BAB II
LANDASAN TEORI

1. Kajian Pustaka

Heri Susanto pada tahun 2013 dari Teknik  Elektro Universitas Maritim Raja Ali Haji pada tulisannya yang berjudul Perancangan Sistem Telemetri Wireless Untuk Mengukur Suhu Dan Kelembaban Berbasis Arduino Uno R3 Atmega328p Dan Xbee Pro membuat sistem telemetri wireless pengukuran suhu dan kelembaban sehingga dapat dilakukan dari tempat yang berbeda. Penelitian ini merancang sistem telemetri wireless yang dapat mengukur suhu dan kelembaban dengan desain portable yang dilengkapi perekam data, hasil pengukuran tersebut bisa ditampilkan melalui LCD. Sistem terbagi dua bagian yaitu Unit pengirim terdiri dari sensor DHT11, I/O expansion, Arduino Uno R3, mikrokontroler ATmega328P, modul Xbee Pro dan baterai. Unit penerima terdiri dari Unit penerima terdiri dari Modul Xbee Pro, I/O expansion, Arduino Uno R3, mikrokontroller ATmega328P, LCD, Modul SD Card dan baterai [1].

Selanjutnya pada tahun 2013, Jusak Jurusan Sistem komputer STMIK STIKOM Surabaya, pada tulisannya yang berjudul Implementasi Zigbee Ieee 802.15.4 Untuk Pemantauan Suhu Dan Kelembaban Udara juga membahas permasalahan yang sama namun menitikberatkan pada sensor node yang di tempatkan lebih dari satu. Sensor node 1 menggunakan mikrokontroler Arduino Uno SMD untuk mengambil data analog yang berasal dari sensor suhu LM35. Sensor node 2 menggunakan modul mikrokontroler Arduino Uno R3 untuk mengambil data analog yang berasal dari modul sensor kelembaban DHT11 [2].

Dari beberapa kajian teori diatas maka dibuatlah penelitian yang berjudul Sistem Monitoring Suhu dan tekanan udara berbasis wireless sensor network  dan sistem informasi geografis. Sistem ini juga memiliki 2 node yaitu sebagai receiver dan transmiter, dimana alat yang dijadikan sebagai transmiter memiliki sensor dan gps sebagai modul yang akan memberikan nilai dari suhu, tekanan udara serta kordinat yang ditangkap dari sensor dan gps tersebut. Kemudian hasil yang didapat dikirimkan menggunakan modul xbee kepada receiver. Sedangkan alat yang digunakan sebagai receiver hanya memiliki modul xbee sebagai receiver data. Selain mendapatkan data dari transmiter, receiver mengolah data dan menampilkan dalam bentuk sistem informasi geografis.

2. Dasar Teori

Pembahasan pada dasar teori ini, penulis akan menjelaskan secara lengkap tentang sistem monitoring, suhu, tekanan udara, wireless sensor network dan sistem indormasi geografis.

1. Sistem Monitoring

Sistem monitoring merupakan sistem yang didesain untuk bisa memberikan feedback ketika program sedang menjalankan funsinya. Feedback dimaksudkan untuk memberikan informasi / keadaan sistem pada saat itu [3].

1. Definisi 

Monitoring didefinisikan sebagai siklus kegiatan yang mencakup pengumpulan, peninjauan ulang, pelaporan, dan tindakan atas informasi suatu proses yang sedang diimplementasikan [4]. Umumnya, monitoring digunakan dalam checking antara kinerja dan target yang telah ditentukan. Monitoring ditinjau dari hubungan terhadap manajemen kinerja adalah proses terintegrasi untuk memastikan bahwa proses berjalan sesuai rencana (on the track). Monitoring dapat memberikan informasi keberlangsungan proses untuk menetapkan langkah menuju ke arah perbaikan yang berkesinambungan. Pada pelaksanaannya, monitoring dilakukan ketika suatu proses sedang berlangsung. Level kajian sistem monitoring mengacu pada kegiatan per kegiatan dalam suatu bagian [5], misalnya kegiatan pemesanan barang pada supplier oleh bagian purchasing. Indikator yang menjadi acuan monitoring adalah output per proses / per kegiatan. Umumnya, pelaku monitoring merupakan pihak-pihak yang berkepentingan dalam proses, baik pelaku proses (self monitoring) maupun atasan / supervisor pekerja. Berbagai macam alat bantu yang digunakan dalam pelaksanaan sistem monitoring, baik observasi / interview secara langsung, dokumentasi maupun aplikasi visual [6]. 

Umumnya, output monitoring berupa progress report proses. Output tersebut diukur secara deskriptif maupun non-deskriptif. Output monitoring bertujuan untuk mengetahui kesesuaian proses telah berjalan. Output monitoring berguna pada perbaikan mekanisme proses / kegiatan di mana monitoring dilakukan.

