RANCANG BANGUN ELECTRONIC FISH TAG BERBASIS MIKROKONTROLER DENGAN SENSOR RADIO FREQUENCY IDENTIFICATION (RFID) DIWA PERKASA

RANCANG BANGUN ELECTRONIC FISH TAG BERBASIS MIKROKONTROLER DENGAN SENSOR RADIO FREQUENCY IDENTIFICATION (RFID)

DIWA PERKASA

DEPARTEMEN ILMU DAN TEKNOLOGI KELAUTAN FAKULTAS PERIKANAN DAN ILMU KELAUTAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2014

PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA* Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Rancang Bangun Electronic Fish Tag Berbasis Mikrokontroler Dengan Sensor Radio Frequency Identification (RFID) adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini. Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut Pertanian Bogor. Bogor, September 2014 Diwa Perkasa NIM C54100071

*

Pelimpahan hak cipta atas karya tulis dari penelitian kerja sama dengan pihak luar IPB harus didasarkan pada kerja sama yang terkait

ABSTRAK DIWA PERKASA. Rancang Bangun Electronic Fish Tag Berbasis Mikrokontroler Dengan Sensor Radio Frequency Identification (RFID). Dibimbing oleh TOTOK HESTIRIANOTO dan HAWIS. H. MADDUPPA Electronic Fish Tag merupakan instrumen pelabelan hewan secara digital dengan RFID tag agar penandaan hewan menjadi lebih mudah dan efisien. Penelitian ini bertujuan menghasilkan desain Electronic Fish Tag serta menghasilkan informasi data berdasarkan uji kinerja instrumen ini. Tahapan pengerjaannya meliputi perancangan alat, perancangan elektronik perancangan perangkat lunak, media penyimpanan, uji coba lab, dan uji coba lapang. Casing dirancang dengan bentuk silinder dengan bahan Poly Ethylen (PE) dan alumunium. Sistem elektroniknya terdiri atas Arduino Nano sebagai pusat pengendali utama, CR003 sebagai pembaca RFID, DS1302 sebagai kontrol waktu, Buzzer sebagai indikator pemakaian, Catalex Mikro SD untuk media penyimpanan data. Uji kinerja menunjukan casing kedap dan dapat membaca RFID Tag walaupun terdapat media penghalang kecuali berupa logam. Jarak pembacaan RFID Tag 54.23 ± 1.17 mm dengan asumsi antena RFID dan koil RFID Tag sejajar. Terdapat beberapa faktor pembacaan RFID seperti media penghalang dan orientasi koil terhadap antena. Uji lapang pada 4-6 Agustus 2014 di Teluk Cendrawasih, Nabire, Provinsi Papua Barat menunjukan Electronic Fish Tag dapat membaca RFID Tag dan data tersimpan dengan baik. RFID Tag yang digunakan berjenis RFID Glass Tag Ø 5mm. Kata kunci: antena, instrument, koil, rancang bangun, RFID

ABSTRACT DIWA PERKASA. Design of Electronic Fish Tag-Based Microcontroller with Sensor Radio Frequency Identification (RFID). Supervised by TOTOK HESTIRIANOTO and HAWIS. H. MADDUPPA Electronic Fish Tag is an electronic instrument to tag, therefore the tagged fish can be detected and identified quickly rather then non-electronic tag. This research aims to produce electronic design and information based on lab testing and field testing of this instrument. The stage of process consist of design tool, electronic design software design, media storage, lab testing, and field trials. Casing made of Poly Ethylene (PE) and alumunium. Electronics system consist of an Arduino Nano as the main control, CR003 as RFID readers, DS1302 as control timer, Catalex Micro SD for data storage device, and Buzzer as an indicator. Performance test showed that casing is waterproof and RFID tag can be read. Reading distance range about 54.23 ± 1:17mm, RFID tags and RFID coil is posisitional in parallel. There is a few factor of RFID reading such as barrier media and coil orientation to the antenna. Field test at 4-6 August 2014 in Cendrawasih bay, Nabire, Papua Barat Province showed that Electronic Fish Tag RFID could read a RFID tag and the data was stored properly. That tags used are RFID Glass Tags Ø 5mm. Keywords: antenna, coil, design, instrument, RFID

RANCANG BANGUN ELECTRONIC FISH TAG BERBASIS MIKROKONTROLER DENGAN SENSOR RADIO FREQUENCY IDENTIFICATION (RFID)

DIWA PERKASA

Skripsi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Ilmu Kelautan pada Departemen Ilmu dan Teknologi Kelautan

DEPARTEMEN ILMU DAN TEKNOLOGI KELAUTAN FAKULTAS PERIKANAN DAN ILMU KELAUTAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2014

Judul Skripsi : Rancang Bangun Electronic Fish Tag Berbasis Mikrokontroler Dengan Sensor Radio Frequency Identification (RFID) Nama : Diwa Perkasa NIM : C54100071

Disetujui oleh

Dr. Ir. Totok Hestirianoto, M.Sc Pembimbing I

Dr. Hawis H. Madduppa, S.Pi, M.Si Pembimbing II

Diketahui oleh

Dr. Ir. I Wayan Nurjaya, M.Sc Ketua Departemen

Tanggal Lulus:

PRAKATA Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu wa ta’ala atas segala karunia-Nya sehingga karya ilmiah Rancang Bangun Electronic Fish Tag Berbasis Mikrokontroler Dengan Sensor Radio Frequency Identification (RFID) telah diselesaikan. Karya tulis ini diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Ilmu dan Teknologi Kelutan pada Fakultas Perikanan dan Imu Kelautan. Terima kasih penulis ucapkan kepada: 1. Dr. Ir. Totok Hestirianoto, M.Sc selaku dosen pembimbing yang selalu memberi saran serta masukan. 2. Dr. Hawis H. Madduppa, S.Pi, M.Si selaku dosen pembimbing atas waktu dan arahan pada saat uji coba lapang. 3. Cassandra Tania dan seluruh tim WWF untuk bantuannya pada saat uji coba lapang. 4. Keluarga atas dukungan dan doanya. 5. Staf Laboratorium dan Intrumentasi Kelautan. 6. Acta Withamana, S.Pi, M.Si atas gagasan idenya dalam pembuatan penelitian ini 7. Prof. Dr. Ir. Indra Jaya, M.Sc selaku Pembina utama klub Marine Instrument and Telemetry (MIT). 8. Teman-teman seperjuangan Diklat MIT-02 dan seluruh keluarga besar MIT berkat ilmu yang disampaikan. 9. Teman-teman ITK 47 untuk semua dukungan dan semangat. Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.

