perancangan sistem monitoring multi sensor untuk …

1

PERANCANGAN SISTEM MONITORING MULTI SENSOR UNTUK EKOSISTEM ZONATERISOLIR BERBASIS MODUL

GSM/GPRS+GPS SIM508

Y. Prayitno1, L. Umar2, R. N. Setiadi3

1Mahasiswa Program Studi S1 Fisika

2Bidang Fisika Terapan Jurusan Fisika 3Bidang Instrumentasi Jurusan Fisika

Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Kampus Binawidya Pekanbaru 28293, Indonesia

* yogi.aza028@gmail.com

ABSTRACT

A monitoring design for isolated zone ecosystem based on GSM GPRS + GPS SIM508 has been successfully carried out. The monitoring system consists of several subsystems. They are multi sensor system, microcontroller, data transmission, and autonomous energy system which are integrated each other, and be able to provide information in the form of physical quantities. This system was designed to work automatically using an ATmega8535 microcontroller in order to control the whole system. In order to detect physical quantities i.e temperature and humidity, a series of multi sensors used a SHT75 sensor and a LM35DZ sensor that had been calibrated and characterized. Results of the sensor system readings were converted by a microcontroller of ATmega8535 before it was sent to the SIM508 module. SIM508 module was used as data transmitter. Testing of the monitoring system was done using a Hyperterminal. Results provided the information of temperature, humidity, time and location. There information were sent by the monitoring system via short message service (SMS) to Mobile Phone. The monitoring system works well and has a high degree of accuracy. Keywords : Ecosystem , Energy autonome, GSM module, Multi Sensor

ABSTRAK

Perancangan monitoring untuk ekosistem zona terisolir berbasis modul GSM GPRS+GPS SIM508 telah berhasil dilakukan. Sistem monitoring ini terdiri dari beberapa bagian yaitu sistem multi sensor, mikrokontroler, transmisi data, dan sistem energi autonome yang saling terintegrasi dalam beroperasi. Sistem ini didesain bekerja secara otomatis menggunakan mikrokontroler ATmega8535 untuk mengontrol kerja seluruh sistem. Untuk mendeteksi besaran fisis suhu dan kelembaban, rangkaian multi sensor menggunakan sensor SHT75 dan sensor LM35DZ yang telah dikalibrasi dan dikarakterisasi. Hasil dari pembacaan sistem sensor dikonversi oleh mikrokontroler ATmega8535 sebelum dikirim ke modul SIM508. Modul SIM508 digunakan sebagai pengirim data yang diperoleh dari sensor. Pengujian sistem monitoring dilakukan

2

menggunakan Hyperterminal. Hasil dari sistem monitoring berisi informasi tentang suhu, kelembaban udara, waktu dan lokasi. Informasi inilah yang dikirim oleh sistem monitoring melalui pesan singkat (SMS) ke Mobile Phone. Sistem monitoring ini bekerja dengan baik dan memiliki tingkat akurasi yang tinggi.

Kata Kunci : Ekosistem zona terisolir, Energi autonome, Modul GSM, Multi sensor

PENDAHULUAN

Perkembangan teknologi sensor yang sangat pesat terjadi dalam beberapa

dasawarsa terakhir, yaitu dalam bidang Wireless Sensor Network ( WSN ). Sistem Wireless sensor network ( WSN ) adalah peranti pintar terdiri dari sejumlah sensor dan dihubungkan tanpa kabel. Didalamnya tertanam perangkat kecil yang mampu mengumpulkan berbagai informasi tentang lingkungannya, seperti suhu, angin, kelembaban, atau luminositas. Sistem WSN dibekali dengan peranti khusus misalnya memori dan prosesor (Guillermo, 2008).

Daerah remote area seperti kawasan Giam Siak Kecil-Bukit Batu terletak pada lokasi yang sangat sulit dijangkau serta minimnya sarana, prasarana dan alat komunikasi, sehingga kegiatan pemantauan ekosistem dan penelitian sangat sulit dilakukan secara langsung. Kegiatan yang boleh dilakukan di area inti adalah pemantauan ekosistem yang tidak mengganggu dan penelitian yang tidak merusak (tanpa manipulasi) serta kegiatan-kegiatan lain bernuansa pendidikan. Hal ini akan terasa sulit jika harus mengukur langsung ke area tersebut, mengingat lokasi tersebut tidak memungkinkan untuk melakukan pengukuran langsung setiap saat dipandang dari jarak, waktu, dan biaya. Untuk daerah tersebut energi listrik sangat terbatas dan dianggap sumber daya yang langka, karena keterbatasan kapasitas baterai. Apalagi seperti WSN yang berada di daerah terpencil, diperlukan sumber energi pengganti baterai setiap waktu.

