Elektron Jurnal Ilmiah Volume 11 Nomor 1 Juni 2019
Design Dan Implementasi Wireless Sensor Network Pada Prototype Pendeteksian Material Galodo
Era Madona 1 , Muhammad Irmansyah 2* , Yulastri 3 , Anggara Nasution 4
1234 Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Padang emadona38@gmail.com
Kampus Politeknik Negeri Padang, Limau Manis Padang
Abstract—Flash flood (debris flow) or people of Padang called  “galodo”  is one disaster that could threaten any time, especially  at  plateau  with  high  rainfall.  This  study is  an  attempt to  design prototype  which  is implemented  to  detect the content of the existing material in river flows due to “ Galodo ”. This research design and implement the wireless sensor network to transmit information or sensor output data and data receivers on prototype of “Galodo” material detection  with  laboratory  testing  scale.  This  system  consist  of  a  transmitter  device  that  includes  a  sound  sensor, Arduino Uno, and XBee S2, and a receiver that includes the XBee S2 and raspberry Pi as  a database server. Data in data  server are  expected can  distinguish the  water  in” Galodo ”  bring  small  material such  as sand  or larger  or just contain  of  water.  The  information  obtained  display  in  graphic  on  the  website  to  system  data  monitoring  including time delay for sending data from transmitter to receiver.
Keywords : Database server, Wireless Sensor Network, Arduino Uno, XBee S2, Sound sensor Abstrak — Banjir bandang ( debris  flow )  atau  yang  dikenal  dengan  galodo  oleh  masyarakat  kota Padang  merupakan salah  satu  bencana  yang  dapat  mengancam  setiap  saat  terutama  pada  daerah  dataran  tinggi  dengan  curah  hujan yang  tinggi.  Penelitian  ini  merupakan  upaya  untuk  pembuatan  prototype  yang  diimplementasikan  untuk pendeteksian  kandungan  material  yang  ada  pada  aliran  sungai  akibat  terjadinya  galodo.  Pada  penelitian  ini dirancang  dan  diimplementasikan  wireless sensor  network  sebagai  alat  untuk pengiriman informasi  atau data  hasil pembacaan  sensor  dan  penerima  data  pada  prototype  pendeteksian  material  galodo  dengan  pengujian  masih  skala laboratorium.  Sistem  ini  akan  terdiri  atas  perangkat  transmiter  yang  mencakup  sensor  suara,  Arduino  Uno,  dan XBee S2, dan receiver yang mencakup XBee S2 dan  raspberry Pi sebagai database server. Data-data ini selanjutnya diolah  sedemikian  rupa  sehingga  diharapkan  dapat  membedakan  apakah  air  yang  ada  pada  galodo  membawa material  halus  seperti  pasir  atau  material  yang  lebih  besar  seperti  kerikil  atau  hanya  air  saja.  Informasi  yang diperoleh  ditampilkan  dalam  bentuk  tampilan  grafik  pada  web  untuk  memonitoring  data  yang  dikirimkan  oleh sistem termasuk waktu tunda sistem selama proses pengiriman data dari transmitter ke receiver
Kata kunci : Database server, Wireless Sensor Network , Arduino Uno, XBee2, Sensor suara
© 2019 Elektron Jurnal Ilmiah

