Abstrak—Pemantauan  kondisi  lingkungan  pada  lahan  pertanian sangat dibutuhkan untuk menyesuaikan karakteristik lingkungan terhadap kebutuhan suatu jenis tanaman. Beberapa faktor utama yang  dapat  mempengaruhi  pertumbuhan  tanaman  terdiri  dari intensitas  cahaya,  kelembapan  udara,  suhu  lingkungan,  serta kadar  karbon  dioksida  (CO2)  pada  lingkungan.  Luasnya  lahan memungkinkan  kondisi  parameter  lingkungan  pada  beberapa titik  dapat  berbeda,  sehingga  diperlukan  pemantauan  kondisi lingkungan  yang  bisa  mencakup  suatu  area  yang  relatif  luas. Teknologi  Wireless  Sensor  Network  (WSN)  memungkinkan pemantauan  kondisi  lingkungan  dalam  cakupan  wilayah  yang cukup luas sehingga layak untuk diterapkan dalam proses akuisisi data  pada  lahan  pertanian.  Pada  penelitian  ini,  teknologi  WSN dengan  topologi  cluster  diterapkan  untuk  mengukur  data  suhu dan  kelembapan.  Topologi  cluster  terdiri  dari  beberapa  sensor node yang terdiri dari child node, cluster head, dan parent node. Berdasarkan  data  hasil  pengujian  yang  diperoleh  bahwa  sensor node  mampu  bekerja  dengan  baik  dalam  proses  akuisisi  data dimana dapat membaca data suhu dan kelembapan dengan eror suhu  sebesar  2%-5%  dan  eror  kelembapan  sebesar  0%-2%, dengan  rata-rata  waktu  tunda  untuk  proses  pengiriman  dan penerimaan  data  sebesar  100–500  milidetik,  dimana  jarak maksimum transceiver dalam proses pengiriman data menggunakan topologi cluster pada penelitian ini adalah sekitar 2 km.  Hasil  akuisisi  data  suhu  dan  kelembapan  yang  didapat berkisar antara 20 ℃ - 25 ℃ dengan kelembapan berkisar antara 90%-95%.
Kata  Kunci:  Wireless  Sensor  Network,  Node  Sensor,  Topology cluster

## I. P ENDAHULUAN
INDONESIA merupakan negara agraris yang sebagian besar penduduknya  berprofesi  sebagai  petani.  Salah  satu  kendala dalam  bidang  pertanian  adalah  dalam  hal  upaya  peningkatan hasil  produksi  pertanian.  Permasalahan  yang  sering  dihadapi adalah  faktor  lingkungan,  dimana  hal  tersebut  sangat berpengaruh terhadap hasil produksi pertanian. Sangat penting untuk mengetahui kondisi lingkungan dalam mengetahui jenis serta  varietas  tanaman  yang  cocok  untuk  kondisi  geografis tertentu.  Luasnya  lahan  pertanian  adalah  kendala  tersendiri,
sehingga  perlu  adanya  integrasi  teknologi  untuk  membantu proses  pertanian  salah  satunya  adalah  dengan  menerapkan teknologi Wireless Sensor Network (WSN).
Penerapan  teknologi  WSN  dalam  bidang  pertanian  telah terbukti dapat meningkatkan kualitas serta mutu hasil pertanian [1][2].  Pemantauan  dan  pengontrolan  kondisi  lingkungan diperlukan  agar  sesuai  dengan  karakteristik  lingkungan  yang dibutuhkan  tanaman.  Faktor  utama  yang  mempengaruhi pertumbuhan  tanaman  adalah  cahaya,  kadar  air  pada  tanah, temperatur, CO 2 , dan sebagainya [3].
Sistem akuisisi data merupakan suatu sistem yang berfungsi untuk  mengambil,  mengumpulkan  dan  menyiapkan  data, hingga  memprosesnya  untuk  menghasilkan  suatu  data  yang diinginkan.  Beberapa  penelitian  tentang  pemanfaatan  sistem akuisisi data telah dilakukan pada [4] [5][6]. Penelitian tersebut menggunakan  sistem  akuisisi  data  untuk  mengetahui  data kelembapan tanah pada lahan pertanian dengan menggunakan perangkat  zigbee  dan  protokol  LoRaWAN.  Kelemahan  dari perangkat zigbee adalah pada jangkauan yang tidak begitu luas sehingga untuk penerapan WSN akan sangat banyak memakan biaya jika diterapkan pada lahan yang cukup luas.
Pada  lahan  pertanian  yang  luas  diperlukan  perangkat  yang dapat  memancarkan  dan  menerima  informasi  dalam  cakupan yang cukup jauh. NRL24l01 merupakan modul pemancar dan penerima  yang  dapat  bekerja  pada  jarak  maksimal  1,1  km dengan kondisi Line of Sight (LOS). Penerapan teknologi WSN dengan menggunakan modul NRF24L01 pada lahan pertanian dengan menggunakan topologi mesh telah dilakukan pada [7]. Topologi mesh memiliki kekurangan pada konsumsi daya yang relatif boros sehingga memerlukan daya listrik yang lebih besar jika dibandingkan dengan menggunakan topologi cluster, dari sisi pengiriman data dan koordinasi perangkat topologi cluster lebih  sederhana  dan relatif  lebih  stabil.  Oleh  karena  itu,  pada penelitian  diterapkan  WSN  untuk  monitoring  suhu  dan kelembapan  pada  lahan  pertanian  dengan  menggunakan topologi  cluster  sehingga  diharapkan  perangkat  yang  dibuat dapat beroperasi secara lebih sederhana dan memiliki stabilitas pengiriman data yang baik.