Bogor, Oktober 2014 Diwa Perkasa C54100071

DAFTAR ISI DAFTAR TABEL

vi

DAFTAR GAMBAR

vi

DAFTAR LAMPIRAN

vi

PENDAHULUAN

1

Latar Belakang

1

Perumusan Masalah

1

Tujuan Penelitian

2

Manfaat Penelitian

2

METODE

2

Waktu dan Tempat Penelitian

2

Alat dan Bahan Penelitian

2

Prosedur Penelitian

3

HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil Rancang Bangun Uji Laboratorim SIMPULAN DAN SARAN

6 6 14 20

Simpulan

20

Saran

21

DAFTAR PUSTAKA

22

LAMPIRAN

23

RIWAYAT HIDUP

28

DAFTAR TABEL 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10.

Alat penelitian 2 Bahan penelitian 3 Frekuensi Penggunaan RFID 7 Spesifikasi teknis Electronic Fish Tag 8 Konfigurasi Pin Arduino dengan perangkat lain 9 Keterangan suara indicator buzzer 11 Kebutuhan tegangan listrik perangkat elektronik 12 Keberhasilan pemindaian RFID tag dengan media penghalang Styrofoam 16 Keberhasilan pemindaian RFID tag dengan media papan alumunium 17 Jarak pemindaian RFID Tag Gantungan kunci (mm) terhadap Electronic Fish Tag 17

DAFTAR GAMBAR 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22. 23. 24.

Desain dan dimensi casing Electronic Fish Tag 4 Skematik rangkaian elektronik Electronic Fish Tag 5 Hasil rancang bangun Electronic Fish Tag 6 Skematik desain antena RFID 7 Modul Arduino Nano 8 Rangkaian Elektronik Arduino Nano 8 Modul CR003 9 Rangkaian modul CR003 9 RFID tag (a) glass tag (b) gantungan kunci 10 Rangkaian Real Time Clock DS1302 10 Modul SDCard Catalex 11 Rangkaian elektronik Modul mikro SDCard Catalex 11 Rangkaian Buzzer 11 Rangkaian elektronika Baterai 12 Diagram alir perangkat lunak Electronic Fish Tag 13 File SETTING.ini (a) RTC belum diatur (b) RTC setelah diatur 14 Jarak pembacaan RFID Glass tag Ø 5mm (a) orientasi koil mendekati antena (b) orientasi koil menjauhi antena 15 Jarak pembacaan RFID tag gantungan kunci Ø 20mm (a) orientasi koil sejajar dengan antena (b) orientasi koil tegak lurus dengan antena 15 RFID tag yang ditempatkan pada Styrofoam (a) RFID Glass Tag 16 Grafik Pembacaan RFID 18 Data hasil pemidaiain Electronic Fish Tag 18 Lokasi penempatan eksternal tag berdasarkan tipe (Vilhjalmur 2002) 19 Uji coba pemasangan RFID tag pada Hiu Paus (a) RFID tag pada dorsal ikan (b) Uji coba pemindaian RFID tag 20 Data uji coba pemasangan RFID tag pada ikan Hiu Paus 20

DAFTAR LAMPIRAN 1.

Lampiran 1. Kode Program Electronic Fish Tag.

23

1

PENDAHULUAN Latar Belakang Penandaan hewan laut atau pelabelan (tagging) dengan sensor elektronik semakin banyak dilakukan olah para ilmuwan di seluruh dunia untuk melacak pergerakan hewan tersebut. Label elektronik yang sudah umum digunakan adalah archival tags, pop-up satelite tags, satelite positioning tags, GSM tags, acoustic tags, dan Radio Frequency Identification (RFID) tags (Cencus of Marine Life 2013). Data yang dihasilkan oleh label elektronik ini berupa kapan, di mana, dan bagaimana ruaya hewan laut serta bagaimana hubungannya antara ruaya hewan laut dengan lingkungannya. Kemampuan untuk dapat memprediksikan pergerakan hewan laut berdasarkan insting hewan tersebut memiliki peran penting dalam upaya konservasi laut dan pengelolaan perikanan tangkap. Kemajuan teknologi dibidang elektronik seperti mikrokontroler dan Radio Frequency Identification (RFID) banyak digunakan oleh para peneliti zaman sekarang untuk membantu tugasnya dalam identifikasi. Teknologi label RFID merupakan salah satu teknologi murah yang dapat diaplikasikan untuk pelabelan hewan laut. Umumnya teknologi pelabelan RFID ini sudah dilakukan untuk beberapa ikan hias. Hal ini dilakukan karena ikan sulit sekali dikenali karena bentuk secara fisiknya mirip dengan ikan lainnya walaupun dipelihara dalam suatu wahana/akuarium. Teknologi RFID ini mampu digunakan untuk membantu dalam hal identifikasi ikan secara teliti dan efisien. Radio Frequency Identification (RFID) adalah sistem identifikasi tanpa kabel (wireless) menggunakan gelombang radio. Prinsip kerja RFID didasarkan pada prinsip kerja gelombang elektromagnetik. Perangkat RFID dapat berkomunikasi jika bekerja pada frekuensi yang sama. Karaktersistik frekuensi didasarkan pada kondisi lapangan yang sangat bervariasi dalam penerapannya. Hingga saat ini terdapat 4 macam frekuensi RFID yang dipakai yakni low frequency (120-150kHz), high frequency (13.56MHz), ultra high frequency (868-956MHz), dan microwave (>2.45GHz). Ukuran pemindai RFID yang dirancang portable umumnya berukuran cukup kecil serta dilengkapi oleh mikroprosesor, RFID reader, dan memori untuk media penyimpanan data. Hal yang perlu diperhatikan dalam perancangan Electronics Fish Tag adalah ukuran antena, baterai, dan kekedapan terhadap air (Biomark Inc, 2014). Pengembangan tentang RFID ini sebenarnya sudah banyak dilakukan, namun masih tergolong sedikit yang diimplementasikan terhadap perikanan. Perancangan instrumen yang mudah dioperasikan perlu diterapkan dalam penelitian ini. Produk yang dihasilkan pun harus cukup handal dan mampu mengurangi ketergantungan dan menciptakan kemandirian teknologi. Perumusan Masalah Monitoring hewan dibutuhkan agar dapat menduga dengan tepat jumlah individu spesies di suatu lokasi. Metode identifikasi menggunakan cara manual seperti menggunakan ciri-ciri fisik tubuh dinilai cukup sulit karena mengandalkan visualisasi. Maka dapat dilakukan secara optimal pada perairan kekeruhannya

