Description

PENDAHULUAN

Saat ini sudah banyak orang yang memelihara hewan peliharaan sebagai hobi ataupun untuk menghibur diri sendiri dikarenakan pandemi tahun lalu yang sekarang masih dirasakan [3]. Beberapa orang yang memelihara hewan peliharaan sekarang sudah mulai melakukan kegiatan kerja, belajar, maupun kegiatan lainnya diluar rumah. Oleh karena kesibukan itu orang-orang mungkin lupa untuk memberi makan hewan peliharaan saat ingin meninggalkan rumah. Hal ini sering mengakibatkan banyak hewan peliharaan yang sakit bahkan mati karena pola makannya yang tidak teratur dan lupa diberi pakan [4]. 

Berdasarkan permasalahan tersebut penulis memiliki ide untuk merancang sistem pemberi makan hewan pemeliharaan otomatis yang diberi nama LIMAPET (Live Monitoring & Automated Pet Feeding Based on IoT System). Sistem ini memanfaatkan Internet of Things (IoT) untuk melakukan komunikasi antara pemilik hewan peliharaan dan hewan peliharaannya. Dengan memanfaatkan IoT pemilik dapat mengontrol otomasi pemberi pakan hewan peliharaan dari jarak yang jauh dan dapat dilakukan kapanpun. Sehingga nantinya dapat digunakan untuk pemilik hewan peliharaan yang memiliki kesibukan yang padat dan tidak akan lupa memberikan pakan kepada hewan peliharaannya. 

Selain pemberi pakan otomatis melalui Internet of Things (IoT), terdapat beberapa fitur lainnya pada LIMAPET yang akan kami rancang bangun yaitu seperti live monitoring, mengatur takaran pakan hewan peliharaan melalui satuan delay aktuator servo, visualisasi ketersediaan pakan dengan bar persentase, dan pemilik hewan peliharaan dapat memilih jenis pakan hewan peliharaan sesuai dengan diet hewan peliharaan. Dengan mekanisme sistem tersebut, pemilik hewan peliharaan dapat menggunakan alat ini untuk memonitoring dan tidak perlu khawatir hewan peliharaan kelaparan. Semua fitur yang terdapat pada sistem ini bisa terwujudkan oleh protokol komunikasi yang digunakan. 

Protokol komunikasi yang dapat digunakan untuk menerima dan mengirimkan data adalah HTTP dan MQTT protokol. Protokol HTTP digunakan untuk menerima dan mengirim data dari web, contohnya adalah fitur live monitoring pada sistem ini menggunakan protokol HTTP. Kemudian protokol MQTT menunjukan keunggulan jika diimplementasikan pada perangkat aplikasi Android [1]. Keunggulan yang ditunjukan oleh protokol MQTT salah satunya adalah low energy sehingga optimal jika digunakan pada perangkat smartphone [2]. Oleh karena itu protokol MQTT digunakan untuk mengontrol sistem dengan perangkat smartphone menggunakan aplikasi dalam fitur pemberi pakan otomatis, mengatur takaran pakan hewan peliharaan melalui satuan delay servo aktuator, visualisasi ketersediaan pakan dengan bar persentase, dan memilih jenis pakan hewan peliharaan.

RUMUSAN MASALAH

Pembuatan proyek ini dilakukan uji coba dan pembuatan alat IoT yang dapat menangani masalah pemberian pakan pada hewan peliharaan yang dapat dikontrol melalui gawai secara real time. Dalam kasus ini, pembuatan alat dilatarbelakangi oleh beberapa kondisi yang masyarakat alami, yaitu sebagai berikut:

1.     Banyaknya kegiatan masyarakat yang menyita waktu di luar rumah yang membuat pemilik hewan peliharaan tidak bisa memberikan pakan kepada hewan peliharaannya sesuai jam makannya.

2.     Selama pemberian pakan, ingin dapat dilakukannya monitoring secara langsung menggunakan gawai yang dapat diakses kapanpun dan dimanapun menggunakan internet.

3.     Dapat memberikan kontrol atau perintah terhadap alat yang dibuat, dan dapat memberikan respon berupa informasi terkait.