## Sistem Akuisisi Data Suhu dan Kelembapan pada Lahan Pertanian Berbasis Wireless Sensor Network Menggunakan NRF24L01
Wahyu Cristianto 1* , dan Hery Teguh Setiawan 1
1 Universitas Tidar, Magelang, Indonesia
* Email: hery.teguh.s@untidar.ac.id

## II. M ETODE
Penelitian ini berfokus pada penerapan topologi cluster pada sistem wireless sensor network (WSN) untuk akuisisi data suhu dan kelembapan pada lahan pertanian.
Gambar.  1.  Diagram  sistem  data  akuisisi  suhu  dan  kelembapan  dengan menggunakan teknologi WSN dan NRF24L01
Pada penelitian ini, hal yang pertama dilakukan adalah sensor DHT11  melakukan  proses  sensing  kondisi  lingkungan.  Data yang didapat dari proses sensing adalah suhu dan kelembapan. Kemudian data dikirimkan oleh transmitter menuju ke receiver . Modul transceiver yang  digunakan  adalah  NRF24L01. Receiver melakukan  penerimaan  data.    Apabila  data  telah diterima, maka data suhu dan kelembapan akan ditambahkan 1 dan dikirim ke transmitter dan ke stasiun penerimaan akhir. Hal itu disebut dengan proses Acknowledgment (ACK). Setelah data sampai  pada  stasiun  penerimaan  akhir,  maka  data  akan ditampilkan pada Liquid Crystal Display (LCD). Diagram blok dari perancangan sistem yang dibuat ditunjukan pada Gambar 2.

## A. Diagram Alir
Untuk prinsip kerja dari sistem yang telah dikembangkan dapat dilihat pada Gambar 2.
Gambar 2. Blok diagram child node

## B. Topologi Jaringan
Pada  penelitian  ini  teknologi  WSN  yang  diterapkan menggunakan  topologi cluster yang  tersusun  atas child  node , cluster head , dan parent node . Sebagai koordinator cluster head bertugas  mengkoordinir  beberapa child  node ,  selanjutnya parent node akan mengkoordinir beberapa cluster head dalam proses  transmisi  dan  penerimaan  data.  Secara  skematik teknologi  WSN  dengan  topologi cluster dapat  dilihat  pada Gambar 3.
Gambar 3. Arsitektur Jaringan Untuk Topologi Cluster

## C. Arduino Nano
Arduino  Nano  merupakan board Arduino  yang  memiliki ukuran  relatif  kecil  serta  sangat  sederhana  dengan  konsumsi daya yang relatif rendah dengan spesifikasi yang cukup lengkap dan  dibekali  mikrokontroller  ATMEGA  168  atau  ATMEGA 328,  maka  Arduino  nano  sangat  layak  untuk  digunakan  baik sebagai child  node , cluster  head maupun parent  node . Spesifikasi Arduino Nano ditunjukkan pada Tabel I.

