Jurnal - Purwarupa Sistem Pemantauan Kualitas Udara Secara Daring

PURWARUPA SISTEM PEMANTAUAN KUALITAS

UDARA SECARA DARING

Azis Sugianto

Program Studi Teknik Informatika, Fakultas Teknik, Universitas Widyatama,

Jl. Cikutra 204 A, Bandung, 40125

E-mail: [email protected]

Abstrak - Sistem pemantauan kualitas udara melalui internet memberikan penyajian informasi mengenai

kualitas udara di dalam maupun di luar ruangan di manapun, dan kapan pun. Senyawa gas polutan seperti NOx,

CH4, NH3, CO, CO2, alkohol,dan benzena dapat berdampak buruk terhadap kesehatan apabila melampaui batas

normal dan kurang diperhatikan. Sumber dan dampak pencemaran udara dapat menyebabkan masalah

kesehatan sehingga menimbulkan kekhawatiran. Salah satu upaya penanggulangan pencemaran udara adalah

dengan cara mengukur kualitas udara untuk mengategorikan kualitas udara. Pembangunan sistem ini bertujuan

untuk mengukur dan memantau kualitas udara. Sistem dibangun menggunakan development Board Arduino

Uno berbasis ATMega328P, sensor MQ-135 untuk mendeteksi kontaminan udara, sensor DHT11 digunakan

untuk mengukur suhu dan kelembaban udara, serta Arduino Ethernet Shield sebagai penghubung ke web server.

Sedangkan perangkat lunaknya dibangun menggunakan bahasa C Arduino untuk sistem benamnya, dan PHP-

SQL untuk membangun aplikasi web di mana pengguna dapat melihat informasi kualitas udara melalui situs

web. Pemanfaatan sensor MQ-135 untuk mengukur kadar kontaminan udara diharapkan mampu membantu

penggunanya meminimalisasi risiko menghirup udara berbahaya. Peran web server dalam sistem ini adalah

untuk menginformasikan kualitas udara kepada masyarakat melalui internet seefektif mungkin.

Kata kunci: MQ-135, DHT11, Polusi Udara, Arduino, web server.

Abstract – Air quality monitoring system provide the information of air quality over the internet, anywhere and

anytime. Compounds of pollutants gas such as NOx, CH4, NH3, CO, CO2, alcohol, and benzene can be

detrimental to health if beyond normal limits and less attention. Sources and effects of air pollution can cause

concern. One of the efforts to tackle air pollution is to measure air quality to categorize air quality. Development

of this system aimed to measure and monitor air quality. The system built using the Arduino Uno development

board based ATmega328P, MQ135 sensor to detect airborne contaminants, DHT11 sensors are used to measure

temperature and humidity, and Arduino Ethernet Shield as a linker to the web server. While the software is built

using the C language for the Arduino embedded system, and PHP-SQL to build a web application where users

can view the air quality information through the website. Utilization of MQ-135 sensors to measure levels of

airborne contaminants is expected to help users minimize the risk of inhalation of harmful air. The role of the

web server in this system is to inform air quality to the public via the internet as effectively as possible.

Keywords: MQ-135, DHT11, Air Pollution, Arduino, web server.

I. PENDAHULUAN

olusi udara merupakan hadirnya satu atau lebih

zat fisik, kimia, maupun biologi di udara dalam

jumlah yang dapat membahayakan kesehatan

makhluk hidup, mengganggu estetika dan

kenyamanan, atau merusak properti. Polusi udara

dapat bersumber dari berbagai kegiatan alam seperti

aktivitas gunung berapi, kebakaran hutan, gas alam

beracun, dan lain-lain; kegiatan manusia seperti

industri, transportasi, perkantoran, dan perumahan

yang merupakan kontribusi terbesar dari pencemar

udara yang dibuang ke udara bebas, sehingga dapat

menyebabkan penurunan mutu udara dan

pemanasan global jika dalam jumlah yang tidak

wajar.

Polusi udara dewasa ini semakin menampakkan

kondisi yang sangat memprihatinkan. Gangguan

kesehatan, khususnya gangguan pernapasan yang

merupakan akibat dari sifat polusi udara menjadi

masalah penting yang harus diperhatikan. Berbagai

upaya dilakukan untuk menanggulangi masalah ini,

seperti eksplorasi sumber energi bersih, peremajaan

mesin pabrik dan kendaraan agar lebih ramah

lingkungan, dan lain-lain. Akan tetapi, dari berbagai

upaya yang dilakukan masih terdapat kendala, salah

satunya yaitu polusi udara yang sulit dirasakan

secara tegas oleh indera manusia (kecuali kadar yang

ekstrem), sehingga masih menimbulkan

kekhawatiran masyarakat terhadap pencemaran

udara yang membahayakan kesehatan. Oleh karena

itu, pengamatan terhadap tingkat kualitas udara

melalui media situs web dirasa perlu.

Situs web yang merupakan salah satu media

informasi populer saat ini dinilai dapat memberikan

informasi secara efektif melalui protokol internet,

sehingga informasi mengenai kualitas udara dapat

diakses oleh penggunanya agar memperoleh

informasi mengenai kadar polusi udara, serta

memperoleh informasi mengenai cara

penanggulangannya berdasarkan klasifikasi tingkat

kualitas udara (Indeks Standar Pencemar Udara).

