## INTEGRASI PROTOKOL MQTT DAN HTTP UNTUK OTOMASI BER- BASIS IOT PADA PERTANIAN LAHAN KERING
Hendro FJ Lami 1 , Kalvein R Rantelobo 2 , Jani F Mandala 3 , Agustinus S Sampeallo 4
1,2,,3,4 Program Studi Teknik Elektro, Fakultas Sains dan Teknik, Universitas Nusa Cendana Email: h.lami@staf.undana.ac.id, Email: kalvein@staf.undana.ac.id, Email: : janifm99@yahoo.co.id Email: agusthinus.sampeallo@staf.undana.ac.id

## ABSTRACT

## Info Artikel
Histori Artikel: Diterima Sep 10 , 20 20 Direvisi Sep 12 , 20 20 Disetujui Sep 21 , 20 20
The  availability  of  telecommunication  infrastructure  and  services  has  not been evenly distributed throughout the NTT region. This problem becomes the basis of this research  to develop a communication system that capable of reaching areas without a telecommunications network. Through the LO- RA  gateway  on the  raspberry  pi,  information from  areas that  are  not  cov- ered  by  telecommunications  services  is  sent  to  another  gateway  using  a working  frequency of  915MHz.  The  plant in this  study  is  the  regulation  of soil  moisture  with  the  input  of  2  sensors  and  1  relay  for  controlling  land irrigation activities. An esp8266 sensor node collects the sensing results of the YL-69 and DS18B20 sensors to control the pump motor operation. The process of sending data between the sensor node and the gateway uses the mqtt protocol. Users in areas served by the internet network can access all published data on the test website. The results of controlling the plant area in  the  test  area  fluctuated  and  tended  to  be  stable  at  between  60%  and 80%. Keywords: LORA, MQTT, HTTP, Sensor Node

## ABSTRAK
Ketersediaan infrastruktur dan layanan telekomunikasi belum merata dise- luruh wilayah NTT. Masalah ini menjadi dasar penelitian untuk melakukan pengembangan  sistem  komunikasi  yang  mampu  menjangkau  daerah  tanpa jaringan telekomunikasi. Melalui LORA gateway pada raspberry pi, infor- masi  dari  daerah  tidak  terjangkau  layanan  telekomunikasi  di  kirimkan menuju  gateway  lain  menggunakan  frekuensi  kerja  915MHz.  Plant  pada penelitian ini adalah pengaturan kelembaban tanah dengan inputan 2 buah sensor  dan  1  relay  untuk  pengontrolan  aktifitas  pengairan  lahan.  Sebuah sensor  node  esp8266  mengumpulkan  hasil  sensing  sensor  YL-69  dan DS18B20  untuk  mengontrol  kerja  motor  pompa.  Proses  pengiriman  data antara  sensor  node  dan  gateway  menggunakan  protocol  mqtt.  User  pada daerah yang terlayani jaringan internet dapat mengakses seluruh data pub- likasi pada website uji. Hasil pengontrolan plant area lahan uji berfluktuasi dan cenderung stabil pada antara nilai 60% dan 80%
Kata Kunci: LORA, MQTT, HTTP, Sensor Node Penulis Korespondensi:

## Hendro FJ Lami,
Program Studi Teknik Elektro Fakultas Sains dan Teknik, Universitas Nusa Cendana, Jl. Adisucipto Penfui - Kupang. Email: h.lami@staf.undana.ac.id

## 1. PENDAHULUAN
Infrastruktur  telekomunikasi  di  NTT  masih belum menjangkau seluruh daerah propinsi terse- but.  Kondisi  ini  mempengaruhi  pertembuhan ekonomi masyarakat setempat[1]. Disisi lain saat ini  sistem  komunikasi  telah  berkembang  menuju pada interkoneksi antara  layanan.  Setiap  layanan umumnya  dproses  oleh  sebuah  server  untuk  me- nyediakan  kebutuhan  data  oleh  user.  Internet  of Things (IOT) merupakan sistem komunaksi terin- tegrasi  antara  layanan  memiliki  trend  klasifikasi berdasarkan teknologi yaitu sebagai berikut[2]:
 Hardware  (Marvin,  Edison,  Adafruit,  In- tel, Samsung, Arduino, Raspberry Pi)
 Cloud  Platform  (AWS  IOT,  Microsoft Azure, Calvin Ericson, Cariots)
 Midleware (OpenIOT, fiware)
Perkembangan penerapan beberapa trend aplikasi IOT  saat  ini  sudah  terlihat  manfaatnya  dalam berbagai aspek diantaranya terlihat pada tabel 1.