## D. Modul NRF24L01
Modul Wireless NRF24L01  dapat  melakukan  proses komunikasi  dengan  memanfaatkan  gelombang  radio  pada frekuensi  2.4GHz.  Modul  ini compatible dengan  Arduino dimana  modul  ini  dapat  diakses  secara  langsung  melalui protokol komunikasi serial (SPI), memiliki laju transmisi data hingga 2Mbps. Modul NRF24L01 memiliki keistimewaan pada konsumsi  daya  yang  cukup  rendah.  Skematik  untuk  modul nRF24L01 dapat dilihat pada Gambar 4.
Gambar. 4. Skematik elektronik NRF24l01 [8]
TABEL I SPESIFIKASI ARDUINO UNO Deskripsi Nama Mikrokontroler Operating Voltage
Flash Memory
SRAM Clock Speed Analog IN pins EEPROM DC Current per I/O pins Input Voltage Digital I/O pins
PWM Output
Power Consumption
PCB Size Weight ATmega328 5 V 32 KB of which 2 KB used by bootloader 2 KB
16 MHz
8 1 KB 40 mA (I/O pin)
7-12 V 22 (6 of which are PWM) 6 19 mA 18 x 45 mm 7 g

## E. Sensor DHT11
Sensor DHT11 merupakan sensor suhu dan kelembapan yang memiliki rentang pengukuran antara 0 ℃ -50 ℃ untuk suhu dan 20%-90%  untuk  kelembapan  relatif.  Sensor  DHT11 mendeteksi  kelembapan  relatif  dengan  prinsip  kapasitansi sehingga  hasil  pengukuran  yang  diperoleh  relatif  lebih  akurat dan  stabil  dibandingkan  dengan  sensor  kelembapan  relatif lainnya  yang  bekerja  berdasarkan  prinsip  resistansi.  Sensor DHT11 ditunjukkan pada Gambar 5.
Gambar 5. Sensor DHT11 [9]

## III. H ASIL D AN P EMBAHASAN
Dalam  penelitian  ini  terdapat  beberapa  tahap  yang  telah dilakukan,  mulai  dari  tahap  perancangan  dan  realisasi perangkat  hingga  pengujian  di  lapangan.  Hasil  tersebut diuraikan sebagai berikut:

