tesis bab 1

5/17/2018 Tesis bab 1 - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/tesis-bab-1 1/16

Tugas Proposal Tesis

Kunto Aji NRP. 2211204011

DosenDr. Muhammad Rivai ST., MT.

Program Magister

Bidang Keahlian Elektronika

Jurusan Teknik Elektro

Fakultas Teknologi Industri

Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya

2012



BAB 1

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Wireless Sensor Networks (WSNs) adalah sebuah kelas jaringan yang

memungkin untuk digunakan pada berbagai aplikasi potensial dalam bidang

kesehatan, militer dan pemantauan lingkungan. Secara umum, jaringan ini sering

digunakan untuk melakukan pengamatan dalam kondisi daerah pengamatan dan

tempat pengamat berada pada posisi yang saling berjauhan, sehingga dibutuhkan

media yang memadai untuk dapat mengirimkan data-data hasil suatu pengamatan.

Sistem WSN yang biasa digunakan pada umumnya terdiri atas kumpulan dari

sejumlah sensor tertentu dengan proses pengiriman data menggunakan sistem

wireless yang biasanya dikenal sebagai wireless sensor array. Dengan adanya

array sensor maka memungkinkan untuk melakukan pengiriman data hasil

pembacaan sensor secara lebih efisien. Hal ini disebabkan karena tidak adanya

sistem kabel yang dapat menyebabkan disipasi daya sehingga menimbulkan noise

Namun sistem wireless sensor array ini memiliki kelemahan yaitu dibutuhkan

waktu yang reltif lama untuk instalasi dan pembiayaan yang juga lebih mahal.

Untuk lebih mengoptimalkan fungsi dan efisiensi dari sistem WSN maka pada

penelitian ini dirancang suatu metode yaitu MWSN ( Mobile Wireless Sensor

Network ). Dengan menggunkan metode MWSN maka hanya dibutuhkan sebuah

wireless sensor yang kemudian ditempatkan pada sebuah mobile device. Prinsip

kerja dari MWSN yaitu menggunakan prinsip scanning. Sebuah wireless sensor

akan melakukan proses pengambilan data dengan men-scan suatu area tertentu

menggunakan sebuah mobile device. Data hasil pembacaan sensor kemudian

dikirimkan ke pusat kontrol untuk diolah dan dianalisa dengan menggunakanmodul wireless Zigbee. Pada setiap posisi tertentu pada area yang discan terdapat

RFID tag yang berfungsi sebagai marker. Sehingga data akan dikirimkan ke pusat

kontrol jika terdeteksi adanya RFID tag. Untuk mendeteksi keberadaan RFID tag

digunakan contactless RFID reader.



1.2 Perumusan Masalah

Permasalahan yang dibahas pada penelitian ini meliputi:

1 Bagaimanakah desain mobile wireless sensor network yang akurat untuk

2 Bagaimanakah algoritma obstacle avoidance yang sesuai untuk diterapakan

pada mobile device sehingga dapat mendukung optimalisasi dari sistem

MWSN

3 Bagaimanakah membangun suatu sistem jaringan mobile sensor yang effisien

untuk diaplikasikan pada suatu lingkungan tertentu.

4 Bagaimanakah efek dari aplikasi dynamic power management methode dalam

proses effisiensi daya sistem.

1.3 Tujuan Penelitian

Tujuan dilakukannya penelitian ini adalah untuk melengkapi kekurangan dari

sistem wireless sensor network . Dengan menggunakan mobile wireless sensor

network maka hanya dibutuhkan sebuah sensor, hal ini tentunya lebih efisien

dibandingkan dengan menggukan sistem WSN yang pada umumnya terdiri dari

banyak sensor. Selain itu dalam proses instalasi, sistem MWSN juga relatif lebih

sederhana. Hal ini disebabkan sistem MWSN menggunakan prinsip scanning

dengan bantuan dari sebuah mobile device. Sehingga untuk memonitor suatu area

tertentu cukup dengan meletakkan RFID tag pada daerah yang ingin dideteksi

kondisinya.



