## DISTRIBUSI AIR LEDENG DAN METERING MENGGUNAKAN MESH NETWORK UNTUK PERUMAHAN
Lintang 1* , MA Rizqulloh 2 , D Wahyudin 3 , R Pramudita 4
Pendidikan Teknik Elektro 1
Pendidikan Teknik Otomasi Industri dan Robotika 2 Universitas Pendidikan Indonesia Jl. Dr. Setiabudhi 207, Bandung 40154, Indonesia. *lintang@upi.edu

## Abstrak
Air  merupakan  unsur  paling  penting  dalam kehidupan  manusia.  Manusia  memanfaatkan  air untuk  konsumi,  mencuci,  mandi  dan  masih banyak  kegiatan  lainya.    Di  Indonesia  terdapat dua jenis sumber air, yaitu sumber air perpipaan dan  sumber  air  non  perpipaan,  sumber  air perpipaan  dikelola  oleh  PDAM.  PDAM  masih menggunakan flowmeter analog. Bagi pelanggan  PDAM  flowmeter  analog  ini  sulit diakses dan dikonversi  ke dalam  jumlah tagihan yang  harus  dibayar.  Dengan  sistem  saat  ini, petugas  PDAM  menghitung  jumlah  tagihan secara  manual.  Maka  dari  itu,    dibutuhkan  alat untuk memonitor penggunaan air secara realtime. Penelitian ini bertujuan untuk memonitoring  volum  air  yang  terpakai  serta biaya  penggunaan  air  secara  realtime.  Alat  ini menggunakan microcontroller ESP32, waterflow sensor YF-S201, topology  mesh untuk  saling berkomunikasi  secara local dan protocol MQTT untuk  berkomunikasi  dengan broker .  Hasil pengukuran  debit  masih  memliki  error  sebesar 15.5%.  Rata-rata  waktu  yang  dibutuhkan  agar data  yang dikirmkan dapat diterima dari 1 Node
ke Node lainnya sebesar 10.3s, dengan jarak 30m atar  tiap Node .  Rata  –  rata  waktu  yang dibutuhkan  untuk  mengirim  data  dari Gateway ke broker adalah 3.95s.
Kata  kunci : ESP32,  Mesh Network, Flowmeter, MQTT

## Abstract
Water  is  the  most  important  element  in  human life.  Humans  use  water  for  consumption, washing,  bathing,  and  many  other  activities.  In Indonesia  there  are  two  types  of  water  sources, namely piped water sources and non-piped water sources,  piped  water  sources  are  managed  by PDAM. PDAM still uses analog flowmeters. For PDAM  customers,  this  analog  flowmeter  is difficult to access and convert into the number of bills that must be paid. With the current system, PDAM  officers  calculate  the  amount  of  the  bill manually. Therefore, a tool is needed to monitor water  use  in  real-time.  This  study  aims  to monitor the volume of water used and the cost of water use in real-time. This tool uses the ESP32 microcontroller,  YF-S201  water  flow  sensor, mesh  topology  to  communicate  with  each  other locally, and the MQTT protocol to communicate with  brokers.  The  results  of  the  discharge measurement  still  have  an  error  of  15.5%.  The average  time  it  takes  for  the  data  sent  can  be received  from  1  Node to  another  Node  is  10.3s, with a distance of 30m between each Node. The average  time  it  takes  to  send  data  from  the Gateway to the broker is 3.95s.
Keyword : ESP32,  Mesh  Network,  Flowmeter, MQTT