## Tabel 1. Perkembanagan Aplikasi IOT
Layanan Infrastruktur Komunikasi Metode Transportasi[3] Ethernet port Implementasi Nodered Kesehatan[4], [5] Lora RFM-95 Implementasi Peternakan[6] Lora RF-95 Implementasi Pertanian[7] Lora RF-95 Implementasi Energi [8] Lora RF-95 Implementasi
Implementasi sistem kontrol pada lahan pertanian mengalami  perkembangan  pada    sisi  aplikasi  dan  im- plementasi teknologi.  Misalnya pada[9],   menerapkan lora  untuk  pengambilan  data  sensor.  Sumber  data dibagi  atas  area  tertentu  dan  pengambilan  data dibedakan  atas  topic  menggunakan  protocol  MQTT untuk  diinputkan  pada  sebua  database.  Kontribusi penelitian tersebut adalah untuk mengembangkan sys- tem cerdas dalam manajemen air pada lahan pertanian namun hanya berfokus pada proses agregasi data anta- ra  sensor.  [10]  sebuah  system  komunikasi  berbasis MQTT  untuk  pengumpulan  data  menuju  grafana. [11]mendisain  sebuah  komunikasi  berbasis  blynk  un- tuk pengambilan data antara sensor namun pada sistim ini  hanya terjadi pada daerah dengan dukungan infra- struktur internet. [12]mendisain sebuah sistem MQTT melalui  jaringan  selular  untuk  monitor  solar  energy pada daerah pertanian.
Berdasarkan  penelitian-penelitian  sebelumnya tersebut  maka  pada  penelitian  ini  akan  menintegrasi protocol  MQTT  dan  HTTP  untuk  mendukung  komu- nikasi antara daerah tanpa publik infrastruktur dengan daerah  yang  sepenuhnya  didukung  oleh  layanan  pub- lik. Plant pada penelitian ini adalah kelembaban tanah
sebesar  70%  dengan  asumsi  plat  tersebut  terjadi  pada usia vegetasi tanaman jagung dan tomat[13], [14].

## 2. METODE PENELITIAN

## Gambar 1 Konfigurasi Network
Gambar  1  menjelaskan  set-up  jaringan yang  menjadi  focus  pada  penelitian.  Pada  Net- work  A  merupakan  daerah  tanpa  layanan  public infrastruktur.Sebuah akses point 802.11b/g/n ber- tugas untuk menyediakan link komunikasi antara sensor  node  dan  lora  gateway.  Pada  Area  Net- work B,  dapat berkomunikasi dengan network A melalui  penempatan  sebuah  Lora-Gateway.  User pada  network  B  dapat  melakukan  request  data publikasi  sensor  node  dan  melihat  hasil  request via website.
Berdasarkan  konfigurasi  network  pada  gam- bar  1,  maka  fokus  penelitian  ini  terdiri  atas  tiga bagian utama yaitu:
1. Implementasi  Protokol  MQTT  untuk akses data antar sensor node dan gateway 2. Pengembangan  Lora-Gateway  untuk  me- nyediakan  akses  layanan  antara  daerah tanpa  publik  infrastruktur  dan  daerah dengan    dukungan  infrastruktur  (Selular 4G/3G/2G, Internet)
3. Pengembangan  Web  Server  untuk  akses data publikasi dari sensor node.
Berdasarkan  tujuan  utama  tersebut  maka  pada penelitian  ini  menggunakan  beberapa  perangkat untuk  mendukung  kinerja  IOT.  Perangkat  terse- but  antara lain.  Dua buah raspberry  pi  yang  ber- tugas  sebagai  gateway  dan  esp8266  sebagai  sen- sor  node.  Sensor  node  dikoneksikan  dengan  dua sensor  utama  yaitu  YL-69  untuk  mengukur kelembaban  tanah  area  uji  dan  DS18B20  untuk mengukur  suhu  udara  sekitar  lahan  tersebut.  un- tuk  komunikasi  LORA  menggunakan  dua  jenis
Jurnal Media Elektro / Vol. IX / No. 2
perangkat  yang  berbeda  namun pada  frekuensi kerja yang sama yaitu 915 MHz.