2. Efektifitas Sistem Monitoring

Sistem monitoring akan memberikan dampak yang baik bila dirancang dan dilakukan secara efektif. Berikut kriteria sistem monitoring yang efektif [7] :

1. Sederhana dan mudah dimengerti (user friendly). Monitoring harus dirancang dengan sederhana namun tepat sasaran. Konsep yang digunakan adalah singkat, jelas, dan padat. Singkat berarti sederhana, jelas berarti mudah dimengerti, dan padat berarti bermakna (berbobot). 

2. Fokus pada beberapa indikator utama. Indikator diartikan sebagai titik kritis dari suatu scope tertentu. Banyaknya indikator membuat pelaku dan obyek monitoring tidak fokus. Hal ini berdampak pada pelaksanaan sistem tidak terarah. Maka itu, fokus diarahkan pada indikator utama yang benar-benar mewakili bagian yang dipantau.

3. Perencanaan matang terhadap aspek-aspek teknis. Tujuan perancangan sistem adalah aplikasi teknis yang terarah dan terstruktur. Maka itu, perencanaan aspek teknis terkait harus dipersiapkan secara matang.

4. Prosedur pengumpulan dan penggalian data. Selain itu, data yang didapatkan dalam pelaksanaan monitoring pada on going process harus memiliki prosedur tepat dan sesuai. Hal ini ditujukan untuk kemudahan pelaksanaan proses masuk dan keluarnya data. Prosedur yang tepat akan menghindari proses input dan output data yang salah (tidak akurat).

2. Suhu

Suhu adalah besaran yang menyatakan derajat panas dingin suatu benda dan alat yang digunakan untuk mengukur adalah termometer. Benda yang memiliki panas akan menunjukan suhu yang tinggi daripada benda dingin. Suhu juga dapat didefinisikan sebagai suatu besaran termodinamika yang menunjukkan besarnya energi kinetik translasi rata-rata molekul dalam sistem gas. Suhu juga disebut temperatur dan disebut temperature dalam bahasa Inggris [8].

Apabila dua benda berada dalam kesetimbangan termal dengan benda ketiga maka keduanya berada dalam kesetimbangan termal. Ini dikenal sebagai hukum ke nol termodinamika, yang sering mendasari pengukuran temperatur. Berdasarkan prinsip ini, jika ingin mengetahui apakah dua benda memiliki temperatur yang sama maka kedua benda tersebut tidak perlu disentuh dan diamati perubahan sifatnya terhadap waktu, yang perlu dilakukan adalah mengamati apakah kedua benda tersebut, masing-masing berada dalam kesetimbangan termal dengan benda ketiga. Benda ketiga tersebut adalah termometer. Benda apapun yang memiliki sedikitnya satu sifat yang berubah terhadap perubahan temperatur dapat digunakan sebagai termometer. Sifat semacam ini disebut sebagai sifat termometrik (thermometric property).

Suhu dapat diukur dengan menggunakan termometer. Meskipun sesungguhnya suhu dapat dirasakan oleh indera manusia, tetapi tidak akurat dan tidak dapat digunakan di tempat yang terlalu panas atau terlalu dingin. Suhu menunjukkan energi yang dimiliki oleh suatu benda.

Satuan suhu ada derajat Celcius (oC), derajat Reamur (oR), derajat Fahrenheit (oF), dan Kelvin (K). 

Pada abad 17 terdapat 30 jenis skala yang membuat para ilmuan kebingungan. Hal ini memberikan inspirasi pada Anders Celcius (1701 – 1744) sehingga pada tahun 1742 dia memperkenalkan skala yang digunakan sebagai pedoman pengukuran suhu. Skala ini diberinama sesuai dengan namanya yaitu Skala Celcius. Apabila benda didinginkan terus maka suhunya akan semakin dingin dan partikelnya akan berhenti bergerak, kondisi ini disebut kondisi nol mutlak. Skala Celcius tidak bisa menjawab masalah ini maka Lord Kelvin (1842 – 1907) menawarkan skala baru yang diberi nama Kelvin. Skala kelvin dimulai dari 273 K ketika air membeku dan 373 K ketika air mendidih. Sehingga nol mutlak sama dengan 0 K atau -273°C. Selain skala tersebut ada juga skala Reamur dan Fahrenheit. Untuk skala Reamur air membeku pada suhu 0°R dan mendidih pada suhu 80°R sedangkan pada skala Fahrenheit air membuka pada suhu 32°F dan mendidih pada suhu 212°F [9]. Untuk lebih jelas dalam melihat titik didih dan titik nol lihat Gambar 2.1 

