Saat merancang sistem-sistem berjaringan (networked systems) untuk aplikasi pertanian pintar, para rekayasawan harus dapat mengantisipasi berbagai tanaman dan hewan yang dipantau. Sistem pemantauan kesehatan tanaman dapat mengukur berbagai kondisi lingkungan, termasuk ketinggian air, kondisi tanah, tingkat pH, dan tingkat cahaya; sementara sistem pelacak ternak dapat mencakup koordinat GPS, monitor pergerakan ternak, oksimeter denyut, dan sensor data kesehatan utama lainnya.
Dalam kedua situasi tersebut, solusi komersial yang ideal adalah desain node basis umum (common base node design) yang dapat disesuaikan dengan kebutuhan masing-masing pertanian dengan mudah pada saat pembelian. Untuk mencapai ini, node dasar harus cukup fleksibel untuk berinteraksi dengan berbagai macam sensor analog dan digital.
Tantangan desain lainnya yang lebih sulit berkaitan dengan banyaknya ilmu teknis yang diperlukan untuk menerapkan sistem seperti itu. Perancang komponen pertanian pintar harus memiliki keahlian dalam teknik desain tertanam klasik (classical embedded design), komunikasi RF (termasuk seluk beluk LoRa, Wi-Fi, dan topologi seluler), keamanan jaringan (network security), dan infrastruktur cloud.
MCU 8 Bit
Meningkatkan skala infrastruktur pertanian pintar dimulai di suatu tempat yang biasanya tidak terpikirkan saat membahas aplikasi mutakhir. Karena sebagian besar node sensor pada pertanian pintar bertenaga baterai, diletakkan pada tempat terpencil, dan diservis secara sporadis; solusi kontrol yang optimal harus memberdayakan MCU yang paling hemat daya.
MCU 8 bit telah ada selama 50 tahun dan selalu merupakan pilihan dengan daya terendah untuk sebagian besar tugas tertanam (embedded task). Sekarang, perangkat terbaru telah dimodernisasi untuk memenuhi kebutuhan sistem pertanian dan hortikultura pintar. Di antara banyaknya fitur baru, core independent peripherals (CIP) yang tersedia pada MCU PIC dan AVR adalah “force multiplier” untuk desain tertanam.
CIP dapat bertindak secara independen dari cip CPU, yang memungkinkan perancang untuk mengaturnya menangani tugas-tugas umum dan berulang dengan penggunaan daya terendah. CIP di lingkungan dengan pemeliharaan rendah (low maintenance) juga membantu perancang memperkuat keandalan sistem. Karena CIP diprogram seolah-olah ia merupakan FPGA (field programmable gate arrays) kecil yang disertakan dengan MCU, maka CIP ‘kebal’ terhadap software excursion seperti stack overflow atau stack underflow.
Berinteraksi dengan berbagai macam sensor digital dan analog dengan kontroler node dasar yang terhubung ke internet (internet-connected base node controller) yang sama dapat menjadi suatu tantangan. Untungnya, ada MCU modern yang dirancang untuk melakukan ini sekaligus meminimalkan kebutuhan akan komponen eksternal. MCU tersebut menawarkan interface SPI dan I2C untuk konektivitas sensor digital serta konverter analog-ke-digital (ADC – analog-to-digital converter) diferensial dengan programmable gain amplifier (PGA) dan konverter digital-ke-analog (DAC – digital-to-analog converter) untuk fleksibilitas sensor tingkat tinggi (Gambar 2). Hal ini memberi perancang kebebasan untuk membangun node sensor yang dapat disesuaikan dan modular untuk aplikasi pertanian pintar.
Seiring dengan modernisasi arsitektur MCU, lingkungan pengembangan peranti keras dan peranti lunak yang menyertainya juga telah berkembang pesat. Bagi tim teknis di perusahaan kecil di mana sistem tertanam, desain antena RF, dan konektivitas cloud tidak merupakan kompetensi inti; papan rapid prototyping (rapid prototyping board) adalah penyelamat. Hal ini memberikan perancang contoh yang mudah untuk diikuti dan juga menyertakan repositori GitHub dengan firmware untuk terhubung dengan penyedia cloud populer.
Teknologi Sensor Jarak Jauh
Industri pertanian dan hortikultura saat ini sedang mengalami revolusi teknologi. Akses ke data kesehatan tanaman dan hewan melalui internet secara real-time mengubah metode dan praktik pertanian sehingga dapat menghasilkan panen yang makin tinggi dan meningkatkan kelayakan lahan (Gambar 3).
Walaupun konektivitas cloud yang “tersedia di mana saja” (available anywhere) adalah garda depan menuju pertanian pintar, fondasinya tetap ada pada MCU 8 bit. Arsitektur MCU modern seperti AVR dan PIC dengan CIP akan menjadi komponen utama untuk menjembatani kesenjangan antara sensor dan cloud bagi pengembang produk keberlanjutan untuk sekarang dan pada masa mendatang.
| Penulis | : | Cakrawala Gintings |
| Editor | : | Rafki Fachrizal |
KOMENTAR