RANCANG BANGUN PORTABLE WEATHER STATION BERBASIS JARINGAN SENSOR NIRKABEL MENGGUNAKAN KONEKSI VPN
Muhammad Abdul Hadi 1 , Aldiram Pritalaksa 2 , Muhammad Hidayattullah 3
Program Studi Teknik Informatika, Sekolah Tinggi Teknologi Jakarta hadidisini@yahoo.com 1 , aldiram.pritalaksa@gmail.com 2 , m.hidayattullah@gmail.com 3
Submitted February 20, 2019;  Revised July 2, 2019; Accepted July 27, 2019

## Abstrak
Di  dalam  Undang-undang  No.  31  Tahun  2009  tentang  Meteorologi,  Klimatologi  dan  Geofsika  dan Peraturan  Pemerintah  No.  11  tahun  2016  tentang  Pelayanan  Meteorologi,  Klimatologi  dan  Geofsika menyatakan  bahwa  BMKG,  sebagai  lembaga  pemerintah,  memiliki  tugas  pokok  dan  fungsi  sebagai penyedia  layanan  informasi  cuaca  dan  iklim  baik  yang  rutin  maupun  sebagai  peringatan  dini. Permasalahan  terkait  kendala  dalam  memberikan  layanan  kualitas  dan  kuantitas  layanan  informasi cuaca  dan  iklim  merupakan  permasalahan  yang  tidak  hanya  terjadi  di  Indonesia  tetapi  juga  negara- negara  lain.  Hal  ini  disebabkan  karena  keterbatasan  sumber  daya  yang  dimiliki  negara  tersebut. Permasalahan  ini  yang  kemudian  dilakukan  oleh  BMKG  untuk  mencari  alternatif  solusi  guna meningkatkan  layanan  informasi  cuaca  dan  iklim.  Alternatif  yang  bisa  dilakukan  adalah  dengan melakukan  kemitraan  dengan  pihak  swasta  atau  komunitas.  Penelitian  ini  mencoba  menjawab permasalahan  dan  kebutuhan  yang  telah  dikemukakan  diatas,  yaitu  dengan  cara  membuat  prototipe Pemantau  Cuaca  Secara  Portabel.  Perangkat  secara  portabel  dirancang  agar  pengguna  selain  BMKG dapat  menggunakan  secara  mudah  dan  sederhana.  Dengan  demikian  akan  banyak  masyarakat  dan swasta  dapat  menggunakan  prototipe  tersebut  dan  informasi  terkait  cuaca  dan  iklim  dapat  diperoleh secara  secara  mudah  dan  sederhana.  Teknik  yang  digunakan  dalam  pengambilan  parameter pengukuran  unsur  cuaca  dan  iklim  adalah  dengan  menggunakan  sensor  yang  terpasang  pada mikrokontroler  NodeMCU  v3.  Digunakan  5  parameter  pengukuran  cuaca  dan  iklim,  yaitu  suhu  & kelembaban  udara,  tekanan  udara,  kecepatan  angin,  intensitas  cahaya  matahari  dan  curah  hujan. Penggunaan solar panel dan aki kering difungsikan sebagai power supply dari rancangan prototipe ini. Hasil pengukuran dari sensor oleh mikrokontroler, kemudian dikirimkan setiap 1 menit ke Raspberry Pi yang terdapat di operation room melalui koneksi LAN untuk kemudian direcord secara data history. Kemudian  data  dari  Raspberry  Pi  dikirimkan  ke  DB  Server  &  Web  Server  setiap  1  jam  melalui koneksi internet berkanal VPN. Pengguna dapat menggunakan informasi cuaca dari hasil pengukuran dengan cara mengakses Web Server melalui koneksi internet berkanal VPN menggunakan username & password yang telah didaftarkan sebelumnya.
Kata kunci: Portable, Sensor, Mikrokontroler, Nirkabel, VPN

