WIRELESS SENSOR NETWORK DESIGN AND IMPLEMENTATION WITH RF XBEE MODULES AND PHOTOTRANSISTOR SENSORS TO MEASURE THE LEVELS OF WATER TURBIDITY

Iqbal Pramadita

Informasi Umum

Kode

115090080

Klasifikasi

621.382 16 -

Jenis

Karya Ilmiah - Skripsi (S1) - Reference

Subjek

Transmisi Telkom

Dilihat

130 kali

Informasi Lainnya

Abstraksi

ABSTRAKSI: Kekeruhan air sebagai parameter penting yang menentukan kualitas air memegang peranan penting bagi setiap mahkluk hidup dan karenanya cukup penting untuk diukur. Besaran kekeruhan ditentukan oleh suatu nilai yang disebut Nephelometer Turbidity Unit (NTU). Semakin tinggi nilai NTU, maka air akan semakin keruh dan sangat berpengaruh terhadap kualitas air. Turbidimeter umum digunakan untuk mengukur kekeruhan air dengan keakuratan tinggi namun memiliki harga yang cukup mahal dipasaran (US$600). Dengan kemajuan teknologi, hasil keluaran sensor dapat diukur secara nirkabel dari jarak jauh dengan menggunakan Wireless Sensor Network (WSN). Tugas akhir ini bertujuan untuk membuat turbidimeter berharga relatif murah dibandingkan turbidimeter dipasaran dengan fitur t ambahan WSN. WSN yang dibangun untuk mengukur kekeruhan air terdiri dari turbidimeter yang dibuat dari LED inframerah dan fototransistor. Modul Radio XBee digunakan sebagai alat untuk mentransmisikan dan menerima hasil pengukuran sensor secara nirkabel. Li brary XBee digunakan pada program Arduino untuk mendefinisikan format frame paket data dan mekanisme pemaketan - perakitan data. Program pemantau dalam bentuk GUI terletak pada node koordinator untuk mengukur tingkat kekeruhan air. Turbidimeter yang dibuat m emiliki daerah pengukuran 0 - 1289.3 NTU untuk end node A dan 0 - 1415.7 NTU untuk end node B. Error terkecil terjadi pada daerah pengukuran 119 – 350 NTU untuk masing - masing turbidimeter, sedangkan galat dapat mencapai nilai 700% pada pengukuran NTU rendah (0 - 100 NTU). Hal ini mengindikasikan konfigurasi turbidimeter yang tidak sesuai untuk pengukuran NTU dalam skala rendah (dibawah 100 NTU). Galat rata - rata turbidimeter pada skala pengukuran 119 – 350 NTU unuk end node A adalah 3.56% sedangkan untuk node B ad alah 5.9%. Perbedaan daerah pengukuran NTU pada masing - masing end node disebabkan oleh perbedaan jarak yang ditempuh oleh cahaya LED inframerah yang berdampak kepada intensitas cahaya yang diterima oleh fotodetektor di masing - masing end node . Hubungan inte nsitas pada node A dan node B dapat ditulis sebagai ' () ll BA I e I  dimana l ’ adalah jarak yang ditempuh oleh cahaya LED inframerah di node B dan l adalah jarak yang ditempuh oleh cahaya LED inframerah di node A. Pengaturan posisi dari LED infr amerah dan fototransistor berpengaruh kepada daerah hasil pengukuran NTU. Intensitas yang lebih besar pada node B memperbesar daerah pengukuran NTU akan tetapi juga menurunkan akurasi dari sensor. Performa WSN di ruang semi tertutup - sempit dengan dimensi 6 0x5x20 meter 3 memberikan jarak pengukuran maksimal sejauh 40 meter untuk masing - masing end node dengan nilai RSSI - 87 dBm untuk end node A dan - 86 dBm untuk end node B. Dalam kondisi ruangan tertutup - sempit yang memiliki dimensi 100x5x5 meter 3 , dicapai jarak pengkuran maksimum 75 meter untuk masing - masing end node pada nilai RSSI - 80 dBm. Diperkecilnya dimensi ruangan menyebabkan sedikit peningkatan pada jarak maksimum yang dapat diraih oleh end node terhadap coordinator node namun menyebabkan n ilai RSSI yang lebih fluktuatif dikarenakan berbagai fenomena interferensi gelombang radio seperti perbedaan jarak yang ditempuh oleh gelombang radio dan efek multipath fading .KATA KUNCI: WSN, RF XBee, fototransistor, turbidimeter, NTUABSTRACT: Turbidity as an important parameter to determine the quality of water holds important role for every living creature and therefore worth to be measured. The unit to measure turbidity is called Nephelometer Turbidity Unit (NTU). The higher NTU, the more tu rbid the body water becomes and therefore affects the water quality. Turbidimeters are commonly used to measure various liquid turbidity with high accuracy but come in a high price (US$600). By the advance of technology, any sensors could be measured wirel essly from the distance by using Wireless Sensor Network (WSN). This final project aims to build a relatively low - cost turbidimeters with a reasonable accuracy that come with additional WSN feature. The constructed WSN system for measuring water turbidity consisted of two turbidimeters at its end nodes created from IR LED and phototransistors and one coordinator node at the base station. The RF XBee modules are used as device s to transmit and receive data wirelessly. A custom XBee library is used to define data packets frame format and data packetization - assembling mechanism. A monitoring program in GUI form is located at coordinator node to measure the levels of water turbidity remotely . The constructed turbidimeter in end node has a measuring range of 0 - 1289.3 NTU for end node A and 0 - 1415.7 NTU for end node B.The smallest error variation occurs in range of 119 – 350 NTU for both turbidimeters while the errors could as high as 700% in low NTU range measurement (0 - 100 NTU). This indicates that the configur ation of turbidimeter is not suitable for low NTU measurement (below 100 NTU). The average error percentage for turbidimeter within range of 119 – 350 NTU for end node A is 3. 56 % while in node B is 5 . 9 %. The difference of NTU measuring range in each end no de is caused by different path distance travelled by IR lights therefore affects the intensity value preceived by both sensors. The intensity relationship between node A and node B can be stated as ' () ll BA I e I  where l ’ is the distance travelled by IR light in node B and l is the distance travelled by IR light in node A. The positioning of IR LED and phototransistor is significantly affect the readings and NTU measurement range. Larger intensity acquired in node B yield s to more NTU range but also decreases its measurement accuracy significantly. The WSN performance in a semi confined space environment of 60x5x20 meter 3 yields a maximum range of 40 meters for both end nodes at RSSI value of - 87 dBm for end node A and - 8 6 dBm for end node B. In a confined space environment of 100x5x5 meter 3 , a maximum range of 75 meters for both end nodes at - 80 dBm of RSSI value is achieved. More confined space slightly increases the RF XBee range however the RSSI value will be more fluc tuative due to radio wave interferences phenomena such as variation of distance travelled by radio signals and various multipath fading effects.KEYWORD: WSN, RF XBee, phototransistor, turbidimeter, NTU