Rabu, 03 Juli 2019


UJIAN AKHIR SEMESTER
MAKALAH Sistem Monitoring dan Notifikasi Kualitas Udara dalam Ruangan dengan Platform IoT

Disusun Oleh :
Fitaloka Anjar Sari            (4117010)

Dosen Pengampu :
                                                       Endang Kurniawan, MM,M.Kom.,CEH,CHFI,CIPM                    
                                                                         https://endangkurniawan.com

PRODI SISTEM INFORMASI
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS PESANTREN TINGGI DARUL ULUM
JOMBANG
2019






KATA PENGANTAR


Dengan memanjatkan puji syukur  kehadirat Allah yang Maha Kuasa yang senantiasa
melimpahkan taufik, rahmat, dan hidayah-Nya. Sehingga penulis  dapat menyusun.
“Sistem Monitoring dan Notifikasi Kualitas Udara dalam Ruangan dengan Platform IoT”
 Adapun maksud dan tujuan dari penulisan makalah ini adalah selain untuk menyelesaikan tugas yang di berikan oleh Dosen pengajar, juga untuk meningkatkan pengetahuan terhadap materi yang di berikan.
Mengingat segala keterbatasan yang dihadapi penulis menyadari bahwa laporan ini masih jauh dari kesempurnaan. Oleh karena itu, saran,kritik dan massukan yang bersifat membangun sangat penulis harapkan.

                                    Jombang,03 juli 2019

Penulis












DAFTAR ISI
Halaman Judul……………………………………………………………………..….
Kata Pengantar………………………………………………………………………...
Daftar Isi……………………………………………………………………………....
BAB I  : PENDAHULUAN…………………………………………………………...
1.1.     Latar Belakang……………………………………..…………………………........
1.2.     Tujuan Penelitian……………………………………..…………………………........
1.3. Manfaat Penelitian……………………………………..…………………………........
1.4.  Rumusan Masalah……………………………………..…………………………........
1.5.  Studi Literature……………………………………..…………………………........
BAB II  : METODE PENELITIAN… …………………………………………………….......
2.1 Metode Penelitian…………………...……………………………………………

BAB III : HASIL DAN PEMBAHASAN……………………………………………..
3.1  Desain dan Implementasi Sistem …………………………………………………………
3.2  menjelaskan mengenai prototipe perangkat keras maupun komponen yang terkoneksi ke IoT :………………
3.3  Komponen komponen yang digunakan dalam sistem dijelaskan sebagai berikut……..
3.5  Kesimpulan ……….…………………………………………………………
DAFTAR PUSTAKA…………………………………………………………………………………………………..


BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang

Lingkungan yang sehat sangat berpengaruh terhadap kesehatan fisik makhluk hidup. Faktor penting penunjang lingkungan yang sehat adalah kualitas udara yang memenuhi standar kesehatan. Udara mengandung oksigen yang dibutuhkan untuk hidup. Namun selain oksigen, terdapat zat lainnya dalam udara seperti karbon monoksida, karbon dioksida, formaldehid,  jamur, virus, bakteri, debu , gas mentana dan sebagainya. Oksigen di dalam maupun di luar ruangan dapat terkontaminasi dengan zat-zat yang berbahaya bagi kesehatan. Dalam batasan tertentu kadar zatzat tersebut masih dapat dinetralisir namun jika melampaui batas normal maka dapat mengganggu kesehatan. World Health Organization (WHO) menyatakan bahwa terdapat zat berbahaya yang berasal dari bangunan, material konstruksi, peralatan, proses pembakaran atau pemanasan dapat memicu masalah kesehatan .
  Peningkatan aktivitas manusia telah memicu masalah pencemaran udara, sehingga dibutuhkan solusi untuk dapat meminimalisir efek yang dapat mengganggu kesehatan. Walaupun pada saat tertentu manusia dapat menggunakan indera untuk memperkirakan jika udara di lingkungan sekitarnya berada pada level normal dan tidak tercemar ataupun sebaliknya, namun untuk melakukan pemantauan secara terus menerus, manusia dibatasi oleh ruang dan waktu. Untuk melakukan pemantauan secara real-time dan mendapatkan data mengenai kualitas udara dapat dilakukan dengan membangun suatu perangkat keras yang terhubung dengan sistem pemantauan kualitas udara.
  Penelitian ini merupakan pengembangan dari penelitian yang telah dilakukan sebelumnya , yang menghasilkan prototipe detektor kualitas udara dengan menggunakan sensor dan mikrokontroler. Prototipe tersebut dapat memberikan notifikasi melalui alarm mengenai kualitas udara di dalam ruangan yang terdeteksi oleh sensor. Pengembangan penelitian dilakukan dengan menambahkan fitur pemantauan data kualitas udara melalui platform Internet of Things (IoT). Data yang didapat dari sensor dikirimkan ke IoT platform, dan dapat dianalisa lebih lanjut untuk mendapatkan informasi mengenai kualitas udara di dalam ruangan.