## I. P ENDAHULUAN
Air  merupakan  sumber  utama  kehidupan makhluk di bumi ini. Tanpa air tidak ada satupun makhluk  yang  dapat  bertahan  hidup.  Jenis  air yang  sering  digunakan  oleh  manusia  baik  untuk konsumsi ataupun untuk membersihkan yaitu air tawar.  Air  tawar  digunakan  keperluan  makhluk sehari  hari  yang  terdistribusi  dari  danau,  sungai dan  sumber air  lain. (Sujit, 2015). Di Indonesia, terdapat  dua  jenis  sumber  air,  yaitu  sumber  air perpipaan dan sumber air nonperpipaan. Sumber air  perpipaan  dikelola  oleh  PDAM,  dan nonperpipaan dikelola oleh masyarakat, kelompok maupun individu (Dian, 2007)
Seiring bertambahnya populasi manusia dan makhluk  di  bumi,  maka  semakin  banyak  pula kebutuhan  air yang  harus  terpenuhi.  Namun, penggunaan  air  belum  diimbangi  dengan kesadaran  masyarkat  akan  penghematan  air. Masyarakat  masih  belum  menyadari  berapa banyak air  yang sudah  mereka  habiskan perhari. Pengecekan  penggunaan  air  oleh  PDAM  masih menggunakan  cara  manual,  yaitu  dengan mendatangi  rumah  rumah  pelanggan  dan mencatatnya satu per satu. Cara ini dirasa kurang efektif serta memakan banyak tenaga dan waktu. Dan  meteran  air  yang  digunakan  oleh  PDAM masih  berupa  analog  sehingga  sulit  terbaca  oleh pelanggan. (Syahputra)
Sistem monitoring berfungsi untuk mempermudah  pengawasan,  debit  dan  level  air, sistem  monitoring  metering  air  ledeng  ini  dapat diakses  dan  dilihat  oleh  petugas  dan  juga pelanggan. Sistem monitoring akan mengirimkan sinyal  ke dashboard melalui gateway .  Protokok Wireless mesh network digunakan untuk
mengakuisisi  data  local  yang  nantinya  akan dikolektiofkan untuk dikirim ke Gateway.
Wireless mesh network merupakan sebuah jaringan komunikasi tanpa kabel  yang dapat menghubungkan node satu ke node. Node merupakan istilah untuk jaringan komunikasi yang menggambarkan sebuah sistem satuan. Node pada sistem ini terdiri dari sebuah

## II. K AJIAN L ITERATUR
II.1. ESP 32 Dev Kit V1
Esp  32  merupakan  sebuah System  On  Chip ( SoC )  sudah  dilengkapi  fitur  Wi-fi.  Fitur  Wi-fi dimanfaatkan  untuk  menghubungkan  antar  node dan router. Bahasa yang digunakan sama dengan arduino  yaitu  C++.  NodeMCU  ESP  32  memliki keunggulan di banding arduino uno karena tidak perlu  perangkat  tambahan  untuk  terhubung  ke internet.  ESP32  mampu  berjalan  pada  clock 240MHz serta mimiliki 2 core processor.

## Gambar 1 pinout ESP32

## II.2. Flow Meter Sensor  YF-S201
Sensor  flow  meter  terdiri  dari  badan  katup plastic, rotor air dan sensor efek hall. Water flow sensor  digunakan  untuk  pengendalian  distribusi aliran air dan aplikasi lainnya yang membutuhkan  pengecekan  debit  air.  (Nova, 2017).  Water  flow  sensor  YF-S201  memiliki diameter  input  aliran  air  ½  inch  atau  sama dengan  1,25  cm,  memiliki  panjang  5,6  cm. Sensor  ini  mampu  membaca  debit  air  pada rentang  1-30L/min  dengan  tekanan  kurang  dari 2MPa.

## Gambar 2 Water flow sensor

## II.3. Mesh Network
Mesh  network  merupakan  jaringan  nirkabel yang  menghubungkan  antar  node  dengan topologi  mesh.  Node  ini  merupakan  perangkat komunikasi  yang  dijadikan  sebagai  relay  data antar  tiap Node dan  data  ke Gateway . Wireless mesh  network  (WMN) ini  memiliki  banyak kelebihan dibandingkan topologi lainnya. Ketika 1  node  tidak  berfungsi  maka  data  akan  tetap sampai ke server. Serta jangkauan dari WMN ini lebih luas dibandingkan dengan Wi-Fi biasanya.
Terdapat 2 jenis perangkat pada WMN, yaiu mesh  router  dan  mesh  client.  Kumpulan  mesh router  membentuk  sebuah  jaringan  yang  dapat dimanfaatkan sebagai perantara untuk
mengirimkan data dari Node ke Node . Selain itu, mesh routing juga  memiliki kemampuan sebagai Gateway yaitu  jalan  keluar  masuknya  data  dari client. (amron, 2016)
Sebuah mesh router pada WMN mempunyai fungsi  routing  untuk  mendukung  port  mesh networking  serta  meningkatkan  fleksibilitas mesh  network.  Mesh  client  dapat  berfungsi sebagai  router  dalam  jaringan  mesh  tetapi  tidak memiliki  fungsi  sebagai  gateway,  dan  hanya memiliki  satu  wireless  interface.  Contoh  dari mesh client antara lain laptop, desktop komputer, tablet  dan  smart  phone.  Berdasarkan  fungsi  dari sebuah  node,  WMN  dapat  dikelompokkan menjadi  3  bagian  yaitu  Interface  WMN,  client WMN  dan  hybrid  WMN  (Parma  &  Supeno, 2015)