## Abstract
In  Law  No.  31  of  2009  concerning  Meteorology,  Climatology  and  Geophysics  and  Government Regulation No. 11 of 2016 concerning Meteorology, Climatology and Geophysics Services related to BMKG, government institutions, and aid provider institutions Better as routine or as early. Problems related  to  the  challenges  in  providing  quality  services  and  service  information  about  weather  and related  interests  do  not  only  occur  in  Indonesia,  but  also  in  other  countries.  This  is  due  to  limited resources  needed  by  this  country.  This  problem  was  then  carried  out  by  BMKG  to  find  alternative solutions  to  improve  service  information  and  complexity.  The  alternative  that  can  be  done  is  by partnering  with  the  private  sector  or  community.  This  study  answers the  questions  and  needs  stated above, namely by making a prototype. Portable devices for easy use BMKG can use easy and simple. Thus  many  people  and  the  private  sector  can  use  the  prototype  and  related  information  and  can  be provided  easily  and  simply.  The  technique  used  in  taking  measurement  parameters  is  not  expensive and  the  climate  uses  sensors  installed  in  the  NodeMCU  v3  microcontroller.  5  weather  and  climate
measurement  parameters  are  used,  namely  air  temperature  &  humidity,  air  pressure,  wind  speed, sunlight intensity and rainfall. The use of solar panels and dry batteries functioned as a power supply from this prototype design. The measurement results from the sensor by the microcontroller, then sent every  1  minute  to  the  Raspberry  Pi  available in the  operating room  via  a  LAN connection  and  then recorded by  history  data. Then the data  from  the  Raspberry is  sent to the  Web  DB  &  Server  Server every 1 hour via a VPN internet connection. Users can use weather information from the measurement results by accessing the Web Server via a VPN internet connection using a username & password that was previously registered . Keywords : Portable, Sensor, Microcontroller, Wireless, VPN