METODOLOGI

Dalam proses merancang konsep suatu software dan hardware, haruslah melalui tahap demi tahap serta melakukan uji coba terhadap kelayakan agar berfungsi dan dapat digunakan sebagaimana mestinya. Demi terwujudnya perangkat “(LIMAPET) Live Monitoring & Pet Feeding Based on IoT System” yang optimal, berikut tahapan alur pengerjaannya:

Gambar 1. Metodologi Project LIMAPET

1.     Identifikasi dan Analisa

Proyek ini dilatarbelakangi oleh kondisi dimana banyaknya kegiatan di luar rumah yang membuat pemilik hewan peliharaan tidak bisa memberikan pakan hewan peliharaan sesuai waktunya, dan keinginan melakukan monitoring hewan peliharaan dan lingkungan sekitar secara real time serta dapat diakses kapanpun dan dimanapun menggunakan internet.

2.     Pengumpulan Data

Sebelum masuk tahap perancangan, dilakukanlah pengumpulan data terkait apa saja yang dibutuhkan, berikut data yang dibutuhkan:

• Hewan yang menjadi objek uji coba project.
• Lingkungan sekitar.
• Infrastruktur yang tersedia.
• Software dan hardware yang akan digunakan.
• Biaya pembangunan dan maintenance perangkat.

3.     Perancangan dan Pembuatan Software - Hardware

Setelah dua tahap diatas telah dilakukan, selanjutnya melakukan perancangan penyusunan software dan hardware yang diperlukan mulai dari awal hingga akhir barang jadi, berikut datanya:

Software yang digunakan:

1. IDE Arduino, sebagai text editor dalam perancangan program.
2. MQTT Dash, sebagai aplikasi gawai di android untuk perintah request dan menerima response sebagai user/client.
3. Ngrok, sebagai IP forwarding lokal ke global dalam kamera monitoring

Hardware yang digunakan:

1. Laptop, untuk pengerjaan software
2. Gawai, sebagai alat yang digunakan untuk menjalankan aplikasi MQTT Dash
3. NodeMCU ESP8266, sebagai otak pengendali sistem
4. Servo Motor, sebagai aktuator untuk membuka dan menutup pakan
5. ESP32 Cam + Shield USB, sebagai kamera untuk melakukan live monitoring
6. Sensor Ultrasonic, sebagai sensor untuk memberikan output berupa kapasitas stok ketersediaan pakan berdasarkan satuan jarak per centimeter
7. Breadboard, sebagai papan uji coba prototype
8. Kabel Jumper Male to Male, Female to Male, & Female to Female, untuk menghubungkan perangkat satu ke yang lainnya
9. LCD, sebagai mempercantik alat dan stimulus pengujian
10. Buzzer, sebagai stimulus pengujian dalam troubleshooting
11. Router, untuk memberikan koneksi internet ke dalam NodeMCU dan ESP32 Cam

4.     Sinkronisasi dan Tahap Pengujian.

Setelah berhasil melakukan pengerjaan konsep rancang bangun software dan hardware, selanjutnya dilakukanlah sinkronisasi dan pengujian perangkat, apakah software dan hardware dapat berjalan dengan baik atau tidak, apabila mengalami masalah maka kembali ke tahap perancangan dan pembuatan software – hardware.

5.     Evaluasi dan Laporan.

Setelah semua tahap dilalui maka dilakukanlah evaluasi untuk penyempurnaan sistem terkait apa saja yang kurang dalam proyek ini dan nantinya perangkat “(LIMAPET) Live Monitoring & Pet Feeding Based on IoT System” sudah dapat menjadi barang jadi yang dapat digunakan semestinya. Terakhir, dilakukanlah pembuatan sebuah laporan akhir untuk dapat merangkum seluruh kegiatan yang telah dilalui dalam proyek ini.

IMPLEMENTASI

A. Block Diagram

Pada bagian ini akan dijelaskan bagaimana proses implementasi dari ide yang sudah dibuat, mulai dari blok diagram, flowchart / diagram alir, dan wiring diagram. Sistem ini memiliki banyak komponen di dalamnya. Setiap komponen memiliki fungsinya masing-masing dimana setiap komponen memiliki relasi antara satu dengan yang lainnya. Relasi antar komponen dapat digambarkan melalui sebuah blok diagram sistem dan setiap komponen diwakili oleh sebuah blok. Adapun blok diagram dari sistem pakan otomatis LIMAPET adalah sebagai berikut.

