TELEKONTRAN.
VOL.
NO.
APRIL 2023
DOI : 10.
34010/telekontran.
TELEKONTRAN,
VOL.
NO.
APRIL 2023
p-ISSN : 2303 Ae 2901 e-ISSN : 2654 Ae 7384 Perancangan Node Sensor Nirkabel Bluetooth Low Energy Bertenaga Baterai menggunakan ESP32 untuk Aplikasi Pertanian Cerdas Design of Battery-Powered Bluetooth Low Energy Wireless Sensor Node using ESP32 for Smart-Agriculture Purpose Adi Pandu Wirawan.
Happy Nugroho Universitas Mulawarman.
Jl.
Sambaliung No.
09 Kampus Gunung Kelua Samarinda Kalimantan Timur Email : adipandu@ft.
Abstrak Ae Peningkatan efektivitas dan efisiensi pertanian dapat dilakukan dengan penerapan teknologi sensor, otomatisasi, monitoring dan kendali jarak jauh melalui Jaringan Sensor Nirkabel (JSN).
Salah satu teknologi komunikasi yang digunakan adalah Bluetooth Low Energy (BLE).
Tersedianya System on Chip (SoC) ESP32 memudahkan implementasi BLE pada perangkat JSN.
Penelitian ini bertujuan untuk menghasilkan prototipe node sensor berbasis BLE bertenaga baterai dan mengetahui kinerja prototipe tersebut terutama dalam hal pembacaan level baterai, jarak jangkauan dan akurasi pembacaan sensor agar dapat diimplementasikan pada JSN untuk aplikasi pertanian cerdas.
Pada penelitian ini telah dihasilkan prototipe node sensor nirkabel BLE bertenaga baterai yang dapat mengirimkan data suhu, kelembapan dan informasi level baterai.
Data-data yang dikirimkan telah dirancang dengan mengacu pada standar dan spesifikasi Bluetooth Generic Attribute Profile (GATT).
Dalam pengujian menggunakan aplikasi nRF Connect, didapatkan hasil bahwa data yang dikirimkan telah sesuai dengan attribute standar GATT.
Telah dilakukan pula pengujian pembacaan sensor suhu dan kelembapan dengan nilai error berturut-turut sebesar 1% dan 2,2%.
Pengujian juga dilakukan terhadap pembacaan level baterai dan didapatkan nilai error sebesar 2,45%.
Melalui pengujian jarak komunikasi antar node, node sensor mampu mengirimkan data dengan baik hingga jarak 10 Dengan hasil tersebut maka dapat disimpulkan bahwa prototipe node sensor BLE bertenaga baterai yang dihasilkan dapat digunakan untuk aplikasi pertanian cerdas.
Penelitian ini juga turut berkontribusi pada perkembangan ilmu pengentahuan khususnya dalam pemanfaatan BLE pada sistem pertanian cerdas yang masih jarang digunakan.
Kata kunci : JSN.
BLE.
ESP32.
GATT, pertanian Abstract - Increasing the effectiveness and efficiency of agriculture can be done by applying sensor technology, automation, monitoring, and remote control through the Wireless Sensor Network (WSN).
One of the technologies used is Bluetooth Low Energy (BLE).
The presence of the ESP32's System on Chip (SoC) makes it possible to implement BLE on WSN devices.
This study aims to produce a prototype battery-powered BLEbased sensor node and determine the performance of the prototype, especially in terms of battery level readings, range, and accuracy of sensor readings so that it can be implemented in WSN for smart agricultural In this research, a battery-powered BLE sensor node prototype has been created.
The node can transmit temperature, humidity, and battery level information.
The data sent has been designed based on the Bluetooth Generic Attribute Profile (GATT) standards and specifications.
nRF ConnectAos application shows that the data sent by the designed node complies with the GATT attributes standard.
Testing of temperature and humidity sensor readings has also been carried out with 1% and 2.
2% errors respectively.
Tests were also carried out on battery-level readings and a 2.
45% error was obtained.
Through distance testing between nodes, the node can transmit data properly up to 10 meters.
With these results, it can be concluded that the resulting battery-powered BLE sensor node prototype can be used for smart agricultural purposes.
This research also contributes to the development of science, especially in the use of BLE in a smart agriculture system which are rarely used.
