29

BAB III

PERANCANGAN SISTEM

3.1 Desain Penelitian

Pada penelitian ini terdapat beberapa tahapan yang akan dilakukan untuk

pengembangan sistem monitoring kebakaran hutan menggunakan metodologi

Wireless Sensor Network. Terdapat beberapa tahapan pada penelitian ini yaitu studi

literatur, pengumpulan dan pengolahan data, perangcangan sistem, implementasi

sistem dan pengujian sistem. Tahapan studi literatur bertujuan untuk mengetahui

referensi teori yang relevan dengan permasalahan penelitian. Tahapan

pengumpulan dan pengolahan data yaitu mencari dan memperoleh data yang akan

dibutuhkan untuk diolah untuk keperluan sistem. Tahapan perancangan sistem yaitu

skema dari sistem yang akan diterapakan sesuai dengan kebutuhan dan tujuan

sistem dan alur kerja dari keseluruhan sistem. Tahapan implementasi sistem yaitu

keseluruhan perancangan sistem akan diimplementasikan dalam satu integrasi

sistem. Tahapan pengujian sistem yaitu memeriksa apakah sistem yang

diimplementasikan atau dikembangkan sudah sesuai dengan harapan dan

mendeteksi adanya ketidakonsistenan antar setiap perangkat atau sistem yang

terintegrasi. Berikut ini merupakan tahapan dari penelitian dapat dilihat pada

Gambar 3.1.

Gambar 3.1. Alur Penelitian.

30

Berdasarkan Gambar 3.1. dapat diketahui bahwa pada tahapan studi literatur

berfungsi untuk mengumpulkan informasi dan menyusun setiap langkah yang akan

dilakukan pada penelitian. Studi literatur dijadikan sebagai referensi atau acuan

untuk menentukan komponen atauapun metode yang akan digunakan dalam

pengembangan sistem pemantuan kebakaran hutan menggunakan metodologi

wireless sensor network. Literatur bersumber dari jurnal, buku, dan situs web.

Tahap perancangan sistem pada penelitian ini dilakukan berdasarkan acuan literatur

penelitian sebelumnya yang akan dikembangkan pada penelitian ini dengan

membuat beberapa langkah yaitu diagram blok, skematik diagram, diagram sistem

keseluruhan, desain perangkat dan diagram alur routing protocol. Pada tahap

implementasi sistem akan dilakukan beberapa langkah yaitu membuat rangkaian

alat deteksi kebakaran hutan, membuat fitur notifikasi SMS, dan membuat skema

routing protocol. Pada tahapan akhir yang akan dilakukan pada penelitian ini yaitu

pengujian sistem yang akan dilakukan dengan beberapa proses pengujian

menggunakan metode pengujian blackbox yaitu pengujian fungsionalitas dari setiap

perangkat modul yang digunakan.

3.2 Rancangan Sistem

Rancangan sistem pada penelitian ini digambarkan menggunakan diagram blok,

skematik diagram, desain implementasi keseluruhan sistem dan parameter

kebakaran hutan.

1. Diagram Blok

Secara keseluruhan sistem pemantuan kebakaran hutan menggunakan

metodologi wireless sensor network terdiri dari beberapa bagian yaitu alat deteksi

kebakaran hutan dan server. Alat deteksi kebakaran hutan berfungsi sebagai alat

untuk melakukan sensing di kawasan hutan untuk mendapatkan data kondisi suhu

serta mengelola data tersebut dan dikirimkan kepada client atau polisi hutan. Server

merupakan node coordinator yang berfungsi untuk menampilkan data kondisi suhu

di kawasan hutan dari setiap node dan mengirimkan pesan notifikasi SMS apabila

terjadi kebakaran hutan.

31

Gambar 3.2. Diagram Blok.

Kawasan hutan merupakan area atau lingkup dari target penelitian yang

akan diteliti dan dilakukan monitoring kondisi hutan dan adanya kemungkinan

terjadi kebakaran hutan. Polisi hutan merupakan end user atau pengguna dari sistem

yang akan dikembangkan pada penelitian ini. Polisi hutan akan mendapatkan

informasi keadaan didalam hutan yang dapat dilihat pada layar monitor kondisi

temperatur suhu dan mendapatkan notifikasi SMS kebakaran hutan pada ponsel

polisi hutan secara otomatis. Adapun hubungan antara sistem dan pengguna

direpresentasikan kedalam blok diagram yang dapat dilihat pada Gambar 3.2.