Gambar 2. Blok Diagram Sistem LIMAPET

Blok diagram yang tercantum pada Gambar 2 merupakan gambaran dari rancangan sistem yang akan selanjutnya dibuat. Mikrokontroler yang digunakan adalah NodeMCU. NodeMCU digunakan sebagai kontroler dalam sistem ini dikarenakan memiliki kemampuan komunikasi Wi-Fi, dengan komunikasi Wi-Fi ini nantinya akan terhubung ke internet dan dapat memproses request dari smartphone. Lalu yang terhubung ke NodeMCU terdapat motor servo untuk kontrol buka tutup pakan. Buzzer dan LCD untuk stimulus user bahwa proses sudah berjalan. Lalu Ultrasonik sensor untuk mengetahui kapasitas pakan apakah penuh atau tidak, data tersebut akan dilanjutkan ke NodeMCU lalu akan dilanjutkan lagi ke Internet sampai muncul di smartphone.

ESP32 Cam digunakan sebagai fungsi monitoring hewan peliharaan. ESP32 Cam ini terhubung ke internet melalui protokol HTTP dengan ngrok. Ngrok digunakan untuk mengakses live monitoring dari ESP32 Cam. Lalu smartphone digunakan sebagai alat komunikasi antara sistem dan usernya. Smartphone yang digunakan perlu terhubung ke internet terlebih dahulu. Untuk protokol yang digunakan untuk menghubungkan antara komunikasi smartphone dan sistem adalah protokol MQTT.

B. Flowchart / Diagram Alir

Flowchart yang ditunjukan pada Gambar 3 memperlihatkan bagaimana interaksi sistem dari awal sampai akhir. User menyalakan sistem mikrokontroler dan ESP32 CAM, setelah menyala mikrokontroler dan ESP32 CAM akan mencari dan terhubung pada koneksi internet melalui jaringan Wi-Fi, Jika sudah terhubung pada jaringan internet maka akan ada feedback dari sistem yaitu LCD menyala dan menampilkan “Selamat datang di LIMAPET”. 

Gambar 3. Flowchart LIMAPET

Selain dari sisi mikrokontrolernya, flowchart tersebut menampilkan alur dari sisi interaksi user melalui smartphone. User menyalakan smartphone dan membuka aplikasi MQTT Dash, pastikan dahulu sudah terhubung ke koneksi internet. Dari aplikasi MQTT Dash ini user dapat melihat response dari sistem pakan dan juga mengirimkan perintah instruksi kepada sistem pakan.

C. Tampilan MQTT Dash pada Android

Gambar 4 menunjukan tampilan dari aplikasi MQTT Dash yang sudah diatur sesuai dengan kebutuhan sistem pakan otomatis LIMAPET. Terdapat 6 tombol yang diatur pada aplikasi, mulai dari 2 tombol bagian atas merupakan tombol untuk melakukan feeding melalui aplikasi sesuai dengan kebutuhan pakan. Lalu dibawahnya terdapat monitoring kapasitas pakan, semakin besar persentasenya maka pakan sedang penuh pada wadahnya. Lalu dibawahnya terdapat tombol untuk mengakses live monitoring dan berapa banyak pakan yang akan diberikan berdasarkan satuan detik delay servo aktuator, semakin besar delay yang diberikan maka semakin besar dosis pakan yang akan diberikan.

Gambar 4. Tampilan Aplikasi MQTT Dash LIMAPET pada Gawai Android

D. Wiring Diagram

Adapun rangkaian wiring diagram pada perangkat keras sistem sistem pakan otomatis LIMAPET dapat diilustrasikan pada Gambar 5 yang memperlihatkan berbagai komponen yang digunakan dan bagaimana konektivitas wiringnya. Untuk wiring diagram pada bagian komponen ESP32Cam kami tidak menggunakan FTDI Module yang melainkan kami menggunakan Shield USB.

Gambar 5. Wiring Diagram LIMAPET

E. Code Program

Untuk code program yang digunakan dalam sistem pakan otomatis LIMAPET dapat dilihat dan diakses melalui github yang telah kami buat. Berikut adalah link repository code program yang digunakan:

https://github.com/rizereze123/limapet

Gambar 6. Code Program LIMAPET

F. Design Casing 3D Printing 

Gambar 7 menunjukan rancangan awal dari desain 3D casing untuk LIMAPET sebagai wadah pakan dan komponen alat. Namun, ada permasalahan dikarenakan terkait waktu dan biaya 3D printing yang mengakibatkan kami melakukan prototype sementara menggunakan botol DIY.