Keywords : WSN.
BLE.
ESP32.
GATT, agriculture TELEKONTRAN.
VOL.
NO.
APRIL 2023
PENDAHULUAN
Pertanian cerdas atau smart-agriculture dapat dipahami sebagai sebuah konsep sistem pertanian modern yang menggunakan teknologi terbaru untuk menunjang produktivitas hasil pertanian yang maksimal .
Implementasi pertanian cerdas dapat dilakukan dengan penerapan teknologi sensor, otomatisasi, monitoring dan kendali jarak jauh melalui sistem Jaringan Sensor Nirkabel (JSN) ataupun jaringan yang lebih kompleks seperti Internet of Things (IoT).
Istilah JSN dapat didefinisikan sebagai sebuah jaringan yang menghubungkan perangkatperangkat kecil yang disebut node sensor, tersebar dan mengambil sekaligus mentransmisikan data objek yang dipantau melalui jalur komunikasi nirkabel .
JSN memungkinkan terjadinya komunikasi data dari satu node sensor ke node lain tanpa adanya jaringan internet sehingga JSN cocok untuk digunakan pada wilayah yang memiliki konektivitas dengan sumber daya yang terbatas.
Pilihan teknologi komunikasi nirkabel pada JSN juga beraneka ragam mulai dari WiFi .
Long Range (LoR.
Bluetooth standard .
hingga Bluetooth Low Energy (BLE) .
dengan karakteristik dan keunggulannya masing-masing.
Salah satu teknologi komunikasi yang memiliki keunggulan dalam hal konsumsi daya adalah Bluetooth Low Energy (BLE).
BLE merupakan versi improvement dari Bluetooth standard dalam hal penghematan energi yang sering digunakan untuk aplikasi JSN maupun IoT dalam jarak dekat.
Teknologi BLE menjadi yang paling unggul dari sisi lifetime, meskipun lifetime mengalami penurunan ketika ukuran data yang ditransmisikan semakin besar, namun dibanding dengan teknologi lain seperti WiFi 802.
11 maupun LoRa.
BLE tetap menjadi yang paling unggul dalam hal lifetime .
Teknologi BLE mengkonsumsi daya sangat kecil sehingga sangat cocok untuk diterapkan pada area pertanian atau peternakan yang wilayahnya jauh dari infrastruktur listrik yang memadai.
Disisi lain BLE juga memiliki kekurangan yaitu terkait dengan jarak jangkauan komunikasinya yang lebih pendek jika dibandingkan dengan WiFi atau LoRa.
Beberapa studi telah dilakukan untuk mengatasi kekurangan tersebut dengan tetap mendapatkan manfaat dari kelebihan BLE salah satunya adalah dengan dual radio network menggunakan LoRa untuk meningkatkan jarak jangkauan komunikasi .
Penggunaan dual radio network seperti yang diilustrasikan pada Gambar 1 menunjukkan penggunaan node sensor BLE memungkinkan untuk dapat dikembangkan lebih jauh terutama dalam implementasinya pada aplikasi pertanian Gambar 1.
Arsitektur Dual Radio Network BLE dan LoRa Hadirnya System on Chip (SoC) yang mendukung operasi protokol BLE pada perangkat keras seperti SoC ESP32 yang banyak tersedia di pasaran dengan harga terjangkau menjadikan implementasi perangkat JSN semakin mudah untuk Pemanfaatan baterai sebagai sumber daya node sensor .
attery-powered sensor nod.
yang berbasis SoC ESP32 juga memungkinkan untuk diimplementasikan karena spesifikasi kebutuhan daya SoC ESP32 yang relatif Penelitian sebelumnya tentang implementasi teknologi BLE menggunakan ESP32 bertenaga baterai telah banyak dikembangkan mulai dari sistem pengunci pintu otomatis .
hingga sistem pengamanan kendaraan .
Pada penelitianpenelitian tersebut belum ditemukan cara bagaimana masing-masing prototipe yang dihasilkan dapat memonitor level daya baterai yang dikonsumsinya sehingga tidak dapat diketahui kapan sensor akan mati akibat kehabisan Selain itu terdapat juga penelitian lain tentang implementasi ESP32 bertenaga baterai pada aplikasi pertanian .
