IMPELENTASI WIRELESS SENSOR NETWORK (WSN) UNTUK MONITORING BEBERAPA PARAMETER PENTING YANG BERHUBUNGAN DENGAN PERMASALAHAN DAYA SERTA KEPERLUAN PEMELIHARAAN ( Subjudul:Software ) Okki Dwi Bagus Abriansyah1, Ir. Anang Tjahjono MT2, Ir. Suryono MT3 Mahasiswa Elektro Industri, Politeknik Elektronika Negeri Surabaya, Surabaya, Indonesia 1* Email :
[email protected] Dosen Pembimbing 1, Politeknik Elektronika Negeri Surabaya, Surabaya, Indonesia 2 Dosen Pembimbing 2, Politeknik Elektronika Negeri Surabaya, Surabaya, Indonesia 3 ABSTRAK Pada saat ini sistem monitoring masih banyak menggunakan kabel sebagai penghubung plant dengan Personal Computer (PC) dan hanya satu plan yang dapat dimonitoring. Oleh karena itu diperlukan proses monitoring yang terdiri dari lebih dari satu plan, Wireless Sensor Network (WSN) merupakan jaringan nirkabel yang terdiri dari beberapa sensor node yang diletakkan pada tempat yang berbeda-beda untuk memonitoring kondisi suatu plan. Pada Proyek Akhir ini dapat dilakukan monitoring plan lebih dari satu dengan metode pengiriman data ke PC menggunakan komunikasi nirkabel, yang selanjutnya data parameter dikirim ke PC yang selanjutnya simpan pada database. Proses monitoring pada PC menggunakan visual basic 6.0 untuk dapat mengetahui nilai selama proses monitoring. Pengiriman data secara nirkabel menggunakan RF modules dapat dihandalkan, karena pengiriman data berupa text tanpa losses hingga jarak 30m di dalam ruangan. Kata Kunci : Komunikasi nirkabel, RF modules, visual basic 6.0.. ABSTRACT At this time many still use the monitoring system as the connecting cable plant with a Personal Computer (PC) and only one plan that can be monitored. Therefore we need a monitoring process that consists of more than one plan, the Wireless Sensor Network (WSN) is a wireless network consisting of several sensor nodes are placed at different places to monitor the condition of a plan. In this Final project monitoring plan can be carried out more than one method of sending data to a PC using wireless communication, which further parameter data sent to the PC then save to the database. Monitoring process on a PC using Visual Basic 6.0 to be able to know the value during the monitoring process. Sending data wirelessly using RF modules reliable, because data transmission in the form of text without any losses of up to 30m distances indoors. Keywords: Wireless communications, RF modules, Visual Basic 6.0.
I. PENDAHULUAN Di dalam dunia industri penggunaan motor sangat banyak antara lain sebagai proses penggilingan, sebagai penggerak konveyor dan sebagainya. Selain itu trafo digunakan sebagai peralatan daya yang sering digunakan. Salah satu yang dijumpai dalam dunia kelistrikan adalah adanya kerusakan isolasi yang ada pada trafo yang akhirnya akan berakibat fatal. Hal tersebut dapat dicegah dengan cara memonitor dan melakukan perawatan. Dari dasar tersebut, maka dapat dikembangkan sebagai obyek dari tugas akhir ini. Dengan mengunakan sistem wireless sensor network maka
dibuatlah perencanaan sistem “IMPLEMENTASI WIRELESS SENSOR NETWORK (WSN) UNTUK MONITORING BEBERAPA PARAMETER PENTING YANG BERHUBUNGAN DENGAN PERMASALAHAN DAYA SERTA KEPERLUAN PEMELIHARAAN”. Dimana proses monitoring dari beban tersebut menggunakan wireless sehingga semakin mudah memahami kinerja dari motor dan trafo, sehingga dapat dihasilkan suatu sistem yang dapat memantau serta mendeteksi kinerja beban daya industri dan keperluan pemeliharaan.