II. LANDASAN PUSTAKA

2.1 Polusi Udara

Pencemaran udara dapat ditimbulkan oleh sumber-

sumber alami maupun kegiatan manusia. Beberapa

definisi gangguan fisik seperti polusi suara, panas,

radiasi, atau polusi cahaya dianggap sebagai polusi

udara. Sifat alami udara mengakibatkan dampak

pencemaran udara dapat bersifat langsung dan lokal,

regional, maupun global.

Jenis-jenis bahan pencemar udara didasarkan pada

baku mutu udara yang dihirup sehari-hari menurut

Peraturan Pemerintah Nomor 41 tahun 1999,

meliputi sulfur dioksida (S02), karbon monoksida

(CO), nitrogen dioksida (NO2), ozon (O3), hidrogen

karbon (HC), PM10, PM2.5, TSP (debu), Pb (timah

hitam), dan debu jatuh [1].

Berikut ini adalah standar kualitas udara mengacu

pada keputusan Kepala Bapedal No. 107 tahun 1997

tentang standar kualitas udara lingkungan.

Tabel 1. Indeks Standar Pencemar Udara [2]

Kate-

gori

Warna Rentang

Indeks

Dampak Kesehatan

Baik Hijau 0 - 50 Tingkat kualitas udara

yang tidak memberi

efek bagi kesehatan

manusia atau hewan

dan tidak berpengaruh

pada tumbuhan,

bangunan, atau pun

nilai estetika.

Se-

dang

Biru 51 – 100 Tingkat kualitas udara

yang tidak

berpengaruh pada

kesehatan manusia

atau pun hewan, tetapi

berpengaruh pada

tumbuhan yang

sensitif dan pada nilai

estetika.

Tidak

Sehat

Kuning 101 – 199 Tingkat kualitas udara

yang bersifat

merugikan pada

manusia atau pun

kelompok hewan

yang sensitif atau bisa

menimbulkan

kerusakan pada

tumbuhan.

Sa-

ngat

Tidak

Sehat

Merah 200 – 299 Tingkat kualitas udara

yang dapat merugikan

kesehatan pada

sejumlah segmen

populasi yang

terpapar.

2.2 Perhitungan Indeks Kualitas Udara

Parameter-parameter dasar untuk Indeks Standar

Pencemar Udara (ISPU) adalah partikulat (PM10),

sulfur dioksida (S02), karbon monoksida (CO), ozon

(O3), dan nitrogen dioksida (NO2). Setiap nilai hasil

pengukuran parameter-parameter tersebut

dikonversikan menjadi nilai ISPU dengan

berpedoman pada tabel 2 [2].

P

Tabel 2. Batas Indeks Pencemar Udara

ISP

U

24 jam

PM10 (µg/m3)

24 jam

SO2 (µg/m3)

8 jam

CO (µg/m3)

1 jam

O3 (µg/m3)

1 jam

NO2 (µg/m3)

0 0 0 0 0 0

50 50 80 5 120 282

100 150 365 10 235 565

200 350 800 17 400 1130

300 420 1600 34 800 2260

400 500 2100 46 1000 3000

500 600 2620 57,5 1200 3750

Formula untuk menghitung indeks dari setiap

parameter adalah sebagai berikut.

𝐼 =𝐼𝑎 − 𝐼𝑏𝑋𝑎 − 𝑋𝑏

(𝑋𝑥 − 𝑋𝑏) + 𝐼𝑏

Keterangan : I = ISPU terhitung

Ia = ISPU batas atas

Ib = ISPU batas bawah

Xa = Ambient batas atas

Xb = Ambient batas bawah

Xx = Kadar ambient nyata

hasil pengukuran

2.3 Arduino Uno

Gambar 1. Arduino Uno Rev-3

Arduino Uno merupakan salah satu jenis papan

pengendali mikro singlet-board yang bersifat open-

source produksi Arduino. Arduino ini adalah sebuah

papan pengendali mikro yang berbasis ATmega328.

Arduino ini memiliki 14 pin digital

masukan/keluaran (6 pin dapat digunakan sebagai

keluaran PWM), 6 masukan analog, osilator Kristal

16 MHz, koneksi USB, catu daya, ICSP header, dan

tombol set ulang (reset). Berikut ini adalah rincian

spesifikasi dari papan pengendali mikro Arduino

Uno [3].

Tabel 3. Spesifikasi Arduino Uno

Microcontroller Atmega328

Tegangan operasi 5V

Tegangan masukan

(disarankan) 7-12V

Tegangan masukan (batas) 6-20V

Digital i/o pin 14 (6 pin memberikan

keluaran PWM)

PIN Input analog 6

Arus DC per i/o Pin 40 mA

Arus DC untuk 3.3V Pin 50 mA

Memori flash

32 KB (Atmega328), 2

KB digunakan oleh

bootloader

SRAM 2 KB (Atmega328)

EEPROM 1 KB (Atmega328)

Kecepatan Clock 16 MHz

2.4 Arduino Ethernet Shield

Arduino Ethernet Shield menghubungkan papan

microcontroller Arduino ke internet. Arduino

Ethernet Shield berbasis Wiznet W5100 ethernet

chip. Agar dapat terhubung dengan internet, kabel

RJ45 digunakan untuk menghubungkan Arduino

Ethernet Shield dengan koneksi internet. Uno,

Duemilanove, dan Mega merupakan jenis papan

pengendali mikro Arduino yang cocok dengan

Arduino Ethernet Shield. Agar dapat diprogram,

Ethernet library digunakan dengan cara

mengimpornya di sketch pada Arduino SDK.