BAB II

DASAR TEORI

2.1 Mobile Wireless Sensor Network

Mobile Wireless Sensor Network atau disingkat dengan MWSN adalah suatu

peralatan sistem embedded yang didalamnya terdapat sebuah sensor dan

dilengkapi dengan peralatan sistem komunikasi, serta dilengkapi dengan sebuah

mobile device. Sensor disini digunakan untuk menangkap informasi sesuai dengan

karakteristik. Sedangkan mobie device berfungsi sebagai pembawa wireless

sensor menuju area tertentu untuk melakukan proses monitoring.

Pada prinsipnya MWSN ( Mobile Wireless Sensor Network ) memiliki kesamaan

dengan teknologi WSN (Wireless Sensor Network ), perbedaan utamanya terletak

pada jumlah sensor dan posisi dari node sensor. Pada metode MWSN jumlah

sensor yang digunakan hanya sebuah sensor saja. Namun node sensor pada

metode MWSN bersifat dinamis, hal ini disebabkan oleh adanya perangkat mobile

device yang berperan sebagai pembawa node sensor.

Gambar 2.1 Struktur Wireless Mobile Sensor

Sebaliknya pada WSN umumnya memerlukan lebih banyak sensor untuk

melakukan proses monitoring pada suatu area tertentu. Jumlah sensor yang

banyak diperlukan pada metode WSN sebab node sensor pada metode WSN

bersifat statis. Sehingga untuk melakukan proses monitoring yang dapat

mencangkupi suatu area tertentu maka dibutuhkan banyak wireless sensor .



Gambar 2.2 Struktur topologi WSN

Dari gambar 2.2 di atas dapat diamati bahwa pada metode WSN memiliki

kekurangan yaitu dibutuhkannya banyak wireless sensor node, sehingga

memerlukan lebih banyak biaya dan proses instalasi yang lebih kompleks. Hal ini

berbanding terbalik dengan metode MWSN yang hanya menggunakan sebuah

wireless sensor untuk melakukan proses monitoring. Sehingga dengan demikian

proses instalasi pada metode MWSN relatif lebih mudah.

2.2 RFID ( Radio Frequency Identification)

RFID atau Radio Frequency Identification, adalah suatu metode yang mana bisa

digunakan untuk menyimpan atau menerima data secara jarak jauh dengan

menggunakan suatu piranti yang bernama RFID tag atau transponder. Suatu RFID

tag adalah sebuah benda kecil, misalnya berupa stiker adesif, dan dapat

ditempelkan pada suatu barang atau produk. RFID tag berisi antena yang

memungkinkan mereka untuk menerima dan merespon terhadap suatu query yang

dipancarkan oleh suatu RFID transceiver.RFID tag dapat bersifat aktif atau pasif. RFID tag yang pasif tidak memiliki

power supply sendiri. Dengan hanya berbekal induksi listrik yang ada pada antena

yang disebabkan oleh adanya frekuensi radio scanning yang masuk, sudah cukup

untuk memberi kekuatan yang cukup bagi RFID tag untuk mengirimkan respon

balik. Sehubungan dengan power dan biaya, maka respon dari suatu RFID yang

pasif biasanya sederhanya, hanya nomor ID saja. Dengan tidak adanya power

supply pada RFID tag yang pasif maka akan menyebabkan semakin kecilnya



ukuran dari RFID tag yang mungkin dibuat. Beberapa RFID komersial yang saat

ini sudah beredar di pasaran ada yang bisa diletakkan di bawah kulit. Pada tahun

2005 tercatat bahwa RFID tag terkecil berukuran 0.4 mm x 0.4 mm dan lebih tipis

daripada selembar kertas. Dengan ukuran sekian maka secara praktis benda

tersebut tidak akan terlihat oleh mata. RFID tag yang pasif ini memiliki jarak

jangkauan yang berbeda mulai dari 10 mm sampai dengan 6 meter.