## A. Realisasi Perangkat Akuisi Data
Perangkat  yang  dikembangkan  berupa child  node , cluster head , dan parent node masing-masing perangkat tersebut dapat dilihat pada Gambar 6(a), 6(b), dan Gambar 6(c).
(a) (b) (c) Gambar 6. (a) Child node (b) Cluster head (c) Parent node
Pengujian perangkat WSN dilakukan di Desa Mangli, lokasi pengujian  dilakukan  pada  perkebunan  daun  bawang.  Denah lokasi pengujian ditunjukkan pada Gambar 7.
Gambar 7. Denah penempatan perangkat WSN pada lokasi pengujian.
Jarak  masing-masing  antar  node  sejauh  1  km  dimana  skala pada  Gambar  7  yaitu  1:200.  Setiap  1  cm  pada  gambar menunjukkan  200  m  pada  kondisi  nyata.  Keakuratan  hasil pengujian diperoleh dengan membandingkan hasil pendeteksian oleh sensor DHT11 dengan pembacaan alat ukur Higrometer  HTC-1  sehingga  didapatkan  %  error  pembacaan. Hasil pengujian ditunjukkan pada Tabel II dan Tabel III.
TABEL II
HASIL PENGUJIAN CHILD NODE No Pembacaan sensor node 1 Pembacaan Alat Ukur Error (%) Suhu ( 0 C) Kelem bapan (%) Suhu ( 0 C) Kelem bapan (%) Suhu Kelem bapan 1 24,80 93,00 25,50 94,00 2,74 1,06 2 24,80 93,00 25,50 94,00 2,74 1,06 3 24,60 93,10 25,50 94,00 3,52 0,95 4 24,60 93,10 25,50 94,00 3,52 0,95 5 24,80 93,00 25,50 94,00 2,74 1,06 6 24,70 93,10 25,50 94,00 3,13 0,95 7 24,60 93,20 25,50 94,00 3,52 0,85 8 24,50 93,20 25,50 94,00 3,92 0,85 9 24,80 93,00 25,50 94,00 2,74 1,06 10 24,80 93,10 25,50 94,00 2,74 0,95 TABEL III HASIL PEMBACAAN KESELURUHAN CHILD NODE No Pembacaan Suhu ( ℃ ) Pembacaan Kelembapan (%) N1 N2 N3 N4 N1 N2 N3 N4 1 24,80 25,00 24,00 24,50 93,00 95,00 92,00 95,00 2 24,80 24,90 24,00 24,40 93,00 95,10 92,00 95,10 3 24,60 25,00 24,10 24,50 93,10 95,00 91,90 95,00 4 24,60 25,00 24,10 24,50 93,10 95,00 91,80 95,00 5 24,80 25,10 24,00 24,30 93,00 94,80 92,00 95,10 6 24,70 25,10 23,90 24,30 93,10 94,90 92,20 95,20 7 24,60 25,00 24,00 24,50 93,20 95,00 92,00 95,00 8 24,50 25,10 24,00 24,40 93,20 94,90 92,00 95,10 9 24,80 25,00 24,10 24,40 93,00 95,00 91,90 95,10 10 24,80 25,00 24,20 24,50 93,10 95,00 91,80 95,00
Selanjutnya  dilakukan  pengujian Acknoledgement (ACK) untuk  mengetahui  kualitas  pengiriman  data  antar node .  Hasil pengujian dapat dilihat pada Tabel IV.

## TABEL IV
HASIL PENGUJIAN ACK PADA CHILD NODE No Data Terkirim Data Diterima ACK Suhu ( ℃ ) Kelembapan (%) Suhu ( ℃ ) Kelembapan (%) 1 24,80 93,00 25,80 94,00 Sesuai 2 24,80 93,00 25,80 94,00 Sesuai 3 24,60 93,10 25,60 94,10 Sesuai 4 24,60 93,10 25,60 94,10 Sesuai 5 24,80 93,00 25,80 94,00 Sesuai 6 24,70 93,10 25,70 94,10 Sesuai 7 24,60 93,20 25,60 94,20 Sesuai 8 24,50 93,20 25,50 94,20 Sesuai 9 24,80 93,00 25,80 94,00 Sesuai 10 24,80 93,10 25,80 94,10 Sesuai TABEL IV HASIL PENGUJIAN JARAK TRANSMISI No Jarak Jangkauan Sistem dapat berkomunikasi 1 1 km Ya 2 2 km Ya 3 3 km Tidak
Untuk mengetahui jarak transmisi maksimal antar perangkat agar  informasi  yang  dikirim  oleh  salah  satu  perangkat  dapat diterima  oleh  perangkat  lainnya  maka  dilakukan  pengujian jarak  transmisi.  Hasil  pengujian  jarak  transmisi  dapat  dilihat pada  Tabel  V.  Jarak  jangkauan  3  km  pada  pengujian  jarak transmisi menunjukan bahwa sistem tidak dapat berkomunikasi.  Hal  ini  dikarenakan  modul transceiver NRF24L01  memiliki  jarak  jangkauan  maksimal  mampu berkomunikasi  sejauh  1,1  km  dengan  kondisi Line  of  Sight (LOS).  Pada  topologi cluster yang  diterapkan  masing-masing node berjarak ±1 km sehingga jarak antara child node dengan parent node sejauh ±2 km.

