PROTOTIPE SISTEM OTOMATIS MINI WEATHER STATION

MENGGUNAKAN NODEMCU BERBASIS INTERNET OF THINGS

SKRIPSI

Oleh :

DIAN CAHYONO PUTRO

NPM. 1434010029

PROGRAM STUDI INFORMATIKA

FAKULTAS ILMU KOMPUTER

UNIVERSITAS PEMBANGUNAN NASIONAL “VETERAN”

JAWA TIMUR

2020

iv

PROTOTIPE SISTEM OTOMATIS MINI WEATHER STATION

MENGGUNAKAN NODEMCU BERBASIS INTERNET OF

THINGS

Dosen Pembimbing 1 : Dr. Basuki Rachmat, S.Si, MT

Dosen Pembimbing 2 : Intan Yuniar Purbasari, S.Kom, M.Sc

Disusun Oleh : Dian Cahyono Putro

ABSTRAK

Proses pemantauan cuaca konvensional menggunakan beberapa perangkat sensor

yang terpasang pada suatu modul dan ditempatkan pada suatu tempat tertentu. Proses

pengumpulan data dari beberapa tempat tersebut dilakukan secara manual dengan datang

langsung ke tempat pengambilan data, metode konversional ini menyebabkan kesulitan

untuk menempatkan beberapa sensor yang sulit dijangkau. Sehingga dibuatlah sebuah

sistem otomatis mini weather station yang dapat lebih memudahkan pengguna untuk

mengakses data cuaca bahkan jika alat pemantau ditempatkan pada tempat yang susah

dijangkau karena proses pengiriman data stasiun pemantau kondisi cuaca dapat

dilakukan dengan memanfaatkan media komunikasi nirkabel (wireless) atau jaringan

internet yang biasa disebut IoT (Internet of Things).

Sistem otomatis mini weather station ini menggunakan NodeMCU v3 sebagai

mikrokontroller yang merupakan inti dari program ini sendiri. NodeMCU v3 juga sudah

terintegrasi dengan modul internet sehingga tidak perlu menambahkan modul internet

seperti modul GSM dan lain-lain. Sistem ini menggunakan 3 sensor yaitu sensor DHT11

yang mendeteksi suhu dan kelembaban, sensor BMP180 yang mendeteksi tekanan udara

dan terakhir Rain Sensor yang digunakan untuk mendeteksi hujan. Data hasil baca sensor

akan diklasifikasikan ke dalam algoritma Naïve Bayes untuk memprediksi cuaca. Sistem

ini juga akan terintegrasi dengan ThingSpeak yang digunakan untuk memonitoring

sistem yang terkoneksi dengan jaringan internet.

Hasil akhir dari sistem ini adalah sebuah prototipe sistem otomatis mini weather

station yang terintergrasi dengan ThingSpeak sebagai media monitoring yang dapat

diakses memalui komputer maupun mobile menggunakan Aplikasi ThingView sehingga

memudahkan untuk proses monitoring dan untuk prediksi cuaca digunakan algoritma

Naïve Bayes dan perhitungan validasi menggunakan Confusion Matrix dan Cohen’s

Kappa.

Kata kunci: Internet of Things, NodeMCU v3, sensor DHT11, sensor BMP180, Rain Sensor,

ThingSpeak, ThingView, Naïve Bayes, Confusion Matrix, Cohen’s Kappa.

v

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan atas kehadirat Allah Subhanahu Wata’ala Tuhan

Yang Maha Esa atas segala rahmat dan karunia-Nya sehingga dengan segala kekurangan

dan keterbatasan amal, ibadah, waktu, tenaga, dan pikiran yang dimiliki penyusun,

akhirnya penyusun dapat menyelesaikan Tugas Akhir/Skripsi yang berjudul “Prototipe

Sistem Otomatis Mini Weather Station Menggunakan NodeMCU Berbasis Internet Of

Things”.

Penyusunan skripsi ini merupakan salah satu persyaratan wajib bagi mahasiswa

untuk menyelesaikan program Strata Satu (S1) pada Program Studi Teknik Informatika,

Fakultas Ilmu Komputer, Universitas Pembangunan Nasional “Veteran” Jawa Timur.

