Penghematan Daya Pada Sensor Node Menggunakan Metode Pengaturan Waktu Kirim Data

18

Jurnal Teknik Elektro dan Komputer, Vol.1, No.1, April 2013, 18-28

Penghematan Daya Pada Sensor Node Menggunakan Metode Pengaturan Waktu Kirim Data Deny Syafril1, Yusmar Palapa Wijaya2, Putri Madona3 1,2,3

Program Studi Teknik Elektronika, Politeknik Caltex Riau Jln. Umbansari no 1 Rumbai Pekanbaru- Riau Email : [email protected] , [email protected] , [email protected]

Abstrak Wireless Sensor Network (WSN) merupakan sebuah perangkat jaringan nirkabel yang digunakan untuk memonitoring kondisi lingkungan sekitar, seperti suhu, getaran, tekanan ,dan lain-lain. Penggunaan Wireless Sensor Network (WSN) saat ini telah menjadi sebuah pembahasan yang menarik karena berbagai macam aplikasinya. Salah satu bagian yang sedang marak dikembangkan adalah penghematan konsumsi daya sensor node pada aplikasi Wireless Sensor Network. Pada proyek akhir ini, dipaparkan pembuatan sensor node yang dapat menghemat konsumsi daya dengan pengaturan waktu pengiriman data. Sensor node menggunakan mikrokontroler ATMega8535 sebagai pengendali sistem, RTC sebagai pengatur waktu pengiriman data, relay sebagai saklar daya dan sensor LM35 sebagai sensor suhu serta KYL1020U sebagai media pengiriman data. Hasil keseluruhan dengan pengaturan waktu pada sensor node dapat mengirim data setiap menit aktif selama 10 detik berjalan sempurna menghemat daya yang dibandingkan dengan sensor node yang selalu aktif. Konsumsi daya baterai lebih hemat 6 jam pada saat sensor node yang diatur waktu pemakaiannya dibandingkan sensor node yang tidak ada pengaturan waktunya(aktif secara terus menerus). Kata kunci: wireless sensor network, sensor node, KYL1020U, konsumsi daya.

Abstract Wireless Sensor Network (WSN) is a wireless networking tools that is used to monitor environmental conditions, such as temperature, vibration, pressure, and others. Use of Wireless Sensor Network (WSN) has now become an interesting discussion for a variety of applications. One of the emerging development is the power consumption minimization of sensor nodes in Wireless Sensor Network applications. In this paper, we described the manufacture of sensor nodes which can save power consumption by setting time data delivery. Sensor nodes using ATMega8535 microcontroller as the system controller, timer RTC as data transmission, the relay as the power switch and sensor LM35 temperature sensors as well as KYL1020U as the data transmission medium. The overall results with the timing of the sensor node can send data every minute active for 10 seconds to be perfect to save power compared to the sensor nodes are always active. Power consumption 6 hours battery more efficient when the sensor node is set usage time than the sensor node that does not exist the timing (continuous current). Keywords: wireless sensor network,sensor node,KYL1020U, power consumption

1

Pendahuluan

Wireless Sensor Network (WSN) merupakan teknologi pemantauan yang terdiri atas node sensor yang tersebar dan di koordinasikan menggunakan sebuah sistem jaringan nirkabel. Setiap node memiliki kemampuan untuk pengolahan data (mikrokontroler, CPU atau chip DSP), memiliki memori (program, data, memori flash), RF transceiver, sistem catu daya (baterai atau sel surya), dan melibatkan satu atau lebih sensor serta aktuator [1]. Pada [2], sistem WSN memiliki tingkat efesiensi lebih tinggi dibandingkan dengan sistem jaringan berbasis kabel dari segi biaya, fleksibilitas dan reliabilitas serta diprediksi akan menggantikan teknologi hybrid ( berbasis kabel dan nirkabel) dalam beberapa tahun mendatang. Teknologi WSN dapat diterapkan di berbagai bidang yang memerlukan pemantauan data secara teratur. Sebagai contoh adalah ahli lingkungan yang memantau habitat sebuah kawasan, pemantauan kebakaran lading kering (fire bug), perawatan preventif pada oil tanker