II. TEORI PENUNJANG II.1 Wireless Sensor Network (WSN) Wireless Sensor Network merupakan suatu jaringan
1
nirkabel yang terdiri dari kumpulan dari beberapa sensor (sensor node) yang tersebar di suatu area yang berbeda. untuk memonitoring dan mengontrol kondisi suatu plant. II.2 Mikrokontroller ATMega 128 Mikrokontroler adalah sebuah system komputer fungsional dalam sebuah chip. Di dalamnya terkandung sebuah inti prosesor, memori (sejumlah kecil RAM, memori program, atau keduanya), dan perlengkapan input output. Mikrokontroler ATMega-128 memiliki spesifikasi sebagai berikut, yang dapat dilihat dari gambar 2.1 1. Saluran I/O sebanyak 56 buah, yaitu Port A, Port B, Port C, Port D, Port E, Port F dan Port G. 2. ADC 10 bit sebanyak 8 saluran. 3. 2 buah Timer/Counter 8 bit dan 2 buah Timer/Counter 16 bit. 4. Dua buah PWM 8 bit. 5. Watchdog Timer dengan osilator internal. 6. Internal SRAM sebesar 4 kbyte. 7. Memori flash sebesar 128 kBytes. 8. Interupsi Eksternal. 9. Port antarmuka SPI. 10. EEPROM sebesar 4 kbyte. 11. Real time counter. 12. 2 buah Port USART untuk komunikasi serial. 13. Enam kanal PWM. 14. Tegangan operasi sekitar 4,5 V sampai dengan 5,5V. II.3 Komunikasi Serial Komunikasi serial RS232 adalah suatu protokol komunikasi serial yang mode pengoperasiannya single ended artinya Signal RS232 di representasikan dengan level tegangan +3V sampai +12V kondisi 0 atau disebut sebagai kondisi SPACE, sedangkan tegangan -3V sampai -12V direprensentasikan sebagai kondisi 1 atau disebut sebagai kondisi MARK.. Pada komunikasi serial panjang kabel juga mempengaruhi kecepatan pengiriman data, apabila kabel semakin panjang maka semakin rendah kecepatan pengiriman data, hal ini sesuai dengan tabel berikut:
9600 4800 2400
500 100 3000
150 300 900
II.1 Xbee PRO RF Module XBee PRO merupakan modul radio frekuensi yang beroperasi pada frekuensi 2.4 GHz. Sebelum menggunakan Xbee PRO ada beberapa parameter yang harus diatur agar dapat berkomunikasi dengan modul lain. Terdapat 24 perintah (AT Command) untuk mengatur parameter dari Xbee PRO. Cara mengatur parameter Xbee PRO sebagai berikut: request=+++ response=OK
//membuka atcommand
request=atmy1 response=OK
//alamat diri =1
request=atdl2 response=OK
//alamat yang dikirim
request=atchc response=OK
//channel RF connection
request=atid3328 response=OK
//Personal Area Network
request=atwr xbee pro response=OK
//menyimpan di memori
request=atcn response=OK
//menutup atcommand
II.1 Visua Basic Visual Basic adalah salah suatu development tools untuk membangun aplikasi dalam lingkungan Windows. Dalam pengembangan aplikasi, Visual Basic menggunakan pendekatan Visual untuk merancang user interface dalam bentuk form. Tampilan Visual Basic terdapat pada Integrated Development Integration (IDE) seperti pada gambar di bawah ini:
Tabel 2.1 Kecepatan pengiriman data dengan panjang kabel Baud rate Max Lenght Max Lenght (bps) (feet) (feet) 19200 50 15
2