2

rendah. Instrumen Electronic Fish Tag diharapkan dapat membantu teknik identifikasi secara efisien dan menciptakan kemandirian teknologi. Tujuan Penelitian Tujuan penelitian ini adalah menghasilkan desain dan sistem kerja dari instrumen Electronic Fish Tag yang mudah digunakan. Manfaat Penelitian Manfaat penelitian ini adalah penulis dapat merancang desain, konstruksi, dan sistem Electronics Fish Tag serta memberikan gambaran tahapan uji coba dan analisis dari instrumen yang dihasilkan.

METODE Waktu dan Tempat Penelitian Penelitian ini dilakukan beberapa tahap dan tempat. Prancangan instrumen dan uji coba lab dilakukan pada Maret-Agustus 2014 di Laboratorium Instrumenasi dan Telemetri Kelautan, bagian Akustik dan Instrumenasi Kelautan, Departemen Ilmu dan Teknologi Kelautan, Fakultas Perikanan dan Ilmu Kelautan, Institut Pertanian Bogor. Uji coba Instrumen dilakukan pada Bulan 4-6 Juli 2014 di Taman Nasional Teluk Cendrawasih. Alat dan Bahan Penelitian Alat yang digunakan pada penelitian ini dapat dilihat pada Tabel 1. Tabel 1 Alat penelitian Alat Laptop

Tipe Fujitsu Lifebook OS Windows 7 Professional

Solder

Deko

PCB

PCB bolong

Arduino IDE

Versi 1.5.5

EAGLE

Versi 6.3.0

Fungsi Membuat firmware mikrokontroler dan mengunduh firmware menuju mikrokontroler Menyolder komponen elekronik dengan PCB Tempat dudukan kompenen elektronik Membuat alur program dan meng-compile menjadi *.hex Mensimulasi rangkaian elektronik

3

Bahan yang digunakan pada penelitian ini dapat dilihat pada Tabel 2. Tabel 2 Bahan penelitian Alat Arduino RFID Reader RFID Tag Modul SD Card Micro SD Card Baterai Real Time Clock Crystal Resistor Timah Alumunium Plastik PE

Nilai/Tipe Arduino Nano CR003 SERIES 125 kHz Glass Tag RFID Key Chain RFID Versi 1.5.5 V-Gen 2 Gb Ultra Fire Li Ion 3.7 V 2400 mAh CR 2032 3.7 V DS1302 33.768 kHz 10 KΩ

Jumlah 1 unit 1 unit 2 unit 2 unit 1 unit 1 unit 2 unit 1 unit 1 unit 1 unit 3 unit 1 unit 1 unit 1 unit

Prosedur Penelitian Perancangan Alat Perancangan Casing Casing berfungsi sebagai wadah dan pelindung rangkaian komponenkomponen elektronik. Pengukuran dan simulasi model desain menggunakan perangkat lunak Google Sketch Up dan Google Layout. Perancangan casing dibuat dengan bentuk silinder dan dipisah menjadi beberapa bagian. Bagian (A) pada Gambar 1 merupakan wadah untuk menyimpan rangkaian utama dan antena RFID. Bahan yang digunakan adalah Poly Ethelene (PE). Bahan jenis plastic PE digunakan agar sinyal dapat menembus casing menuju antena RFID. Bagian (B) digunakan untuk menyimpan modul micro SD Card saja. Sedangkan pada bagian (C) merupakan wadah penyimpanan baterai 2 buah Ultra Fire Li-Ion 3.7 V yang disusun secara seri. Keuntungan alumunium adalah cukup tahan terhadap korosi, daya hantar listrik yang baik, murah, dan mudah dibentuk. Proses pembuatan casing dilakukan dengan menggunakan mesin bubut.

4

Gambar 1 Desain dan dimensi casing Electronic Fish Tag Perancangan Perangkat Lunak Perangkat lunak yang berisi program dan tersimpan pada ROM (Read Access Memory) disebut juga Firmware. Firmware diunduh menjuju mikrokontroler sehingga akan tersimpan walaupun tidak dialiri arus listrik. Firmware Electronic Fish Tag dibuat menggunakan Arduino IDE versi 1.5.5.

5

Perancangan Perangkat Elektronik Perancangan desain elektronik (Gambar 2) dirancang dengan menggunakan perangkat lunak Eagle versi 6.3.0. Layout komponen dibuat agar memudahkan ketika melakukan penyolderan antar komponen di atas papan PCB. Pembuatan sistem sirkuit Electronic Fish Tag tidak menggunakan PCB hasil etching, melainkan hanya PCB matrix.

Gambar 2 Skematik rangkaian elektronik Electronic Fish Tag Uji Laboratorium Uji laboratorium dilakukan untuk memastikan semua sistem berfungsi dengan baik. Uji laboratorium dilakukan ketika proses rancang bangun telah dilakukan. Uji yang dilakukan adalah uji kekedapan casing, pembacaan RFID tag, dan penyimpanan data. Uji kekedapan casing dilakukan pada kolam watertank dengan kedalaman 3 meter di Laboratotium Akustik dan Instrumenasi Kelautan, ITK-IPB. Uji pembacaan RFID tag dilakukan agar mengetahui medium yang dapat digunakan dan mengetahui jarak optimum pembacaan. Uji penyimpanan data dilakukan agar mengatahui format data dan tingkat keberhasilan pemindaian.