  Terdapat penelitian yang relevan dan menjadi referensi penunjang dalam penelitian ini. Referensi, mengemukakan tentang kualitas udara dalam ruang perpustakaan yang dipengaruhi oleh debu, sedangkan referensi mengemukakan tentang kualitas udara pada ruang di lembaga pemasyarakatan. Dua penelitian tersebut hanya membahas tentang substansi yang dapat mempengaruhi kualitas udara di dalam ruangan yaitu debu, suhu, kelembaban, zat CO,  kuman dan jamur. Penelitan lain menyangkut prototipe detektor kualitas udara dalam referensi mengemukakan tentang sistem pemantauan kualitas udara secara daring yang menyajikan informasi kualitas udara di dalam maupun di luar ruangan melalui internet. Pada referensi juga mengemukakan mengenai sistem monitoring kualitas udara berbasis web yang menggunakan mikrokontroler ATMega 8535 dan sensor gas TGS 2600. Referensi membahas mengenai penggunaan sensor MQ-7 sebagai detektor asap rokok dengan fitur notifikasi melalui SMS. Referensi membahas tentang sistem pemantauan kualitas udara yang menggunakan ThingSpeak IoT. Referensi membahas tentang sistem keamanan rumah yang diimplementasikan dengan sensor PIR sebagai pendeteksi gerakan dan Wemos board mikrokontroler dilengkapi sistem notifikasi melalui platform IoT Blynk dan sistem monitoring. Dengan Thingspeak. Dari beberapa penelitian tersebut diatas, alat yang dirancang dilengkapi dengan fitur notifikasi maupun monitoring melalui SMS, website maupun lewat IoT.

Gas yang berasal dari TPA di antaranya adalah gas metana (CH4). Beragam pengembangan dan metode telah dilakukan untuk merancang instrumen yang dapat mengukur gas tersebut. Astika dan Zulfahmi  menggunakan teknologi sinar inframerah untuk mendeteksi gas metana di tambang batubara bawah tanah. Sensor TGS 2611 digunakan dalam untuk mengukur konsentrasi gas metana di lahan gambut dan TPA, sedangkan Alfanz dkk. mengimplementasikan sensor MQ4 untuk memantau metana dalam produksi biogas, selain kadar oksigen dan karbon dioksida (CO2). Instrumen pemantau dan pendeteksi gas metana tersebut di atas masih dioperasikan secara lokal di tempat pengukuran. Hasil pengukuran ditampilkan dalam LCD seperti dalam , di layar komputer seperti dalam atau disimpan dalam media penyimpan portabel SD/MMC seperti dalam untuk diambil dan diolah dengan komputer pada waktu tertentu. Pengukuran langsung di lokasi membutuhkan perilaku khusus dalam mengukur agar tidak membahayakan pengambil data dan tidak bisa dilakukan sepanjang waktu. Di sisi lain, beragam sistem pemantau lingkungan menggunakan media nirkabel telah dikembangkan untuk mengirimkan data pemantauan ke lokasi .Sistem dalam memantau parameter lingkungan, seperti konsentrasi  CO, NO2, kepadatan debu, kelembaban dan suhu serta mengirimkan datanya ke server secara nirkabel menggunakan modul nRF24L01.  Modul Xbee digunakan dalam untuk mengirimkan data dalam aplikasi rumah cerdas serta memantau dan mengendalikan ruang dari jarak jauh menggunakan protokol ZigBee, sedangkan dalam modul ESP8266 digunakan dalam aplikasi infus pasien untuk mengirimkan data nirkabel dengan Wi-Fi. Berbeda dengan yang mengembangkan pemantau TPA secara lokal, penelitian ini mengembangkan sistem pemantau konsentrasi gas metana dan karbon dioksida serta kelembaban dan suhu di TPA secara lokal dan jarak jauh menggunakan media nirkabel. Sistem menggunakan sensor MQ4 untuk.