## 1. PENDAHULUAN
Indonesia merupakan negara tropis dengan  karekteristik  unsur-unsur  cuaca maupun  iklim  yang  khas.  Cuaca  menjadi hal  yang  tidak  terlepas  dari  kehidupan sehari-hari. Kondisi ini akan memberikan banyak  pengaruh  kepada  berbagai  aspek pembangunan, sehingga diperlukan pemahaman  yang  baik  terkait  bidang Meteorologi.
Banyak  hal  dalam  kehidupan  keseharian kita  bergantung  pada  cuaca  bahkan  ada aktifitas  yang  sangat  bergantung  sekali pada  cuaca,  salah  satu  contohnya  adalah proses  yang  berhubungan  dengan  bidang pertanian.  Bahkan  tidak  hanya  bidang pertanian  saja,  masih  banyak  bidang lainnya  yang  membutuhkan  informasi cuaca  dan  prakiraannya.  Karenanya informasi  yang  berhubungan  dengan cuaca  dan  prakirannya  menjadi  suatu kebutuhan yang harus dipenuhi.
Informasi  yang  umum  dan  biasa  terkait dengan cuaca adalah suhu udara, tekanan udara,  kelembaban  udara,  kecepatan angin,  Intensitas  cahaya  matahari,  dan curah hujan.
Untuk membuat alat pendeteksi cuaca ini membutuhkan perangkat diantaranya adalah sensor suhu dan kelembaban udara (DTH22), sensor tekanan udara (MPX5700AP), Anemometer, sensor intensitas  cahaya  matahari  (BHI750), sensor  curah  hujan,  mikrokontroler,  dan Raspberry Pi.
Berdasarkan kondisi, kebutuhan dan permasalahan  tersebut  maka  penulis  mencoba melakukan  penelitian  untuk  mencari  solusi alternative dalam penyediaan layanan informasi cuaca  dan  prakiraaanya  yang  praktis  dan solutif. Penulis mencoba melakukan perancangan  dan  pembangunan  prototype  alat pemantau  cuaca  yang  portable  dan  sederhana dengan  informasi  yang  dapat  diakses  secara public  selama  memiliki  hak  akses  terhadap informasi cuaca yang dibutuhkan.
Penelitian  yang dilakukan oleh  [1]  dari Teknik Telekomunikasi, Fakultas Ilmu Terapan, Universitas  Telkom  telah  membuat  perangkat stasiun  cuaca  untuk  mengukur  curah  hujan, kecepatan  angin,  dan  kelembapan  udara  secara otomatis  dan  menyimpan  data  pada  SD/MMC. Perangkat  tersebut  terdiri  dari  blok  ukur  curah hujan,  kecepatan  angin,  suhu  dan  kelembapan udara dan media penyimpanan berupa SD/MMC. Setiap blok pada perangkat tersebut menggunakan  sensor  untuk  mencatat  data secara  otomatis  dan  menampilkan  di  LCD. Perangkat tersebut menggunakan sensor kelembaban  HSM  20  G,  sensor  kecepatan angin,  curah  hujan,  mikrokontroler  ATMEGA 8535, LCD, Catu daya dan SD/MMC [8].
Penelitian  berikutnya  dilakukan  oleh  [2] dengan judul Desain dan Implementasi Stasiun Cuaca  Otomatis  Berbasis  Mikrokontroler dengan  RF  Module  di  Kampus  IT  Telkom. Dimana stasiun cuaca yang dibuat mengunakan sensor-sensor  tertentu  yang  telah  dilakukan pengukuran  dan  pembandingan  dengan  sensor yang  ada  yang  kemudian  mengirimkan  data parameter-parameter cuaca yang dibaca melalui antarmuka  mikrokontroler.  Setelah  itu  data
parameter-parameter cuaca dikirim
melalui  RF  Module  dan  di-monitoring secara online.
Penelitian  berikutnya  [3]  dengan  judul Rancang  Bangun  Mini  Weather  Station Menggunakan  Web  Berbasis  Arduino
Atmega 2560. Perancangan Mini Weather Station (MWS) ini
menggunakan  mikrokontroler  Arduino ATMega  2560.  Parameter  cuaca  yang diukur  pada  MWS  meliputi  suhu  dan kelembaban  udara  menggunakan  sensor SHT11,  kadar  gas  CO2  menggunakan sensor MQ135, kadar gas CO menggunakan  sensor  MQ7,  tekanan udara  menggunakan  sensor  BMP180, serta  curah  hujan  menggunakan  tipping bucket.  Hasil  pengukuran  kelima  buah sensor  tersebut  ditampilkan  melalui sebuah  LCD  4x20  dan  website  dengan menggunakan modul GSM SIM900. Dari hasil pengujian yang dilakukan di BMKG didapat  rata-rata  error  untuk  suhu, kelembaban  dan  tekanan  udara  yaitu sebesar  0.17  oC,  1.42  %,  dan  0.06  hPa. Hasil pengujian gas CO2 dan CO dengan menggunakan  gas  analyzer  didapat  error sebesar 6.4 ppm dan 5.2 ppm. Berdasarkan standar World Meteorological  Organization  (WMO), error  suhu,  kelembaban  dan  tekanan udara  MWS dengan AWS dapat diterima [3].
Penelitian berikutnya dengan judul Prototype  Weather  Station  Berbasis Komputasi  Awan  [4].  Prototype  weather station  berbasis  komputasi  awan  dengan sistem  kendali  mikrokontroler  ATMega 2560.  Sebagai    rangkaian  pengukuran cuaca  digunakan  beberapa  sensor,  di antaranya:  DHT22  untuk  pengukuran suhu  dan  kelembaban  udara,  BMP180 untuk pengukuran tekanan udara, raindrop  sensor  untuk  pengukuran  curah hujan, MQ135 untuk pengukuran kualitas udara,  LDR  untuk  pengukuran  intensitas
cahaya,  SD  Card  sebagai  tempat  penyimpanan data,  RTC  sebagai  pencatat  waktu,  serta ESP8266 sebagai pengirim data dari arduino ke server  berbasis  komputasi  awan  dengan menggunakan  protokol  HTTP.  Kemudian prototype  tersebut  diletakkan  di  taman  alat Stasiun  Klimatologi  Pondok  Betung  untuk dibandingkan  dengan  data  pengamatan  manual dan AWS BMKG. Diperoleh nilai suhu sebesar 25oC-32oC  dengan  error  sebesar  0.46%  untuk AWS  dan  0.87%  untuk  pengamatan  manual, kelembaban udara sebesar 49%RH-97% RH dengan  error  sebesar  0.49%  untuk  AWS  dan 4.8% untuk pengamatan manual, tekanan udara sebesar  1002mb-1008mb  dengan  error  sebesar 0.012%  untuk  AWS  dan  0.017%  untuk pengamatan manual, curah hujan sesaat sebesar 11mm dengan error sebesar 4.54% untuk AWS, intensitas cahaya maksimal sebesar 370lux, dan kadar  gas  CO2  sebesar  491ppm-496ppm.  Data tersebut dikirim ke server setiap satu menit dan diolah dalam bentuk grafik [4] .

