perancangan sistem monitoring kualitas udara dalam

PERANCANGAN SISTEM MONITORING KUALITAS UDARA DALAM
RUANGAN DENGAN KOMUNIKASI TCP/IP BERBASIS
MIKROKONTROLER ATMEGA16
Kiki Azhari MOS., MCTNA 1, H.Lukman Abdul Fatah M.Si., M.T 2
1
Manajemen Informatika PKN LPKIA
2
Program Studi Teknik Informatika STMIK LPKIA
Jln. Soekarno Hatta No. 456 Bandung 40266, Telp. 022-7564282, . 022-7564283, Fax. 022-7564282
Email : [email protected]
Abstrak
Polusi merupakan masuknya makhluk hidup, zat, energi atau komponen lain dalam lingkungan yang menyebabkan
berubahnya tatanan lingkungan oleh kegiatan manusia dan proses alam.
Kebakaran hutan di Riau menyebabkan meningkatnya jumlah polusi udara yang menyebabkan pemanasan global.
Kurangnya perhatian masyarakat terhadap gas-gas berbahaya seperti CO (karbon monoksida) dan NOx (nitrogen
monoksida, nitrogen dioksida, dll) yang dapat memberikan dampak negatif bagi kesehatan, bahkan dapat
menyebabkan kematian jika itu diabaikan oleh orang-orang yang menghirupnya.
Dari hal ini dibuat sebuah sistem monitoring kualitas udara dalam ruangan dengan komunikasi TCP/IP untuk
memonitoring kualitas udara dalam ruangan dari jarak jauh. Tingkat polusi udara diukur dengan sensor MQ-135
yang berfungsi untuk menditeksi kadar gas NO, sensor MQ-7 yang berfungsi untuk mendeteksi kadar gas CO,
sensor LM-35 untuk menditeksi suhu ruangan, LCD dan sebuah aplikasi berbasis desktop sebagai penampil
informasi dan WIZ110SR sebagai konverter serial ke TCP/IP.
Kata kunci : Sistem, Monitoring, Pencemaran Udara, TCP/IP, Sensor MQ-135, Sensor MQ-7, Sensor LM-35,
WIZ110SR.
1. Pendahuluan
Polusi merupakan masuknya makhluk hidup, zat,
energi atau komponen lain dalam lingkungan yang
menyebabkan berubahnya tatanan lingkungan oleh
kegiatan manusia dan proses alam.
Sifat polusi yang menggangu kesehatan khususnya
pernafasan menjadi masalah penting yang harus
diperhatikan. Tindakan-tindakan pun banyak
dilakukan untuk mengatasi masalah tersebut seperti
memakai masker dan lainnya.
Kebakaran
hutan
di
Riau
menyebabkan
meningkatnya
jumlah
polusi
udara
yang
menyebabkan pemanasan global. Kurangnya
perhatian masyarakat terhadap gas-gas berbahaya
seperti CO (karbon monoksida) dan NOx (nitrogen
monoksida, nitrogen dioksida, dll) yang dapat
memberikan dampak negatif bagi kesehatan, bahkan
dapat menyebabkan kematian jika itu diabaikan oleh
orang-orang yang menghirupnya.
Untuk mengetahui apakah layak atau tidak udara
tersebut dalam suatu area khususnya dalam suatu
ruangan, maka dibutuhkan sebuah alat yang dapat
memantau tingkat
kualitas udara. Dengan
memanfaatkan
kemajuan
teknologi,
sistem
monitoring kualitas udara ini dapat dipantau melalui
Dengan
menggunakan
desktop
komputer.
mikrokontroler AVR tipe ATmega16 sebagai unit
pusat kontrol, sensor MQ-7 yang berfungsi untuk
mengukur kadar gas CO (karbon monoksida),
sensor MQ-135 untuk mengukur kadar gas NO x
(nitrogen monoksida, nitrogen dioksida, dll) dan
sensor LM35 yang digunakan untuk mengukur suhu
dalam ruangan tersebut, Serta LCD 2x16 dan
sebuah aplikasi berbasis desktop menggunakan
VB.NET 2010 sebagai output untuk mengetahui
kualitas udara dalam ruangan tersebut.
Berdasarkan
hal-hal
diatas,
penulis
mengidentifikasikan beberapa permasalahan sebagai
berikut :
1. Kurangnya perhatian masyarakat terhadap
kualitas udara yang mereka hirup.
