BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 ALAT YANG DIGUNAKAN

Ada beberapa alat dan bahan yang diperlukan pada penellitian ini untuk

melengkapi pembuatan alat monitoring air pada tandon air keran otomatis seperti

yang terdapat pada table 3.1 dibawah ini

Tabel 3.1 Alat dan Bahan

No. Alat dan Bahan Jumlah

1 Laptop 1 pcs

2 ESP8266 1 pcs

3 Sensor Ultrasonik HC-SR04 1 psc

4 Sensor IR HW-201 1 pcs

5 Software Arduino IDE 1 pcs

7 Thingspeak 1 pcs

8 Casing 2 pcs

9 Relay 1 pcs

10 Pompa Air 1 pcs

11 Besi Rangka Wastafel 3 batang

3.1.1 LAPTOP

Pada perancangan tugas akhir kali ini, Laptop difungsikan sebagai alat atau

media dalam mengelolah bahan seperti proses pembuatan coding, proses

konfigurasi WEB, dll. Selain difungsikan sebagai media proses konfigurasi, laptop

nantinya akan digunakan sebagai media untuk proses pengambilan data. Spesifikasi

laptop yang digunakan yaitu intel core i3 dengan RAM sebesar 8 GB, SSD 120 GB

dan HDD 520 GB.

3.1.2 ESP8266

Pada peranncangan alat untuk tugas akhir ini, ESP8266 nantinya difungsikan

sebagai media yang akan memproses data yang dikirim dari sensor ultrasonik. Data

ini nantinya akan diteruskan melalu ESP8266 untuk diteruskan ke platform, untuk

kemudian di tampilkan dengan grafik agar memudahkan monitoring air pada bak

penampungan wastafel.

3.1.3 SENSOR ULTRASONIK HC-SR04

Pada penelitian ini, Sensor Ultrasonik memiliki peran yaitu untuk mengukur

volume ketinggian air pada suatu tandon air dari wastafel automatis. Melalui sensor

ultrasonik ini, nantinya data yang diterima oleh receiver ultrasonik akan di teruskan

ke ESP8266 untuk kemudian di proses dan data yang di berikan akan dikirimkan

ke platform.

3.1.4 SENSOR IR HW-201

Pada penelitian ini, Sensor IR HW-201 (Infrared) berfungsi sebagai

pengendali pada wastafel otomatis. Pada Wastafel otomatis sendiri, tidak terhubung

ke Esp8266. Sensor IR HW-201 nantinya langsung terhubung ke Relay. Masukkan

1 pada IR nantinya akan menghidupkan pompa air.

3.1.5 RELAY

Pada penelitian ini, Relay akan berfungsi sebagai switch pada keran air

otomatis. Masukan 1 yang diberikan oleh sensor IR HW-201 akan menggerakkan

armature relay (saklar) yang ada pada komponen relay.

3.1.6 SOFTWARE ARDUINO IDE

Pada penelitian kali ini, Arduino IDE berfungsi sebagai media untuk

memasukkan source code pada Esp8266.

3.1.7 THINGSPEAK

Pada penelitian kali ini, Thingspeak berfungsi sebagai media untuk

menampilkan atau media untuk menampilkan suatu output yang nantinya akan

digunakan untuk memonitoring ketinggian air di tandon. Data yang dihasilkan

nantinya, tidak bisa real time sebab ketentuan dari thinkspeak, aka nada Delay 10

detik setiap kali upload data. Data yang dihasilkan nantinya, akan di download

dalam bentuk excel.

3.1.8 CASING

Casing nantinya akan digunakan sebagai pembungkus dari alat monitoring

air pada tandon di wastafel otomatis. Fungsinya selain sebagai pembungkus adalah

agar alat tahan terhadap hujan dan panas, agar mengurangi resiko kerusakan alat.

3.1.9 POMPA AIR

Pompa air berfungsi untuk membawa air menuju keran. Pompa air akan

menyala ketika mendapatkan data inputan dari sensor Infrared yang kemudian

memberikan perintah relay untuk menyalakan pompa air

3.2 ALUR PENELITIAN

Dalam sebuah peranncangan suatu penelitian, dibutuhkan adanya alur

penelitian. Tujuannya adalah agar dalam proses perancangan dapat tersistem dan

berjalan sesuai dengan rencana yang diharapkan sebelumnya. Lihat flowchart pada

gambar 3.1.

