SISTEM MONITORING KUALITAS TANAH PERTANIAN BERBASIS JARINGAN NIRKABEL ZIGBEE
oleh :
NUGRAHA PANGESTU 115060900111005
PROGRAM TEKNOLOGI INFORMASI DAN ILMU KOMPUTER UNIVERSITAS BRAWIJAYA 2014
1
LATAR BELAKANG
Pengelolaan tanah pertanian secara intensif merupakan hal yang diperlukan dalam meningkatkan kualitas dan kuantitas hasil pertanian serta mencegah terjadinya kerusakan lingkungan akibat proses budidaya pertanian. Seiring dengan kemajuan teknologi maka diperlukan alat untuk memonitoring tanah secara jarak jauh. Sistem monitoring tanah pertanian ini dirancang untuk mengetahui kondisi temperature, kelembaban , serta tingkat keasaman suatu tanah pada sector pertanian. Salah satu teknologi yang mendukung pertanian adalah teknologi sensor, dimana jenis-jenis sensor yang dikembangkan selama ini mengacu pada kualitas tanah, air serta iklim lingkungan di sekitar lahan yang dipantau[1]. Dalam pemantauan kualitas tanah sebagai aplikasi pertanian harus melihat beberapa kondisi pada tanah tersebut seperti suhu tanah, pH tanah, dan kelembaban (moisture) tanah. Sistem ini terdiri dari beberapa hardware, dimana perangkat ini terdapat dibagian pengirim dan penerima. Pada sistem ini dirancang untuk mengukur suhu, kelembaban, dan pH tanah menggunakan sensor-sensor yang semua besarannya diolah oleh mikrokontroller dan akan dikirim melalui jaringan nirkabel zigbee yang kemudian terbaca pada Personal Computer (PC). Zigbee memiliki beberapa kelebihan, yaitu pengoperasian yang mudah, bentuknya yang kecil, dan membutuhkan daya yang sangat rendah.
Rumusan Masalah
1. Bagaimana sensor berkomunikasi dengan mikrokontroller Atmega16 ? 2. Bagaimana mikrokontroller Atmega16 berkomunikasi dengan X-Bee Pro ? 3. Bagaimana modul RF dan TF X-Bee Pro dapat berkomunikasi ? 4. Bagaimana data dapat diproses oleh PC ?
2
TINJAUAN PUSTAKA
Dalam tulisan ini ada beberapa penelitian yang dijadikan sebagai acuan. Pada acuan yang digunakan penulis, dikemukakan bahwa pengukuran kelembaban tanah dilakukan dengan mikrokontroler PIC. Sensor kelembaban tanah berupa dua buah batang logam yang dibuat dari bahan stainless steel. Sensor kelembaban tersebut dihubungkan pada generator sinyal. Bila kelembaban tanah berubah, maka impedansi sensor akan berubah, sehingga frekuensi sinyal keluaran generator berubah sesuai dengan kelembaban tanah [1]. Kekurangan dari penelitian ini adalah kurang efisien karena tidak dapat memantau setiap saat dan harus mengukur kelembaban tanah secara langsung karena tidak menggunakan jaringan nirkabel yang bisa digunakan untuk memantau kelembaban pada jarak yang jauh. Solusi yang diajukan
Berdasarkan tinjauan pustaka, penulis mengembangkan sensor kelembaban dan sensor pH tanah untuk mengetahui kualitas tanah yang baik untuk pertanian dan terintegrasi dengan mikrokontroller ATmega16 dengan menggunakan jaringan wireless dengan menggunakan
modul X-Bee Pro sebagai media komunikasi dan data hasil
pengamatan diolah oleh PC Server menggunakan software LabView.
3
DESAIN SISTEM
Sensor SHT 11
ATMEGA 16
XBEE Transmitter
pH Sensor XBEE Receiver
PC Server
Gambar 1. Diagram Sistem Komponen – komponen yang dibutuhkan dalam system : 1. Sensor SHT 11 Sensor SHT11 yang merupakan sensor suhu dan kelembaban yang cukup akurat pada rentang suhu 20-30 °C. Sensor ini telah dilengkapi dengan ADC 14 bit dan hanya menggunakan 2 kabel untuk transmisi data digital dan 2 kabel untuk catu daya. Sensor SHT 11 dapat digunakan untuk
pengukuran suhu tanah yang
dilakukan pada kedalaman 1 - 5 m dan hasil yang didapat data suhu yang cukup baik[2].
Gambar 2. Sensor SHT 11
4
2. Sensor pH Sensor pH digunakan untuk menentukan tingkat keasaman yang diukur dengan menggunakan skala pH antara 0 hingga 14. Sifat asam mempunyai pH antara 0 hingga 7 dan sifat basa mempunyai nilai pH 7 hingga 14. pH menentukan kesuburan suatu tanaman karena pH tanah sangat menentukan bisa atau tidak suatu unsur hara dalam tanah diserap oleh akar tan aman.