2. Sistem monitoring yang ada sebelumnya
hanya terfokus pada lingkungan (outdoor)
saja.
Untuk memfokuskan penelitian, maka ruang lingkup
permasalahan hanya mencakup sebagai berikut:
1. Sensor yang digunakan adalah sensor
2.
3.
4.
5.
6.
MQ-7 yang peka terhadap CO (gas karbon
monoksida) .
Menggunakan sensor MQ-135 untuk
mengukur kadar NO x (gas nitrogen
monoksida, nitrogen dioksida dll)
Menggunakan
sensor
LM35
untuk
mengetahui suhu pada ruangan.
Tipe mikrokontroler yang digunakan adalah
ATMega16.
Alat komunikasi yang digunakan untuk
menghubungkan antara aplikasi desktop
yang dibuat dan perangkat penditeksi adalah
WIZ110SR sebagai konverter serial ke
TCP/IP.
Software yang digunakan untuk
aplikasi desktop adalah VB.NET 2010,
sementara untuk pemrograman
mikrokontroler menggunakan BASCOM
AVR
2. Dasar Teori
2.1 Pencemaran Udara
PENCEMARAN
UDARA
adalah
peristiwa
masuknya, atau tercampunya, polutan (unsur-unsur
berbahaya) kedalam lapisan udara (atmosfer) yang
dapat mengakibatkan menurunnya kualitas udara
(lingkungan).
Pencematan dapat terjadi dimana-mana. Bila
pencemaran tersebut terjadi di dalam rumah, di
ruang-ruang sekolah ataupun di ruang-ruang
perkantoran maka disebut sebagai pencemaran dalam
ruang (indoor pollution). Sedangkan bila pencemaran
terjadi di lingkungan rumah, perkotaan, bahkan
regional maka disebut sebagai pencemaran di luar
(outdoor pollution).
Umumnya, polutan yang mencemari udara berupa
gas dan asap. Gas dan asap tersebut berasal dari hasil
proses pembakaran yang tidak sempurna, yang
dihasilkan oleh mesin-mesin pabrik, pembangkit
listrik dan kendaraan bermotor. Selain itu, gas dan
asap tersebut merupakan hasil oksidasi dari berbagai
unsur penyusun bahan bakar, yaitu : CO2 (karbon
dioksida), CO (karbon monoksida), SOx (belerang
oksida) dan NOx (nitrogen oksida).
Table 2.1 Angka dan Kategori Index Standar
Pencemar Udara (ISPU) dan Dampak Kesehatan
Indeks
1 – 50
Kategori
Baik
51 – 100
Sedang
101 – 199
Tidak Sehat
200 – 299
Sangat Tidak
Sehat
300
Lebih
–
Berbahaya
Dampak Kesehatan
Tidak memberikan dampak bagi
kesehatan manusia atau hewan.
Tidak
berpengaruh
pada
kesehatan
manusia
ataupun
hewan tetapi berpengaruh pada
tumbuhan yang peka.
Bersifat merugikan pada manusia
ataupun kelompok hewan yang
peka atau dapat menimbulkan
kerusakan
pada
tumbuhan
ataupun nilai estetika.
Kualitas udara yang dapat
merugikan kesehatan pada jumlah
segmen populasi yang tepapar.
Kualitas udara berbahaya yang
secara umum dapat merugikan
kesehatan yang serius pada
populasi (misalnya iritasi mata,
batuk
dahak
dan
sakit
tenggorokan).
2.3 Protokol TCP/IP
TCP/IP terdiri atas empat lapis kumpulan protokol
yang bertingkat. Keempat lapisan tersebut adalah
sebagai berikut.
1. Network Interface Layer
Lapisan ini sering disebut juga link layer paling
bawah yang bertanggung jawab mengirim dan
menerima data ke dan dari media fisik. Media
fisiknya dapat berupa kabel, serat optik, dll
2. Internet Layer
Protokol yang berada pada lapisan ini bertanggung
jawab dalam pengiriman paket ke alamat yang tepat.
3. Transport Layer
Lapisan ini berisi protokol yang bertanggung jawab
untuk mengadakan komunikasi antara dua host.