## 2. METODE PENELITIAN
Berikut adalah tahapan dan kerangka kerja dilakukannya penelitian ini:
Mulai Permasalahan Saklar Nirkabel Teori Jaringan Sensor Nirkabel Penelitian Sebelumnya Permasalahan Saklar Konvensional Perancangan Prototipe Parameter Pengukuran Cahaya
Sistem Informasi Service Oriented Architecture Pembuatan Prototipe OK/NOK Implementasi & Uji Coba Alat Pengambilan Data OK/NOK Pengolahan Data Analisa & Evaluasi Selesai NOK OK OK OK OK NOK

## Gambar 1. Tahapan Penelitian
Penelitian  berawal  dari  permasalahan  Weather Station  yang  bersifat  statis.  Dengan  harapan yang  diberikan  terhadapa  penelitian  yang dilakukan maka dimulainya pembuatan rancangan  prototipe.  Berikut  adalah  masukan yang  menjadi  pertimbangan  dilakukannya perancangan prototipe, yaitu:
- Parameter pengukuruan cuaca
- Teori jaringan sensor nirkabel
- Penelitian sebelumnya yang berkaitan dengan Weather Station
- Sistem Informasi
- Service Oriented Architecture (SOA)
Setelah  perancangan  selesai  dibuat  maka dilakukan pembuatan prototipe.
Implementasi  dan  uji  coba  dilakukan setelah  prototipe  selesai  dibuat  dan  jika ada  kekurangan  implementasi  dan  uji coba  maka  dilakukan  perbaikan  dari prototipe yang dibuat.
Selanjutnya  dilakukan  pengambilan  data. Pengambilan data dilakukan di STTJ dan BMKG  sebagai  data  referensi  dan pembanding.  Data  yang  berhasil  diambil kemudian  diolah  dengan  menggunakan metode komputasi.
Jika terdapat
kekurangan  data  atau  data  yang  anomaly maka dilakukan pengambilan data kembali. Hasil akhir kemudian dilakukan analisis dan evaluasi terhadapa data yang dihasilkan.
Lokasi Penelitian Adapun lokasi dan lokasi tempat dilakukannya perancangan
dan pembangunan prototipe dan pengambilan data penelitian ini adalah di laboratorium computer Program Studi Teknik
Informatika  Sekolah  Tinggi  Teknologi Jakarta (STTJ).
Parameter Pengukuran Terdapat beberapa parameter yang digunakan  dalam  pengukuran  dan  data yang akan diambil, yaitu:
 Pengukuran suhu udara;
 Pengukuran tekanan udara;
 Pengukuran kelembaban udara;
 Pengukuran kecepatan angin;
 Pengukuran intensitas cahaya matahari;
 Pengukuran curah hujan.