Dalam penelitian tersebut teknologi komunikasi yang digunakan adalah WiFi dengan koneksi internet.
Dalam kasus ini, implementasi pertanian cerdas cenderung hanya dapat diimplementasikan pada area TELEKONTRAN.
VOL.
NO.
APRIL 2023
rban farmin.
atau area yang memiliki infrasturktur internet yang memadai.
Sehingga kurang sesuai bila digunakan untuk area pertanian pedesaan .
ural farmin.
dengan infrastruktur internet yang kurang memadai.
Selain itu dibanding dengan BLE, penggunaan teknologi WiFi lebih banyak mengkonsumsi daya seperti yang sudah diuraikan sebelumnya.
Dengan adanya kekurangan-kekurangan pada penelitian terdahulu, penelitian tentang node sensor nirkabel BLE bertenaga baterai dipandang perlu untuk dilakukan.
Penggunaan ESP32 sebagai node sensor bertenaga baterai cukup sesuai untuk diimplementasikan pada aplikasi pertanian cerdas yang wilayahnya cenderung jauh dari infrastruktur Perlu dilakukan investigasi lebih lanjut tentang cara pengiriman data, pembacaan sensor serta memonitor konsumsi daya melalui level baterai dari perangkat node sensor agar kekurangan daya dapat diprediksi sebelum node sensor mati.
Atas dasar pertimbangan tersebut, perlu dilakukan penelitian untuk menghasilkan prototipe node sensor nirkabel berbasis BLE bertenaga baterai yang dapat digunakan pada aplikasi pertanian Pengujian kinerja prototipe juga perlu dilakukan terutama dalam hal jarak jangkauan, akurasi pembacaan sensor dan pembacaan level baterai agar dapat diimplementasikan pada JSN untuk aplikasi pertanian cerdas.
Penelitian ini bertujuan untuk menghasilkan prototipe node sensor berbasis BLE bertenaga baterai dan mengetahui kinerja prototipe tersebut terutama dalam hal pembacaan level baterai, jarak jangkauan dan akurasi pembacaan sensor agar dapat diimplementasikan pada JSN untuk aplikasi pertanian cerdas.
Gambar 2.
Diagram Alir Metode Penelitian II.
METODOLOGI
Tiga rumusan penting yang perlu diketahui dalam penelitian ini adalah bagaimana merancang perangkat node sensor berbasis BLE agar dapat mengirimkan data monitoring dari sensor-sensor yang sering digunakan pada aplikasi pertanian cerdas, bagaimana melakukan monitoring konsumsi daya, serta bagaimana kinerja perangkat node sensor yang diusulkan terhadap jarak jangkauan komunikasinya.
Untuk mendapatkan jawaban dari rumusan masalah tersebut, dilakukan tahapan-tahapan penelitian seperti ditampilkan pada Gambar 2.
Sistem Komunikasi dan Jaringan Untuk menghasilkan satu sistem komunikasi dengan konsep JSN perlu dilakukan perencanaan terkait topologi jaringan dan struktur data yang dikirimkan dari node pengirim ke node penerima.
Pada penelitian ini, topologi jaringan yang digunakan adalah point-to-point dimana satu node sensor terkoneksi melalui protokol komunikasi BLE dengan satu node koordinator seperti ditampilkan pada Gambar 3.
Satu node sensor mengirimkan notifikasi berupa data suhu dan kelembapan yang didapat dari sensor serta data tegangan dari sumber baterai yang dipakai oleh node sensor itu sendiri untuk dikonversi menjadi informasi level baterai.
TELEKONTRAN.
VOL.
NO.
APRIL 2023
Pengiriman notifikasi tersebut dilakukan periodik setelah proses handshake koneksi antara kedua node berhasil dilakukan.
Setiap node sensor dirancang memiliki attribute berupa profile, service dan characteristic mengacu pada standar Bluetooth Generic Attribute Profile (GATT).
Struktur GATT yang dirancang pada node sensor ditampilkan pada Gambar 4.
perangkat-perangkat penerima lain, tidak hanya node koordinator namun juga smartphone atau komputer tablet dengan menggunakan aplikasi pembaca data perangkat BLE.
Gambar 3.