Melalui Skripsi ini penyusun merasa mendapatkan kesempatan berharga untuk

memperdalam ilmu pengetahuan yang diperoleh selama di bangku perkuliahan, terutama

berkenaan tentang penerapan teknologi perangkat bergerak. Namun, Penulis menyadari

bahwa skripsi ini masih jauh dari kata sempurna, oleh sebab itu penulis memohon maaf

apabila masih banyak kekurangan. Penulis berharap kritik dan saran untuk melengkapi

kekurangan dan pengembangan pada skripsi ini. Semoga penulisan skripsi ini dapat

memberikan manfaat bagi peneliti lain dan pembaca pada umumnya.

Surabaya, 24 Juni 2020

Penulis

vi

UCAPAN TERIMA KASIH

Dalam penulisan skripsi, penulis telah mendapatkan bantuan serta dukungan dari

berbagai pihak. Untuk itu, penulis mengucapkan puji syukur kepada Allah Subhanahu

Wata’ala., karena atas Rahmat dan Kemahamurahan-Nya penulis dapat menyusun dan

menyelesaikan Laporan Skripsi ini hingga selesai. Tidak lupa penulis juga mengucapkan

terima kasih kepada :

1. Rasulullahi Salallahu Alaihi Wassallam, sebagai Guru, Panutan, Suri Tauladan,

Petunjuk Jalan atas Islam agar penulis selalu mengingat Allah sebagai Rabb atas

maha segala.

2. Kedua Orang Tua penulis yang selalu memberikan semangat untuk cepat

menyelesaikan skripsi dan memenuhi kebutuhan penulis baik secara fisik maupun

psikis.

3. Dwi Anggi Puspitasari yang merupakan adik penulis yang selalu menanyakan

penulis “kapan wisuda?” sehingga memberikan motivasi tambahan bagi penulis

untuk segera menyelesaikan skripsi.

4. Bapak Prof. Dr. Ir. Akhmad Fauzi, M.M.T selaku Rektor Universitas Pembangunan

Nasional “Veteran” Jawa Timur.

5. Dr. Ir. Ni Ketut sari, M.T., selaku Dekan Fakultas Ilmu Komputer Universitas

Pembangunan Nasional “Veteran” Jawa Timur.

6. Budi Nugroho, S.Kom., M.Kom., selaku Koordinator Program Studi Teknik

Informatika Universitas Pembangunan Nasional “Veteran” Jawa Timur.

vii

7. Dr. Basuki Rachmat, S,Si, MT, selaku Dosen Pembimbing I pada skripsi ini, yang

telah memberikan doa, ilmu, masukan, saran, bimbingan, dorongan serta kritik yang

bermanfaat sejak seminar proposal hingga selesai skripsi.

8. Intan Yuniar Purbasari S.Kom, M.Sc, selaku Dosen Pembimbing II yang telah

memberikan doa, ilmu, masukan, saran, serta kritik yang bermanfaat sejak seminar

proposal hingga terselesainya skripsi.

9. Intan Silviana, S.Pd., yang senantiasa memberi dorongan semangat kepada penulis

saat proses pengerjaan skripsi sehingga penulis enggan untuk menunda pengerjaan

skripsi lebih lama.

10. Wahyu Ramadhan S.Kom., merupakan sahabat terdekat penulis yang senantiasa

memberikan berbagai bantuan kepada penulis baik bantuan saran maupun bantuan

tenaga agar penulis cepat menyusulnya yang sudah menyelesaikan skripsi dan lulus

terlebih dahulu.

11. Keluarga “Hamba Allah” yang dulu hanya sebatas teman grub Line dan sekarang

sudah berkembang menjadi sebuah keluarga yang beranggotakan, Penulis, Wahyu

Ramadhan, Faisal Fahri Ferdiansyah, Nur Amin, R. Mico Pradana, Krisna Jauhar,

Rino Atyanto dan M. Bronx Noval K. yang selalu mensupport satu sama lain untuk

segera menyelesaikan skripsi masing-masing.

12. Kelas TF A yang tidak bisa disebutkan semua namanya, telah memberikan doa serta

dukungan untuk penulis agar bisa menyelesaikan skripsi.