## Alat dan Bahan
Secara  umum  terdapat  dua  bagian  besar  alat dan  bahan  yang  digunakan  pada  penelitian  ini, yaitu:
Perangkat elektronika dan sensor
- Sensor suhu dan kelembaban udara –
DHT22
- Sensor tekanan udara – MPX5700AP
- Sensor kecepatan angin – Anemometer
- Sensor intensitas cahaya matahari – BHI750
- Sensor curah hujan – Rain Sensor Module
Perangkat komputasi
- NodeMCU v3
- Raspberry Pi

## Rancangan Penelitian
Gambar 2 . Bagan Lokasi Pemasangan Alat,

## Server dan Client
Prototipe  yang  dirancang  dan  dibuat  akan ditempatkan di lokasi Sekolah Tinggi Teknologi  Jakarta  (STTJ).  Data  yang  telah  di- sensing perangkat di lokasi on-site (NodeMCU v3),  akan  dikirim  ke operation  room melalui jaringan  LAN  setempat.  Selain  data  disimpan sebagai data history diperangkat Raspeberry Pi, data  juga  akan  dikirimkan  ke Web  Server dan DB Server melalui  jaringan  VPN. User dapat mengakses  data  yang  ada  dari  Web  Server dengan  DB  Server  melalui  koneksi  internet dengan kanal VPN.
Berikut ilustrasi bagaimana perangkat dirangkai  dan  dijaringkan  pada  koneksi  LAN dan kanal VPN:

## Gambar 3. Rangkaian dan Kanal LAN/VPN

## Teknik Pengumpulan Data
Terdapat  lima  parameter  pengukuran terhadap sensor yang digunakan, yaitu:
- Suhu dan kelembaban udara
- Tekanan udara
- Kecepatan angin
- Intensitas cahaya matahari
- Curah hujan
Kelima  data  tersebut,  setiap  hari  (24x7),
diambil
setiap 1 menit
oleh mikrokontroler  NodeMCU  v3.  Setiap pengambilan  data  oleh  mikrokontroler, data  akan  dikirim  ke  Raspberry  Pi  dan disimpan  sebagai  data  history.  Koneksi antara  NodeMCU  v3  dengan  Raspberry Pi  menggunakan  jaringan  local  (LAN) secara  wireless.  Kemudian  data  yang tersimpan  pada  Raspberry  Pi  kemudian dikirimkan ke DB Server dengan metode API  yang  disediakan  oleh  Web  Server setiap  1  jam  sekali.  Koneksi  antara Raspberry Pi dengan DB Server dan Web Server  menggunakan  jaringan  internet melalui  kanal  VPN.  Dan  selanjutnya, pengguna dapat mengakses data pada DB Server  dan  Web  server  menggunakan jaringan internet melalui kanal VPN.

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Metode  pengembangan  sistem  yang digunakan  dalam  penelitian  ini  yaitu desain  perangkat  keras  dan  desain perangkat lunak.

## Desain Perangkat Keras
Desain  perangkat  keras  meliputi  pengujian masing-masing sensor ke pengendali mikrokontroler dan menampilkan hasil pembacaan  sensor  melalui  komunikasi  serial.
Parameter-parameter cuaca yang dibaca kemudian ditampilkan melalui display. Diagram  blok  node  multisensor  dapat  pada gambar 4.

## Gambar 4. Diagram Blok Purwarupa Rangkaian Node Multi-sensor
Untuk  menghubungkan  sensor  satu  demi  satu, dimulai dengan sensor DHT11/DHT22. Setelah sensor  bekerja  dengan  benar  kemudian  dapat melanjutkan dan menambahkan sensor berikutnya [5].