Gambar 2.1    Titik nol dan titik beku

Dari keempat perbandingan skala memiliki bacaan atau rumus yang dapat dugunakan untuk mencari nilai perubahan dari salah satu termeometer. Untuk lebih jelasnya lihat Tabel 2.1

Tabel 2.1    Rumus perbandingan Skala Suhu

(sumber : https://anisayanti.files.wordpress.com/2015/03/rmstermometer.jpg)

3. Tekanan Udara

Tekanan udara merupakan tenaga yang bekerja untuk menggerakkan massa udara dalam setiap satuan luas tertentu. Diukur dengan menggunakan barometer. Satuan tekanan udara adalah milibar (mb). Garis yang menghubungkan tempat-tempat yang sama tekanan udaranya disebut sebagai isobar.

Tekanan udara diukur berdasarkan tekanan gaya pada permukaan dengan luas tertentu, misalnya 1 cm2. Satuan yang digunakan adalah atmosfer (atm),millimeter kolom air raksa (mmHg) atau milibar (mbar). Tekanan udara patokan (sering juga disebut) tekanan udara normal) adalah tekanan kolom udara setinggi lapisan atmosfer bumi pada garis lintang 450 dan suhu 00C. besarnya tekanan udara tersebut dinyatakan sebagai 1 atm. Tekanan sebesar 1 atm ini setara dengan tekanan yang diberikan oleh kolom air raksa setinggi 760 mm. satuan tekanan selain dengan atm atau mmHg juga dapat dan sering dinyatakan dalam satuan kg/m2. Adapaun untuk melihat konversi tekanan udara (pressure) adalah pada tabel 2.2.

Tabel 2.2    Tabel Konversi Pressure

(sumber : http://lh5.ggpht.com/clip_image002_thumb%25255B7%25255D.png)

1. Variasi Tekanan Udara

Tekanan udara dibatasi oleh ruang dan waktu. Artinya pada tempat dan waktu yang berbeda, besarnya juga berbeda. Tekanan udara secara vertikal yaitu makin ke atas semakin menurun. Hal ini dipengaruhi oleh komposisi gas penyusunnya makin ke atas makin berkurang , sifat udara yang dapat dimampatkan, kekuatan gravitasi makin ke atas makin lemah , dan adanya variasi suhu secara vertikal di atas troposfer (>32 km) sehingga makin tinggi tempat suhu makin naik [10].

Tekanan udara secara horizontal yaitu variasi tekanan udara dipengaruhi suhu udara, bahwa daerah yang suhu udaranya tinggi akan bertekanan rendah dan daerah yang bersuhu udara rendah tekanannya tinggi. Pola penyebaran tekanan udara horizontal dipengaruhi oleh lintang tempat , penyebaran daratan dan lautan , dan pergeseran posisi matahari tahunan.

2. Sistem Tekanan Udara

Dua system tekanan udara yang utama mengontrol cuaca kita. Tekanan tinggi (antisiklon) terbentuk ketika udara dingin turun. Biasanya tekanan tinggi berarti cuacanya kering dan baik panas di musim panas dan dingin di musim dingin. Tekanan rendah (siklon atau depresi) terjadi ketika udara panas naik,membawa awan hujan dan cuaca yang tidak mementu. Angin bertiup dari zona bertekanan tinggi ke zona bertekanan rendah. Kekuatan angin tergantung pada besarnya perbedaan tekanan. Jika perbedaannya besar,maka anginnya kuat.

Seperti dibelahan bumi utara, angin berputar melawan arah jarum jam menuju zona bertekanan rendah dan berputar-putar searah jarum jam dari zona bertekanan tinggi dan dibelahan bumi selatan,angin berputar berlawanan arah dengan angin di belahan bumi utara, berputar menuju zona bertekanan rendah.

3. Faktor-faktor yang mempengaruhi Variasi Tekanan Udara 

Lintang bumi : semakin tinggi kerapatan udara, semakin besar udara yang ditimbulkan. Perbedaan dalam menerima energy matahari pada berbagai permukaan bumi pada lintang tempat yang berbeda membawa konsentrasi terhadap perbedaan kerapatan udara ,

Sebaran lautan dan daratan : pengaruh sebaran daratan dan lautan ini sangat jelas pada lintang pertengahan, pada musim dingin benua relatif lebih dingin dan mempunyai tendensi membentuk pusat-pusat tekanan tinggi,

Ketinggian tempat : pergeseran garis edar matahari akan menyebabkan fluktasi suhu musiman terutama untuk daerah garis lintang pertengahan. Suhu akan berpengaruh terhadap pemuaian dan penyusutan volume udara. Jika suhu udara memuai maka udara menjadi lebih renggang dan tekanan udara menurun, demikian sebaliknya [11].