Kedua protokol yang terdapat pada lapisan ini adalah
4. Application Layer
Pada lapisan ini pengguna memakai semua aplikasi
yang disediakan oleh layanan TCP/IP. Program
aplikasi akan memilih jenis protokol tranportasi yang
diperlukan.
3. Analisis Dan Perancangan Perangkat Lunak
3.1 Use Case Diagram
2.2 ISPU (Indeks Standar Pencemaran Udara)
ISPU ditetapkan berdasarkan 5 pencemar utama,
yaitu : karbon monoksida (CO), sulfur dioksida
(SO2), nitrogen dioksida (NO2), ozon permukaan
(O3), dan partikel debu (PM10).
Di Indonesia ISPU diatur berdasarkan Keputusan
Badan Pengendalian Dampak Lingkungan (Bapedal)
Nomor KEP-107/KABAPEDAL/11/1997.
Gambar 3.1 Diagram use case Sistem Monitoring
Kualitas Udara dalam ruangan
3.2 Statechart Diagram
4.3 Rangkaian Sensor MQ-135
Gambar 4.3 Rangkaian sensor MQ-135
Gambar 3.2 Statechart Diagram Sistem
Monitoring Kualitas Udara dan Suhu
Dalam Ruangan
4. Analisis Dan Perancangan Perangkat Keras
4.1 Blok Diagram sistem
Seperti ditunjukkan dalam pada gambar, komponen
sensitif terdiri dari 2 bagian. satu adalah sirkuit
pemanas memiliki fungsi kontrol waktu (tegangan
tinggi dan pekerjaan tegangan rendah sirkuler). Yang
kedua adalah rangkaian output sinyal, secara akurat
dapat merespon perubahan permukaan resistansi
sensor.
Keterangan :
5.3 5V dimasukan ke Pin VCC
6.3 GND dimasukan ke Pin Ground
7.3 To analog input pin dimasukan ke PORTA
sebagai penerima data ADC
4.4 Rangkaian Sensor LM35
Gambar 4.1 Blok Diagram Sistem
4.2 Rangkaian Sensor MQ-7
Gambar 4.4 Rangkaian LM-35
Gambar 4.2 Rangkaian sensor MQ-7
Seperti ditunjukkan dalam pada gambar, komponen
sensitif terdiri dari 2 bagian. satu adalah sirkuit
pemanas memiliki fungsi kontrol waktu (tegangan
tinggi dan pekerjaan tegangan rendah sirkuler). Yang
kedua adalah rangkaian output sinyal, secara akurat
dapat merespon perubahan permukaan resistansi
sensor.
Keterangan :
1.3 5V dimasukan ke Pin VCC
2.3 GND dimasukan ke Pin Ground
3.3 To analog input pin dimasukan ke PORTA
sebagai penerima data ADC
Pada gambar 4.5 sensor LM-35 memiliki 3 kaki yaitu
ground, vcc dan output, kaki-kaki dihubungkan pada
portA mikrokontroler untuk menerima data analog,
kemudian data input dari sensor akan diproses oleh
mikrokontroler menjadi output pada LCD dan output
akan dikirimkan melalui port serial untuk
ditampilkan di komputer.
4.5 Rangkaian LCD 2x6
Gambar 4.5 Rangkaian LCD 2x16
Sistem ini menggunakan perangkat LCD 2x16
sebagai penampil informasi, yang dihubungkan
dengan portB. Berikut tabel koneksi pin pada LCD
yang terhubung dengan mikrokontroler :
Tabel 4.1 Koneksi Pin LCD dan Mikrokontroler
Pin LCD
GND
VDD
RS
R/W
E
D4
D5
D6
D7
Pin Mikrokontroler
GND
VCC
0
GND
1
2
3
4
5
5. Implementasi Dan Pengujian
5.1 Pengujian Sensor MQ-7
Subsistem perangkat input yang akan diuji adalah
sensor MQ-7 yang digunakan untuk mendeteksi
kadar yang digunakan mengukur kadar CO (gas
carbon monoksida) diudara. Dalam pengujiannya
disini yaitu dengan menghubungkan sensor MQ-7 ke
PortA pada mikrokontroler.
5.2 Pengujian Sensor MQ-135
Subsistem perangkat input yang akan diuji adalah
sensor MQ-135 yang digunakan untuk mendeteksi
kadar NOx (gas nitrogen monoksida, nitrogen
dioksida dll) diudara. Dalam pengujiannya disini
yaitu dengan menghubungkan sensor MQ-135 ke
PortA pada mikrokontroler.