Solusinya adalah sistem monitoring remote area otomatis yang bersifat autonome dan mengirimkan data secara wireless ke stasiun pemantau. Pada peneliian ini telah dibuat sistem monitoring remote area otomatis menggunakan modul GSM/GPRS+GPS SIM508 dengan mikrokontroler berbasis ATmega8535, serta ditambah sistem power supply secara autonome, yaitu sistem yang dapat menyuplai catu daya sendiri. Penggunaan modul GSM/GPRS+GPS SIM508 dengan mikrokontroler berbasis ATmega8535 adalah sebagai telemetri data. Hasil pembacaan sensor akan diproses di mikrokontroler. Data akan dikirim melalui media Short Message Service (SMS) oleh Modul GSM SIM508 ke Mobile Phone sebagai penerima (Selavo, 2006)

METODE PENELITIAN

a. Prosedur Penelitian Keseluruhan sistem dibagi menjadi beberapa bagian kerja, dimana untuk bagian

pertama merupakan sistem sensor, untuk bagian kedua adalah sistem mikrokontroler ATmega8535 dan Modul SIM508, bagian ketiga adalah sistem penerima, bagian keempat adalah rangkaian sumber listrik autonome, dan bagian kelima adalah karakterisasi seluruh sistem, seperti yang terlihat pada diagram langkah kerja berikut.

3

Gambar 1. Langkah Kerja Penelitian

b. Karakterisasi seluruh sistem Pembuatan sistem autonome monitoring remote area yang menggunakan modul

SIM508 ini terdiri dari beberapa tahap pengerjaan. Proses dimulai dari pengujian panel surya, dilanjutkan pengujian catu daya, pengujian mikrokontroler ATmega8535 serta pengujian modul SIM508 program yang telah dimasukkan ke mikrokontroler ATmega8535. Data dari sensor-sensor dalam bentuk sinyal analog pada multiplexer dihubungkan ke port mikrokontroler ATmega8535 yang memiliki ADC internal, kemudian data ini dikonversi menjadi sinyal digital oleh ADC. Data yang diperoleh kemudian disimpan di memori. Selanjutnya data dikirim oleh modul SIM508 ke penerima. Pengiriman data diatur mikrokontroler, atau dengan kata lain pengunalah yang mengatur pengiriman data sesuai dengan kebutuhan. Kemudian data diterima handphone dan sistem penerima.

HASIL DAN PEMBAHASAN

a. Pembuatan dan Pengujian Sistem Sensor Sistem sensor didesain sebagai sistem multisensor, sistem ini dapat dipasang

beberapa sensor sekaligus. Sistem multisensor terdiri dari beberapa bagian yaitu sensor, penguat dan multiplexer. Sensor yang digunakan seperti pada Gambar 2 berikut.

(a) (b) (c) Gambar 2. Sensor yang digunakan, (a) Sensor SHT75, (b) Sensor LM35DZ, (c) LDR

4

Sensor yang digunakan adalah sensor suhu LM35DZ, sensor SHT75 dan Light Depending Resistor (LDR). Sebelum sistem multi sensor digunakan pada rangkaian sistem sensor, sensor terlebih dahulu dilakukan pengujian dan karakterisasi.

Waktu (s)

0 10 20 30 40 50 60

Su

hu

(0 C

)

25

30

35

40

45

50

55

60

65

Gambar 3. Grafik Hasil Karakterisasi Sensor LM35DZ

Hasil karakteristik dari Gambar 3 menunjukkan bahwa pada temperatur 300C-600C, nilai pembacaan sensor ada yang mengalami perbedaan sebesar ±2, hal ini sesuai dengan toleransi dari sensor itu sendiri berdasarkan datasheet.

b. Pembuatan dan Pengujian Mikrokontroler ATmega8535 Desain dan pembuatan PCB mikrokontroler ATmega8535 dilakukan

menggunakan software Protel. Salah satu fungsi mikrokontroler ATmega8535 adalah sebagai input dan output, artinya port yang terdapat pada mikrokontroler dapat berfungsi menerima tegangan dari luar atau sebaliknya menghasilkan tegangan (Winoto, 2008). Rangkaian mikrokontroler ATmega8535 yang berhasil dibuat seperti Gambar 4 berikut.

Gambar 4. Rangkaian Mikrokontroler ATmega8535

5

c. Pengujian Modul SIM508 Modul SIM508 dilengkapi dengan beberapa komponen pendukung seperti LCD,

memori, buzzer, jack audio, slot simcard, antena, serta port-port pendukung yang sudah terintegrasi dalam satu PCB (SIMCOM, 2006). Modul SIM508 seperti terlihat pada Gambar 5 berikut.