6

HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil Rancang Bangun Hasil rancang bangun Electronic Fish Tag pada penelitian ini dapat dilihat pada Gambar 3. Desain instrumen ini menggunakan beberapa bagian terpisah seperti bagian komponen elektronik utama (PE) dan sumber daya (Alumunium). Penggunaan instrumen ini dilakukan dengan memutar drat sumber daya sehingga baterai tersambung dengan rangkaian elektronik. Bagian pembaca RFID Tag berada pada ujung muka PE sehingga cukup mudah digunakan. Ukuran diameter genggaman 35mm yang realatif kecil dan terdapat tali pengikat akan membuat pengguna leluasa dalam pengoprasiannya. Antena RFID

Poly Ethelene (PE)

Alumunium

Tali Pengikat

Gambar 3 Hasil rancang bangun Electronic Fish Tag Prinsip Kerja RFID Prinsip pembacaan RFID menggunakan gelombang elektromagnetik dan penggunaannya memiliki frekuensi yang sudah distandarkan. Berikut ini merupakan penggunaan frekuensi RFID:

7

Tabel 3 Frekuensi Penggunaan RFID Frekuensi 120–150 kHz (LF) 13.56 MHz (HF)

Jarak Pembacaan 10cm 10cm-1m

433 MHz (UHF)

1-100m

865-868 MHz (Eropa) 902-928 MHz (Amerika Utara) UHF 2450-5800 MHz (microwave) 3.1–10 GHz (microwave)

Penggunaan Identifikasi hewan Smart cards (MIFARE, ISO/IEC 14443) Untuk pertahanan dengan aktif tag

1-12m

Standar kode barang

1-2 m

802.11 WLAN, Bluetooth

1-200m

-

Pengaturan frekuensi pada RFID dilakukan dengan mengubah nilai satuan pada komponen seperti nilai kapasitansi dan induktansi. Nilainya dapat dihitung dengan persamaan berikut: 1 𝑓=( ) 2𝜋√𝐿𝐶

F=frekuensi (Hz) L=induktansi (Henry) C=kapasitansi (Farad)

Nilai induktasi pada antena/koil dihasilkan dari desain antena RFID yang digunakan. Umumnya desain antena yang digunakan adalah lilitan silinder karena cukup sederhana dan mudah dibuat. Bahan yang digunakan merupakan kawat tembaga yang dililit hingga membentuk silinder. Nilai induktasi dari antena ini dihitung dengan persamaan henry: 𝜇𝑁 2 𝐴 𝐿= 𝑙

L=Induktansi (Henry) N=jumlah lilitan A=luas penampang antena (m2) l=panjang lilitan (m) 𝜇=permiabilitas relatif

Gambar 4 Skematik desain antena RFID

8

Frekuensi yang dihasilkan pun menjadi lebih spesifik tergantung penggunaanya. Agar reader RFID dapat membaca tag-nya, maka frekuensi antara keduanya pun harus sama. Spesifikasi Electronic Fish Tag Berikut ini merupakan spesifikasi rancang bangun Electronic Fish Tag yang telah dibuat. Tabel 4 Spesifikasi teknis Electronic Fish Tag Spesifikasi Eelctronic Fish Tag Dimensi 270mm (P) 55mm (Ø) Chasing Alumunium dan Poly Ethelene Voltase kerja 5 VDC Mikroprosesor AT Mega 328p RFID Chip CR003 Frekuensi RFID 125 kHz Buzzer 4 kali : Kesalahan pemasangan mikro SD Card 2 kali : Pembacaan ID tag Kapasitas Mikro SD Card Hingga 16 GB Baterai 2 Sel Li-Po 7.4 V 3000 mAh Rangkaian Elektronik Rangkaian utama Arduino Nano Arduino Nano (Gambar 5) merupakan modul yang berisi rangkaian minimum mikrokontroler ATmega328 yang dapat diprogram ulang melalui Arduino IDE. Proses pemogramannya menggunakan komunikasi Universal Asyncronous Receiver/Transmiter (UART) karena sudah ditanamkan bootloader didalamnya. Arduino Nano memiliki kristal eksternal sebesar 16 MHz sehingga proses instruksi perintah lebih cepat.

Gambar 5 Modul Arduino Nano

Gambar 6 Rangkaian Elektronik Arduino Nano

9

Konfigurasi pin Arduino dengan beberapa perangkat ditunjukan Tabel 5. Tabel 5 Konfigurasi Pin Arduino dengan perangkat lain Perangkat CR003 SERIES Proximity Reader Module Real Time Clock DS1302

Micro SD Card Module

BUZZER

Pin D2 D5 D6 D7 D10 D11 D12 D13 D3

Keterangan RX Data CE I/O SCLK CS MOSI MISO SCK INDIKATOR

Rangkaian RFID CR003 SERIES Proximity Reader Module (Gambar 7) merupakan sensor pembaca RFID tag pada frekuensi 125 kHz yang memiliki keluaran digitial. Menurut lembar data, CR003 membutuhkan suplai catu data antara 4.6-5.4 V dan memiki jangkauan pembacaan antara 8-12 cm. Komunikasi antara CR003 dan Arduino menggunakan jenis Universal Asyncronous Receiver/Transmiter (UART) dengan protocol 9600 bps, Non Parity, 8 bit Data,1 Stop bit.

Gambar 7 Modul CR003

Gambar 8 Rangkaian modul CR003

Antena pada pembaca RFID befungsi sebagai penghantar energi menuju RFID tag dan penerima sinyal dari RFID tag. Pin Transmitter (TX) pada CR003 akan aktif mengirimkan data pada saat RFID tag didekatkan pada antenna yang terhubung dengan modul. Data yang dikirimkan merupakan ASCII data dengan format STX (02H) + DATA (10 ASCII) + LRC (2 ASCII) + CR (0DH) + LF (0AH) + ETX (03H). Pin yang digunakan untuk komunikasi ini adalah pin D2. RFID tag RFID tag (Gambar 9) yang dipakai merupakan tipe pasif sehingga tidak memiliki sumber energy didalamnya. Terdapat 2 jenis tag RFID tag Gantungan kunci dan RFID Glass tag dengan frekuensi 125 kHz. Setiap RFID tag memiliki 10 digit nomor ID masing-masing sehingga tidak ada nomor ID yang sama pada tag yang berbeda.

