BANGUN JARINGAN SENSOR NIRKABEL DENGAN TOPOLOGI STAR PADA PROTOTIPE SISTEM DETEKSI TANAH LONGSOR MENGGUNAKAN EMPAT TIPE SENSOR Amin Suharjono 1), Mukhlisin 2), Alfi Inayatin Fauzia 3), Mas udah 4) Jurusan Teknik Elektro, Politeknik Negeri Semarang 1,3,4 Jurusan Teknik Sipil, Politeknik Negeri Semarang 2 E-mail: 1 aminshjn@ieee.org 2 mmukhlish02@gmail.com 3 alfifauzia02@gmail.com 4 mas.udah1996@gmail.com ABSTRACT Landslide disaster is one of the natural phenomena that has taken many victims and material losses are not small. Natural disaster can not be avoided, but can be prevented by early detection utilize Optocoupler sensor, MPU6050, Hygrometer YL69, MPX5100DP. Sensor works to detect rainfall, ground movement, ground water content, and ground water pressure. The sensor sends data to the coordinator node using a star topology. Data from the coordinator node is sent to the server to be stored in the database and displayed in the form of real time charts and tables on the website. If the data from the sensor exceeds the threshold or in a dangerous measurement then the display of the website on the graph will appear a warning alert. The prototype of this landslide detection system has a threshold value for rainfall station of 100mm / hour, ground water pressure sensor of -9.23kPa, ground water content sensor of 21.3%, and for ground movement sensor has no threshold value. Keyword : Landslide,System WSN, XBee, Website,Threshold ABSTRAK Bencana tanah longsor merupakan salah satu fenomena alam yang telah banyak mengambil korban dan kerugian materi yang tidak sedikit. Peristiwa bencana alam tidak mungkin dihindari, tetapi dapat dilakukan pencegahan dengan melakukan deteksi dini memanfaatkan sensor Optocoupler, MPU6050, Hygrometer YL69, MPX5100DP. Sensor bekerja untuk mendeteksi curah hujan, pergeseran tanah, kadar air tanah, dan tekanan air tanah. Sensor mengirim data ke node coordinator menggunakan topologi star. Data dari node coordinator dikirim ke server untuk disimpan dalam database dan ditampilkan dalam bentuk grafik real time dan tabel pada website. Apabila data dari sensor melebihi threshold atau dalam ukuran yang membahayakan maka dalam tampilan website pada grafik akan muncul sebuah alert peringatan. Prototipe sistem deteksi tanah longsor ini memiliki nilai threshold untuk stasiun curah hujan sebesar 100mm/jam, sensor tekanan air tanah sebesar -9.23kPa, sensor kadar air tanah sebesar 21,3%, dan untuk sensor pergeseran tanah tidak memiliki nilai threshold. Kata Kunci: Tanah Longsor,System WSN, XBee, Website,Threshold TE- 167
PENDAHULUAN Indonesia termasuk daerah rawan bencana tanah longsor dikarenakan kondisi geografis wilayahnya. Peristiwa bencana alam tidak mungkin dihindari, tetapi yang dapat dilakukan adalah dengan melakukan deteksi dini terjadinya peristiwa bencana alam dengan menggunakan teknologi sensor.teknologi sensor yang digunakan untuk mendeteksi terjadinya tanah longsor antara lain curah hujan, pergeseran tanah, kadar air tanah dan tekanan air tanah. Sedangkan untuk mempermudah monitoring keadaan sensor pendeteksian tanah longsor secara real time yang akurat, dapat menggunakan Teknologi Wireless Sensor Network (WSN) atau Jaringan Sensor Nirkabel (JSN). Dalam WSN, semua data pembacaan sensor yang digunakan akan dikirim pada server. Data dari pembacaan sensor tersebut