Berikut ini adalah rincian spesifikasi Arduino

Ethernet Shield [4].

Memerlukan sebuah papan pengendali mikro

Arduino

Operasi tegangan 5V (disediakan dari papan

Arduino)

Ethernet Controller: W5100 dengan internal 16 K

buffer

Kecepatan koneksi: 10/100 Mb

Hubungan dengan Arduino pada SPI Port

Gambar 2. Arduino Ethernet Shield

2.5 Sensor Kualitas Udara MQ-135

Sensor gas MQ-135 adalah jenis sensor kimia yang

sensitif terhadap senyawa NH3, NOx, alkohol,

bensol, asap (CO), CO2, dan lain-lain. Sensor ini

bekerja dengan cara menerima perubahan nilai

resistansi (analog) bila terkena gas. Sensor ini

memiliki daya tahan yang baik untuk penggunaan

penanda bahaya polusi karena praktis dan tidak

memakan daya yang besar. Berikut ini adalah

spesifikasi dari sensor gas MQ-135 [5].

Gambar 3. Sensor Kualitas Udara MQ-135

2.6 Sensor Suhu dan Kelembaban DHT11

DHT11 mengukur suhu dan kelembaban relatif

dengan keluaran sinyal digital yang terkalibrasi.

Hasil pembacaan dapat langsung dibaca oleh

microcontroller melalui antarmuka 1-wire.

Transmisi sinyal sensor ini bekerja hingga 20 meter.

Berikut ini adalah spesifikasi sensor suhu dan

kelembaban relatif DHT11 [6].

Gambar 4. Sensor Suhu dan Kelembaban DHT11

Berikut ini merupakan spesifikasi sensor DHT11.

Catu daya : 3V DC – 5,5V DC

Antarmuka : 1-wire

Range : 20 - 90% RH; 0-50° C

Akurasi

kelembaban

: ± 5% RH

Akurasi suhu : ± 2° C

2.7 Modul Sensor Gas DT-Sense

DT-Sense merupakan sebuah modul sensor cerdas

yang mampu memonitor perubahan konsentrasi gas

LPG, iso-butana, propana, karbon monoksida (CO),

karbon dioksida (CO2), metana (CH), Alkohol, atau

kualitas udara (tergantung dari sensor gas yang

digunakan). Modul ini kompatibel dengan sensor

gas MQ-3 (alkohol), MQ-4 (metana), MQ-6 (LPG,

iso-butana, dan propana), MQ-7 (CO), MQ-135

(kualitas udara), dan MG-811 (CO2). Modul sensor

ini dilengkapi dengan antarmuka UART TTL dan

I2C [7].

Gambar 5. Modul Sensor Gas DT-Sense

Gambar 6. Tata Letak Komponen DT-Sense

Tabel 4. Konektor Antarmuka J3 DT-Sense

Pin Nama Fungsi

1 GND Titik referensi ground untuk catu

daya input

2 VCC Terhubung ke catu daya (5 Volt)

3 RX

TTL

Input serial level TTL ke modul

DT-Sense

4 TX

TTL

Output serial level TTL dari modul

DT-Sense

5 SDA I2C-bus data input/output

6 SCL I2C-bus clock input

III. ANALISIS SISTEM

3.1 Analisis Arsitektur Sistem yang Diharapkan

Pemantauan kualitas udara di lebih dari satu lokasi

yang teridentifikasi dapat dilakukan dengan cara

mengidentifikasi perangkat sensorik. Lokasi

perangkat-perangkat tersebut dapat diidentifikasi

berdasarkan internet protocol (IP) yang telah diset

pada masing-masing perangkat, karena IP setiap

perangkat berbeda-beda. Atau dapat juga dengan

menanamkan id unik pada setiap perangkat. Berikut

ini adalah gambaran arsitektur sistem dengan lokasi

yang berbeda dan geolocation merupakan proses

untuk mengidentifikasinya.

Gambar 7. Arsitektur Sistem yang Diharapkan

3.2 Lingkup Sistem yang Dikembangkan

(Purwarupa)

Sistem yang dikembangkan masih berupa

purwarupa dengan satu perangkat di sebuah lokasi.

Purwarupa ini sebagai contoh untuk uji coba pada

satu lokasi saja. Berikut adalah gambaran arsitektur

sistem yang dikembangkan dalam tugas akhir ini.

Gambar 8. Arsitektur Purwarupa Sistem

3.3 Analisis Pengembangan Purwarupa

Sistem mampu mengirim data hasil baca sensor

kualitas udara secara otomatis melalui internet.

Perangkat yang dapat diletakkan di dalam ruangan

maupun di luar ruangan, kemudian bertindak

sebagai klien untuk mengirim data ke web server

melalui router yang terhubung dengan internet.