Gambar 2.3 RFID tag

Ada empat macam RFID tag yang sering digunakan bila dikategorikan

berdasarkan frekuensi radio, yaitu:

• low frequency tag (antara 125 ke 134 kHz)

• high frequency tag (13.56 MHz)

• UHF tag (868 sampai 956 MHz)

• Microwave tag (2.45 GHz)

UHF tag tidak bisa digunakan secara global, karena tidak ada peraturan global

yang mengatur penggunaannya.

Perangkat RFID sensitif terhadap gangguan dan refleksi dari objek lain. Oleh

karena itu, pembacaan RFID umumnya dipengaruhi oleh ketidakpastian yang

tinggi. Selain itu, setidaknya dalam kasus tag pasif, sebuah RFID reader hanyadapat menentukan apakah tag hadir atau tidak dalam jangkauan, sementara itu

tidak mampu memberikan informasi tentang posisi dari tag. Masalah-masalah ini

mungkin sebagian diselesaikan dengan menggunakan RFID aktif. Namun,

transponder aktif lebih mahal daripada yang pasif dan memiliki masa hidup

terbatas.



Sistem RFID pada

scanning sensor. Me

sebagai sinyal impul

tag pada area yang

RFID reader akan d

sistem MWSN.

2.3 Ultrasound Sens

Gelombang ultrasoni

gelombang suara yai

ultrasonik terdiri dari

rangkaian penerima

dibangkitkan akan di

G

Gambar 2.4 RFID Reader

enelitian ini berperan sebagai marker posi

ode MWSN pada penelitian ini memanfaat

s yang memicu proses pengiriman data. Jik

ideteksi maka akan memicu sistem untuk

itempatkan pada mobile device dan merup

r Sebagai Sensor Jarak

k adalah gelombang dengan besar frekuensi

u lebih dari 20 KHz. Seperti telah disebutk

rangkaian pemancar ultrasonik yang disebu

ultrasonik yang disebut receiver . Sinyal

ancarkan dari transmitter ultrasonik.

mbar 2.5 Prinsip Kerja Sensor Ultrasonik

si dalam proses

an sistem RFID

a terdapat RFID

mengirim data.

kan bagian dari

diatas frekuensi

n bahwa sensor

transmitter dan

ultrasonik yang



Ketika sinyal mengenai benda penghalang, maka sinyal ini dipantulkan, dan

diterima oleh receiver ultrasonik. Sinyal yang diterima oleh rangkaian receiver

dikirimkan ke rangkaian mikrokontroler untuk selanjutnya memberikan perintah

kepada robot agar bergerak menjauhi penghalang tersebut sesuai dengan algoritma

program mikrokontroler yang dibuat, seperti terlihat pada gambar 2.5 di atas.

Gambar 2.6 Ultrasonik Transducer

Ultrasonik transducer pada dasarnya terdiri atas 2 bagian yaitu bagian pemancar

(transmitter) dan bagian penerima(receiver) seperti yang ditunjukkan gambar 2.6

di atas.

a. Pemancar Ultrasonik (Transmitter)

Pemancar Ultrasonik ini berupa rangkaian yang memancarkan sinyal

sinusoidal berfrekuensi di atas 20 KHz menggunakan sebuah transducer

transmitter ultrasonik dan sinyalnya difokuskan melalui sebuah corong/pipa. Pada

penggunaannya, akan digunakan 3 buah pemancar yang masing-masing

mengirimkan sinyal dengan frekuensi yang berbeda-beda.

b. Penerima Ultrasonik ( Receiver)

Penerima Ultrasonik ini akan menerima sinyal ultrasonik yang

dipancarkan oleh pemancar ultrasonik dengan karakteristik frekuensi yang sesuai.