## 2.1 KONFIGURASI SENSOR NODE
Sensor node pada penelitian ini bertugas untuk mengambil data hasil sensing untuk dipublikasikan pada gateway lain menggunakan protocol MQTT. Konfigurasi sensor node dapa dilihat pada gambar 2.
Gambar 2. Konfigurasi Node
Berdasarkan  gambar  2  maka  terdapat  sensor kelembaban tanah YL-69, sensor temperature DS18B20,  dan  sebuah  relay.  Sensor  YL-69  merupa- kan  sensor  kelembaban  tanah  dengan  output  keluaran analog  dengan  rentang  antara  0 dan  1023[15].  Sensor DS18B20 mampu  mengukur suhu udara pada rentang antara -55 0 C dan 125 0 C[16]. Penelitian ini menggunakan relay 5V dengan pengaman optocoupler.  Konfigurasi antara relay, catu daya dc, dan esp8266 dapat dilihat pada gambar 3.
Gambar 3 Koneksi Relay, ESP8266, dan Motor

## 2.2 KONFIGURASI LORA GATEWAY
Pada  bagian  ini  raspberry  pi  3  mode  b+  digunakan sebagai  sentral  pemrosesan  data.  Penelitian  ini menggunakan dua  modul  Lora  masing-masing  lora pi
HAT/GPS  RF-95  produksi  Dragino  dan  Lora  IOT Board RF-95 produksi Elecrow. Kedua perangkat ter- sebut terlihat pada gambar 4.
Gambar 4. Lora Gateway
Koneksi Pin antara raspberry pi dan kedua modul Lora tersebut adalah sebagai berikut :
1. Koneksi Raspberry Pi dan Dragino Lora Pi
HAT/GPS
Tabel 2. Koneksi Pin GPIO Raspi dan Modul Lora Pi HAT/GPS RF-95
Pin Signal CS GPIO25 RST GPIO17
2. Koneksi Raspberry Pi dan Lora IOT Board RF-95
Tabel  3.  Koneksi  Raspberry  Pi  dan  Lora  IOT  Board RF-95
Pin Signal CS GPIO7 RST GPIO22
Perlu  untuk  memperhatikan  koneksi  pin    dan  sinyal seperti  terlihat  pada  kedua  tabel  tersebut  agar  kedua modul  lora  dapat  bekerja  untuk  mengirim  dan menerima data. Berikut ini hasil pengujian komunilasi data  transparan  antara  lora  gateway  network  A  dan network B. Terlihat pada gambar data dikirimkan pada gateway  tujuan  dengan  RSSI  sebesar  -27dBm  dan SNR antara 8dB hingga 9.5dB.
Gambar 5. Pengujian Kirim Terima Data Antar Gate- way

## 2.3 PENGUJIAN OPERASIONAL SENSOR
Pada  bagian  ini  sangat  memerlukan  pengujian pengambilan  data  secara  serial  antara  sensor  YL-68, sensor  DS18B20,  serta  Relay  sebelum  ketiganya  di koneksikan  pada  sensor  node.  Berikut  ini  tampilan pengujian  operasional  dari  masing-masing  sensor  dan relay.
Gambar 6. Pengujian Sensor YL-69
Pada  tahapan  ini  pengujian  hanya  untuk mendapatkan  nilai  output  analog  dari  sensor  dengan nilai  analog  tersebut  dibagi  dengan  nilai  ( int  10 ) . Hasilnya keluaran tersebut antara 0 sampai 102.
Selanjutnya adalah pengujian operasional sensor  temperature  DS18B20  pada  gambar  7. Sensor  berhasil  mendapatkan  data  temperature pada nilai 27 0 C yang terbaca pada data serial.
Gambar 7. Pengujian Sensor DS18B20
Pengujian selanjutnya adalah operasional relay  yang  menggunakan  input  DC  5V  eksternal seperti terlihat pada gambar 8.
Gambar 8. Pengujian Operasional Relay 5V dengan Eksternal input 5Vdc
Pengujian  ini  relay    dikoneksikan  dengan  pin  5  dan pin  4  untuk  melihat  apakah  saklar  induksi  bekerja secara benar.

## 2.4 VIRTUAL SENSOR NODE
Penelitian  ini  menggunakan  inputan  virtual  sensor node  yang  dibangun  menggunakan  nodered.  Nodered bekerja berbasis client web menggunakan port 1880. Posisi  nodered  dapat  berfungsi  sebagai  tools  untuk memonitor  data  transaksi  pada  protokol  MQTT. Selain itu, nodered berfungsi untuk membuat scenario multi sensor seperti terlihat pada gambar 9. Penamba- han  sejumlah  sensor  node  virtual  untuk  mendapatkan hasil  yang  optimal.    Melalui  nodered,  virtual  sensor node  dapat  mengirimkan  data  temperature  ataupun kelembaban  yang  nilainya  dimodelkan  menggunakan fungsi. Agar transaksi data antara client dapat berhasil maka pada konfigurasi MQTT-Tx dan MQTT-Rx  ha- rus sesuai dengan konfigurasi MQTT pada server non virtual.
Gambar 9. Salah satu Flow Nodered Virtual Sensor
Gambar 10. Konfigurasi MQTT pada Nodered
Terlihat  pada  konfigurasi  MQTT  pada  gambar    10, server  MQTT  memiliki  IP  lokal  dengan  port  komu- nikasi  1883.    IP  local  dapat  berubah  ketika  setingan pemberian IP client pada akses point adalah DHCP.