3.3.1 Kebutuhan Perangkat Keras

Purwarupa sistem yang dikembangkan merupakan

serangkaian perangkat keras terintegrasi. Perangkat

keras tersebut terdiri dari microcontroller, sensor

kualitas udara, sensor suhu dan kelembaban, serta

Ethernet Shield.

Arduino merupakan development board yang tepat

untuk pengembangan purwarupa, karena

kemampuan Arduino untuk menyimpan sistem

benam yang masih dalam tahap percobaan. Sistem

benam untuk microcontroller pada Arduino dapat

diprogram dengan menggunakan komputer.

Arduino yang digunakan adalah Arduino Uno

sebagai master dari seluruh perangkat dan Arduino

Ethernet Shield sebagai penghubung Arduino

dengan jaringan.

Sensor kualitas udara yang digunakan purwarupa ini

adalah sensor MQ135. Sensor tersebut dapat secara

langsung mendeteksi indeks kualitas udara yang

bermanfaat untuk kategorisasi kualitas udara. Hal ini

dikarenakan kemampuannya untuk mendeteksi

berbagai jenis gas polutan. Sedangkan sensor suhu

dan kelembaban udara yang digunakan adalah

DHT11. Suhu dan kelembaban merupakan

pertimbangan penting dalam pengukuran kualitas

udara.

Sensor-sensor yang dihubungkan dengan Arduino

dapat diinstruksikan untuk membaca nilai kualitas

udara, suhu, dan kelembaban sesuai dengan sistem

Nilai SensorMQ135

Nilai SensorDHT11

Nilai SensorMQ135

Nilai SensorDHT11

Nilai SensorMQ135

Nilai SensorDHT11

Router Router Router

Internet

Klien Metode Get Klien Metode Get Klien Metode Get

Kirim Data SensorKirim Data Sensor Kirim Data Sensor

www Server

Tanggapan Server: Menyimpan Data Sensor

lokasi 1: 192.168.102.3 lokasi 2: 192.168.102.4 lokasi 3: 192.168.102.5

Pengguna/Klien

Meminta Data

Hasil

Tanggapan Server: Mengirim Data

Nilai SensorMQ135

Nilai SensorDHT11

Router

Internet

Klien Metode Get

Kirim Data Sensor

www Server

Tanggapan Server:Menyimpan Data Sensor

Pengguna/Klien

Meminta Data Hasil

Tanggapan Server:Mengirim Data

benam yang telah diprogram. Data nilai sensor-

sensor tersebut kemudian dibungkus oleh sistem

benam yang terdapat pada Arduino Uno untuk

dikirim ke web server menggunakan Arduino

Ethernet Shield.

3.3.2 Kebutuhan Perangkat Lunak pada Web

Server

Web server terdiri dari kumpulan instruksi

pemrograman web dan mesin basis data untuk

menampung data. Dalam pengembangan sistem ini,

data yang dikirim ke web server adalah data nilai

sensor yang dikirim oleh Arduino. Kemudian data

tersebut diolah oleh program PHP dan ditampilkan

ke halaman web dalam beberapa jenis desain

tampilan antarmuka.

Data yang disimpan dalam basis data terdiri dari data

pembacaan sensor, data indeks standar pencemar

udara, data pesan, dan data administrator. Data

pembacaan sensor diperoleh dari Arduino, data

indeks standar pencemar udara merupakan data

aturan baku yang bersumber dari keputusan Kepala

Bapedal No. 107 Tahun 1997, data pesan didapat

dari pesan yang dikirim oleh pengguna melalui form,

dan data administrator yang merupakan data hak

akses dan identitas administrator.

IV. PERANCANGAN SISTEM

4.1 Gambaran Umum Sistem

Perancangan sistem meliputi perangkat lunak

(arduino sketch, web) dan perangkat keras

(rangkaian elektronika). Gambar di bawah ini

merupakan gambaran umum sistem yang dibuat

berdasarkan hasil analisis kebutuhan.

Gambar 9. Gambaran Umum Sistem

Gambar 9 merupakan perancangan sistem secara

menyeluruh untuk sistem purwarupa sistem

pemantauan kualitas udara.

Agar dapat mengirim data sensor ke web server,

maka Ethernet Shield digunakan sebagai

penghubungnya. Alamat IP dikonfigurasi pada

Arduino, yang terdiri dari alamat IP Ethernet Shield

dan alamat IP web server. Alamat IP Ethernet Shield

harus setipe dengan alamat IP router yang terhubung

ke internet. Arduino Ethernet Shield bertindak

sebagai klien yang mengakses sebuah file PHP di

web server dengan menggunakan metode GET

untuk mengirim data sensor. File PHP tersebut

selanjutnya menjalankan perintah query untuk

memasukkan data sensor ke dalam basis data.

4.2 Pemodelan pada Sistem Pemantauan

Kualitas Udara

Pemodelan pada sistem dilakukan untuk

menggambarkan setiap fungsi pada sistem secara

rinci berdasarkan kajian hasil analisis. Sistem

dimodelkan dalam beberapa modul pada Unified

Modeling Language (UML).

