sistem pemantauan tingkat karbon monoksida
advertisement
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
TUGAS AKHIR
SISTEM PEMANTAUAN TINGKAT KARBON
MONOKSIDA PADA SUATU RUANGAN TERTUTUP
MENGGUNAKAN ESP8266
Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat
Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
Program Studi Teknik Elektro
Disusun oleh
DOMINICO ARGO WIKAN ADHI SASONO
135114028
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
2017
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
FINAL PROJECT
MONITORING SYSTEM OF CARBON MONOXIDE
LEVEL ON A CLOSED ROOM USING ESP8266
Presented As Partial Fulfillment Of The Requirements
For The Sarjana Teknik Degree
In Electrical Engineering Study Program
DOMINICO ARGO WIKAN ADHI SASONO
135114028
ELECTRICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM
ELECTRICAL ENGINEERING DEPARTMENT
FACULTY OF SAINS AND TECHNOLOGY
SANATA DHARMA UNIVERSITY
YOGYAKARTA
2017
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
HALAMAN PERSEMBAHAN DAN MOTTO HIDUP
“Cast all your anxiety on Him
because He cares for you”
1 Peter 5 : 7
Skripsi ini kupersembahkan untuk......
Tuhan Yesus yang selalu memberi campur tangan hebat dalam hidupku
Bunda Maria dan Santo Santa yang selalu mendoakanku
Papa, Mama, Mas dan Adik tersayang
Kawan-kawan seperjuanganku Elektro 2013
vi
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
INTISARI
Sifat gas Karbon Monoksida (CO) yang tidak berbau, tidak berwarna, tidak berasa
dan sangat beracun, menjadikan gas ini sebagai ancaman bagi kesehatan manusia yang
tidak sengaja menghirupnya. Tentunya gas tersebut akan lebih membahayakan manusia
yang sedang berada dalam sebuah ruangan tertutup yang minim sirkulasi udara dan tidak
mengetahui berapa kadar CO di ruangan tersebut. Penelitian ini bertujuan membuat sistem
pemantau CO, sehingga dapat digunakan untuk mengetahui kadar CO dalam sebuah
ruangan tertutup sebelum memasukinya. Penambahan teknologi WiFi membuat
pengiriman data dapat dilakukan secara nirkabel dan mempermudah pengguna alat untuk
mendapatkan hasil pemantauan gas CO.
Penelitian ini menggunakan modul NodeMCU dengan bahasa pemrograman Arduino
IDE. Nilai pendeteksian MQ-7 diolah ke dalam satuan ppm (part per million) dan dibuat
ke bentuk dokumen web HTML. Modul NodeMCU yang dilengkapi ESP8266 berperan
sebagai server dengan jaringan WiFi. Server berkomunikasi secara nirkabel dengan client
melalui perantara access point. Dokumen web yang berhasil diterima client akan
ditampilkan di web browser client.
Sensor MQ-7 mendeteksi dengan baik naik turunnya kadar Karbon Monoksida.
Access point bertugas sebagai gerbang dari server sekaligus pemancar sinyal. Jika Client
sudah dapat terhubung dengan access point, maka client baru dapat mengirim permintaan
dokumen web kepada server dan server dapat memberi respon yang sesuai. Untuk
mendapatkan pengiriman data yang berhasil hingga client dapat menerima dokumen web,
kekuatan sinyal yang dibutuhkan client dari access point harus di atas -81 dBm. Secara
keseluruhan sistem sudah mampu bekerja sesuai dengan perencanaan umum.
Kata kunci : WiFi, ESP8266, Karbon Monoksida, komunikasi nirkabel.
viii
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
ABSTRACT
Carbon Monoxide (CO) characteristics are odorless, colourless, tasteless but very
poisoning, those make it as threat to human health while inhaled accidentally. Surely the
gas will be more dangerous effect to human when on a closed room that has minimum air
circulation and the CO levels in that room is unknown. The goal of this research is made
CO monitoring system that can be use to inform how CO level when on a closed room
before enter into there. Adding WiFi technology, make the process of sending data can do
wireless and user will get the result of CO monitoring easily.
Using NodeMCU modul with Arduino IDE programming language, the detection
value of MQ-7 sensor will be processed and converted into ppm (part per million) unit and
that result is constructed into HTML web document. NodeMCU modul that is equipped
with ESP8266 also used as WiFi network server. Wireless communication of server and
client must be get through on access point mediation. Web document which success to
received on client will be shown from web browser.
MQ-7 sensor has showing well detection about up and down of Carbon Monoxide
level. Access point becomes the gate of the server and transmitter all at once. If client has
been connected with it, client can send the request of the web document to server and
server will be send the reponse. To get a successful of communication and data transmition
that makes client can receive the web document, client must be get signal strength from
access point over -81 dBm. From all of the system, it works already and appropriately with
the general plan.
Kata kunci : WiFi, ESP8266, Carbon Monoxide, wireless communication.
ix
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
KATA PENGANTAR
Puji syukur dan terima kasih penulis haturkan kepada Tuhan Yesus atas berkat,
bimbingan dan penyertaan kepada penulis sehingga dapat menyelesaikan laporan tugas
akhir ini. Laporan tugas akhir ini disusun untuk memenuhi syarat memperoleh gelar
sarjana teknik.
Tugas akhir ini dapat diselesaikan dengan baik atas bantuan, gagasan, dan dukungan
dari berbagai pihak. Oleh karena itu, penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada :
1. Sudi Mungkasi, S.Si., M. Math.Sc., Ph.D, selaku Dekan Fakultas Sains dan
Teknologi Universitas Sanata Dharma.
2. Petrus Setyo Prabowo, S.T., M.T., selaku Ketua Program Studi Teknik Elektro
Universitas Sanata Dharma.
3. Djoko Untoro Suwarno, S.Si., M.T., selaku Dosen Pembimbing tugas akhir yang
dengan kebaikan, kesabaran dan pengertiannya untuk membimbing dalam
pengerjaan tugas akhir ini.
4. Ir. Theresia Prima Ari Setiyani, M.T. dan Damar Widjaja, Ph.D., selaku dosen
penguji yang telah memberikan bimbingan, saran dan masukan serta kritik yang
membangun tugas akhir ini.
5. Seluruh dosen yang telah mengajarkan banyak ilmu yang bermanfaat selama
menempuh pendidikan di Universitas Sanata Dharma.
6. Papa, Mama, Mas Wikan, Dek Ara dan saudara-saudara yang telah memberikan
doa, dukungan, kasih sayang dan motivasi selama menempuh pendidikan di
Universitas Sanata Dharma.
7. Staff sekretariat dan laboran Teknik Elektro yang telah memberikan bantuan dan
pelayanan yang mendukung dalam kelancaran penyelesaian tugas akhir ini.
8. Kawan-kawan Teknik Elektro 2013 dan kawan-kawan seperjuangan kontrakan
Bapak Mardiyono yang telah membantu, menemani, dan memberikan semangat
selama menempuh pendidikan di Universitas Sanata Dharma.
9. Semua pihak yang tidak bisa disebutkan satu persatu yang telah banyak
mendukung dan memberikan banyak bantuan dalam menyelesaikan tugas akhir
ini.
x
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ...................................................................................................
i
HALAMAN JUDUL (BAHASA INGGRIS) ............................................................
ii
HALAMAN PERSETUJUAN ...................................................................................
iii
HALAMAN PENGESAHAN ....................................................................................
iv
PERNYATAAN KEASLIAN KARYA.....................................................................
v
HALAMAN PERSEMBAHAN DAN MOTTO HIDUP .........................................
vi
LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH
UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS ..................................................................
vii
INTISARI ....................................................................................................................
viii
ABSTRACT ................................................................................................................
ix
KATA PENGANTAR ................................................................................................
x
DAFTAR ISI ...............................................................................................................
xii
DAFTAR GAMBAR ..................................................................................................
xv
DAFTAR TABEL .......................................................................................................
xvii
BAB I PENDAHULUAN ...........................................................................................
1
1.1. Latar Belakang.......................................................................................................
1
1.2. Tujuan dan Manfaat ...............................................................................................
2
1.3. Batasan Masalah ....................................................................................................
3
1.4. Metodologi Penelitian ...........................................................................................
3
BAB II DASAR TEORI .............................................................................................
5
2.1. Path Loss ...............................................................................................................
5
2.2. Karbon Monoksida ................................................................................................
5
2.3. Modul Sensor Gas MQ-7.......................................................................................
7
2.4. ESP8266 ................................................................................................................
11
2.4.1. ESP-12E NodeMCU Devkit v1.0 ................................................................
11
2.4.2. Analog to Digital Converter 10-bit (ADC 10-bit).......................................
14
2.5. Arduino IDE ..........................................................................................................
16
2.6. Komunikasi Nirkabel.............................................................................................
16
xii
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
2.6.1. Hyper Text Markup Language (HTML) .....................................................
17
2.6.2. Sistem Web ..................................................................................................
17
2.6.3. TCP/IP .........................................................................................................
18
2.6.4. Web Browser ...............................................................................................
21
BAB III RANCANGAN PENELITIAN ...................................................................
22
3.1. Perancangan Perangkat Keras Elektronika ............................................................
22
3.2. Perancangan Software dan Diagram Alir ..............................................................
24
3.2.1. Alur Pembuatan Program ............................................................................
25
3.2.2. Subrutin Pengambilan Data Sensor Gas ......................................................
25
3.2.3. Alur Membangun Koneksi, Meminta Data dan Pengiriman Data ..............
26
3.2.4. Rancangan User Interface ...........................................................................
27
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ....................................................................
28
4.1. Bentuk Fisik Alat ...................................................................................................
28
4.2. Pengujian Pengiriman Data ...................................................................................
29
4.2.1. Pengujian Pengiriman Berdasarkan Jarak dan Kekuatan Sinyal .................
34
4.3. Program dan Pengujian Sensor Gas Karbon Monoksida.......................................
38
4.3.1. Program Deteksi Karbon Monoksida ..........................................................
38
4.3.2. Pengujian dan Pengambilan Data Nilai Pendeteksian Sensor Gas
dan Analisis .................................................................................................
40
4.3.2.1. Kondisi Wadah Tertutup Dengan Diisi Polusi................................
41
4.3.2.2. Penutup Wadah Percobaan Sebelumnya Dibuka ............................
43
4.3.2.3. Percobaan Penambahan Polusi Secara Berkala ..............................
43
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN .....................................................................
45
5.1. Kesimpulan ............................................................................................................
45
5.2. Saran ......................................................................................................................
45
DAFTAR PUSTAKA .................................................................................................
46
xiii
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
LAMPIRAN
Lampiran Listing Program Pengujian Sensor.........................................................
L1
A. Mencari Nilai RO .............................................................................................
L1
B. Program Pendeteksi CO ....................................................................................
L2
Lampiran Data Hasil Pengujian Sensor ...................................................................
L4
A. Saat Didalam Wadah Tertutup .........................................................................
L4
B. Saat Tutup Wadah Tertutup Dibuka .................................................................
L5
Lampiran Listing Program Pengiriman Server ......................................................
L6
xiv
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Modul Sensor Gas MQ-7 .........................................................................
7
Gambar 2.2. Bentuk sinyal output MQ-7 .....................................................................
7
Gambar 2.3. Grafik karakteristik sensitivitas MQ-7 terhadap beberapa gas. ...............
8
Gambar 2.4. Grafik dengan regresi trendline untuk memperoleh persamaan ..............
10
Gambar 2.5. Penulisan program untuk implementasi persamaan 2.5 pada
pemrograman Arduino ............................................................................
10
Gambar 2.6. Skematik pin pada ESP-12E ....................................................................