Gambar 3.1 Konfigurasi Sistem WSN Gambar 2.1 Tampilan awal bidang kerja Visual Basic 6.0 Adapun pejelasan jendela-jendela adalah sebagai berikut : Menu Bar, digunakan untuk memilih tugas-tugas tertentu seperti menyimpan project, membuka project, dll Main Toolbar, digunakan untuk melakukan tugastugas tertentu dengan cepat. Jendela Project, jendela berisi gambaran dari semua modul yang terdapat dalam aplikasi anda. Jendela Form Designer, jendela merupakan tempat anda untuk merancang user interface dari aplikasi anda Jendela Toolbox, jendela berisi komponenkomponen yang dapat anda gunakan untuk mengembangkan user interface. Jendela Code, merupakan tempat bagi anda untuk menulis koding. Anda dapat menampilkan jendela dengan menggunakan kombinasi Shift-F7. Jendela Properties, merupakan daftar propertiproperti object yang sedang terpilih. Sebagai contohnya anda dapat mengubah warna tulisan (foreground) dan warna latarbelakang (background). Anda dapat menggunakan F4 untuk menampilkan jendela properti. Jendela Color Palette, adalah fasilitas cepat untuk mengubah warna suatu object. Jendela Form Layout, akan menunjukan bagaimana form bersangkutan ditampilkan ketika runtime. III PERENCANAAN SISTEM Pada perencaan system ini terdiri dari blok diagram perencanaan software III.1 Konfigurasi Sistem
Pada gambar 3.1 ditunjukkan konfigurasi dari sistem WSN. Jaringan sensor nirkabel merupakan suatu jaringan yang mana terdapat beberapa sensor diletakkan di beberapa tempat berbeda. Sensor – sensor tersebut akan mensensor obyek dan mengirim data tersebut secara nirkabel menuju server. Obyek yang disensor adalah tegangan, arus, dan kecepatan pada beberapa jenis beban. Tegangan dan arus yang disensor akan dijadikan input pada ADC internal dari mikrokontroller. Data – data dari ADC, frekuensi, beda phase beserta waktu penyimpanannya (menggunakan RTC) akan disimpan di database. Data data yang telah terkumpul dapat dijadikan bahan referensi bagi perusahaan untuk mengambil tindakan yang berhubungan dengan perawatan. Pada gambar 3.2 ditunjukkan blok diagram dari WSN untuk monitoring energi listrik dan pada gambar 3.3 ditunjukkan blok diagram dari sensor node.
Gambar 3.2 Blok Diagram WSN untuk monitoring
3
Gambar 3.3 Blok siagram sensor node . III.2 Perencanaan dan Pembuatan Perangkat Lunak Software yang dibuat merupakan program untuk komunikasi antara beberapa sensor node dan server. Komunikasi antara node dan serverTopologi yang digunakan adalah Topologi Star, pada topologi ini setiap node terhubung langsung dengan server. Untuk memperjelas alur komunikasi antara sensor node dengan server, pada gambar 3.4 ditunjukkan flowchart sistem dari node.
(@node:dd:mm:yy:hh:mm:ss:vt:vs:vt:i:kec\r @node:dd:mm:yy:hh:mm:ss:vt:vs:vt:i:kec\r @node:dd:mm:yy:hh:mm:ss:vt:vs:vt:i:kec\r….) Contoh: (@1:11:07:2011:08:12:23:220.00:220.00:220.00:3.00:1500.0 0 @1:11:07:2011:08:12:23:220.00:220.00:220.00:3.00:1500.00 @1:11:07:2011:08:12:23:220.00:220.00:220.00:3.00:1500.00 ) Pada format diatas terdapat paket data yang diawali dengan “@” dan diakhiri dengan enter, isi dari paket data pada contoh diatas adalah node, tanggal, jam, tegangan Vr, tegangan Vs,tegangan Vt, arus, dan kecepatan. Selanjutnya pada sisi server akan menunggu request dari sensor node, bila terdapat request , maka server akan menerima paket data dari sensor node. Data yang diterima oleh server akan terdapat pada visual basic 6.0 yang selanjutnnya akan dibuatkan program untuk mencacah paket data yang diterima agar dapat dimasukkan ke database. Pada database terdapat beberapa kolom yaitu kolom id, kolom tegangan (Vr), kolom Vs, kolom Vt, kolom arus (I), kolom kecepatan, dan kolom tanggal. Data-data yang telah tersimpan pada database dimanfaatkan untuk memberikan informasi kepada user tentang keadaan plan. Untuk memperjelas sistem komunikasi antara server dan sensor node, pada gambar 3.5 ditunjukkan flowchart dari komunikasi data pada sisi server.