## Gambar 3 Topologi Mesh

## II.4. MQTT Broker
Protokol MQTT ( Message Queue Telemetry Transport ) adalah protokol pesan ringan ( lightweight ) berbasis publish-subscribe
digunakan  di  atas  protokol  TCP/IP.  Pola  pesan publish-subscribe  membutuhkan  broker  pesan.
Broker bertanggung jawab
untuk mendistribusikan pesan ke klien tertarik berdasarkan topik pesan.
Berikut merupakan fitur protokol MQTT:
1. Publish/subscribe  message  pattern yang menyediakan distribusi message dari satu ke banyak dan decoupling aplikasi.
2. Messagging transport yang agnostic dengan isi dari payload.
3. Menggunakan  TCP/IP  sebagai  konektivitas dasar jaringan. ( Galih, 2017)

## III. P ERANCANGAN DAN A NALISIS
III.1. Perancangan alat
Perancangan  alat ini  dilkakukan  dengan merancang  perangkat  keras  ( hardware )  dan perangkat lunak ( software )

## a. Perancangan perangkat keras
Tahap awal perancangan alat  monitoring  air menggunakan  mesh  network      yaitu  dengan merancang  skematik,  menggambar  rangkaian alat dan menyiapkan komponen.
Komponen  yang  digunakan      pada  alat  ini yaitu  water  flow  sensor,  NodeMCU  ESP  32, pipa, keran air, pompa air da bak penampungan. Racangan rangkaian alat dapat dilihat pada pada gambar 4

## Gambar 4 Rangkaian alat
Tiap sensor terhubung dengn satu
NodeMCU ESP 32. NodeMCU tersebut terhubung  dengan  NodeMCU  lain  membentuk sebuah jaringan mesh secara wireless .
Pada  rancangan  alat  ini  menggunakan  3 NodeMCU. 2 NodeMCU berfungsi sebagai Node yaitu  mikrontroler  yang  menerima  data  dari sensor  dan  1  NodeMCU  berfungsi  sebagai gateway  yaitu  mikrokontroler  yang  berfungsi sebagai  jalan  keluar  masuknya  data  dari Node sensor.  Blok  diagram  rangkaian  ditunjukan  oleh Gambar 5.
P e n g G G a m b G G

## Gambar 5 Blok diagram rangkaian
Dari  blok  diagram  diatas,  dapat  dilihat bahwa sinyal digital dari sensor 1 masuk ke ESP
32    dan  data  dari  sensor    2  masuk  ke  ESP  32.
NodeMCU ESP 32 saling terhubung menggunakan Wi-Fi dari router. ESP (0) sebagai gateway .

## Gambar 6 Skematik rangkaian
Gambar  6  merupakan  scematik  dari  alat monitoring  air.  Dapat  dilihat  sensor  water  flow YF-S201  terhubung  dengan  ESP  32.  Input  pada sensor  terhubung  pada  pin  D35  pada  ESP  32. Serta  vcc  sensor  terhubung  dengan  Vin  yang mempunyai  tegangan  5v.  dan  ground  pada sensor terhubung  dengan GND 29.
Komponen  yang  telah  disiapkan  disusun menjadi  satu  bagian  yang  utuh  ditunjukan  pada gambar  7.  Perancangan  dilakukan  dengan menyusun  pompa  air  yang  dihubungkan  dengan pipa  lalu  pipa  tersebut  dipasang  sensor  water flow  yang  telah  terhubung  ke  sistem  perangkat keras yang telah dibuat.

## Gambar 7 perancangan system
b. Per ancangan Perangkat lunak
Software  firmware dibuat  menggunakan Arduino  IDE.  Pengukuran  debit  air  dilakukan dengan  cara  menghitung  banyaknya  interrupt yang terjadi dalam 1 menit.

## III.2. Analisa Data
Simulasi pengukuran  debit  air  pelanggan ditunjukan oleh gambar 8.

## Gambar 8 simulasi pengukuran debit
Simulasi  ini  dilakukan  dengan  mengukur  debit air  yang  melewati  sensor  1  dan  2  untuk  kemudian diubah  menjadi  sinyal  digital.  Sinyal  tersebut diproses oleh ESP 32 untuk kemudian dikirimkan ke server melalui gateway .
a. Analisis pengujian alat
Pengujian sensor bertujuan untuk
mengethaui  ketelitian  hasil  pembacaan  sensor flow meter yang telah terhubung pada server.
Untuk  menguji  ketelitian  sensor,  dilakukan pengujian  sebanyak  5  kali  dengan  jumlah volume  air  3  L  (3000  mL).  Berikut  merupakan hasil pengujian