                 
                1.2  Tujuan penelitian
a.       Membuat sebuah system Pemantauan kandungan gas didalam udara.
b.      Memanfaatkan teknologi IOT (Internet Of Things) yang mudah diakses oleh semua orang.

                 1.3 Manfaat Penelitian
                        Manfaat dari penelitian ini adalah sebagai memberikan informasi mengenai kandungan gas didalam udara.
                
                 1.4 Rumusan Masalah
dalam penelitian ini adalah bagaimana menggembangkan sistem notifikasi yang dapat menginformasikan mengenai kualitas udara pada suatu ruangan dan dapat merekam data kualitas udara melalui IoT. Penelitian ini bertujuan untuk membantu meningkatkan kesadaran mengenai pentingnya kualitas udara yang baik dan level kewaspadaan jika terjadi pencemaran yang disebabkan oleh gas maupun zat lainnya yang berbahaya bagi kesehatan manusia. Sistem yang dibangun dalam implementasinya diharapkan dapat bermanfaat untuk meningkatkan kesadaran mengenai pentingnya kualitas udara yang sehat dalam ruangan. Sistem ini dapat digunakan untuk bangunan dengan ruangan tertutup seperti di dalam rumah, ruangan sekolah, kantor, rumah sakit, hotel atau bangunan lainnya.

1.5 Studi Literatur

Pada studi Literatur ini Input yang di deteksi oleh sensor yaitu gas Ammonia (NH3), Nitrogen Oxcide (NOX), Alcohol, Benzena, Carbon Monoxide (CO), dan Carbon Dioxcide (CO2). Input yang terbaca dari sensor diproses di dalam mikrokontroler dan modul wifi yang terdapat pada Wemos board mengirimkan informasi ke internet. Thingspeak sebagai platform IoT merekam data dari sensor di channel yang telah ditentukan dan memberikan output berupa grafik.








                  BAB II
METODE PENELITIAN
Penelitian ini mengacu pada model prototipe dengan tahapan seperti :

Penelitian ini dimulai dengan proses komunikasi (comunication) untuk menentukan tujuan dan perencanaan cepat (quick plan) untuk mengidentifikasi kebutuhan dan pemodelan (modeling quick design) dari sistem yang dirancang. Tahap selanjutnya adalah konstruksi prototipe (construction of prototype) yang terkait dengan perakitan perangkat keras dan pemrograman. Setelah perangkat keras dan program selesai dibuat, maka tahap berikutnya adalah menyajikan sistem untuk dievaluasi (deployment delivery and feedback) oleh calon pengguna untuk mendapatkan masukan mengenai sistem yang dibuat dan untuk pengembangan selanjutnya.  

Variabel yang diamati adalah level kualitas udara dengan parameter zat-zat seperti Ammonia (NH3), Nitrogen Oxcide (NOX), Alcohol, Benzena, Carbon Monoxide (CO), dan Carbon Dioxcide (CO2) yang terkandung dalam udara di dalam ruangan. Sedangkan teknik pengumpulan data dilakukan dengan melakukan studi literatur, eksperimen, pengujian fungsionalitas alat, pengujian pengukuran nilai kualitas udara dan menyimpulkan hasil secara keseluruhan. 






















      BAB III
                  HASIL DAN PEMBAHASAN
            3.1 Desain dan Implementasi Sistem
Desain dan Implementasi Sistem  Gambar 2 menjelaskan blok diagram yang menunjukkan korelasi antara bagian di dalam sistem monitoring kualitas udara dan dijelaskan sebagai berikut :

1. Input yang di deteksi oleh sensor yaitu gas Ammonia (NH3), Nitrogen Oxcide (NOX), Alcohol, Benzena, Carbon Monoxide (CO), dan Carbon Dioxcide (CO2).
  2. Sensor kualitas udara jenis MQ135 adalah sensor yang digunakan dan terhubung dengan mikrokontroler Wemos board. 
3. Input yang terbaca dari sensor diproses di dalam mikrokontroler dan modul wifi yang terdapat pada Wemos board mengirimkan informasi ke internet.
 4. Thingspeak sebagai platform IoT merekam data dari sensor di channel yang telah ditentukan dan memberikan output berupa grafik.
 5. Blynk Apps memberikan notifikasi kepada user malalui smartphone jika kualitas udara mengalami peningkatan pada level yang signifikan.