12
Gambar 2.7. Definisi pin ESP-12E NodeMCU Devkit v1.0 ........................................
13
Gambar 2.8. Letak pin ADC pada NodeMCU Devkit v1.0 .........................................
14
Gambar 2.9. Diagram dasar ADC ................................................................................
15
Gambar 2.10. Alur komunikasi dalam sistem web.......................................................
18
Gambar 2.11. Layer TCP/IP .........................................................................................
19
Gambar 2.12. Pergerakan data dalam Layer TCP/IP....................................................
19
Gambar 3.1. Konsep dasar dalam diagram sistem........................................................
22
Gambar 3.2. Rangkaian pembagi tegangan ..................................................................
23
Gambar 3.3. Keseluruhan rangkaian elektronika .........................................................
24
Gambar 3.4. Diagram alir utama ..................................................................................
25
Gambar 3.5. Diagram alir subrutin pengambilan data sensor gas ................................
25
Gambar 3.6. Diagram alir proses komunikasi user untuk mendapat informasi ...........
26
Gambar 3.7. Rancangan dasar tampilan web ...............................................................
27
Gambar 4.1. Bentuk fisik alat .......................................................................................
28
Gambar 4.2. Skematik rangkaian akhir dari alat yang dibuat ......................................
29
Gambar 4.3. Komponen-komponen yang digunakan dalam proses pengiriman data ..
30
Gambar 4.4. Skematik diagram dalam proses pengiriman data ...................................
31
Gambar 4.5. Tampilan serial monitor Arduino IDE saat modul NodeMCU telah
terhubung dengan access point dan server telah siap berkomunikasi .....
31
Gambar 4.6. Tampilan serial monitor Arduino IDE proses komunikasi client dan
server .......................................................................................................
32
Gambar 4.7. Dokumen yang diterima client tertampil pada web browser ...................
33
Gambar 4.8. Tampilan Web Browser saat terjadinya kegagalan dikarenakan
xv
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
kesalahan penulisan alamat URL ............................................................
33
Gambar 4.9. Tampilan dalam aplikasi WiFi Analyzer .................................................
34
Gambar 4.10. Tingkat keberhasilan pengiriman data berdasarkan jarak .....................
36
Gambar 4.11. Grafik perbedaan kekuatan sinyal terukur dengan perhitungan ............
37
Gambar 4.12. Program untuk mencari nilai RO ...........................................................
39
Gambar 4.13. Program untuk pengambilan data pendeteksian sensor MQ-7 ..............
40
Gambar 4.14. Konfigurasi pengujian sensor MQ-7 dalam wadah tertutup ..................
41
Gambar 4.15. Grafik memperlihatkan pendeteksian sensor di wadah tertutup
berisi polusi ...........................................................................................
42
Gambar 4.16. Grafik memperlihatkan pendeteksian sensor saat gas CO keluar
dari wadah .............................................................................................
43
Gambar 4.17. Grafik memperlihatkan pendeteksian sensor saat diberi polusi
secara berkala ........................................................................................
xvi
44
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1. Efek Karbon Monoksida terhadap kesehatan manusia ................................
6
Tabel 2.2. Data hasil penelitian untuk mencari Nilai RS .............................................
9
Tabel 2.3. Deskripsi fungsi pin pada ESP-12E ............................................................
12
Tabel 3.1.Tabel lama paparan gas CO yang disarankan...............................................
27
Tabel 4.1. Data hasil pengujian pengiriman data .........................................................
35
Tabel 4.2. Data perbandingan kekuatan sinyal terukur dengan perhitungan................
37
xvii
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Indonesia menjadi salah satu negara dengan tingkat pencemaran udara yang tinggi.
Asap kendaraan bermotor berperan besar sebagai sumber polusi udara terbesar. Hal ini
diakibatkan oleh peningkatan kepemilikan kendaraan bermotor yang bertambah banyak
tiap tahunnya. Selain itu, polusi udara juga dihasilkan oleh industri dan sisanya berasal dari
kegiatan rumah tangga, pembakaran sampah, kebakaran hutan atau ladang dan lain-lain.
Beberapa macam polutan udara yang juga sering disebut polutan primer yang
dihasilkan dari emisi gas buang yang buruk antara lain, Karbon Monoksida (CO),
Hidrokarbon (HC), NOx, SOx dan Timbal (Pb). Di antara polutan-polutan udara yang
berbahaya tersebut, salah satunya memiliki jumlah yang sangat dominan yaitu Karbon
Monoksida, gas yang dihasilkan dari proses pembakaran yang tidak sempurna. Dengan
karakter Karbon Monoksida yang tidak berwarna, tidak berbau, tidak berasa, mudah
terbakar dan tidak mengiritasi membuat kehadirannya sering tak disadari oleh manusia.
Ditambah efeknya yang beracun dan mematikan, Karbon Monoksida juga dikenal sebagai
“silent killer” [1].
Telah terjadi beberapa kasus keracunan yang diakibatkan oleh terhirupnya Karbon
Monoksida ke dalam tubuh dengan jumlah banyak. Keracunan Karbon Monoksida
menimbulkan gejala gangguan pada fungsi sel darah merah. Pada kasus yang ringan, gejala
yang muncul hanya sakit kepala dan mual. Tetapi jika konsentrasi Karbon Monoksida
dalam suatu ruangan cukup tinggi mencapai 2000 ppm dan sirkulasi udara dalam ruangan
tersebut tidak berjalan dengan baik, maka orang yang berada di dalamnya dapat meninggal
dalam waktu 1 sampai 2 jam. Seperti kasus kematian di dalam mobil, hal ini disebabkan
terjadinya kebocoran yang memungkinkan emisi gas pembuangan tak sengaja masuk ke
dalam ruang mobil. Dan sesuai sifat Karbon Monoksida yang telah disebutkan,
kehadirannya tidak sadari oleh orang di dalam mobil dan perlahan-lahan terhirup dan
secara terakumulasi meracuni bertahap hingga tewas karena tidak adanya sirkulasi udara
dalam ruangan tertutup. Bahaya keracunan Karbon Monoksida juga dapat terjadi ketika
memanaskan kendaraan bermotor di dalam garasi yang tertutup rapat. Untuk mencegah
1
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
2
terjadinya keracunan, maka semua pintu dan jendela garasi sebaiknya dibuka supaya
terjadi sirkulasi udara apabila mesin mobil sedang dihidupkan [2].
Melihat permasalahan tersebut, penulis tertarik untuk membuat penelitian untuk
menghasilkan sistem pemantauan tingkat Karbon Monoksida pada suatu ruangan tertutup.
Penelitian sebelumnya dengan judul “Purwarupa Pendeteksi Karbon Monoksida dalam
Ruang Kendaraan Roda Empat Berpendingin AC ( Air Conditioner ) Berbasis DFR duino
Uno R3” yang dilakukan oleh Khoiri Nurrahmani [3], sensor Karbon Monoksida yang
digunakan yaitu TGS 2442, mikrokontroler menggunakan DFR duino, LCD sebagai
penampil dengan penambahan buzzer sebagai keluaran suara dan rangkaian H-Bridge
sebagai penggerak motor DC. Cara kerja alat ini yaitu apabila terpapar Karbon Monoksida
sampai dengan diatas 100 ppm, maka kaca jendela akan terbuka dan menyalakan buzzer
sebagai peringatan.
Pada penelitian ini, penulis merancang pemantau tingkat Karbon Monoksida
menggunakan komunikasi nirkabel dengan pengiriman data informasinya menggunakan
modul ESP8266 yang berperan sebagai server. Sensor Karbon Monoksida yang digunakan
yaitu tipe MQ-7. Menggunakan unit mikrokontrol yang terdapat pada ESP-12E. ESP-12E
merupakan salah satu seri dari ESP8266. Komunikasi nirkabel akan membuat pengaksesan
data informasi lebih praktis. Untuk mengambil data dari server, perangkat keras yang
memiliki fitur WiFi harus terhubung dengan jaringan WiFi dari modul ESP8266. Pada
masa ini, perangkat keras yang memiliki fitur WiFi seperti smartphone telah digunakan
oleh sebagian besar masyarakat modern.
1.2. Tujuan dan Manfaat
Tujuan penelitian ini adalah menghasilkan sistem pemantauan tingkat Karbon
Monoksida pada suatu ruangan tertutup dan informasinya dapat diambil melalui
komunikasi nirkabel.
Beberapa manfaat dari penelitian ini, yaitu:
a. Memberi informasi tingkat Karbon Monoksida di sebuah ruangan tertutup yang
hendak dimasuki.
b. Mencegah terjadinya keracunan Karbon Monoksida pada ruangan tertutup.
c. Meningkatkan kepedulian kepada masyarakat terhadap bahaya Karbon
Monoksida bagi tubuh manusia.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
3
1.3. Batasan Masalah
Batasan masalah dari penelitian ini adalah:
a. Menggunakan sebuah sensor gas tipe MQ-7 sebagai pendeteksi Karbon
Monoksida.
b. Pengondisi sinyal sebagai penyesuai keluaran analog sensor ke mikrokontroler.
c. Menggunakan unit mikrokontrol yang terdapat pada ESP-12E.
d. Pengiriman informasi hasil pemantauan menggunakan komunikasi nirkabel
dengan fitur WiFi pada modul ESP8266, sekaligus menjadikan ESP8266 sebagai
server.
e. Informasi yang disediakan oleh server adalah pantauan tingkat Karbon
Monoksida.
f. Untuk dapat mengambil informasi dari dan terhubung dengan server, user harus
menggunakan perangkat lain yang memiliki fitur WiFi.
g. Dengan menggunakan web browser akan ditampilkan web page sebagai interface
pemantauan yang telah didesain menggunakan pemrograman HTML.
1.4. Metodologi Penelitian
Dalam penyelesaian tugas akhir ini, digunakan beberapa metode penelitian sebagai
berikut:
a. Studi pustaka
Pengumpulan informasi dari berbagai literatur baik berupa buku, jurnal, skripsi
dan artikel-artikel di internet yang berkaitan dengan proses komunikasi nirkabel
menggunakan modul ESP8266 beserta komponen-komponen dan perangkatperangkat yang mendukung dalam pengerjaan tugas akhir ini.
b. Perancangan perangkat keras dan perangkat lunak
Bagian ini menjadi tahap dilakukannya perancangan perangkat keras dan
perangkat lunak yang mendukung tugas akhir dan sesuai harapan tugas akhir
penulis.
c. Pengujian alat dan pengambilan data
Pada tahap ini dilakukanlah pengujian sistem keseluruhan dan pengambilan data
untuk mendapatkan kesesuaian dari masukan dan keluaran yang diharapkan. Dari
hasil pengujian alat dan data-data yang diperoleh akan menunjukkan tingkat
keberhasilan rancangan.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
4
d. Analisis data dan kesimpulan
Data yang diperoleh akan dianalisis untuk melihat seberapa besar apabila adanya
kesalahan dari keseluruhan sistem. Hasil analisis akan membantu dalam
mengambil kesimpulan terhadap penelitian yang telah dilakukan. Analisis dan
kesimpulan menjadi pedoman dalam menentukan tingkat keberhasilan dari tugas
akhir.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
BAB II
DASAR TEORI
2.1. Path Loss
Metode Path Loss (PL) digunakan untuk mengukur loss dari jalur antara transmitter
dan receiver yang disebabkan oleh cuaca, kontur tanah dan lain-lain. Loss tersebut
menyebabkan kekuatan sinyal yang diterima receiver menurun. Untuk menghitung Path
Loss digunakan rumus [4]:
PL = 15 + 30 . log(d)
(2.1)
d = jarak receiver dari transmitter.