4.2.1 Pemodelan Sistem Menggunakan Use Case

Berdasarkan kebutuhan sistem yang telah dikaji

pada hasil analisis, maka dapat dibuat pemodelan

sistem pada prototipe ini menggunakan diagram use

case.

Gambar 10. Diagram Use Case Sistem Pemantauan

Kualitas Udara

Router

Web Server

Internet

Nilai SensorMQ135

Nilai SensorDHT11

Klien Metode Get

Kirim Data Sensor

Tanggapan Server:Menyimpan Data Sensor

Tanggapan Server:Mengirim Data

Pengguna/Klien

Meminta Data

Hasil

Super Admin

Masuk Log

Kelola ISPU

Kelola Tentang

Admin

Kelola Admin

Keluar Log

Pesan

Pengguna

Kontak

Tentang

Bantuan

Tabel ISPU

Sunting Admin

<<include>>

Tambah Admin

Profil Anda

<<include>>

<<include>>

Kelola Bantuan

Hapus Admin

<<include>>

Rekaman Data

Arduino

Kirim Data Sensor

Tabel 5. Definisi Use Case

No. Use Case Deskripsi

1 Masuk Log Masuk Log merupakan proses

verifikasi yang dilakukan oleh

super admin atau admin dengan

cara mengisi form sebelum

masuk ke area manajemen.

2 Dashboard Dashboard berfungsi

menginformasikan ringkasan

konten pada sistem. Dashboard

dapat diakses oleh super admin

atau admin.

3 Kelola ISPU ISPU (Indeks Standar

Pencemar Udara) merupakan

modul yang dapat diakses oleh

super admin atau admin untuk

mengelola tabel yang

menginformasikan klasifikasi

kualitas udara.

4 Pesan Super admin atau admin dapat

mengelola pesan berupa kritik

maupun saran yang dikirim

oleh pengguna.

5 Kelola

Tentang

Kelola Tentang dilakukan oleh

super admin atau admin.

Tentang merupakan informasi

mengenai “Sistem Pemantauan

Kualitas Udara” yang

ditampilkan di navigasi

“Tentang” pada situs web yang

diakses oleh pengguna.

6 Kelola

Admin

Kelola Admin terdiri dari

tambah, sunting, hapus, dan

lihat profil. Super admin dapat

melakukan semuanya,

sedangkan admin hanya dapat

melakukan lihat profil.

7 Keluar Log Keluar Log dilakukan oleh

super admin atau admin untuk

keluar dari area manajemen

dan mengakhiri sesinya.

8 Akses Tabel

ISPU

Navigasi Tabel ISPU

menginformasikan kualitas

udara terkini dan tabel

klasifikasi kualitas udara yang

diakses oleh pengguna.

9 Akses

Kontak

Navigasi Kontak diakses oleh

pengguna yang hendak

mengirim komentar, kritik,

maupun saran ke rincian alamat

yang telah tertera atau bisa

melalui form yang telah

disediakan.

10 Akses

Tentang

Navigasi Tentang diakses oleh

pengguna untuk dapat

mengetahui informasi

mengenai Sistem Pemantauan

Kualitas Udara.

11 Akses

Bantuan

Pengguna mengakses navigasi

Bantuan bila mengalami

kesulitan dalam menggunakan

situs web.

12 Akses

Rekaman

Data

Navigasi Rekaman Data

diakses oleh pengguna untuk

mengetahui jejak data kualitas

udara, suhu udara, dan

kelembaban udara yang

tersimpan oleh basis data

berdasarkan waktu.

13 Kirim Data

Sensor

Perangkat keras Arduino Uno

dan Ethernet Shield mengirim

data nilai sensor DHT11 dan

MQ135.

Tabel 5. Definisi Aktor

No. Aktor Deskripsi

1 Super

Admin

Pengelola yang memiliki hak akses

penuh terhadap pengelolaan

sistem.

2 Admin Pengelola yang tidak memiliki hak

akses terhadap pengelolaan admin

pada sistem.

3 Pengguna Pihak yang menerima informasi,

mengirim pesan, dan mengakses

halaman depan situs web.

4 Arduino Perangkat keras sistem yang

bertindak sebagai klien untuk

mengirim data nilai sensor.

4.2.2 Diagram Activity

Diagram activity menggambarkan aliran kejadian di

dalam use case. Berikut ini adalah diagram activity

untuk admin dan diagram activity untuk pengguna.

a. Diagram activity admin

Gambar 11. Diagram Activity Admin

b. Diagram activity pengguna

Mulai

Area Admin

Form Masuk Log

Super Admin?Ya

Tidak

Kelola ISPUKelola Tentang Kelola Bantuan Kelola Admin

Perbarui Perbarui Perbarui TambahPerbarui Hapus

Selesai

Gambar 12. Diagram Activity Pengguna

4.3 Perancangan Perangkat Keras

Dibutuhkan komponen-komponen elektronika

untuk membangun sistem pemantauan kualitas

udara. Di antaranya adalah terminal daya listrik,

sensor DHT11, sensor MQ135 + Modul DT-Sense,

development board Arduino Uno, dan Arduino

Ethernet Shield. Secara fungsionalitas, komponen-

komponen tersebut digunakan untuk dapat

mendukung kinerja sistem yang dibangun sesuai

dengan hasil analisis. Berikut ini adalah

perancangan komponen-komponen yang dimaksud.