Komunikasi Point-to-Point Node Sensor Tabel I.
Spesifikasi GATT Berdasarkan Data Characteristic Data Characteristic Suhu Deskripsi UUID: 0x2a6e Tipe data: uint16 Satuan: EE Resolusi: 0.
Rentang: -273 s/d 328 Kelembapan UUID: 0x2a6f Tipe data: uint16 Satuan: % Resolusi: 0.
Rentang: 0 s/d 100 Level Baterai UUID: 0x2a19 Tipe data: uint8 Satuan: % Rentang: 0 s/d 100 Tegangan Baterai UUID: 6e400003 Tipe data: int UART via BLE Skenario Pengujian Terdapat beberapa tahap pengujian dan kriteria keberhasilan pengujian yang ditentukan untuk memastikan prototipe bekerja dengan baik dan sesuai dengan standar diantaranya:
Gambar 4.
Rancangan Struktur GATT Satu node sensor dirancang terdiri dari satu service dengan 4 characteristic yang memuat data suhu, kelembapan, level baterai dan tegangan Masing-masing characteristic memiliki standar dan spesifikasi masing-masing dalam hal penggunaan Universally Unique Identifier (UUID), tipe data dan satuan yang mengacu pada pada standar spesifikasi BLE seperti ditampilkan pada Tabel I.
Penyesuaian dengan standar tersebut dilakukan agar pengiriman data dari node sensor dapat secara universal diterjemahkan oleh .
Pengujian pengiriman data menggunakan aplikasi nRF Connect untuk melihat detail struktur GATT dari data yang dikirim node sensor dan menguji kesesuaian dengan spesifikasi Bluetooth GATT.
Pengujian menentukan dengan membandingkan nilai terukur pada sensor dan dengan nilai sebenarnya dari referensi alat ukur dengan besar error yang diharapkan dari pembacaan sensor adalah kurang dari 3% dimana nilai 3% didapatkan dari spesifikasi akurasi sensor AM2301 dalam pembacaan temperatur dan .
Pengujian akurasi pembacaan tegangan dilakukan dengan membandingkan nilai tegangan terukur pada node dengan nilai sebenarnya dari voltmeter.
Nilai pembacaan tegangan tergantung pada kinerja Analog-toDigital Converter (ADC) yang digunakan.
ADC ESP32 memiliki sifat non-linier terutama TELEKONTRAN.
VOL.
NO.
APRIL 2023
pada nilai tegangan disekitar 0,1 volt, 3,1 volt dan 3,2 volt .
sehingga sangat besar kemungkinan error pembacaan disekitar nilai Dengan kemungkinan nilai error tersebut terhadap 33 data dalam rentang nilai pembacaan .
-3,3 volt step size 0,.
maka didapatkan angka pembacaan tegangan dengan toleransi sekitar Dengan demikian besar error yang diharapkan dari pembacaan tegangan adalah kurang dari 9%.
Pengujian handshake connection dan penerimaan notifikasi dari node sensor ke node koordinator dilakukan melalui serial monitor kedua node.
Hasil pengujian dapat dikatakan sesuai kriteria jika koneksi BLE antar node berhasil dilakukan data yang diterima node koordinator sesuai dengan data yang dikirimkan oleh node sensor.
Pengujian jarak jangkauan antar node dilakukan untuk mengetahui seberapa jauh jangkauan komunikasi antar node.
Perancangan Node Sensor Rancangan perangkat keras node sensor dapat dilihat pada skematik yang ditunjukkan dalam Gambar 5.
Diperlukan komponen penyusun yang terdiri dari sensor, baterai dan development board berbasis ESP32 seperti dirinci pada Tabel II.
Rangkaian pembagi tegangan berupa dua buah resistor juga diperlukan untuk menyesuaikan kemampuan maksimum pembacaan tegangan ADC ESP32 agar tegangan baterai yang akan diukur tidak melebihi tegangan operasional dari ESP32 itu sendiri.
Masing-masing komponen terhubung pada pin-pin pada development board ESP32 DOIT DevKit V1 dengan fungsi masingmasing pin dirinci pada Tabel i.
Tabel II.