diolah menjadi tampilan berbentuk web. Sehingga pemodelan jalur komunikasi ini membuat informasi akan semakin cepat sampai kepada user. Dengan menggunakan WSN, user akan dipermudah karena tidak diharuskan melakukan monitoring tanah longsor secara langsung. User hanya perlu mengakses web yang tersedia. Pada tugas akhir sebelumnya yang berjudul Sistem Komunikasi Xbee pada Pendeteksi Tanah Bergerak Berbasis Wireless Sensor Network (Raharso, 2016) telah melakukan pemanfaaatan sensor yang digunakan dalam pendeteksi tanah bergerak. Untuk sensornya sendiri menggunakan sensor accelerometer, dan dalam penampilan data sensor tersebut di tampilkan dalam bentuk website. Untuk menyempurnakan hasil pendeteksi tanah longsor yang telah ada, maka dalam penelitian ini diambil judul Rancang Bangun Jaringan Sensor Nirkabel dengan Topologi Star pada Prototipe Sistem Deteksi Tanah Longsor Menggunakan Empat Tipe Sensor. Pada penelitian ini menggunakan 4 buah sensor yang berbeda yaitu sensor curah hujan,sensor deformasi tanah, sensor tekanan air tanah dan sensor kadar air tanah dimana data dari semua sensor tersebut akan ditampilkan dalam bentuk website. Tujuan dilakukannya pengujian ini agar dapat membuat sistem informasi berbasis Wireless Sensor Network untuk mengetahui pergeseran tanah sebagai sistem peringatan bencana tanah longsor dan dapat di-monitoring melalui web. TE- 168
METODOLOGI PENELITIAN Tahap penelitian pada sistem deteksi tanah longsor ditunjukkan pada Gambar 1 berikut. Gambar 1. Tahap Penelitian Pada Gambar 2 merupakan penerapan teknologi WSN yang digunakan untuk mendeteksi terhadap tanah longsor yang disimulasikan pada box pengujian alat yang terdiri dari node end device sebagai pengirim data dan node coordinator sebagai penerima data. Pada gambar perancangan sistem diatas, penulis menganalisa pada bagian yang berada di dalam garis putus - putus. Sedangkan detail bagian sensor yang meliputi 4 (empat) jenis stasiun sensor, dibahas di makalah lain. Sistem yang akan dibuat, dengan memanfaatkan Arduino Leonardo DFRobot, XBee Series 2C 2mW sebagai pemancar. Untuk penerima menggunakan XBee Series 2C 2mW, Arduino Leonardo DFRobot, dan Laptop sebagai hasil data keluarannya. Gambar 1. Diagram Blok Sistem Gambar 2. Konfigurasi Jaringan Sensor Nirkabel TE- 169
Gambar 2 merupakan node penerima dimana terdapat XBee Series 2C, Arduino Leonardo DFRobot, software serial port monitor, database, dan website. Prinsip kerja dari perangkat di sisi pengirim atau node end device ini menggunakan empat macam sensor yaitu: sensor MPU6050, sensor proxymity, hygrometer, dan tensiometer dengan menggunakan sensor pressure vacuum MPX5100DP yang merupakan sensor untuk prototipe deformasi tanah, prototipe stasiun curah hujan, prototipe kadar air tanah, dan prototipe tekanan air tanah yang dipasang di dalam beberapa perangkat mikrokontroler dan XBee S2C. Penjelasan rinci tentang rangkaian sensor yang digunakan ditampilkan di makalah lain. Jaringan sensor nirkabel pada system ini menggunakan protocol Zigbee yang direalisasi menggunakan perangkat modul XBee S2C. Modul RF XBee Series 2 (Radio Frequency) merupakan perangkat komunikasi yang digunakan pada WSN yang menggunakan protokol ZigBee yang berbasis pada standar IEEE 8012.15.4. Modul RF transceiver ini terdiri dari RF receiver dan RF transmitter dengan interface UART