Gambar 13. Perancangan Rangkaian Sirkuit Terminal

Daya Listrik

Terminal daya listrik berfungsi untuk membagi daya

listrik sebesar 12 Watt yang berasal dari adaptor

menjadi 9 Watt dan 5 Watt. 9 Watt untuk menyuplai

Arduino dan 5 Watt untuk menyuplai sensor-sensor.

Komponen yang dibutuhkan terdiri dari 2 diode

1N4002, 2 kapasitor tak berkutub senilai 100 nF, 4

kapasitor berkutub senilai 100 µF, IC regulator

L7809CV, dan IC regulator L7805CV.

Gambar 14. Perancangan Rangkaian Sensor dan

Develoment Board

Keterangan gambar 14:

: Vcc (+)

: Ground (-)

: Enable Pin 2 (Data DHT11)

: Enable Pin 7 (TX DT-Sense ke RX

Arduino)

: Enable Pin 8 (TX Arduino ke RX

DT-Sense)

4.4 Perancangan Antarmuka Pengguna

Gambar 15. Rancangan GUI Halaman Beranda

Gambar 16. Rancangan GUI Halaman Rekaman Data

Mulai

Akses Rekaman DataAkses Tabel ISPU Akses TentangAkses Beranda Akses Bantuan

Selesai

Kirim Pesan

+ 9

V

-

12VGND

D11N4002

C1

100nF

C2

100uF

VI

1V

O3

GND2

U17809

C3

100uF

1357 2468910

11

12

13

14

15

16

17

19

18

20

J1ADIP20-Z-LC-R

9V DC

D21N4002

C4

100nF

C5

100uF

VI1

VO3

GN

D2

U27805

1

3

5

7

2

4

6

8

9

10 11

12

13

14

15

16

17

19

18

20

J2

ADIP20-Z-LC-R

5V DC

C6100uF

V. IMPLEMENTASI DAN PENGUJIAN

SISTEM

5.1 Implementasi Perangkat Keras

Semua perangkat keras yang telah dirancang dan

direalisasikan kemudian disatukan menjadi sebuah

sistem yang terintegrasi secara utuh. Arduino Uno

yang mengendalikan Arduino Ethernet Shield,

DHT11, dan DT-Sense disatukan dengan

menggunakan casing box.

Gambar 17. Implementasi Perangkat Keras

5.2 Implementasi Perangkat Lunak

Implementasi perangkat lunak terdiri dari instalasi

firmware untuk development board Arduino melalui

Arduino SDK, implementasi web service, dan

perealisasian antarmuka pengguna grafis beserta

fungsinya masing-masing.

5.3.1 Instalasi Firmware

Firmware merupakan perangkat lunak yang ditanam

pada microcontroller agar berfungsi sesuai dengan

kebutuhan. Pengembang dapat menulis kode sumber

dan mengunggahnya ke dalam microcontroller yang

tersemat pada Arduino Uno dengan menggunakan

Aruino SDK.

Pengunggahan skrip yang telah ditulis dapat

dilakukan dengan cara klik tombol Upload pada

Arduino SDK.

Gambar 18. Tombol Upload pada GUI Arduino SDK

5.3.2 Implementasi Web Service untuk Controller

Data yang berasal dari sensor dikirim ke web server

dengan menggunakan Arduino Ethernet Shield yang

terhubung dengan router. Ethernet Shield mengantar

data tersebut dengan menggunakan objek client

yang melakukan method print. Method tersebut

mencetak HTTP method request, yakni method GET

untuk mengakses file PHP yang terdapat di web

server. File tersebut bertugas untuk menerima data

sensor yang dikirim melalui URL, kemudian

menyimpannya ke basis data.

5.3.3 Implementasi Antarmuka Pengguna

Grafis (APG)

Berikut ini merupakan realisasi antarmuka pengguna

grafis setelah dilakukan perancangan.

Gambar 19. Implementasi APG Halaman Beranda

Gambar 20. Implementasi APG Halaman Rekaman Data

5.3 Pengujian Perangkat Keras beserta Sistem

Benamnya

Pengujian terhadap perangkat keras yang telah diisi

sistem benam dilakukan untuk memastikan sistem

bekerja sesuai yang telah dirancang dan untuk

mendeteksi adanya kesalahan pada perangkat keras

maupun bug/kesalahan algoritma pada sistem

benamnya.

5.3.1 Pengujian Sensor Kualitas Udara MQ-135

dan Sensor Suhu/Kelembaban DHT11

Pengujian sensor MQ-135 dan DHT 11 dibagi

menjadi empat bagian, antara lain adalah pengujian

sensor MQ-135 terhadap perubahan konsentrasi gas,

pengujian sensor MQ-135 dan DHT11 di daerah

padat transportasi, di kawasan hijau, di siang hari,

dan di malam hari.