4. Barometer

Satuan tekanan adalah milibar (mb), Pascal (Pa), Atmosfer (Atm), cmHg, dll, sementara alat untuk mengukur tekanan disebut barometer. Istilah ‘barometer’ diperkenalkan pada 1665-1666 oleh seorang ilmuwan alam dari Irlandia bernama Robert Boyle. Kata tersebut diturunkan dari istilahYunani báros yang berarti ‘berat, bobot’ dan métron yang berarti ‘ukuran’, yang berarti ukuranberat udara.

Barometer ada dua jenis yaitu barometer raksa dan barometer aneroid.Tetapi kegunaannya tetap sama yaitu mengukur tekanan udara.barometer termasuk peralatan metereologi non recording yang pada waktu tertentu harus dibaca agar mendapat data yang diinginkan.Barometer baik raksa maupun aneroid dipengaruhi oleh ketinggian,mengingat tekanan udara akan berkurang seiring pertambahan ketinggian,sehingga perlu selalu pensetting awal.

Barometer raksa ada dua jenis yaitu wheel barometer dan stick barometer.Prinsip kerja wheel barometer adalah peningkatan tekanan udara akan berpengaruh pada kolom merkuri menyebabkan ketinggian raksa di tuba sebelah kiri meningkat disebelah kanan menurun.Terdapat pemberat kecil yng mengapung di atas merkuri,yang mengikuti pergerakan turun naik merkuri ini menyebabkan darongan yang terhubung pada pointer dimana akan mengidentifikasi kenaikan tekanan. Jika terjadi penurunan tekanan maka akan terjadi proses sebaliknya,barometer jenis ini sebaiknya diguncang dulu sebelum digunakan.

Stik barometer mempunyai prinsip kerja sebagai berikut barometer jenis ini dirancang untuk dapat membaca tekanan pada sea level dan juga dapat langsung dibaca oleh pengguna pada skala yang biasanya tercatat pada stick barometer tersebut,sehinngga memerlukan pengaturan yang lebih rumit disbanding wheel barometer untuk menyesuaikan dengan ketinggian.Prinsip kerjanya hampir sama dengan wheel barometer karena sama-sama menggunakan air raksa. Intinya barometer didasarkan pada pemahaman bahwa tekanan udara akan berkurang dengan menambah ketinggian.

4. Wireless Sensor Network

Wireless Sensor Network  atau jaringan sensor nirkabel adalah kumpulan sejumlah node yang diatur dalam sebuah jaringan kerjasama [12]. Setiap node memiliki kemampuan pemrosesan (satu atau lebih mikrokontroler, CPU atau chip DSP), mungkin berisi beberapa jenis memori (memori untuk program, data dan flash), memiliki transceiver RF (biasanya dengan single omni- antena directional), memiliki sumber daya (misalnya baterai dan sel surya), serta mengakomodasi berbagai sensor dan aktuator. Node berkomunikasi secara nirkabel dan bisa mengorganisir diri setelah digunakan dalam ad hoc fashion. Sistem dengan 1000 atau bahkan 10.000 node telah diantisipasi. Sistem tersebut dapat merevolusi cara kita hidup dan bekerja [13].

Banyak aplikasi yang bisa dilakukan menggunakan jaringan sensor nirkabel, misalnya pengumpulan data kondisi lingkungan, security monitoring, dan node tracking scenarios [14]. Sebuah aplikasi pengumpulan data lingkungan kanonik adalah salah satu penelitian dimana ilmuwan ingin mengumpulkan pembacaan beberapa sensor dari satu set poin dalam suatu lingkungan selama periode waktu tertentu untuk mendeteksi tren dan saling ketergantungan. Para ilmuwan ini ingin mengumpulkan data dari ratusan titik yang tersebar di seluruh daerah dan kemudian menganalisis data secara offline [15] dan [16].

Peningkatan jumlah aplikasi Wireless Sensor Network membutuhkan delay jaringan yang rendah. Penelitian saat ini di bidang WSN terutama terkonsentrasi pada bagaimana mengoptimalkan efisiensi energi dengan kurang memperhatikan masalah delay jaringan. Beberapa rancangan WSN baru ditargetkan pada aplikasi yang memerlukan delay transfer data yang rendah dan keandalan yang tinggi. WSN termasuk jaringan transfer data multihop dengan delay rendah dan  hemat energi. Usianya bisa  mencapai beberapa tahun dengan baterai kecil. Node-node saling berkomunikasi menggunakan biaya dan daya yang rendah  pada frekuensi radio. Jaringan ini telah diterapkan pada aplikasi sistem keamanan di rumah sakit [17].