## I. PENDAHULUAN
Indonesia  mengalami  pergeseran  musim  yang  luar biasa.  Periode  musim  kemarau  yang  biasanya  terjadi pada  bulan  April-September  dan  musim  hujan  pada bulan  Oktober-Maret  dengan  musim  pancaroba  pada bulan  Maret/April  dan  September/Oktober  sekarang sudah  tidak  menentu.  Kondisi  cuaca  yang  mengalami perubahan  ini  juga  berakibat  pada  bencana  yang ditimbulkan seperti banjir sebagaimana yang terjadi di Padang dan Payakumbuh Sumatera Barat.
Banjir bandang adalah aliran massa sedimen (pasir, kerikil,  batu  dan  air  )  dalam  satu  unit  dengan kecepatan  tinggi.  Terjadi  karena  keseimbangan  statik antara  gaya  geser  yang  ditimbulkan  oleh  aliran  lebih besar  dari  gaya  geser  massa  sedimen  yang  menahan. Karena  massa  yang  mengalir  ini  mempunyai percepatan  maka  ketinggian  dan  kecepatannya  akan selalu  bertambah,  dan  pada  tingkat  batas  tertentu keadaan menjadi tidak stabil sehingga massa sedimen
terangkat  dengan  cepat    yang  menimbulkan  banjir bandang (Maryono A dalam Danoedoro, Projo, 2008). Galodo  atau  banjir  bandang  telah  melanda  Batang Kuranji  pada  hari  Selasa  tanggal  24  Juli  2012  pukul 18.00  WIB.  Daerah  yang  terkena  bencana  banjir bandang ini meliputi 19 Kelurahan dalam 7 kecamatan di  Kota  Padang  (Padang  Ekspres  28  Juli  2012). Pemantauan  terhadap  bencana  alam  yang  sudah dilakukan kebanyakan bergantung kepada infrastruktur  yang  ada  di  sekitar  tempat  bencana, seperti  ketersediaan  daya  listrik  PLN  dan  jaringan komunikasi, sehingga pembangunan situs pemantauan bencana  alam  terbatasi  oleh  ketersediaan  fasilitas- fasilitas tersebut. Pemantauan terhadap banjir bandang biasanya  dilakukan  di  hulu  sungai  yang  jauh  dari pemukiman  yang  tentunya  juga  jauh  dari  fasilitas- fasilitas  tersebut  di  atas.  Oleh  karena  itu  penggunaan jaringan  sensor  nirkabel  ( Wireless  Sensor  Network ) merupakan  solusi  tepat  (Maneesha  V.  Ramesh,2009; Wen-Zhan Song, Renjie Huang, Mingsen Xu, Behrooz
Elektron Jurnal Ilmiah Vol.11 No. 1 (2019) 39 – 42
A.  Shirazi,  Richard  LaHusen,2010;  Sunkpho,  Jirapon Ootamakorn, Chaiwat, 2011). Penelitian ini merancang dan mengimplementasikan wireless sensor network sebagai alat untuk pengiriman,  router  dan  penerima  data  pada  prototype pendeteksian  material  galodo.  Data-  data  ini selanjutnya  diolah  dengan  menggunakan  sistem mikrokontroler  arduino.  Hasil  pengolahan  data  akan disimpan  ke  dalam  database  MySQL  Server.  Data- data  ini  selanjutnya  diolah  sedemikian  rupa  sehingga diharapkan  dapat  membedakan  apakah  air  yang  ada pada  galodo  membawa  material  halus  seperti  pasir atau  material  yang  lebih  besar  seperti  kerikil  atau hanya air saja.
Beberapa  penelitian  telah  dilakukan  terkait  dengan monitoring untuk bencana banjir bandang atau galodo. Arattona  dkk  dalam  penelitiannya  menggunakan sensor-sensor  seperti  bandul  atau  pendulum,  kawat bentangan  melintasi  kanal,  sensor  ultrasonic  dan kamera  CCD  (M.  Arattano  and  L.  Marchi,  2007), instalasi  sensor-sensor  tersebut  cukup  memakan tempat  serta  rawan  akan  kerusakan  ketika  terjadi terjangan  galodo  dan  tentu  saja  mahal  karena perangkat  yang  digunakan  banyak  macamnya.  Huang Chen  Lee  dkk  merancang  sebuah  alat  yang  bernama INSIDER  yang  diletakkan  pada  aliran  sungai,  alat tersebut terdiri dari TI CC2420 RF transceiver sebagai alat  pengiriman  dan  dilengkapi  dengan  beberapa sensor seperti sensor geophone, rainfall dan waterlevel serta  kamera  CCD.  Data  sensor  kemudian  dikirim  ke server  (Huang-Chen  Lee,  Amit  Banerjee,  Yao-Min Fang, Bing-Jean Lee, 2010).
Hasil  penelitian  menunjukkan  pembacaan  sensor cukup  akurat  dan  proses  komunikasi  data  antara INSIDER  dan  server  mengalami  permasalahan  jika alat  terendam  oleh  air.Untuk  mengatasi  hal  tersebut Huang  Chen  Lee  dkk  menaikkan  output  power  pada TI CC2420 sebesar 22 dbm dan meletakkan alat pada aliran  sungai  yang  agak  dangkal  dan  kering  serta melengkapi  alat  dengan  flash  memori  untuk menyimpan informasi.  Dalam  penelitian ini prototype yang  diusulkan  menggunakan  sensor  suara  untuk mendeteksi  gelombang  suara  yang  dihasilkan  oleh  air yang  mengalir,  data  kemudian  dikirim  melalui komunikasi  wireless  dengan  memanfaatkan  protokol routing  AODV  dan  kemampuan  network  self  healing pada xbee (Datasheet Xbee S2, 2013), untuk menjaga kontinuitas informasi ke database server dan kemudian ditampilkan melalui website. Adapun keuntungan dari system  yang  diusulkan  ini  adalah  biaya  untuk perangkat    dan  perawatan  yang  tergolong  rendah karena  tidak  membutuhkan  infrastruktur  untuk  link komunikasi serta data yang tersimpan secara real time sehingga dapat dianalisa sesuai dengan kebutuhan.