Tabel 6. Pengujian Sensor MQ-135 Terhadap Perubahan

Konsentrasi Gas

Jarak

(cm)

1 Detik 5 Detik

Indeks Kategori Indeks Kategori

1 480 Berbaha-

ya

>500 Berbahaya

2 289 Sangat

Tidak

Sehat

474 Berbahaya

4 199 Tidak

Sehat

447 Berbahaya

6 160 Tidak

Sehat

224 Sangat

Tidak

Sehat

10 94 Sedang 165 Tidak

Sehat

Pengujian sensor MQ135 terhadap perubahan

konsentrasi gas dilakukan dengan cara memberikan

gas butana (HC) yang dihasilkan dari korek api gas

tepat di atas sensor MQ135.

Tabel 7. Pengujian Sensor MQ-135 dan DHT11 di

Daerah Padat Lalu Lintas

Jam Indeks

KU

Suhu

(°C)

Kelemba-

ban (%)

Kategori

16:05 92 – 97 30 34 Sedang

16:07 93 – 96 30 34 Sedang

16:10 91 – 94 30 34 Sedang

16:15 101 – 103 30 34 Tidak

Sehat

16:17 95 – 99 30 34 Sedang

Tabel 7 merupakan tabel yang memuat data hasil

pengukuran dan pengujian sensor yang dilakukan

pada tanggal 12/09/2014 di Jalan Cikutra.

Berdasarkan data tersebut, daerah dengan kondisi

lalu lintas yang padat merupakan daerah yang

kualitas udaranya kurang baik. Kondisi seperti ini

disebabkan oleh emisi gas buang yang dihasilkan

oleh kendaraan bermotor.

Tabel 8. Pengujian Sensor MQ-135 dan DHT11 di

Kawasan Hijau

Jam Indeks

KU

Suhu

(°C)

Kelembaban

(%)

Kategori

14:17 45 – 50 31 32 Baik

14:19 44 – 46 31 32 Baik

14:20 42 – 45 31 32 Baik

14:22 41 – 43 31 32 Baik

14:25 42 – 47 30 32 Baik

Tabel 8 merupakan tabel pengujian sensor di

kawasan hijau yang berlokasi di taman kampus

Universitas Widyatama. Pengujian yang dilakukan

pada tanggal 12/09/2014 menghasilkan data yang

menunjukkan bahwa kawasan hijau merupakan

daerah dengan udara yang bersih karena pepohonan

menghasilkan oksigen. Suhu yang tinggi dan tingkat

kelembaban udara yang rendah berdasarkan data

pada tabel 8 disebabkan oleh pancaran terik matahari

pada jam pengujian.

Tabel 9. Pengujian Sensor MQ-135 dan DHT11 di Siang

Hari

Jam Indeks

KU

Suhu

(°C)

Kelembaban

(%)

Kategori

11 59 27,99 43,64 Sedang

12 60 28,82 41,44 Sedang

13 56 28,99 38,55 Sedang

14 54 28,92 38,43 Sedang

15 44 28,82 37,39 Baik

Tabel 9 menunjukkan data kualitas udara, suhu, dan

kelembaban udara pada siang hari tanggal

30/08/2014. Pengukuran dilakukan setiap jam mulai

dari jam 11:00 hingga 15:00 di dalam ruangan. Hasil

dari pengujian sensor di siang hari menunjukkan

kualitas udara dengan kategori rata-rata sedang

dengan indeks rata-rata 54, suhu udara rata-rata 28,7

°C, dan kelembaban udara rata-rata 39,89 %. Suhu

udara yang relatif tinggi dan kelembaban udara yang

rendah mengindikasikan bahwa lingkungan dalam

kondisi panas dan kering. Kondisi tersebut dapat

dipengaruhi oleh terik matahari dan letak geografis.

Tabel 10. Pengujian Sensor MQ-135 dan DHT11 di

Malam Hari

Jam Indeks

KU

Suhu

(°C)

Kelembaban

(%)

Kategori

19 66.42 28,06 39,92 Sedang

20 58,70 27,87 40,63 Sedang

21 57,25 27,62 41,00 Sedang

22 51,66 26,95 41,00 Sedang

23 56,26 27,61 41,01 Sedang

Tabel 10 menunjukkan data kualitas udara, suhu,

dan kelembaban udara pada malam hari tanggal

30/08/2014. Pada malam hari di dalam ruangan,

hasil pengujian sensor menunjukkan indeks kualitas

udara rata-rata 56 dengan kategori sedang, suhu

udara rata-rata 27,6 °C, dan kelembaban udara rata-

rata 40,71 %. Perubahan waktu dari siang ke malam

menyebabkan suhu menurun sebesar 1,1 °C dan

kelembaban udara bertambah sebesar 0,82 %.

Terbenamnya matahari dapat menurunkan suhu

udara dan meningkatkan kelembaban udara.

5.3.2 Pengujian Konektivitas Arduino Ethernet

Shield dengan Web Server

Pengujian terhadap Arduino Ethernet Shield

dilakukan untuk memastikan konfigurasi telah

dilakukan dengan benar. Konfigurasi tersebut

berpengaruh terhadap kelancaran koneksi internet

untuk microcontroller, di mana microcontroller

tersebut dapat mengirimkan data sensor ke web

server. Pengujian dilakukan dengan cara memonitor

komunikasi antara Ethernet Shield dengan server.