## Gambar 5. Menghubungkan Sensor-sensor

## Desain Perangkat Lunak
Desain  perangkat  lunak  meliputi  pemrograman masing-masing  sensor  yaitu:  deklarasi  variable, inisiasi  program,  pembacaan  sensor-sensor,  dan menampilkan hasil bacaan sensor melalui komunikasi  serial.  Flowchart  sistem  perangkat lunak dapat dilihat pada gambar 6.
Gambar 6. Flowchart System
Thingspeak adalah layanan cloud.
Thingspeak  menyediakan  beberapa  opsi untuk  berinteraksi  dengan  data  seperti Thingtweet, Thinghttp, dll. Hanya dengan membuka web thingspeak.com dan membuat  akun.  Isi  setidaknya  dengan bidang  pertama  dan  kedua  dalam pengaturan.  Kami  akan  menghubungkan sensor suhu dan kelembaban,E isi “suhu” di  bidang  1,  “kelembaban”  di  bidang  2 dan “titik embun” di bidang 3. Jika ingin menghubungkan  sensor  lain  seperti Sensor  BMP,  sensor  hujan,  LDR,  cukup lakukan  hal  yang  sama  untuk  bidang lainnya.

## Gambar 7. Web Thingspeak
Pastikan  nomor  kolom  didefinisikan secara  konsisten  di  aplikasi,  seperti gambar berikut:
Display/
LCD I2C
Display
/Serial monito
Automatic  Weather  Station  memiliki parameter temperature dengan menggunakan sensor DS18B20, kelembaban  menggunakan  AM2302,  dan tekanan  udara  menggunakan  BMP180. Data  diambil  sebanyak  10  kali  dengan rentang  3  menit  sekali  dari  setiap parameter dengan hasil  yang ditampilkan dalam  grafik  menggunakan  software Phyton pada Raspberry Pi [6].
Ganbar 9. Grafik Temperatur terhadap Waktu
Gambar 10. Kelembaban Udara terhadap
Waktu

## Gambar 11. Grafik Tekanan Udara terhadap Waktu
Kami  dapat  membuat  visualisasi  intuitif  untuk meniru  beberapa  fenomena  cuaca,  seperti  arah dan  kecepatan  angin.  Cukup  mirip  dengan
histogram  sudut,  kami  membuat  kompas untuk  meringkas  arah  angin  dalam beberapa  menit  terakhir.  Kepala  panah menunjukkan  arah  angin,  dan  panjang panah mensimulasikan kecepatan angin.

## Gambar 12. Perubahan Arah
Angin

## 4. SIMPULAN
Berdasarkan  hasil  perancangan  dan pengujian,  dari  system  AWS  yang dirancang  ini  dapat  ditarik  kesimpulan bahwa:  data  yang  dihasilkan  dari  AWS yang  dirancang  ini  cukup  baik.  Namun perlu  dikalibrasi  agar  data  dari  AWS  ini benar-benar  akurat,  berdasarkan  data yang  dihasilkan  dari  AWS  pengambilan data idealnya adalah per menit hingga per setengah  jam,  dan  perancangan  bentuk
sangkar AWS harus dirancang sebaik mungkin agar komponen tidak terkena cipratan air hujan. Namun harus tetap mampu membaca parameter cuaca yang diukur secara akurat.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] F.  P.  Trisno,  A.  Rizal  and  M.  Ramdhani, "Desain dan Implementasi Perangkat Monitoring Curah Hujan," Telkom University, 2010. [2]  N.  Setyasaputra,  B.  Dirgantara  and  M.
Sarwoko, "Desain  dan  Implementasi  Stasiun Cuaca  Otomatis  Berbasis  Mikrokontroler
Dengan  RF  Module  di  Kampus  IT  Telkom,"
Telkom University, 2011.
[3]  Z.  H.  Salindri,  D.  and  M.  A.  R, "Rancang Bangun Mini Weather Station  Menggunakan Web  Berbasis  Arduino  Atmega  2560,"
Universitas Diponegoro Semarang. [4] U. Munawaroh, A. S. Budi and M. A. Hadi, "Prototype Weather Station Berbasis Komputasi Awan," Universitas Negeri Jakarta, 2017. [5] arduino.cc, "arduino.cc," [Online].
Available: https://www.arduino.cc/. [Accessed 6 June 2017]. [6] W. Donat, Learn Raspberry Pi
Programming with Python, Apress