## II. METODE PENELITIAN
Pada  bagian  ini,  dipaparkan  pembahasan  singkat mengenai  perancangan  alat  dan  implementasi  sistem serta cara kerja sistem yang terdapat dalam garis besar perancangan  sistem  dan  diikuti  dengan  penjelasan tentang  perangkat  keras  ( hardware )  yang  terdiri  dari beberapa  bagian  yang  berfungsi  untuk  mengolah data.Kemudian  diikuti  dengan  perancangan  perangkat lunak ( software ).
Arduino Analog Sound Sensor 1 Analog Sound Sensor 2 Analog Sound Sensor 3 xbee (E) xbee (C) Arduino Ethernet Shield RaspBerry Pi HTTP Aliran Sungai Galodo Bermaterial

## Gambar 2. Blok diagram sistem pendeteksi galodo
Proses  dari  diagram  blok  diatas  dapat  dijelaskan bahwa  diagram  ini  terdiri  dari  beberapa  bagian  yaitu suara  aliran  sungai  sebagai  objek  pemantauan (monitoring). Transmiter ,  terdiri  atas  sensor  suara, XBee,  dan  arduino  yang  dihubungkan  langsung dengan  sumber  tegangan.Receiver,  terdiri  atas  Xbee, arduino,  ethernet  shield.  Raspberry  Pi  Berfungsi sebagai  PC  Server  untuk  menyimpan  data  kedalam mysql  menggunakan  PHP  untuk  tampilan  data  ke website.Setelah data di terima oleh XBee Coordinator, data  tersebut  akan  di  tampilkan  dan  dibaca  oleh Arduino,  kemudian  di  kirim  data  melalui  HTTP  ke raspberry pi menggunakan modul Ethernet shield, dan terakhir  data  di  Raspberry  PI  ini  yang  akan menampilkan data-data melalui website.

## A. Perancangan Hardware

## Transmitter
Pada  bagian transmitter ini  menggunakan  3  (tiga) sensor  suara.  Sensor-sensor  itu  akan  diolah  dengan mengunakan mikrokontroller  ATmega2560 yangakan ditampilkan dalam bentuk serial, dimana data serial itu akan  dikirim  menggunakan wireless  sensor  network ke receiver .
Elektron Jurnal Ilmiah Vol.11 No. 1 (2019) 39 – 42