Gambar 3. 1 Flowchart Alur Penelitian

Sesuai dengan alur pada flowchart penelitian pada gambar 3.1. Penellitian

dimulai dari mencari studi literatur. Studi literatur bisa berupa WEB artikel, jurnal,

buku, dll. Yang dapat membantu dalam proses penelitian.

Tahap pertama dalam penelitian ini adalah melakukan studi literatur.

Fungsinya adalah untuk membuka ruang berfikir dalam mencari hal-hal yang

mungkin dibutuhkan pada saat penelitian. Hal ini menjadi sangat penting, sebab

adanya studi literatur membawa ke ruang lingkup yang luas dengan mempelajari

hal-hal baru dengan metode yang baru atau mungkin mempelajari teknis dalam

penulisan. Studi literatur harus sesuai dengan tema penelitian atau paling tidak

berkaitan dengan hal yang ingin di teliti. Studi literatur bisa diambil dari berbagai

jenis situs WEB, jurnal penelitian, dan buku-buku yang sesuai dengan hal yang

ingin di teliti.

3.3 PERANCANGAN SISTEM

Pada perancangan system berisikan perancangan hardware, software, design

of experiment dari system yang akan dibuat. Wastafel ini berbeda dari wastafel pada

umumnya. Perbedaan ada pada bentuk wastafel yaitu dengan meletakkan bak

penampungan air di bagian bawah wastafel yang pada wastafel umumnya

diletakkan diatas wastafel berupa tandon air, sehingga lebih fleksibel untuk

diletakkan dilokasi yang sempit sekalipun. Bentuk wastafel ini minimalis dan

efisien sebab pengguna nantinya bisa memonitoring ketersediaan air yang ada di

bak penampungan airnya.

3.3.1 PERANCANGAN HARDWARE

Berikutnya yaitu perancangan Hardware. Pada tahap ini, penulis mulai

memasuki teknis dalam merancang sebuah Hardware, dimulai dari komponen apa

saja yang akan digunakan sampai ke tahap penyusunan Hardware. Perancangan

Hardware juga merupakan tahap yang penting. Sebab, keberhasilan atau kegagalan

Hardware dalam menampilkan sebuah outputan, salah satunya bisa dilihat dari baik

atau tidaknya proses instalasi Hardware. Pada gambar 3.2 terlihat komponen

penyusun wastafel agar berkerja secara otomatis tanpa memerlukan sentuhan dari

pengguna.

Gambar 3. 2 Mekanik keran otomatis

Pada gambar 3.1 terlihat bahwa sensor IR HW-201 nantinya akan berfungsi

sebagai switch (on/off) yang akan menghidupkan pompa air apabila terdapat

masukan bernilai 1. Kemudian gambar 3.2 merupakan alur dari system kerja

hardware untuk memonitoring ketersediaan air pada bak penampungan wastafel.

Gambar 3. 3 Perancangan Hardware

Pada gambar 3.2 terlihat bahwa sensor ultrasonic HC-SR04 nantinya akan

membaca data ketinggian air, kemudian data yang didapat dari HC-SR04 akan

dikirimkan ke microprocessor yaitu ESP8266 yang nantinya pada ESP8266 akan

dilakukan pemrosesan. Setelah data berhasil diproses, maka data akan secara

otomatis upload ke thinkspeak setiap 10 detik sekali. Waktu 10 detik ini merupakan

ketetapan yang sudah diberikan oleh pihak developer thinkspeak sehingga tidak

bisa diubah. Setelah itu, pemrosesan akan terus berlanjut sampai kondisi ketinggian

air mencapai <20cm. ketika air sudah mencapai ketinggian yang telah ditentukan

yaitu <20cm, maka ESP8266 akan memproses data dan mengirimkan notifikasi ke

telegram user. Notifikasi ini berisi “air habis” sebagai peringatan bahwa bak

penampung harus diisi kembali.

SMART WASTAFEL

Gambar 3.4 Posisi Penempatan Sensor pada Wastafel Otomatis

Sensor IR HW-201

Sensor HC-SR04

POMPA AIR

3.3.2 PERANCANGAN SOFTWARE

Tahap berikutnya yaitu Perancangan Software. Tahap ini berisikan proses

dalam memberikan sebuah perintah berupa coding yang nantinya akan dimasukkan

kedalam microprocessor dengan bantuan software Arduino IDE. Sebelum

melakukan memprogram arduino, software Arduino IDE harus di lengkapi terlebih

dahulu dengan library yang di perlukan.