3.2 menjelaskan mengenai prototipe perangkat keras maupun komponen yang terkoneksi ke IoT :

1.      Sensor kualitas udara MQ135 dalam kondisi aktif untuk mendeteksi gas untuk mendeteksi gas seperti Ammonia (NH3), Nitrogen Oxcide (NOX), Alcohol, Benzena, Carbon Monoxide (CO), dan Carbon Dioxcide (CO2) yang terkandung dalam udara;
2.      Sensor kualitas udara (MQ135) terhubung ke Wemos board. Hasil deteksi sensor dikirimkan ke Wemos board mikrokontroler dan diproses sesuai dengan program yang ada;
3.      Wemos board memiliki modul wifi, mengirimkan hasil deteksi ke cloud.
4.      Hasil deteksi sensor dikirimkan ke platform IoT. Blynk merupakan aplikasi yang berfungsi untuk memberikan notifikasi mengenai level kualitas udara yang terdeteksi oleh sensor.
5.      Thingspeak merupakan platform yang dapat menampilkan hasil deteksi sensor secara realtime dalam bentuk grafik;
6.      Data pada Blynk apps dan Thingspeak dapat diakses melalui smartphone dan komputer. Secara khusus Blynk apps dapat diaksses oleh user melalui smartphone. Informasi dari Blynk apps berisi push notification kepada user jika kualitas udara mengalami peningkatan ke level yang berbahaya. Sedangkan Thingspeak yang dapat diakses melalui komputer maupun smartphone, berfungsi sebagai sistem monitoring yang merekam nilai deteksi sensor. Melalui kedua platform tersebut, user dapat mengetahui perubahan kualitas udara yang terjadi secara real-time.
7.      User dapat menerima notifikasi mengenai level kualitas udara dari Blynk Apps yang telah terinstal pada smartphone dan mengetahui data monitoring kualitas udara, dengan mengakses thingspeak.com.


3.3  Komponen komponen yang digunakan dalam sistem dijelaskan sebagai berikut:

a.       Sensor kualitas udara (MQ135)  Sensor MQ135 [11] dapat mendeteksi zat atau gas berbahaya seperti Ammonia (NH3), Nitrogen Oxcide (NOX), Alcohol, Benzena, Carbon Monoxide (CO), dan Carbon Dioxcide (CO2).
b.      Wemos board mikrokontroler Mikrokontroler pada dasarnya adalah sebuah komputer chip tunggal (single chip). Komponen utama pada mikrokontroler yaitu memori (RAM/ROM), Central Processing Unit (CPU), jalur Input/Output (I/O), timer, dan interrupt controller. Mikrokontroler yang digunakan adalah Wemos board  yang mirip dengan Arduino Uno namun memiliki tambahan modul wifi built-in. Modul wifi tersebut akan mengirimkan hasil deteksi dari sensor ke  internet. Software yang digunakan untuk memprogram Wemos board adalah Arduino Integrated Development Environment (IDE), yang merupakan sarana bagi programmer untuk menulis program komputer yang berisi instruksi dalam bahasa C dan kemudian di upload ke board mikrokontroler.
c.       Internet of Things  Internet of Things mengacu pada objek-objek unik yang dapat diidentifikasi dan direpresentasikan secara virtual ke dalam struktur Internet. Tujuan dari IoT adalah untuk memungkinkan segala sesuatu terhubung kapan saja, di mana saja, dengan apa pun dan siapa pun yang idealnya menggunakan jalur/jaringan apa pun dan layanan apa pun. Dalam penelitian ini objek yaitu detector kualitas udara yang terhubung dengan dua platform IoT yaitu Thingspeak dan Blynk.
d.      Thingspeak adalah platform IoT yang dapat mengumpulkan dan menyimpan data pada cloud dan mengembangkan aplikasi IoT. Data dari sensor dapat dikirimkan ke Thingspeak dari Arduino, Raspberry Pi, BeagleBone Black, dan hardware lainnya.  Untuk dapat menggunakan platform Thingspeak, user perlu membuat akun dan menentukan channel pada akun tersebut. Platform Thingspeak akan memberikan API key yang kemudian diatur di dalam progam mikrokontoler, agar dapat melakukan fungsi pengiriman data dari sensor ke Thingspeak.
e.       Blynk adalah Platform aplikasi dengan IoS dan Android yang dapat mengontrol Arduino, Raspberry Pi dan sejenisnya melalui internet. Blynk didesain untuk IoT dan dapat mengontrol hardware secara remote, dapat menampilkan sensor data, menyimpan data, memvisualiasikan data. Blynk perlu di install dan di setting agar dapat memberikan notifikasi kepada user. Blynk terintegrasi dengan kode program pada mikrokontoler lewat Blynk id yang didapatkan ketika membuat akun di Blynk. Penggunaan aplikasi Blynk dalam peneltian ini adalah untuk menampilkan notifikasi melalui smartphone Android.