## Receiver
Pada  bagian  ini  data  yang  telah  dikirim transmitter melalui  router  akan  diterima  oleh receiver melalui wireless sensor network dalambentuk data serial. Pada receiver  sendiri  terdiridari  arduino,  Ethernet  shield, Xbee,  RTC  danmodem  router.  Data  yang  telah diterima  melaluiXBee,  akan  dikirim  kembali  ke raspberry piyang berfungsi sebagai server , pengiriman itusendiri  menggunakan  Ethernet  shield,  untuk itumembutuhkan  modem  internet  router. Data yangdikirim akan ditambahkan tanggal dan jampengiriman  oleh  rangkaian  RTC.  Sehingga  kita dapat  membandingkan  berapa  delay  data  saat  sampai ke server.
Gambar 4. Rancangan hardware transmitter

## B. Perancangan Software
Untuk  peracangan  Software  memiliki  beberapa tahapan yaitu:
1. Instalasi OS
2. Instalasi Web Server
3. Instalasi Database Server

## III. HASIL DAN PEMBAHASAN
Dari  rancangan  hardware  transmitter  dan  receiver, dapat  diimplementasikan  pada  alat  dengan  hasil  yang diperoleh sebagai berikut:
Gambar 5. Hardware transmitter dan receiver
Pembacaan  sensor  terhadap  objek  monitoring  yang telah dibuat berupa satu node dengan tiga buah sensor suara dan diolah dengan Arduino sehingga didapatkan nilai ADC suara air mengalir tanpa material dan suara air dengan pasir serta kerikil  yang dikirimkan melalui transmiter  XBee,  informasi  hasil  monitoring  dapat diterima  dengan  baik  oleh receiver XBee.    Analisis yang  dihasilkan  dari  penelitian  ini  berupa  delay pengiriman    data  pada  sistem  yang  dihasilkan  pada pengujian  pengiriman  data  dan  pengujian  delay  dari coordinator ke server secara outdoor.

## Delay pengiriman data dari transmitter ke receiver
Tabel 1. Delay pengiriman data Tx-Rx Network Lines Time (m) Tx Rx (s) 200 √ √ 6 250 √ √ 7 300 √ √ 10 350 √ √ 35 375 √ √ -
Dari tabel  1.  dapat  dilihat  bahwa  waktu  pengiriman data  dari  transmitter  ke  receiver  yang  didapat mengalami  kenaikan  mengikuti  kenaikan  nilai  jarak antar  device.  Berdasarkan  hasil  pengukuran  dengan menggunakan  stopwatch,  didapatkan  bahwa  untuk jarak    200  meter  sampai  dengan  350  meter,  waktu yang  dibutuhkan  untuk  proses  recovery  network memiliki nilai minimum 6 detik dan delay maksimum sebesar  38  detik.  Untuk  jarak  375  m  dari  router  ke coordinator  komunikasi  terputus  dikarenakan  jarak maximal yang  diizinkan untuk pengiriman adalah 350 m.  Percobaan  di  atas  dapat  dikaitkan  dengan  delay transmisi  data,  yaitu  waktu  yang  dibutuhkan  data untuk  sampai dari  transmiter menuju receiver.  Dalam transmisi  komunikasi  dalam  sebuah  medium,  ketika gelombang informasi merambat tentu akan membutuhkan  waktu,  waktu  perambatan  inilah  yang membuat  waktu  kirim  tidak  sama  dengan  waktu terima.  Dapat  diambil  kesimpulan  bahwa  semakin jauh  jarak  antar  perangkat  komunikasi  yang digunakan,  maka  semakin  lama  waktu  yang dibutuhkan informasi untuk sampai ke receiver.
LAN
Elektron Jurnal Ilmiah Vol.11 No. 1 (2019) 39 – 42