asynchronous. Sensor-sensor akan mengirimkan data hasil pendeteksinya yang berada pada daerah pengujiannya melalui XBee yang berfungsi untuk mengirimkan informasi ini ke sisi coordinator PAN (Personal Area Network). Pada sisi coordinator PAN (Personal Area Network) terdiri dari perangkat XBee yang disetting sebagai coordinator, kemudian mikrokontroler akan mengolah data yang diterima dan mengirimkan ke sisi server sehingga data dari empat sensor dapat diakses ke halaman website. Dan melalui website, dapat diketahui pula data realtime serta grafik dari keempat sensor yang digunakan tersebut. Pada sistem ini XBee akan difungsikan menjadi 2 node yang berbeda yaitu : a. Node sensor (Node End) Pada node ini, XBee berfungsi menerima data dari empat macam sensor yang kemudian akan dikirimkan ke node coordinator PAN (Personal Area Network). b. Node Penerima (Coordinator) Pada node ini, XBee berfungsi menerima data yang dikirim oleh node sensor. Data yang diterima oleh XBee coordinator akan diolah oleh mikrokontroler untuk diteruskan menuju database server sehingga dapat ditampilkan pada website internal secara real time. TE- 170
Diagram Alir Keseluruhan sistem pada penelitian ini akan aktif apabila terdapat data yang diambil oleh mikrokontroller pada sensor deformasi tanah, stasiun curah hujan, tekanan air tanah, dan kadar air tanah yang ditempatkan pada dalam wadah berupa akuarium, pipa dan tipping bucket. Hardware yang digunakan pada akuarium yang merupakan prototipe untuk mengukur deformasi tanah berisi sensor MPU6050, Arduino Leonardo, dan XBee Series 2C. Hardware yang digunakan pada pipa yang merupakan prototipe untuk mengukur tekanan air tanah dan kadar air tanah berisi Tensiometer yang diatasnya terdapat sensor MPX5100DP, Hygrometer YL69, Arduino Leonardo, dan XBee Series 2C. Sedangkan pada tipping bucket yang merupakan prototipe untuk mengukur curah hujan berisi sensor optocoupler yang dihubungkan pada Arduino Leonardo, dan XBee Series 2C. Kemudian data yang terkirim akan dimonitoring secara real time melalui website yang dibuat. Proses dalam rancang bangun ini dapat dijelaskan secara terperinci melalui suatu diagram alir pada Gambar 3 berikut. Gambar 3. Diagram Alir Sistem HASIL DAN PEMBAHASAN Pengujian sistem deteksi tanah longsor yaitu dengan menggunakan delay yang berbeda pada tiap node sensor yaitu 100 ms, 500 ms, 1000 ms, 3000 ms, 5000 ms selama 60 detik. Cara pengujian/pengambailan data dilakukan dengan langkah sebagai berikut: pengujian delay node end device dilakukan selama 60 detik pada setiap variasi TE- 171
delay. Dalam waktu 60 detik secara bersamaan node end device membaca data hasil pendeteksi dari masing masing sensor dan langsung mengirimkan data ke node coordinator. Data hasil pendeteksi dari masing masing sensor yang terbaca oleh node end device dipantau melalui serial monitor,sedangkan data yang diterima pada node coordinator di pantau melalui website localhost. Komunikasi antara node end device dengan node coordinator menggunakan komunikasi jaringan nirkabel. Tabel 1. Jumlah data yang terbaca oleh node end device. Jumlah Data yang Dikirim Node End Device Delay Curah Hujan Deformasi Tanah Kadar Air Tanah Tekanan Air Tanah 100 ms 42 566 591 561 500 ms 54 120 122 117 1000 ms 40 60 60 63 3000 ms 30 20 20 20 5000 ms 40 14 14 12 Berdasarkan Tabel 1. diatas jumlah data hasil pendeteksi