10

(a) (b) Gambar 9 RFID tag (a) glass tag (b) gantungan kunci Rangkaian Real Time Clock (RTC) RTC DS1302 menggunakan komunikasi Serial Peripheral Interface (SPI) dengan 3 jalur data yaitu CE (Pin 5), I/O (Pin 6), dan SCLK (Pin 7) yang dihubungkan menuju Arduino. Terdapat rangkaian 3 buah resistor pull up untuk penyesuaian level tegangan digital sensor antara RTC dan Arduino. RTC DS1302 menggunakan osilator eksternal sebesar 32.768 kHz sebagai sumber detaknya dan bekerja pada tagangan antara 2-5.5 V serta memiliki konsumsi daya yang rendah. RTC DS1302 memerlukan sumber energi cadangan yang berfungsi mengaktifkan waktu dan tanggal perangkat ini pada saat sumber energi utama dimatikan. Sumber energy cadangan ini berupa baterai CR2032 3.7 V.

Gambar 10 Rangkaian Real Time Clock DS1302 Rangkaian Penyimpanan Modul mikro SDCard Catalex (Gambar 11) merupakan modul pembaca kartu mikro SD dengan antarmuka Serial Peripheral Interface (SPI) agar dapat membaca dan menulis data pada kartu mikro SD. Pin antarmuka SPI yang digunakan adalah MISO (D12), MOSI (D11), SCK (D13), CS (D10). Modul ini mendukung kartu Mikro SD dan Mikro SDHC dan bekerja pada tegangan 4.5-5 V.

11

Gambar 11 Modul SDCard Catalex

Gambar 12 Rangkaian elektronik Modul mikro SDCard Catalex Buzzer Buzzer berfungsi sebagai indikator dari Electronick Fish Tag. Saat buzzer aktif maka membuat Electronick Fish Tag mengeluarkan suara. Indikator suara ini yang memberikan beberapa keadaan seperti pada Tabel 6. Tabel 6 Keterangan suara indicator buzzer Indikator Suara 4 kali Suara 2 kali

Keadaan Mikro SDCard tidak terbaca/rusak Alat siap digunakan/ID tag sudah tersimpan

Komunikasi antara buzzer dan Arduino menggunakan Input/Output (I/O) pada pin D3. Buzzzer akan mengeluarkan suara pada saat pin diset keadaan High Level. Rangkaian Buzzer ditunjukan pada Gambar 11.

Gambar 13 Rangkaian Buzzer

12

Sumber Energi Sumber energi utama Electronics Fish Tag adalah 2 buah baterai UltraFire 3.7 V Li-ion 4200 mAh (disi ulang/recharge) yang disusun secara seri. Baterai yang disusun secara seri akan mengeluarkan tegangan sebesar 7.4 V, sehingga perlu diatur tegangan keluarannya agar sesuai dengan kebutuhan berbagai perangkat. Maka tegangan baterai diatur oleh IC LM7805 (Gambar 14) yang dapat mengeluarkan tegangan sebesar 5 V dengan arus 1 A.

Gambar 14 Rangkaian elektronika Baterai Tegangan yang dikeluarkan oleh IC LM7805 terbagi oleh berbagai perangkat yang ditunjukan oleh Tabel 7. Tabel 7 Kebutuhan tegangan listrik perangkat elektronik Perangkat elektronik Arduino Nano Modul Mikro SDCard CR003 RFID DS1302 Buzzer

Tegangan (Voltase) Minimum Maksimum 4.5 5.5 4.5 5.5 4.6 5.4 2 5.5 3 6

Berdasarkan kisaran kebutuhan tegangan listrik berbagai perangkat elektronik pada Electronics Fish Tag, maka hasil regulator IC LM7805 sebesar 5 V dengan arus 1 A dapat digunakan sebagai sumber energi utama. Perangkat Lunak Perangkat lunak merupakan suatu instruksi perintah yang dibuat untuk menjalankan perangkat keras, dalam hal ini adalah Arduino Nano. Jenis perangkat lunak yang digunakan adalah Arduino IDE versi 1.5.5 dengan Bahasa C/C++. Perangkat lunak ini bersifat terbuka (Open Source) sehingga perkembangannya cukup pesat dan mudah digunakan. Perangkat lunak Electronic Fish Tag dirancang agar dapat menjalankan beberapa fungsi seperti mengaktifkan buzzer, menulis data, menerima data ID dari RFID tag, dan mengatur tanggal dan waktu. Alur perangkat lunak Electronic Fish Tag ditunjukan pada Gambar 15

13

Gambar 15 Diagram alir perangkat lunak Electronic Fish Tag Saat perangkat Electronik Fish Tag dinyalakan, maka mikrokontroler pada Arduino Nano akan menginisialisasi RFID Reader (CR003) dan RTC (DS1302). Setelah selang waktu 500 milidetik Arduino akan menginisialisasi mikro SD Card. Jika tidak terdapat micro SD Card atau micro SD Card rusak maka Buzzer akan berbunyi sebanyak 4 kali terus menerus. Apabila micro SD Card berfungsi dengan baik maka Arduino akan membaca file SETTING.INI untuk mengatur tanggal dan waktu RTC lalu Buzzer akan berbunyi sebanyak 2 kali. Arduino akan mengambil data ID RFID yang terdapat pada RFID tag pada saat RFID tag didekatkan dengan antenna Electronik Fish Tag. Secara bersamaan Arduino akan mengambil data tanggal dan waktu dan menulisnya pada file *.txt. Nama file *.txt akan dibuat berdasarkan tanggal pengambilan data ID RFID dan membuat file *.txt baru jika terjadi perubahan tanggal. File Pengatur Tanggal dan Waktu (SETTING.INI) Pengaturan tanggal dan waktu Real Time Clock (RTC) menjadi hal yang cukup penting bagi Electronic Fish Tag. Oleh karena itu, pengaturannya dibuat dengan cara yang cukup mudah. Pengaturannya diatur dalam file SETTING.INI pada micro SD Card yang digunakan. Secara otomatis file SETTING.INI akan ditulis oleh Arduino jika file ini hilang atau pergantian micro SD Card baru.