Gambar 7. Rancangan Awal 3D Design Casing LIMAPET

G. Pengujian Dengan Metode Black Box

    Tabel 1 menunjukan hasil dari proses pengujian black box testing pada sistem pakan LIMAPET yang kami lakukan pada hewan peliharaan seperti ikan. Selain tabel pengujian kami mendokumentasi proses pengujian sistem yang dapat dilihat di link berikut:
    https://youtu.be/unk0GOZrgyE

Tabel 1. Pengujian dengan Metode Black Box pada LIMAPET

Gambar 8. Dokumentasi Pengujian pada LIMAPET

EVALUASI

Evaluasi dalam pembuatan IoT pekan hewan ini dititik beratkan pada masalah kendala pembuatan software dan problem solving yang ditangani sebelum kesatuan sistem LIMAPET tersebut berhasil dibuat, adapun data lengkapnya adalah sebagai berikut:

1. Keterbatasan fitur terkunci karena build aplikasi yang harus berbayar, seperti IFTTT, Blynk dan Telegram. Sehingga kami memakai MQTT dash dan ngrok sebagai solusi kendala di awal.
2. Belum dapat membuat casing 3D dan melakukan printing dikarenakan biaya dan ketersediaan waktu, sehingga harus memakai alternatif botol DIY.
3. Pengujian alat baru dilakukan pada kolam ikan saja, namun kedepannya akan dilakukan pengujian pada pengujian lainnya agar produk atau prototype bisa digunakan di semua kondisi,
4. Ada masalah bug pada program, namun sudah ditangani dengan baik.
5. Kedepannya dilakukan pembaharuan update fitur untuk membuat scheduling berdasarkan inputan waktu jam user.

Gambar 9. Hasil Akhir Prototype LIMAPET

Gambar 10. Proses Evaluasi Bug Program pada LIMAPET

DISKUSI

Dari hasil diskusi dalam pembuatan IoT pemberian pakan menghasilkan keputusan sebagai berikut, Fitur yang dimiliki pada software:

1. Tombol feeding dengan fungsi untuk mengatur dan memilah kebutuhan pakan yang akan diberikan.
2. Terdapat persentase jumlah ketersediaan stok pakan.
3. Tombol live monitoring untuk mengetahui keadaan sekitar pakan hewan peliharaan.
4. Tombol menentukan dosis pakan yang diberikan dalam delay satuan detik servo aktuator.

Hardware yang digunakan:

1. NodeMCU ESP8266
2. Servo Motor
3. ESP32 Cam + Shield USB
4. Sensor Ultrasonic
5. Breadboard
6. Kabel Jumper Male to Male & Female to Male & Female to Female
7. LCD
8. Buzzer
9. Router
10. Gawai

Software pendukung aplikasi:

1. MQTT Dash
2. Ngrok
3. IDE Arduino

Setelah uji coba dan diskusi penyelesaiannya, akhirnya terciptalah prototype IoT matang yang sudah bisa digunakan dan dipublikasikan untuk dilakukan pembuatan alat sistem dalam tingkat komersial.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Atmoko, R. A., Riantini, R., & Hasin, M. K. (2017). IoT real time data acquisition using MQTT protocol. Journal of Physics: Conference Series, 853, 1-6. 10.1088/1742-6596/853/1/012003

[2] Caro, N. D., Colitti, W., Steenhaut, K., Mangino, G., & Reali, G. (2013). Comparison of two lightweight protocols for smartphone-based sensing. 2013 IEEE 20th Symposium on Communications and Vehicular Technology in the Benelux (SCVT), 1-6. 10.1109/SCVT.2013.6735994.

[3] Hohenhaus, A. (2021, January 6). Has the COVID-19 Pandemic Resulted in More Pets? The Animal Medical Center. Retrieved October 18, 2022, from https://www.amcny.org/blog/2021/01/06/covid19-pandemic-pet-ownership/

[4] Kurniawati, K., Noertjahyana, A., & Khoswanto, H. (2020). Aplikasi Monitoring Aquarium untuk Mengurangi Tingkat Kematian dengan Menggunakan Arduino. JURNAL INFRA, 8(1), 318-321. https://publication.petra.ac.id/index.php/teknik-informatika/article/view/9819

LAMPIRAN

Biodata Anggota Kelompok

Aset Project LIMAPET

https://drive.google.com/drive/folders/1B3RZ19pTJ3auXWJbF0Z_ekpGqly37Vnt?usp=sharing