dari masing masing sensor yang terbaca berbeda beda sesuai dengan delay yang digunakan pada node end device. Semakin kecil delay yang digunakan maka semakin banyak jumlah data masingmasing sensor yang terbaca dan semakin cepat pembacaan sensornya. Tabel 2. Jumlah data yang diterima pada node coordinator Jumlah Data yang Diterima Node Coordinator Delay Curah Hujan Deformasi Tanah Kadar Air Tanah Tekanan Air Tanah 100 ms 26 383 406 386 500 ms 42 119 119 117 1000 ms 40 60 60 63 3000 ms 30 20 20 20 5000 ms 40 14 14 12 Berdasarkan Tabel 2 diatas jumlah data hasil pendeteksi dari masing masing sensor yang diterima oleh node coordinator melalui komunikasi jaringan nirkabel menggunakan XBee berbeda beda. Tergantung dari delay yang digunakan pada node end device. Dari hasil yang sudah diterima, jumlah data Semakin kecil delay yang digunakan maka semakin banyak jumlah data masing-masing sensor yang terbaca dan TE- 172
semakin cepat pembacaan sensornya. Pada node end device curah hujan tidak berpengaruh terhadap adanya delay. Karena pembacaan data terjadi pada setiap pergerakan tipping bucket sehingga yang mempengaruhi banyaknya data yang terbaca adalah besar debit air yang terukur. Tabel 3. Jumlah packet loss berdasarkan delay Packet Loss (%) Delay Curah Hujan Deformasi Tanah Kadar Air Tanah Tekanan Air Tanah 100 ms 38.09 32.33 31.30 30.66 500 ms 22.22 0.83 2.46 0 1000 ms 0 0 0 0 3000 ms 0 0 0 0 5000 ms 0 0 0 0 Berdasarkan Tabel 3 dapat dilihat bahwa semakin cepat delay yang digunakan pada node end device packet loss semakin. Hal ini dikarenakan karena pada saat delay 100 ms data yang akan dikirim pada satu sensor di node end device tertumpuk dengan data sensor lainnya. (a) (b) (c) Gambar 4. Grafik hasil perbandingan jumlah data dengan delay TE- 173
Gambar 4 menampilkan grafik perbandingan data hasil pendeteksi dari masing masing sensor pada node end device dan data yang diterima pada node coordinator berdasarkan delay. Pada pengujan komunikasi RSSI, dilakukan dengan cara menggunakan XBee yang berada di node end device dan di node coordinator. Pengujiannya sendiri menggunakan software XCTU. XBee yang berada pada node coordinator dihubungkan ke laptop menggunakan XBee adapter. Pengujian komunikasi dilakukan di indoor dan outdoor. Pada pengujian di indoor, dilakukan pengujian dengan variasi jarak dan jumlah paket yaitu 3 meter dengan jumlah paket 10, 5 meter dengan jumlah paket 20, 10 meter dengan jumlah paket 30, 12 meter dengan jumlah paket 40, dan 15 meter dengan jumlah paket 50. Untuk hasil pengujian di indoor dapat dilihat pada Tabel 4. Tabel 4. Hasil pengujian di indoor No RSSI Jarak Packet Packet Packet (dbm) Pengujian (meter) Sent Received Lost 1-50 3 10 10 0 2-68 5 20 20 0 3-58 10 30 30 0 4-62 12 40 40 0 5-62 15 50 49 1 Pada Tabel 4 dapat dilihat terdapat 1 packet lost pada pengujian di jarak 15 meter. Mengacu pada datasheet XBee S2C, hasil RSSI pada pengujian indoor sangat bagus meskipun terjadi NLOS (Non Line Of Sight) pada jarak 15m. Hal ini dikarenakan pada saat pengujian terdapat obstacle berupa motor dan dinding di dalam ruangan. Pada pengujian di outdoor, dilakukan pengujian dengan variasi jarak dan variasi jumlah paket yaitu 10 meter dengan jumlah paket 20, 20 meter dengan jumlah paket 30, 30 meter dengan jumlah paket 40, 40 meter dengan jumlah paket 50, 50 meter dengan jumlah paket 60. 100 meter dengan jumlah paket 100, dan 200 meter dengan jumlah paket 100. Untuk hasil pengujian di outdoor dapat dilihat pada Tabel 5. Pada Tabel 5 dapat dilihat terdapat packet lost pada pengujian di jarak 20 meter, 40 meter, 50 meter, 100 meter dan 200 meter. Meskipun pada saat pengujian terdapat obstacle berupa motor dan orang yang berjalan, tetapi hasil RSSI yang didapat < -102 dbm sehingga proses komunikasi masih bisa berlangsung. TE- 174