## Lintang, MA Rizqulloh, D Wahyudin, R Pramudita
Tabel 2. Pengujian akurasi sensor pada volume air 3 L pada
keran 1 No Volume Air (mL) Volume Air Terbaca (mL) Selisih (mL) Error (%) 1 3000 3281 281 9.36
2 3000 3441 441 14.7
3 3000 3434 434 14.46
4 3000 3266 266 7.53
5 3000 3335 336 11.16 Rata-rata 351.4 11.52
Tabel 3. Pengujian akurasi sensor pada volume air 3 L pada
keran 2 No Volume Air (mL) Volume Air Terbaca (mL) Selisih (mL) Error (%) 1 3000 3729 729 24.3 2 3000 3612 612 20.4 3 3000 3336 336 11.2 4 3000 3567 567 18.9 5 3000 3858 858 28.6 Rata-rata 620.4 19.48 Berdasarkan percobaan diatas dapat disimpulkan bahwa Rata rata selisih pada keran 1 adalah  351.4 mL dengan rata-rata eror 11.52 % dan rata-rata selisih pada keran 2 yaitu 620.4 mL dengan  rata  rata  eror  19.48  %  dari  kedua percobaan  tersebut  didapatkan  error  pembacaan debit air dengan rata rata sebesar 15.5%.
Topologi  jaringan  yang  digunakan  pada sistem  ini  adalah Mesh  Network . Mesh  network memiliki kelebihan dapat memperluas jangkauan sistem.  Apabila  salah  satu  node  rusak,  jaringan akan memperbaiki routing data dengan sendirinya.  Berikut  merupakan  gambar  terminal ketika node 1 dan 2 melewati gateway.
G a m b a Gambar  9  Tampilan terminal pada saat Gateway menerima paket data
Node 1  dan Node 2  diletakkan  sejauh  30 meter terhadap Gateway datn tida dalam kondisi
Length  Of Sight (LOS).  Waktu  yang dibutuhkan
untuk  node  1  dan  node  2  mengirim  data  ke gateway digambarkan pada tabel berikut.
Tabel 3 waktu pengiriman data dari node ke gateway
Percobaan Node 1 (s) Node 2 (s) 1 04.99 06.93 2 07.92 14.25 3 16.60 20.78 4 06.20 11.22 5 04.25 10.69 Rata-rata 07.99 12.77
D ari  tabel  diatas  didapat,  bahwa  rata-rata waktu  yang  dibutuhkan  untuk  tiap  node mengirim  data  ke  gateway  yaitu  untuk  node  1 7.99  detik dan untuk node 2 12.77 detik.
Tabel 4 Waktu pengiriman data dari  gateway ke broker
Percobaan Node 1 (s) 1 03.94 2 03.32 3 04.45 4 03.76 5 04.32 Rata-rata 03.95
Berdsarakan  tabel  4  dapat  disimpulkan bahwa  rata-rata  waktu  yang  dibutuhkan  untuk mengirim  data  dari  gateway    ke  broker  yaitu 03.95  s.  Lamanya  wktu  bisa  dipengaruhi  oleh kecepatan jaringan internet.
Setelah  melewati Gateway ,  maka  data  yang dibawa  oleh  node  1  dan  2  itu  masuk  ke broker . Broker yang  digunakan  pada  penelitian  ini adalah HiveMQ  MQTT  Broker .  Berikut  adalah gambar data yang telah diterima oleh broker.
Gambar 10 Tampilan data di Broker HiveMQ
b. Analisis perbandingan
Penelitian  yang  dilakukan  oleh  Dedi Gunawan (2018) dengan  judul  “Sistem Monitoring Distribusi Air Menggunakan
Android Blynk” memperoleh hasil bahwa Durasi atau  waktu  yang  diper  lukan  sensor  flow  meter untuk  membaca  1  liter  air  dengan  daya  dorong dibantu oleh pompa adalah ± 19 detik.
Dalam  penelitian  Agus  Heri(2020)  dengan judul  “Rancang  Bangun  Sistem  Real  Time Watermeter  Berbasis  Internet  Of  Things  (IoT)” hasil  penelitian  menunujukan  rata-rata  error relative  dari  sensor  water  flow  sebesar  2,39% dan  pengujian  pengiriman  data  volume  air diperoleh sistem watermeter dapat bekerja secara real  time  dan    dapat  melakukan  pemantauan penggunaan volume air .
Selanjutnya  penelitian  dilakukan  oleh  Ferry Aryanto  (2019)  dengan  judul  “Rancangan bangun  control  dan  Monitoring  meteran  air PDAM  berbasis  Internet  Of  Things”  didapatkan hasil  pada  pengujian  waktu  rata-rata  pengiriman data jaringa smartfren ialah 486,6 ms dan waktu rata-rata  pengiriman    data  dari  jaringan Telkomsel  ialah  243,9  ms.  Pada  server  rata-rata waktu  dalam  pengambulan  data  dari  server wemos ke Firebase adalah 434,89 ms
Pada penelitian sebelumnya belum ada yang meneiliti  pada  jaringan  lokal.  Penelitian  kami mencoba mengimplementasikan Topologi
Jaringan Mesh  Network .  Hasil  penelitian menunjukan bahwasannya topologi Mesh Network bersifat reliable untuk
diimplementasikan  untuk  sistem  pemantauan  air ledeng. Hasil pembacaan debit air yang memiliki tingkat  error  mencapai  15.5%,  error  ini membuktikan bahwasannya algoritma pembacaan debit air perlu diperbaiki.