13. TF angkatan 14 yang tidak bisa disebutkan semua namanya, yang telah memberikan

doa dan dukungan untuk penulis agar bisa menyelesaikan skripsi.

viii

DAFTAR ISI

LEMBAR PENGESAHAN SKRIPSI .................................................................. ii

SURAT PERNYATAAN ANTI PLAGIAT ........................................................iii

ABSTRAK ......................................................................................................... iv

KATA PENGANTAR ......................................................................................... v

UCAPAN TERIMA KASIH ............................................................................... vi

DAFTAR ISI .................................................................................................... viii

DAFTAR GAMBAR ......................................................................................... xii

DAFTAR TABEL ............................................................................................ xiv

BAB I PENDAHULUAN .................................................................................... 1

1.1. Latar Belakang Masalah ........................................................................... 1

1.2. Perumusan Masalah .................................................................................. 3

1.3. Batasan Masalah....................................................................................... 3

1.4. Tujuan ...................................................................................................... 4

1.5. Manfaat .................................................................................................... 4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA .......................................................................... 5

2.1. Penelitian Terdahulu................................................................................. 5

2.2. Prototipe ................................................................................................... 7

2.3. Sistem Konvensional dan Otomatis .......................................................... 8

2.4. IoT (Internet of Things) ............................................................................ 9

ix

2.5. NodeMCU .............................................................................................. 10

2.5.1. Pengertian NodeMCU ................................................................... 10

2.5.2. Jenis NodeMCU ........................................................................... 11

2.6. DHT11 (Sensor Suhu dan Kelembaban) ................................................. 15

2.6.1. Pengertian DHT11 ........................................................................ 15

2.6.2. Spesifikasi DHT11 ....................................................................... 16

2.7. BMP180 (Sensor Tekanan Udara) .......................................................... 17

2.7.1. Pengertian BMP180 ...................................................................... 17

2.7.2. Spesifikasi BMP180 ..................................................................... 17

2.7.3. Fitur BMP180 ............................................................................... 18

2.8. Rain Sensor (Sensor Hujan) .................................................................... 19

2.8.1. Pengertian Rain Sensor ................................................................. 19

2.8.2. Spesifikasi Rain Sensor................................................................. 19

2.9. ThingSpeak............................................................................................. 20

2.9.1. ThingView .................................................................................... 21

2.10. Algoritma Naïve Bayes ........................................................................... 22

2.10.1. Teorema Naïve Bayes ................................................................... 22

2.10.2. Alur Metode Naive Bayes ............................................................. 23

2.10.3. Kelebihan dan Kekurangan ........................................................... 24

2.11. Validasi Confusion Matrix ...................................................................... 24

2.12. Validasi Cohen’s Kappa ......................................................................... 26

x

BAB III METODOLOGI ................................................................................... 27

3.1. Alur Penelitian ....................................................................................... 27

3.2. Kebutuhan Hardware dan Software ........................................................ 29

3.3. Spesifikasi Sistem .................................................................................. 30

3.4. Blok Diagram ......................................................................................... 31

3.5. Perancangan Kinerja............................................................................... 32

3.6. Flowchart Sistem .................................................................................... 34

3.7. Desain Prototipe ..................................................................................... 36

3.8. Skenario Pengujian ................................................................................. 38

3.9. Rancangan Penerapan Naïve Bayes ........................................................ 40

BAB VI HASIL DAN PEMBAHASAN ............................................................ 43

4.1. Skema Hardware dan Software ............................................................... 43

4.1.1. Skema Hardware .......................................................................... 43

4.1.2. Skema Software ............................................................................ 44

4.2. Skenario Pengujian Alat ......................................................................... 44

4.2.1. Pengujian NodeMCU V3 Dengan DHT11 .................................... 45

4.2.2. Pengujian NodeMCU V3 Dengan BMP180 .................................. 48

4.2.3. Pengujian NodeMCU V3 Dengan Rain Sensor ............................. 51

4.3. Perhitungan Naïve Bayes ........................................................................ 55

4.4. Perhitungan Validasi .............................................................................. 58

4.4.1. Perhitungan Validasi Confusion Matrix ........................................ 58

xi

4.4.2. Perhitungan Validasi Cohen’s Kappa ............................................ 60

BAB V PENUTUP ............................................................................................ 63

5.1. Kesimpulan ............................................................................................ 63

5.2. Saran ...................................................................................................... 64

DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................ 65

xii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Pemantau Cuaca Konvensional ........................................................ 8

Gambar 2.2 Ilustrasi Internet of Things ............................................................... 9

Gambar 2.3 Permodelan NodeMCU .................................................................. 10