3. X-Bee ZNet 2.5 Modules (IEEE 802.15.4) Perangkat XBee merupakan modul RF (Radio Frequency) yang didesain dengan standar protokol IEEE 802.15.4 dan sesuai dengan kebutuhan yang sederhana untuk jaringan sensor tanpa kabel. Kelebihan utama yang menjadikan Xbee sebagai komunikasi serial nirkabel karena Xbee memiliki konsumsi daya yang rendah yaitu hanya 3,3V. Disamping itu XBee juga memiliki dimensi fisik yang kecil. X-Bee beroperasi pada rentang frekuensi 2.4 GHz. Dalam melakukan komunikasi dengan perangkat lainnya X-Bee mampu melakukan komunikasi dengan dua macam komunikasi yang berbeda, tergantung dari perangkat apa yang dihubungkan dengan modul X-Bee. Komunkasi dapat dilakukan dengan menggunakan jaringan wireless dan komunikasi secara serial[3].
Gambar 3. X-Bee Pro
4. Mikrokontroller ATMega16 ATMega16 merupakan salah satu mikrokontroler 8 bit buatan vendor Atmel menggunakan arsitektur RISC. Semua instruksi dikemas dalam kode 16-bit (16 bits word) dan sebagian besar instruksi dieksekusi dalam satu siklus instruksi clock. AVR mempunyai 32 register general-purpose, timer/counter fleksibel dengan mode compare, interupt internal dan eksternal, serial UART, programmable Watchdog Timer, dan mode power saving. AVR juga mempunyai In-System Programmable Flash on-chip yang mengijinkan memori
5
program untuk diprogram ulang dalam sistem menggunakan hubungan serial SPI[4].
5. PC Server Adalah sebuah PC standar yang terhubung pada sebuah router sebagai jembatan komunikasi dengan WSN. Fungsi Local Server adalah mencatat hasil monitoring dari WSN.
6. Program aplikasi LabView LabVIEW (Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench) merupakan bahasa pemrograman dengan performansi dan fleksibilitas seperti bahasa pemrograman C++, Fortran, Basic, dll. LabVIEW menggunakan icon yang dihubungkan bersama untuk mempresentasikan fungsinya dan menjelaskan aliran data dalam program. Hal ini sejenis dengan membangun flowchart kode sesuai dengan yang diinginkan.
Cara kerja : Fungsi dari tiap blok dalam diagram sistem monitoring adalah sebagai berikut: 1. Sensor SHT 11 : mendeteksi suhu dan kelembaban tanah 2. Sensor pH : mendeteksi tingkat kesuburan tanah 3. Mikrokontroler AVR : mengolah data yang dikirimkan oleh sensor SHT 11 dan sensor pH
dengan cara mengkonversikan besaran tegangan yang menjadi
besaran digital di dalam ADC 10 bit dan mengirimkannya lewat port komunikasi serial UART (Universal Ashynchronous Receiver Transmitter). 4. Transmitter modul RF X-Bee
: mengirimkan data ke sisi receiver secara
wireless melalui frekuensi 2,4 GHz. 5. Receiver modul RF X-Bee : menerima data dari transmitter secara wireless melalui frekuensi 2,4 GHz. 6. Personal PC : digunakan untuk menampilkan data pengukuran suhu secara visual dengan aplikasi LabView.
6
IMPLEMENTASI
Gambar 4. Implementasi Sistem Pada model penempatan dari sistem ada beberapa hal yang harus diperhatikan: 1. Jarak komunikasi antar node dengan ZigBee (X-Bee Pro) maksimal adalah 120 meter oleh karena itu penempatan antar modul TF dan RF X-Bee Pro tidak boleh lebih dari 120 meter agar komunikasi antar modul dapat berjalan dengan baik. 2. Kedua modul TF dan RF X-Bee Pro sebaiknya ditempatkan pada tempat yang mempunyai halangan yang sedikit (line of sight).
3. Topologi Jaringan Sistem ini menggunakan topologi mesh, dengan menggunakan topologi mesh semua node dapat terhubung satu sama lain. Topologi ini dirancang agar data dapat menyebar ke seluruh node dalam jaringan dan dapat melompat dari satu node ke node yang lain hingga menemukan perangkat yang dituju untuk memastikan seluruh node dalam jaringan bisa diakses. Konfigurasi jaringan denga menggunakan system point to point dalam topologi ini dapat memudahkan deteksi kesalahan yang terjadi dalam jaringan.
7
DAFTAR PUSTAKA
[1]
Stevanus dan D. Setiadikarunia. 2012. “Alat Pengukur Kelembaban Tanah Berbasis Mikrokontroler PIC 16F84 “.
[2]
Akses Sensor Suhu dan Kelembaban SHT11 Berbasis Mikrokontroler, diakses pada 29 Desember 2013. http://fahmizaleeits.wordpress.com/2010/08/29/akses-sensor-suhu-dankelembaban-sht11-berbasis-mikrokontroler/
[3]
Modul Wireless XBee Pro, diakses pada 29 Desember 2013. http://digilib.ittelkom.ac.id/index.php?option=com_content&view=article&id=11 42:modul-wireless-xbee-pro&catid=9:wireless&Itemid=14
[4]
Microcontroller ATMega 16, diakses pada 29 Desember 2013. http://r0fqh1.blogspot.com/2012/04/microcontroller-atmega-16.html