Penghematan Daya Pada Sensor Node Menggunakan …

19

menggunakan pendukung jaringan sensor, atau pengamatan lingkungan gunung yang memilki parameter seismik sehingga secara jarak jauh dapat dipantau tingkat keaktifan gunung tersebut. Area perkotaan dapat juga memanfaatkan teknologi ini seperti pada [4], WSN dapat memantau polusi udara, kekuatan gedung, bahaya banjir, level keriuhan (noise) dan umpan video, dimana semuanya dapat di amati melalui visualisasi data menggunakan konsep Geographic Information System (GIS). Pada perkembangan teknologi node sensor, konsumsi daya merupakan salah satu hal penting untuk diteliti. Hal ini dikarenakan pada penerapan WSN, node sensor akan diletakkan tersebar di sebuah lingkungan yang jauh dari pusat pemantau dan diharapkan dapat aktif dalam waktu yang lama. Pengelolaan konsumsi daya dapat dilakukan dengan mengatur waktu pengiriman data menggunakan transceiver [6]. Pada penelitian ini dikembangkan sebuah node sensor yang menggunakan pengaturan waktu kirim sebagai metode untuk menambah masa pakai baterai. 2

Dasar Teori

2.1

Mikrokontroler AVR ATmega8335

AVR termasuk ke dalam jenis mikrokontroler RISC (Reduced Instruction Set Computing) 8 bit. Berbeda dengan mikrokontroler keluarga MCS-51 yang berteknologi CISC (Complex Instruction Set Computing). Pada mikrokontroler dengan teknologi RISC semua instruksi dikemas dalam kode 16 bit (16 bits words) dan sebagian besar instruksi dieksekusi dalam 1 clock, sedangkan pada teknologi CISC seperti yang diterapkan pada mikrokontroler MCS-51, untuk menjalankan sebuah instruksi dibutuhkan waktu sebanyak 12 siklus clock. ATmega8535 memiliki 4 port I/O dan memiliki ADC internal 8 kanal dengan resolusi 10-bit. 2.2

Sensor Suhu LM35

Sensor suhu LM35 adalah komponen elektronika yang memiliki fungsi untuk mengubah besaran suhu menjadi besaran listrik dalam bentuk tegangan. LM35 memiliki keakuratan tinggi dan kemudahan perancangan jika dibandingkan dengan sensor suhu yang lain. LM35 juga mempunyai keluaran impedansi yang rendah dan linieritas yang tinggi sehingga dapat dengan mudah dihubungkan dengan rangkaian kendali khusus serta tidak memerlukan penyetelan lanjutan. Tiga pin LM35 menujukan fungsi masing-masing pin diantaranya, pin 1 berfungsi sebagai sumber tegangan kerja dari LM35, pin 2 atau tengah digunakan sebagai tegangan keluaran atau Vout dengan jangkauan kerja dari 0 Volt sampai dengan 1,5 Volt dengan tegangan operasi sensor LM35 yang dapat digunakan antar 4 Volt sampai 30 Volt. 2.3

Real Time Clock (RTC)

RTC adalah jenis pewaktu yang bekerja berdasarkan waktu yang sebenarnya atau dengan kata lain berdasarkan waktu yang ada pada jam kita. Agar dapat berfungsi, pewaktu ini membutuhkan dua parameter utama yang harus ditentukan, yaitu pada saat mulai (start) dan pada saat berhenti (stop). Salah satu chip RTC yang relatif mudah didapat dipasaran adalah DS1307. Sebuah chip RTC yang berkomunikasi ke mikrokontroler melalui saluran I2C. 2.4

Relay

Relay adalah saklar elektronik yang dapat membuka atau menutup rangkaian dengan menggunakan kontrol dari rangkaian elektronik lain. Sebuah relay tersusun

20

Deny Syafril, Yusmar Palapa Wijaya , Putri Madona

atas kumparan, pegas, saklar (terhubung pada pegas) dan 2 kontak elektronik (normally close dan normally open) 1. Normally close (NC) : saklar terhubung dengan kontak ini saat relay tidak aktif atau dapat dikatakan saklar dalam kondisi terbuka. 2. Normally open (NO) : saklar terhubung dengan kontak ini saat relay aktif atau dapat dikatakan saklar dalam kondisi tertutup. 2.5