Sinyal yang diterima tersebut akan melalui proses filterisasi frekuensi dengan

menggunakan rangkaian band pass filter (penyaring pelewat pita), dengan nilai

frekuensi yang dilewatkan telah ditentukan. Kemudian sinyal keluarannya akan

dikuatkan dan dilewatkan ke rangkaian komparator (pembanding) dengan

tegangan referensi ditentukan berdasarkan tegangan keluaran penguat pada saat

jarak antara sensor kendaraan mini dengan sekat/dinding pembatas mencapai jarak

minimum untuk berbelok arah. Dapat dianggap keluaran komparator pada kondisi

ini adalah high (logika ‘1’) sedangkan jarak yang lebih jauh adalah low



(logika’0’). Logika-logika biner ini kemudian diteruskan ke rangkaian pengendali

(mikrokontroler).

Sensor ultrasonik pada penelitian ini berperan sebagai obstacle avoidance pada

mobile device. Dengan adanya algoritma obstacle avoidance ini maka mobile

device yang dalam berperan sebagai pembawa wireless sensor dapat berjalan

sesuai dengan track yang telah ditentukan. Posisi peletakan sensor ultrasonik

dapat diamai pada gambar 2.7 di bawah ini.

Gambar 2.7 Posisi Ultrasound Transducer Sebagai Deteksi Jarak

Pada gambar di atas digunakan 3 buah sensor ultrasonik, yang setiap sensor

memiliki fungsi masing – masing. Hasil pembacaan dari ketiga sensor tersebut

akan menjadi input untuk mikrokontroller yang kemudian akan diterjemahkan

menjadi data jarak.

2.4 Sensor Gas TGS 2610

Sensor TGS 2610 merupakan sensor yang umum digunakan untuk mendeteksi

adanya kebocoran gas. Sensor ini merupakan suatu semikonduktor oksida-logam,

lapisan sensornya dibentuk diatas oksida aluminium substrat yang dapat

mendeteksi atau merasakan. Sensor ini adalah suatu chip yang tergabung dengan

suatu alat pemanas terintegrasi. Bila terdapat suatu gas, maka daya konduksi

sensor akan meningkat, daya konduksi peningkatan sensor tergantung pada



konsentrasi gas di udara. Suatu untai elektris sederhana dapat mengkonversi

dalam perubahan daya konduksi untuk suatu isyarat keluaran yaitu sesuai dengan

memasang gas konsentrasi.

Sensor TGS 2610 memerlukan dua tegangan masukan yaitu pemanas voltase

(VH) dan voltase sirkit (VC). Alat pemanas Voltase (VH) diterapkan kepada alat

pemanas yang terintegrasi dalam rangka mempertahankan ketetapan unsur yang

merasakan temperatur spesifik yang mana kondisi optimal untuk merasakan saja.

Sirkit Voltase (VC) yang diberlakukan untuk pengukuran voltase (VRL) kebagian

suatu tahanan resistor (RL) yang dihubungkan secara urut dengan sensor. Suatu

rangkaian umum digunakan untuk kedua-duanya VC dan VH untuk memenuhi

kebutuhan elektrik sensor. Adapun nilainya tergantung pada tahanan resistor yang

digunakan (RL) untuk bias divariasikan pada sensitivitas sensor terhadap detektor,

sensitivitasnya dapat diketahui dengan (P) tentang semi penghantar di bawah

suatu batas 15mW. Untuk pengukuran sensitivitas (P) untuk variasi paling tinggi

ketika nilai R memadai sama dengan RL diatas ekspos untuk ketentuan kadar gas

yang terdeteksi. TGS 2610 mempunyai kepekaan tinggi kepada sejenis metan dan

sejenis gas hidrokarbon, pendeteksi yang sangat ideal untuk LPG sebagai

monitoring. Dalam kaitan kepekaan rendahnya uap air alkohol (suatu campur

tangan pada gas dilingkungan yang lebih aman), sensor ini ideal untuk konsumen

pasar dengan aplikasi output misalkan alarm.

Gambar 2.8 Bentuk Fisik Sensor TGS2610



Jika molekul gas LPG mengenai permukaan sensor maka satuan resistansinya

akan mengecil sesuai dengan konsentrasi gas. Sebaliknya, jika konsentrasi gas

menurun akan diikuti dengan semakin tingginya resistansi maka tegangan

keluarannya akan menurun. Dengan demikian perubahan konsentrasi gas dapat

mengubah nilai resistansi sensor dan juga akan mempengaruhi tegangan

keluarannya, sehingga perbedaan inilah yang dijadikan acuan bagi pendeteksi gas

berbahaya ini.