Daftar Komponen Komponen ESP32 DOIT DevKit V1 Sensor Suhu dan Kelembapan AM2301 Baterai 9V Resistor 1KE Resistor 2KE Jumlah 1 Buah 1 Buah Gambar 5.
Skematik Node Sensor Pemrograman pada development board ESP32 dilakukan dengan menggunakan aplikasi Arduino Web Editor yang didapatkan dari layanan Arduino Cloud.
Untuk membangun sistem komunikasi dengan protokol BLE pada ESP32 diperlukan inisiasi dan konfigurasi awal.
Pada tahap inisiasi ini dilakukan pemanggilan library, konfigurasi pin, konfigurasi UUID dan tipe data kedalam program.
Pemanggilan library, konfigurasi pin serta tipe data ditampilkan pada Gambar 6.
Sedangkan konfigurasi UUID untuk setiap attribute characteristic yang direncanakan pada Tabel I ditampilkan pada Gambar 7.
1 Buah 1 Buah 1 Buah Tabel i.
Konfigurasi Pin ESP32 DOIT DevKit V1
Pin
VIN
D23
Fungsi Catu daya dari baterai Catu daya untuk sensor Input suhu dan kelembapan Input ADC tegangan baterai Gambar 6.
Inisiasi Library.
Variabel dan Tipe Data TELEKONTRAN.
VOL.
NO.
APRIL 2023
Gambar 7.
Konfigurasi UUID Indikator koneksi perlu digunakan pada node sensor agar pada saat pengujian dapat diketahui sukses atau tidaknya koneksi yang dilakukan, untuk itu digunakan fungsi koneksi dengan output boolean seperti yang ditampilkan pada Gambar 8.
Gambar 10.
Pembuatan Characteristic BLE Gambar 11.
Menjalankan Service dan Menampilkan Status Koneksi Gambar 8.
Fungsi Koneksi dengan Indikator Boolean Setup node sensor diawali dengan memberikan nama AuNode1 BLE-AgricultureAy pada perangkat node sensor agar mudah dikenali dan membedakan dengan perangkat Bluetooth lainnya.
Pada Gambar 9 ditampilkan pemberian nama node sensor sekaligus inisiasi pembuatan service dengan UUID yang sudah ditentukan sebelumnya.
Langkah selanjutnya adalah membuat 4 jenis characteristic didalam service seperti yang ditampilkan pada Gambar 10.
Setelah service dan characteristic dibuat dilakukan aktivasi service BLE dan menampilkan indikator awal yang menyatakan koneksi dengan node lain belum terhubung seperti ditampilkan pada Gambar 11.
Untuk mendapatkan nilai suhu dan kelembapan dari sensor AM2301 dilakukan menggunakan fungsi readHumidity() dan readTemperature() yang terdapat pada library DHT.
Selain itu juga dilakukan perkalian dengan nilai 100 untuk menyesuaikan dengan resolusi pembacaan nilai suhu dan kelembapan yang telah ditentukan pada GATT ditunjukkan pada Gambar 12.
Gambar 12.
Pembacaan Nilai Suhu dan Kelembapan Pembacaan tegangan dan konversi level daya baterai perlu diimplementasikan kedalam program.
Untuk membaca tengangan, pdilakukan dengan menginisiasi nilai level minimum dan maksimum baterai serta mengetahui resolusi dari ADC yang Berdasarkan dokumentasi ESP32.
ADC memiliki maksimum resolusi sebesar 4095.
Pada skematik Gambar 5, untuk mengetahui nilai tegangan input pada pin D4 yang dihasilkan dari ycI2 .
cOycI2 ) dapat digunakan persamaan .
dimana tegangan referensi ( ycOycyceyce ) yang digunakan pada ADC ini adalah 3.
Dengan mengetahui nilainilai resistor pada rangkaian pembagi tegangan dimana ycI1 bernilai 2KE dan ycI2 bernilai 1KE, maka dapat diperoleh tegangan baterai .
cOycnycu ) dari persamaan .
Level daya baterai secara sederhana dapat diketahui dengan menentukan level tegangan minimum .
cOycoycnycu ) dan level tegangan maksimum .
cOycoycaycu ).