14

(a) (b) Gambar 16 File SETTING.ini (a) RTC belum diatur (b) RTC setelah diatur Pengaturan waktu dan tanggal cukup mengubah header file “NO” menjadi “YES” setelah itu sesuaikan dengan waktu lokal setempat. Kemudian hidupkan Electronic Fish Tag hingga terdengar bunyi 2 kali maka pengaturan waktu berhasil dilakukan. Pengaturan ini cukup dilakukan sekali karena akan tersimpan secara permanen di dalam ROM memori RTC. Uji Laboratorim Kekedapan Casing Casing Electronic Fish Tag dirancang agar kedap dan tahan terhadap tekanan air. Rangkaian elektronik sangat rentan apabila terjadi hubungan arus singkat yang menyebabkan Electronic Fish Tag menjadi rusak. Percobaan dilakukan pada kolam watertank Laboratorium Akustik dan Instrumenasi Kelautan-ITK IPB selama 1 hari pada 1 Juli 2014 pada kedalaman 3 meter. Percobaan menunjukan tidak terdapat butir air yang masuk ke dalam casing. Berdasarkan percobaan ini maka casing terbukti kedap.

15

Pembacaan ID pada RFID Tag Pembacaan RFID tag dilakukan agar mengetahui jarak optimal pada saat melakukan pemindaian. Berdasarkan lembar data kemapuan RFID CR003 pada saat melakukan pemindaian sekitar 8-12cm namun dalam keadaan optimal seperti tidak adanya penghalang dan ukuran dari RFID tag. Percobaan menunjukan bahwa jarak pemindaian RFID tag bervariasi tergantung posisi koil RFID tag terhadap antena.

(a) (b) Gambar 17 Jarak pembacaan RFID Glass tag Ø 5mm (a) orientasi koil mendekati antena (b) orientasi koil menjauhi antena

(a) (b) Gambar 18 Jarak pembacaan RFID tag gantungan kunci Ø 20mm (a) orientasi koil sejajar dengan antena (b) orientasi koil tegak lurus dengan antena Jarak pembacaan dipengaruhi oleh beberapa fakor desain dari koil antena dan tag, arah hadap tag (orientasi) dan kondisi lingkungan (logam, gangguan kelistrikan) (Lee 2003). Ukuran koil tag yang besar membuat jarak pembacaan semakin jauh dan ukuran koil yang kecil membuat jarak pembacaan semakin dekat. Selain itu faktor orientasi koil pada tag dilihat pada sudut yang dibentuk oleh antena dan RFID tag. Posisi sejajar (Gambar 18a) antara antena dan RFID tag merupakan posisi pembacaan jarak optimum. Sedangkan posisi tegak lurus (Gambar 18b) antara antena dan RFID tag merupakan posisi pembacaan jarak minimum. Antena yang terdapat pada RFID reader CR003 mampu menangkap sinyal elektromagnetik pada frekuensi 125 kHz dengan dihalangi media seperti plastik, kertas, dan busa. Gelombang elektromagnetik memiliki karakteristik yakni dapat merambat walupun tidak ada medium. Percobaan dilakukan dengan menempatkan Styrofoam diantara RFID tag dan antena Electronic Fish Tag.

16

(a) (b) Gambar 19 RFID tag yang ditempatkan pada Styrofoam (a) RFID Glass Tag (b) Gantungan kunci RFID tag Hasil percobaan menunjukan bahwa Electronic Fish Tag dapat melakukan pemidaian RFID tag dengan baik walaupun terdapat penghalang Styrofoam. Perulangan pemindaian dilakukan 10 kali untuk melihat pesentase keberhasilan pemindaian. Tingkat keberhasilannya cukup baik, yakni 100% kesuksesan dalam melakukan pemindaian dapat dilihat pada Tabel 8. Tabel 8 Keberhasilan pemindaian RFID tag dengan media penghalang Styrofoam Percobaan keGlass tag 1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  Keterangan:  Sukses X Gagal

Gantungan kunci          

Percobaan selanjutnya dengan melakukan pemindaian RFID tag dengan media penghalang sebuah papan alumunium. Papan alumunium ini ditempatkan antara antena RFID dan RFID tag. Tingkat keberhasilan pemindaian dapat dilihat pada Tabel 9.

17

Tabel 9 Keberhasilan pemindaian RFID tag dengan media papan alumunium Percobaan keGlass tag 1 X X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 9 X 10 Keterangan:  Sukses X Gagal

Gantungan kunci X X X X X X X X X X

Gelombang elektromagnetik RFID dengan frekuensi 125 kHz merupakan salah satu jenis gelombang radio frekuensi rendah yakni antara 30-300 kHz. Gelombang radio ini akan mengalami pantulan jika mengenai permukaan logam seperti besi dan alumunium. Maka sinyal tidak dapat merambat menuju antena RFID sehingga RFID tag sangat sulit untuk dilakukan pemindaian. Percobaan selanjutnya dilakukan dengan membaca jarak RFID tag terhadap Electronic Fish Tag tanpa penghalang dengan perulangan sebanyak 30 kali dilihat pada Tabel 10. Tabel 10 Jarak pemindaian RFID Tag Gantungan kunci (mm) terhadap Electronic Fish Tag 1-10 54 52 54 53 54 54 54 54 54 57

Jarak (mm) ulangan ke11-20 21-30 54 55 54 54 54 55 53 55 51 56 54 54 54 56 54 55 53 56 55 55

18

58

Jarak Pembacaan (mm)

57 56 55 54 53 52 51 Standar Deviasi Ulangan 1-10 Ulangan 11-20 Ulangan 21-30

50 49 48

Gambar 20 Grafik Pembacaan RFID Berdasarkan hasil percobaan, maka jarak pembacaan RFID Tag berkisar 54.23 ± 1.17 mm dengan jarak pembacaan terjauh 57 mm. Asumsi pembacaanya adalah dengan mensejajarkan antena dengan koil RFID Tag. Media Penyimpanan Media penyimpanan yang digunakan adalan micro SD Card V-Gen dengan kapasitas 2GB dan format sistem Fat 32. Electronik Fish Tag akan secara otomatis membuat file “SETTING.INI” dan menyimpan nomer ID dari RFID tag pada file dengan ekstensi *.txt ketika RFID tag didekatkan. Data pembacaan akan dibuat secara bersamaan berdasarkan tanggal pembacaan RFID tag yang berisi data ID RFID tag, tanggal, dan jam. Format pemindaian Electronik Fish Tag dapat dilihat pada Gambar 21.