Gambar 3.4 Flowchart sistem sensor node Pada flowchart diatas data yang diperoleh dari sensor tegangan, sensor arus dan kecepatan serta waktu pembacaannya dibaca dengan Analog to Digital Converter (ADC) yang selanjutnya akan dikirim. Apabila ada request dari user yang meminta data-data tersebut dikirimkan maka seluruh data dipaketkan menjadi satu setelah itu dikirimkan dengan format dari paket data yang dikirim sebagai berikut : Format untuk satu paket data: @node:dd:mm:yy:hh:mm:ss:vt:vs:vt:i:kec\r Contoh: @1:11:07:2011:08:12:23:220.00:220.00:220.00:3.00:1500.00 Format untuk beberapa paket data
. Gambar 3.5 Flowchart komunikasi sisi server
4
Setelah data diteima oleh server selanjutnya data akan ditampilkan di visual basic untuk dapat mengetahui keadaan beban pada saat pengambilan data secara langsung maupun dengan data-data yang sudah tersimpan di dalam database. Untuk memperjelas tampilan pada visual basic, pada gambar 3.6 ditunjukkan tampilan dari visual basic.
IV.2 Pengujian Visual Basic Pada bagian visual basic kita dapat mengakses datadata tersebut, tampilan awal pada visual basic seperti pada gambar 4.1.
Gambar 4.1 Tampilan awal visual basic Gambar 3.6 Tampilan awal visual basic
IV PENGUJIAN DAN ANALISA IV.1 Pengujian Xbee Pro Data Xbee pro digunakan untuk modul komunikasi nirkabel, yang mana baudrate dapat diatur sesuai kebutuhan. Berikut ini merupakan data-data pengukuran kualitas pengiriman Xbee PRO dengan jarak 3 meter hingga 30 meter, dengan baudrate 9600 bps, data yang dikirim berupa text file yang berisi ”abcdefghijklmnopqrstuvwxyz” dan didapatkan data pada tabel 4.1.
Pada gambar diatas merupakan tampilan awal dari visual basic, pada visual basic ini terdiri dari 6 tab yang memiliki fungsi yang berbeda-beda. Setelah dijalankan tampilan awal pad visual basic seperti pada gambar 4.2.
Tabel 4.1 pengukuran kualitas pengiriman data dari XbeePRO dengan baudrate 9600bps Gambar 4.2 Tab setting pada visual basic setelah dijalankan Pada gambar diatas yaitu tab awal setelah visual basic dijalankan yaitu tab setting dimana pada tab setting ini kita dapat mengatur settingan komunikasi yang terdapat pada grup communication antara lain setting baudrate, setting parity, setting data lenght dan setting stop bit. Berikutnya pada grup setting Real Time Clock(RTC), kita dapat mengatur waktu pada mikrokontroller sehingga sama atau cocok dengan waktu komputer. Masih pada tab setting, kita dapat menentukan besarnya setpoint untuk semua beban dan hal ini dapat dimanfaatkan user sebagai peringatan apabila terjadi over voltage ataupun under voltage. Pada tab berikutnya yaitu tab offline monitoring dimana pada tab ini user dapat memilih data-data pada node
5
yang diinginkan untuk ditampilkan. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar 4.3
Gambar 4.5 Tab online monitoring pada visual basic
Gambar 4.3 Tab offline monitoring pada visual basic Berdasarkan gambar diatas dapat diketahui dan dapat dianalisa berdasarkan data yang telah tersimpan di database. Pemilihan data yang diinginkan dapat diketik dari pada text box Node no selanjutnya menekan tombol lihat data sehingga data dapat ditampilkan dalam bentuk tabel. Selain dapat melakukan monitoring secara offline, user juga dapat dapat melakukan monitoring secara langsung (online) seperti yang terdapat pada gambar 4.4.
