkan data ke server melalui internet lewat jaringan seluler 3G. Blok diagram dari rancangan datalogger online dapat dilihat dalam Gambar 14. Gambar 12 Blok diagram cara kerja sistem datalogger offline menggunakan slot mikro-sd yang tersedia di Ethernet Shield Aliran data seperti yang ditunjukkan oleh tanda panah biru dikontrol oleh Arduino Uno. Data waktu dari DS3231 serta data analog sensor diterima oleh pin analog Arduino Uno. Untuk DS3231, pin SCL dan SDA terhubung dengan pin analog A4 dan A5 di Arduino Uno. Untuk analog sensor, data dapat terhubung pada pin analog A0 A3. Data tersebut kemudian disimpan dalam SD Card di Ethernet Shield dengan memanfaatkan fungsi di SD.h library di dalam pemrograman Arduino Uno [4]. Dari DS3231, data yang dapat disimpan adalah detik, menit, jam, hari, tanggal, bulan dan tahun secara real time. Kemudian dari sensor analog, data analog tegangan antara 0 5 Volt dibaca sebagai nilai digital 10 bit yang dapat dikonversi ke dalam angka desimal dalam program. Data kemudian disimpan secara periodik di SD Card. Hasil prototipe datalogger portabel dapat dilihat dalam Gambar 13. Baterai Li-ion yang digunakan sebanyak 4 buah dengan kapasitas masing masing 1600 mah yang dikoneksikan secara paralel. Untuk charger digunakan 2 (dua) modul TP4056 masing masing untuk 2 (dua) sel baterai. Tiap charger menggunakan masing masing 1 (satu) modul Buck Converter yang terhubung ke panel surya. Kemudian salah satu modul TP4056 dikoneksikan Gambar 14 Blok diagram cara kerja sistem datalogger portabel online menggunakan Ethernet Shield, Router MR3020 dan Modem USB Datalogger online dikembangkan dari datalogger offline melalui integrasi dengan Router MR3020 dan Modem USB. Dalam sistem datalogger offline, slot mikro-sd di Ethernet Shield berperan utama sebagai media penyimpanan data ke SD Card. Sedangkan sistem datalogger online menggunakan fungsi utama dari Ethernet Shield dalam memberikan koneksi internet bagi Arduino Uno melalui jaringan ethernet/lan. Dalam datalogger online, teknik pembacaan data dari DS3231 dan sensor analog tetap sama seperti dalam datalogger offline namun proses penyimpanan 8

5 data yang berbeda yaitu melalui fungsi ethernet yang mengirim data ke server lewat internet. Untuk itu diperlukan server yang mendukung database MySQL untuk menyimpan data. Dalam hal ini kita menggunakan WAMP server. D. Proses Transmisi Data Dalam Datalogger Online Dalam proses transmisi data, teknik koneksi ke server didesain menggunakan protokol HTTP dan perintah GET [9]. Ketika firmware Arduino berhasil membuat koneksi ke server maka data dapat terkirim ke server. Disini teknik membaca data dibuat dengan PHP script sebagai bahasa pemrograman di server untuk memparsing data yang terkirim, mengambil dan kemudian menyimpan data dalam database MySQL. Program firmware datalogger online ini dapat dilihat dalam penelitian kami sebelumnya [10]. Ketika perintah GET berhasil dikirim, maka PHP script dengan nama file add_data.php yang ada di server akan dijalankan. PHP Script yang dimaksud dituliskan kembali sebagai berikut. <?php // Connect to MySQL include("dbconnect.php"); // Prepare the SQL statement $SQL = "INSERT INTO voltage_ss (serial,voltage,time,date) VALUES ('".$_GET["serial"]."', '".$_GET["voltage"]."',, '".$_GET["time"]."',, '".$_GET["date"]."')"; // Execute SQL statement mysql_query($sql);?> Di dalam file add_data.php diatas terdapat perintah mysql_query() yang memasukkan nilai dalam variabel yang dikirim dari Arduino ke dalam database MySQL yang sudah dipersiapkan. Arduino mikrokontroler dapat diprogram untuk mengirim data dengan waktu interval tertentu dalam merekam data di database MySQL. Data waktu, tanggal, jenis dan nilai dari sensor analog direkam ke dalam tabel dengan interval waktu setiap 1 (satu) menit. E. Tampilan Data Online Di Browser Setelah data tersimpan di database MySQL, selanjutnya data dalam tabel tersebut diproses lebih lanjut untuk ditampilkan kepada pengguna secara online melalui browser. Gambar 15 Tampilan data dalam bentuk tabel HTML di browser Dalam menampilkan data ke browser, tabel HTML dibuat melalui PHP script. PHP script memulai koneksi ke database MySQL dan perintah HTML dieksekusi untuk membuat tabel di halaman web beserta tampilannya. Untuk isi tabel, perintah PHP mysql_query() mengambil data dari database MySQL dan mysql_fetch_array() memparsing isi data sesuai dengan kolomnya. Hasilnya kemudian dimasukkan ke dalam tabel HTML. Bentuk tampilan melalui browser dapat dilihat seperti dalam Gambar 15. Halaman website ini dapat diakses di uno.coolpage.biz/last_data.php. V. KESIMPULAN Dalam penelitian ini dapat ditarik beberapa kesimpulan sebagai berikut: 1. Datalogger portabel dapat dibuat menggunakan catu daya dari baterai Li-ion dan panel surya. 2. Datalogger portabel bekerja secara offline dengan menyimpan data ke dalam SD Card. 3. Untuk membuat datalogger portabel yang bekerja secara online, dapat digunakan Ethernet Shield, router MR3020 dan Modem USB untuk mengirimkan data melalui jaringan seluler 3G. 9

6 DAFTAR PUSTAKA [1] Al-Fuqaha A, Guizani M, Mohammadi, M, Aledhari M, Ayyash M, Internet of Things: A Survey on Enabling Technologies, Protocols, and Applications, IEEE Communications Surveys Tutorials. 17 (4), pp , 2015 [2] Mattern Friedemann, Floerkemeier Christian, From the Internet of Computers to the Internet of Things, Informatik- Spektrum. 33 (2), pp , 2010 [3] Pašalić, Dražen, Dušanka Bundalo, Zlatko Bundalo, and Branimir Cvijić. "ZigBee-based data transmission and monitoring wireless smart sensor network integrated with the Internet." In Embedded Computing (MECO), th Mediterranean Conference on, pp IEEE, [4] (2017) Arduino. [Online]. Available: [5] (2016) Arduino and DS3231 Real Time Clock Tutorial, How To Mechatronics [Online]. Available: [6] (2017) Texas Instruments LM2596 [Online]. Available: [7] (2017) Olimex [Online]. Available: [8] (2017) Nanjing Top Power [Online]. Available: ttp:// [9] (2014), Arduino Ethernet Pushing Data To a PHP Server, Tweakin4All [Online]. Available: [10] Abiyasa AP dan Divayana Y, "Perancangan Datalogger Online Melalui Jaringan 3G Menggunakan Low Cost Mikrokontroler Arduino", In Seminar Nasional Peranan Ipteks Menuju Industri Masa Depan(PIMIMD-4),pp , ITP Padang,