BUZZER

LAMPU

NETLIGHT

LCD

JACK AUDIO

SIM508

SIM CARD

PORT DAYA

PORT

ANTENA

PUSH

BUTTON

PORT SERIAL

Gambar 5. Modul GSM SIM508

Pengujian modul SIM508 dilakukan dengan cara memberi perintah dalam bentuk

syntax tertentu. Perintah-perintah tersebut dituliskan ke dalam software Hyperterminal. Perintah dan respon pada Hyperteminal terlihat seperti Gambar 6 berikut:

Gambar 6. Hasil pengujian SIM508 dengan Hyperterminal

6

d. Desain dan Pembuatan Sumber Listrik Autonom Sumber listrik autonom dihasilkan dari panel surya, panel surya yang digunakan

berjenis PV monokristalin dengan daya sebesar 10Wp. Tegangan maksimal yang dihasilkan sebesar 18Volt, serta arus maksimal 0.56 Ampere. Baterai digunakan sebagai penyimpan daya dari panel surya, jenis baterai yang digunakan adalah baterai kering 12Volt dan arus 7,2 Ah. Sumber listrik autonome seperti terlihat pada Gambar 7 berikut.

Gambar 7. Skema sumber listrik autonome

Diasumsikan panel surya mendapat sinar matahari selama 8 jam setiap hari,

sehingga panel surya memiliki daya sebesar 80Watt dalam sehari. Jika konsumsi daya sistem monitoring sebesar 3,2Watt/jam, maka konsumsi daya selama 24 jam adalah 76.8Watt. Dengan asumsi seperti ini sumber listrik autonom dan panel surya mampu memenuhi kebutuhan konsumsi daya dari seluruh sistem. Selain panel surya dan baterai, sistem sumber listrik autonom ditambah dengan sistem solar charger controller (Gagliarducci, 2006).

e. Karakterisasi Seluruh Sistem

Bagian-bagian sistem yang telah selesai dibuat disusun di dalam kotak. Bagian-bagian ini sailng dihubungkan sesuai dengan fungsinya masing-masing. Kotak itu sendiri didesain sesuai dengan kebutuhan agar mudah dalam pengaturan dan penggunaan.

Data dari sistem sensor dikirim oleh modul SIM508 dalam bentuk SMS. Data diterima sesuai nomor Handphone yang telah diprogram pada mikrokontroler ATmega8535. Hasil pengiriman data dari modul SIM508 yang ditrerima oleh handphone terlihat seperti pada Gambar 8 berikut.

7

Gambar 8. Hasil Pengiriman Data SIM508 ke Handphone

Data pada Gambar 8 merupakan hasil dari sistem sensor yang digunakan pada sistem monitoring. Terlihat isi pesan yang dikirim merupakan informasi lingkungan di sekitar sistem, yaitu suhu, kelembaban, lokasi dan waktu. Sistem monitoring ini bekerja dengan baik dan memiliki tingkat akurasi yang tinggi.

KESIMPULAN DAN SARAN

Sistem monitoring multisensor untuk ekosistem zona terisolir berbasis Modul GSM/GPRS+GPS SIM508 telah berhasil dibuat. Sistem monitoring ini dirancang untuk dapat digunakan pada berbagai jenis sensor. Mikrokontroler ATmega8535 digunakan sebagai pengendali utama. Sistem ini ditopang oleh sumber listrik autonome menggunakan panel surya, serta dilengkapi solar controler dan baterai sebagai penyimpan listrik. Sistem monitoring ini memiliki tingkat akurasi yang tinggi.

UCAPAN TERIMA KASIH

Penulis mengucapkan terima kasih kepada Bapak DR.-Ing Lazuardi Umar, M.Si yang telah membimbing dengan penuh kesabaran. Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada Bapak Rahmondia, M.Si yang telah memeberikan saran dan koreksi dalam penelitian ini.

8

DAFTAR PUSTAKA

Barrenetxea G, Ingelrest F, Schaefer G, Vetterli M. (2008). Out-of-the-Box Environmental Monitoring. LCAV, I&C School, EPFL, Switzerland,

Datasheet SIM508. (2006). HARDWARE AND SOFTWARE SPECIFICATION. SIMCOM. Melalui http://www.DataSheet4U.com

L. Selavo, A. Wood, Q. Cao, T. Sookoor, H. Liu, A. Srinivasan, Y. Wu, W. Kang, J. Stankovic, D. Young,J. Porter, LUSTER: Wireless Sensor Network for Environmental Research, Department of Computer Science, Department of Biology, Dept. of Environmental, ScienceUniversity of Virginia Virginia Commonwealth University University of Virginia, ( 19 April 2012)

M. Gagliarducci, D.A. Lampasi L. Podesta, (2006), GSM-based monitoring and control of photovoltaic power generation, Department of Electrical Engineering, University of Rome ‘‘La Sapienza’’, Via Eudossiana, 18-00184 Rome, Italy 8

Sensirion, (2011), Datasheet SHT7x (SHT75, SHT71) Humidity and Temperture Sensor2011, http://www.sensirion.com/en/pdf/product_information/Datasheet-hmidity-sensor-SHT7x.pdf. (5 Mei 20013)

Winoto, A. (2008). MikrokontrolerAVR ATmega8/32/16/8535 dan pemrogramannya dengan Bahasa C padaWinAVR. Informatika. Bandung