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

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

Sensor SHT 11

pH Sensor

ATMEGA 16 XBEE Transmitter

XBEE Receiver

PC Server

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 tanaman.

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-dan-

kelembaban-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