KYL 1020U

Kyl 1020U digunakan sebagai media transmisi untuk mengirimkan data yang terdeteksi oleh sensor-sensor secara nirkabel. Untuk dapat mengirimkan data serial melalui udara minimal diperlukan suatu device yang dapat melakukan proses penumpangan data serial digital ke frekuensi pembawa dengan frekuensi yang lebih tinggi untuk kemudian dipancarkan ke udara. Salah satu contoh device yang dapat melakukan hal tersebut adalah modul Kyl 1020U Wireless Transceiver. Modul Kyl 1020U Wireless Data Transceiver dapat mengirimkan dan menerima data serial melalui media udara, dengan frekuensi 433/868/915 MHz dan baud rate air sebesar 9600bps. (Yonggi, 2011) Penggunaan modul tersebut cukup praktis karena dari segi ukuran cukup kecil dan langsung dapat dihubungkan dengan RS232. Modul tersebut bekerja dengan supply antara 3,3 sampai 5 VDC. Dalam satu modul bisa digunakan sebagai pengirim dan sekaligus penerima. Data serial yang akan dipancarkan melalui RF diumpamakan ke modul Kyl 1020U oleh mikrokontroler secara serial. Begitu pula data yang di terima, akan di ambil oleh mikrokontroler secara serial. Jarak yang bisa ditempuhnya sekitar 100 m – 5Km. Baudrate di udara 1200 bps, 2400 bps, 4800 bps, 9600 bps, 19200 bps, atau 38400 bps. Modulasi GFSK (Gaussian Frequency Shift Keying) sehingga sangat anti interferensi dan BER (Bit Error Rate) yang rendah.

Gambar 1

2.6

KyL 1020U.

Visual Basic 6

Visual Basic merupakan suatu development tools untuk membangun aplikasi dalam lingkungan Windows. Visual Basic menggunakan pendekatan Visual untuk merancang user interface dalam bentuk form, sedangkan untuk coding-nya menggunakan bahasa Basic. Pada pemrograman Visual, pengembangan aplikasi dimulai dengan pembentukkan user interface, kemudian mengatur properti dari objek-objek yang digunakan dalam user interface, dan baru dilakukan penulisan kode program untuk menangani kejadian-kejadian (event). Visual Basic menyediakan komponen MSCOMM32.OCX yang dapat digunakan untuk mengakses data dari atau ke port serial computer [6].


3

21

Perencanaan Sistem

Blok Dagram rangkaian Node Sensor

Gambar 2

Power atau catu daya berfungsi sebagai penyedia daya pada perangkat node. RTC berfungsi sebagai pengatur waktu, tujuannya adalah agar node sensor tidak selalu aktif melakukan pengiriman data. RTC mengirim data waktu kepada mikrokontroler yang berarti sinyal aktif transceiver atau bukan. Mikrokontroler berfungsi untuk mengolah data lalu mengirim data ke pemantau atau PC. Data sensor berupa sinyal analog selanjutnya dikonversi memanfaatkan Analog-to-Digital Converter (ADC), kemudian dikirim secara nirkabel dengan bantuan modul KYL1020U. Saat waktu dalam keadaan aktif maka sensor mengambil data suhu lalu data sensor diolah oleh mikrokontroler dan dikirim menggunakan bantuan modul KYL1020U. Sebaliknya pada saat waktu pada RTC menunjukkan tidak aktif maka tidak terjadi proses pengiriman data. 3.1

Rangkaian Mikrokontroler

Rangkaian single chip ini berfungsi sebagai media agar mikrokontroler ATMega8535 dapat bekerja dengan baik. Diagram skematik rangkaian single chip ATMega8535 dapat dilihat pada Gambar 3.

Gambar 3

Rangkaian Sistem Minimum ATmega8535

Sebagai input pada mikrokontroler digunakan PORTA.0, sedangkan PORTD.14 dan PORTD.15 digunakan untuk mentransfer data dalam komunikasi serial yang dihubungkan

22


pada modul wireless KYL 1020U. PORTD.16 digunakan untuk koil pada relay. PORTC.22 dan PORTD.23 digunakan untuk RTC.

Gambar 4

3.2

Sistem Minimum ATmega8535

Rangkaian Sensor LM35

Rangkaian ini terdiri dari sebuah IC LM35 yang menghasilkan nilai suhu analog. Keluaran IC diolah langsung oleh ADC Atmega8535 sednagkan sensitivitas sensor adalah 10 mV/derajat celcius. IC LM35 ini didukung oleh sebuah kapasitor dan sebuah resistor dimana fungsi kedua komponen ini untuk menstabilkan tegangan yang keluar dari IC tersebut.