Jika terhubung dengan server, maka serial monitor

akan menampilkan pesan “Tersambung di server

php” dan data sensor dapat dikirim ke server melalui

URL. Jika tidak terhubung dengan server, maka

serial monitor akan menampilkan pesan “Gagal

menyambungkan ke server web”.

(a)

(b)

Gambar 21. Pengujian Hubungan Ethernet Shield

dengan Web Server

Gambar 21 (a) adalah screenshot dari serial monitor

jika Ethernet Shield tidak terhubung dengan web

server. Gagalnya koneksi disebabkan oleh beberapa

faktor, antara lain adalah jaringan internet dari

provider mengalami gangguan atau tidak stabil,

komputer server yang sedang maintenance atau

sedang reboot, kabel RJ45 yang mengalami

kerusakan, dan lain-lain yang menjadi kemungkinan

faktor kegagalan koneksi. Gambar 21 (b) merupakan

screenshot dari serial monitor jika Ethernet Shield

terhubung dengan web server.

VI. KESIMPULAN DAN SARAN

Penelitian dan pengembangan dengan judul “Sistem

Pemantauan Kualitas Udara” telah mencapai akhir

sehingga dapat diperoleh gagasan-gagasan untuk

dijadikan kesimpulan. Gagasan-gagasan yang telah

diperoleh disusun dalam urutan sebagai berikut.

1. Purwarupa sistem pemantauan kualitas udara

telah dibuat dan diuji. Secara fungsional, sistem

telah mampu menampilkan informasi kualitas

udara, suhu udara, dan kelembaban udara melalui

situs web yang telah dibangun.

2. Pengguna yang mengakses halaman beranda

dapat memperoleh informasi kualitas udara, suhu

udara, dan kelembaban udara dalam rentang

waktu 2-4 detik.

3. Tingkat kualitas udara, suhu udara, dan

kelembaban udara berbeda-beda di setiap daerah.

Hal ini tergantung dari beberapa faktor, antara

lain aktivitas transportasi kendaraan bermotor,

aktivitas industri, aktivitas alam, letak geografis,

populasi, sinar matahari, dan jumlah lahan hijau.

Penelitian dan pengembangan terhadap sistem ini

masih dalam tahap purwarupa. Sehingga

membutuhkan penelitian dan pengembangan lebih

lanjut agar sistem dapat mencapai produk yang lebih

utuh dan siap dipasarkan. Saran-saran di bawah ini

merupakan masukan untuk penelitian dan

pengembangan lebih lanjut.

1. Penggunaan sensor gas untuk setiap jenis gas

yang menjadi parameter-parameter kualitas

udara agar dapat meningkatkan akurasi dan

kerincian.

2. Penambahan perangkat sensorik untuk di titik

tertentu di sebuah kota.

3. WiFi Shield dan baterai dapat meningkatkan

mobilitas.

4. Sensor tekanan udara dan weather meter dapat

menambah varian informasi pada situs web.

5. Perancangan ulang casing box agar dapat tahan

cuaca hujan.

6. Penambahan fitur peta sistem informasi geografis

berdasarkan penempatan perangkat sensorik di

titik-titik daerah.

7. Pengembangan perangkat lunak untuk platform

telepon seluler pintar.

8. Untuk menekan biaya produksi, pengembangan

custom development board perlu dilakukan.

DAFTAR REFERENSI

[1] Parameter Pencemar Udara dan Dampaknya

Terhadap Kesehatan,

http://www.depkes.go.id/downloads/Udara.PD

F, Diakses 11 Maret 2014

[2] Republik Indonesia. 1997. Keputusan Kepala

Bapedal No. 107 tentang Perhitungan dan

Pelaporan Serta Informasi Indeks Standar

Pencemar Udara. Badan Pengendalian Dampak

Lingkungan. Jakarta.

[3] Arduino Uno,

http://arduino.cc/en/Main/arduinoBoardUno,

Diakses 13 Maret 2014

[4] Arduino Ethernet Shield,

http://arduino.cc/en/Main/ArduinoEthernetShie

ld, Diakses 14 Maret 2014

[5] MQ Gas sensors,

http://playground.arduino.cc/Main/MQGasSen

sors, Diakses 10 Maret 2014

[6] D-Robotics. 2010. DHT11 Humidity &

Temperature Sensor.

[7] DT-Sense Gas Sensor Manual. 2012.

DAFTAR PUSTAKA

Babin, Lee. 2007. Beginning Ajax with PHP (From

Novice to Professional). New York: Apress.

Riley, Mike. 2012. Programming Your Home - Automate

with Arduino, Android, and Your Computer. Dallas,

Texas ▪ Raleigh, North California: The Pragmatic

Bookshelf.

Roger S. Pressman, Ph. D. 2012. Rekayasa Perangkat

Lunak. Edisi 7. Penerbit Andi

Tim Pustenna ITB. 2011. Jurus Kilat Jago Membuat

Robot. Dunia Komputer.

Republik Indonesia. 1999. Peraturan Pemerintah

Republik Indonesia No. 41 tentang Pengendalian

Pencemaran Udara. Presiden RI. Jakarta.

Kementrian Lingkungan Hidup. 2010. Indeks Kualitas

Lingkungan Hidup 2009. Jakarta: Asisten Deputi Urusan

Data dan Informasi Lingkungan.