Tabel 5. Hasil pengujian di outdoor No RSSI Jarak Packet Packet Packet (dbm) Pengujian (meter) Sent Received Lost 1-78 10 20 20 0 2-89 20 30 29 1 3-87 30 40 40 0 4-84 40 50 44 6 5-94 50 60 43 17 6-92 100 100 54 46 7-93 200 100 23 77 Gambar 5. Grafik RSSI pada pengujian di outdoor Sedangkan grafik pada Gambar 5 merupakan hasil grafik RSSI pengujian di outdoor. Dari semua pengujian diatas dengan pengujian di indoor dan outdoor didapatkan hasil RSSI yang berbeda. Pada kondisi indoor, jarak jangkauan antar XBee tidak terlalu jauh dikarenakan banyak obstacle sehingga mengakibatkan NLOS. Pada kondisi outdoor proses RSSI masih bisa didapat meskipun pada saat pengujian terdapat obstacle berupa motor dan orang yang berjalan, tetapi hasil RSSI yang didapat < -102 dbm sehingga proses komunikasi masih bisa berlangsung hasilnya. KESIMPULAN Berdasarkan pada pengambilan data, hasil pengujian dan analisis, maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut : 1. Keempat sensor berhasil menampilkan grafik stasiun curah hujan, sensor deformasi tanah, sensor kadar air tanah, dan sensor tekanan air tanah yang berubah setiap adanya data dari keempat sensor yang diterima oleh server. TE- 175
2. Proses komunikasi node end device menuju node coordinator pada pemberian delay yang bervariasi memiliki perbedaan pada data yang terkirim dan data yang diterima. Semakin cepat/sedikit delay yang diberikan pada masing masing sensor, maka data yang tersimpan dalam database tidak sama. Hal ini dikarenakan adanya data yang hilang akibat tertumpuk oleh data dari sensor lainnya. 3. Sistem bekerja dengan jarak antar node end device dengan node coordinator mencapai 15 meter pada saat RSSI yang dicapai -62 dbm. Apabila di letakkan diluar ruangan, jarak antara node end device dengan node coordinator bisa mencapai 200 meter dengan RSSI -93 dbm. DAFTAR PUSTAKA Arief. M. Rudyanto. 2011. Pemrograman Web Dinamis Menggunakan PHP & MySQL. Yogyakarta: C.V Andi Offset. Raharso. 2016. Sistem Komunikasi XBee pada Pendeteksi Tanah Bergerak Berbasis Wireless Sensor Network. Tugas Akhir. Semarang: Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Semarang. W.I.Lesmana, Harianto, dan M.C.Wibowo. 2015. Penerapan Wireless Sensor Network (WSN) Dengan Topologi Tree Pada Pemantauan Tanah Longsor.JAVA Journal of Electrical and Electronics Engineering.13.1 Indrajani, S.Kom., MM. 2015. Database Design. Jakarta: PT Elex Media Komputindo. Pratama, I Putu Agus Eka dan Sinung Suakanto. 2015. Wireless Sensor Network. Bandung: Informatika. Hadisaputra, A. 2012. HTML & CSS Fundamental Dari Akar Menuju Daun. www.ilmukomputer.com, (12 Januari 2017). Yatini, Indra. Aplikasi Pengolahan Citra Berbasis Web Menggunakan Javascript dan Jquery. http://jurnalteknik.janabadra.ac.id, (1 Mei 2017). https://learn.sparkfun.com/tutorials/xbee-xhild-hookup-guide/ (11 April 2017) www.digi.com (20 Maret 2017) TE- 176