Gambar 5

3.3

Rangkaian LM35

Transceiver

RF Data Transceiver KYL1020U adalah sebuah piranti atau komponen yang dapat mengirimkan data serial melalui media udara. Piranti tersebut melakukan proses penumpangan data serial digital ke frekuensi pembawa dengan frekuensi yang lebih tinggi untuk kemudian dipancarkan ke udara oleh pemancar.


Gambar 6

3.4

23

Rangkaian mikrokontroler yang dihubungkan dengan KyL 1020U

Rangkaian Relay

Rangkaian ini terdiri dari 2 buah kontak NO (Normaly Open) dimana koil pada relay dihubungkan ke mikrokontroler untuk pengaturan waktu aktif relay. Pada perangkat ini aktivasi tersebut turut mengaktifkan KYL1020U dalam mengirim data suhu. Untuk gambar rangkaian secara keseluruhan ditampilkan pada gambar 8.

Gambar 7

Gambar 8

3.5

Rangkaian Relay

Rangkaian Node Sensor

Flowchart

Pada pemrograman mikrokontroler ATmega8535 digunakan flowchart seperti pada gambar 9(a) dan untuk perograman VB digunakan flowchart seperti pada gamabar 9(b).

24


(a) Gambar 9

(b)

(a) Flowchart pada mikrokontroler dan (b) Flowchart pada Visual Basic

4

Pengujian

4.1

Pengujian LM35

Tegangan awal pada output LM35 dengan supply 5V sebesar 0,30 V, ini merupakan output tegangan pada suhu normal (suhu ruangan), hasil yang didapat sesuai teori untuk suhu ruangan sekitar 30-32 derajat Celcius maka tegangan output LM35 adalah 0,30V - 0,32V, karena setiap kenaikan 1 derajat Celcius tegangan output dari LM35 adalah 10mV. Dan setelah dinaikkan suhu dengan mendekatkan api pada sensor LM35 tersebut, tegangan akan naik, ini menunjukkan sensor suhu LM35 bekerja.

Gambar 10 Pengujian Sensor saat dipanaskan


4.2

25

Pengiriman data menggunakan KyL 1020U

Untuk pengujian KYL 1020U ini, setelah aktivasi rangkaian server atau bagian receiver kemudian kita jalankan hyperterminal- nya. Pengujian adalah dengan cara mengirimkan data dari mikrokontroller dengan satu node saja dan langsung dikirim KYL ke server dan ditampilkan ke hyperterminal.

Gambar 11 Tampilan data hasil penerimaan pada receiver melalui hyperterminal

4.3

Pengukuran Daya Baterai

Untuk melihat pengaruh penggunaan daya tanpa atau menggunakan set waktu kirim, dilakukan pengukuran penggunaan daya baterai. Untuk pengujian daya baterai pertama sekali harus mengukur tegangan awalnya yaitu 9.11 volt dimana arus yang terukur sebesar 4.49 mA. Setelah diukur didapat daya awal baterai yang akan digunakan yaitu 41mW. Untuk pengujian selanjutnya, baterai digunakan selama 1 jam dan kembali diukur tegangan dan arus yang tersisa pada baterai. Dimana tegangan yang terukur sebesar 8.84 volt dan arus sebesar 4.38 mW. Maka dapat dilihat perbandingan tegangan dan arus baterai selama 1 jam adalah sekitar 0.27 volt dan arus sebesar 0.11mW. Mengatur waktu pemakaian dari sensor node, baterai dapat bertahan selama 15 jam pemakaian diukur kembali tegangan sebesar 6.07 V dimana arus yang terukur sebesar 3.04 A, daya baterai berubah menjadi 18.45mW. Pada daya baterai 18.45mW alat tidak dapat mengirim data secara wireless dan sistem pada mikrokontroler tidak bekerja. Pada tabel 1 hasil pengujian daya baterai yang tidak menggunakan pengaturan waktu atau alat secara terus menerus mengirim data. Pada tabel 2, hasil pengujian daya baterai dengan pengaturan waktu setiap menit aktif selama 10 detik. Dari hasil pengujian dapat dibandingkan berapa lama tahan baterai pada saat di atur waktu pemakaian alat dengan yang tidak di atur waktu pemakaiannya. Pada sistem dimana telah di atur waktu pemakaiannya setiap menit dan alat menyala selama 10 detik, baterai bertahan selama lebih kurang 14 jam. Jika dibandingkan dengan yang tidak menggunakan waktu atau alat bekerja terus, baterai hanya tahan selama 8 jam. Dapat dilihat pada kurva perbandingan antara pemakaian baterai yang diatur waktunya dengan yang tidak diatur waktunya pada gambar 12.