Pada penelitian ini sensor TGS2610 digunakan sebagai sensor untuk mendeteksi

adanyan kandungan gas berbahaya pada suatu daerah tertentu. Selanjutnya data

hasil pembacaan sensor ini akan dibaca ole ADC eksternal pada mikrokontroler,

kemudian dikirimkan ke pusat kontrol melalui wireless modul.

2.5 Modul Wireless ZigBee

Zigbee dan Bluetooth sama – sama berada dalam keluarga WPAN (Wireless

Personal Area Network). Kalau Anda pernah membaca macam – macam jaringan

wireless, tentu Anda mengerti istilah WAN, LAN, dan PAN. Perbedaan Zigbee

dan Bluetooth cukup banyak, mulai dari perbedaan kecepatan (date rate), jarak

(range), dan kualitas layanan (QoS).

Zigbee bekerja pada frekuensi 2,4GHz atau ISM Band (Industry, Scientific,

Medical). Zigbee berkecepatan hanya 250 kbps, sementara Bluetooth

berkecepatan 3Mbps atau lebih. Namun dalam hal jarak komunikasi Zigbee lebih

unggul yaitu up to 1,5 Km (apabila dikoneksikan dengan banyak node).



Modul X-Bee atau ZigBee ini menggunakan komunikasi serial dengan modulasi

FSK (Frequency Shift Keying) dengan frekuensi 2.4 GHz. Jangkauan XBee

mencapai 30 meter indoor dan 100 meter outdoor, sedangkan XBee-Pro 100 meter

indoor dan 1500 meter outdoor. Tentunya jangkauan tersebut akan lebih efektif

jika menggunakan antenna khusus XBee, seperti ini:

Gambar 2.9 Modul ZigBee Pro

XBee juga merupakan salah satu modul telemetri yang dapat berfungsi sebagai

RX dan TX sekaligus atau dapat melakukan komunikasi dua arah. Komunikasi

serial pada modul XBee ini sama dengan cara mengirim dan menerima data

seperti komunikasi serial biasa.



BAB III

METODELOGI PENELETIAN

3.1 Rancangan Penelitian

Metodologi penelitian yang digunakan dalam penelitian ini meliputi:

3.1.1 Studi literatur dari buku dan internet

• Journal

Paper-paper yang diambil adalah yang berhubungan dengan tugas akhir

yang akan dikerjakan. Contoh : Jurnal IEEE.

• Proceeding

Paper-paper yang dibutuhkan adalah paper-paper yang diterbitkan di suatu

seminar dalam bentuk buku yang berhubungan dengan tugas akhir yang

akan dikerjakan. Contoh : Proceeding IEEE

• Text Book

Text book yang dibutuhkan adalah materi-materi yang berhubungan

dengan sensor. Buku yang digunakan adalah buku yang telah diterbitkan.

3.1.2 Pengumpulan data

Data yang dibutuhkan dalam pemrograman dan juga parameter-parameter

yang akan digunakan dalam pengerjaan tugas akhir. Misalnya tentang berapa

nilai dari referensi, algoritma pemrograman, dll.

3.1.3 Perencanaan sistem

Setelah dilakukan studi terhadap beberapa hal yang mendasari topik tugas

akhir ini, maka langkah selanjutnya adalah mendesain sistem. Perancangan

sistem ini meliputi perancangan hardware maupun software serta desain

mekanik sensor.

3.1.3.1 Perancangan Instrumentasi Sensor TGS2610

Pada perancangan sensor yang akan digunakan oleh wireless mobile

monitoring system ini, perancangan sensor dalam hal ini meliputiinstrumentasi

dari sensor TGS2610.