Gambar 5.2 Pengujian Sensor MQ-135
Tabel 5.2 Pengujian Sensor MQ-135
No
1
2
3
Gambar 5.1 Pengujian MQ-7
Tabel 5.1 Pengujian Sensor MQ-7
No
1
2
3
Fungsi yang
diuji
Kondisi
sensor.
Cara
pengujian
Memberikan
tegangan
sebesar 5V
pada sensor
MQ7.
Hasil yang
diharapkan
Sensor
menghasilkan
tegangan.
Hasil
pengujian
OK
Menguji
sensor
berfungsi
atau tidak.
Kesesuian
perbandingan
kondisi
ruangan tidak
terdeteksi
kadar
CO
dengan
kondisi
terdeteksi
CO.
Memberikan
asap rokok
ke
sekitar
sensor.
Memeriksa
hasil
perhitungan
kalibrasi
dari
data
sensor.
Sensor dapat
mendeteksi
adanya CO.
OK
Nilai
hasil
perhitungan
kalibrasi
sesuai dengan
kondsi
ruangan.
OK
Fungsi yang
diuji
Kondisi
sensor.
Cara
pengujian
Memberikan
tegangan
sebesar 5V
pada sensor
MQ135.
Hasil yang
diharapkan
Sensor
menghasilkan
tegangan.
Hasil
pengujian
OK
Menguji
sensor
berfungsi
atau tidak.
Kesesuian
perbandingan
kondisi
ruangan tidak
terdeteksi
kadar NOx
dengan
kondisi
terdeteksi
NOx.
Memberikan
asap rokok
ke
sekitar
sensor.
Memeriksa
hasil
perhitungan
kalibrasi
dari
data
sensor.
Sensor dapat
mendeteksi
adanya kadar
NOx.
Nilai
hasil
perhitungan
kalibrasi
sesuai dengan
kondsi
ruangan.
OK
OK
5.3 Pengujian Sensor LM35
Subsistem perangkat input yang akan diuji adalah
sensor LM35 yang digunakan untuk mendeteksi suhu
dalam ruangan. Dalam pengujiannya disini yaitu
dengan menghubungkan sensor LM35 ke PortA pada
mikrokontroler.
Gambar 5.3 Pengujian Sensor LM35
Tabel 5.3 Pengujian Sensor LM35
No
Fungsi
yang diuji
Cara
pengujian
Hasil yang
diharapkan
1
Kondisi
sensor.
Memberikan
tegangan
sebesar
5V
pada
sensorLM135
.
Sensor
menghasilka
n tegangan.
2
Menguji
sensor
berfungsi
atau tidak.
Memberikan
api ke sekitar
sensor.
Sensor dapat
mendeteksi
adanya
perubahan
suhu ruangan
(naik apabila
panas
dan
turun apabila
dingin)
Nilai
hasil
perhitungan
kalibrasi
sesuai
dengan
kondsi
ruangan.
3
Kesesuian
perbanding
an kondisi
ruangan
saat dingin
dengan
kondisi
saat panas.
Memeriksa
hasil
perhitungan
kalibrasi dari
data sensor.
Hasil
pengujia
n
OK
OK
Gambar 5.5 Konfigurasi pada WIZ Configuration
Tool
1.
2.
OK
3.
4.
2)
Menjalankan apliikasi WIZ Configuration Tool
Klik tombol “Search” untuk mengetahui
Konfigurasi yang ada pada WIZ110SR
Melakukan konfigurasi (Mengisikan Local IP
192.168.0.2, Subnet 255.255.255.0, Gateway
192.168.0.1, Port 5000 dan Operation Mode
“Mixed”)
Untuk menyimpan hasil konfigurasi klik tombol
“Setting”
Konfigurasi IP Address pada komputer
5.4 Pengujian LCD
Subsistem perangkat output yang akan diuji adalah
sensor LCD yang digunakan untuk menampilkan
informasi. Dalam pengujiannya disini yaitu dengan
menghubungkan
LCD
ke
PortB
pada
mikrokontroler.