26


Tabel 1

Tabel 2

Pengukuran daya baterai versus waktu tanpa pengaturan waktu kirim

Waktu (Jam)

Tegangan (volt)

Arus (mA)

Daya Baterai (mW)

Koneksi

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

8,84 8,65 8,48 8,26 8,05 7,83 7,74 7,6 7,48 7,25 6,97 6,73 6,58 6,36 6,07

4,38 4,29 4,2 4,12 4,02 3,91 3,85 3,75 3,7 3,58 3,59 3,43 3,35 3,24 3,04

38,72 37,11 35,62 34,03 32,36 30,62 29,80 28,50 27,68 25,96 25,02 23,08 22,04 20,61 18,45

OK OK OK OK OK OK OK OK OK OK OK OK OK OK NO

Pengukuran daya baterai versus waktu menggunakan pengaturan waktu kirim Waktu (Jam)

Tegangan (volt)

Arus (mA)

Daya Baterai (mW)

Koneksi

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

8,84 8,31 8,05 7,8 7,64 7,36 7,04 6,45 5,99 5,76 5,38 5,02 4,79 4,37 4,15

4,37 4,15 3,98 3,83 3,76 3,61 3,34 3,07 2,83 2,65 2,54 2,32 2,12 1,95 1,69

38,63 34,49 32,04 29,87 28,73 26,57 23,51 19,80 16,95 15,26 13,67 11,65 10,15 8,52 7,01

OK OK OK OK OK OK OK OK NO NO NO NO NO NO NO


27

Gambar 12 Grafik perbandingan pemakaian daya baterai

Dapat dilihat pada kurva perbandingan pemakaian daya baterai bahwa lebih hemat pemakaian daya yang diatur waktunya (ST) dibandingkan yang tidak diatur (NST). Pada ST bertahan pada 14 jam pemakaian sedangkan NST hanya bertahan 8 jam pemakaian. Pada gambar 14 merupakan tampilan pembacaan sensor node pada visual basic. Dimana data muncul setiap menit selama 10 detik, apabila setelah 10 detik pertama data pada pembacaan suhu akan hilang

Gambar 13 Tampilan pada VB

5

Kesimpulan

Pada sistem ini menghasilkan perbandingan data antara tanpa pengaturan waktu kirim dan menggunakan waktu kirim. Penggunaan baterai lebih hemat 6 jam pada saat sensor node yang diatur waktu pemakaiannya jika dibandingkan Node sensor yang tidak ada pengaturan waktunya (aktif secara terus menerus). Pada daya baterai 18.45mW, perangkat node sensor tidak dapat mengirim data secara nirkabel dan sistem pada mikrokontroler tidak bekerja.

28

6 [1] [2] [3]

[4] [5] [6]

[7]


Daftar Pustaka Stankovic, John A.,Wireless Sensor Network, Department of Computer Science, University of Virginia, 2006 Wayne Manges., It's Time for Sensors to Go Wireless. Part 1: Technological Underpinnings., Sensors Magazine., April 1999 Kavi K. Khedo, Rajiv Perseedoss and Avinash Mungur, A Wirelees Sensor Network Air Pollution Monitoring System, International Journal of Wireless & Mobile Networks (IJWMN), Vol.2,No.2, May 2010 Mohaiyedin Idris, Development Of Wireless Sensor Network For Monitoring Indoor Air Quality, Thesis, UniversitiSains Malaysia, 2010 María Gabriela Calle Torres, Energy Consumption In Wireless Sensor Networks Using Gsp, Thesis, Universidad Pontificia Bolivariana, Medellín, Colombia, 1995 Hendhi Hermawan, Ali Husen Alasiry, Bambang Sumantri,Paulus Susetya W, Rancang Bangun Jejaring Sensor Berbasis Modul Rcm4510w Pada Sistem Akuisisi Data Cuaca Senjaya, Gandhy. & Yongghi. P.A2011. Prototipe Wireless Sensor Network (WSN) sebagai Sistem Pendektesi Dini Kebakaran Hutan menggunakan Media Wireless, Politeknik Caltex Riau, Pekanbaru.

Penghematan Daya Pada Sensor Node Menggunakan Metode Pengaturan Waktu Kirim Data

Recommend Documents