Gambar 21 Data hasil pemidaiain Electronic Fish Tag

19

Uji Lapang Uji lapang dilakukan pada 4-6 Agustus 2014 di Teluk Cendrawasih, Nabire, Provinsi Papua Barat. RFID tag yang digunakan yakni RFID Glass Tag dengan ukuran panjang 12mm dan Ø 5 mm. Objek sebagai percobaan yakni individu ikan Hiu Paus. RFID tag ditempatkan pada sirip bagian atas (dorsal) ikan dengan cara disuntik dengan injector khusus RFID tag.

Gambar 22 Lokasi penempatan eksternal tag berdasarkan tipe (Vilhjalmur 2002) Penempatan eksternal tag (RFID Glass Tag) akan memudahkan pemasangan serta pendeteksian dan tidak memerlukan alat tambahan lagi. Metode ini sudah berlangsung cukup lama dan digunakan secara luas oleh peneliti dunia (Vilhjalmur 2002). Pemasangan Tag dilakukan pada saat pemberian pakan agar ikan hiu paus bersikap tenang. Uji coba pemindaian RFID tag yang telah ditanam pada tubuh ikan telah berhasil dilakukan (Gambar 23).

20

(a)

(b)

Gambar 23 Uji coba pemasangan RFID tag pada Hiu Paus (a) RFID tag pada dorsal ikan (b) Uji coba pemindaian RFID tag Setelah pemasangan dilakukan pengecekan kekedapat pada Electronic Fish Tag dan hanya terdapat titik air pada drat saja. Casing cukup tahan dengan tekanan dan air laut. Bagian elektronik tidak terdapat air dan data yang terdapat pada micro SD card dapat terbaca (Gambar 24). Dapat disimpulkan bahwa Electronic Fish Tag berfungsi dengan baik.

Gambar 24 Data uji coba pemasangan RFID tag pada ikan Hiu Paus

SIMPULAN DAN SARAN Simpulan Penelitian Rancang Bangun Electronic Fish Tag Berbasis Mikrokontroler Dengan Sensor Radio Frequency Identification (RFID) telah berhasil dilakukan dengan tingkat kesuksesan pemindaian dengan baik, desain yang kokoh, dan mudah digunakan. Casing yang terbuat dari alumunium cukup baik karena telah tebukti kedap pada kedalaman kolam. Jarak pemindaian yang optimal adalah dengan posisi koil sejajar terhadap antena Electronic Fish Tag yakni sekitar 4.5-5.5cm. Electronic

21

Fish Tag dapat membaca RFID tag dengan media penghalang seperti plastik, kertas, dan busa karena gelombang elektromagnetik dengan frekuensi 125 kHz akan dipantulkan oleh material logam seperti besi dan alumunium. Uji coba lapang menunjukan kinerja Electronic Fish Tag bekerja dengan baik. Pembacaan tag pada objek ikan hiu paus dapat terdeteksi. Casing terbukti kedap terhadap tekanan dan tahan dengan air laut pada saat uji lapang. Saran Keberlanjutan penelitian rancang bangun Electronic Fish Tag diharapkan dapat dilakukan agar mengatasi kekurangan penelitian ini dan menciptakan inovasi teknologi RFID. Material alumunium sebagai bahan utama casing dinilai kurang tahan dalam waktu yang lama dikarenakan mudah terkikis oleh gesekan. Disarankan menggunakan stainless sebagai bahan utama agar lebih tahan gesekan dan lebih tahan karat. Kemudian penambahan bantalan baterai berupa per agar baterai lebih tahan goncangan. Perlu penambahan uji coba tekanan tag RFID sehingga dapat diketahui kedalaman maksimum serta ketahanannya.

22

DAFTAR PUSTAKA [Biomark]. 2015. Fish Tagging Methods [internet]. [diunduh 2015 Jan 2015] Tersedia pada: http://www.biomark.com/Documents%20and%20Settings/ 67/Site%20Documents/PDFs/Fish%20Tagging%20Methods.pdf [Cencus Of Marine Life]. 2013. Electronic Tagging Of Marine Animals [internet]. [diunduh 2014 Nov 10] Tersedia pada: www.coml.org/comlfiles/scor/SCORtagging.pdf [Microchip] Microchip Technology Inc. 1998. RFID Coil Design. DS00678B. USA. [NOAA]. 2011. RFID Fishing Line Tagging: Version 1.7. University of Arkansas Fayetteville [US]. Arduino. 2014. Arduino Nano User Manual [internet]. [diunduh 2014 Nov 10] Tersedia pada: http://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5/ Idris. 2014. Rancang Bangun Dan Uji Kinerja Water Temperature Data Logger [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor. Lee, Youbok. 2003. Antenna Circuit Design for RFID Applications. DS00710C. USA Maxim Integrated. 2008. DS1302 Trickle-Charge Timekeeping Chip. 160 Rio Robles, San Jose, CA 95134 [US]. McFarlane et al. 1990. Factors That Affect the Recaptured of Tagged Sablefish off the West Coast Canada. Departement of Fisheries and Oceans, Pacific, Biological Station Nanaimo, British Columbia V9R 5K6, Canada. Suryadipta. 2013. Propagasi Gelombang Radio. Surabaya [ID]: Universitas Narotama Surabaya. Thorsteinsson, Vilhjalmur. 2002. Tagging Methods For Stock Assessment And Research In Fisheries. Marine Research Institute, Skulagata 4, IS-121 Reykjavik, Iceland.