Setelah Path Loss diketahui, kekuatan sinyal yang diterima oleh receiver dapat
dihitung dengan rumus :
P R = P T – PL
(2.2)
P T = kekuatan sinyal yang diterima receiver dengan jarak terdekat dari transmitter.
2.2. Karbon Monoksida
Karbon monoksida (CO) merupakan gas yang dihasilkan dari proses pembakaran
material yang berbahan dasar karbon seperti kayu, batu bara, bahan bakar minyak dan zatzat organik lainnya yang tidak sempurna [5]. CO juga dapat berasal dari sumber alami
seperti aktivitas gunung berapi dan kebakaran semak. CO memiliki ciri-ciri tidak
berwarna, tidak berbau, tidak berasa, mudah terbakar, tidak mengiritasi namun sangat
beracun. Dari sifat-sifat tersebut karbon monoksida dikenal sebagai “silent killer”.
Dalam tubuh manusia, sel darah merah mempunyai ikatan yang lebih kuat terhadap
karbon monoksida daripada oksigen. Ini disebabkan karbon monoksida memiliki daya ikat
250 kali lebih cepat dari oksigen. Apabila terhirup, karbon monoksida akan bersenyawa
5
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
6
dengan Hemoglobin (Hb) dalam darah dan akan terbentuk Karboksi Hemoglobin (COHb)
sehingga dapat menghambat asupan oksigen ke aliran darah [5].
Tabel 2.1. Efek karbon monoksida terhadap kesehatan manusia [6].
Konsentrasi CO (ppm)
Lama Paparan
(Jam)
Dapat Diterima
Timbul Gejala
Mematikan
0,5
600
1000
2000
1
200
600
1600
2
100
300
1000
4
50
150
400
6
25
120
200
8
25
100
150
Tingkat konsentrasi CO diukur dengan menggunakan sistem satuan yaitu parts per
million (ppm). Nilai 1 ppm setara dengan 1,145 mg/m3. PPM didefinisikan sebagai massa
komponen dalam larutan dibagi total massa larutan dan dikalikan 106 (satu juta) [7].
Tingkat konsentrasi CO di suatu area yang cukup tinggi akan membahayakan kesehatan
manusia, bahkan dapat menyebabkan kematian. Tingkat dari bahaya tersebut tergantung
dari lamanya manusia terpapar gas CO. Gejala-gejala yang ditimbulkan dari paparan gas
CO adalah sakit kepala ringan, lemas, mual dan pusing. Paparan gas CO yang dianjurkan
oleh OSHA adalah apabila beraktivitas ruangan selama 8 jam tingkat konsentrasi maksimal
gas CO-nya adalah 35 ppm [6]. OSHA (Occupational Safety and Health Administration)
merupakan bagian dari Departemen Tenaga Kerja Amerika Serikat yang dibentuk di
bawah Undang-Undang Keselamatan dan Kesehatan, dengan misi adalah untuk mencegah
cedera yang berhubungan dengan pekerjaan, penyakit, dan kematian dengan menerbitkan
dan menegakkan peraturan (standar) untuk kesehatan dan keselamatan kerja [8].
“Bila terjadi keracunan karbon monoksida, maka untuk pertolongan pertama adalah
menjauhkan korban dari sumber karbon monoksida dan memberikan oksigen murni.
Korban harus diistirahatkan dan diusahakan tenang. Meningkatnya gerakan otot
menyebabkan meningkatnya kebutuhan oksigen, sehingga persediaan oksigen untuk otak
dapat berkurang” (Dra. Yuniar Marpaung) [5].
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
7
2.3. Modul Sensor Gas MQ-7
Sensor Gas MQ-7 merupakan satu dari berbagai jenis sensor gas yang ada di pasaran.
Sensor gas dapat di golongkan dari cara pengerjaannya (semikonduktor, oksidasi, katalis,
infrared, dan lain sebagainya) dan sensor gas MQ-7 merupakan golongan semikonduktor.
MQ-7 memiliki sensitivitas yang tinggi terhadap Karbon Monoksida dan biasanya sensor
ini digunakan dengan tujuan sistem keselamatan. Pada penelitian ini, sensor gas MQ-7
yang digunakan sudah terangkai dalam suatu modul. Modul sensor ini memiliki dua output
yaitu analog dan digital. Tegangan sirkuit sensor ini adalah 5V dan dapat bekerja pada
suhu -25 sampai 50°C [9].
Gambar 2.1. Modul Sensor Gas MQ-7.
Pada Gambar 2.2, ditampilkan bentuk sinyal dari percobaan saat MQ-7 diberikan
masukan tegangan secara bergantian dengan heating voltage (high) 5V selama 60 detik dan
heating voltage (low) 1,4V selama 90 detik. Dari percobaan tersebut, sinyal yang
dihasilkan menggambarkan respon sensor terhadap tegangan. Naik dan turun sinyalnya
juga terlihat memiliki karakter [9].
Gambar 2.2.Bentuk sinyal output MQ-7.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
8
Gambar 2.3. Grafik karakteristik sensitivitas MQ-7 terhadap beberapa gas.
Gambar 2.3 memperlihatkan bagaimana hubungan nilai Rs/Ro terhadap nilai ppm.
RS dan RO merupakan dua hambatan yang terdapat di dalam sensor MQ-7. RO bernilai
tetap dan RS nilainya variabel dipengaruhi oleh pendeteksian gas. Nilai RS semakin kecil
seiring dengan semakin tingginya kadar gas yang terdeteksi. Saat Karbon Monoksida
terdeteksi 100 ppm, rasio RS/RO adalah 1, sehingga nilai hambatan keduanya dipastikan
sama saat 100 ppm. Informasi tersebut digunakan sebagai dasar untuk melakukan
penelitian mencari nilai RO oleh Fathur Miftahudin, karena nilai RO secara definitif tidak
dijelaskan pada datasheet sensor MQ-7 [10]. Penelitian tersebut dilakukan dengan
menggunakan bantuan alat ukur konsentrasi gas karbon monoksida “Krisbow KD09-224
Carbon Monoxide Meter” yang berfungsi sebagai kalibrator. Dalam pengujian tersebut
rentang pengukuran disesuaikan dengan kebutuhan, yakni 20 – 200 ppm CO. Penelitian
tersebut dilakukan di laboratorium Balai HIPERKES dan K3 Yogyakarta.
Nilai konsentrasi gas karbon monoksida dalam satuan ppm dapat diketahui dengan
cara mengambil beberapa data nilai RS dan kemudian dicari model matematisnya dengan
persamaan garis terhadap setiap perubahan konsentrasi gas CO. Nilai pembacaan RS yang
dibaca oleh mikrokontroler dalam bentuk ADC kemudian diolah untuk mendapatkan nilai
dari Vout, Rs dan Rs/Ro. Untuk mencari Vout dan RS digunakan persamaan [10]:
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
9
Vout = (RL/Rs +RL) . Vcc
(2.3)
RS = (Vcc.RL/Vout) – RL
(2.4)
Tabel 2.2. Data hasil penelitian untuk mencari Nilai RS [10].
Data Tabel 2.2 adalah hasil dari penelitian untuk menentukan nilai RS. Peneliti
mengambil beberapa data RS pada tingkatan konsentrasi ppm yang berbeda-beda,
kemudian dicari model matematisnya (persamaan garis) terhadap setiap perubahan
konsentrasi gas CO.
Pada Tabel 2.2 dapat dilihat bahwa nilai RS pada saat konsentrasi gas CO 100 ppm
adalah sebesar 6,89 kΩ. Karena rasio RS/RO adalah 1 saat 100 ppm, maka dapat
disimpulkan bahwa nilai RO besarnya sama yaitu 6,89 kΩ.
Dengan menggunakan perangkat lunak Microsoft Excel, hubungan antara ppm CO
dan RS/RO dibuat ke dalam bentuk grafik untuk dicari persamaan atau model
matematisnya [10].
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
10
Gambar 2.4. Grafik dengan regresi trendline untuk memperoleh persamaan [10].
Dari Gambar 2.4, dengan menggunakan regresi trendline power dari data hubungan
antara ppm CO dengan RS/RO maka diperoleh persamaan :
y = 96.311 . x^-1.239
(2.5)
Trendline tersebut dipilih peneliti karena melihat bentuk kurva pada grafik, selain itu
dari sisi komputasi dengan menggunakan trendline tersebut akan lebih mudah diterapkan
pada mikrokontroler. Contoh penggunaan model matematis sensor MQ-7 yang telah
diperoleh untuk pemrograman Arduino dengan menggunakan fungsi pow dapat dilihat
pada Gambar 2.5. Fungsi pow digunakan untuk menulis bilangan pangkat.
R = Rs/Ro;
p = -1.239;
z = pow(R,p);
ppm = 96.311*z;
Gambar 2.5. Penulisan program untuk implementasi persamaan 2.5 pada pemrograman
Arduino.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
11
2.4. ESP8266
ESP8266 atau yang saat ini ESP8266EX adalah sebuah chip modul mikrokontrol
yang didukung dengan teknologi WiFi. Modul ini dirancang dengan tujuan
mengembangkan pengontrolan menggunakan komunikasi jaringan nirkabel dan sangat
cocok untuk diterapkan di era Internet of Things (IoT). IoT adalah pemanfaatan jaringan
internet untuk memfleksibelkan kegiatan sehari-hari. Pengontrolan yang dapat dilakukan
dimana saja selama di dalam jaringan internet, dari hal yang sederhana hingga yang
kompleks, seperti contoh pengontrolan lampu rumah, pengontrolan pompa air,
pengontrolan buka tutup pintu garasi, dan masih banyak lagi.
ESP8266EX adalah suatu System on a Chip (SoC) yang menanamkan unit
mikrokontrol Tensilica L106 32-bit dengan clock speed 80 MHz yang dapat mencapai nilai
maksimum 160 MHz [11]. Unit mikrokontrol tersebut memiliki fitur extra low power
consumption dan 16-bit RSIC (Reduce Instructions Set Computer) jadi memiliki set
instruksi program yang lebih sederhana. Selain harganya yang terjangkau, chip ini juga
menggunakan daya yang kecil. Adanya Radio Frequency, RAM, dan TCP/IP yang onboard memungkinkan untuk terhubung ke Access Point terdekat dan atau juga bertindak
sebagai Access Point.
2.4.1. ESP-12E NodeMCU Devkit v1.0
ESP-12E NodeMCU Devkit v1.0 adalah modul yang berbasis chip ESP8266EX
dengan seri ESP-12E. Berikut penjelasan singkat tentang ESP-12E mengenai skematik pin,
deskripsi fungsi pin dan beberapa fiturnya.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
12
Gambar 2.6. Skematik pin pada ESP-12E [12].
Tabel 2.3. Deskripsi fungsi pin pada ESP-12E [12].
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
13
Berikut ini adalah beberapa fitur yang terdapat pada ESP-12E:
a) WiFi 2.4 GHz, support security WPA/WPA2
b) 802.11 b/g/n
c) Integrated low power 32-bit MCU
d) Integrated 10-bit ADC
e) 802.11 b/g/n protocol
f) Wi-Fi Direct (P2P), soft-AP
g) Integrated TCP/IP protocol stack
h) SDIO 2.0, (H) SPI, UART, I2C, I2S, IR Remote Control, PWM, GPIO
i) +19.5dBm output power in 802.11b mode
j) Power down leakage current of < 10uA
ESP-12E bekerja pada tegangan 3,3 volt (menurut datasheet 3,0 ~ 3,6 volt) dengan
arus rata-rata 80mA. Jangkauan suhu saat bekerja adalah -40˚ ~ 125˚ [12].