## IV. K ESIMPULAN
Berdasarkan  perancangan,  serta  pengujian  perangkat  WSN yang  telah  dilakukan  diperoleh  bahwa  sensor  node  mampu bekerja  dengan  baik  dalam  proses  akuisisi  data  dimana  dapat membaca  data  suhu  dan  kelembapan  dengan  eror  pembacaan suhu sebesar 2%-5% dan error pembacaan kelembapan sebesar 0%-2%.  Dengan delay optimal  pada  pengiriman  dan penerimaan dalam proses ACK sebesar 100–500 milidetik, hal ini  menunjukkan  stabilitas  pengiriman  data  antar  perangkat yang  cukup  baik.  Jarak  maksimum  antar  node  dalam  proses pengiriman data menggunakan topologi cluster pada penelitian ini  adalah  sekitar  2  km.  Hasil  pengukuran  data  suhu  yang diperoleh berkisar antara 200 ℃ sampai dengan 250 ℃ dengan kelembapan berkisar antara 90%-95%

## R EFERENSI
[1]  S. A. Kumar and P. Ilango, “The Impact of Wireless Sensor Network in the  Field  of  Precision  Agriculture:  A  Review,” Wireless  Personal Communications 2017 98:1 , vol. 98, no. 1, pp. 685–698, Aug. 2017, doi: 10.1007/S11277-017-4890-Z.
[2]  D.  K.  Rathinam,  D.  Surendran,  A.  Shilpa,  A.  Santhiya  Grace,  and  J. Sherin, “Modern Agriculture Using Wireless Sensor Network (WSN),” 2019  5th  International  Conference  on  Advanced  Computing  and Communication  Systems,  ICACCS  2019 ,  pp.  515–519,  Mar.  2019,  doi: 10.1109/ICACCS.2019.8728284.
[3]  H.  Wijaya  and  W.  A.  Kusuma,  “Implementasi  Sistem  Multi-Telemetri menggunakan  Protokol  RF24  untuk  monitoring  Pada  Greenhouse,” Techno.Com , vol. 17, no. 4, pp. 365–376, Nov. 2018, doi: 10.33633/TC. V17I4.1788.
[4]  A.  Widodo,  I.  Artikel,  and  D.  Juli,  “Sistem  Akuisisi  Data  Kelembaban Tanah  Menggunakan  Jaringan  Sensor  Nirkabel  Berbasis  Zigbee,” Edu Elektrika  Journal ,  vol.  5,  no.  2,  pp.  28–28,  2016,  doi: 10.15294/EEJ.V5I2.23225.
[5]  Richad  Gilang  Wisduanto,  Adhitya  Bhawiyuga,  and  Dany  Primanita Kartikasari,  “Implementasi  Sistem  Akuisisi  Data  Sensor  Pertanian Menggunakan  Protokol  Komunikasi  LoRa,” Jurnal  Pengembangan Teknologi  Informasi dan  Ilmu Komputer , vol. 3, no. 3, pp. 2201–2207, Jan. 2019.
[6]  R.  K.  Singh,  M.  Aernouts,  M.  de  Meyer,  M.  Weyn,  and  R.  Berkvens, “Leveraging  LoRaWAN  Technology  for  Precision  Agriculture  in Greenhouses,” Sensors 2020, Vol. 20, Page 1827 , vol. 20, no. 7, p. 1827, Mar. 2020, doi: 10.3390/S20071827.
[7]  Alldo  Raafi’ilman,  Adhitya  Bhawiyuga,  and  Reza  Andria  Siregar, “Implementasi Protokol RF24Mesh dalam Wireless Sensor Network pada Lahan Pertanian,” Jurnal Pengembangan Teknologi Informasi dan Ilmu Komputer , vol. 3, no. 7, Dec. 2021.
[8]  “Single chip 2.4  GHz  Transceive,” Nordic  Semiconductor  ASA .  Nordic Semiconductor ASA, Dec. 2004.
[9]  “DHT11 Humidity & Temperature Sensor.” Mouser Electronics, pp. 1–9.