## 2.5 MQTT BROKER
Raspberry  pi  selain  berfungsi  sebagai  lora  gate- way juga berfungsi sebagai MQTT broker. Tujuannya adalah  data  hasil  sensing  dari  sensor  node  dapat  tiba pada  gateway  berdasarkan  topik  yang  ditentukan. MQTT broker pada penelitian ini memiliki konfigura- si seperti terlihat pada gambar 11.
Gambar 11. Konfigurasi Broker MQTT
Jika Konfigurasi sesuai maka pengiriman data  menuju  broker  dapat  berlangsung  seperti tampilan gambar 12 yang divisualisasi menggunakan nodered.

## Gambar 12. Visualisasi Data MQTT Broker

## 2.6 GATEWAY GUI
Penelitian  ini  mengembangkan  sebuah  graphical user  iterface  untuk  melakukan  monitoring  data  terki-
rim dan penentuan parameter link budget LORA. GUI dibangun menggunakan bahasa pemograman python.
Gambar 13. Lora-Gateway User Interface
Terlihat  pada  gambar  13  dan  gambar  14  terdapat beberapa parameter link budget lora  yang perlu diatur sesuai  dengan  spesfikasi  board  lora.  Pada  penelitian ini,  frekuensi  kerja  diset  pada  915MHz  sedangkan parameter  lainnya  mengikuti  default  setting  masing- masing board.
Gambar 14 Beberapa Baris Program Python pada Lo- ra-Gateway
Data  yang  dikirim  oleh  sensor  node  pada  daerah network A diterima sebagai data stream pada gateway tujuan di network B. Selanjutnya data tersebut dipros- es  menggunakan  operasi  string  untuk  mengetahui  be- rapa panjang data yang diterima dan memisahkan data tiap sensor dengan mengidentifikasi karakter pemisah. Gambar  15  adalah  algoritma  dalam  bahasa  pemo- graman  python  untuk  memproses  data  stream  yang tiba pada gateway network B.
Gambar 15. Proses Pemisahan Data Stream Pada Gateway Tujuan

## 2.7 DATA BASE
Sebuah data base ditempatkan pada gateway net- work B untuk mengumpulkan dan memproses data hasil sensing pada sensor node di sisi network A. Da- tabase server yang digunakan pada penelitian ini ada- lah mysql-server dengan nama ‘laker’.
Terdapat enam tabel pada database tersebut di- mana data hasil agregasi sensor pada network A hanya akan diinputkan pada tabel hasil_sensing. User dapat meminta data (request) melalui website uji.
Gambar 16. Tabel pada Database-Server

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Target  utama  pada  penelitian  ini  adalah melakukan pengontrolan untuk plant kelembaban tanah  pada  daerah  pertanian  lahan  kering.  Hasil implementasi dapat dilihat pada gambar  17.
Gambar 17. Grafik Real Time  Pengontrolan Kelem- baban pada Website Uji.
Gambar 17 memberikan informasi mengenai webserv- er berhasil diakses melalui ip local oleh user. Terlihat pada grafik tersebut nilai kelembaban terukur berfluk- tuasi  terhadap  setpoint  kelembaban  pada  nilai  70% dalam rentang nilai maksimum sekitar  80% dan min- imum pada 60%.  Walaupun demikian kecenderungan grafik menuju ke keadaan “steady”.