Kemudian, perancangan software nantinya akan dilanjutkan dengan

mengintegrasikan coding arduino dengan platform yang penulis gunakan yaitu

thinkspeak. Proses integrasi menggunakan protokol HTTP yang nantinya akan

memerlukan sebuah apikey untuk membuat sebuah link ke WEB platform yaitu

thinkspeak. Penulis menggunakan protokol HTTP, karena menurut penulis protokol

HTTP memiliki system yang lebih simple tanpa harus menggunakan perantara

seperti halnya pada MQTT yang memerlukan broker untuk meneruskan pesan dari

publisher ke subscriber.

Gambar 3. 5 flowchart perancangan software

Pada gambar 3.3 terlihat alur perancangan software terlihat bahwa nantinya device

sebelum melakukan proses data akan melakukan instalasi system yang akan

dilakukan dengan mengupload script melalui Arduino IDE. Setelah dilakukan

instalasi system, data yang diterima melalui sensor ultrasonic HC-SC04 akan

diproses. Data yang masuk ke ESP8266 akan dilakukan pengujian sesuai program

yang sudah diberikan yaitu apabila ketinggian kurang lebih dari 30 cm, maka system

akan mengeluarkan notifikasi ke user melalui telegram. Sedangkan thinkspeak

nantinya hanya berfungsi sebagai interface yang akan memonitoring ketersediaan

air yang ada di bak penampungan air.

3.3.3 DESIGN OF EXPERIMENT

Pada sub bab design of experiment penulis akan membahas terkait pengujian

sensor yang akan gunakan, dan pengujian software.

3.3.3.1 PENGUJIAN SENSOR ULTRASONIC

Pengujian pada sensor ultrasonik, ultrasonik nantinya berfungsi sebagai

pendeteksi ketersediaan air pada bak penampung air pada wastafel. TX

mengeluarkan gelombang ultrasonik dengan frekuensi diatas 20.000 Hz.

Gelombang yang dipancarkan nantinya akan memantul pada objek kemudian

diterima kembali oleh RX. Jarak antara object dengan sensor nantinya akan diukur

dengan rumus:

Jarak = Waktu x Kecepatan

Pada rumus ini, kecepatan menggunakan ketetapan kecepatan rambat

gelombang suara yaitu 343 m/s. Namun karena pada arduino menggunakan micro

second, maka diganti dengan 0.00343 mikro second. Untuk mencari waktu, sensor

ultrasonik nantinya akan menghitung sendiri dengan memanfaatkan gelombang

yang di transmisikan dari TX dan menggunakan gelombang yang di terima oleh

RX. Karena proses yang terjadi yaitu diambil dari 2 gelombang yaitu TX dan RX,

maka untuk waktu akan dibagi dengan 2. Sehingga rumus menjadi:

jarak =𝑤𝑎𝑘𝑡𝑢 𝑥 0.00343

2

Gambar 3. 6 Proses Pembacaan Jarak pada Ultrasonik

Hasil dari pembacaan ini, nantinya akan di proses dan di kirimkan ke platform

yaitu thingspeak. Platform nantinya akan menampilkan sebuah grafik untuk lebih

mempermudah user memonitoring ketersediaan air yang ada pada bak

penampungan wastafel.

3.3.3.2 PENGUJIAN SENSOR IR HW-201

Untuk alur pengujian sensor IR HW-201, nantinya hanya sebatas pemberi

masukan ke relay. Sensor IR HW-201 tidak terhubung dengan esp8266. Konsep

atau cara kerja IR HW-201 tidak berbeda jauh dengan ultrasonik yaitu sama-sama

mengukur jarak. Perbedaan diantara keduanya hanya pada jarak yang mampu di

baca oleh Infrared HW-201. Sensor Infrared mampu membaca <80 cm. sensor IR

HW-201 memiliki emiter yang nantinya akan mengirimkan sebuah sinyal cahaya

yang tidak mampu di deteksi oleh indra manusia. Nantinya sinyal ini akan

dipantulkan ke objek kemudian sinyal pantul tadi akan masuk ke receiver. Bisaanya

IR HW-201 hanya di gunakan untuk mendeteksi keberadaan ada atau tidaknya

suatu objek penghalang. Sehingga logika yang digunakan hanya ada 1 dan 0. Nilai

1 nantinya akan menghasilkan sebuah outputan dan nilai 0 artinya sensor tidak

mengirimkan suatu data. Untuk skema cara kerja IR HW-201 bisa dilihat pada

gambar 3.5.