Gambar 2.7. Definisi pin ESP-12E NodeMCU Devkit v1.0 [13].
Modul ESP-12E NodeMCU Devkit v1.0 adalah generasi kedua dari keluarga
NodeMCU Devkit. Firmware NodeMCU dirilis sebagai open source, selain itu NodeMCU
juga didukung software Arduino IDE sebagai ESP8266 board add-on untuk
mengembangkan pemrogramannya, adapula software lain seperti Adafruit Huzzah
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
14
ESP8266 Breakout, SparkFun ESP8266 Thing, EspressoLite, WeMos. Dengan tersedianya
fitur USB to Serial UART Adapter dengan menggunakan driver Silicon Labs CP2102
menjadi tidak perlu repot lagi menggunakan kabel serial, untuk mengembangkan kode
pada modul menggunakan kabel USB yang sekarang lebih umum digunakan (misalkan
kabel charger handphone android). Sebagai catatan, setiap pin pada modul ini
menggunakan arus 6 mA dan tidak boleh lebih dari 12 mA [13].
2.4.2. Analog to Digital Converter 10-bit (ADC 10-bit)
Konversi analog ke digital adalah sebuah proses kuantifikasi nilai-nilai parameter
fisik di alam (yang bersifat analog) ke dalam nilai-nilai digital yang setara, untuk keperluan
komputasi. Salah satu parameter yang harus diatur dalam proses konversi tersebut adalah
jumlah bit digital yang dihasilkan atau resolusi. Mikrokontrol pada umumnya
menyediakan dua pilihan resolusi ADC yaitu 8 bit dan 10 bit [14]. ADC pada ESP-12E
adalah yang 10 bit.
Gambar 2.8. Letak pin ADC pada NodeMCU Devkit v1.0.
Sebuah ADC sebenarnya adalah sistem elektronik sederhana yang memiliki input
analog (V in ), input tegangan referensi (V REF ) dan keluaran digital. ADC menerjemahkan
sinyal input analog ke nilai keluaran digital yang mewakili ukuran dari input analog yang
bersifat relatif terhadap tegangan referensi [15].
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
15
VREF
LSB
Analog
Input
ADC
Digital
Output
MSB
Gnd
Gambar 2.9. Diagram dasar ADC.
Rentang tegangan masukan ke ADC ditentukan oleh V REF . ADC pada ESP-12E
memiliki V REF maksimal 1V, sehingga jangkauan tegangan analog masukannya adalah 0 ~
1V. Keluaran dari ADC adalah berupa bit biner berjajar dari bit dengan bobot terkecil
(Least Significant Bit atau LSB) hingga terbesar (Most Significant Bit atau MSB). LSB
merupakan unit tegangan yang setara dengan resolusi terkecil dari ADC. Resolusi adalah
jumlah bit biner dalam keluaran konversi yang menyatakan banyaknya kemungkinan kode
yang muncul (BIT), BIT dihitung melalui persamaan :
BIT = 2n
(2.6)
Dengan menyatakan n = jumlah bit, maka apabila ADC 10-bit adalah 210 yang berarti
akan terdapat 1024 (0 sampai 1023) kemungkinan nilai biner yang muncul. Nilai ADC
yang dihasilkan akan tergantung dari tegangan masukan analog, tegangan referensi dan
jumlah kemungkinan kode yang dinyatakan dalam persamaan :
ADC =
𝑉𝑖𝑛
𝑉𝑅𝐸𝐹
. BIT
(2.7)
Prinsip kerja ADC adalah mengkonversi sinyal analog ke dalam bentuk besaran yang
merupakan rasio perbandingan sinyal input dan tegangan referensi. Sebagai contoh
tegangan input 3 volt dengan tegangan referensi 5 volt, rasio input terhadap referensi
adalah 60%. Jika menggunakan ADC 10-bit dengan skala maksimum 1024, akan
didapatkan sinyal digital sebesar 60% x 1024 dan diubah ke dalam bentuk biner.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
16
Informasi yang ditampilkan pada user interface adalah nilai gas CO dengan satuan
ppm, jadi nilai ADC akan diubah menjadi nilai ppm. Untuk mengubah nilai ADC menjadi
nilai ppm, dihitunglah dengan menggunakan persamaan :
PPM = X . ADC
(2.8)
Nilai dari X diperoleh dari persamaan berikut :
X=
𝐽𝑎𝑛𝑔𝑘𝑎𝑢𝑎𝑛 𝐷𝑒𝑡𝑒𝑘𝑠𝑖 𝑃𝑃𝑀
𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝐵𝑖𝑡 𝐴𝐷𝐶
(2.9)
Jika menggunakan jangkauan konsentrasi Karbon Monoksida yang dapat dideteksi oleh
sensor MQ-7, yaitu 20 – 2000 ppm, berarti jangkauan deteksi ppm nya adalah 1980.
2.5. Arduino IDE
Merupakan singkatan dari Arduino Integrated Development Environment adalah
salah satu software yang digunakan untuk pengembangan proyek Arduino. Software ini
berisi text editor untuk penulisan kode, adapula area sebagai penampil pesan (belum).
Program yang ditulis dengan menggunakan Arduino IDE disebut sketches. Sketches yang
ditulis di text editor akan tersimpan dengan file ekstension “.ino”. Area pesan akan
menampilkan pemberitahuan keberhasilan proses menyimpan dan mengekspor atau adanya
error pada program.
2.6. Komunikasi Nirkabel
Komunikasi Nirkabel adalah pengiriman dan atau pertukaran informasi antara dua
titik atau lebih tanpa dihubungkan oleh suatu penghantar kabel penghubung. Jarak
jangkauan dapat bervariasi, seperti contoh beberapa meter remote control televisi sampai
jutaan kilometer seperti komunikasi sinyal radio. Komunikasi nirkabel pada penelitian ini
terletak pada perangkat berfitur WiFi yaitu ESP8266 yang berperan sebagai web server dan
akan mengirimkan web page apabila ada permintaan dari suatu client, proses komunikasi
tersebut dilakukan melalui frekuensi radio 2,4 GHz. WiFi termasuk dalam jaringan
nirkabel lokal yang memungkinkan perangkat komputasi portabel untuk terhubung dengan
mudah ke Internet.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
17
2.6.1. Hyper Text Markup Language (HTML)
HTML adalah salah satu bahasa yang digunakan untuk perancangan sebuah web
page dan sebagai penerjemah setiap perintah dalam website pada saat diakses. Dokumen
HTML merupakan file teks murni yang dapat dibuat menggunakan editor teks apapun.
Dokumen ini dikenal dengan nama web page. Nantinya dokumen HTML ditampilkan
menggunakan web browser sehingga informasi didalamnya secara umum bisa dimengerti
oleh user. Dokumen ini umumnya berisikan informasi atau tampilan aplikasi di dalam
internet. Ada beberapa cara membuat sebuah web page yaitu dengan HTML editor atau
dengan editor teks biasa (misalnya notepad). File ekstensi dokumen HTML adalah .htm
atau .html. Nama dokumen di sini bersifat case sensitive, yang apabila ada lebih dari satu
dokumen dengan nama yang sama dan dituliskan dengan case berbeda akan dianggap
sebagai dokumen yang berbeda (misalkan dokumen.html dengan DOKUMEN.html).
Untuk menandai berbagai elemen dalam suatu dokumen HTML, digunakanlah tag.
Setiap tag umumnya berpasangan untuk menunjukan awal dan akhir suatu elemen
(misalnya <H1> diakhiri dengan </H1>). Ada beberapa elemen yang tidak mengharuskan
tag-nya dituliskan secara berpasangan, seperti <p> untuk paragraf, <br> untuk ganti baris,
dan lain-lain. Berikut adalah beberapa tag dasar dalam pemrograman HTML :
a) <HTML> sebagai pembuka pemrograman dokumen HTML, </HTML> di akhir
dokumen.
b) <HEAD> untuk menuliskan keterangan tentang dokumen web yang akan
ditampilkan, </HEAD> sebagai penutup sesi head.
c) <TITLE> merupakan tag yang terletak di dalam sesi head untuk memberikan judul
atau informasi pada caption web browser mengenai topik atau judul dari dokumen
web yang akan ditampilkan dalam browser dan </TITLE> sebagai penutup sesi title.
d) <BODY> merupakan sesi utama dalam dokumen web. Isi dan informasi dokumen
yang hendak ditampilkan pada browser dituliskan dan ditata dalam sesi ini.
</BODY> sebagai penutup sesi body [16].
2.6.2. Sistem Web
Web Server merupakan komputer yang digunakan untuk menyimpan dokumendokumen web, komputer tersebut akan melayani permintaan dokumen web dari client.
Client sendiri adalah komputer yang diperbolehkan untuk masuk kedalam suatu jaringan
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
18
untuk melakukan komunikasi dengan mengambil dan menggunakan segala sumber daya
yang tersedia didalam jaringan. Client yang telah terhubung oleh suatu jaringan (seperti
internet dan WiFi) akan mengirimkan request kepada web server untuk meminta dokumen
yang client inginkan atau layanan lainnya yang telah disediakan oleh server, kemudian web
server akan mengirim dokumen atau layanan yang dimaksud. Setelah dokumen tersebut
sampai di client, web browser pada client menampilkannya menjadi data dan informasi
sehingga dapat dimengerti. Komunikasi 2 arah tersebut bisa terlaksana dengan
menggunakan HTTP [14]. Hypertext Transfer Protocol (HTTP) adalah sebuah protokol
perintah untuk meminta atau menjawab antara client dan server.
Gambar 2.10. Alur komunikasi dalam sistem web.
2.6.3. TCP/IP
Dua buah komputer atau lebih, untuk dapat saling berkomunikasi harus
menggunakan protokol yang sama. Protokol berfungsi seperti bahasa dan di dalamnya
berisi sekumpulan aturan dalam komunikasi data. Protokol TCP/IP digunakan komputerkomputer yang terhubung di internet untuk berkomunikasi.
TCP/IP secara keseluruhan memiliki beberapa layer (lapisan) yang masing-masing
bertanggung jawab atas bagian-bagian tertentu. Dalam TCP/IP terjadi penyampaian data
dari protokol yang berada di satu lapisan ke protokol yang berada di lapisan lain. Setiap
protokol memperlakukan semua informasi yang di terimanya dari protokol lain sebagai
data.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
19
Gambar 2.11. Layer TCP/IP.
Gambar 2.12. Pergerakan data dalam layer TCP/IP.
Berikut adalah rincian fungsi masing-masing lapisan :
a) Physical Layer (Lapisan Fisik)
Lapisan terbawah yang mengidentifikasikan besaran fisik seperti media
komunikasi, tegangan, arus, dsb. Lapisan ini dapat bervariasi bergantung pada
media komunikasi jaringan yang bersangkutan.
b) Network Access Layer
Lapisan ini mengatur penyaluran frame-frame data pada media fisik yang
digunakan secara handal. Lapisan ini biasanya memberikan servis untuk deteksi
dan koreksi kesalahan dari data yang transmisikan.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
20
c) Internet Layer
Mendefinisikan bagaimana hubungan dapat terjadi antara dua pihak yang berbeda
pada jaringan yang berbeda seperti Network Layer pada OSI. Pada jaringan
internet yang terdiri atas puluhan juta host dan ratusan ribu jaringan lokal, lapisan
ini bertugas untuk menjamin agar suatu paket yang dikirimkan dapat menemukan
tujuannya dimanapun berada.
d) Transport Layer
Mendefinisikan cara-cara untuk melakukan pengiriman data antara end to end
secara handal. Lapisan ini menjamin bahwa informasi yang diterima pada sisi
penerima adalah sama dengan informasi yang dikirimkan pengirim. Untuk itu,
lapisan ini memiliki fungsi penting seperti Flow Control dan Error Detection.
e) Application Layer
Merupakan
lapisan
terakhir
dalam
arsitektur
TCP/IP
yang
berfungsi
mendefinisikan aplikasi-aplikasi yang dijalankan pada jaringan. Karena itu,
terdapat banyak protokol pada lapisan ini, sesuai dengan banyaknya lapisan
TCP/IP yang dapat dijalankan. Contohnya adalah SMTP (Simple Mail Transfer
Protocol) untuk pengiriman email, FTP (File Transfer Protocol) untuk transfer
data, HTTP (Hyper Text Transfer Protocol) untuk aplikasi web, NNTP (Network
News Transfer Protocol) untuk distribusi news group dan lain-lain. Setiap aplikasi
pada umumnya menggunakan protokol TCP dan IP, sehingga keseluruhan
keluarga protokol ini dinamai TCP/IP.