Gambar 5.6 Konfigurasi IP Address pada
komputer
Gambar 5.4 Pengujian LCD
5.5 Pengujian WIZ110SR
1) Melakukan Konfigurasi pada WIZ110SR
Untuk dapat melakukan pengaturan terhadap IP
Address dan Port TCP/IP pada modul WIZ110SR ini
dapat menggunakan aplikasi WIZ Configuration
Tool.
1.
2.
3.
4.
3)
Mengisikan IP Address dengan 192.168.0.5
Dengan subnet 255.255.255.0
Mengisikan Default Gateway sesuai dengan
konfigurasi pada WIZ110SR yaitu 192.168.0.1
Kemudian klik “OK” Untuk menyimpan
Melakukan Ping Melalui WIZ Configuration
Tool
Masukan IP Komputer yang telah dikonfigurasi
sebelumnya yaitu 192.168.0.5
3. Pengembangan selanjutnya dapat melakukan
monitoring kualitas udara dalam ruangan
melalui aplikasi andoid.
4. Memodelkan tampilan alat untuk lebih
menarik untuk diletakan dalam ruangan.
5. Diharapkan kedepannya sistem monitoring
kualitas udara ini dapat terapkan untuk lebih
dari satu ruangan.
Gambar 5.7 Melakukan Tes Ping Melalui WIZ
Configuration Tool
4)
Melakukan Ping Melalui CMD
DAFTAR PUSTAKA
1.
Masukan IP WIZ110SR yang telah dikonfigurasi
sebelumnya yaitu 192.168.0.2
2.
3.
Gambar 5.8 Melakukan Tes Ping Melalui CMD
6. Kesimpulan Dan Saran
Berdasarkan hasil analisa, perancangan dan
implementasi yang telah dilakukan, maka kesimpulan
yang didapat adalah sebagai berikut :
1. Sistem monitoring kualitas udara ini dapat
mengidentifikasi suhu ruangan dan kadar
udara berbahaya (seperti kadar karbon
monoksida) yang berada dalam ruangan,
kemudian memberikan indikasi dan
informasi kepada pengguna.
4.
5.
Yulfian Fikri, Sumardi, Budi Setiyono. 2013,
SISTEM MONITORING KUALITAS UDARA
BERBASIS MIKROKONTROLER ATMEGA
8535 DENGAN KOMUNIKASI
TCP/IP,
Universitas Diponegoro, Semarang.
Mohk.
Sholihul
Hadi,
MENGENAL
MIKROKONTROLER
AVR
ATMEGA16,
http://ilmukomputer.org/wpcontent/uploads/2008/08/sholihul-atmega16.pdf,
download tanggal 16 Juli 2014.
Agfianto Eko Putra dan Dhani Nugraha,
2010,TUTORIALPEMROGRAMAN
MIKROKONTROLER
AVRDENGANWINAVRGCC(ATMEGA16/32/85
35),http://klikdisini.com/embedded,download
tanggal 16 Juni 2014.
Booch, Grady et al, Object-Oriented Analisys
and Design with Applications, New York,Adison
- Wesley.
Alan, Denis et al, 2009, System Analysis
DesignUML Version 2.0, USA, Jonh Wiley and
Sons, Inc.
DAFTAR PUSTAKA LAINNYA
2.
Melalui sistem monitoring kualitas udara
dalam ruangan ini, kita dapat melihat
informasi tentang kualitas udara dan suhu
yang berada dalam ruangan dengan melihat
informasi pada LCD dan komputer.
Dari hasil beberapa analisis dan implementasi yang
dilakukan, adapun saran dari penulis adalah sebagai
berikut :
1. Penambahan sensor untuk menditeksi kadar
udara berbahaya lainnya yang berada dalam
ruangan seperti sulfur dioksida (SO2),
partikel debu (PM10), gas dan lain-lain.
2. Pengembangan selanjutnya dapat dilakukan
dengan menambahkan buzzer sebagai
indikator peringatan bahwa udara yang
berada dalam ruangan telah tercemar.
http://www.pengertianahli.com/2013/08/pengertiansistem-menurut-para-ahli.html
http://id.wikipedia.org/wiki/Indeks_Standar_Pencem
ar_Udara
http://pollutiononmyearth.weebly.com/pencemaranudara.html
http://www.cetsuii.org/BML/Udara/ISPU/ISPU%20%28Indeks%20S
tandar%20Pencemar%20Udara%29.htm
http://www.ece.usu.edu/ece_store/spec/lm35dt-3p.pdf