23

LAMPIRAN Lampiran 1. Kode Program Electronic Fish Tag. #include #include #include #include #include

<SoftwareSerial.h> <SPI.h> <SD.h> <Wire.h>

#define led 3 File myFile; char filename[30]; SoftwareSerial RFID (2,255); //rx,tx RTC_DS1307 rtc; namespace { String msg[5]; void split(String objectm, char delimiter) { byte i=0; String temp=""; int commaPosition; do { commaPosition = objectm.indexOf(delimiter); if(commaPosition != -1) { temp=objectm.substring(0,commaPosition); objectm = objectm.substring(commaPosition + 1, objectm.length()); } else { if(objectm.length() > 0) { temp=objectm; } } msg[i]=temp; i++; } while (commaPosition >=0); }

24

void SetTime(String seting) { DateTime now = rtc.now(); split(seting,':'); rtc.adjust(DateTime(now.year(), now.day(),msg[0].toInt(), msg[2].toInt())); }

now.month(), msg[1].toInt(),

void SetDate(String seting) { DateTime now = rtc.now(); split(seting,'-'); rtc.adjust(DateTime(msg[2].toInt(), msg[1].toInt(), msg[0].toInt(),now.hour(),now.minute(),now.second())); } String GetDate() { DateTime now = rtc.now(); char a[12]; sprintf(a,"%02d-%02d-%04d",now.day(),now.month(),now.ye ar()); sprintf(filename,"%02d-%02d-%02d.txt",now.day(),now.mon th(),now.year()-2000); return String(a); } String GetTime() { DateTime now = rtc.now(); char a[12]; sprintf(a,"%02d:%02d:%02d",now.hour(),now.minute(),now. second()); return String(a); } void readclock() { myFile = SD.open("SETTING.INI"); for (byte c=0;c<3;c++) { msg[c]=""; while (myFile.available()) { byte a=myFile.read(); if (a==13) {break;} else if (a==10) {} else { msg[c]+=(char)a; } } }

25

myFile.close(); } String ID() { String bb="RD1."; while (1) { if (RFID.available()) { int b=RFID.read(); if (b==10 || b==2 || b==3) {} else if (b==13) {break;} else { bb+=(char)b; } } } return bb.substring(0, 14);; } }

// namespace

void setup() { delay(500); Serial.begin(115200); RFID.begin(9600); Wire.begin(); rtc.begin(); pinMode(led, OUTPUT); Serial.println("Reader Tag 1.0"); pinMode(10, OUTPUT); while (!SD.begin(10)) { digitalWrite(led, HIGH); delay(100); digitalWrite(led, LOW); delay(100); digitalWrite(led, HIGH); delay(100); digitalWrite(led, LOW); delay(100); digitalWrite(led, HIGH); delay(100); digitalWrite(led, LOW); delay(100); digitalWrite(led, HIGH); delay(100); digitalWrite(led, LOW); delay(300); } delay(500);

26

if (SD.exists("SETTING.INI")) { readclock(); msg[0].toUpperCase(); if (msg[0]=="YES") { String tanggal=msg[1]; String jam=msg[2]; SetDate(tanggal); SetTime(jam); SD.remove("SETTING.INI"); delay(50); myFile = SD.open("SETTING.INI", FILE_WRITE); myFile.println("NO"); myFile.println("1-1-2014"); myFile.println("00:00:00"); myFile.println("#END#"); myFile.close(); } } else { myFile = SD.open("SETTING.INI", FILE_WRITE); myFile.println("NO"); myFile.println("1-1-2014"); myFile.println("00:00:00"); myFile.println("#END#"); myFile.close(); } Serial.println("Init done........"); digitalWrite(led, delay(100); digitalWrite(led, delay(100); digitalWrite(led, delay(100); digitalWrite(led, delay(100);

HIGH); LOW); HIGH); LOW);

} void loop() { String ID_RFID=ID(); String tanggal=GetDate(); String jam=GetTime(); if (!SD.exists(filename)) { myFile = SD.open(filename, FILE_WRITE); if (myFile) { myFile.print("ID"); myFile.print('\t'); myFile.print("Date");

27

myFile.print('\t'); myFile.println("Time"); myFile.close(); } } myFile = SD.open(filename, FILE_WRITE); if (myFile) { myFile.print(ID_RFID); myFile.print('\t'); myFile.print(tanggal); myFile.print('\t'); myFile.println(jam); myFile.close(); } // led digitalWrite(led, delay(100); digitalWrite(led, delay(100); digitalWrite(led, delay(100); digitalWrite(led, delay(100);

HIGH); LOW); HIGH); LOW);

Serial.print(ID_RFID); Serial.print('\t'); Serial.print(tanggal); Serial.print('\t'); Serial.println(jam);

28

RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Karawang provinsi Jawa Barat pada tanggal 26 Desember 1991 dari ayah Suwandi Sardiyanto dan ibu Wasiah. Penulis merupakan anak ke-2 dari tiga bersaudara. Tahun 2010 penulis lulus dari SMA Negeri 1 Karawang, Jawa Barat dan pada tahun yang sama diterima seleksi masuk IPB melalui jalur Ujian Tulis Mandiri (UTM) dan diterima di Program Studi Ilmu dan Teknologi Kelautan, Fakultas Perikanan dan Ilmu Kelautan, Institut Pertanian Bogor. Selama kegiatan perkuliahan penulis menjadi asisten mata kuliah Dasar-Dasar Instrumentasi Kelautan dan Instrumentasi Kelautan. Penulis juga aktif mengikuti kegiatan kemahasiswaan seperti Badan Eksekutif Mahasiswa Fakultas Perikanan dan Ilmu Kelautan periode 2011/2012, anggota Himpunan Mahasiswa Ilmu dan Teknologi Kelautan 2012/2013, dan juga aktif di klub Marine Instrument and Telemetry (MIT). Selain itu, penulis juga aktif mengikuti perlombaan tingkat nasional seperti Kompetisi Muatan Roket Indonesia Tahun 2012 dan 2014 dan Kompetisi Kapal Cepat Tak Berawak Tahun 2012. Penulis juga sempat menjadi pemakalah pada Seminar Ekspedisi Arus Balik II tahun 2014.