f.       Smartphone Smartphone digunakan untuk menampilkan notifikasi dari Blynk apps dan juga dapat digunakan untuk mengakses channel Thingspeak. User dapat menggunakan smartphone dengan sistem operasi IoS maupun Android. Prototipe dalam penelitian ini menggunakan Android smartphone sebagai media untuk melihat notifikasi yang dikirimkan kepada user.

                        3.4  Pengujian Sistem

Hasil pengujian fungsi dari sistem. Pengujian terkait dengan fungsionalitas setiap komponen sebagai bagian dari sistem. Pengujian dilakukan dengan memberikan gas di sekitar area sensor MQ135. Dalam pengujian ini, contoh gas yang digunakan yaitu cairan Alkohol yang dituangkan pada permukaan kain yang menghasilkan gas alkohol, dan didekatkan pada area sensor. Sensor mendeteksi konsentrasi gas dan program pada Wemos board, mencocokkan dengan level kualitas udara yang telah diatur pada program sesuai dengan nilai yang terbaca oleh sensor.

Tahap ini menunjukkan nilai analog yang terdeteksi oleh MQ135. Setiap titik adalah nilai yang terdeteksi secara real-time. Skenario pengujian dilakukan dengan mengaktifkan alat dan menempatkannya di dalam ruangan. Proses selanjutnya yaitu mengamati nilai yang ditampilkan di platform IoT Thingspeak. Nilai analog dari sensor yang terekam di Thingspeak diambil secara random pada periode waktu tertentu, sebagai sample data untuk mengetahui berapa rata-rata nilai analog yang terekam oleh sensor. Berdasarkan log data hasil pengujian dari Thingspeak dengan waktu pemantauan 20 menit, didapati bahwa nilai analog sensor berkisar pada 356 hingga 531. Rata-rata nilai analog sensor, dapat dihitung dengan menjumlahkan semua nilai analog dibagi dengan jumlah data. Dari pengujian ini, total penjumlahan nilai analog adalah 11254 dengan jumlah data 23. Sehingga didapatkan nilai analog rata-rata adalah 489,3.

Program di mikrokontoler diatur pada tiga level deteksi kualitas udara yaitu level normal air, medium polluted dan highly polluted. Level normal air berada pada nilai analog kurang dari 400. Level medium polluted berada pada kisaran nilai 400 hingga 800. Sedangkan level highly polluted pada kisaran nilai analog diatas 800 hingga 1023. Dari sample hasil perhitungan yang dibahas sebelumnya, rata-rata nilai analog adalah 489,3. Hasil tersebut mengindikasikan bahwa level kualitas udara pada waktu pengujian tersebut dilakukan, berada pada level medium polluted sehingga terdapat notifikasi yang dikirimkan ke smartphone user melalui Blynk apps. 

Tahap itu menujukkan push notification Blynk apps yang diterima oleh smartphone. Pesan berupa peringatan bahwa level kualitas udara yang terdeteksi oleh sensor berada pada level medium dengan jangkauan nilai analog 400 hingga 800. Nilai analog yang dapat dibaca oleh sensor berada pada 0 hingga 1023 yang kemudian direpresentasikan oleh sensor ke dalam nilai tegangan 0 hingga 5 Volt.  Pembacaan nilai oleh sensor dalam penelitian ini menggunakan  nilai analog yang dibagai pada tiga level deteksi kualitas udara.