2. Skematik Diagram

Skematik diagram adalah konsep desain yang merepresentasikan cara kerja

dari sistem. Pada sistem yang akan dikembangkan terdiri dari node sensor, node

coordinator dan end user. Setiap node sensor dan node coordinator dihubungkan

oleh modul telemetri sebagai media komunikasi antar node dan diakhir node

coordinator menggunakan modul GSM sebagai media komunikasi antara user dan

sistem. Skematik diagram penelitian ini dapat dilihat pada Gambar 3.3.

32

Gambar 3.3. Skematik Diagram.

Pada kawasan hutan yang luas sulitnya untuk melakukan pemantauan secara

berkala dan jika terjadinya kebakaran, polisi hutan selama ini mengetahui adanya

kebakaran hutan dari tanda-tanda alam ataupun dari gerak-gerik hewan yang ada

didalam hutan tersebut. Sistem pemantauan kawasan hutan dan kebakaran hutan ini

nantinya akan melakukan sensing dengan peralatan (Node Sensor) yang diletakkan

dibeberapa titik berdasarkan data titik panas yang akan memantau kawasan hutan

dari kebakaran hutan. Apabila node sensor mendeteksi adanya kebakaran hutan

maka akan mengirimkan data kepada alat yang lainya berdasarkan arah routing

yang sudah ditentukan dan berakhir pada node coordinator yang bertugas sebagai

penerima data dan peringatan kondisi dan adanya kebakaran. Perangkat tersebut

33

akan mengirimkan pesan berupa notifikasi SMS peringatan adanya kebakaran hutan

dan menampilkan data temperature di setiap node.

3. Diagram Sistem Node Sensor dan Node Coordinator

Diagram sistem digunakan untuk menjelaskan rancangan sistem monitoring

kebakaran hutan yang akan diwujudkan dalam penelitian ini. Adapun tampilan

diagram sistem dapat dilihat pada Gambar 3.4. dan 3.5. sebagai berikut :

Gambar 3.4. Diagram Sistem Node Sensor.

Gambar 3.5. Diagram Sistem Node Coordinator.

34

Pada Gambar 3.4 merupakan diagram sistem node sensor yang

menggunakan beberapa kompenen yaitu catu daya sebagai penyuplai sumber energi

bagi node sensor, modul LoRa sebagai media komunikasi (transmitter-receiver)

antar node sensor dan node coordinator, sensor DS18b20 sebagai sensor suhu yang

akan membaca dan menerima inputan dari kondisi atau keadaan di hutan dan

mikrokontroler arduino uno. Pada Gambar 3.5 merupakan diagram sistem node

coordinator yang menggunakan beberapa komponen yaitu catu daya, modul LoRa

yang akan akan menerima data dari node sensor, mikrokontroler arduino uno untuk

memproses data dan modul GSM sebagai media komunikasi antara sistem dan user

yang akan menerima notifikasi berupa SMS.

4. Desain Implementasi keseluruhan sistem

Gambar 3.6. Desain Implementasi Keseluruhan Sistem.

Pada Gambar 3.6 merupakan gambaran dari implementasi sistem yang akan

dikembakan pada penelitian ini. Node sensor disebar dibeberapa titik di kawasan

hutan berdasarkan data titik panas yang akan membentuk clustering dan berfungsi

sebagai covered kawasan hutan yang lebih luas dan dapat membantu proses

monitoring. Node coordinator atau server berada di pos penjagaan polisi hutan yang

35

berfungsi untuk meminimalisir delay atau latency yang akan ditimbulkan karena

modul GSM tidak mendapat sinyal dan mengganggu proses monitoring dan

komunikasi antara sistem dan user.

5. Parameter Kebakaran Hutan

Tabel 3.1. Temperatur suhu Jati Agung, Lampung Selatan.

NO Tanggal Waktu Suhu

1 Kamis, 28 Januari 2021 Pukul 7.00 WIB 27O C

Kamis, 28 Januari 2021 Pukul 13.00 WIB 32O C

Kamis, 28 Januari 2021 Pukul 16.00 WIB 31O C

Kamis, 28 Januari 2021 Pukul 22.00 WIB 26O C

2 Jumat, 29 Januari 2021 Pukul 7.00 WIB 23O C

Jumat, 29 Januari 2021 Pukul 13.00 WIB 32O C

Jumat, 29 Januari 2021 Pukul 16.00 WIB 27O C

Jumat, 29 Januari 2021 Pukul 22.00 WIB 24O C

3 Sabtu, 30 Januari 2021 Pukul 7.00 WIB 23O C

Sabtu, 30 Januari 2021 Pukul 13.00 WIB 31O C

Sabtu, 30 Januari 2021 Pukul 16.00 WIB 27O C

Sabtu, 30 Januari 2021 Pukul 22.00 WIB 25O C

Pada Tabel 3.1. merupakan data temperatur suhu di Jati Agung, Lampung

Selatan, Lampung yang diambil dari situs BMKG pada tanggal 28 Januari 2021

sampai dengan 30 Januari 2021. Berdasarkan data tersebut diketahui bahwa suhu

terendah terjadi rata-rata pada pukul 7.00 WIB yaitu 23O C dan suhu tertinggi rata-

rata yaitu 32O C pada pukul 13.00 WIB. Parameter suhu yang digunakan pada

penelitian ini yaitu 35O C yang dimana merupakan suhu yang relatif lebih tinggi

dibandingkan suhu rata-rata yang di Jati Agung, Lampung Selatan, Lampung.