Internet Protocol (IP) berfungsi menyampaikan paket data ke alamat yang tepat.
Semua aplikasi jaringan TCP/IP bertumpu kepada IP agar dapat berjalan dengan baik.
Suatu data gram bisa saja tidak sampai dengan selamat ke tujuan karena beberapa hal
berikut :
a) Adanya bit error pada saat pentransmisian datagram pada suatu medium.
b) Router yang dilewati men-discard datagram karena terjadinya kongesti dan
kekurangan ruang pada memori buffer.
c) Putusnya rute ke tujuan untuk sementara waktu akibat adanya router yang down.
d) Terjadinya kekacauan routing, sehingga datagram mengalami looping.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
21
Setiap protokol memiliki bit-bit ekstra diluar informasi/data yang dibawanya. Selain
informasi, bit-bit ini juga berfungsi sebagai alat kontrol. Dari sisi efisiensi, semakin besar
jumlah bit ekstra ini, maka semakin kecil komunikasi yang berjalan dan sebaliknya,
semakin kecil jumlah bit ekstra ini, semakin tinggi komunikasi yang berjalan. Disinilah
dilakukan trade-off antara kendala datagram. Sebagai contoh, agar datagram IP dapat
menemukan tujuannya, diperlukan informasi tambahan yang harus dicantumkan pada
header ini. IP Address adalah suatu identitas yang unik dari suatu host atau komputer pada
jaringan. Format IP Address adalah W.X.Y.Z. dimana masing-masing huruf tersebut terdiri
dari 8 bit, sehingga apabila ditampilkan dalam desimal menjadi angka 0-255 dan
dipisahkan oleh notasi titik.
2.6.4. Web Browser
Web Browser adalah perangkat lunak yang digunakan untuk menampilkan informasi
dari web server untuk bisa dilihat oleh user. Perangkat lunak ini dikembangkan dengan
menggunakan graphic user interface, sehingga user dapat melakukan point and click untuk
pindah antar dokumen. Meskipun tujuan utama web browser sebagai sarana pengaksesan
internet, web browser juga dapat digunakan untuk mengakses informasi yang disediakan
oleh web server dalam suatu jaringan pribadi, lokal atau berkas-berkas pada sistem
database. Beberapa web browser yang populer adalah Google Chrome, Firefox, Internet
Explorer, Opera, dan Safari.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
BAB III
RANCANGAN PENELITIAN
Pada bab ini akan dijelaskan mengenai penjabaran konsep dasar dan alur kerja dari
sistem pemantauan tingkat Karbon Monoksida pada suatu ruangan tertutup. Untuk konsep
dasar keseluruhan ditunjukan diagram sistem pada Gambar 3.1.
Sensor MQ-7
Pengkondisi
Sinyal 1V
HTTP request
Web Page
ADC 10-bit
Web
Server
Web
Browser
HTTP response
Client
Modul WiFi ESP8266
Gambar 3.1. Konsep dasar dalam diagram sistem.
Perancangan akan dibagi menjadi dua bagian utama yaitu perancangan perangkat
keras elektronika, perancangan software.
3.1. Perancangan Perangkat Keras Elektronika
Berawal dari sensor gas MQ-7 yang mendeteksi adanya Karbon Monoksida akan
bereaksi dan memberi keluaran tegangan data analog yang kemudian akan disesuaikan
dengan tegangan masukan (V in ) maksimal ADC pada ESP8266 yaitu 1 volt dengan
menggunakan pengkondisi sinyal. Setelah data terkonversi menjadi digital, data dapat
diproses dengan penghitungan supaya menjadi nilai tingkat karbon monoksida yang dapat
dibaca oleh user dengan menggunakan patokan satuan ppm (part per million).
Untuk mendapatkan tegangan dari keluaran sinyal analog yang sesuai dengan V in
maksimal ADC pada ESP8266 yaitu 1 volt maka digunakanlah rangkaian pengkondisi
sinyal. Rangkaian tersebut berupa sebuah pembagi tegangan sederhana. Dengan diketahui
V out analog 5 volt dan arus 1A, lalu untuk menentukan nilai R 1 dan R 2 digunakanlah
perhitungan berikut :
22
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
23
V in = I . (R 1 + R 2 )
(3.1)
1. R 1 dimisalkan 4 kΩ
2. Dengan menggunakan persamaan 3.1 menjadi :
5V = 1 . (4 + R 2 )
5V = 4 + R 2
R2 = 5 – 4 = 1
3. Jadi R 2 adalah 1 kΩ
Gambar 3.2. Rangkaian pembagi tegangan.
Setelah ditentukannya nilai R 1 dan R 2 , komponen dirangkai seperti Gambar 3.2. V out
1 volt dari rangkaian tersebut kemudian diteruskan menuju ADC yang terdapat pada
ESP8266 untuk diproses menjadi sinyal digital.
Ada hal yang harus diingat dalam suatu rangkaian yaitu efek pembebanan dari suatu
komponen dan yang menjadi perhatian adalah kemungkinan pengaruh impedansi dari
modul NodeMCU Devkit. Efek pembebanan dapat menyebabkan nilai tegangan yang
masuk ke ADC turun dan berbeda dari V out rangkaian pembagi tegangan. Hal itu terjadi
karena melemahnya arus oleh impedansi modul NodeMCU Devkit. Untuk menghindari
efek pembebanan, ditambahkanlah komponen IC LF353. Komponen tersebut difungsikan
sebagai buffer non-inverting yang akan menguatkan arus tanpa memperkuat tegangannya.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
24
Gambar 3.3. Keseluruhan rangkaian elektronika.
Semua komponen dan rangkaian sebelumnya dibuat menjadi satu rangkaian, mulai
dari sensor gas MQ-7, rangkaian pengkondisi sinyal, IC LF353 dan ESP-12E nodeMCU
Devkit v1.0.
3.2. Perancangan Software dan Diagram Alir
Perangkat ESP8266 telah dibuatkan add-on pada Arduino IDE dan memungkinkan
untuk melakukan pengembangan program dengan menggunakan bahasa pemrograman
software tersebut. Sebelumnya add-on board ESP8266 harus di-install dahulu di dalam
Arduino IDE pada boards manager nya secara online. Dengan cara pemrogramannya yang
sederhana dan mendukung, maka digunakanlah Arduino IDE pada penelitian ini.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
25
3.2.1. Alur Pembuatan Program
Mulai
Mulai
Inisialisasi
Program
Sensor Mendeteksi
Keberadaan Gas
Subrutin
Pengambilan
Data Sensor Gas
ADC Memproses
Data Analog
Sensor
Nilai ADC Diubah
Ke Standar Nilai Gas
Simpan Data
Sensor
Selesai
Upload
Gambar 3.5. Diagram alir subrutin
Get IP Address
pengambilan data sensor gas.
Tampilan
Web
Selesai
Gambar 3.4. Diagram alir utama.
3.2.2.Subrutin Pengambilan Data Sensor Gas
Subrutin Gambar 3.5 menjabarkan alur dari bagaimana data yang dideteksi oleh
sensor diproses hingga menjadi standar nilai gas secara umum yaitu ppm (parts per
million), sehingga dapat dimengerti oleh user.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
26
3.2.3. Alur Membangun Koneksi, Meminta Data dan Pengiriman Data
Mulai
Sambungkan ke
WiFi Access Point
Buka
Web Browser
Masukkan
IP Address
Tujuan
1
Browser Mengirim
HTTP Request
Server
menerima
request ?
2
No
Browser menerima
response dan
menerjemahkannya untuk
ditampilkan bagi user
Belum
Terkoneksi
Server
Yes
Server
menemukan
konten yang
dimaksud ?
Refresh ?
Yes
No
Selesai
Yes
HTTP Response :
Web Page Dikirim
No
HTTP Response :
File Not Found
1
Gambar 3.6. Diagram alir proses komunikasi user untuk mendapat informasi.
2
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
27
3.2.4. Rancangan User Interface
Dalam hal mendesain tampilan web yang digunakan sebagai user interface pada
penelitian ini, digunakanlah HTML yang sudah dikenal sebagai bahasa pemrograman web
dasar.
PEMANTAU LEVEL CO PADA RUANGAN TERTUTUP
Pembaruan Terakhir 7 Desember 2016; 13:28
LEVEL : 34 ppm
LAMA PAPARAN YANG DISARANKAN : Di bawah 5 jam
Gambar 3.7. Rancangan dasar tampilan web.
Pada rancangan tampilan web Gambar 3.7, terdapat 2 informasi yang ingin
disampaikan ke user, yaitu :
1. Level : menyampaikan nilai tinggi rendahnya tingkat konsentrasi karbon monoksida
pada ruangan dengan jangkauan 20 – 2000 ppm.
2. Lamanya paparan yang disarankan : menyarankan lamanya paparan yang aman
berdasarkan nilai tingkat konsentrasi karbon monoksida yang tertera pada informasi
level.
Tabel 3.1. Tabel lama paparan gas CO yang disarankan.
Level Gas CO (ppm)
Lama Paparan Yang Disarankan
10 - 25
Kurang dari 6 jam
25 - 35
Kurang dari 5 jam
35 - 50
Kurang dari 4 jam
50 - 70
Kurang dari 3 jam
70 -100
Kurang dari 2 jam
100 – 200
Kurang dari 1 jam
Lebih dari 200
Kurang dari 0,5 jam
Tabel 3.1 digunakan penulis sebagai pedoman pembuatan user interface. Tabel
tesebut dibuat oleh penulis berdasarkan informasi pada Tabel 2.2.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
Bab 4 membahas tentang implementasi dari perancangan pada Bab 3 serta analisis
dari data dan hasil pengujian alat yang telah dilakukan. Pengujian alat yang telah dilakukan
meliputi pengujian sensor karbon monoksida (dengan variasi kondisi) dan pengujian
pengiriman data server dan client melalui jaringan WiFi. Selain itu terdapat pula gambar
fisik hardware dan pembahasan program mikrokontroler di modul NodeMCU yang
digunakan sebagai web server dan pengolah data sensor MQ-7. Pengujian alat bertujuan
untuk mengetahui sejauh mana keberhasilan dari rangkaian, program dan alat yang telah
dibuat.
4.1. Bentuk Fisik Alat
Gambar 4.1. Bentuk fisik alat.
Gambar 4.1 memperlihatkan bentuk fisik dari rangkaian alat. LED pada alat
berfungsi sebagai indikator permintaan client. Saat client mengirimkan permintaan ke
server berupa alamat URL (Uniform Resource Locator) dokumen, maka LED akan
28
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
29
menyala. LED kemudian akan mati saat proses komunikasi antar client dan server telah
sepenuhnya berakhir. Modul NodeMCU dioperasikan dengan power supply 5V. Power
supply tersebut menggunakan adaptor 5V dengan output kabel jenis USB OTG (Universal
Serial Bus On The Go).