Gambar 2.4 Permodelan NodeMCU Versi 0.9 .................................................... 12

Gambar 2.5 Permodelan NodeMCU Versi 1.0 .................................................... 13

Gambar 2.6 Permodelan NodeMCU V3 ............................................................ 14

Gambar 2.7 Sensor DHT11 ................................................................................ 15

Gambar 2.8 Sensor BMP180 ............................................................................. 17

Gambar 2.9 Sensor Hujan ................................................................................. 19

Gambar 2.10 Penggambaran ThingSpeak .......................................................... 21

Gambar 2.11 ThingView .................................................................................... 21

Gambar 2.12 Alur Metode Algoritma Naïve Bayes ............................................ 23

Gambar 3.1 Diagram Alur Penelitian ................................................................. 27

Gambar 3.2 Spesifikasi Sistem ........................................................................... 30

Gambar 3.3 Blok Diagram Sistem ...................................................................... 32

Gambar 3.4 Perancangan Kinerja ...................................................................... 33

Gambar 3.5 Flowchart Sistem Otomatis Mini Weather Station .......................... 35

Gambar 3.6 Desain Prototipe Mini Weather Station .......................................... 37

Gambar 3.7 Flowchart Perhitungan Naïve Bayes ............................................... 40

xiii

Gambar 3.8 Blok Diagram Naïve Bayes ............................................................ 41

Gambar 4.1 Tampilan Fisik Mini Weather Station ............................................. 45

Gambar 4.2 Source Code Pengujian DHT11 ..................................................... 46

Gambar 4.3 Serial monitor Pengujian DHT11 ................................................... 46

Gambar 4.4 ThingSpeak Pengujian DHT11 ....................................................... 47

Gambar 4.5 ThingView Pengujian DHT11 ........................................................ 48

Gambar 4.6 Source Code Pengujian BMP180 ................................................... 49

Gambar 4.7 Serial monitor Pengujian BMP180 .................................................. 50

Gambar 4.8 ThingSpeak Pengujian BMP180 ..................................................... 50

Gambar 4.9 ThingView Pengujian BMP180 ....................................................... 51

Gambar 4.10 Source Code Pengujian Rain Sensor ............................................ 52

Gambar 4.11 Serial monitor Pengujian Rain Sensor .......................................... 53

Gambar 4.12 ThingSpeak Pengujian Rain Sensor .............................................. 53

Gambar 4.13 ThingView Pengujian Rain Sensor ................................................ 54

Gambar 4.14 Dataset Validasi Cohen’s Kappa .................................................. 60

Gambar 4.15 Tabel Hasil Crosstabulation SPSS ............................................... 61

Gambar 4.16 Hasil Koefisien Kappa SPSS ........................................................ 62

xiv

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Spesifikasi NodeMCU Versi 0.9 ........................................................ 12

Tabel 2.2 Spesifikasi NodeMCU Versi 1.0 ........................................................ 13

Tabel 2.3 Spesifikasi NodeMCU V3 ................................................................. 15

Tabel 2.4 Spesifikasi Pengukuran Kelembaban Udara DHT11 .......................... 16

Tabel 2.5 Spesifikasi Pengukuran Temperatur DHT11 ...................................... 16

Tabel 2.6 Spesifikasi Karakteristik Electrikal DHT11 ....................................... 16

Tabel 2.7 Spesifikasi Sensor BMP180 ............................................................... 18

Tabel 2.8 Spesifikasi Sensor BMP180 ............................................................... 25

Tabel 3.1 Kebutuhan Hardware dan Software ................................................... 29

Tabel 3.2 Uraian Perancangan Kinerja .............................................................. 33

Tabel 3.3 Keterangan Desain Prototipe ............................................................. 37

Tabel 3.4 Skenario Pengujian ............................................................................ 39

Tabel 4.1 Skema Hardware ............................................................................... 43

Tabel 4.2 Skema Software ................................................................................ 44

Tabel 4.3 Kategori Data Training ...................................................................... 55

Tabel 4.4 Data Sample Suhu dan Kelembaban Bagian 1 .................................... 56

Tabel 4.5 Data Sample Suhu dan Kelembaban Bagian 2 .................................... 56

Tabel 4.6 Data Testing Suhu dan Kelembaban .................................................. 57

Tabel 4.7 Data Perhitungan Confusion Matrix ................................................... 59