3.2.1 Rancangan Perangkat Keras

Berikut ini merupakan rancangan sistem monitoring kebakaran hutan secara

keseluruhan menggunakan metodologi Wireless Sensor Network (WSN):

36

3.2.1.1 Kebutuhan Perangkat Keras

Dalam penelitian ini membutuhkan beberapa perangkat keras sebagai

komponen yang akan akan mendukung sistem yaitu pada node sensor dan node

coordinator agar dapat bekerja. Adapun kebutuhan perangkat keras tersebut

sebagai berikut.

1. Mikrokontroler

2. Sensor Suhu

3. Modul Telemetri

4. Modul GSM

5. Modul LCD

6. Catu daya

3.2.1.2 Desain Perangkat Keras

Perangkat keras memiliki desain rancangan yang direpresentasikan dalam

bentuk gambar. Adapun beberapa desain rancangan sebagai berikut:

1. Desain Perangkat Keras Node Sensor

Gambar 3.7. Desain Perangkat Keras Node Sensor.

Desain node sensor berbentuk balok dengan ukuran 12.5 cm x 8.5 cm x 5.5

cm. Pada sisi luar node sensor terdapat modul telemetri untuk membantu proses

transmitter-receiver. Mikrokontroler diletakkan pada bagian dalam hard case.

37

Sensor suhu diletakkan pada bagian tepi balok dari node sensor dan akan

melakukan membaca suhu dikawasan hutan. Node sensor akan diletakkan

dibeberap titik dikawasan hutan menggunakan topologi tree untuk meng-cover

kawasan hutan yang lebih luas. Adapun desain perangkat keras node sensor

dapat dilihat pada Gambar 3.7.

2. Desain Perangkat Keras Node Coordinator

Gambar 3.8. Desain Perangkat Keras Node Coordinator.

Desain perangkat keras node coordinator pada bagian luar node

coordinator terdapat modul telemetri yang berfungsi sebagai transmitter-

receiver data yang dikirim oleh node sensor. Data yang diterima akan

diproses oleh mikrokontroler lalu akan teruskan kepada user berupa

notifikasi SMS sebagai monitoring kawasan hutan dari kebakaran hutan.

Desain node coordinator berbentuk balok dengan ukuran 12.5 cm x 8.5 cm

x 5.5 cm. Adapun desain perangkat keras node coordinator dapat dilihat

pada Gambar 3.8.

3.2.2 Rancangan Perangkat Lunak

Rancangan perangkat lunak yang diperlukan untuk mengembangkan sistem

pendeteksi kebakaran hutan antara lain:

1. Kebutuhan Perangkat Lunak

38

Perangkat lunak yang dibutuhkan dalam penelitian dapat dilihat pada

Tabel 3.6.

Tabel 3.2. Kebutuhan Perangkat Lunak.

No Nama Jenis Keterangan

1 Arduino IDE Aplikasi

Pengembang

Untuk mengembangkan

program pada papan

kontrol

2. Flowchart Sistem

Berikut merupakan alur kerja dari sistem yang memuat informasi

bagaimana kondisi yang membuat alat dapat dilihat pada Gambar 3.9.

Gambar 3.9. Flowchart Sistem.

Pada Gambar 3.9 diketahui bahwa hal yang pertama dilakukan yaitu inisiasi

sensor, setelah itu node sensor akan melakukan pembacaan kondisi dikawasan

hutan disekitar sensor. Node Sensor akan membaca kondisi apakah suhu

disekitar sensor ≥ 35O C, jika suhu ≥ 35O C maka akan mengirim notifikasi

kebakaran hutan dan jika tidak maka node sensor akan mengirim kondisi suhu

disekitar node sensor. Proses selanjutnya yaitu node sensor akan melakukan

proses pengiriman data kepada node coordinator dengan melakukan

pengiriman berdasarkan arah routing table. Jika data diterima maka server

39

menampilkan data pada layar monitor. Jika data tidak diterima maka polisi

hutan akan melakukan pengecekan pada node secara langsung untuk

mengambil tindakan lebih lanjut.