4.2. Pengujian Pengiriman Data
Gambar 4.2. Skematik rangkaian akhir dari alat yang dibuat.
Sebelum masuk ke pembahasan pengujian pengiriman data, rangkaian akhir dari alat
yang dibuat akan dijelaskan terlebih dahulu. Skematik rangkaian alat tersebut dapat dilihat
pada Gambar 4.2. Pada rangkaian akhir ini terdapat perbedaan dari perencanaan rangkaian
yang dibuat pada Bab 3. Hal ini dilakukan atas dasar hasil pengujian sensor MQ-7 yang
telah dilakukan. Sehingga dari analog output sensor tidak perlu ditambahkan rangkaian
pembagi tegangan 1V dan buffer non inverting sebelum masuk ke ADC pada modul
NodeMCU. Hal tersebut dikarenakan hasil pembacaan di serial monitor Arduino IDE
nilainya sama saat maupun tidak memakai rangkaian tersebut. Rangkaian akhir ini terdiri
dari modul MQ-7 sebagai pendeteksi gas yang hasilnya akan diproses oleh modul
NodeMCU untuk diubah ke bentuk satuan ppm. Modul NodeMCU juga berperan sebagai
server pada pengujian pengiriman data.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
30
Pengujian dilakukan dengan tujuan untuk melihat apakah proses komunikasi antara
server dan client telah berhasil. Keberhasilan terjadi apabila server sudah bisa mengirim
data nilai kadar CO yang diminta oleh client melalui komunikasi WiFi. Dari pengujian juga
akan dijelaskan bagaimana tahap-tahap yang harus dilakukan untuk mengoperasikan alat.
Pengujian dilakukan dengan uploading program ke mikrokontroler modul
NodeMCU. Program tersebut berisi program deteksi kadar karbon monoksida yang
kemudian nilai pendeteksiannya diambil dan dimasukkan ke dalam bentuk paket dokumen
HTML. Dokumen HTML tersebut yang nantinya akan dikirim oleh server apabila ada
permintaan dari client. Dokumen HTML dikirim dari server ke client melalui komunikasi
WiFi. Program dapat dilihat pada lampiran halaman L-6.
Gambar 4.3. Komponen-komponen yang digunakan dalam proses pengiriman data.
Setelah program berhasil uploading, Hotspot WiFi handphone diaktifkan dengan
nama SSID (Service Set Identifier) dan password yang sudah disamakan dengan nama
SSID dan password pada program WiFi NodeMCU. Jika kedua hal tersebut telah sama,
maka WiFi server NodeMCU dengan Hotspot WiFi handphone akan otomatis terhubung.
Hotspot WiFi pada handphone berfungsi sebagai access point. Access Point berfungsi
sebagai pengatur lalu lintas data, sehingga memungkinkan banyak client dapat saling
terhubung melalui jaringan. Komunikasi antara server dan client akan selalu melewati
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
31
access point, karena access point berfungsi untuk mengijinkan bisa tidaknya client untuk
mengambil data dari server. Jika client tidak terhubung dahulu dengan access point,
artinya client juga tidak bisa berkomunikasi dengan server. Access Point juga berfungsi
sebagai pemancar sinyal jaringan WiFi. Skematik diagram dalam proses pengiriman data
dapat dilihat pada Gambar 4.4.
Pemantau tingkat CO /
Server
request
response
response
Access Point
Client
request
Gambar 4.4. Skematik diagram dalam proses pengiriman data.
Pada pengujian ini serial monitor Arduino IDE juga digunakan untuk memantau
beberapa hal yaitu, terhubung tidaknya koneksi WiFi server pada access point, siap
tidaknya server untuk berkomunikasi, serta menampilkan URL (Uniform Resource
Locator) yang digunakan sebagai alamat pengambilan dokumen HTML. Alamat URL
yang ditampilkan berupa IP Address. IP Address diambil dari IP Address handphone yang
digunakan sebagai access point.
Gambar 4.5. Tampilan serial monitor Arduino IDE saat modul NodeMCU telah terhubung
dengan access point dan server telah siap berkomunikasi.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
32
Saat server telah siap dan sudah terhubung dengan access point, tampilan serial
monitor dapat dilihat pada Gambar 4.5. Kemudian WiFi pada handphone sebagai client
dihubungkan dengan WiFi pada access point. Setelah terhubung, web browser dibuka
kemudian masukan alamat URL yang tertera pada serial monitor. Saat alamat tersebut
dikirimkan dan jika permintaan tersebut berhasil diterima oleh server, pada serial monitor
akan terlihat pergerakan proses komunikasi. Serial monitor akan menampilkan
pemberitahuan tulisan “new client” yang berarti ada client baru yang mengirimkan
permintaan. Server akan merespon dengan mengirimkan dokumen web HTML yang
diminta sesuai dengan alamat URL yang dimaksud. Bila dokumen yang dikirim server
telah berhasil sampai di client, dokumen tersebut akan ditampilkan pada web browser.
Proses yang terjadi tersebut sesuai dengan tahapan dari protokol TCP/IP, cara yang
digunakan server dan client untuk berkomunikasi. Setelah proses komunikasi berakhir,
pada serial monitor akan menampilkan pemberitahuan “client disconnected”. Tampilan
proses komunikasi tersebut dapat dilihat pada Gambar 4.6.
Gambar 4.6. Tampilan serial monitor Arduino IDE proses komunikasi client dan server.
Adapula yang harus dicermati dari pengujian pengiriman data ini yaitu, apakah nilai
kadar CO pada serial monitor dan web browser telah sesuai. Nilai kadar CO yang tertampil
pada serial monitor adalah nilai yang terdeteksi pada saat ada permintaan dari client, jadi
nilai tersebut adalah nilai yang akan dikirimkan ke client. Jika dilihat dari Gambar 4.6,
nilai kadar CO yang terdeteksi saat adanya permintaan client adalah 10,02 ppm. Kemudian
jika dilihat pada Gambar 4.7, nilai kadar CO yang telah sampai di client dan tertampil pada
web browser adalah 10,02 ppm. Ini menandakan nilai yang dikirim ke client telah sesuai
dengan nilai pada serial monitor dan tidak ada perubahan data saat pengiriman.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
33
Gambar 4.7. Dokumen yang diterima client tertampil pada web browser.
Seperti yang sudah dijelaskan sebelumnya, untuk dapat berkomunikasi, server dan
client harus memenuhi tahapan protokol TCP/IP. Apabila terdapat hal yang tidak sesuai
dengan protokol, maka akan terjadi kegagalan komunikasi antara client dan server.
Gambar 4.8. Tampilan Web Browser saat terjadinya kegagalan dikarenakan kesalahan
penulisan alamat URL.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
34
Masalah yang ditampilkan pada Gambar 4.8 terjadi saat komunikasi antara client dan
server tidak memenuhi elemen-elemen protokol TCP/IP. Beberapa penyebabnya yaitu,
penulisan alamat URL yang, tidak adanya/ tidak aktifnya access point sebagai gerbang dari
server, client berada di luar jangkauan sinyal access point. Oleh karena itu, saat terjadinya
kegagalan komunikasi, elemen-elemen protokol TCP/IP perlu diperiksa kembali. Pada
Gambar 4.8, IP Address untuk meminta data sensor seharusnya ditulis 192.168.43.178
sesuai yang ditampilkan di serial monitor Arduino IDE, namun terdapat penulisan tidak
sesuai sehingga client tidak dapat terhubung ke server.
4.2.1. Pengujian Pengiriman Berdasarkan Jarak dan Kekuatan Sinyal
Pengujian dilakukan dengan menggunakan bantuan aplikasi android yang telah
tersedia di Play Store yaitu WiFi Analyzer. Interface aplikasi WiFi Analyzer dapat dilihat
pada Gambar 4.9.
Gambar 4.9. Tampilan dalam aplikasi WiFi Analyzer.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
35
Dalam aplikasi tersebut terdapat fitur-fitur yang dibutuhkan saat melakukan
pengujian. Fitur-fitur tersebut yaitu dapat membaca kekuatan sinyal dBm dan jarak. Jarak
yang dimaksud adalah jarak antara access point dan handphone yang digunakan sebagai
client. Saat dilakukan pengujian muncul masalah yaitu saat jarak sebenarnya yang diukur
adalah 1 meter namun dalam aplikasi nilai yang ditampilkan berbeda dan cenderung naik
turun tidak stabil mengikuti naik turunnya kekuatan sinyal. Setelah di analisis, ternyata
nilai jarak yang ditampilkan dalam aplikasi tidak menunjukan nilai yang sebenarnya
namun hanya mengikuti naik turunnya kekuatan sinyal. Dapat dipastikan nilai jarak yang
ditampilkan dalam aplikasi hanya mengikuti database yang berdasarkan kekuatan sinyal.
Jadi diputuskan untuk melakukan pengukuran jarak secara manual agar dapat diketahui
jarak access point dengan client yang sesungguhnya. Analisa perbandingan antara jarak
sesungguhnya dengan jarak yang terukur dari aplikasi dapat dilakukan.
0
3.3
7.3
35
35.8
42
47.8
54
59
68
75
87
Kekuatan
Sinyal
(dBm)
0
2.8
3.9
17.6
22.1
24.8
31.3
44.2
78.5
98.9
124.5
197.3
-16
-49
-52
-64
-67
-68
-70
-74
-78
-81
-84
-86
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Keberhasilan
Pengiriman
Jarak
Asli
(m)
Jarak
Terukur di
Aplikasi (m)
Tabel 4.1. Data hasil pengujian pengiriman data.
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
100%
100%
100%
100%
100%
100%
100%
100%
100%
100%
60%
0%
Pengiriman
Data hasil dari pengujian pengiriman data dapat dilihat pada Tabel 4.1. Pada masingmasing kekuatan sinyal yang didapatkan, dilakukan 10 kali permintaan pengiriman data
dari server. Hal itu dilakukan untuk mengetahui berapa kekuatan sinyal yang dibutuhkan
client dari access point untuk bisa melakukan pengiriman hingga client menerima data dari
server. Saat kekuatan sinyal lebih dari atau sama dengan -81 dBm, dari 10 kali pengujian
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
36
didapatkan tingkat keberhasilan pengiriman 100%. Dibawah -81 dBm, kekuatan sinyal
yang tidak reliable untuk client melakukan permintaan data. Pada kisaran kekuatan sinyal
tersebut sudah di luar kemampuan WiFi untuk melakukan transmisi data. Grafik tingkat
keberhasilan pengiriman data berdasarkan jarak dapat dilihat pada Gambar 4.10.
Keberhasilan Pengiriman
120%
100%
80%
Jarak Asli
60%
Jarak Terukur di
Aplikasi
40%
20%
0%
0
20
40
60
80
100 120 140 160 180 200
Jarak (m)
Gambar 4.10. Tingkat keberhasilan pengiriman data berdasarkan jarak.
Jarak client dari access point yang diukur secara manual dengan yang ditampilkan
aplikasi tidak sama. Hal tersebut menunjukan bahwa pengukuran jarak pada aplikasi tidak
akurat. Jika dilihat dari grafik Gambar 4.10, perbedaan kedua pengukuran jarak mulai
sangat jauh di mana jarak yang sesungguhnya adalah 59 meter tetapi aplikasi terukur 78,5
meter. Saat jarak yang sesungguhnya 87 meter, jarak yang terukur dari aplikasi dapat
mencapai 197,3 meter.