Setelah dilakukan monitoring baik secara offline maupun secara online, user dapat melakukan analisa pada tab analisa-report. Seperti yang terdapat pada gambar 4.5 dapat diketahui bahwa user dapat mengetahui keadaan plant, apakah plant dalam keadaan over ataupun under voltage apa tidak, dan user juga dapat mengetahui nilai ratarata,maximal,minimal dari masing data yang disensing. Pada tab terakhir dari tampilan visual basic yaitu tab about dimana tab ini berisi tentang tugas akhir ini dan ucapan terima kasih penulis, untuk lebih jelas dapat dilihat pada gambar 4.6
Gambar 4.6 Tab about pada visual basic
IV.3 Analisa Setelah dilakukan pengujian dengan cara integrasi antara hardware dan software diperoleh hasil dari pembacaan sensor tegangan dan sensor arus dari ketiga beban dapat tersensing dengan cukup baik sehingga data yang dikirim oleh sensor node dapat terbaca oleh server dan ditampilkan pada visual basic, akan tetapi pembacaan sensor kecepatan tidak dapat terbaca dengan sempurna oleh sensor kecepatan. Hal ini disebabkan oleh pembacaan mikrokontroller yang kurang tepat, dikarenakan perhitungan keceptan menggunakan timer 8 bit, sedangakan data yang terbaca lebih dari 8 bit. Sedangkan pembacaan dari sensor tegangan dan sensor arus diperoleh hasil yang cukup baik. Gambar 4.4 Tab online monitoring pada visual basic Berdasarkan gambar diatas dapat diketahui bahwa data yang dikrim oleh sensor node dapat lansung disimpan di database
V. ANALISA DAN KESIMPULAN V.1 KESIMPULAN Setelah melakukan tahap perancangan dan pembuatan system yang kemudian dilanjutkan dengan tahap
6
pengujian dan analisa maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut : 1.
2. 3.
Pengiriman data secara nirkabel menggunakan RF modules dapat diandalkan, karena pada pengiriman data dengan jarak 5m - 6m tidak mengalami losses. Data yang diterima oleh Personal Computer (PC) dapat disimpan pada database sesuai data yang diterima. Terjadi kegagalan pembacaan sensor kecepatan oleh mikrokontroller sehingga tidak dapat terbaca oleh visual basic.
V.2 SARAN Dari hasil Proyek Akhir ini masih terdapat beberapa kekurangan dan dimungkinkan untuk pengembangan lebih lanjut. Oleh karenanya penulis merasa perlu untuk memberi saran-saran sebagai berikut : 1.
2.
RF module baik server dan sensor node diletakkan lebih jauh dan dengan adanya halangan sehingga dapat diketahui tingkat kehandalan dari RF module. Pada software CodeVision sebaiknya diperlukan pemrograman yang sesuai agar dapat mengitung kecepatan dengan tepat.
DAFTAR PUSTAKA 1.
2. 3.
4.
5.
” What Is a Wireless Sensor Network?”. 2009 , NI Developer Zone, National Instruments http://zone.ni.com/devzone/cda/tut/p/id/8707 Drs.A.Arismunandar”Teknik Tenaga Listrik”. Pradnya Paramita, Jakarta, 1993 Moch Harun Arrosyd, ,Proyek Akhir” Implementasi Wireless Sensor Network Untuk Monitoring Parameter Energi Listrik Sebagai Peningkatan Layanan Bagi Penyedia Energi Listrik ”, PENS ITS, Surabaya,2009 ”Datasheet Atmega128”. diakses 1 pebuari 2009, dari Datasheet catalog http://www.datasheetcatalog.com/datasheets_pdf/A/T/ M/E/ATMEG A128.shtml Panduan Lengkap Pemrograman Visual Basic 6.0, oleh Subari dan Yuswanto, penerbit cerdas pustaka publisher.
7