## Delay pengiriman data dari coordinator ke server.

## Tabel 2. Delay pengiriman data dari coordinator ke server
Coordinator Server Delay hh:mm:ss hh:mm:ss s 8:40:25 8:41:28 63 8:40:32 8:41:35 63 8:40:35 8:41:38 63 8:40:34 8:41:37 63 8:40:37 8:41:41 64 8:40:39 8:41:43 64 8:40:41 8:41:45 64 8:40:43 8:41:48 65 8:40:45 8:41:51 66 8:40:47 8:41:53 66 Average 64.1
Dari  tabel  2  dapat  dilihat,  pengujian  dilakukan dengan  mencatat  waktu  pengiriman  data  dari Coordinator  ke  server  dengan    rata-rata  64,1  second. Dengan selang waktu yang relatif kecil ini maka dapat disimpulkan bahwa data yang ditampilkan merupakan data  update dan realtime.
Pengujian Menggunakan Web Interface
Pengujian sistem ini dilakukan dengan cara menguji fungsional  sistem  monitoring  pendeteksi  material galodo  berbasis web .  Hasil  pengujian web  interface dapat  diperlihatkan  pada  tampilan  web  interface  dan grafik  pembacaan  nilai  adc  masing-masing  sensor dapat dilihat pada gambar 5.
Gambar 5. Tampilan web interface
Berdasarkan gambar 5, masing-masing grafik mewakili satu sensor suara yang digunakan. Data nilai ADC untuk air tanpa material pasir dan kerikil sebesar 60-75, sedangkan nilai ADC untuk air dengan material pasir  dan  kerikil  95-120  yang  merupakan  range  rata- rata dari tiga sensor suara yang digunakan

## IV. KESIMPULAN
Berdasarkan  pada  hasil  perancangan,pengujian  dan analisa  yang  dilakukan    terhadap prototype  alat pendeteksian  galodo  berbasis  wsn yang  dibangun, maka  didapatkan  jarak  maksimum  pengiriman  data dari  transmitter  ke  receiver  adalah  350  meter  dengan waktu  tunda  35  detik.  Sedangkan  waktu  tunda  rata- rata  pengiriman data dari coordinator ke server adalah 64.1 second dengan data ADC 60-75 untuk air dengan tanpa material pasir dan 95-120 dengan material pasir dan kerikil.

## REFERENSI
[1] Maryono A dalam Danoedoro, Projo (2008). Dampak Perubahan Penggunaan Lahan terhadap Respons Debit dan Bahaya Banjir, PUSPICS Fakultas Geografi Universitas Gadjah Mada, 19 – 26.
[2]   Maneesha  V.  Ramesh  (2009).  Real-time  Wireless  Sensor Network  for  Landslide  Detection,  Proceeding  The  3 rd International  Conference  on  Sensor  Technologies  and Applications-ISBN  :978-0-7695-3669-9,  Athens,  18-23  June 2009.
[3]   Sunkpho, Jirapon Ootamakorn, Chaiwat. 2011. Real-time flood monitoring  and  warning  system.  Songklanakarin  Journal  of Science  and  Technology  Volume  33.  Issue  2.  Pages  :227-235 2011
[4]    Wen-Zhan  Song,  Renjie  Huang,  Mingsen  Xu,  Behrooz  A. Shirazi,  Richard  LaHusen  (2010).Design  and  Deployment  of Sensor  Network  for  Real-Time  High-Fidelity  Volcano Monitoring  ,IEEE  TRANSACTIONS  ON  PARALLEL  AND DISTRIBUTED  SYSTEMS,  VOL.  21,  NO.  11,  NOVEMBER 2010
[5]  M.  Arattano  and  L.  Marchi.  Systems  and  Sensors  for  Debris- flow  Monitoring  and  Warning.  Sensors  2008.  2007;  8:  2436- 2452.
[6]  Huang-Chen  Lee,  Amit  Banerjee,  Yao-Min  Fang,  Bing-Jean Lee And Chung-Ta King (2010). Design of aMultifunctionalWireless  Sensorfor  In-Situ  Monitoring  of Debris Flows. IEEE TRANSACTIONS ON
INSTRUMENTATION  AND  MEASUREMENT,  VOL.  59, NO. 11, NOVEMBER 2010
[7]   Agung  Priyanto,  Widyawan,  Sujoko.  2014.  Observasi  Aliran Sungai Untuk Perigatan Dini Banjir LAar Dingin Memanfaatkan  Jaringan  Sensor  Nirkabel  Platform  IQRF.  E- Journal UNDIP Vol 16.No 1 (2014).
[8]  Datasheet Xbee S2