Dengan mengacu menggunakan Rumus 2.1 dan 2.2, Path Loss dari pengujian
pengiriman data dapat dicari. Nilai Path Loss dari perhitungan tersebut digunakan untuk
menghitung kekuatan sinyal yang didapatkan client. Kekuatan sinyal yang diperoleh dari
pengukuran di aplikasi dapat dibandingkan dengan kekuatan sinyal hasil perhitungan. Data
Path Loss dan kekuatan sinyal yang didapat dari hasil perhitungan dapat dilihat dari Tabel
4.2.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
37
Tabel 4.2. Data perbandingan kekuatan sinyal terukur dengan perhitungan.
Jarak Terukur
di Aplikasi
(m)
0
2.8
3.9
17.6
22.1
24.8
31.3
44.2
78.5
98.9
124.5
197.3
Jarak
Asli (m)
0
3.3
7.3
35
35.8
42
47.8
54
59
68
75
87
Kekuatan Sinyal
Terukur di Aplikasi
(dBm)
-16
-49
-52
-64
-67
-68
-70
-74
-78
-81
-84
-86
Path Loss
(dBm)
31
41
61
62
64
65
67
68
70
71
73
Kekuatan Sinyal
Perhitungan
(dBm)
-47
-57
-77
-78
-80
-81
-83
-84
-86
-87
-89
Dari Tabel 4.2, nilai kekuatan sinyal yang didapat dari aplikasi maupun perhitungan
tidak berbeda jauh. Hal tersebut menandakan bahwa nilai pengukuran kekuatan sinyal
dengan menggunakan aplikasi WiFi Analyzer masih bisa menjadi acuan, karena masih
mendekati perhitungan teori. Grafik perbedaan kekuatan sinyal terukur dengan perhitungan
dapat dilihat pada Gambar 4.11.
0
-10
0
20
40
60
80
100
Kekuatan Sinyal (dBm)
-20
-30
-40
Kekuatan Sinyal
Terukur di Aplikasi
Kekuatan Sinyal
Perhitungan
-50
-60
-70
-80
-90
-100
Jarak Asli (m)
Gambar 4.11. Grafik perbedaan kekuatan sinyal terukur dengan perhitungan.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
38
4.3. Program dan Pengujian Sensor Gas Karbon Monoksida
Pengujian ini berfungsi untuk mengetahui beberapa hal yaitu, apakah sensor MQ-7
sudah bekerja mendeteksi karbon monoksida dengan benar, mengetahui pergerakan nilai
keluaran sensor di beberapa kondisi, perbandingan nilai keluaran sensor di kondisi yang
berbeda, dan mengetahui lama waktu pemulihan sensor dari pendeteksian karbon
monoksida.
4.3.1. Program Deteksi Karbon Monoksida
Mikrokontroler modul NodeMCU diprogram menggunakan software Arduino IDE
untuk mengolah data analog dari keluaran sensor MQ-7. Data nilai yang telah diolah akan
dikirim melalui komunikasi serial dan akan dipantau dari serial monitor Arduino IDE.
Sebelum
melakukan
program
pendeteksian
karbon
monoksida,
dilakukan
pengkalibrasian terlebih dahulu. Kalibrasi yang dilakukan adalah dengan mencari nilai RO.
Nilai ini nantinya akan digunakan di program utama deteksi karbon monoksida. RS dan
RO merupakan dua hambatan yang terdapat di dalam sensor MQ-7. RO bernilai tetap dan
RS nilainya variabel dipengaruhi oleh pendeteksian gas. Nilai RS semakin kecil seiring
dengan semakin tingginya kadar gas yang terdeteksi. Saat karbon monoksida terdeteksi
100 ppm, rasio RS/RO adalah 1, sehingga nilai hambatan keduanya dipastikan sama saat
100 ppm. Rasio RS/RO semakin kecil seiring dengan naiknya nilai kadar gas yang
terdeteksi. Berikut adalah program untuk mencari nilai RO. Nilai RO diambil 100 kali
pendeteksian untuk dihitung dan diambil reratanya.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
39
Gambar 4.12. Program untuk mencari nilai RO.
Dari percobaan program Gambar 4.12 yang telah dilakukan, nilai rerata RO
didapatkan yaitu 3,96. Nilai tersebut dimasukkan ke program pengambilan data
pendeteksian karbon monoksida, seperti ditampilkan pada program Gambar 4.13. Nantinya
program akan menghasilkan nilai kadar karbon monoksida yang terdeteksi sensor dan nilai
tersebut menggunakan satuan ppm (part per million). Penulisan model matematis program
Arduino untuk pengubahan ke bentuk nilai ppm, mengacu pada Gambar 2.5.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
40
Gambar 4.13. Program untuk pengambilan data pendeteksian sensor MQ-7.
Penulisan program persamaan pada Gambar 2.5 hanya cocok diterapkan pada nilai
ppm antara 20 sampai 200 ppm. Untuk nilai 200 ke atas harus membuat persamaan lagi,
karena grafik karakteristik sensor sebenarnya merupakan fungsi logaritmik (lihat Gambar
2.3).
4.3.2. Pengujian dan Pengambilan Data Nilai Pendeteksian Sensor Gas
dan Analisis
Meskipun piranti ini telah mampu menghitung kadar gas karbon monoksida, namun
data nilai yang dihasilkan dari pengujian pendeteksian sensor gas belum bisa disebut
sebagai nilai kadar karbon monoksida yang sesungguhnya, karena belum dilakukan
perbandingan pendeteksian seperti menggunakan CO meter sebagai acuan.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
41
4.3.2.1. Kondisi Wadah Tertutup Dengan Diisi Polutan
Mula-mula sensor mendeteksi kondisi udara dalam wadah tertutup dengan udara
alami di dalamnya. Kemudian, polusi yang digunakan dalam percobaan adalah
menggunakan asap rokok yang sengaja dimasukkan ke wadah tertutup hingga pekat.
Sensor MQ-7 yang telah diletakkan di dalam wadah bekerja untuk mendeteksi polusi
tersebut. Kemudian alat dioperasikan untuk memantau nilai tingkat gas karbon monoksida
yang dihasilkan saat kondisi tersebut. Dari situ akan didapatkan data yang digunakan untuk
membuat grafik pergerakan nilai ppm. Konfigurasi pengujian sensor MQ-7 pada wadah
tertutup dapat dilihat pada Gambar 4.14.
Gambar 4.14. Konfigurasi pengujian sensor MQ-7 dalam wadah tertutup.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
42
Grafik Nilai Kadar CO Terhadap Waktu, Saat Wadah
Tertutup Diisi Polutan
900
800
Kadar CO (ppm)
700
600
Pendeteksian Mulai Stabil
500
400
300
Wadah Diisi Polu
Polutan
200
100
0
0
50
100
150
200
250
300
350
Waktu (detik)
Gambar 4.15. Grafik memperlihatkan pendeteksian sensor di wadah tertutup berisi polutan.
Pendeteksian udara alami dalam wadah tertutup stabil di kisaran 30 ppm. Kemudian
pada detik ke 55, wadah tertutup diberi masukan polutan sehingga nilai yang terdeteksi
oleh sensor naik. Grafik pada Gambar 4.15 memperlihatkan pada kondisi percobaan ini
kadar karbon monoksida stabil yang terdeteksi adalah pada kisaran 700 – 800 ppm. Seperti
yang telah ditampilkan pada Tabel 2.1, nilai tersebut sudah cukup membahayakan untuk
manusia. Dalam waktu kurang dari 1 jam sudah akan menimbulkan gejala-gejala seperti
mual, pusing, mata pedih, dan lain-lain. Apabila lebih dari 1 jam terpapar gas dalam
kisaran tersebut, bisa jadi akan terjadi dampak yang lebih serius bagi kesehatan manusia.
Untuk analisis sensor sendiri, sensor masih dapat bekerja dengan baik dan dapat
mendeteksi kadar karbon monoksida di kisaran tersebut. Nilai tertinggi yang terdeteksi
yaitu pada 795 ppm saat detik ke 105. Nilai tidak stabil namun masih pada kisaran nilai
tersebut hingga detik ke 250 yang terdeteksi 783 ppm. Setelah itu nilai berangsur turun
sampai 724 ppm pada waktu terakhir percobaan yaitu 335 detik. Hal itu bisa dikarenakan
wadah tertutup yang kurang rapat sehingga polutan sedikit demi sedikit bocor keluar.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
43
4.3.2.2. Penutup Wadah Percobaan Sebelumnya Dibuka
Grafik Nilai Kadar CO Terhadap Waktu Saat Wadah
Dibuka
600
500
Kadar CO (ppm)
Wadah Dibuka
400
300
Pendeteksian Mulai Stabil
200
100
0
0
50
100
150
200
250
300
350
Waktu (detik)
Gambar 4.16. Grafik memperlihatkan pendeteksian sensor saat gas CO keluar dari wadah.
Tujuan dari dibukanya wadah yaitu untuk membuat polutan di dalam wadah keluar
secara alami dan bersirkulasi dengan udara bebas. Pada transisi ini pergerakan nilai tingkat
karbon monoksida akan dipantau.
Grafik pada Gambar 4.16 menunjukkan nilai kadar karbon monoksida yang
tertedeteksi menurun seperti seharusnya. Dalam waktu 100 detik, grafik menunjukkan
penurunan dari nilai semula 584 ppm ke 40 ppm. Kemudian nilai stabil di kisaran 30 - 40
ppm hingga waktu terakhir percobaan yaitu detik ke 310 nilai ppm nya 37. Hal tersebut
menunjukkan jika polusi di wadah bersirkulasi cukup cepat dengan udara bebas di luar
wadah. Sensor membuktikan masih dapat bekerja mendeteksi dengan baik dalam kondisi
transisi.
4.3.2.3. Percobaan Pemberian Polutan Secara Berulang
Percobaan ini tidak menggunakan wadah seperti percobaan sebelumnya. Percobaan
ini dilakukan di ruangan terbuka, kemudian asap rokok yang pekat ditiupkan ke arah
sensor MQ-7. Saat di ruangan terbuka, asap rokok akan lebih cepat menghilang karena
bersirkulasi dengan udara bebas.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
44
Grafik Nilai Kadar CO Terhadap Waktu
600
Kadar CO (ppm)
500
400
Pemberian Polutan
Pemberian Polutan Pemberian Polutan
300
200
100
0
0
100
200
300
400
500
600
700
800
Waktu (detik)
Gambar 4.17. Grafik memperlihatkan pendeteksian sensor saat
diberi polutan secara berkala.
Tujuan dari uji perulangan pemberian polutan adalah untuk mengetahui apakah
terdapat perbedaan sensitivitas sensor pada tiap pemberian polutan. Dari grafik Gambar
4.17, nilai kadar CO akan naik secara drastis saat sensor MQ-7 diberi polutan. Hal itu
menandakan bahwa sensor masih dapat mendeteksi dengan benar. Bila dilihat dari 3 kali
pemberian polutan, nilai puncak dari ketiga pendeteksian sensor semakin turun. Hal ini
menjadi analisis dari kelemahan yang ditunjukkan sensor gas, diperkirakan residu dari
pendeteksian sebelumnya masih menempel pada sensor sehingga mengurangi sensitivitas
sensor di pemberian polutan selanjutnya.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. Kesimpulan
Berdasarkan analisis yang telah diperoleh dari pengamatan hasil pengujian sensor
dan pengiriman data melalui komunikasi WiFi, maka dapat diambil beberapa kesimpulan:
1. Untuk mendapatkan pengiriman data yang berhasil hingga client dapat menerima
dokumen web, kekuatan sinyal yang dibutuhkan client dari access point harus di
atas -81 dBm.