Dalam hal ini level tegangan maksimum merupakan tegangan pada ycOycI2 saat baterai dalam kondisi penuh yaitu 9 volt sedangkan level tegangan minimum ditentukan pada saat tegangan pada ycOycI2 berada pada batas bawah tegangan direkomendasikan yaitu 7 volt.
ycOycI2 = Data ADC O ycOycyceyce ycyceycycuycoycycycn Gambar 9.
Pemberian Nama Perangkat dan Inisiasi Service ycOycnycu = ycOycI2 O cI1 ycI2 ) ycI2 TELEKONTRAN.
VOL.
NO.
APRIL 2023
Dengan menggunakan persamaan .
dimana ycOycoycaycu sama dengan ycOycI2 pada saat ycOycnycu bernilai 9 volt dan ycOycoycnycu sama dengan ycOycI2 pada saat ycOycnycu bernilai 7 volt didapat ycOycoycaycu bernilai 3 volt dan ycOycoycnycu bernilai 2.
Dengan kondisi 100% merujuk pada nilai tegangan baterai 9 volt dan kondisi 0% merujuk pada nilai tegangan baterai 7 volt sehingga dapat diperoleh level baterai melalui persamaan .
Implementasi persamaan .
, .
, dan .
kedalam program ditampilkan pada Gambar 13.
Gambar 15.
Pengiriman Notifikasi Setiap 5 Detik ycO OeycO yayceycyceyco = ycO ycI2 Oe ycOycoycnycu Perancangan Node Koordinator Node koordinator berfungsi sebagai penerima notifikasi dari node sensor.
Node koordinator dirancang menggunakan development board ESP32 DOIT DevKit V1.
Dengan menggunakan library NimBLEDevice.
ESP32 dapat difungsikan sebagai client yang melakukan koneksi otomatis ke MAC Address node sensor, kemudian melakukan koneksi ke UUID service dan membaca notifikasi dari setiap characteristic.
Node koordinator terhubung dengan perangkat laptop untuk memonitor data serial dan memastikan data dari node sensor diterima dengan baik.
Gambar 13.
Pembacaan Tegangan dan Konversi Level Baterai Untuk memastikan node sensor bekerja dengan baik, ditambahkan visualisasi pembacaan sensor dan tegangan serta level baterai melalui serial monitor seperti ditunjukkan pada Gambar 14.
Pengiriman data masing-masing characteristic berupa notifikasi diimplementasikan kedalam program seperti ditampilkan pada Gambar 15.
Gambar 14.
Menampilkan Nilai Pembacaan Sensor dan Tegangan HASIL DAN PEMBAHASAN Implementasi perangkat keras berupa prototipe node sensor sesuai dengan skematik yang telah dirancang dapat dilihat pada Gambar 16.
Setelah rangkaian perangkat selesai dibuat, dilakukan pemrograman pada development board kemudian dilakukan monitoring pada serial monitor untuk memastikan program berjalan dengan baik.
Hasil monitoring ditunjukkan pada Gambar 17.
Pada hasil monitoring dapat dilihat bahwa node sensor dapat membaca dengan baik data suhu, kelembapan dan tegangan baterai beserta konversi Uji coba pada sistem komunikasi juga dilakukan dengan menggunakan aplikasi nRF Connect pada smartphone seperti ditampilkan pada Gambar 18.
Untuk memastikan perangkat BLE telah aktif memancarkan sinyal Bluetooth, dilakukan scanning pada aplikasi nRF Connect dan didapatkan hasil bahwa perangkat node sensor dapat terdeteksi dengan nama AuNode1 BLEAgricultureAy seperti yang ditunjukkan pada Gambar 19.
Koneksi yang dilakukan dari aplikasi ke node sensor berhasil memberikan informasi characteristic yang dikirimkan seperti ditunjukkan pada Gambar 20.
TELEKONTRAN.
VOL.
NO.
APRIL 2023
Gambar 18.
Pengujian Komunikasi Data menggunakan Smartphone Gambar 19.
Hasil Scanning Perangkat Bluetooth menggunakan Aplikasi nRF Connect Gambar 16.
Prototipe Node Sensor Gambar 17.
Serial Monitor Node Sensor Gambar 20.
Tampilan Real-time Data Characteristic Node Sensor TELEKONTRAN.
VOL.
NO.
APRIL 2023
Masing-masing teridentifikasi secara otomatis dengan nama-nama characteristic yaitu Temperature.