## 4. KESIMPULAN
Integrasi  antara  prtotokol  MQTT  dan  HTTP dapat terjadi pada dua kondisi jaringan yang ber- beda.  Penempatan  Lora-Gateway  memampukan data  sensor  node  dapat  menjangkau  daerah  lain walaupun  tanpa  dukungan  publik  infrastruktur. Hasil  pengontrolan  plant  kelembaban  area  lahan uji  berfluktuasi  pada  nilai  antara  60%  sampai 80%.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Prasetyo, Galih Adi. Pengaruh Pem- bangunan  Infrastruktur  Telekomunikasi Terhadap Pertumbuhan Ekonomi di ASEAN . Diss. UNIVERSITAS AIR- LANGGA, 2016.
[2] A.  H.  Mohd  Aman,  E.  Yadegaridehkordi, Z. S. Attarbashi, R. Hassan, and Y.-J. Park, “A  Survey  on  Trend  and  Classification  of Internet of Things Reviews,” IEEE Access , vol.  8,  pp.  111763–111782,  2020,  doi: 10.1109/ACCESS.2020.3002932.
[3] C. Badii, P. Bellini, A. Difino, and P. Nesi, “Sii-Mobility:  An  IoT/IoE  Architecture  to
Enhance  Smart  City  Mobility  and  Trans- portation Services,” Sensors , vol. 19, no. 1,
p. 1, Dec. 2018, doi: 10.3390/s19010001.
[4] F.  Wu,  T.  Wu,  and  M.  R.  Yuce,  “Design and  Implementation  of  a  Wearable  Sensor Network  System  for  IoT-Connected  Safety and Health Applications,” in 2019 IEEE 5th
World  Forum  on  Internet  of  Things  (WF-
IoT) , Limerick, Ireland, Apr. 2019, pp. 87–
90, doi: 10.1109/WF-IoT.2019.8767280.
[5] F. Wu, T. Wu, and M. Yuce, “An Internet- of-Things  (IoT)  Network  System  for  Con- nected  Safety  and  Health  Monitoring  Ap- plications,” Sensors ,  vol.  19,  no.  1,  p.  21, Dec. 2018, doi: 10.3390/s19010021.
[6] L.  Germani,  V.  Mecarelli,  G.  Baruffa,  L. Rugini, and F. Frescura, “An IoT Architec- ture  for  Continuous  Livestock  Monitoring Using LoRa LPWAN,” Electronics ,  vol. 8, no.  12,  p.  1435,  Dec.  2019,  doi:
10.3390/electronics8121435.
[7] A.  H.  Ali,  R.  F.  Chisab,  and  M.  J.  Mnati, “A smart monitoring and controlling for ag- ricultural pumps using LoRa IOT technolo- gy,” Indones.  J.  Electr.  Eng.  Comput.  Sci. , vol.  13,  no.  1,  p. 286,  Jan.  2019,  doi: 10.11591/ijeecs.v13.i1.pp286-292.
[8] J.  M.  Paredes-Parra,  A.  J.  García-Sánchez, A. Mateo-Aroca,  and  A.  Molina-Garcia, “An  Alternative  Internet-of-Things  Solu-
tion  Based  on  LoRa  for  PV  Power  Plants: Data  Monitoring  and  Management,” Ener- gies , vol. 12, no. 5, p. 881, Mar. 2019, doi: 10.3390/en12050881.
[9] C.  Kamienski et  al. ,  “Smart  Water  Man- agement  Platform:  IoT-Based  Precision  Ir- rigation  for  Agriculture,” Sensors ,  vol.  19,
no. 2, p. 276, Jan. 2019, doi: 10.3390/s19020276.
[10] T. A. Khoa, M. M. Man, T.-Y. Nguyen, V. Nguyen,  and  N.  H.  Nam,  “Smart  Agricul- ture  Using  IoT  Multi-Sensors:  A  Novel Watering  Management  System,” J.  Sens. Actuator  Netw. ,  vol.  8,  no.  3,  p.  45,  Aug. 2019, doi: 10.3390/jsan8030045.
[11] R.  Rajavarman,  S.  G.  A.  Rengan,  P.  A. Daniel, R. ArunKumar, and K. Karuppaiya, “SMART  AGRICULTURAL  WATER  IR- RIGATION  MONITORING  AND  CON-
TROL  SYSTEM  USING  IOT  BLYNK SERVER,” Stud. Rosenthal. , no. 1781, p. 9. [12] “4.pdf.” .
[13] C.  Tu, J.  B.  Ristaino, and S.  Hu,  “Soil  mi- crobial  biomass  and  activity  in  organic  to- mato  farming  systems:  Effects  of  organic inputs and straw mulching,” Soil Biol. Bio- chem. ,  vol.  38,  no.  2,  pp.  247–255,  Feb.
2006, doi: 10.1016/j.soilbio.2005.05.002.
[14] S.  I.  Pella  and  S.  O.  Manu,  “DISAIN  SIS- TIM  KONTROL  MODEL  PENGAIRAN PERTANIAN  LAHAN  KERING  BER- BASIS FUZZY LOGIC,” p. 9.
[15] Santos, Rui. "Guide for Soil Moisture Sen- sor  YL-69  or  HL-69  with  the  Ar- duino." online], Retrieved 10 (2018). .
[16] Maxim  Integrated,  DS18B20.  "Program- mable  Resolution  1-Wire  Digital  Ther- mometer, Datasheet."