3. Algoritma Routing Protocol

Arsitektur topologi tree lebih kompleks dibandingkan dengan topologi

star. Setiap node masih mempertahankan satu jalur komunikasi untuk gateway,

perbedaannya menggunakan node-node lain dalam mengirimkan data,

namun masih dalam satu jalur tersebut. Pada topologi tree, keputusan dibuat

pada masing-masing node sensor berdasarkan hasil observasi dan keputusan

sensor intermediate.

Gambar 3.10 Topologi Tree WSN.

Pada Gambar 3.10 merupakan rancangan dari topologi jaringan yang akan

diimplementasi yang dimana, routing dilakukan secara statis. Rancangan

topologi yang akan diimplementasikan ada penelitian ini yaitu direct atau

searah yang merupakan bagian pengembangan topologi tree. Apabila sensor 2

dan 5 terputus maka polisi hutan akan melakukan pengecekan langsung dan

perbaikan pada node tersebut. Pengecekan pada node dibutuhkan karena

kondisi hutan yang tidak menentu karena cuaca, kondisi iklim ataupun makhluk

hidup yang dapat mengakibatkan node sensor rusak atau mati. Adapun

flowchart routing protocol dapat dilhat pada Gambar 3.11.

40

Gambar 3.11 FlowChart Routing Protocol.

3.3 Rancangan Pengujian

Pengujian adalah proses uji coba atau pengeksekusian alat secara

keseluruhan untuk menentukan dan mengetahui apakah sistem sesuai dengan tujuan

penelitian. Pengujian yang dilakukan pada penelitian ini menggunakan metode

black box, yaitu mengetahui apakah perangkat masukan pada node sensor dan node

coordinator yang terdapat pada sistem sudah bekerja sesuai keinginan penelitian.

3.3.1 Skenario Pengujian

Skenario pengujian yang akan dilakukan pada penelitian ini yaitu pengujian

dilakukan di Kebun Raya ITERA sebagai representasi dari hutan. Pada pengujian

akan menggunakan 3 node untuk menguji sistem deteksi kebakaran hutan. Terdapat

beberapa pengujian yang akan dilakukan yaitu pengujian alat yaitu sensor dan

modul yang digunakan pada penelitian ini yaitu pengujian catu daya, pengujian

sensor suhu, modul GSM Shield dan pengujian sistem secara keseluruhan

3.3.2 Pengujian Fungsionalitas

Pengujian fungsionalitas menggunakan skenario pengujian yang telah diatur sesuai

dengan tujuan dari sistem. Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui informasi

41

mengenai banyaknya fungsi yang berjalan dengan baik pada sistem. Rumus

perhitungan fungsionalistas yang digunakan dapat dilihat pada Persamaan 3.1.

𝑋 = 1 −𝑎

𝑏 (3.1)

Dimana : X = fungsionalitas

a = jumlah total fungsi yang tidak valid

b = jumlah seluruh fungsi

1. Pengujian catu daya

Pengujian dilakukan untuk mengetahui daya tahan dari catu daya selama

terhubung dengan node sensor dan node coordinator.

2. Pengujian Sensor suhu

Pengujian dilakukan dengan cara mendekatkan api pada sensor suhu setelah

dihubungkan ke node sensor. Pengukuran yang dilakukan dengan

membandingkan hasil yang didapatkan senso suhu dengan thermometer. Hasil

yang diharapkan yaitu Dapat mendeteksi suhu dikawasan hutan dan

mengirimkan kedalam mikrokontroller secara akurat. Parameter keberhasilan

pada pengujian sensor suhu yaitu apabila tingkat akurasi dari sensor mendekati

termometer dan tidak melebihi ±5O C

3. Pengujian Modul GSM

Pengujian dilakukan setelah menghubungkan modul GSM ke

mikrokontroler dengan melihat lama waktu pengiriman yang dibutuhkan untuk

mengirimkan data. Parameter keberhasilan pengujian modul GSM yaitu

dikatakan berhasil apabila minimal 80 persen dari 5 kali pengujian.

4. Pengujian Sistem Secara Keseluruhan

Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui apakah sistem bekerja sesuai

dengan tujuan dengan cara node sensor membaca adanya kebakaran hutan

dengan suhu ≥ 35o C lalu mengirimkan data ke node coordinator dan diteruskan

42

ke end user berupa notifikasi SMS. Parameter keberhasilan pada pengujian

sistem keseluruhan yaitu apabila dapat menampilkan dan mengirimkan

notifikasi adanya kebakaran hutan sebanyak 17 kali dari 20 kali pengujian.