Gambar 3. 7 Cara Kerja IR HW-201

Pada perangkat keran otomatis penelitian kali ini tidak membutuhkan

banyak alat, cukup IR HW-201, Relay dan pompa air. Sehingga, rangkaian yang di

buat cukup sederhana tanpa menggunakan coding tambahan.

Gambar 3. 8 Alur Pengiriman Data Keran Otomatis

3.3.3.3 PENGUJIAN QUALITY OF SERVICE

A. Pengujian Throughput

Throughput yaitu kecepatan (rate) transfer data efektif, yang diukur dalam

bps (bit per second). Throughput adalah jumlah total kedatangan paket yang sukses

yang diamati pada tujuan selama interval waktu tertentu dibagi oleh durasi interval

waktu tersebut. Kategori Throughput diperlihatkan di Tabel 3.2.

Tabel 3.2 Kategori Throughput Menurut Standar TIPHON (Telecommunications

and Internet Protocol Harmonization Over Networks)

Kategori Throughput Throughput (bps) Indeks

Sangan Bagus 100 4

Bagus 75 3

Sedang 50 2

Jelek <25 1

Pada pengujian Throughput ini berfungsi untuk mengetahui pergerakan

suatu data pada saat melakukan transfer data. Pada pengujian ini dilakukan dengan

cara mengirim data dengan jarak yang berbeda beda. Dalam pengujian ini

NodeMCU ESP8266 sebagai client dan laptop sebagai Acces Point dengan bantuan

software wireshark, untuk menghitung besarnya Throughput pada pengiriman

dapat dihitung dengan persmaaan sebagai berikut

𝑇𝑟𝑜𝑢𝑔ℎ𝑝𝑢𝑡 (bit

s) =

Jumlah pengiriman data

waktu pengiriman data x 8

B. Pengujian Delay

Delay (Latency) merupakan waktu yang dibutuhkan data untuk menempuh

jarak dari asal ke tujuan. Delay dapat dipengaruhi oleh jarak, media fisik, congesti

atau juga waktu proses yang lama. Pada Tabel 3.3 diperlihatkan kategori dari Delay

dan besar Delay.

Tabel 3. 3 Kategori Delay Menurut Standar TIPHON (Telecommunications and

Internet Protocol Harmonization Over Networks)

Kategori Throughput Delay (ms) Indeks

Sangan Bagus <150 ms 4

Bagus 150 ms s/d 300 ms 3

Sedang 300 s/d 450 ms 2

Jelek >450 ms 1

Pada pengujian Delay bertujuan untuk mengetahui waktu jeda yang

diperlukan untuk mengirimkan paket oleh NodeMCU ESP8266 menggunakan

bantuan software wireshark, dengan NodeMCU ESP8266 sebagai client dan laptop

sebagai Acces Point. Untuk mendapatkan Delay antar paket dapat diperoleh dengan

cara:

𝐷𝑒𝑙𝑎𝑦 antar paket =𝐷𝑒𝑙𝑎𝑦 Total

Jumlah Paket

C. Pengujian Packet loss

Pada pengujian Packet loss bertujuan untuk mengetahui apakah terdapat

paket yang tidak berhasil di terima oleh penerima. Indeks dan kategori packet loss

ditunjukkan pada tabel 3.4.

Tabel 3. 4 Kategori Packet loss menurut standar TIPHON (Telecommunications

and Internet Protocol Harmonization Over Networks)

Kategori Throughput Packet loss (%) Indeks

Sangan Bagus 0 4

Bagus 3 3

Sedang 15 2

Jelek 25 1

Dalam pengujian Packet loss ini untuk skema yang digunakan sama dengan

pengujian Delay dan juga pengujian Throughput yaitu NodeMCU ESP8266 sebagai

client dan laptop sebagai Access point dengan bantuan software wireshark. Untuk

menghitung Packet loss didapatkan dengan cara:

𝑃𝑎𝑐𝑘𝑒𝑡𝑙𝑜𝑠𝑠 =Paket yang dikirim − Paket yang diterima

Paket yang dikirim 𝑥 100%