2. Alat sudah mampu memantau tinggi rendahnya kadar karbon monoksida, namun
angka yang tertampil belum akurat karena belum ada pembanding seperti CO
meter sebagai acuan.
3. Alat sudah mampu melakukan pemantauan kadar karbon monoksida setiap
adanya permintaan dari client.
5.2. Saran
1. Untuk mendapatkan nilai pendekteksian yang lebih akurat pada pengkalibrasian
sensor MQ-7, dapat menggunakan bantuan CO meter pabrikan karena sudah
terkalibrasi.
2. Untuk pengembangan alat, dapat ditambahkan sistem peringatan yang otomatis
dikirimkan ke client untuk memberitahu saat kadar karbon monoksida yang
terdeteksi membahayakan kesehatan manusia.
3. Modul sensor MQ-7 dapat diganti dengan modul sensor gas lain disesuaikan
dengan kebutuhan pendeteksian, tentunya dengan pengkalibrasian yang berbeda.
45
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
DAFTAR PUSTAKA
[1]
Rivanda, A., 2015, Pengaruh Paparan Karbon Monoksida Terhadap Daya Konduksi
Trakea, Majority, vol. 4, no. 8, hal 153-155, Fakultas Kedokteran, Universitas
Lampung.
[2]
Hadiyani, M., Keracunan Karbon Monoksida, Staf Pusat Informasi Obat dan
Makanan, Badan POM RI.
[3]
Nurrahmani, K., 2014, Purwarupa Pendeteksi Karbon Monoksida dalam Ruang
Kendaraan Roda Empat Berpendingin AC ( Air Conditioner ) Berbasis DFRduino
Uno R3, Tugas Akhir, Program Studi Diploma Elektronika dan Instrumentasi,
Sekolah Vokasi, Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta.
[4]
Andraws, A., Khadra, F.A., 2012, Performance of Vertical Handoff In Different
Wireless Networks, International Journal of Advanced Science and Engineering
Technology, hal 101-109.
[5]
Badan POM, 2005, Keracunan yang Disebabkan Gas Karbon Monoksida,
http://www.pom.go.id/mobile/index.php/view/berita/76/Keracunan-yangDisebabkan-Gas-Karbon-Monoksida.html diakses tanggal 12 November 2016.
[6]
http://www.engineeringtoolbox.com/carbon-monoxide-d_893.html diakses tanggal
24 Januari 2017.
[7]
-----, 2000, Chapter 5.5 Carbon Monoxide, Air Quality Guidelines - Second Edition,
WHO Regional Office for Europe, Copenhagen, Denmark.
[8]
http://indosafetydirectory.com/occupational-safety-and-health-administration-osha/
diakses tanggal 24 Januari 2017.
[9]
http://www.geraicerdas.com/sensor/analog-gas-sensor-mq7-carbon-monoxide-detail
diakses tanggal 15 November 2016.
[10] https://instrumind.wordpress.com/2015/12/16/kalibrasi-sensor-gas-mq-7/
diakses tanggal 27 Maret 2017.
[11] -----, 2015, ESP8266EX Datasheet Version 4.3, Espressif Systems IOT Team.
[12] -----, 2015, ESP-12E WiFi Module Version 1.0, AI-Thinker Team.
[13] http://learn.acrobotic.com/tutorials/post/what-is-the-esp8266,
https://acrobotic.com/acr-00018 diakses tanggal 9 Desember 2016.
46
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
47
[14] Rapuano, S., Daponte, P., Balestrieri, E., De Vito, L., Tilden, S.J., Max, S., Blair, J.,
2005, ADC Parameters and Characteristics, IEEE Instrumentation & Measurement
Magazine, hal 44–47.
[15] Feddeler, J., Lucas, B., 2004, ADC Definitions and Specifications, Freescale
Semiconductor, hal 18–19.
[16] Sidik, B., Pohan, H.I., 2007, Pemrograman WEB dengan HTML (Disertai lebih dari
200 contoh program beserta tampilan grafisnya), Informatika, Bandung.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
LAMPIRAN
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
L1
Lampiran Listing Program Pengujian Sensor
A. Mencari Nilai RO
1.
void setup() {
2.
3.
Serial.begin(115200);
}
4.
5.
void loop() {
6.
float sensor_volt;
7.
float RS_air; // Nilai RS di udara bebas
8.
float R0;
9.
float sensorValue;
10.
11.
/*--- Menghitung rerata data dari 100 kali pendeteksian ---*/
12.
13.
for(int x = 0 ; x < 100 ; x++)
{
14.
sensorValue = sensorValue + analogRead(A0);
15.
}
16.
sensorValue = sensorValue/100.0;
17.
/*-----------------------------------------------*/
18.
19.
Serial.println(sensorValue);
20.
21.
sensor_volt = sensorValue/1024*5.0;
22.
23.
RS_air = (5.0-sensor_volt)/sensor_volt;
24.
25.
Serial.print("sensor_volt = ");
26.
Serial.print(sensor_volt);
27.
Serial.println("V");
28.
29.
Serial.print("RS_air = ");
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
L2
30.
Serial.println(RS_air);
31.
32.
R0 = RS_air/1; // The ratio of RS/R0 is 1 in CO
33.
34.
Serial.print("R0 = ");
35.
Serial.println(R0);
36.
delay(5000);
37.
}
B. Program Pendeteksi CO
1.
void setup() {
2.
3.
Serial.begin(115200);
}
4.
5.
void loop(){
6.
7.
float sensor_volt;
8.
float RS;
9.
float ratio;
10.
int sensorValue = analogRead(A0);
11.
sensor_volt=(float)sensorValue/1024*5.0;
12.
RS = (5.0-sensor_volt)/sensor_volt;
13.
14.
/*-Ganti nama "R0" dengan nilai R0 yang didapat dari tes program mencari nilai
RO -*/
15.
ratio = RS/RO;
16.
/*-----------------------------------------------------------------------*/
17.
18.
const float p = -1.239;
19.
float z = pow(ratio,p);
20.
float ppm = 96.311*z;
21.
22.
Serial.println(sensorValue);
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
L3
23.
Serial.print("sensor_volt = ");
24.
Serial.println(sensor_volt);
25.
Serial.print("RS_ratio = ");
26.
Serial.println(RS);
27.
Serial.print("Rs/R0 = ");
28.
Serial.println(ratio);
29.
Serial.print("ppm = ");
30.
Serial.println(ppm);
31.
Serial.print("\n\n");
32.
delay(5000);
33.
}
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
L4
Lampiran Data Hasil Pengujian Sensor
A. Saat Didalam Wadah Tertutup
Waktu (detik)
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
85
90
95
100
105
110
115
120
125
130
135
140
145
150
155
160
165
170
Tingkat Gas CO
(ppm)
31
32
32
32
32
32
32
32
33
33
33
33
96
128
188
207
458
584
779
779
771
783
791
795
791
779
783
779
779
783
791
787
791
787
791
Waktu
(detik)
175
180
185
190
195
200
205
210
215
220
225
230
235
240
245
250
255
260
265
270
275
280
285
290
295
300
305
310
315
320
325
330
335
340
345
Tingkat Gas CO
(ppm)
791
791
795
783
787
779
791
791
787
783
779
791
764
787
779
775
779
783
771
764
760
764
760
768
753
768
753
768
756
760
749
756
753
749
724
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
L5
B. Saat Tutup Wadah Tertutup Dibuka
Waktu (detik)
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
85
90
95
100
105
110
115
120
125
130
135
140
145
150
155
Tingkat Gas CO
(ppm)
584
458
207
188
128
96
81
71
63
59
56
52
50
48
46
45
42
43
41
41
40
40
40
39
38
38
38
37
37
37
37
37
Waktu (detik)
160
165
170
175
180
185
190
195
200
205
210
215
220
225
230
235
240
245
250
255
260
265
270
275
280
285
290
295
300
305
310
Tingkat Gas CO
(ppm)
37
37
37
36
36
35
35
34
34
34
34
34
32
33
33
33
33
31
32
32
32
32
32
32
34
35
37
38
37
37
37
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
L6
Lampiran Listing Program Pengiriman Server
1.
#include <ESP8266WiFi.h>
2.
#include <WiFiClient.h>
3.
4.
const char *ssid = "CO Monitoring";
5.
const char *password = ""; // password dapat diisi atau dikosongkan
6.
7.
WiFiServer server(80);
8.
9.
void NilaiSensor(){
10.
}
11.
12.
void setup()
13.
{
14.
pinMode(D0, OUTPUT);
15.
Serial.begin(115200);
16.
delay(10);
17.
18.
// Connect to WiFi network
19.
Serial.println();
20.
Serial.println();
21.
Serial.print("Connecting to ");
22.
Serial.println(ssid);
23.
24.
WiFi.begin(ssid, password);
25.
26.
while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
27.
delay(500);
28.
Serial.print(".");
29.
}
30.
Serial.println("");
31.
Serial.println("WiFi connected");
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
L7
32.
33.
// Start the server
34.
server.begin();
35.
Serial.println("Server started");
36.
37.
// Print the IP address
38.
Serial.print("Use this URL to connect: ");
39.
Serial.print("http://");
40.
Serial.print(WiFi.localIP());
41.
Serial.println("/");
42.
}
43.
44.
void loop()
45.
{
46.
//server.handleClient();
47.
48.
WiFiClient client = server.available(); //deklarasi client agar diketahui server
49.
if (!client) {
50.
51.
return;
}
52.
53.
// Wait until the client sends some data
54.
Serial.println("new client"); // saat ada client mengirim permintaan
55.
while(!client.available()){
56.
57.
delay(1);
}
58.
59.
// Read the first line of the request
60.
String request = client.readStringUntil('\r');
61.
Serial.println(request);
62.
digitalWrite(D0, HIGH); //for ON
63.
client.flush();
64.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
L8
65.
float sensor_volt;
66.
float RS;
67.
float ratio;
68.
int sensorValue = analogRead(A0);
69.
70.
71.
sensor_volt=(float)sensorValue/1024*5.0;
72.
RS = (5.0-sensor_volt)/sensor_volt; // omit *RL
73.
74.
/*-Ganti nama "R0" dengan nilai R0 yang didapat dari tes program mencari nilai
RO -*/
75.
ratio = RS/RO;
76.
/*-----------------------------------------------------------------------*/
77.
78.
const float p = -1.239;
79.
float z = pow(ratio,p);
80.
float ppm = 96.311*z;
81.
82.
Serial.println(sensorValue);
83.
Serial.print("sensor_volt = ");
84.
Serial.println(sensor_volt);
85.
Serial.print("RS_ratio = ");
86.
Serial.println(RS);
87.
Serial.print("Rs/R0 = ");
88.
Serial.println(ratio);
89.
Serial.print("ppm = ");
90.
Serial.println(ppm);
91.
Serial.print("\n\n");
92.
93.
delay(3000);
94.
95.
client.println("HTTP/1.1 200 OK");
96.
client.println("Content-Type: text/html");
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
L9
97.
client.println("");
98.
client.println("<!DOCTYPE HTML>");
99.
client.println("<html>");
100.
client.println("<font
size='5'
face='Engravers
MT'>Pemantau
Monoksida</font><br>");
101.
client.println("<br><font size='5' face='Engravers MT'>");
102.
client.println(ppm);
103.
client.println("<font size='5' face='Engravers MT'> ppm</font><br>");
104.
client.println("</html>");
105.
106.
delay(1);
107.
Serial.println("Client disconnected");
108.
digitalWrite(D0, LOW); //for OFF
109.
Serial.println("");
110. }
Karbon