Humidity dan Battery Level.
Hasil ini menunjukkan bahwa spesifikasi UUID characteristic telah sesuai dengan standar GATT.
Selain itu value setiap characteristic juga dapat menampilkan data sesuai dengan yang dikirimkan dan otomatis mengenali satuan pengukurannya, hal ini menunjukkan bahwa spesifikasi tipe data yang digunakan pada node sensor juga telah sesuai dengan spesifikasi GATT.
Untuk teridentifikasi dengan nama TX Characteristic tanpa satuan pada value, hal ini dikarenakan standar yang digunakan mengacu pada standar Nordic UART Service (NUS) yang memang diperuntukkan sebagai emulator UART/Serial Port melalui BLE sehingga dapat secara umum digunakan untuk acuan pengiriman data yang sifatnya umum atau spesifikasinya tidak terdapat pada standar GATT.
Hasil pengujian nilai pengukuran sensor suhu dan kelembapan berturut-turut ditampilkan pada Tabel IV dan Tabel V.
Pengujian dilakukan dengan membandingan antara nilai bacaan sensor dengan alat ukur thermohygrometer standar.
Data sensor diambil dari value characteristic yang diterima smartphone dengan interval pengiriman data setiap 5 detik.
Sebanyak 10 data sensor diambil sebagai sampel.
penggunaan sensor AM2301 untuk keperluan node sensor .
yang memiliki tingkat presisi sebesar A3% untuk kelembapan dan A0.
3 EE untuk suhu.
Pada penelitian lainnya tentang karakteristik suhu dan kelembapan .
juga memberikan kesimpulan yang menguatkan hasil pengujian dimana penelitian tersebut menyimpulkan bahwa akurasi sensor tidak melebihi A3,5% untuk kelembapan dan A1EE untuk suhu.
Tabel IV.
Pengujian Sensor Suhu
Sampel
Sensor
Alat
(EE)
Ukur (EE) Rata-rata Error
Error
(%)
Error
(EE)
0,31
Pengambilan sampel data untuk masing-masing data suhu dan kelembaban dari sensor AM2301 menunjukkan kualitas hasil pembacaan yang baik karena rata-rata error hasil pembacaan sensor relatif kecil yaitu sebesar 1% atau 0,31EE untuk error pembacaan suhu serta 2,2% untuk error pembacaan kelembapan.
Hasil ini sesuai dengan karakteristik sensor AM2301 seperti yang disebutkan pada penelitian lain tentang Tabel V.
Pengujian Sensor Kelembapan Sampel
Sensor
Alat
(%)
Ukur (%) Rata-rata Error
Error
(%)
Pengujian pembacaan tegangan baterai ( ycOycnycu ) pembacaan node sensor dengan tegangan terukur pada voltmeter.
Untuk menguji pengukuran tegangan pada rentang 9 volt hingga 7 volt data sampel diambil pada rentang tersebut setiap penurunan tegangan sekitar 0,2 volt pada alat ukur.
Hasil pengujian ditampilkan pada Tabel VI.
Hasil pengujian menunjukkan error pembacaan tegangan berada dinilai rata-rata 2,45%.
Error tersebut timbul dapat timbul selain akibat dari tidak liniernya ADC pada ESP32 .
juga akibat dari akurasi nilai komponen pembagi tegangan seperti nilai resistor.
Tabel VI.
Pengujian Tegangan Baterai Sampel Voltmeter (Vol.
Pembacaan Tegangan (Vol.
8,95 9,17 8,74 8,95 8,51 8,73 8,34 8,56 8,13 8,32
7,92
8,12
7,71
7,89
7,55
7,73
7,32
7,49
7,13
7,31
Rata-rata Error
Error
(%)
2,46
2,40
2,59
2,64
2,34
2,53
2,33
2,38
2,32
2,52
2,45
TELEKONTRAN.
VOL.
NO.
APRIL 2023
Setelah pengujian penerimaan data sensor melalui smartphone dilakukan, untuk mengetahui bahwa data sensor yang dikirimkan juga dapat diterima dengan baik oleh node koordinator maka dilakukan koneksi kembali antara node sensor dengan node koordinator yang terhubung dengan laptop seperti ditunjukkan pada Gambar 21.