3.1.3.3 Perancangan Instrumentasi Sensor Ultrasonik

Pada tahap ini sensor ultrasonik yang akan digunakan sebagai tracking

device, harus terlebih dahulu dilengkapi dengan device pendukung yang lain.

Device yang diperlukan untuk mendukung kerja dari sensor ultrasonik ini

diantaranya adalah IC max232. IC ini bereperan agar pancaran daya signal

ultrasonik yang dihasilkan dapat lebih kuat sehingga dapat mencapai range

jarak yang jauh.

3.1.3.2 Perancangan Sistem Minimum

Pada perancangan sistem minimum akan digunakan mikrokontroler keluarga

AVR. Hal ini dikarenakan pada mikrokontroler AVR memiliki kemampuan

yang lebih bila dibandingkan dengan mikrokontroler keluarga MCS-51.

3.1.4 Pengujian Alat dan Analisa

Pegujian dilakukan untuk mengetahui tingkat keberhasilan dari sistem sensor

yang telah dirancang. Kemudian dianalisa hasil yang telah didapatkan.

Sehingga bisa diambil kesimpulan dari hasil analisa.

3.1.5 Pembuatan Laporan Tugas Akhir

Melakukan penulisan laporan yang menunjukkan hasil akhir dari thesis.

Dalam penelitian ini dibuat sebuah sistem mobile monitoring kondisi gas.

a. Sistematika Penulisan

Proposal thesis ini terdiri dari tiga bab dengan sistematika penulisan sebagai

berikut: Bab 1 : Pendahuluan

Pendahuluan yang membahas latar belakang, perumusan masalah, serta tujuan

dari penelitian

Bab 2 : Teori Penunjang

Teori penunjang dan literatur yang berguna bagi pembuatan tugas akhir ini.



Bab 3: Metodelogi Penelitian

Meliputi penjelasan mengenai rancangan penelitian, instrumentasi penelitia,

prosedur pengambilan data, cara analisa, serta jadwal penelitian .

3.2 Instrumentasi Peneletian

Perancangan dan pembuatan sistem wireless mobile monitoring sensor network

ini meliputi beberapa instrument pendukung. Instrumentasi yang digunakan dalam

penelitian ini meliputi instrumentasi hardwere dan softwere. Instrumentasi

hardwere yang digunakan meliputi :

• minimum sistem ATMega32

• rangakaian instrumentasi sensor TGS2610

• rangkaian wireless modul Xbee Pro.

• Rangkaian reader RFID

Sedangkan instrumentasi pendukung softwere yang dugunakan adalah:

• program delphi 7 sebagai Human Machine Interface yang berpera sebagai

program interaksi antara user dan sistemm.

• Program Code vision AVR yang berfungsi sebagai program aplikasi

untuk mendownload program pada IC AVR Atmega32.

3.3 Prosedur Pengambilan Data

Proses pengambilan data yang akan diterapkan pada penelitian ini adalah proses

pengambilan data secara real time. Data yang diperoleh ini kemudian akan diolah

dan diproses untuk didapatkan kesimpulan dari perumusan masalah yang telah

dirancang.

3.4 Cara Analisa

Setelah didapatkan data yang diinginkan, maka proses selanjutnya adalah analisa

data. Data yang didapat akan dianalisa menggunakan beberapa metode

diantaranya adalah:

• Metode regresi

Metode ini digunakan untuk menganalisa data yang bersifat linier,

sehingga akan bisa didapatkan hubungan antara variabel.



• Metode Filtering

Cara analisa data dengan metode filtering digunakan untuk mendapatkan

data asli dari suatu penelitian yang telah bercampur dengan sinyal noise.

• Metode Artificial Neural Network

Metode ini digunakan untuk menentukan output dari sistem setelah data

input yang telah didapat melalui proses trainning dan untuk menentukan

output dari sistem.

3.5 Jadwal Penelitian

Kegiatan Minggu

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Melakukan studi literatur

Mendesain hardware dan

software

Menguji hardware dan

software

Menguji sistem secara

keseluruhan

Pembuatan laporan thesis

tesis bab 1

Documents