3.5. KESIMPULAN
Dari hasil penelitian yang dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut:
1.      prototipe alat detektor kualitas udara dibangun dengan menggunakan mikrokontroler Wemos board, sensor kualitas udara MQ135 dan terhubung dengan platform IoT Blynk dan Thingspeak,  
2.      Blynk apps terhubung dengan Wemos dan MQ135 melalui internet dan dapat mengirimkan push notification ke smartphone user mengenai level kualitas udara dalam ruangan yang terdeteksi,
3.      Thingspeak dapat melakukan fungsi monitoring dan menampilkan grafik mengenai kualitas udara yang terdeteksi oleh sensor MQ135 secara real-time,
4.      berdasarkan scenario pengujian yang dilakukan dengan menempatkan alat detektor kualitas udara di dalam sebuah ruangan selama 20 menit, didapati bahwa rata-rata level kualitas udara dalam ruangan tersebut menunjukan nilai analog 489,3 dimana ruangan tersebut terindikasi memiliki polusi udara tingkat menengah,
5.      sistem monitoring dan notifikasi kualitas udara dapat berfungsi sesuai dengan tujuan, dan berpotensi digunakan pada ruangan yang membutuhkan pemantauan kualitas udara untuk dapat meningkatkan kesadaran tentang pentingnya kualitas udara yang sehat.





















DAFTAR PUSTAKA

 [1] T. Sukrorini, "Kajian Dampak Timbunan Sampah terhadap Lingkungan di Tempat Pembuangan Akhir (TPA) Putri Cempo Surakarta," Tesis, Universitas Sebelas Maret, Surakarta, 2014.
 [2] S. Sabella, "Risiko Gangguan Kesehatan pada Masyarakat di Sekitar Tempat Pembuangan Akhir (TPA) Sampah Tanjungrejo Kabupaten Kudus," Skripsi, Universitas Negeri Semarang, Semarang, Maret 2014.
[3] L. Fitria, R.A Wulandari, E. Hermawati, dan D. Susanna., “Kualitas Udara Dalam Ruang Perpustakaan Universitas X Ditinjau Dari Kualitas Biologi, Fisik, dan Kimiawi”., Journal Makara, Kesehatan Vol. 12 NO.2 Desember 2008, pp 76-82. [Online]. Available: https://bit.ly/2sSMLGP.
[4] C.S. Candrasari dan J. Mukono, “Hubungan Kualitas Udara Dalam Ruang Dengan Keluhan Penghuni Lembaga Pemasyarakatan Kelas IIA Kebupaten Sidoarjo”. Jurnal Kesehatan Lingkungan Vol. 7 No. 1 Juli 2013: 21-25. [Online]. Available: https://bit.ly/2LMyW3A
[5] A.S. Suparman dan S.Yazid, “Purwarupa Sistem Pemantauan Kualitas Udara Secara Daring”., Program Studi Teknik Informatika, Fakultas Teknik, Universitas Widyatama, Open Journal System, Vol 1 No. 3 2014. [Online]. Available: https://bit.ly/2l2H3h4
 [6] Y. Fikri, Sumardi, dan B. Setiyono., “Sistem Monitoring Kualitas Udara Berbasis Mikrokontroler ATMega 8535 dengan Komunikasi Protokol TCP/IP”. Jurnal Transient, Vol.2, No.3, September 2013. ISSN:2302-9927, pp. 644. [Online]. Available: https://bit.ly/2MlWNIv
[7] A.S.R Sujatmoko, J. Waworundeng, dan A.K Wahyudi., “Rancang Bangun Detektor Asap Rokok menggunakan SMS Gateway untuk Asrama Crystal di Universitas Klabat”, Proceeding KNS&I 2015, Bali pp. 460-465. [Online]. Available: https://bit.ly/2MpnmN4.
[8] K. K Khedo and V. Chikhooreeah., “Low-Cost Energy-Efficient Air Quality Monitoring System Using Wireless Sensor Network”, Creative Commons Attribution 3.0 License, 2017. [Online]. Available: https://bit.ly/2HI235O. [

Tidak ada komentar:

Posting Komentar