## IV. K ESIMPULAN DAN S ARAN
A. Kesimpulan
Berdasarkan penelitan ini dapat diambil beberapa kesimpulan, yaitu:
1. Topologi  jaringan Mesh  Network dapat diimplementasikan  pada microcontroller ESP32 .
2. Jarak  antara Node dan Gateway mampu mencapai 30 meter
3. Algoritma pengukuran debit air berdasarkan banyaknya sinyal interrupt dalam  interval 1 menit menghasilkan error sebesar 15.5%.
4. Rata-rata  waktu  yang  dibutuhkan  untuk mengirim data dari Node ke Gateway adalah 10.38s.
5. Waktu  yang  dibutuhkan  untuk  mengirim data  dari Gateway ke  Broker  tergantung pada  provider  internet  yang  digunakan  di Gateway.

## B. Saran
Saran penulis pada penelitian selanjutnya adalah memperbaiki  Algoritma  penghitungan  debit  air. Penghitungan  debit  air  menggunakan  sensor waterflow  YF-S201 dapat  dilakukan  dengan mengukur  frekuensi  dari  sinyal  keluaran  sensor lalu mengkonversikannya menjadi debit air.

## R EFERENSI
Sujit,  D.,  Tejas,  B.,  &  Kapil  M.  (2015)  Design  and development  of  cost  effective  and  integrated water distribution          system  for residential establishment. International  Conference  on Information Processing (ICIP) .
Dian  Vitta  Agustina,  2007.  “ANALISA  KINERJA SISTEM  DISTRIBUSI  AIR  BERSIH  PDAM
KECAMATAN BANYUMANIK DI PERUMNAS  BANYUMANIK    (Studi  Kasus Perumnas  Banyumanik  Kel.  Srondol  Wetan).
Tesis. Semarang: Universitas Diponegoro
Syahputra,  B.  Penyusunan  Neraca  Air  Sebagai Fungsi  Kontrol    Laju  Kehilangan  Air  Pdam (Studi Kasus Pdam Kota Semarang).
Penyusunan  Neraca  Air  sebagai  Fungsi Kontrol Laju Kehilangan Air PDAM. Babiuch, M., Foltýnek, P., & Smutný , P. Using the ESP32  Microcontroller  for  Data  Processing. 2015, DOI: 10.1109/CarpathianCC.2019.8765944 Sucardiana,N,M., agung,I.,&Rahayu, P (2017).
Rancang  bangun  system  pembacaan  jumlah konsumsi  air  Pelanggan  PDaM  berbasis mikrolontroler  atmega328  dilengkapi  SMS. Teknologi Elektro. Vol.1 No.1

## Lintang, MA Rizqulloh, D Wahyudin, R Pramudita
Jurnal Ilmiah Teknologi Informasi Terapan
Amron,K.,  Sakti,E.,  &  Data,  E.,  (2016).  Pemodelan dan  analisis  wireless  mesh  network  dengan arsitektur publish-subcribe dan protokol MQTT. Jurnal  Teknologi  Informasi  dan  Ilmu Komputer . Vol. 3 No.2
Rantelinggi,P,H., & Djanali,S.,(2015). Kinerja
Protokol  Routing  Pada  Lingkungan  Wireless Mesh  Network  Dengan  Combined  Scalable Video  Coding. Jurnal  Ilmiah  Teknologi
Informasi . Vol.13 No.1
Gunawan,  D.,  (2018).  Sistem  Monitoring  Distribusi Air  Menggunakan  Android  Blynk. Information
Technology Engineering Journals. Vol. 3 No.1
,AHS  Budi.,  Amshari,R.,  &  Mulyanti,B.,(2020). Rancang Bangun Sistem Real Time Watermeter Berbasis  Internet  Of  Things  (IoT). Journal  of Industrial & Quality Engineering. Vol.8 No.2