Gambar 21.
Pengujian Node Koordinator Koneksi diinisiasi oleh node koordinator dengan pertama kali melakukan scanning perangkat, kemudian mendeteksi node sensor dari MAC Address.
Setelah koneksi berhasil dilakukan, node koordinator mencari service yang sesuai dengan service UUID dari node sensor.
Setelah service ditemukan maka node koordinator akan mencari data characteristic dan melakukan subscribe pada notifikasi characteristic tersebut untuk mendapatkan pembaruan data secara Tahapan koneksi tersebut beserta pembacaan data yang sukses diterima node koordinator ditampilkan pada serial monitor seperti ditunjukkan pada Gambar 22.
Hasil monitoring pada serial monitor menunjukkan bahwa data koneksi dengan node sensor berhasil dilakukan dan data yang diterima telah sesuai dengan yang data dikirimkan.
Pengujian selanjutnya dilakukan untuk mengetahui jarak jangkauan komunikasi antar Proses pengujian dilakukan dengan memisahkan node sensor dengan node koordinator pada jarak tertentu seperti ditunjukkan pada Gambar 23.
Hasil pengujian jarak ditampilkan pada Tabel VII.
Pada tabel tersebut dapat dilihat bahwa jarak maksimum antar node agar dapat terkoneksi dan mengirimkan data dengan stabil adalah pada nilai 10 meter.
Gambar 22.
Serial Monitor Node Koordinator Gambar 23.
Pengujian Jarak Jangkauan Node BLE Tabel VII.
Pengujian Jarak Jangkauan Jarak .
Status Koneksi Tersambung Tersambung Tersambung Tersambung Tersambung Terputus Terputus Jangkauan komunikasi BLE sangat dipengaruhi oleh frekuensi, daya pancar dan redaman yang timbul sepanjang sinyal berpropagasi dari pemancar hingga penerima.
Pada hasil pengujian jarak didapatkan nilai maksimal jangkauan 10 Hal ini disebabkan jalur propagasi yang dilalui bukan merupakan jalur ideal tanpa TELEKONTRAN.
VOL.
NO.
APRIL 2023
penghalang atau Non Line of Sight (NLOS) selain itu daya pancar yang digunakan masih menggunakan daya pancar default yaitu 3 dBm.
Berdasarkan ESP32 memungkinkan untuk meningkatkan daya pancar BLE hingga 9 dBm untuk meningkatkan jarak IV.
KESIMPULAN
Pada penelitian ini telah dihasilkan prototipe node sensor nirkabel BLE bertenaga baterai yang dapat mengirimkan data suhu, kelembapan dan informasi level dan tegangan baterai.
Dalam pengujian menggunakan aplikasi nRF Connect, didapatkan hasil bahwa data yang dikirimkan telah sesuai dengan spesifikasi GATT.
Telah dilakukan pula pengujian pembacaan sensor suhu dan kelembapan dengan nilai error berturut-turut sebesar 1% dan 2,2%.
Pengujian juga dilakukan terhadap pembacaan level baterai dan didapatkan nilai error sebesar 2,45%.
Melalui pengujian jarak komunikasi antar node, node sensor mampu mengirimkan data dengan baik hingga jarak 10 Dengan hasil pengujian kinerja node sensor bertenaga baterai tersebut dapat disimpulkan bahwa node sensor yang dirancang dapat digunakan untuk keperluan monitoring pada aplikasi pertanian hingga jarak 10 meter dari node Dengan hasil tersebut maka dapat disimpulkan bahwa prototipe node sensor BLE bertenaga baterai yang dihasilkan dapat digunakan untuk aplikasi pertanian cerdas.
Aspek penghematan daya pada node sensor masih memungkinkan untuk dikembangkan lebih jauh dengan memanfaatkan kemampuan deepsleep pada SoC ESP32 ataupun dengan menggunakan SoC lain yang memiliki konsumsi daya operasional yang lebih rendah.
Selain itu peningkatan jarak jangkauan juga memungkinkan untuk dikembangkan lebih lanjut dengan BLE
digunakan pada penelitian ini dengan teknologi lain yang memiliki keunggulan dari sisi jarak
DAFTAR PUSTAKA